材料科学基础I
上海应用技术学院 20082009 学年第一学期材料科学基础I 期（中、末）（A、B、C、D）试卷课程代码：B301372学分：25考试时间：100 分钟课程序号：_ 1655班级：学号： 姓名:我已阅读了有关的考试规定和纪律要求，愿意在考试中遵守考场规则，如有违反将愿接受相应的处理。题号一二三四五六七八九十总分应得分10253035100实得分试卷共 3 页，请先查看试卷有无缺页，然后答题。一、名词解释：（每题2.5 分，共10 分）1、致密度：晶胞中原子体积与晶胞体积之比值。2、非均匀形核：新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质 或外来表面形核。3、多晶型性：元素的晶体结构随外界条件的变化而发生转变的性质。4、伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的全部共晶组织称为伪共晶。二.填空题：（每空1分,共25分）1、原子间的键合可分为卫学_和物理键两种类型，其中属于物理键的有范德瓦尔斯力，氢键 。2、人们经过长期的研究，证明了高分子具有 长链 结构。3、Cu晶体具有 面心立方 结构，其所属的晶系是 立方晶系 ，晶体的键型 是金属键。4、 金属凝固的驱动力是体积自由能的降低，阻力是表面自由能的增加。5、Fe-C合金中从奥氏体中析出的渗碳体称为 二次渗碳体，从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体6、根据合金组成元素及其原子相互作用的不同，固态下所形成的合金相基本上可分为 固溶体 和 中间相 两大类。7、晶体的凝固是通过 形核 与 长大 两个过程进行的。8、金属的晶体结构千差万别，但都可以归纳成为14种空间点阵，分属 7大 晶系。9、 典型的二元合金相图的类型有：匀晶相图、共晶相图 和 包晶相图。10、线型非晶态高分子的三种力学状态分为：玻璃态，高弹态，和粘流态。11、 吉布斯相律的数学表达式为：f二c-p+2，式中的各量分别为：f为体系的自由度数，c为体系的组元数，p为相数。三、问答题：（每题 6 分，共30分）1、从内部原子排列和热学性能上看，非晶态和晶态物质主要区别何在？ 答：从内部原子排列上看：晶态物质的原子在三维空间呈周期性重复排列，即存 在长程有序；而非晶态物质的原子则在三维空间不呈周期性重复排列，即存在长 程无序，短程有序。-3 分从热学性能上看：晶体熔化时具有固定的熔点，且具有各向异性；而非晶体却没 有明显的熔点，而是存在一个软化温度范围，且具有各向同性。-3 分2为了最能反映点阵的对称性，选取（布拉菲）晶胞的原则是什么？ 答：选取（布拉菲）晶胞的原则是：1）应反映出点阵的高度对称性-1.5 分2）棱和角相等的数目最多-1.5 分3）棱边夹角为直角时，直角数目最多-1.5 分4）晶胞体积最小-1.5 分3、说明置换固溶体与间隙固溶体的异同点。答：置换固溶体与间隙固溶体的相同点：两者均为固溶体，即以某一组元为溶剂 在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，dx它保持着溶剂的晶体结构类型。-2 分不同点：两者的溶质原子在溶剂点阵中所处的位置不同。置换固溶体的溶质原子 占据溶剂点阵的阵点，且溶质与溶剂的原子半径差越小，溶解度越大；而间隙固 溶体中的溶质原子则分布于溶剂晶格间隙，由于溶质原子一般比晶格间隙的尺寸 大，所以当其溶入后，会引起溶剂点阵畸变，点阵常数变大，畸变能升高。因此， 间隙固溶体都是有限固溶体，且溶解度很小。-4 分4、画出一个立方晶胞的立体图，并注明各晶轴及轴间夹角。成正比。式中，J为扩散通量，其单位为kg/（m2s）； D为扩散系数，其单位为m2/s； P是扩散物质的质量浓度，其单位为kg/m3。负号表示物质的扩散方向与质量浓 度梯度的方向相反。四、计算及作图题：（共 35 分） 1、在立方晶胞中画出以下晶面和晶向：（010）、（102）、（111）、110、111。（5 分）111110(1。0)(M4)(0A1)(0,1,0)(1,0.0)(0A1)(0,1,0)(OAO)-2 分即：7.66 x 103 kg/m3 = 解之得：n = 3.956沁4-2 分故每单位晶胞中Fe3C的分子数为4个。-0.5 分2.渗碳体（Fe3C）是一种间隙化合物，它具有正交点阵结构，其点阵常数a=0.4514nm, b=0.508nm，c=0.6734nm，其密度 P=7.66g/cm3，试求每单位晶胞中Fe3C的分子数。（6分）解：依题意得：n x (56 x 3 +12)(a x b x c x N )An x 180 x 10-3(0.4514 x 0.508 x 0.6734 x 10-27 )(6.02 x 1023)-1.5分解：依题意得即P -PsxP -Ps0)-2 分-1 分-1 分70.5x10-39"2J1.28 x 10 -111)=0.906 x0.5 x 10 -32、.； 1.28 x 10-111t = 6625.45s 沁 1.84h-2 分-1 分3、20#钢（含碳0.2%）在930°C进行渗碳，假定表面碳浓度为1.10%，并保持不变。求距表面0.5mm处的碳浓度达到0.40%所需的时间。（8分）已知：D = 1-28 x 10-11 m2/ S，可利用近似公式：ef （卩）-0.906卩1.1 - 0.40.5x10-3=erf ()1.1 - 0.22.1.28 x 10-11170.5 x10-39"2J1.28 x 10 -ii t将近似公式erf （卩）°.906卩代入上式得:故距表面0.5mm处的碳浓度达到0.40%所需的时间为1.84h。-1分1） 成分为 40%B 的合金开始结晶出来的固相成分；2）合金成分为50%B,凝固到某温度时液相含有40%B,固相含有80%B，运 用杠杆定律计算此时液相和固相的相对量。解：1）由作图得：成分为40%B的合金开始结晶出来的固相成分为85%B,15%A。-3分2） 由杠杆定律得：液相和固相的相对量分别为：时 X100% = 75%-5 分E X100%=25%5、根据下图所示的二元合金相图：（8分）1）写出图中二条水平线的反应式,并指明反应类型。2）分析合金I、II的冷却过程，并指出室温时组织组成物。2）分析合金I、II的冷却过程，并指出室温时组织组成物。解：1）图中二条水平线的反应式分别为：nj线：L + 5 Ta，属于包晶反应类型；2分gh线：L Ta +卩，属于共晶反应类型。-2分2）合金I的冷却过程为：-2分1-2： L2- 3： L+53- 3'： L +5 Ta3- 4： L+a4- 5： a5- 6： a+pII其室温时组织组成物为：a+PII-2 分合金 II 的冷却过程为：1-2：L2- 3: L+a3- 3'： L Ta + B3-4: (a+p) +a+P其室温时组织组成物为：(a+卩)+a+PII
