西工大材料学考研模拟题8套《材料科学基础》
绝世美人儿
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2021年01月17日 21:22
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.
一、简答题（每题
6
分，共
30
分）
1
．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？
2
．面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？
3
．立方晶系中，若位错线方向为
[001]
，
型。
，试说明该位错属于什么类
4
．请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。
5
．试从扩散系数公式
说明影响扩散的因素。
6
．何为过冷度？它对形核率有什么影响？
二、作图计算题（每题
10
分，共
40
分）
1
．
在面心立方晶体中，分别画出
(101)
、
[110]
和
、
[
，指出哪些是
滑移面、滑移方向，并就图中情况分 析它们能否构成滑移系？
2
．
已知
Al
为面心 立方晶体，原子半径为
r
A
。若在
Al
晶体的八面体间隙中能溶入最大的小原子半径为
r
B
，请计算
r
B
与
r
A
的比值是多少。
.
.
3
．
A-B
二元合金中具有共晶反应如下：
若共晶反应
刚结束时，
α
和
β
相的相对含量各占
50%
，试求该合金的成分。
4
．
已知铜的临界分切应力为
1Mpa
，
问要使
在
[001]
方向上施加多大的力？
面上产生
[101]
方向的滑移，
应
三、综合分析题（每题
15
分，共
30
分）
1
．按下列条件绘出
A-B
二元相图：
（
1）
A
组元（熔点
600
℃）与
B
组元（熔点
5 00
℃）在液态时无限互溶；
（
2
）固态时，
A
在
B
中的最大固溶度为
w
A
=0.30
，室温时为
w
A
=0.10
；而
B
在
固态下不溶于
A
；
（
3
）
300
℃时发生共晶反应
。
在
A-B
二元相图中，分析
w
B
=0.6
的合金平 衡凝固后，在室温下的相组成物及
组织组成物，并计算各相组成物的相对含量。
2
．
请绘出下列
Fe-C
合金极缓慢冷却到室温后的金相 组织示意图，
并标注各组织。
（腐蚀剂均为
3%
硝酸酒精）
.
.
一、简答题（每题
6
分，共
30
分）
1
．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？
离子键：正负离子相互吸引； 键合很强，无方向性；熔点、硬度高，固态不
导电，导热性差。
共价键：
相 邻原子通过共用电子对结合；
键合强，
有方向性；
熔点、
硬度高，
不 导电，导热性有好有差。
金属键：金属正离子于自由电子相互吸引；键合较强，无方向性；熔 点、硬
度有高有低，导热导电性好。
.
.
分子键：分子或分子 团显弱电性，相互吸引；键合很弱，无方向性；熔点、
硬度低，不导电，导热性差。
氢
键：类似分子键，但氢原子起关键作用
XH-Y
；键合弱， 有方向性；熔
点、硬度低，不导电，导热性好。
2
．面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？
面心立方
体心立方
晶胞原子数
4
2
配位数
12
8
致密度
74%
68%
3
．立方晶系中，若位错线方向为
[001]
，
型。
，试说明该位错属于什么类
因位错线方向垂直于柏氏矢量，所以是刃位错。
4
．请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。
相同点：小原子溶入
.
.
不同点：若小原子溶入后，大小原子 数量成比例，在选取点阵时，大小原子
点阵可以合并，这实际上改变了大原子的点阵结构，因此认为形成
新相，称为间隙相（间隙化合物）。
若小原子溶入后，分布随机，大小原子点阵不能 合并，仍然保留大
原子点阵，称为间隙固溶体。
5
．试从扩散系数公式
说明影响扩散的因素。
从公式表达形式可以 看出扩散系数与扩散激活能
Q
和温度
T
有关。扩散激
活能越低扩散系 数越大，因此激活能低的扩散方式的扩散系数较大，如晶
界和位错处的扩散系数较大。温度越高，原子活 性越大，扩散系数越大。
6
．何为过冷度？它对形核率有什么影响？
过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度的差值。
随过冷度增大，形核率先增后减。
二、作图计算题（每题
10
分，共
40
分）
.
.
1.
