中南大学考试试卷
学年第二学期 时间 110 分钟
材料科学与工程 课程 64 学时 4 学分 考试形式：闭卷
专业年级材料 总分 100 分，占总评成绩 70%
1. （10分）画出fcc晶胞中（111）晶面上的所有[110]晶向；在hcp晶胞中画出[1120]晶
向和(1100)晶面。
A
B
O
D
C
图1 fcc晶胞 图2 hcp晶胞
2. （10分）举出凝固理论在金属材料结晶中的几个应用，加以简单说明。
3. （10分）画出Fe-Fe3C亚稳平衡相图，根据相图回答下列问题：
a. 标出合金在室温下的组织组成； b. 写出相图中三个等温反应式；
c. 分析含碳量为0.45％的合金的平衡冷却过程；计算其在室温下的组织组成物的相对
百分含量；
d. 画出0.45％C的合金在1148℃时的成分－自由能曲线示意图； e. 试分析元素C及Cr在Fe中的可能存在形式及其作用。
1
图3 Fe-Fe3C亚稳平衡相图
4. （10分）解释下列名词：成分过冷；离异共晶
5. （10分）如图Pb-Sn-Bi三元合金相图，试写出图中五条单变量线及P点、E点反应的
反应式；分析图中合金2的平衡结晶过程，指出它的开始凝固温度。
中南大学考试试卷答案
2004 —— 2005 学年第二学期 时间 110 分钟 材料科学与工程 课程 64 学时 4 学分 考试形式：闭卷 专业年级材料 2002 级 总分 100 分，占总评成绩 70%
6. （10分）画出fcc晶胞中（111）晶面上的所有[110]晶向；在hcp晶胞中画出[1120]晶
向和(1100)晶面。
2
A
B
O
D
C
图1 fcc晶胞 图2 hcp晶胞 参考答案：
fcc晶胞如图1，ACE所在晶面为（111）晶面，[110]晶向为OD方向。
hcp晶胞如图2，[1120]晶向为Oa3反方向， (1100)晶面为ABCD面。
7. （10分）举出凝固理论在金属材料结晶中的几个应用，加以简单说明。 参考答案：铸锭组织控制、单晶体制备、非晶体制备等……。
8. （10分）画出Fe-Fe3C亚稳平衡相图，根据相图回答下列问题：
a. 标出合金在室温下的组织组成； b. 写出相图中三个等温反应式；
c. 分析含碳量为0.45％的合金的平衡冷却过程；计算其在室温下的组织组成物的相对
百分含量；
d. 画出0.45％C的合金在1148℃时的成分－自由能曲线示意图； e. 试分析元素C及Cr在Fe中的可能存在形式及其作用。 参考答案
a．画Fe-Fe3C亚稳平衡相图如图3所示。
图3 Fe-Fe3C亚稳平衡相图
b．合金在室温下的组织组成：相图中从左到右依次为：F，F＋Fe3CⅢ，F＋P，P ， P＋Fe3CⅡ，Ld＋P＋Fe3CⅡ，Ld，Ld＋Fe3CⅠ；
c．含碳量为0.45％的合金的平衡冷却过程为：L，L→A，A，A→Fe3CⅡ，A→P ，室温下得到P＋Fe3CⅡ组织；
d．略
e．元素C在Fe中可以固溶在Fe中，起到强化作用，与Fe形成化合物如Fe3C，分布形态不好会降低合金强度与塑性；Cr可以固溶在Fe中，起到强化作用，Cr也可与Fe、C
3
形成合金碳化物。
9. （10分）提高金属材料强度的途径有哪些? 参考答案要点
细晶强化、固溶强化、加工硬化、沉淀强化、弥散强化等。
10. （10分）解释下列名词：成分过冷；离异共晶；参考答案
成分过冷：由于在结晶过程中固溶体合金的溶质原子再分配造成固溶体合金在正温度梯度下，其凝固界面前沿的液相中在合适的温度梯度下也有过冷现象出现，称为成分过冷；
离异共晶：有共晶反应的合金中，如果成分离共晶点较远，由于初晶数量多，共晶数量很少，共晶中与初晶相同的相依附初晶长大，共晶中另外一个相呈现单独分布，使得共晶组织失去其特有组织特征的现象；
11. （10分）如图Pb-Sn-Bi三元合金相图，试写出图中五条单变量线及P点、E点反应的
反应式；分析图中合金2的平衡结晶过程，指出它的开始凝固温度。
参考答案
图中五条单变量线的反应式分别为， e1P：L→α＋δ； e2P：L→γ＋δ； e3P：L→γ＋β； pP：L＋β→α； PE：L→δ＋β
P点反应：L＋α→δ＋β； E点分反应：L→δ＋β＋γ。
图中合金2的平衡结晶过程：L→δ，L→δ＋β，L→δ＋β＋γ，合金2的开始凝固温度从图中可以得到为150℃。
中南大学考试试卷
2003 —— 2004 学年第二学期 时间 110 分钟 材料科学与工程 课程 64 学时 4 学分 考试形式：闭卷
4
专业年级材料 2001 级 总分 100 分，占总评成绩 70%
一.名词解释（3分/个＝18分） 1.变温截面 2.过冷度 3.偏析反应 4.固溶体 5.成分过冷 6.形核功。
二.写出固溶体的分类（10分）：
三.试根据凝固理论，分析通常铸锭组织的特点及成因。（12分）
四.根据Fe-Fe3C亚稳平衡相图回答下列问题：（40分） 1） 画出Fe-Fe3C亚稳平衡相图；
2） 写出下列Fe3CII含量最多的合金；珠光体含量最多的合金；莱氏体含量最多的合金。 3） 标注平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。
4） 分析Fe-1%C合金的平衡凝固过程，并计算室温下其中相组成物和组织组成物的百
分含量，
5） 根据Fe-Fe3C状态图确定下列三种钢在给定温度下的显微组织（填入表中） 含碳量 0.4 0.77 1.0
温度 680℃ 700℃
显微组织
温度 900℃ 刚达到770℃ 刚达到770℃
显微组织
770℃停留一段时间
6） 画出1200℃时各相的自由能---成分曲线示意图。
五.图为Cu-Zn-Al合金室温下的等温截面和2%Al的垂直截面图，回答下列问题：（20分） 1）在图中标出X合金（Cu-30%Zn-10%Al）的成分点。 2） 计算Cu-20%Zn-8%Al和 Cu-25%Zn-6%Al合金中室温下各相的百分含量，其中α相成分点为Cu-22.5%Zn-3.45%Al，γ相成分点为Cu-18%Zn-11.5%Al。 3） 分析图中Y合金的凝固过程。 Y
5
材料科学基础课程课件整理-材基上学期试题库
