福州大学材料科学基础期末考试试题

课程名称 材料科学基础 考试日期 2007年7月3日 考生姓名 学号 专业 材料科学与工程 题号 题分 得分 一 20 二 10 三 10 四 10 五 10 六 10 七 10 八 10 九 10 总分 100 累分人 签 名 考生注意事项：1、本试卷共 8 页，请查看试卷中是否有缺页。 2、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。 一、 填空 (每个 1 分，共20 分) 得分 评卷人 1．几种硅酸盐晶体的络阴离子分别为[Si2O7]6-、[Si2O6]4-、[Si4O10]4-、[AlSi3O8]1-，请确定它们的晶体结构类型 ， ， ， 。 2．在NiO晶体结构中，负离子紧密堆积方式是 ，正负离子配位数为 ，一个晶胞占有正负离子的数目为 。 3．写出晶向指数确定的步骤： 1） ， 2） ，3） 。 第 1 页 共 13 页 4．扩散第一定律的数学表达式 。 扩散的驱动力是 。 5．金属凝固时形核的方式有 和 ，其中 的临界形核功较小。 6．二元合金相图三相平衡转变的类型有 和 。 三元合金相图四相平衡转变的类型有 ， ， 和 。 二、名词解释（每小题2.5分，共10分，） 得分 评卷人 1．扩展位错： 2．加工硬化： 3．间隙扩散： 4．非均匀形核： （以下为问答题与计算题） 三、（10分） 得分 评卷人 一种玻璃化学式为0.1Na2O,0.1CaO,0.1Al2O3,0.7SiO2（化学式中的系数是摩尔分数）。（1）请用无规则网络结构叙述该玻璃的结构；（2）分别计算该玻璃的四个结构参数。 第 2 页 共 13 页

四、（10分） 得分 评卷人 （1）写出形成置换固溶体的影响因素；（2）FeO加入ZrO2主晶相中能形成什么类型置换固溶体，说明理由。 第 3 页 共 13 页

五、（10分） 得分 评卷人 位错基本类型有哪两种？试说明各种类型位错的位错线、柏氏矢量、位错运动方向之间关系。指出这两种位错运动方式的异同点？ 第 4 页 共 13 页

六、（10分） 得分 评卷人 分析含C为1.2％的铁碳合金从液态平衡冷却到室温的转变过程，画出冷却曲线示意图，指出室温下组织组成物和相组成物，并分别计算相对含量。 七、（10分） 得分 评卷人 A－B二元合金相图如下所示。将含40%B的合金在细长的熔舟中进行定向凝固，固液相界面保持平直，液相中可完全混合，凝固中始终保持均匀成分，固相中的扩散可忽略不计。试求： 第 5 页 共 13 页

（1）凝固后合金棒中单相α固溶体所占比例； （2）画出凝固后合金棒中组织分布和溶质原子（B）分布示意图； （3）计算合金棒中α固溶体的平均成分。 第 6 页 共 13 页

八、（10分） 得分 评卷人 比较滑移和孪生的异同点。多晶体塑性变形有何特点？ 第 7 页 共 13 页

九、（10分） 得分 评卷人 工业纯铝在室温经大变形量轧制成带材，测得其力学性能为塑性变形态的性能，查有关手册得知：工业纯铝的再结晶温度为150℃。但将上述工业纯铝加热至100℃，保温16天冷至室温，再测其强度，发现强度明显下降。试解释原因。

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2005级《材料科学基础》A卷标准答案及评分标准

一、填空（每个1分）

1．组群状 链状 层状 架状。

2．ABC的堆积方式 配位数各为6，4个 3．（1）选择坐标系，确定a轴、b轴，c轴；

（2）确定晶向AB在三个坐标轴上的坐标xa、yb、zc； （3）xa/a：yb/b：zc/c=u：v：w， 写成[uvw]。 4． Jdc 化学位梯度 dx5．均匀形核 非均匀形核 非均匀形核