在面心立方晶体中，分别画出
(101)
、
[110]
和
、
[
，指出
哪些是滑移面、滑移方 向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？
对面心立方晶 体，
(101)
非密排面，因此它不是滑移面；
[110]
是密排方
向，因此是滑移方向。但这二者不能构成滑移系。
和
[
是密排面和密排方向，因此可以构成滑移系。
2.
已知
Al
为面心立方晶体，
原子半径为
r
A
。若在
Al
晶体的八面体间隙
中能溶入最大的小原子半径为
r
B< br>，请计算
r
B
与
r
A
的比值是多少。
3.
A-B
二元合金中具 有共晶反应如下：
若
共晶反应刚结束时，
α
和
β
相的相对含 量各占
50%
，试求该合金的成分。
设合金成分为
c
％，由题知：
.
.
得：
c
%
＝
0.55%
4.
已知铜的临界切分应力为
1Mpa
，问要使
滑移，应在
[001]
方向上施加多大的力？
面上产生< br>[101]
方向的
对立方晶系，两晶向
[
h
1
k1
l
1
]
和
[
h
2
k
2l
2
]
夹角公式为：
故滑移面的法线
与拉力轴方向
[001]
的夹角为：
< br>同理，滑移方向
[101]
与拉力轴方向
[001]
的夹角为：
由分切应力公式得：
.
.
三、综合分析题（每题
15
分，共
30
分）
1
．按下列条件绘出
A-B
二元相图：
1)
A
组元（熔点
600
℃）与
B
组元（熔点
500< br>℃）在液态时无限互溶；
2)
固态时，
A
在
B
中的最大固溶度为
w
A
=0.30
，室温时为
w
A
=0.10
；而
B
在固态下不溶于
A
；
3)
300
℃时发生共晶反应
。
在
A-B
二元相图中 ，分析
w
B
=0.6
的合金平衡凝固后，在室温下的相组成物及
组织 组成物，并计算各相组成物的相对含量。
相组成：
A
＋
β
组织组成：
A
＋
β
＋
A
II
.
.
2
．
请绘出下列
Fe-C
合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图，
并标注各组织。
（腐蚀剂均为
3%
硝酸酒精）
工业纯铁：
F
20
钢：
F+P
45
钢：
F+P
T8
钢：
P
T12
钢：
P+Fe
3
C
网状
亚共晶白口铸铁：
P+Ld
’
一、简答题（每题
6
分，共
30
分）
1
．工程材料分为哪几类？它们的结合键如何？
2
．根据凝固理论，请分析细化铸锭晶粒的途径及原理
3
．固溶体非平衡凝固时，形成微观偏析和宏观偏析的原因有何区别？
4< br>．请为置换固溶体、间隙固溶体、间隙化合物、正常价化合物、电子化合物和
间隙化合物各举一具 体例子。
5
．为什么细晶强化可以同时提高合金强度、硬度、塑性和韧性？
.
.
二、作图计算题（每题
10
分，共
40
分）
1
．
钛的晶胞（密排六方）体积在
20
℃时为
0 .106nm
3
，其
c/a
＝
1.59
，求：
（
1
）
c
、
a
的值；
（
2
）钛原子半径。
2
．
已知钼为体心立方结构，请回答：
（
1
）
画出其晶胞示意图；
（
2
）
在图中画出一个可能的滑移系，并标明滑移面和滑移方向的指数。
3
．
一碳钢在平衡冷却条件下，室温组织为珠光体＋二次渗碳 体，其中珠光体
含量为
90%
。请确定该碳钢的含碳量，并画出组织示意图。
4
．
假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为
（
1
）
给出滑移位错的单位位错柏氏矢量；
（
2
）
若滑移位错为纯刃位错，请指出其位错线方向；若滑移位错为纯螺
位错，其位错线方向又如何？
，请回答：
三、综合分析题（每题
15
分，共
30
分）
1
．根据下列已知条件绘出
A-B
二元共晶相图：
i.
t
A
> t
B
（
t
A
、
t
B
为
A
、
B
的熔点）；
ii.
共晶反应为
；
.
.
iii.
B
在
A
中的 固溶度随温度的下降而减小，室温时为
w
B
＝
0.03
；
A
在
B
中的固溶度不随温度变化，
并请回答：
（
1
）分析
w
B
=0.85
的合金平衡结晶过程；
（
2
）计算该合金室温下的相组成物及组织组成物。（忽略二次相）
8.
