材料科学基础复习题及答案
单项选择题：（每一道题1分）
第1章原子结构与键合
1.高分子材料中的C-H化学键属于。
（A）氢键（B）离子键（C）共价键
2.属于物理键的是。
（A）共价键（B）范德华力（C）氢键
3.化学键中通过共用电子对形成的是。
（A）共价键（B）离子键（C）金属键
第2章固体结构
4.面心立方晶体的致密度为 C 。
（A）100% （B）68% （C）74%
5.体心立方晶体的致密度为 B 。
（A）100% （B）68% （C）74%
6.密排六方晶体的致密度为 C 。
（A）100% （B）68% （C）74%
7.以下不具有多晶型性的金属是。
（A）铜（B）锰（C）铁
8.面心立方晶体的孪晶面是。
（A）{112} （B）{110} （C）{111}
9.fcc、bcc、hcp三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的是。（A）fcc （B）bcc （C）hcp
10.在纯铜基体中添加微细氧化铝颗粒不属于一下哪种强化方式？
（A）复合强化（B）弥散强化（C）固溶强化
11.与过渡金属最容易形成间隙化合物的元素是。
（A）氮（B）碳（C）硼
12.以下属于正常价化合物的是。
（A）Mg2Pb （B）Cu5Sn （C）Fe3C
第3章晶体缺陷
13.刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系？
（A）垂直（B）平行（C）交叉
14.能进行攀移的位错必然是。
（A）刃型位错（B）螺型位错（C）混合位错
15.在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为。（A）肖特基缺陷（B）弗仑克尔缺陷（C）线缺陷
16.原子迁移到间隙中形成空位-间隙对的点缺陷称为
（A）肖脱基缺陷（B）Frank缺陷（C）堆垛层错
17.以下材料中既存在晶界、又存在相界的是
（A）孪晶铜（B）中碳钢（C）亚共晶铝硅合金
18.大角度晶界具有____________个自由度。
（A）3 （B）4 （C）5
第4章固体中原子及分子的运动
19.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。
（A）距离（B）时间（C）温度
20.在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为。
（A）原子互换机制（B）间隙机制（C）空位机制
21.固体中原子和分子迁移运动的各种机制中，得到实验充分验证的是
（A）间隙机制（B）空位机制（C）交换机制
22.原子扩散的驱动力是。
（A）组元的浓度梯度（B）组元的化学势梯度（C）温度梯度
23.A和A-B合金焊合后发生柯肯达尔效应，测得界面向A试样方向移动，
则。
（A）A组元的扩散速率大于B组元
（B）B组元的扩散速率大于A组元
（C）A、B两组元的扩散速率相同
24.下述有关自扩散的描述中正确的为。
（A）自扩散系数由浓度梯度引起
（B）自扩散又称为化学扩散
（C）自扩散系数随温度升高而增加
第5章材料的形变和再结晶
25.在弹性极限σe范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为
（A）包申格效应（B）弹性后效（C）弹性滞后
26.塑性变形产生的滑移面和滑移方向是
（A）晶体中原子密度最大的面和原子间距最短方向
（B）晶体中原子密度最大的面和原子间距最长方向
（C）晶体中原子密度最小的面和原子间距最短方向
27.bcc、fcc、hcp三种典型晶体结构中，_________具有最少的滑移系，因此具有这种晶体
结构的材料塑性最差。
（A）bcc （B）fcc （C）hcp
28.，位错滑移的派-纳力越小。
（A）位错宽度越大（B）滑移方向上的原子间距越大（C）相邻位错的距离越大
29.已知Cu的T m=1083?C，则Cu的最低再结晶温度约为。
（A）200?C（B）270?C （C）350?C
30.已知Fe的T m=1538?C，则Fe的最低再结晶温度约为。
（A）350?C （B）450?C （C）550?C
31.Cottrell气团理论对应变时效现象的解释是：
（A）溶质原子再扩散到位错周围（B）位错增殖的结果（C）位错密度降低的结果32.位错缠结的多边化发生在形变合金加热的______________阶段。
（A）回复（B）再结晶（C）晶粒长大
33.再结晶晶粒长大的过程中，晶粒界面的不同曲率是造成晶界迁移的直接原因，晶界总是
向着______________方向移动
（A）曲率中心（B）曲率中心相反（C）曲率中心垂直
34.纯金属材料的再结晶过程中，最有可能在以下位置首先发生再结晶形核
（A）小角度晶界（B）孪晶界（C）外表面
35.形变后的材料再升温时发生回复与再结晶现象，则点缺陷浓度下降明显发生
在。
（A）回复阶段（B）再结晶阶段（C）晶粒长大阶段
36.形变后的材料在低温回复阶段时其内部组织发生显著变化的是。（A）点缺陷的明显下降
（B）形成亚晶界
（C）位错重新运动和分布
37.对于变形程度较小的金属，其再结晶形核机制为。
（A）晶界合并（B）晶界迁移（C）晶界弓出
38.开始发生再结晶的标志是：
（A）产生多变化
（B）新的无畸变等轴小晶粒代替变形组织
（C）晶粒尺寸显著增大
39.由于晶核产生于高畸变能区域，再结晶在___________部位不易形核。
（A）大角度晶界和孪晶界（B）相界面（C）外表面
第6章单组元相图及纯晶体的凝固
40.凝固时在形核阶段，只有核胚半径等于或大于临界尺寸时才能成为结晶的核心，当形成
的核胚半径等于临界半径时，体系的自由能变化。
（A）大于零（B）等于零（C）小于零
41.形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的。
（A）1/3 （B）2/3 （C）3/4
42.以下材料中，结晶过程中以非小平面方式生长的是。
（A）金属锗（B）透明环己烷（C）氧化硅
