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材料科学基础期末考试答案2023春

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材料科学基础

铁碳相图中的A3线指的是（）。

答案:碳在奥氏体中的溶解度曲线AI参考:正确答案是B：铁素体-奥氏体转变线。铁碳相图中的A3线指的是铁素体-奥氏体转变线，表示在加热时，加热到一定温度A3（约912℃）时，钢中的铁素体全部转变为奥氏体。在冷却时，在冷却速度不太大时，随温度降低，奥氏体部分转变成铁素体，部分转变成渗碳体。铁碳相图是铁碳合金的平衡图，由两组基体相的相变温度和成分及它们的含量与含碳量的关系，可以找出其组织与性能间的内在联系和变化规律。故选B。'

公切线原理可运用于（）。

答案:产品进入市场产品改换包装产品调整价格产品调整广告产品调整推销方法AI参考:单选题中，正确选项为D：二元相图。公切线原理是用于分析两个或多个平面相交形成相切的几何图形的方法。在二元相图中，通常有两个或多个相（即物质点或物质区域）相互交错，形成特定的几何形状。公切线原理可以用于分析这些相切的区域和形状，从而更好地理解二元相图的结构和性质。因此，公切线原理适用于二元相图的分析。其他选项中，多相平衡、单相平衡和三元相图都涉及到多个相或物质区域，而公切线原理主要用于分析二元相图，因此不符合题意。'

有序固溶体相的形成条件是混合焓（）。

AI参考:正确答案是C：小于0。有序固溶体相的形成条件是混合焓小于零，即有序相与无序相的能量差小于零，此时有序相将逐渐转变为无序相。因此，有序固溶体相的形成条件是混合焓小于零。'

非平衡凝固时，什么条件可以使得固液两相中大多数区域的溶质浓度相等（）。

AI参考:正确答案是C：凝固速度极快。凝固速度极快时，液相中的溶质来不及扩散到固相中，固液两相中大多数区域的溶质浓度相等。凝固速度慢或适中时，由于扩散作用慢，浓度不相等。所以凝固速度极快时固液两相中大多数区域的溶质浓度相等。因此选项C为正确答案。答案分析中需要注意“大多数”三个字，表明这不是全部情况。选项A和B也考虑到了凝固速度较慢的情况，但并没有明确指出在大多数情况下浓度相等。选项D则是完全否定了上述情况的可能性，因此不是正确答案。'

三元固态无互溶共晶相图中的三元共晶成分，其凝固至室温会产生几种相（）。

答案:4;3;2AI参考:正确答案是B：3。三元固态无互溶共晶相图中的三元共晶成分凝固至室温会产生三种相，即液相、两种固相。因此，答案为B。'

凝固过程的驱动力体积自由能与过冷度的关系是（）。

AI参考:正确答案是C:自由能增加而凝固速度加快。凝固过程，固相变为液相，自由能增加而凝固速度加快。过冷度越大，凝固点越低，凝固过程进行得越快。因此，凝固过程的驱动力是自由能增加而凝固速度加快。'

三元固态无互溶共晶相图有几个两相区（）。

答案:9AI参考:正确答案是B：5。在三元固态无互溶共晶相图中，至少有3个两相区，而两相区是由两个相平衡时形成的区域，根据题意至少有三个两相区，因此选项B正确。'

过共析钢的典型特征是（）。

答案:含C量为小于0.77%——2.11%的Fe-C合金AI参考:正确答案是A：球状渗碳体嵌入铁素体基体。过共析钢的典型特征是珠光体基体上分布着球状渗碳体，选项A符合题意。选项B、C、D分别描述了不同类型铁素体的特征，与过共析钢的典型特征不符。'

凝固过程中，过共析钢在什么温度范围有渗碳体析出（）。

AI参考:正确答案是D：固相线以下。过共析钢的含碳量在0.77%左右，在冷却过程中先以Fe3C形态析出于奥氏体晶界，形成Fe3C共晶，其温度在727℃左右，在固相线以下。因此，答案为D。'

二元相图中，杠杆法则用于（）。

答案:三相平衡水平线上AI参考:正确答案是D:两相区。杠杆定律是指在二元相图中，杠杆率的大小是利用杠杆规则来计算的，在两相区应用杠杆定律比较方便。因此，答案为D。在液相区和固相区应用杠杆定律时，应该先分别确定系统的高温低温和低温的组成。而单相区不用应用杠杆定律，因为它表示的是一个纯物质系统的平衡。因此选项AB不符合题意。'

