胡赓祥《材料科学基础》(第3版)配套模拟试题及详解【圣才出品】

第三部分模拟试题

胡赓祥《材料科学基础》（第3版）配套模拟试题及详解（一）

一、填空题（每题3分，共9分）

1．液态金属的结晶过程是一个_________及_________的过程。

【答案】生核；长大

2．三种典型的金属结构面心立方、体心立方和密排六方结构中，原子的密排面和原子密排方向分别是_________、_________、_________。

【答案】{111}110<>；{110}111<>；{0001}1120<>

3．碳溶解于α-Fe 中形成的固溶体叫_________。

【答案】铁素体

二、名词解释（每题4分，共12分）

1．共晶转变

答：组成相图的两组元，在液相可无限互溶，而固态只能部分互溶，甚至完全不溶，当某一成分下的液相凝固时转化为一个成分减小和另一个成分增大的固相的转变。

2．位错的滑移

答：位错的运动方式最基本形式之一，在外加切应力的作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断地作少量地位移（小于一个原子间距）而逐步实现的。

3．珠光体

答：在Fe-Fe 3C 相图中，当发生γ→α＋Fe 3C 转变时，转变产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体。

三、简答题（每题6分，共48分）

1．有两根左螺旋位错线，各自的能量都为E1，当它们无限靠拢时，总能量为多少？答：由于位错的应变能与b2成正比，同号螺型位错的能量又都相同，因此其伯氏矢量

b必然相同。若它们无限靠拢时，合并为伯氏矢量为2b的新位错，其总能量应为4E1。但是，实际上此位错反应是无法进行的，因为合并后能量是增加的，何况同性相斥，两同号位错间的排斥力将不允许它们无限靠拢。

2．二元相图中有哪些几何规律？

答：（1）两个单相区之间必定有一个由这两个相组成的两相区，而不能以一条线接界。这个规律被称为相区接触法则。

（2）在二元相图中，若是三相平衡，则三相区必为一水平线。

（3）如果两个恒温转变中有两个相同的相，则这两条水平线之间一定是由这两个相组成的两相区。

（4）当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交．则分界线的延长线应进入另一两相区，而不会进入单相区。

3．解释高聚物在单向拉伸过程中细颈截面积保持基本不变的现象。

答：很多高聚物在塑性变形时往往会出现均匀变形的不稳定性。如将某一高聚物样品进行单向拉伸试验，开始时应力随应变线性增加，试样被均匀地拉长，过了屈服点后，在试样某个部位的应变突然比整体应变增加得更快，使原来均匀的截面变得不均匀，出现一个或几个细颈。继续变形时，颈缩区不断扩展，沿着试样长度方向不断延伸，直到整个试样的截面都均匀变细为止，在这一变形过程中应力几乎不变。这是因为超过屈服强度后，试样产生塑性变形，并在颈缩处出现了加工硬化。XRD分析证明，高聚物中的大分子无论是非晶态还是结晶态，随着变形程度的增加，都逐渐发生沿外力方向的定向排列。由于键（主要是共价键）的方向性，在产生定向排列后发生了应变硬化。

4．若将一位错线的正向定义为原来的反向，此位错的伯氏矢量是否改变？位错的类型性质是否变化？一个位错环上各点位错类型是否相同？

答：由伯氏矢量回路来确定位错的伯氏矢量方法中得知，此位错的伯氏矢量将反向，但

此位错的类型性质不变。根据位错线与伯氏矢量之间的夹角判断，若一个位错环的伯氏矢量垂直于位错环线上各点位错，则该位错环上各点位错性质相同，均为刃位错；但若位错环的伯氏矢量与位错线所在的平面平行，则有的为纯刃型位错，有的为纯螺型位错，有的则为混合型位错；当伯氏矢量与位错环线相交成一定角度时，尽管此位错环上各点均为混合型位错，然而各点的刃型和螺型分量不同。

