西安交通大学大二材料专业材料科学基础试卷及答案

（注意：试卷满分100，时间100分钟，请考生将答案做于试卷答题纸上，违者以零分处理）

一、名词解释(每小题1分，共10分)

1．晶胞

2．间隙固溶体 3．临界晶核 4．枝晶偏析 5．离异共晶 6．反应扩散 7．临界分切应力 8．回复

9．调幅分解 10． 二次硬化

二、判断正误(每小题1分，共10分)

正确的在括号内画“√”， 错误的画“×”

1. 金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。( )

2. 作用在位错线上的力F的方向永远垂直于位错线并指向滑移面 上的未滑移区。 ( ) 3. 只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则

不能。 ( ) 4. 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵

值减小，因此是一个自发过程。 ( ) 5. 固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔGB ＜0、结构起伏和能量

起伏。 ( ) 6. 三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。 ( ) 7. 物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。 ( ) 8. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排

方向。 ( ) 9. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两

种转变的难易程度相似。 ( )

10.除Co以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使C曲线 左移，从而增加钢的淬透性。 ( )

三、作图题(每小题5分，共15分)

1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a)立方晶系 (421)，

(123)，[211]；b)六方晶系(2111)，[2113]。

2. 设面心立方晶体中的(111)为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为(1)在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。

(2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二

位错线的晶向指数。

3. 如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。

四、相图分析(共20分)

(1) 就Fe-Fe3C相图，回答下列问题：

1. 默画出Fe-Fe3C相图，用相组成物填写相图；

2. 分析含碳量为1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织 示意图。 3. 计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。

4．已知某铁碳合金室温时的相组成物为铁素体和渗碳体，铁素体占

82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。

(2) 右图为固态有限互溶三元共晶相图的投影图，请回答下列问题： 1. 指出三个液相面的投影区； 2. 指出e3E线和E点表示的意义；

3. 分析合金N的平衡结晶过程。

五、在870℃比在930℃渗碳有一定优越性，淬火变形小又可得到较细的晶粒，碳在γ铁中

的D0=2.0×10-5m2/s,Q=140×103J/mol,请计算：(10分) (a) 870℃时碳在γ铁中的扩散系数； (b) 将渗层加深一倍需多长时间？

a[110]。 2(c) 若规定0.3%C作为渗碳层厚度的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？ (气体常数R=8.314J/mol·K, 渗层厚度Dt)

六、简答题(每题4分，共20分)

1. 说明柏氏矢量的确定方法，如何利用柏氏矢量和位错线来判断位

错的类型？

2. 简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。 3. 为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？

4. 共析钢的奥氏体化有几个主要过程？合金元素对奥氏体化过程有什么影响？ 5. 提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些？为什么说Cr是不锈钢中最重要的合金元素？

七、45钢的过冷奥氏体连续转变曲线如图所示，请回答下列问题：（共15分）

1. 说明图中A1线、Ms、1线、2线、3线表示的意义。

2. 过冷奥氏体转变产物有哪些？写出各种转变产物的名称、相变类型、组织形态和性能特点；

3. 在V1、V2、V3、V4 冷却速度下，各得到何种组织？

4. 指出与V1、V2、V3、V4相对应的热处理工艺名称是什么？

参考答案

八、名词解释(每小题1分，共10分)

1．晶胞: 能完全反映晶格特征的最小几何单元.

2．间隙固溶体: 溶质原子占据溶剂晶格间隙形成的固溶体.

3．临界晶核: 半径为rK的晶胚(rrK,晶胚可长成晶核.枝晶偏析: 固溶体非平衡凝固时不同时刻结晶的固相成分不同导致树枝晶内成分不均匀的现象

(或树枝晶晶轴含高熔点组元较多，晶枝间低熔点组元较多的现象).

5．离异共晶: 两相分离的共晶组织.

6．反应扩散: 通过扩散使溶质组元超过固溶极限而不断生成新相的扩散过

程称为反应扩散.

7．临界分切应力: 作用于滑移系上并使其沿滑移方面开始滑移的最小分切

应力.

8．回复: 组织(晶粒外形)改变前在晶粒内发生的某些结构和性能的变化过

程.

9．调幅分解: 通过扩散偏聚由一种固溶体分解成与母相结构相同而成分不

同的两种固溶体.

10． 二次硬化: 高温回火时回火硬度高于淬火硬度的现象.