铁碳相图共有几个两相区（）。

答案:7AI参考:正确答案是B：5。铁碳相图中有五个两相区，即共晶反应、共析反应、包晶反应、亚共晶反应和过共晶反应。铁碳相图描述了纯铁缓慢冷却和加热时平衡相变及反应的热力学和动力学性质，对工程实际应用有着非常重要的意义。所以选择B项，即五个两相区。'

板条马氏体中单个板条的特征是（）。

AI参考:正确答案是A：单晶+高位错密度。板条马氏体中单个板条的特征是单晶结构，而且具有高错密度，这些错密度是在位错形变时产生并保留下来的。因此，选项A是正确的。选项B、C、D都描述了板条马氏体的不同特征，但都不完全符合单个板条的特征。希望这个答案对你有所帮助。'

二元合金在等压条件下可能存在的凝固温度有几个（）。

AI参考:正确答案是D：2。二元合金在等压条件下可能存在的凝固温度有两个，即液相线与固相线。故选D。'

在同样第二相颗粒占比的前提下，为何存在最佳颗粒尺寸，使得材料强度提升最多（）。

AI参考:在同样第二相颗粒占比的前提下，颗粒的尺寸对于材料的强度有着显著的影响。在众多机制中，有切过机制和绕过机制两种主要的机制。当第二相颗粒尺寸适当时，这两种机制的效果会发生相互作用。如果颗粒尺寸较小，那么切过机制可能占主导地位，它主要通过引入微观的裂缝和缺口来增加材料的脆性，从而提高强度。而如果颗粒尺寸过大，绕过机制可能会占据主导地位，即第二相颗粒会通过与基体材料的相互作用，产生微合金化效果，细化晶粒，从而提升强度。这两种机制并不是等效的，它们在不同的颗粒尺寸下会对材料强度产生不同的影响。因此，在同样第二相颗粒占比的前提下，最佳颗粒尺寸应该是使得这两种机制对强度提升的效果相互抵消的那个尺寸。这个最佳尺寸应该是使得切过机制和绕过机制对强度提升的效果相同。所以，正确答案是【此尺寸下，切过机制和绕过机制对强度提升的效果相同】。'

区分钢和铁的成分原则是什么（）。

AI参考:区分钢和铁的成分原则是：含碳量在2%以上的铁碳合金是钢，含碳量在2%以下的铁碳合金是生铁。因此，答案为D：2.11 wt%。'

从能量角度分析，与液固相变相比，固态相变过程中独有的能量项是（）。

AI参考:从能量角度分析，与液固相变相比，固态相变过程中独有的能量项是应变能。固态相变是指在固态下发生的相变，如金属材料的结晶等。与液固相变相比，固态相变过程中会伴随着应变能的产生，这是由于物质内部晶格结构的变化引起的。应变能是一种与变形有关的能量项，它在固态相变中是独有的。而体积自由能、界面能和组元内能这些能量项更适用于液态相变过程。因此，正确答案是C：应变能。'

以下哪些方法可以确认所得材料中含有马氏体（）。

AI参考:正确答案是 A：X射线衍射，显示马氏体特征峰。X射线衍射技术是利用电子发射源所产生的X射线照射到试样上，试样中的不同晶体对X射线有不同的衍射能力，从而得到试样的晶体结构信息，可以确认所得材料中含有马氏体。硬度测试、拉伸测试和观察和触摸样品表面等方法只能提供材料硬度和形态等信息，不能直接确认材料中含有马氏体。因此，答案为A。'

铁碳相图中成分在0.77-2.11wt.%区间的合金在平衡凝固过程中，必然会经历（）。

AI参考:正确答案是D。在铁碳相图中，成分在0.77-2.11wt.%区间的合金在平衡凝固过程中，必然会经历共晶反应，即液相中的渗碳体与液固两相反应生成液相和奥氏体的反应。这个反应是在平衡状态下发生的，所以选项A和B都错误。而共析反应是先析出铁素体，再析出渗碳体的反应，不符合题意。因此，答案为D：共晶反应。'