5．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：（1）成分过冷：在合金的凝固过程中，由于液相中溶质分布发生变化而改变了凝固温度，这可由相图中的液相线来确定，因此，将界面前沿液体中的实际温度分布低于由于溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，称为成分过冷。

（2）对形貌的影响：①当在液-固界面前沿有较小的成分过冷区时，平面生长就会破坏。

②界面某些凸起的地方，在它们进入过冷区之后，由于过冷度稍有增加，促进了它们进一步凸向液体，但因成分过冷区较小，凸起部分不可能有较大伸展，从而使界面形成了胞状组织。

③如果界面前沿的成分过冷区较大，则凸出部分就能继续伸向过冷液相中生长，同时在侧面产生分枝，形成二次轴，在二次轴上再长出三次轴等，这样就形成树枝状组织。④综上所述，由于成分过冷，可是合金在正的温度梯度下凝固得到树枝状组织。

6．何谓准晶？如何描绘准晶态结构？

答：准晶系不具有平移对称性，然而是呈一定周期性有序排列的类似于晶态的一种原子聚集态固体。在三维空间中，它们除了具有5次对称轴外，还有8、10或12次对称轴，其衍射花样呈现出非晶体学对称性。大多数准晶相是亚稳的，只能用快速凝固的方法获得。众所周知，用正三角形、正方或正六边形可做平面的周期拼砌，然而用正五边形来拼砌，不能无重叠或无任何间隙铺满整个平面。因此，准晶态结构不能如同晶体那样取一个晶胞来代表其结构，即无法通过平移操作实现周期性。目前较常用的是拼砌花砖方式的模型来表征准晶结构。例如：5次对称的准周期结构可用边长相等、角度分别为36°和l44°（窄），以及72°和l08°（宽）的两种菱形，遵照特别的匹配法将其构造出来。

7．简述非晶高分子的力学状态及各自分子运动特点。

答：（1）玻璃态。在玻璃态下，由于温度较低，分子热运动的能量很低，不足以克服单链内旋转的势垒，链段和整个分子的运动均被冻结，链段的松弛时间远远大于实验测量的范围，因而不能观测到链段运动所表现出的形变。但是侧基、支链和小链节等小运动单元的运动以及主链的链长和链角的微小改变仍能进行，这些运动可以瞬间完成。

（2）高弹态。高弹形变的本质是链段在小范围内绕某链轴的旋转运动，是构象的改变，即分子的伸长、卷曲所产生的形变。

（3）黏流态。由于链段的剧烈运动，在外力作用下，整个高分子中心可发生相对位移。不仅链段松弛时间缩短了，而且整个高分子链运动的松弛时间也缩短到与实验观察的时间处于同一数量级。它是整个高分子链相互滑移的宏观表现。这种流动同低分子流动相类似，是不可逆变形，外力除去后，变形不能自发回复。

8．试论材料强化的主要方法及其原理。

答：固溶强化。原理：晶格畸变、柯氏气团，阻碍位错运动。方法是固溶处理、淬火等。

细晶强化。原理：晶界对位错滑移的阻碍作用。方法是变质处理、退火等。

弥散强化。原理：第二相粒子对位错的阻碍作用。方法是形成第二硬质相如球化退火、变质处理等。

相变强化。原理：新相为高强相或新相对位错的阻碍。方法是淬火等。

加工硬化。原理：形成高密度位错等。方法是冷变形等。

四、计算题（每题9分，共81分）

1．青铜（Cu-Sn）和黄铜（Cu-Zn）相图如图1（a），（b）所示：

（1）叙述Cu-10％Sn合金的不平衡冷却过程，并指出室温时的金相组织。

（2）比较Cu:10%Sn合金铸件和Cu-30％Zn合金铸件的铸造性能及铸造组织，说明Cu-10％Sn合金铸件中有许多分散砂眼的原因。

（3）w(Sn)分别为2％，11％和15％的青铜合金，哪一种可进行压力加工？哪种可利用铸造法来制造机件？