考卷a-答案-评分细则

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1、中南大学考试试卷2011学年上学期时间110分钟材料科学基础课程96学时6学分考试形式：闭卷卷专业年级：粉冶工程试验0901总分100分，占总评成绩70%注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上一、名词解释（24分,每个3分）1.晶带轴：答：所有平行或相交于同一直线的晶面构成一个晶带。此直线称晶带轴。2.伪共晶组织：答：由非共晶合金所获得的全部共晶组织称为“伪非晶组织。3.定向凝固：答：控制金属或合金熔体的结晶生长方向，获得单一的柱状晶或单晶组织的凝固方法。4.包共晶反应：答：反应L＋A→M＋C，为四相平衡，其反应物似二元包晶反应，生成物似二元共晶反应，故称包共晶反应。5

2、.再结晶：答：冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况。6.柯肯达尔（Kirkendall）效应：答：对于置换式固溶体中溶质原子的扩散，由于溶质和溶剂原子半径相差不大，原子扩散时和空位交换几率不相等，导致两者扩散速率不同。能观察到这种实验结果的实验现象称为Kirkendall效应。7.滑移系：6答：一个滑移面和此面上的一个滑移方向，一般而言，滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。1.机械合金化：答：纯组元按比例混和后直接进行高能球磨形成非晶合金。二、请在立方晶系中写出面OBC

3、’、ODD’O’的晶面指数和OB、OD晶向指数（AD=1/2AB）（8分）答：[1]OBC’的晶面指数为：或；（2分）ODD’O’的晶面指数为：或（2分）[2]OB晶向指数为：[110]；（2分）OD晶向指数：[210]。（2分）三、请从原子排列、滑移性质、柏氏矢量等方面对比刃位错、螺位错的主要特征（16分）答（要点）：刃型位错：（8分）晶体中有一个额外原子面，形如刀刃插入晶体位错线可以是折线或曲线,但位错线必与滑移（矢量）方向垂直滑移面惟一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6螺型位错：（8分）上下两层原子发生错排，错排区原子依次连接呈螺旋状螺

4、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惟一；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四、对于晶界扩散和体内扩散，假定扩散激活能Q晶界≈1/2Q体积，试画出其lnD与温度倒数1/T的曲线，并指出约在哪个温度范围内晶界扩散起主导作用（10分）答（要点）：因晶界扩散激活能Q晶界小于体内扩散激活能，所以前者的lnD-1/T直线的斜率小于后者，两直线必交于一点。如图所示：该点的温度就是两者扩散系数相等的温度，即DB=DL，由D=D0exp（-Q/RT），得QB/TB=QL/TL（B：晶界，L：体内扩散）。因为QB=0.5QL，所以1/2

5、TB=1/TL，TB=TL/2。若取TL为固体中最高的扩散温度，即该材料熔点温度，则在约为熔点一半的较低温度下，由于原子在体内扩散较为困难，晶界扩散的作用突现出来，所以起主导作用。6五、请简述回复的机制及其驱动力。（12分）答（要点）：[1]低温机制：主要与点缺陷的迁移有关，点缺陷运动所需的热激活能较低，因而可在较低温度就可进行，它们可迁移至晶界（或金属表面），并通过空位与位错的交互作用，空位与间隙原子的重新结合，以及空位聚合起来形成空位对、空位群和空位片，从而使点缺陷密度明显下降。(3分)[2]中温机制：发生位错运动和重新分布，同一滑移面上异号相互吸引而抵消；位错偶极子

6、的两根位错线相消等等。（3分）[3]高温机制：刃型位错获得足够能量产生攀移，产生了两个后果：1）使滑移面上不规则的位错重新分布，刃型位错垂直排列呈墙，显著降低弹性畸变能；2）沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位错墙，以及由此所产生的亚晶，即多边形化结构。（3分）[4]驱动力：冷变形过程中的存储能（主要是点阵畸变能）（3分）六、根据Fe-C合金相图回答下列问题。（15分）（1）说明α相、γ相和δ相的晶体结构类型；（2）写出图中各实线水平线的平衡反应式（注明反应时的温度）；（3）说明Fe-0.35%C合金平衡凝固凝固过程，并说明室温时的组织组成物与相组成物。6答（要点）

7、：[1]α相、γ相和δ相的晶体结构类型分别为体心立方结构（或BCC结构）、面心立方结构（或FCC结构）、体心立方结构（或BCC结构）。（3分）[2]包晶反应：L0.53+δ0.09=A0.16(1495℃)，或者L0.53+δ0.09=γ0.16(1495℃)共晶反应：L4.2=A2.1+Fe3CⅠ(1148℃)，或者L4.2=γ2.1+Fe3CⅠ(1148℃)共析反应：A0.65=F0.021+Fe3CⅡ（727℃），或者γ0.65=α0.021+Fe3CⅡ（727℃）（5分）[3]凝固出δ相；包晶转变：L0.53+δ0.0