关于液态金属的结构，哪种说法是错误的（）。

AI参考:对于液态金属的结构，正确的描述应该是存在相对稳定的区域和变化的区域，短程有序，以及结构瞬息多变。而长程无序则是描述高分子链状结构的特点。因此，关于液态金属的结构，说法错误的是选项B：结构瞬息多变。'

一般而言，同一粗晶金属材料中，哪种形变机制的触发应力最小（）。

AI参考:正确答案是C：位错滑移。位错滑移机制的触发应力最小，因为位错滑移只需要在滑移面上发生原子错排，不需要晶界扩散或晶界滑移等需要消耗能量的过程。孪生和晶界扩散的触发应力相对较大，晶界滑移是晶界上位错的运动，需要消耗能量，因此触发应力也较大。因此，选项C是正确答案。'

莱氏体是哪两种相的结合体（）。

AI参考:正确答案是C：奥氏体和渗碳体。莱氏体是奥氏体和渗碳体的二相混合体，也就是珠光体和渗碳体的混合物。故选C。'

三元固态无互溶共晶相图的液相面由几个曲面组成（）。

AI参考:正确答案是【D:3】。该液相面由一个平面和三个曲面组成，分别为三个共晶反应的液相表面，其中只有一个液相时是一个平面，有两个液相时是一个平面和一个曲面，有三个或三个以上液相时则是三个曲面。所以选项D是正确答案。'

铁碳相图中，共析温度是多少度（）。

答案:727℃AI参考:正确答案是【D:727】。铁碳相图中的共析温度是727度。'

要使位错颗粒间绕过机制更有效的提高材料强度，需要（）。

AI参考:正确选项是【C:颗粒相占比越低越好+单个颗粒越大越好】。位错颗粒间绕过机制是指位错在材料中运动时，会遇到周围晶体阻碍，位错绕过这些阻碍继续运动的机制。要使这种机制更有效的提高材料强度，需要颗粒相占比越低越好，这样可以增加位错运动的路径和障碍，提高位错绕过机制的效果；同时，单个颗粒越大越好，这样可以增加位错绕过过程中的摩擦力和粘滞力，使得位错在运动过程中需要克服更多的阻力，进一步提高了位错绕过机制的效果。因此，选项C“颗粒相占比越低越好+单个颗粒越大越好”是正确的。选项A和B是不正确的，因为颗粒占比低或者单个颗粒小，会使位错更容易通过，反而可能降低材料的强度；选项D也是不正确的，因为颗粒占比高会降低位错运动的路径和障碍，不利于提高位错绕过机制的效果。'

共晶铸铁的熔点比纯铁低了约多少度（）。

AI参考:正确答案是D。共晶铸铁是由一定成分的液态合金在结晶过程中，同时生成和析出的现象，称为共晶转变。这种转变所发生的温度叫做共晶温度。合金的熔点是在一定的压力下，从纯金属元素组成的合金开始熔化时的温度。在一般情况下，合金的熔点都会比组成合金的各金属的熔点都要低。因为合金中的各组元可以互相溶解、发生化学反应，同时由于晶体缺陷的产生和晶格畸变等因素也会产生一定的能量损耗，使有效能量降低。所以，共晶铸铁的熔点比纯铁低了约400度。因此，本题的正确选项为D：400。'

理论上，成分过冷可能出现哪种材料的凝固过程中（）。

AI参考:理论上，成分过冷可能出现水。成分过冷是指凝固后凝固前沿温度分布不均匀，凝固前沿某部分区域出现液相中固相成分高于另一部分的现象。在凝固过程中，如果存在成分过冷，凝固前沿的晶粒无法形成，导致材料无法凝固。水在凝固过程中也容易出现成分过冷现象，因此选项C正确。其他选项的凝固过程不太可能出现成分过冷现象。因此，正确选项为C：水。'

三元固态无互溶共晶相图的投影图，其上有几段曲线几段直线（）。

答案:9AI参考:正确答案是【D】。因为从图形来看是由两条线，曲线是三个两相区的分界线，直线代表成键移动的线。所以答案是D。这个问题主要是考察对相图的理解和识图能力。在三元固态无互溶共晶相图中，通常会有一些曲线和直线，这些线条代表了不同的相界面和相变过程。在投影图中，我们可以看到这些线条的数量和形状，从而判断出相图的复杂程度和特点。因此，正确答案应该是D，即只有一条曲线和一条直线。'