43.铸锭凝固时如大部分结晶潜热可通过液相散失时，则固态显微组织主要
为。
（A）树枝晶（B）柱状晶（C）胞状晶
44.凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪种方法？
（A）加入形核剂（B）减小液相过冷度（C）对液相实施搅拌
第7章二元系相图及其合金的凝固
45.在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则用于。
（A）单相区中（B）两相区中（C）三相平衡水平线上
46.对离异共晶和伪共晶的形成原因，下述说法正确的是。
（A）离异共晶只能经非平衡凝固获得
（B）伪共晶只能经非平衡凝固获得
（C）形成离异共晶的原始液相成分接近共晶成分
47.任一合金的有序结构形成温度无序结构形成温度。
（A）低于（B）高于（C）可能低于或高于
多项选择题：（每一道题2分）
1.以下同时具有方向性和饱和性的结合键的是。
（A）共价键（B）离子键（C）氢键（D）金属键（E）范德华力2.晶体区别于其它固体结构的基本特征有。
（A）原子呈周期性重复排列（B）长程有序（C）具有固定的熔点（D）各向同性（E）各向异性
3.以下具有多晶型性的金属是。
（A）铜（B）铁（C）锰（D）钛（E）钴
4.以下等金属元素在常温下具有密排六方晶体结构。
（A）镁（B）锌（C）镉（D）铬（E）铍
5.铁具有多晶型性，在不同温度下会形成等晶体结构。
（A）面心立方（B）体心立方（C）简单立方（D）底心立方（E）密排六方
6.具有相同配位数和致密度的晶体结构是。
（A）面心立方（B）体心立方（C）简单立方（D）底心立方（E）密排六方
第6章
7.关于均匀形核，以下说法正确的是。
（A）体积自由能的变化只能补偿形成临界晶核表面所需能量的三分之二
（B）非均匀形核比均匀形核难度更大
（C）结构起伏是促成均匀形核的必要因素
（D）能量起伏是促成均匀形核的必要因素
（E）过冷度△T越大，则临界半径越大
8.以下说法中，说明了非均匀形核与均匀形核之间的差异。
（A）非均匀形核所需过冷度更小
（B）均匀形核比非均匀形核难度更大
（C）一旦满足形核条件，均匀形核的形核率比非均匀形核更大
（D）均匀形核试非均匀形核的一种特例
（E）实际凝固过程中既有非均匀形核，又有均匀形核
9.晶体的长大方式有。
（A）连续长大（B）不连续长大（C）平面生长（D）二维形核生长（E）螺型位错生长10.控制金属的凝固过程获得细晶组织的手段有。
（A）加入形核剂（B）减小液相过冷度（C）增大液相过冷度（D）增加保温时间（E）施加机械振动
第7章
11.二元相图中，属于共晶方式的相转变有。
（A）共晶转变（B）共析转变（C）偏晶转变（D）熔晶转变（E）合晶转变
12.二元相图中，属于包晶方式的相转变有。
（A）包晶转变（B）包析转变（C）合晶转变（D）偏晶转变（E）熔晶转变
13.二元相图必须遵循以下几何规律：。
（A）相图中的线条代表发生相转变的温度和平衡相的成分
（B）两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一条线接界（C）两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开
（D）二元相图中的三相平衡必为一条水平线
（E）两相区与单相区的分界线与等温线相交时，其延长线应进入另一两相区内
14.构成匀晶合金的两种组元之间必须满足以下条件：。
（A）具有相同的晶体结构，晶格常数相近
（B）具有相同的熔点
（C）具有相同的原子价
（D）具有相似的电负性
（E）原子半径差小于15%
15.固溶体的平衡凝固包括等几个阶段。
（A）液相内的扩散过程（B）固相内的扩散过程（C）液相的长大（D）固相的继续长大（E）液固界面的运动
（A）（B）（C）（D）（E）
判断题：(在题后括号内填入“对”或“错”，每题 1分，共 15 分)
第一章
1.离子键的正负离子相间排列，具有方向性，无饱和性。（错）
2.共价键通过共用电子对而成，具有方向性和饱和性。（对）
3.同位素的原子具有相同的质子数和中子数。（错）
第二章
4.复杂晶胞与简单晶胞的区别是，除在顶角外，在体心、面心或底心上有阵点。（对）
5.晶体结构的原子呈周期性重复排列，即存在短程有序。（错）
6.立方晶系中，晶面族{111}表示正八面体的面。（对）
7.立方晶系中，晶面族{110}表示正十二面体的面。（对）
8.晶向指数和晶面指数( h k l )中的数字相同时，对应的晶向和晶面相互垂直。
（对）
9.晶向所指方向相反，则晶向指数的数字相同，但符号相反。（对）
10.bcc的间隙不是正多面体，四面体间隙包含于八面体间隙之中。（对）
11.溶质与溶剂晶体结构相同是置换固溶体形成无限固溶体的必要条件。（对）
12.非金属和金属的原子半径比值rx/rm>0.59时，形成间隙化合物，如氢化物、氮化物。
（错）
13.晶体中的原子在空间呈有规则的周期性重复排列；而非晶体中的原子则是无规则排列
的。（对）
14.选取晶胞时，所选取的正方体应与宏观晶体具有同样的对称性。（错）
15.空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，只有14种类型，而实际存在的晶体结构是
无限的。（对）
16.形成置换固溶体的元素之间能无限互溶，形成间隙固溶体的元素之间只能有限互溶。
（错）
17.只有置换型固溶体的元素间有可能无限互溶，形成间隙固溶体的元素之间只能有限互
溶。（对）
18.间隙固溶体的溶解度不仅与溶质原子大小有关，还与晶体结构中间隙的形状、大小等有
关。（对）
第三章
19.弗兰克缺陷是原子迁移到间隙中形成的空位-间隙对。（对）
20.位错线只能终止在晶体表面或界面上，而不能中止于晶体内部。（对）
21.滑移时，刃型位错的运动方向始终平行于位错线，而垂直于柏氏矢量。（错）
22.晶体表面一般为原子密度最大的面，其表面能与曲率有关：曲率越大，表面能越大。
（对）
第四章
23.菲克定律描述了固体中存在浓度梯度时发生的扩散，即化学扩散。（对）
24.温度越高，原子热激活能越大，扩散系数越大。（对）
