材料專業(yè)期末考試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在面心立方（FCC）晶體中，滑移最易發(fā)生的滑移系是（）A.{110}<111>B.{111}<110>C.{100}<110>D.{112}<111>答案：B2.下列關(guān)于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需臨界分切應(yīng)力τ_c的描述，正確的是（）A.與位錯(cuò)密度ρ成正比B.與伯格斯矢量b成反比C.與剪切模量G成正比D.與泊松比ν無關(guān)答案：C3.對(duì)共析鋼進(jìn)行完全退火后，室溫平衡組織為（）A.鐵素體+珠光體B.珠光體+二次滲碳體C.100%珠光體D.貝氏體+馬氏體答案：C4.下列哪種強(qiáng)化機(jī)制對(duì)高溫蠕變性能貢獻(xiàn)最顯著（）A.細(xì)晶強(qiáng)化B.固溶強(qiáng)化C.彌散強(qiáng)化D.加工硬化答案：C5.若某聚合物在T_g以下受載，其形變主要來源于（）A.分子鏈段滑移B.鏈段取向C.鍵長鍵角變化D.自由體積擴(kuò)散答案：C6.在Al4.5%Cu合金時(shí)效硬化曲線中，硬度峰值對(duì)應(yīng)的顯微組織為（）A.GPⅠ區(qū)B.GPⅡ區(qū)（θ″）C.過渡θ′D.平衡θ答案：B7.下列哪種表征手段可直接獲得材料局域彈性模量分布（）A.EBSDB.NanoindentationC.XRDRietveld精修D(zhuǎn).DSC答案：B8.對(duì)于理想脆性材料，斷裂韌性K_IC與臨界裂紋長度a_c的關(guān)系滿足（）A.K_IC∝√a_cB.K_IC∝a_cC.K_IC∝1/√a_cD.與a_c無關(guān)答案：A9.在FeC相圖中，碳在γFe中的最大溶解度（wt%）為（）A.0.0218B.0.77C.2.11D.4.3答案：C10.下列關(guān)于陶瓷材料熱震抗力R的參數(shù)組合，正確的是（）A.R=σ_fk/(Eα)B.R=σ_fE/(kα)C.R=σ_fα/(Ek)D.R=Eα/σ_f答案：A二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選少選均不得分）11.下列因素中，可同時(shí)提高金屬材料屈服強(qiáng)度與延伸率的是（）A.減小晶粒尺寸B.引入納米孿晶C.提高應(yīng)變速率D.形成TRIP效應(yīng)答案：B、D12.下列關(guān)于高分子球晶結(jié)構(gòu)的描述，正確的是（）A.由徑向片晶組成B.呈現(xiàn)Maltese黑十字消光C.熔融時(shí)無體積變化D.晶片厚度與T_c相關(guān)答案：A、B、D13.下列屬于金屬玻璃形成能力判據(jù)的是（）A.ΔT_x=T_x?T_gB.γ=T_x/(T_g+T_l)C.β=(T_l?T_x)/T_lD.K_gl=(T_l?T_g)/T_l答案：A、B、D14.下列關(guān)于半導(dǎo)體摻雜的描述，正確的是（）A.n型摻雜提高費(fèi)米能級(jí)B.重?fù)诫s導(dǎo)致帶隙變窄C.受主電離能產(chǎn)生施主能級(jí)D.雜質(zhì)濃度梯度可形成內(nèi)建電場(chǎng)答案：A、B、D15.下列關(guān)于形狀記憶合金（SMA）的表述，正確的是（）A.熱彈性馬氏體相變可逆B.應(yīng)力誘發(fā)馬氏體呈超彈性C.回復(fù)應(yīng)力隨Af溫度升高而增大D.母相為B2有序結(jié)構(gòu)答案：A、B、D三、填空題（每空2分，共20分）16.體心立方（BCC）鐵的單位晶胞含______個(gè)原子，其最密排方向?yàn)開_____。答案：2；<111>17.根據(jù)HallPetch公式，屈服強(qiáng)度σ_y與晶粒尺寸d的關(guān)系為σ_y=σ_0+kd^(?1/2)，其中k反映______。答案：晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙效率18.在聚合物蠕變?nèi)A段中，第二階段稱為______蠕變，其應(yīng)變速率近似恒定。答案：穩(wěn)態(tài)（或二次）19.氧化鋁陶瓷的離子鍵比例約為______%，故其常溫塑性幾乎為零。答案：63（±2）20.根據(jù)Fick第二定律，一維非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程為______。答案：?C/?t=D?2C/?x221.對(duì)于理想橡膠，彈性應(yīng)力主要由______熵變引起，模量隨溫度升高而______。答案：構(gòu)象；增大22.在FeC馬氏體中，碳原子優(yōu)先占據(jù)八面體間隙位置為______（填“長軸”或“短軸”）。答案：長軸23.當(dāng)裂紋尖端塑性區(qū)尺寸r_y與板厚B滿足______條件時(shí)，可視為平面應(yīng)變狀態(tài)。答案：r_y≤B/2524.半導(dǎo)體中少數(shù)載流子壽命τ與復(fù)合中心濃度N_t的關(guān)系為τ∝______。答案：1/N_t25.