一楔型纯铜铸锭，经间距恒定的轧辊轧制（如图）；
（
1
）
请画出轧制后，锭子的晶粒示意图。
（
2
）
画出将该锭子进行再结晶退火后，晶粒示意图。并分析原因。
.
.
一、简答题（每题
5
分，共
30
分）
1
．何为空间点阵？它与晶体结构有何异、同？
2
．请简述晶界有哪些特征？
3
．
何为固溶强化？置换固 溶体与间隙固溶体相比
,
哪个的固溶强化效果强？请简
述影响固溶度的因素。
4
．请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。
5
．什么是反应扩散？请简述其特点。
6
．简述在什么情况下会发 生单滑移、多滑移和交滑移，它们的滑移线形貌特征
是什么。
二、作图计算题（每题
10
分，共
40
分）
1
．
请计算简单立方和体心立方晶体的（
100
）、（< br>110
）和（
111
）晶面的面间
距（假设两种点阵的点阵常数都是< br>a
）。
2
．
在面心立方晶体中，分别画出
、
和、
，
指出哪些是滑移面 、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？若
外力方向为
<001>
，请问 哪些滑移系可以开动？
3
．
请判定下列反应能否进行，若能够进 行，则在简单立方晶胞绘出参加反应位
错的柏氏矢量。
1)
.
.
2)
4
．
已知三元简单共晶的投影图，见附图，
1)
请画出
AD
代表的垂直截面图及各区的相组成；
2)
请画出
X
合金平衡冷却时的冷区曲线，及各阶段相变反应。
三、综合分析题（每题
15
分，共
30
分）
1
．已知
Mg-Ni
合金系中一个共晶反应：
L
23.5%Ni
纯
Mg
+Mg
2
Ni
54.6%Ni
设有
C
1
和
C
2
两种合金，
C
1
为亚共晶，
C
2
为过共晶。这两种合金的初生相质量
分数相等， 但室温时
C1
中
C
1
和
C
2
的成分。
(
即
Mg)
的总量是
C
2
中
总量的
2.5
倍，请确定
.
.
2.
某工厂对一大型零件进行淬火处理，经过
1100
℃加热后，用冷拉钢丝绳
吊 挂，由起重吊车送往淬火水槽，行至途中钢丝突然发生断裂。该钢丝是新
的，且没有瑕疵，是分析该钢丝 绳断裂的原因。
综合模拟测试
一、简答题（每题
6
分，共
30
分）
1.
请简述刃型位错、螺型位错的主要特征。
2.
相互垂直的位错运动后发生交割，
原位错可能会发生什么变 化？在后续的
位错运动中可能会有什么影响？
3.
什么是离异共晶？如何发生的？
4.
简述平衡结晶与非平衡结晶的不同之处。
5.
形成无限固溶体的条件是什么？简述原因。
6.
在固态下晶体的线缺陷对溶质原子的扩散有何影响？
二、作图计算题（共
40
分）
1.
在
A
滑移面上有一环形位错，所受切应力如图所示，试分析在平面位错环
上各段属于哪 种类型的位错？作图表示位错运动的方向？（俯视观看）（
8
分）
.
.
Ａ
b
2.
根据
Fe-Fe
3
C
相图画出含碳
0.65
％的铁 碳合金的冷却曲线。
指出平衡冷却
室温下相组成物、组织组成物是什么？并计算其相对含量。（
12
分）
3
、下图为
Cu- Zn
相图，图中有多少三相平衡，写出它们的反应式。（
8
分）
4
、已知单晶铜的｛
111
｝
滑移系的临界分切应力
τ
k
为
1MPa
，请问：
①
要使
面上产生
方向的滑移，则在
方向上应施加多大的应力？
②
假设在单晶铜中只开动
滑移系，那么随着滑移的进行，拉伸试样中
面
会产生什么现象？它对随后的进一步变形有何影响？（
12
分）
三、综合分析题（每题
15
分，共
30
分）
1.