25.置换固溶体中溶质原子要高于间隙固溶体中的溶质原子的扩散速度。（错）
26.由于晶体缺陷处点阵畸变较大，原子处于较高的能量状态，易于跃迁，故扩散激活能较
小。（对）
第五章
27.滑移面和滑移方向总是晶体中原子密度最大的面和方向。（对）
28.再结晶过程中显微组织重新改组，形成新的晶体结构，因此属于相变过程。
（错）
29.晶界本身的强度对多晶体的加工硬化贡献不大，而多晶体加工硬化的主要原因来自晶界
两侧晶粒的位向差。（对）
30.聚合型合金的抗变形能力取决于两相的体积分数。（错）
31.塑性变形会使金属的导电性升高，抗腐蚀性下降。（错）
32.原子密度最小的晶面上面间距最大、点阵阻力最小。（错）
33.孪生临界切应力比滑移的大得多，只有在滑移很难进行的条件下才会发生。（对）
34.再结晶晶粒长大的驱动力是来自晶界移动后体系总的自由能的降低。（对）
35.塑性加工产生硬化与位错间的交互作用及密度增加有关。（对）
36.微观内应力的作用范围与晶粒尺寸为同一数量级。（对）
第六章
37.由于均匀形核需要的过冷度很大，所以液态金属多为非均匀形核。（对）
38.形核过程中，表面自由能是液固相变的驱动力，而体积自由能是其阻力。（错）
39.粗糙界面的材料一般只有较小的结晶潜热，所以生长速率较高。（对）
第七章
40.固溶体非平衡凝固情况下，固相内组元扩散比液相内组元扩散慢得多，故偏离固相线的
程度大得多。（对）
1.晶带轴：所有平行或相交于同一直线的这些晶面构成一个晶轴，此直线称为晶带轴。
2.多晶型性：固态金属在不同的温度和压力条件下具有不同晶体结构的特性。
3.固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其它组元原子所形成的均匀混合的固
态溶体，继续保持溶体的晶体结构类型。
4.中间相：两组元A和B组成合金时，除了可以形成以A为基或以B为基的固溶体外，所
形成的晶体结构与A、B两组元均不相同的新相，称为中间相。
5.间隙相：由过渡族金属与C、N、H、B等原子半径较小的非金属元素形成的金属化合物
6.弥散强化：对于两相合金来说，第二相粒子均匀分布在基体相上时，将会对基体相产生
明显的强化作用。
7.应变时效：将低碳钢试样拉伸到产生少量预塑性变形后卸载，然后重新加载，试样不发
生屈服现象，但若产生一定量的塑性变形后卸载，在室温停留几天或在低温（如150℃）时效几小时后再进行拉伸，此时屈服点现象重新出现，并且上屈服点升高，这种现象即应变时效。
8.回复：冷变形金属在退火时发生组织性能变化的早期阶段，在此阶段内物理和力学性能
的回复程度是随温度和时间变化的。
9.再结晶：随着温度上升，在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并逐渐长大
形成等轴晶粒，从而取代纤维状变形组织的过程。
10.加工硬化：金属材料在受到外力作用持续变形的过程中，随着变形的增加，强度硬度增
加，而塑韧性下降的现象。
11.均匀形核：新相晶核在目相中均匀地生成，即晶核由一些原子团直接形核，不受杂质粒
子或外表面的影响的形核过程。
12.非均匀形核：新相优先在目相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面
形核。
13.过冷度：晶体材料的实际凝固凝固温度低于理论凝固温度的差值，用 T表示。
14.连续长大：粗糙界面情况下，液固界面的固相一侧上一半的原子位置空着，液相原子较
容易进入这些位置与固相结合，晶体便以连续方式向液相中生长。
15.负温度梯度：液相温度随液固界面的距离增大而降低的温度梯度情况。
16.树枝状生长：在负温度梯度情况下，当部分相界面生长凸出到液相中，由于过冷度更大，
使凸出部分的生长速度增大而进一步伸向液体中，液固界面不能保持平面状而会形成许多伸向液体的分枝，同时这些晶枝上又可能会长出二次晶枝。晶体的这种生长方式称为树枝状生长。
17.匀晶转变：
18.包晶转变：
19.平衡凝固：指凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分时间进行组
元间的扩散，以达到平衡相的成分。
20.非平衡凝固：在实际工业生产中，合金溶液浇涛后的冷却速度较快，使凝固过程偏离平
衡条件，称为非平衡凝固。
21.枝晶偏析：固溶体通常以树枝状生长方式结晶，非平衡凝固导致先结晶的枝干和后结晶
的枝间的成分不同，故称为枝晶偏析。
22.共晶转变：由液相同时结晶出两种固相的过程称为共晶转变。该转变为恒温转变。
23.伪共晶：在非平衡凝固条件下，由某些亚共晶或过共晶成分的合金在过冷条件下也能得
全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。
24.离异共晶：在平衡凝固条件下应为单相固溶体的合金，在快速冷却条件下出现的少量共
晶组织称为非平衡共晶，或称为离异共晶。
第1章
1.原子间的结合键共有几种？各自特点如何？（分）
答：
1、化学键包括：
●金属键：电子共有化，既无饱和性又无方向性
●离子键：以离子而不是以原子为结合单元，要求正负离子相间排列，且无方向性，无饱
和性
●共价键：共用电子对；饱和性；配位数较小，方向性
2、物理键如范德华力，系次价键，不如化学键强大
3、氢键：分子间作用力，介于化学键与物理键之间，具有饱和性
第2章
2.试从晶体结构的角度，说明间隙固溶体、间隙相及间隙化合物之间的区别（分）
答：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体成为间隙固溶体。形成间隙固溶体的溶质原子通常是原子半径小于0.1nm的非金属元素，如H、B、C、N、O等。间隙固溶体保持溶剂的晶体结构，其成分可在一定固溶度极限值内波动，不能用分子式表示。（2分）
间隙相和间隙化合物属于原子尺寸因素占主导地位的中间相。也是原子半径较小的非金属元素占据晶格的间隙，然而间隙相、间隙化合物的晶格与组成他们的任一组元晶格都不相同，其成分可在一定范围内波动。组成它们的组元大致都具有一定的原子组成比，可用化学分子式来表示。（2分）