非晶材料的最主要变形方式是（）。

AI参考:正确答案是B:剪切带。非晶材料的最主要变形方式是剪切带，这是由于非晶材料内部结构无序，位错运动受到的阻力较小，容易发生剪切变形。位错滑移和孪生也是常见的变形方式，但不是非晶材料的主要变形方式。晶界相关形变机制是一种复杂的形变机制，主要涉及晶界的影响，不适用于非晶材料。'

Al-Cu合金中的GP区是（）。

答案:错AI参考:正确答案是B：纳米薄片。在Al-Cu合金中，由于晶格畸变程度小，使共格应变能降低，因此具有高的强度和优良的塑性。晶界上的氧化物或硫化物沿晶界分布，并与晶粒间界面相垂直，构成双晶界面，而这个界面是阻碍晶粒间运动的扩散界面，在合金中相当于玻璃态的共格应变能核心，起着强化晶界的作用。当原子半径为1埃时，即一个原子直径是10的负八次方米时，用纳米材料形成的晶界呈纳米薄片状，即为GP区。故选B。'

三元固态无互溶共晶相图有几个三相区（）。

答案:9AI参考:正确答案是C：3。三元固态无互溶共晶相图，一般情况下有三相区。选择与给出的正确选项相关的三个三相区编号并填充下面的表：编号三相点三一C (组成%) a（La,Ra）b（La,Sb）c（Ra,Sb）成分：CaS和Co基合金成分：$Fe_3O_4$和Co基合金成分：CoS和Co基合金三一A （7.5%，33.3%）（55%，16.7%）（47%，16.7%） $CaS$和$Co$合金 $Fe_3O_4$和$Co$合金 $CoS$和$Co$合金三一B （5%，40%）（35%，30%）（28%，30%） $CaS$和$Fe_3O_4$合金 $Fe_3O_4$和$Co$合金 $CoS$和$Fe_3O_4$合金三一C （15%，25%）（25%，60%）（27%，60%） $CaS$和$CoS$合金 $Fe_3O_4$和$CoS$合金 $CoS$和$Fe_3O_4$合金。因此，正确选项为C：3。'

奥氏体的晶体结构是（）。

答案:面心立方AI参考:正确答案是C：面心立方。奥氏体的晶体结构是面心立方，由八个铁原子位于面心组成，这是在金属晶体中常见的一种晶格结构。其他选项A简单立方、B密排六方、D体心立方分别代表不同种类的金属晶体结构，与奥氏体的晶体结构不符。'

以下哪种凝固条件一定不会形成枝晶组织（）。

AI参考:正确答案是B：纯金属在正温度梯度。纯金属在正温度梯度条件下凝固时，晶界曲率小，容易流动，不利于形核，枝晶间距也较小，形核率较低，凝固组织较为致密，不易形成枝晶组织。因此选项B是正确的。其他选项中，纯金属在负温度梯度或合金在负温度梯度条件下凝固时，晶界曲率大，有利于枝晶形核和生长，容易形成枝晶组织；合金在正温度梯度条件下凝固时，也可能形成枝晶组织。因此，只有选项B符合题意。'

以下哪一相是半共格的（）。

AI参考:正确答案是 B:θ”相。在半共格相变中，$θ”$相（类质同象型相变产物）有时也可以有面心点阵存在。题目中没有给出具体材料，所以无法判断材料是哪种相变产物。因此，答案为B。'

理论上纯物质可能最多存在多少相数（）。

AI参考:理论上纯物质可能最多存在3个相数，因此，正确答案是B。一个纯物质可以存在固相、液相、气相三种相态，但如果存在固液气三相共存的情况下，还可以存在介稳相，但这种相不是稳定的，最终会向三相中任何一相转化。因此理论上纯物质最多存在3个相。其他选项不正确的原因：A：理论上纯物质不可能存在无数个相，因为这违反了物质存在的规律。C：理论上纯物质不可能存在四个相，因为只有固、液、气三种基本相态。D：理论上纯物质存在一个相意味着它只存在一种物质状态，而不是多种状态共存。因此，正确答案是B。'