为了细化纯铝板晶粒，采用冷变性的方法将其变形
3
％～
5
％，之后采用
620
℃退火
1
ｈ，组织反而粗化， 增大冷变形至
80
％以上，再于
620
℃退火
1
ｈ，组织仍 然粗大。分析其原因，指出上述工艺不合理之处并拟定一种合理
的晶粒细化工艺。（Ｔ
再
＝
0.4
Ｔ
溶
纯铝熔点为
660
℃）
2.
简述< br>60
#
钢（含碳
0.6%
）平衡结晶（假设为均匀形核）需要满足的条 件。
综合模拟测试
参考答案
一
简答题（每题
6
分，共
30
分）
1.
请简述刃型位错、螺型位错的主要特征
答：刃型位错：
晶体中有一个额外原子面，形如刀刃插入晶体
刃型位错周围的点阵发生了弹性畸变
.
.
位错线可以是折线或曲线
,
但位错线必与滑移（矢量）方向垂直
只有一个确定的滑移面
位错线的移动方向与晶体滑移方向平行（一致）
位错线与柏氏矢量垂直
螺型位错：
上下两层原子发生错排，错排区原子依次连接呈螺旋状
位错线周围点阵产生了弹性畸变；
螺型位错与晶体滑移方向平行，故位错线一定是直
线
螺型位错的滑移面是不确定的，凡是包含螺型位错的平面均可作为它的滑
移面；
位错线的移动方向与晶体滑移方向相互垂直。
位错线与柏氏矢量平行
2.
相互垂直的位错运动后 发生交割，原位错可能会发生什么变化？在后续
的位错运动中可能会有什么影响？
答 ：交割后在原位错线上留下对方柏氏矢量大小、方向的扭转或割接，但是该位
错线仍是原柏氏矢量。所有的割阶都是刃型位错，
而扭折可以是刃位错也可以是
螺位错在后续位错运动中，由于： 扭折与原位错同一滑移面，可随主位错线一起
运动，
几乎不产生阻力，
并在线力的作用 下易消失割阶与原位错线不在同一滑移
面，故除非割阶产生攀移，否则割阶就不能跟随主滑移线一起运动 ，成为位错运
动的障碍，称为割阶硬化
.
.
3.
什么是离异共晶？如何发生的？
答：在共晶 水平线的两个端部附近，由于共晶量少，领先相相依附在初生相上，
另一相独立存在于晶界，在组织学上 失去共晶体特点，称为离异共晶。有时，也
将端部以外附近的合金，在非平衡凝固时得到的少量共晶，称 为离异共晶。
4.
简述平衡结晶与非平衡结晶的不同之处。
答：
平衡结晶是指结晶速度非常缓 慢，
液相和固相中扩散均很充分的情况下的结
晶。非平衡结晶是指结晶速度比较快，扩散不充分 的情况下的结晶。
5.
形成无限固溶体的条件是什么？简述原因。
答：形成固溶体时，溶质原子的溶入会使 溶剂结构产生点阵畸变，使体系自由能
升高。
间隙固溶体中溶质原子溶入溶剂间隙中引起的点阵 畸变较大，
故不能形成
无限互溶；置换固溶体中溶质原子取代了溶剂原子的位置，晶格畸变较小 。当溶
质、溶剂尺寸相差越小，晶格畸变越小，能量越低，溶解度越大；两组元具有相
同的晶体 结构可形成无限互溶。
6.
在固态下晶体的线缺陷对溶质原子的扩散有何影响？
答：
①
Ｑ↓——Ｄ↑——管道机制
②
Ｑ↑——Ｄ↓——陷阱机制
二
作图计算题（共
30
分）
1
、根据
Fe-Fe< br>3
C
相图画出含碳
0.65
％的铁碳合金的冷却曲线。指出平衡冷却，
室温下相组成物、组织组成物是什么？并计算其相对含量。（
12
分）
.
.
参考答案：
相组成：
+ Fe3C
组织组成：
F + P + Fe3C
III
（少量、忽略）
室温下，相的相对含量：
室温下，组织相对含量：
忽略
.
.
2
、在
A< br>滑移面上有一环形位错，所受切应力如图所示，试分析在平面位错环上
各段属于哪种类型的位错？ 作图表示位错运动的方向？（俯视观看）（
8
分）
答：
3
、下图为
Cu- Zn
相图，图中有多少三相平衡，写出它们的反应式。（
8
分）
答：
⑴
包晶反应
α+ L→β;
⑵
包晶反应
β+ L→γ;
⑶
包晶反应
γ+ L→δ;
⑷
包晶反应
δ+ L→ε;
⑸
包晶反应
ε+ L→η;
⑹
共析反应
δ→r +ε;
.