当r B/r A<0.59时，通常形成间隙相，其结构为简单晶体结构，具有极高的熔点和硬度；当r B/r A>0.59时，形成间隙化合物，其结构为复杂的晶体结构。（2分）
3.试以表格形式归纳总结3种典型的晶体结构的晶体学特征。（分）
答：书上表
第3章
4.简述晶体中产生位错的主要来源。（分）
答：晶体中的位错来源主要可有以下几种。
晶体生长过程中产生位错。其主要来源有：
①由于熔体中杂质原子在凝固过程中不均匀分布使晶体的先后凝固部分成分不同，从而点阵常数也有差异，可能形成位错作为过渡；（1分）
②由于温度梯度、浓度梯度、机械振动等的影响，致使生长着的晶体偏转或弯曲引起相邻晶块之间有位相差，它们之间就会形成位错；（1分）
③晶体生长过程中由于相邻晶粒发生碰撞或因液流冲击，以及冷却时体积变化的热应力等原因会使晶体表面产生台阶或受力变形而形成位错。（1分）
由于自高温较快凝固及冷却时晶体内存在大量过饱和空位，空位的聚集能形成位错。（1分）
晶体内部的某些界面（如第二相质点、孪晶、晶界等）和微裂纹的附近，由于热应力和组织应力的作用，往往出现应力集中现象，当此应力高至足以使该局部区域发生滑移时，就在该区域产生位错。（1分）
5.简述晶界具有哪些特性？c
答：
1）晶界处点阵畸变变大，存在晶界能，故晶粒长大和晶界平直化是一个自发过程。
2）晶界处原子排列不规则，从而阻碍塑性变形，强度更高。这就是细晶强化的本质。
3）晶界处存在较多缺陷（位错、空位等），有利原子扩散。
4）晶界处能量高，固态相变先发生，因此晶界处的形核率高。
5）晶界处成分偏析和内吸附，又富集杂质原子，因此晶界熔点低而产生“过热”现象。6）晶界能高，导致晶界腐蚀速度比晶粒内部更高。
6.对于同一种晶体，它的表面能与晶界能（相同的面积）哪一个较高？为什么？（分）答：对于同一种晶体，晶界能比表面能高（1分）。推导如下：
假设晶体的理想光滑的两个等面积平面合拢，会形成一个晶体内界面，该界面的能量相当于两个外表面之和，且理想状态下破坏该界面结合所需要的能量相当于键合能。即相同面积下，E晶界>E完整晶体键合能>2倍E表面（2分）
第4章
7.简述影响固体中原子和分子扩散的因素有哪几方面。（分）
答：
1、温度；
2、固溶体类型；
3、晶体结构；
4、晶体缺陷；
5、化学成分；
6、应力的作用
（各0.5分）
第5章
8.简述金属材料经过塑性变形后，可能会发生哪些方面性能的变化。（分）c
答：
(1)加工硬化: 塑性变形后，性能上最为突出的变化是强度（硬度）显著提高，塑性迅
速下降。（1分）
(2)腐蚀速度：塑变使扩散过程加速，腐蚀速度加快（1分）
(3)密度：对含有铸造缺陷（如气孔、疏松等）的金属经塑性变形后可能使密度上升（1
分）
(4)弹性模量：塑变使弹性模量升高（1分）
(5)电阻率：塑性变形使金属的电阻率升高。变化程度因材质而异。（1分）
(6)另外，塑性变形还会引起电阻温度系数下降、导磁率下降、导热系数下降。（1分）9.简述再结晶过程中的晶界弓出形核机制。（分）new
答：
变形量较小（<20％）的多晶体，其再结晶核心往往以晶界弓出方式形成，或称应变导致的晶界迁移，凸出形核机制。变形度较小时，多晶粒间变形不均匀性而导致多晶粒内位错密度不同。为了降低系统的自由能，通过晶界迁移，原来平直的晶界会向位错密度大的晶粒内凸出，通过吞食畸变亚晶的方式形成无畸变的再结晶晶核。
10.金属的退火处理包括哪三个阶段？简述这三个阶段中晶粒大小、结构的变化。（分）b 答：
退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。回复是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段；再结晶是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程；晶粒长大是指再结晶结束之后晶粒的继续长大。（5分）
在回复阶段，由于不发生大角度晶界的迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状，从光学显微组织上几乎看不出变化。在再结晶阶段，首先是在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。最后，在晶界表面能的驱动下，新晶粒互相
吞食而长大，从而得到一个在该条件下较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段。（5分）
第6章
11.图示并分析金属材料凝固组织中树枝晶的生长过程。（分）
（画出液固界面附近的负温度梯度）
在负温度梯度情况下，金属凝固过程中液固界面上产生的结晶潜热可通过液相散失，如果部分的相界面生长凸出到前面的液相中，则处于过冷度更大的液相中，使凸出部分的生长速度增大而进一步伸向液相中。此时，液固界面就不可能保持平面状而是形成许多伸向液相的分枝，同时有可能在这些晶枝上长出二次枝晶臂。这种方式即为树枝晶生长方式。
第7章
12.金属型浇铸的铸锭的宏观组织一般分为哪几个区，分析其形成原因？（分）
答：
a．表层细晶区（0.5分）当液态金属注人锭模中后，型壁温度低，与型壁接触的很薄一层熔液产生强烈过冷，而且型壁可作为非均匀形核的基底，因此，立刻形成大量的晶核，这些晶核迅速长大至互相接触，形成由细小的、方向杂乱的等轴晶粒组成的细晶区。（1.5分）b．柱状晶区（0.5分）随着"细晶区"壳形成，型壁被熔液加热而不断升温，使剩余液体的冷却变慢,并且由于结晶时释放潜热,故细晶区前沿液体的过冷度减小，形核变得困难，只有细晶区中现有的晶体向液体中生长。在这种情况下，只有一次轴（即生长速度最快的晶向）垂直于型壁（散热最快方向）的晶体才能得到优先生长，而其他取向的晶粒，由于受邻近晶粒的限制而不能发展，因此，这些与散热相反方向的晶体择优生长而形成柱状晶区。各柱状晶的生长方向是相同的. （1.5分）
C．中心等轴晶区（0.5分）柱状晶生长到一定程度，由于前沿液体远离型壁，散热困难，冷速变慢，而且熔液中的温差随之减小，这将阻止柱状晶的快速生长，当整个熔液温度降至熔点以下时，熔液中出现许多品核并沿各个方向长大，就形成中心等轴晶区。（1.5分）