根據(jù)Griffith脆斷理論，斷裂應(yīng)力σ_f與表面能γ_s的關(guān)系為σ_f=______。答案：√(2Eγ_s/πa)四、簡答題（每題8分，共24分）26.試述金屬多晶體在拉伸過程中出現(xiàn)“屈服平臺(tái)”的微觀機(jī)制，并說明低碳鋼中呂德斯帶形成的條件。答案：(1)屈服平臺(tái)源于Cottrell氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)的釘扎—脫釘過程。低碳鋼中，間隙碳原子在刃位錯(cuò)周圍形成氣團(tuán)，提高位錯(cuò)啟動(dòng)應(yīng)力；當(dāng)外加應(yīng)力達(dá)到上屈服點(diǎn)時(shí)，位錯(cuò)突然脫釘并大量增殖，應(yīng)力突降至下屈服點(diǎn)，形成平臺(tái)。(2)呂德斯帶形成需滿足：①室溫變形；②應(yīng)變時(shí)效強(qiáng)烈（碳原子擴(kuò)散快）；③試樣表面存在應(yīng)力集中；④應(yīng)變速率較低，允許碳原子擴(kuò)散重新釘扎位錯(cuò)，導(dǎo)致變形局部化并傳播。27.比較陶瓷材料與金屬材料的疲勞裂紋擴(kuò)展行為，指出陶瓷疲勞閾值ΔK_th顯著低于金屬的兩大原因。答案：(1)陶瓷疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dNΔK曲線更陡，近閾值區(qū)ΔK_th低1個(gè)數(shù)量級(jí)；(2)原因一：陶瓷原子鍵以離子/共價(jià)鍵為主，位錯(cuò)滑移系少，裂紋尖端缺乏塑性鈍化，屏蔽效應(yīng)弱；(3)原因二：陶瓷內(nèi)部殘余拉應(yīng)力高，裂紋尖端易形成微裂紋區(qū)，有效驅(qū)動(dòng)力增大，導(dǎo)致閾值降低。28.簡述聚合物“銀紋”結(jié)構(gòu)與“裂紋”的本質(zhì)區(qū)別，并說明銀紋對(duì)材料韌性的雙重作用。答案：(1)銀紋由高度取向的纖維束和50%左右的孔洞組成，仍承載應(yīng)力；裂紋為完全分離，零承載。(2)銀紋可消耗大量塑性功，提高韌性；但銀紋過度發(fā)展導(dǎo)致孔洞合并，最終轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸭y，引發(fā)脆斷。五、計(jì)算與分析題（共41分）29.（10分）一塊含0.45wt%C的碳鋼自900°C單相奧氏體區(qū)緩慢冷卻，試計(jì)算室溫平衡組織中珠光體與先共析鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并畫出冷卻曲線示意。已知：共析點(diǎn)0.77wt%C；鐵素體最大溶解度0.0218wt%C。答案：(1)應(yīng)用杠桿定律：W_p=(C_0?C_α)/(C_p?C_α)=(0.45?0.0218)/(0.77?0.0218)=0.572W_α=1?W_p=0.428(2)室溫組織：57.2%珠光體，42.8%先共析鐵素體。(3)冷卻曲線：900°C→A→A+F→727°C→P+F→室溫。30.（10分）某鋁合金在150°C進(jìn)行時(shí)效處理，測(cè)得硬度HV隨時(shí)間t（h）變化滿足HV=65+14[1?exp(?0.025t)]。(1)求達(dá)到峰值硬度90%所需時(shí)間；(2)若時(shí)效溫度升高至180°C，速率常數(shù)k變?yōu)?.065h?1，求同一硬度所需時(shí)間，并計(jì)算激活能Q。答案：(1)0.9=1?exp(?0.025t)?t=?ln(0.1)/0.025=92.1h(2)同理t′=?ln(0.1)/0.065=35.4h由Arrhenius方程k=Aexp(?Q/RT)，取T?=423K，T?=453K，ln(k?/k?)=?Q/R(1/T??1/T?)?Q=78.4kJ/mol31.（10分）某陶瓷平板厚5mm，初始裂紋長2a=0.4mm，受遠(yuǎn)場(chǎng)拉應(yīng)力σ=180MPa。已知斷裂韌性K_IC=4MPa·m?，幾何因子Y=1.12。試判斷構(gòu)件是否斷裂；若未斷，求安全裕度K_IC/K_I。答案：K_I=Yσ√(πa)=1.12×180×√(π×0.0002)=1.12×180×0.02507=5.06MPa·m?K_I>K_IC?發(fā)生脆斷。安全裕度<1，設(shè)計(jì)不安全。32.（11分）對(duì)聚碳酸酯（PC）進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA），測(cè)得儲(chǔ)能模量E′與損耗因子tanδ隨溫度變化曲線。已知玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)tanδ峰位于150°C，峰高0.85，E′從25°C的2.3GPa降至180°C的6MPa。(1)計(jì)算T_g附近損耗模量E″峰值；(2)若采用WLF方程描述移位因子loga_T，取C?=17.4，C?=51.6，求160°C下相對(duì)于T_g的松弛時(shí)間縮短倍數(shù)；(3)分析該材料在160°C長期承載10MPa的蠕變風(fēng)險(xiǎn)。答案：(1)E″_max=E′tanδ≈(2.3