.
4
、已知单晶铜的｛111
｝
①
要使
面上产生
滑移系的临界分切应力
τk
为
1MPa
，请问：
方向的滑移，则在
方向上应施加多大的应力？
②
假设在单晶铜中只 开动
滑移系，那么随着滑移的进行，拉伸试样中
面会产生什么现象？它对随后的进一步变形有何 影响？（
10
分）
答：
（
1
）
滑移面
的法线方向
和拉力轴
的夹角
与拉力轴
的夹角
需要施加的力
.
.
（
2
）（
111
）面会发生转动。晶面转动使晶体位相发生改变，使滑移面和滑移方
向逐 渐趋于平行拉伸轴线方向，从而使后续塑性变形所需外力进一步增大。
三
综合题（每题
15
分，共
30
分）
1
、
为了细化纯铝板晶粒，
采用冷变性的方法将其变形
3
％ ～
5
％，
之后采用
620
℃
退火
1
ｈ，组 织反而粗化，增大冷变形至
80
％以上，再于
620
℃退火
1
ｈ，组织
仍然粗大。
分析其原因，
指出上述工艺不合理之处并拟定一种合理的晶粒细 化工
艺。（Ｔ
再
＝
0.4
Ｔ
溶
纯铝熔点为
660
℃
）
答：
前一种为 临界变形度下变形，
高温退火再结晶驱动力小，
形核少，
晶粒粗大；
后种工艺 ，在大变形下，根据Ｔ
再
＝
0.4
Ｔ
溶
计算，
T
再
≈
100
℃，故再结晶温度
不得大于
200< br>℃为宜，
由于采用了
620
℃高温退火，
晶粒异常长大
（二次 再结晶）
，
造成晶粒粗大。正确工艺：＞
70%
以上冷变形，之后
1 50
℃退火
1h
2
、 简述
60
#
钢（含碳
0.6%
）平衡结晶（假设为均匀形核）需要满 足的条件
答：
.
.
综合模拟测试
一、简答题（每题
6
分，共
30
分）
1.
请简述工程材料的分类。
2.
请简述滑移和孪生变形的特点？
3.
若将一位错线的 正方向定义为原来的反向，
此位错的柏氏矢量是否改变？
位错的类型是否改变？
4.
动态再结晶与静态再结晶后的组织有何差别？力学性能有何差别？
5.
请简述金属间化合物的一般特性。
二、作图计算题（每题
10
分，共
40
分）
1.
设有一条径为
30mm
的厚壁管道，被壁厚
0.1mm
的铁膜隔开。由管子一端
通入氮气，保持铁膜一侧活性氮原子浓度为
12 00 mol/m
3
，另一侧为
100
mol/m
3
。如 果在
700
℃下测得通过管道的氮气流量为
2.8×10
-4
mol/s
，求此时
氮原子在铁中的扩散系数。
2.
请在立方晶胞中绘出
和
两晶面，并计算其夹角。
共析钢
过共晶白口铸铁
Al-5.0wt%Cu
Al-13%Si
.
.
3.
请分别绘出室温下，共析钢、过共晶白口铸铁平衡组织；
Al-5.0wt%Cu
合< br>金平衡组织；
Al-13%Si
合金平衡组织。
4.
已知简单三元共晶的投影图，且
A-B
共晶温度最 高，
B-C
共晶温度稍低，
A-C
共晶温度最低。请绘出介于
B-C
和
A-C
共晶温度之间的等温截面，以及
AE
垂直截面图，并标注各 区域的相组成。
e
A
B
C
E
三、综合分析题（每题
15
分，共
30
分）
1.
请以层片状共晶组织为例，论述二元共晶时如何满足成分条件。
2.
根据
Al-Zr
二元相图回答：
1)
< br>写出
1490
℃、
1250
℃、
975
℃、
940
℃的相变反应，并判断反应类型。
2)
画 出
x
＝
50.0
％合金平衡结晶的冷却曲线，并标明各阶段的相变反
应。
.