13.与平衡凝固相比较，固溶体的非平衡凝固有何特点？
（1）非平衡凝固的固相平均成分线和液相平均成分线与平衡凝固的固相线、液相线不同，冷却速度越快，偏离固、液相线越严重；反之，冷却速度越慢，越接近，表明凝固速度越接近平衡凝固条件。
（2）先结晶部分总是富高熔点组元，后结晶的部分是富低熔点组元。
（3）非平衡凝固总是导致凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温度。
14.试分析包晶反应不平衡组织的形成过程。
实际生产中的冷速较快，包晶反应所依赖的固体中原子扩散往往不能充分进行，导致包晶反应的不完全性，即在低于包晶温度下，将同时存在参与转变的液相和α相，其中液相在继续冷却过程中可能直接结晶出β相或参与其他反应，而α相仍保留在β相芯部，形成包晶反应的非平衡组织。
计算题：（每一道题 分）
第2章
1. 金刚石为碳的一种晶体，为复杂面心立方结构，晶胞中含有8个原子，其晶格常数a=0.357nm ，当它转换成石墨 (ρ2 =
2.25g/cm 3)结构时，求其体积改变百分数？ 解：金刚石为复杂面心立方结构，每个晶胞含有8个碳原子
金刚石的密度为：())/(503.310023.610357.012
832337cm g =????=-ρ
对于单位质量1g 碳为金刚石结构时，体积为：v1=1/ρ1=0.285(cm 3)
转变为石墨结构时，体积为：v2=1/ρ2=0.444(cm 3) 故金刚石转变为石墨结构时体积膨胀：%8.55%1001
12=?-v v v
第3章
2. 在Fe 中形成1mol 空位需要的能量为104.675kJ ，试计算从20℃升温至 850℃时空位数目增加多少倍？ 已知R=8.31 J/K 。
解：
空位在温度T 时的平衡浓度为
系数A 一般在1~10之间，取A=1，则
故 空位增加了 （倍）
第4章
3. 一块含0.1%C 的碳钢在930℃渗碳，渗到0.05cm 的地方碳的浓度达到0.45%。在t>0的全部时间，渗碳气氛保持表面成分为1%，假设 D=2.0×10-5exp(-140000/RT) (m 2/s)。 (a) 计算渗碳时间；
(b) 若将渗层加深一倍，则需多长时间？
(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？
解：
(a) 由Fick 第二定律得：
t 1.0×104(s) （ 5分）
(b) 由关系式Dt A x =，得：111t D A x =，222t D A x = 两式相比，得：
当温度相同时，D 1=D 2,于是得：
（ 5分）
（c ）
因为： t 930=t 870, D 930=1.67×10-7(cm 2/s)
D 870=0.2×exp(-140000/8.314×1143) =8.0×10-8(cm 2/s)
所以： （倍）（ 5分）
4. 在950下对纯铁渗碳，希望在0.1mm 的深度得到w1(c)=0.9%的碳含量。假设表面碳浓
度保持在w2(c)=1.20%，扩散系数D γFe =10-10m 2/s 。计算为达到次要求至少要渗碳多少时间？
5. 一块含0.1%C 的碳钢在930℃、1%碳浓度的气氛中进行渗碳处理，经过11个小时后在
0.05cm 的地方碳的浓度达到0.45%，若要在0.08cm 的深度达到同样的渗碳浓度，则需多长时间？ c
解：由Fick 第二定律得：)2()(0Dt
x erf s s ρρρρ--= 即)2(0Dt
x erf s s =--ρρρρ 由题意可知，两种情况下渗碳前后浓度相同且渗碳温度相同，即
2
211
22Dt x Dt x = （5分） 故 )(16.2805.008.011221212小时=??? ???=???
? ???=x x t t （10分，不准确扣1分） 要在0.08cm 深度达到同样的渗碳深度，需28.16小时。
6. 分析题：对于晶界扩散和晶内扩散，假设扩散激活能Q 晶界=1/2Q 晶内，试画出其LnD
相对温度导数1/T 的曲线，并指出约在哪个温度范围内晶界扩散起主导作用。
7. 有两种激活能分别为E 1=83.7KJ/mol 和E 2=251KJ/mol 的扩散反应。温度从25℃升高到
600℃时，这两种扩散的扩散系数有何变化，并对结果作出评述。已知R=8.31 J/K 。 解：
由
得：
对于温度从298K 提高到873K ，扩散速率D 分别提高4.6×109和9.5×1028倍，显示出温度对扩散速率的重要影响。激活能越大时，扩散速率对温度的敏感性越大。
第5章
8. 已知H70黄铜（30%Zn ）在400℃的恒温下完成再结晶需要1小时，而在390℃完成再
结晶需要2小时，试计算在420℃恒温下完成再结晶需要多少时间？
解：再结晶是一热激活过程，故再结晶速率
积分数所需的时间t
两边取对数
同理有
已知t1=1小时，t2=2小时，代入上式可得t3=0.26（小时）
9.铁的回复激活能为88.9 kJ/mol，如果经冷变形的铁在400℃进行回复处理，使其残留加
工硬化为60%需160分钟，问在450℃回复处理至同样效果需要多少时间？已知R=8.314 J/(mo l﹒K)。
解：同上题，有
故
10.已知单相黄铜400℃恒温下完成再结晶需要1小时，而350℃恒温时，则需要3小时，
试求该合金的再结晶激活能。已知R=8.314 J/(mo l﹒K)。a
解：再结晶是一热激活过程，故再结晶速率
积分数所需的时间t
故
KJ/mol)
11.已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的α-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和
196MPa，问平均晶粒直径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多少？c
解：根据Hall-Petch公式：
解得
∴
12.
