线 名 姓 题 答 号 学 要 封 不 班 内 级 线 封 业 密专 密 系 四川理工学院试卷（2009至2010学年第1学期）
课程名称： 材料科学基础 命题教师： 罗宏
适用班级：2007级材料科学与工程及高分子材料专业
考试(考查) 年 月 日 共 页 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 总分 评阅（统分）教师 得分 注意事项：
1、 满分100分。要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。
2、 考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在试卷规定的地方，否
则视为废卷。
3、 考生必须在签到单上签到，若出现遗漏，后果自负。
4、 如有答题纸，答案请全部写在答题纸上，否则不给分；考完请将试卷和答题卷
分别一同交回，否则不给分。
试题答案及评分标准
得分 评阅教师
一、判断题：（10分，每题1分，正确的记“√” , 错误的记“×”） 1.因为晶体的排列是长程有序的，所以其物理性质是各向同性。（×） 2. 刃型位错线与滑移方向垂直。（√）
3.莱氏体是奥氏体和渗碳体的片层状混合物。（×）
4.异类原子占据空位称为置换原子，不会引起晶格畸变。（×） 5.电子化合物以金属键为主故有明显的金属特性。（√） 6.冷拉后的钢条的硬度会增加。（√）
7.匀晶系是指二组元在液态、固态能完全互溶的系统。（√）
8.根据菲克定律，扩散驱动力是浓度梯度，因此扩散总是向浓度低的方向进行。（×）
9. 细晶强化本质是晶粒越细，晶界越多，位错的塞积越严重，材料的强度也就越高。（√）
10. 体心立方的金属的致密度为0.68。（√）
得分 评阅教师
二、单一选择题：（10分，每空1分） 1. 体心立方结构每个晶胞有（B）个原子。 （A）3 （B）2 （C）6 （D）1 2. 固溶体的不平衡凝固可能造成（A） （A）晶内偏析 （B）晶间偏析 （C）集中缩孔 （D）缩松 3．属于<100>晶向族的晶向是（ ）
（A）[011] （B）[110] （C）[001] （D）[101] 4．以下哪个工艺不是原子扩散理论的具体应用。( )
（A）渗氮 （B）渗碳 （C）硅晶片掺杂 （D）提拉单晶硅 5. 影响铸锭性能主要晶粒区是（C）
（A）表面细晶粒区 （B）中心等轴晶 （C）柱状晶粒区 （D）三个区影响相同
6．属于包晶反应的是（ A ）（L 表示液相，A、B表示固相） （A）L+A→B （B）L+B→C+B （C）L→A+B （D）A+B→L
7.对于冷变形小的金属，再结晶核心形成的形核方式一般是（A） （A） 凸出形核亚 （B）晶直接形核长大形核 （B） 亚晶合并形核 （D） 其他方式
8. 用圆形钢饼加工齿轮，下述哪种方法更为理想？（C） （A） 由钢板切出圆饼（B） 由合适的圆钢棒切下圆饼 （C） 由较细的钢棒热镦成饼 （D） 铸造成形的圆饼
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专业 级 班 学号 姓名 密 封 线 内 不 要 答 题 密 封 线 9. 复合材料不具备的特征是： （D）
(A)可设计性（B）各向异性（C）材料结构一次成型性（D）可重组性 10.白口铸铁种的碳以（B ）形式存在。
（A）石墨 （B）渗碳体 （C）固溶体 （D）以上都不对
得分 评阅教师
三、给出下列公式，说明公式中各物理量的含义及单位：（10分，每小题5分） 1．Hall-Petch（霍尔-佩奇）公式 σs=σ0+kd-1/2 （2分）
σs—钢的屈服强度（MPa），σ0—常数，大体相当于单晶体的屈服强度（MPa），（1分）k—晶界对强度影响程度的常数，（1分）d—多晶的平均尺寸（cm）（1分） 2．菲克第一定律 J??DddcxJ—扩散通量（g/m2·s或mol/m2·s）
D—扩散系数（m2/s），c—体积浓度（g/m3或mol/m3）
得分 评阅教师
四、作图题：（10分，每小题1分）
1．在简单立方晶胞中画出以下晶向：[110]，[121]，[1 1 1 ]
系
2．确定下列简单立方晶胞中ABCD的晶面指数（4分，各2分）。
（120） （113）
得分 评阅教师
五、简答题：（20分，每题5分）
1.为什么三种典型晶体结构的金属塑性不同？
滑移系的多少，滑移面原子密排程度及滑移方向数目决定了金属塑性的好坏，（2分）密排六方滑移系少，塑性最差，（1分）体心立方的滑移系等于或多于面心立方，但滑移方向（2个）比面心立方（3个）少，滑移面的密排程度也较低，所以体心立方金属的塑性又比面心立方金属差。（2分） 2.为什么只有过冷才能结晶。
分析结晶相变时系统自由能的变化可知，结晶的热力学条件为?G<0；（2
?GB??Lm?TTm分）由单位体积自由能的变化可知，只有?T>0，才有?GB<0。即
只有过冷，才能使?G<0。（3分）
3.简述典型铸锭的晶粒组织的三个区域的特点和形成原因。 铸锭的晶粒组织通常通常由三个区域组成：最外层为小颗粒等轴晶粒区；中间部分为垂直于模壁，长而粗的柱状晶粒区；中心部分为大颗粒等轴晶粒区。小颗粒等轴晶粒区很薄，对铸锭性能影响不大。（3分）
当液态金属浇入常温下的铸模时，与模壁接触的一层液体处于极大过冷状 第2页
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态，因而大量形核并迅速长大成小等轴晶粒区。在此过程中，模壁迅速升温，小晶粒区前沿液体中过冷度减小，不足以独立形核。小晶粒中那些与散热方向垂直的快长晶面(低能面)继续择优取向生长，结果形成柱状晶区。当柱状晶生长时，会使液固界面前沿液体中熔质富集，产生成分过冷。于是液体中又开始形核并自由长大成大颗粒晶粒，形成中心的大颗粒等轴晶区。（2分） 4 .简述正负温度梯度下，晶体界面推移长大的方式。
(1)平面状长大：当液体具有正温度梯度时，晶体以平直界面方式推移长大。此时，界面上任何偶然的、小的凸起伸入液体时，都会使其过冷度减小，长大速率降低或停止长大，而被周围部分赶上，因而能保持平直界面的推移。(1分)长大中晶体沿平行温度梯度的方向生长，或沿散热的反方向生长，而其他方向的生长则受到抑制。(1分)
(2)树枝状长大：当液体具有负温度梯度时，在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液体时，由于前方液体有更大的过冷度，有利于晶体长大和凝固潜热的散失，从而形成枝晶的一次轴。(1分)一个枝晶的形成，其潜热使邻近液体温度升高，过冷度降低，因此，类似的枝晶只在相邻一定间距的界面上形成，相互平行分布。在一次枝晶处的温度比枝晶间温度要高，这种负温度梯度使一次轴上又长出二次轴分枝。同样，还会产生多次分枝。(1分)枝晶生长的最后阶段，由于凝固潜热放出，使枝晶周围的液体温度升高至熔点以上，液体中出现正温度梯度，此时晶体长大依靠平界面方式推进，直至枝晶间隙全部被填满为止。(1分)