凝固过程，对于球状晶核，体积自由能的变化只能抵消多少形核所需的表面能（）。

AI参考:正确答案是B：2/3。凝固过程，对于球状晶核，体积自由能的变化只能抵消多少形核所需的表面能，取决于晶核的形状。对于球状晶核，其体积自由能的变化可以抵消2/3的形核所需的表面能。因此，答案为B。'

当位错遇到一个极小的共格析出相颗粒时，最可能采用什么样的作用方式（）。

答案:绕过AI参考:正确答案是D:绕过。当位错遇到一个极小的共格析出相颗粒时，最可能采用绕过的方式。位错不会断开继续滑移，因为位错在晶体中移动时需要保持共格关系。被界面吸收和切过都是不常见的位错反应方式，只有绕过是最可能的反应方式。因此，选项D是正确答案。'

铁碳相图中的包晶成分是（）。

答案:4.3%AI参考:正确答案是B：0.0218 wt.% 。包晶成分是指液体和固态共存并互相平衡，达到动态平衡状态时，固相的成分。铁碳相图中的包晶成分是含碳量为0.0218%的共晶组织。铁碳相图中的含碳量用百分数表示，而包晶成分是质量分数，因此选项C和D不正确。而选项A和B都是精确的数值，因此B是正确答案。'

马氏体的机械性能特征是（）。

答案:高硬度;高强度AI参考:正确答案是A：低强低塑。马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，是引起钢性能发生根本变化的重要组织。由于碳在马氏体中的溶解度不大，因而具有很高的强度和硬度，但塑性、韧性很差。因此，马氏体的机械性能特征是低强低塑。故选A。'

共晶铸铁的熔点是（）。

AI参考:正确答案是C:1227度。共晶转变是一个相变过程，温度和组织同时发生变化。对于铁碳相图，其共晶温度是1227摄氏度，在此温度下，熔点最高的金属化合物变成液体。该答案可能并非原始数据的标准数值表示方式，但从功能角度看，这个答案满足了题目的要求。需要注意的是，实际熔点可能因成分和制备条件的不同而有所变化。'

纳米晶材料的组织结构特点是（）。

AI参考:正确答案是D：平均晶粒尺寸小于100nm。纳米晶材料是指晶粒尺寸在纳米级的单晶、多晶及非晶材料的总称。其组织结构特点是平均晶粒尺寸在纳米级别，因此选项D为正确答案。厚度小于10nm的是薄膜材料，而题目要求选择的是纳米晶材料的组织结构特点，所以A、C选项错误。B选项的“最小晶粒尺寸”不准确，因为纳米材料是纳米级的晶粒，不存在“最小”晶粒。因此，B选项也是错误的。'

以下哪些条件会影响成分过冷（）。

答案:

AI参考:影响成分过冷的因素主要有：冷却速度、液相线斜率以及材料成分。选项A和D描述的是平衡分配系数大小和液相线斜率，这两个因素会影响成分过冷，但它们并不是影响成分过冷的唯一因素。而选项C描述的材料成分，它也会影响成分过冷，因为不同材料的液固界面能、表面张力等物理化学性质不同，会影响冷却过程中液体的结晶行为。因此，正确选项为B：冷却速度、C：材料成分。'

共晶合金通常具有较好的铸造性能，是因为（）。

答案:对

层流的特点是（）。

答案:以上因素都是

纳米晶材料可用以下哪些方法制备（）。

AI参考:正确选项为【AC】。纳米晶材料可以采用大塑性变形（如轧制、挤压等）和机械合金化等方法制备。铸造和锻造通常用于制备宏观尺寸的块体材料，而不是纳米晶材料。因此，选项B和D不正确。'

Al-Cu合金中的GP区是共格析出相。（）

答案:错AI参考:正确答案是B：错。Al-Cu合金中的GP区是非共格析出相。在Al-Cu合金中，共析反应是Al(fcc) + Cu(hcp) → γ(γ-Al) + Al3Cu(hcp)，即发生固溶体之间的互溶，形成了固溶体相γ(γ-Al)，没有形成新相。GP区指的是铸造时非金属夹杂物分布的区域，是偏析析出相。因此，Al-Cu合金中的GP区是析出相。综上，答案为B，错误。'