，
的原子间距以及点阵阻力。
解：
Cu ：滑移面为{111}，滑移方向<110>
因此，d{111}=3
a ，b<110>=22a Fe ：滑移面为{110}，滑移方向<111>
因此，d{110}=2
a ，b<111>=3a
第6章
13. 已知条件：铝的熔点Tm=933K ，单位体积熔化热Lm=1.836×109J/m3，固液界面比表
面能δ=93×10-3J/m2，原子体积V 0=1.66×10-29m 3。
考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：ΔT=1，10，100和200K ，计算：
(a) 临界晶核尺寸；
(b) 半径为r*的晶核个数；
(c) 从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化ΔG*（形核功）；
(d) 从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化 ΔGv(形核功)。
14. 已知液态纯镍在1.013×105 Pa(1个大气压)，过冷度为319 ℃时发生均匀形核。设临界
晶核半径为1 nm ，纯镍的熔点为1726 K ，熔化热L m =18075 J/mol ，摩尔体积V=6.6 cm 3/mol ，计算纯镍的液-固界面能和临界形核功。
解： 1mol 材料的熔化潜热m m m VT H L ?=，凝固过程中m
m m m V VT T H T T L G ??=?=? （1）液-固界面能m
m V VT T H r G r 22**??=?=σ=0.253( J/cm 2) （2）临界形核功2222
3*316T H V T G m m ??=?πσ，?G *=1.06*10-18 (J)
第7章
15. Pb-Sn 二元合金的平衡相图如下图所示，已知共晶点为Sn%=61.9。试利用杠杆原理计
算Pb-40Sn 及Pb-70Sn 两种合金共晶反应完成后，凝固组织中α相和β相的成分百分比。
16. Mg-Ni 系在506℃有一共晶反应为：L(23.5Wt.%Ni) ——>α(纯镁)+Mg 2Ni(54.6Wt.%Ni) ，
如图所示。设C 1为亚共晶合金，C 2为过共晶合金，这两种合金中的先共晶相的重量分数相等，但C 1合金中的α 总量为C 2合金中的α 总量的2.5倍，试计算C 1和C 2的成分。b
解：C1和C2合金的先共晶相分别为α-Mg 和Mg 2Ni ，
%1005.2315.23?-=-C Mg 先α，%1005
.236.545.2322?--=C Ni Mg 根据题意有：5.2315.23C -5
.236.545.232--=C （1）
C1和C2合金中的α 总量分别为α-Mg1和α-Mg2
%1006.5416.541?-=-C Mg α，%1006
.5426.542?-=-C Mg α 根据题意有：)26.54(5.216.54C C -?=- （2）
联立（1）、（2）两式可得：
23.5 54.6
506℃
Mg 质量比 Mg 2Ni
C1=12.7%； C2=37.8%
17. 根据铁碳合金相图，分别计算ω(c)=2.11%，ω(c)=4.3%时的二次渗碳体的析出量，并画
出ω(c)=4.3%的冷却曲线。a
解：
(1)ω(c)=2.11%时，%6.22%10077
.069.677.011.23=?--=C Fe 由铁碳相图可知奥氏体的成分为2.11%时，可得到最大的二次渗碳体析出量。
ω(c)=4.3%时，共晶中奥氏体的量为5218.011
.269.63.469.6=--=γ 则%8.11%1005218.077
.069.677.011.23=??--=C Fe
(2) ω(c)=4.3%的冷却曲线如下图所示
时间
温度 3C Ⅲ
材料科学基础期末考试历届考试试题复习资料
四川理工学院试卷（2009至2010学年第1学期） 课程名称：材料科学基础 命题教师：罗宏 适用班级：2007级材料科学与工程及高分子材料专业 考试（考查） 年 月 日 共 页 1、 满分100分。要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。 2、 考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在试卷规定的地方，否 则视为废卷。 3、 考生必须在签到单上签到，若出现遗漏，后果自负。 4、 如有答题纸，答案请全部写在答题纸上，否则不给分；考完请将试卷和答题卷 分别一同交回，否则不给分。 试题答案及评分标准 得分 评阅教师 一、判断题：（10分，每题1分，正确的记错误的记“％” 1?因为晶体的排列是长程有序的，所以其物理性质是各向同性。 （％ 2. 刃型位错线与滑移方向垂直。（话 3. 莱氏体是奥氏体和渗碳体的片层状混合物。（X ） 4?异类原子占据空位称为置换原子，不会引起晶格畸变。 （X 5. 电子化合物以金属键为主故有明显的金属特性。 （话 6. 冷拉后的钢条的硬度会增加。（话 7. 匀晶系是指二组元在液态、固态能完全互溶的系统。 （话 题号 -一- -二二 三 四 五 六 七 八 总分 评阅（统分”教师 得分 :题 * 冷 =要 密;
8.根据菲克定律，扩散驱动力是浓度梯度，因此扩散总是向浓度低的方向进行。（X
9. 细晶强化本质是晶粒越细，晶界越多，位错的塞积越严重，材料的强度也就 越高。（V ） 10. 体心立方的金属的致密度为 0.68。（V ） 、单一选择题：（10分，每空1分） (B) L+B — C+B （C ） L —A+B （D ） A+B^L 7. 对于冷变形小 的金属，再结晶核心形成的形核方式一般是（ A ） （A ） 凸出形核亚 （ B ）晶直接形核长大形核 （B ） 亚晶合并形核 （D ）其他方式 8. 用圆形钢饼加工齿轮，下述哪种方法更为理想？ （ C ） （A ）由钢板切出圆饼（B ）由合适的圆钢棒切下圆饼 （C ） 由较细的钢棒热镦成饼 （D ）铸造成形的圆饼 1. 体心立方结构每个晶胞有（B ） 个原子。 2. 3. (A) 3 ( B) 2 (C) 6 固溶体的不平衡凝固可能造成 （A ）晶内偏析 （C ）集中缩孔 属于＜100＞晶向族的晶向是（ (A) [011] (B) [110] (D) 1 (B) (D) (C) 晶间偏析 缩松 [001] (D) [101] 4.以下哪个工艺不是原子扩散理论的具体应用 （A ）渗氮 （B ）渗碳 （C ）硅晶片掺杂 （） （D ）提拉单晶5.影响铸锭性能主要晶粒区是（C ） （A ）表面细晶粒区 （B ）中心等轴（C ）柱状晶粒区 三个区影 响相同 6 ?属于包晶反应的是（A ） （ L 表示液相, A 、B 表示固相） (A) L+A — B
材料科学基础习题及参考答案复习过程
材料科学基础习题及 参考答案