.
3)
计算
x
＝
30.0
％合金平衡结晶到室温下的相组成。
综合模拟测试
参考答案
一、简答题（每题
6
分，共
30
分）
1.
请简述工程材料的分类。
答：金属材料，瓷材料，高分子材料，复合材料。
2.
请简述滑移和孪生变形的特点？
答：
滑移变形特点：
1
）平移滑动：相对滑动的两部分位向关系不变
2
）滑移线与应力轴呈一定角度
3
）滑移不均匀性：滑移集中在某些晶面上
4
）滑移线先于滑移带出现：由滑移线构成滑移带
5
）特定晶面，特定晶向
孪生变形特点：
1)
部分晶体发生均匀切变
2)
变形与未变形部分呈镜面对称关系，晶体位向发生变化
3)
临界切分应力大
4)
孪生对塑变贡献小于滑移
5)
产生表面浮凸
.
.
3.
若将一位错线的正方向定义为原来的反向，
此位错的柏氏矢量是否改变？
位错的类型是 否改变？
答：柏氏矢量反向。位错类型不变，符号改变。
4.
动态再结晶与静态再结晶后的组织有何差别？力学性能有何差别？
答：动态再结晶后 获得中心有畸变的等轴晶，晶粒部有被缠结位错分割的亚
晶。静态再结晶后获得低位错密度的等轴晶。一 般，动态再结晶后的强度、
硬度比静态再结晶的高。
5.
请简述金属间化合物的一般特性。
答：金属间化 合物种类繁多，机构复杂，一般具有极高的硬度，较高的熔点，
塑形差。往往具有特殊的物理化学性质。
二、作图计算题（每题
10
分，共
40
分）
1.
设有一条径为
30mm
的厚壁管道，被壁厚
0.1mm
的铁膜隔开。由管子一端
通入氮气，保持铁膜一侧活性氮原子浓度为
12 00 mol/m
3
，另一侧为
100
mol/m
。如果在
700
℃下测得通过管道的氮气流量为
2.8×10
mol/s
，求此时< br>氮原子在铁中的扩散系数。
答：满足扩散第一定律应用条件，得：
活性氮原子通量为：
3
-4
.
.
铁膜中活性氮原子浓度梯度为：
由扩散第一定律：
2.
请在立方晶胞中绘出
和
两晶面，并计算其夹角。
答：
α=19.1°
3.
请分别绘出室温下，共析钢、过共晶白口铸铁平衡组织；
Al-5.0wt%Cu
合< br>金平衡组织；
Al-13%Si
合金平衡组织。
答：略
4.
已知简单三元共晶的投影图，且
A- B
共晶温度最高，
B-C
共晶温度稍低，
A-C
共晶温度最低。请绘 出介于
B-C
和
A-C
共晶温度之间的等温截面，以及
AE
垂直截面图，并标注各区域的相组成。
e
A
B
C
E
答：
.
.
A
B
C
L
L+A+B
L+A
L+B
L+B+C
L+C
E
A
L
L+A
L+C
L+B+C
A+B+C
L+A+C
三、综合分析题（每题
15
分，共
30
分）
1.
请以层片状共晶组织为例，论述二元共晶时如何满足成分条件。
答：首先通过成分起 伏获得某一组元的富集并形成共晶中的某一相（领先相），
此时会在其周围形成另一组元的富集，
比较容易满足另一相的形成条件，
从而形
成共晶中的另一相。如此反复，满足成分条件，交替 形核，而形成共晶。
形核后，
两相与液相的界面处均会形成溶质原子的富集，
溶质原子通过横向扩散，
满足两相生长所需的成分条件，实现液固界面的推进。
.
.
2.