6．共晶型 包晶型 （也可写反应式 L，L ）

共晶型 包共晶型 包晶型 （也可写反应式 L， L，

L ）

一、 名词解释（每个2.5分，共10分）

1．由两个不全位错夹着一片层错组成的位错组态。

2．材料经过冷塑性变形后，强度和硬度提高，塑性和韧性降低的现象。 3．溶质原子在晶体间隙位置之间跃迁导致的扩散。 4．晶胚依附在其他物质基体表面形核的过程。

三、10分

（1）在玻璃化学式中，SiO2是网络形成体，Na2O和CaO是网络变性体， Ai2O3是网络中间体，它既能代替网络形成体，又能代替网络变性体。 （5分） （2）Na2O+CaO/ Ai2O3=2＞1，所以Ai2O3是网络形成体，

R=0.1×1+0.1×1+0.1×3+0.7×2/0.1×2+0.7×1=2.11 Z=4 X=2R-Z=2.11-4=0.22 Y=4-0.22=3.78

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（Ai2O3归属、R、Z、X、Y值各占1分，计5分）

四、10分

（1）

A、离子和原子半径大小的影响，当△r=r1-r2/r1×100%＜15%时，两两可以形成连续固溶体；当△r=15-30%之间时，两两可以形成有限型固溶体；当△r＞30时，两两不能形成固溶体，只能形成化合物。B、结构类型的影响，当两两结构相同时，两两可以形成连续固溶体；当两两结构相同，△r＜15%时是两两形成连续固溶体充分必要条件；当两两结构不同时，只能形成有限型固溶体。C、电负性影响，电负性相近有利于形成固溶体，电负性相差越大，溶质与溶剂之间溶解度越小；D电子浓度影响，高价元素在低价金属中溶解度随溶质原子价的增大而减少（随电子浓度减小而降低）。

（影响因素各1分，说明3分，小计7分）

（2）FeO加入ZrO2主晶相中只能形成有限型固溶体，原因是两者结构不同（电

价不同）。 （3分）

五、10分

1）刃型位错 螺型位错 （2分）

2）刃型位错： 位错线与b垂直，运动方向与位错线垂直，与b相同，（2分） 螺型位错： 位错线与b平行，运动方向与位错线垂直，与b垂直。（2分） 3）刃型位错运动方式： 滑移 攀移 （2分） 螺型位错运动方式： 滑移 交滑移 （2分）

六、10分

1）1以上：L， 1－2：L→γ， 2－3：γ→Fe3CII 3：γ→P（α＋Fe3C） （可用文字说明） （1.5分）

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2）冷却曲线：（1.5分）

3）室温组织：P＋FeC （1分） 组成相：α＋Fe3C （1分）

4）组织相对含量： 室温下P的含量等于727℃发生共析前γ的含量

6.691.2100%92.7%

6.690.771.20.77 Fe3CII％100%7.3%

6.690.77P%（2.5分，有写出杆杆定律，但计算错误扣2分）

相的对含量：

6.691.2100%82.1% 6.691.2 Fe3C%100%17.9%

6.69 %（2.5分，有写出杆杆定律，但计算错误扣2分）

七、10分

1) 该合金K0=0.5 设单相α固溶体所占比例为fs （5分） CSK0C0(1fs)K01 0.30.50.4(1fs)0.51

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fs5 或 fs55.5% 95 9单相α固溶体所占比例为fs2） （2分）

3）设单相α固溶体的平均成分为Cα （3分） 根据溶质原子质量守恒原理，有：

55 C(1)60%40%

99C24%

单相α固溶体的平均成分为24％。

（K0计算正确，写出正确的凝固方程各给1分）

八、10分

1、 比较滑移和孪生的异同点： （5分）

相同点：塑性变形的方式（1分） 不同点：

滑移时原子的位移是原子间距的整数倍，孪生时原子位移小于原子间距；

（1分）

滑移不改变位向，孪生改变位向； （1分） 滑移集中变形，孪生均匀切变； （1分） 滑移线抛光可以去除，孪晶不行。 （1分）

2、 多晶体塑性变形的特点： （5分） 各晶粒变形的不均匀性；晶粒间变形时的相互协调，需5个滑移系；晶界在变形时的阻碍作用。 （各点1.5—2分）

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九、10分

再结晶温度不是材料的物理常数，与变形量等多种因素有关。手册上查得再结晶温度是指大变形量金属在1h内完成再结晶得温度。如果加热温度低于再结晶温度，但延长保温时间，同样可以发生再结晶。

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