材料科学基础参考答案 材料科学基础第一次作业 1.举例说明各种结合键的特点。 ⑴金属键：电子共有化，无饱和性，无方向性，趋于形成低能量的密堆结构，金属受力变形时不会破坏金属键，良好的延展性，一般具有良好的导电和导热性。 ⑵离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，以离子为结合单元，无方向性，无饱和性，正负离子静电引力强，熔点和硬度均较高。常温时良好的绝缘性，高温熔融状态时，呈现离子导电性。 ⑶共价键：有方向性和饱和性，原子共用电子对，配位数比较小，结合牢固，具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点，导电能力差。 ⑷范德瓦耳斯力：无方向性，无饱和性，包括静电力、诱导力和色散力。结合较弱。 ⑸氢键：极性分子键，存在于HF，H2O，NF3有方向性和饱和性，键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。 2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
(213) (112) (102) [111] [110] [120] [321] 3. 写出六方晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。 {1120}的等价晶面：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210) {1012}的等价晶面： (1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112) 2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120] 1011<>的等价晶向： [1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011] 4立方点阵的某一晶面（hkl ）的面间距为M /，其中M 为一正整数，为 晶格常数。该晶面的面法线与a ，b ，c 轴的夹角分别为119.0、43.3和60.9度。请据此确定晶面指数。 h:k:l=cos α:cos β:cos γ l k h d a 2 22hk l ++= 5. Cu 具有FCC 结构，其密度为8.9g/cm 3，相对原子质量为63.546，求铜的原子半径。
材料科学基础试题库
《材料科学基础》试题库 一、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 四、简答 1、简述工程结构钢的强韧化方法。（20分） 2、简述Al-Cu二元合金的沉淀强化机制（20分） 3、为什么奥氏体不锈钢（18-8型不锈钢）在450℃～850℃保温时会产生晶间腐
蚀如何防止或减轻奥氏体不锈钢的晶间腐蚀 4、为什么大多数铸造合金的成分都选择在共晶合金附近 5、什么是交滑移为什么只有螺位错可以发生交滑移而刃位错却不能 6、根据溶质原子在点阵中的位置，举例说明固溶体相可分为几类固溶体在材料中有何意义 7、固溶体合金非平衡凝固时，有时会形成微观偏析，有时会形成宏观偏析，原因何在 8、应变硬化在生产中有何意义作为一种强化方法，它有什么局限性 9、一种合金能够产生析出硬化的必要条件是什么 10、比较说明不平衡共晶和离异共晶的特点。 11、枝晶偏析是怎么产生的如何消除 12、请简述影响扩散的主要因素有哪些。 13、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点 14、临界晶核的物理意义是什么形成临界晶核的充分条件是什么 15、请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 16、为什么钢的渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行若不在γ-Fe相区进行会有什么结果 17、一个楔形板坯经冷轧后得到相同厚度的板材，再结晶退火后发现板材两端的抗拉强度不同，请解释这个现象。 18、冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理 19、位错密度有哪几种表征方式 20、淬透性与淬硬性的差别。 21、铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。 22、马氏体相变的基本特征（12分） 23、加工硬化的原因（6分） 24、柏氏矢量的意义（6分） 25、如何解释低碳钢中有上下屈服点和屈服平台这种不连续的现象（8分） 26、已知916℃时，γ-Fe的点阵常数，（011）晶面间距是多少（5分） 27、画示意图说明包晶反应种类，写出转变反应式（4分） 28、影响成分过冷的因素是什么（9分） 29、单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么（9分） 30、简要说明纯金属中晶粒细度和材料强度的关系，并解释原因。（6分） 31、某晶体的原子位于四方点阵的节点上，点阵的a=b，c=a/2，有一晶面在x，y，z轴的截距分别为6个原子间距、2个原子间距和4个原子间距，求该晶面的
材料科学基础期末试题
材料科学基础考题 I卷 一、名词解释（任选5题，每题4分，共20分） 单位位错；交滑移；滑移系；伪共晶；离异共晶；奥氏体；成分过冷答： 单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。 交滑移：两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移，称为交滑移。滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。 伪共晶：在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。 离异共晶：由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中的a相依附于初生a相生长，将共晶体中另一相B推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。 奥氏体：碳原子溶于丫-Fe形成的固溶体。 成分过冷：在合金的凝固过程中，将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷称为成分过冷。 二、选择题（每题2分，共20分） 1. 在体心立方结构中，柏氏矢量为a[110]的位错（A ）分解为a/2[111]+a/2[l11]. （A）不能（B）能（C）可能 2. 原子扩散的驱动力是：（B ） （A）组元的浓度梯度（B）组元的化学势梯度（C）温度梯度 3?凝固的热力学条件为：（D ） （A）形核率（B）系统自由能增加 （C）能量守衡（D）过冷度 4?在TiO2中，当一部分Ti4+还原成Ti3+，为了平衡电荷就出现（A） （A）氧离子空位（B）钛离子空位（C）阳离子空位 5?在三元系浓度三角形中，凡成分位于（ A ）上的合金，它们含有另两个顶角所代表的两 组元含量相等。 （A）通过三角形顶角的中垂线 （B）通过三角形顶角的任一直线 （C）通过三角形顶角与对边成45°的直线 6?