根据
Al- Zr
二元相图回答：
1)
写出
1490
℃、
1250
℃、
975
℃、
940
℃的相变反应 ，并判断反应类型。
2)
画出
x
＝50.0
％合金平衡结晶的冷却曲线，并标明各阶段的相变反
应。
3)
计算
x
＝
30.0
％合金平衡结晶到室温下的相组成。
答：
1)
1490
℃：L → Al
3
Zr + Al
2
Zr
共晶反应
1250
℃：
Al
3
Zr
4
+ Al
3
Zr
2
→ AlZr
包析反应
975
℃：β
-Zr + AlZr
2
→ AlZr
3
包析反应
940
℃：β
-Zr + AlZr
3
→ α
-Zr
包析反应
2)
L
L→Al
3
Zr
2
Al
3
Zr
2
+ Al
3
Zr
4
Al
3
Zr
4
+ Al
3
Zr
2
→ AlZr
AlZr
L → Al
3
Zr
2
+ Al
3
Zr
4
3)
x
＝
30.0
％合金室温下相组成为：
AlZr
3
＋
AlZr
2
AlZr
3
中含
Al
＝
25
％，
AlZr
2
中含
Al
＝
33.3
％
.
.
综合模拟测试
一、简答题（每题
5
分，共
30
分）
1.
什么是柏氏矢量？它有哪些特征？
2.
固溶体的固溶度受哪些因素的影响？
3.
请总结并简 要回答二元合金平衡结晶过程中，单相区、双相区和三相区各
相成分的变化规律。
4.
什么是上坡扩散？哪些情况下会发生上坡扩散？
5.
何谓固溶强化？请简述其机制。
6.
室温下对某种金属材料进行塑性变形，
可能发生动态再结晶吗？为什么？
二、作图计算题（每题
8
分，共
40
分）
1.
请比较
FCC
晶体中
和
两位错的畸变能哪个大。
2.
面心立方晶体沿
[001]
方向拉伸，可能有几个滑移系开动？请写出各滑移
系指数， 并分别绘图示之。
3.
假设某合金平衡结晶时形成的临界晶核 为边长为
a
的立方体。
已知该合金
体系的液固界面能为
σ
， 单位体积自由能差为
ΔG
B
。请推导均匀形核时临界
晶核边长
a*< br>和临界形核功
ΔG*
的表达式。
4.
500
℃
时
，
Al
在
Cu
中
的
扩
散
系
数
为
2.6×10
-17
m
2/s
；
1000
℃
时
则
为
1.6×10
-12
m
2
/s
。请计算该扩散偶的
D
0
和扩 散激活能
Q
。（R=8.314J/mol·K）
.
.
5.
请根据附图绘出简单三元共晶相图中
AF
所代表的 垂直截面，并标明各个
相区的相组成；绘出合金
X
的冷却曲线，并标明各阶段的相变反 应或相组成
e
A
B
C
X
F
三、综合分析题（每题
15
分，共
30
分）
1.
请分析回复、再结晶、正常长大、二次再结晶的热力学驱动力和动力学特
征。
2.
Al- Cu
相图的局部如附图所示，请分析并回答：
1
）
5.6%Cu< br>合金和
5.8%Cu
合金在平衡结晶和快速冷却不平衡结晶时，室温下
的组织特 征。
2
）已知
Al
为
FCC
结构，请问图中的< br>相是什么晶体结构？为什么？
3
）请计算亚共晶合金在共晶反应前一刻的平衡分配系数。
4
）设
X
合金平衡结晶完成时的组织为
初
+(
+θ)
共
， 其中
初
占
80%
。请问，
该合金刚刚凝固完毕时
θ
相的含量有多少。
综合模拟测试
参考答案
.
.
一、简答题（每题
5
分，共
30
分）
1.
什么是柏氏矢量？它有哪些特征？
答：柏氏矢量是描述晶体中位错性质及其引起畸变方向、程度的一种数学方
法。
它具有唯一性、同一性和可加性。
2.
固溶体的固溶度受哪些因素的影响？
答：原子尺寸、晶体结构、电负性、电子浓度。
3.
请总结并简要回答二元合金平衡结晶过程中，单相区、双相区和三相区各
相成分的变化规律。< br>
答：单相区：相成分为合金平均成分，不随温度变化；
双相区：两相成分分别位于该相区的边界，并随温度沿相区边界变化；
三相区：三相具有确定成分，且不随结晶过程变化。
4.
什么是上坡扩散？哪些情况下会发生上坡扩散？
答：由低浓度处向高浓度处扩散的现象称为上坡扩散。
应力场作用、电场磁场
作用、晶界吸附作用和调幅分解反应等情况下可能发生上坡扩散。
.