九、判断正误(每小题1分，共10分)

正确的在括号内画“√”， 错误的画“×”

1. 金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。(×)

2. 作用在位错线上的力F的方向永远垂直于位错线并指向滑移面 上的未滑移区。 (√) 3. 只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则

不能。 (√) 4. 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵

值减小，因此是一个自发过程。 (×) 5. 固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔGB ＜0、结构起伏和能量

起伏。 (×) 6. 三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。 (√) 7. 物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。 (×) 8. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排

方向。 (√) 9. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两

种转变的难易程度相似。 (×)

10.除Co以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使C曲线 左移，从而增加钢的淬透性。 (×)

十、作图题(每小题5分，共15分)

1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a)立方晶系 (421)，

(123)，[211]；b)六方晶系(2111)，[2113]。 (略)

2. 设面心立方晶体中的(111)为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为

a[110]。 2(1)在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。|b|=√2 a/2 (2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二

位错线的晶向指数。

刃型位错: (112),螺型位错(110)

3. 如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。(略)

十一、 相图分析(共20分)

(1) 就Fe-Fe3C相图，回答下列问题：

1. 默画出Fe-Fe3C相图，用相组成物填写相图；(略)

2. 分析含碳量为1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织 示意图。 LL+γγγ+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ

3. 计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。 Fe3CⅡ=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)=22.6%

Fe3CⅢ=(0.0218-0.00001)/(6.69-0.00001)=0.325%

4．已知某铁碳合金室温时的相组成物为铁素体和渗碳体，铁素体占

82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。 wc=1.2% , P=92.7%, Fe3C=7.3%

(3) 右图为固态有限互溶三元共晶相图的投影图，请回答下列问题： 4. 指出三个液相面的投影区； 5. 指出e3E线和E点表示的意义；

6. 分析合金N的平衡结晶过程。

答:1. Ae1Ee3A、 Be2Ee1B、 Ce3Ee2C

2．e3E线：α与γ的共晶线， E点：

三元（四相）共晶点。

3．N点合金：LLγLβ+γ Lα+β+γ

十二、 在870℃比在930℃渗碳有一定优越性，淬火变形小又可得到较细的晶粒，碳在γ

铁中的D0=2.0×10-5m2/s,Q=140×103J/mol,请计算：(10分) (a) 870℃时碳在γ铁中的扩散系数； (b) 将渗层加深一倍需多长时间？

(c) 若规定0.3%C作为渗碳层厚度的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？

(气体常数R=8.314J/mol·K, 渗层厚度Dt)

(a) D870℃=7.98×10-12 m2/s (b) 4倍时间 (c) 1.44倍

十三、 简答题(每题4分，共20分)

1. 说明柏氏矢量的确定方法，如何利用柏氏矢量和位错线来判断位

错的类型？

答：首先在位错线周围作一逆时针回路,然后在无位错的晶格内作同样的回路,

该回路必不闭合,连接终点与起点即为柏氏矢量. 位错线与柏氏矢量垂直的是刃型位错,平行的是螺型位错.

2. 简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。

答: 固溶体凝固时,由于溶质原子在界面前沿液相中的分布发生变化而形成的

过冷.

3. 为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？

答: 晶粒细化减小晶粒尺寸,增加界面面积,而晶界阻碍位错运动,提高强度;

晶粒数量增加,塑性变形分布更为均匀,塑性提高; 晶界多阻碍裂纹扩展,改善韧性.

4. 共析钢的奥氏体化有几个主要过程？合金元素对奥氏体化过程有什么影响？ 答: 共析钢奥氏体化有4个主要过程: 奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀

化、晶粒长大。合金元素的主要影响通过碳的扩散体现，碳化物形成元素阻碍碳的扩散，降低奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化速度。

5. 提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些？为什么说Cr是不锈钢中最重要的合金元素？

答：提高钢材耐蚀性的主要方法有：在表面形成致密氧化膜、提高基体电极电

位、形成单相组织。Cr可形成表面致密氧化膜Cr2O3,可提高电极电位，可形成单相铁素体。

十四、 45钢的过冷奥氏体连续转变曲线如图所示，请回答下列问题：（共15分）

1. 说明图中A1线、Ms、1线、2线、3线表示的意义。

2. 过冷奥氏体转变产物有哪些？写出各种转变产物的名称、相变类型、组织形态和性能特点；

3. 在V1、V2、V3、V4 冷却速度下，各得到何种组织？

4. 指出与V1、V2、V3、V4相对应的热处理工艺名称是什么？

答：1. A1线—共析线；Ms—马氏体转变开始线；1线—过冷奥氏体向铁素体转

变开始线；2线—珠光体转变终了线；3线—贝氏体转变开始线。 2. 过冷奥氏体转变产物：

珠光体，扩散型相变，片状组织，强度较高，塑性较好； 铁素体，扩散型相变，块状组织，强度低，塑性好；

马氏体，非扩散型相变，板条或片状，强度高，脆性大；

贝氏体，兼有扩散与非扩散相变特点，上贝氏体，羽毛状，脆性大，下

贝氏体，片状，强度高，韧性好。

3．V1—铁素体、珠光体；V2—铁素体、珠光体；

V3—铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体；V4—马氏体。

4．V1、V2—退火，V3—正火，V4—淬火