有效分配系数k e表示液相的混合程度，其值范围是（B ） （A）1vk e 第一章原子结构 一判断题 1.共价键是由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。 2. 范德华力既无方向性亦无饱和性，氢键有方向性但无饱和性。 3. 绝大多数金属均以金属键方式结合，它的基本特点是电子共有化。 4. 离子键这种结合方式的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。 5. 范德华力包括静电力、诱导力、但不包括色散力。 二、简答题 原子间的结合键对材料性能的影响 第二章晶体结构 一、填空 1.按晶体的对称性和周期性，晶体结构可分为7 空间点阵，14 晶系， 3 晶族。 2.晶胞是能代表晶体结构的最小单，描述晶胞的参数是 a ,b ,c ,α,β,γ。 3. 在立方，菱方，六方系中晶体之单位晶胞其三个轴方向中的两个会有相等的边长。 4. 方向族<111>的方向在铁的(101)平面上，方向族<110>的 方向在铁的(110)平面上。 5. 由hcp(六方最密堆积)到之同素异形的改变将不会产生体积的改变，而由体心最密堆积变成即会产生体积效应。 6. 晶体结构中最基本的结构单元为，在空间点阵中最基本的组元称之为。 7.某晶体属于立方晶系，一晶面截x轴于a/2、y轴于b/3、z轴于c/4，则该晶面的指标为 8. 硅酸盐材料最基本的结构单元是，常见的硅酸盐结构有、、、。 9. 根据离子晶体结构规则－鲍林规则，配位多面体之间尽可能和 连接。 二判断题 1.在所有晶体中只要(hkl)⊥(uvw)二指数必然相等。 2. 若在晶格常数相同的条件下体心立方晶格的致密度,原子半径都最小。 3. 所谓原子间的平衡距离或原子的平衡位置是吸引力与排斥力的合力最小的位置。 4.晶体物质的共同特点是都具有金属键。 5.若在晶格常数相同的条件下体心立方晶格的致密度,原子半径都最小。 6. 在立方晶系中若将三轴系变为四轴系时,(hkIl)之间必存在I=-(h+k)的关系与X1,X2,X3,X4间夹角无关。 7.亚晶界就是小角度晶界,这种晶界全部是由位错堆积而形成的。 8.面心立方与密排六晶体结构其致密度配位数间隙大小都是相同的,密排面上的堆垛顺序也是相同的。 9.柏氏矢量就是滑移矢量。 10.位错可定义为柏氏回路不闭合的一种缺陷,或说:柏氏矢量不为0的缺陷。 11.线缺陷通常指位错,层错和孪晶。 12实际金属中都存在着点缺陷,即使在热力学平衡状态下也是如此。 三选择题 1．经过1/2,1/2,1/2之[102]方向，也经过。 (a) 1,.0,2, (b) 1/2,0,1, (c) –1,0,-2, (d) 0, 0,0, (e) 以上均不是 2. 含有位置0,0,1之(112)平面也包含位置。 (a)1,0,0, (b)0,0,1/2, (c)1,0,1/2。 3.固体中晶体与玻璃体结构的最大区别在于。 （a）均匀性（b）周期性排列（c）各向异性（d）有对称性 4.晶体微观结构所特有的对称元素，除了滑移面外，还有 （a）回转轴（b）对称面（c）螺旋轴（d）回转－反映轴 5.按等径球体密堆积理论，最紧密的堆积形式是。 （a）bcc; （b）fcc; （c）hcp 6.在MgO离子化合物中，最可能取代化合物中Mg2+的正离子(已知各正离子半径 (nm)分别是：（Mg2+）0.066、（Ca2+）0.099、（Li+）0.066、（Fe2+）0.074)是_（c）____。 （a）Ca2+; （b）Li+; （c）Fe2+ 7.下对晶体与非晶体描述正确的是： 第1页（共11页） ########2018-2019学年第二学期 ########专业####级《材料科学基础》期末考试试卷 （后附参考答案及评分标准） 考试时间：120分钟 考试日期：2019年6月 题 号 一 二 三 四 五 六 总 分 得 分 评卷人 复查人 一、单项选择题（请将正确答案填入表中相应题号处，本题13小题，每小题2分，共26分） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 答案 1. 在形核-生长机制的液-固相变过程中，其形核过程有非均匀形核和均匀形核之分，其形核势垒有如下关系（ ）。 A. 非均匀形核势垒 ≤ 均匀形核势垒 B. 非均匀形核势垒 ≥ 均匀形核势垒 C. 非均匀形核势垒 = 均匀形核势垒 D. 视具体情况而定，以上都有可能 2. 按热力学方法分类，相变可以分为一级相变和二级相变，一级相变是在相变时两相自由焓相等，其一阶偏导数不相等，因此一级相变（ ）。 A. 有相变潜热改变，无体积改变 B. 有相变潜热改变，并伴随有体积改变 C. 无相变潜热改变，但伴随有体积改变 D. 无相变潜热改变，无体积改变 得分 专业 年级 姓名 学号 装订线 3. 以下不是材料变形的是（）。 A. 弹性变形 B. 塑性变形 C. 粘性变形 D. 刚性变形 4. 在固溶度限度以内，固溶体是几相？（） A. 2 B. 3 C. 1 D. 4 5. 下列不属于点缺陷的主要类型是（）。 A. 肖特基缺陷 B. 弗伦克尔缺陷 C. 螺位错 D. 色心 6. 由熔融态向玻璃态转变的过程是（）的过程。 A. 可逆与突变 B. 不可逆与渐变 C. 可逆与渐变 D. 不可逆与突变 7. 下列说法错误的是（）。 A. 晶界上原子与晶体内部的原子是不同的 B. 晶界上原子的堆积较晶体内部疏松 C. 晶界是原子、空位快速扩散的主要通道 D. 晶界易受腐蚀 8. 表面微裂纹是由于晶体缺陷或外力作用而产生，微裂纹同样会强烈地影响表面性质，对于脆性材料的强度这种影响尤为重要，微裂纹长度，断裂强度。（） A. 越长；越低 B. 越长；越高 C. 越短；越低 D. 越长；不变 9. 下列说法正确的是（）。 A. 再结晶期间，位错密度下降导致硬度上升 B. 再结晶期间，位错密度下降导致硬度下降 C. 再结晶期间，位错密度上升导致硬度上升 D. 再结晶期间，位错密度上升导致硬度下降 10. 下列材料中最难形成非晶态结构的是（）。 A. 陶瓷 B. 金属 C. 玻璃 D. 聚合物 第2页（共11页） 简答题 1?空间点阵与晶体点阵有何区别？晶体点阵也称晶体结构，是指原子的具体排列；而空间点阵则是忽略了原子的体积，而把它们抽象为纯几何点。 2?金属的3种常见晶体结构中，不能作为一种空间点阵的是哪种结构？密排六方结构。 3?原子半径与晶体结构有关。当晶体结构的配位数降低时原子半径如何变化？原子半径发生 收缩。这是因为原子要尽量保持自己所占的体积不变或少变，原子所占体积2人=原子的体积(4/3 n3r间隙体积)，当晶体结构的配位数减小时，即发生间隙体积的增加，若要维持上述方程的平衡，则原子半径必然发生收缩。 4?在晶体中插入柱状半原子面时能否形成位错环？不能。因为位错环是通过环内晶体发生滑 移、环外晶体不滑移才能形成。 5?计算位错运动受力的表达式为，其中是指什么？外力在滑移面的滑移方向上的分切应力。6?位错受力后运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向 应是什么方向？始终是柏氏矢量方向。 7. 位错线上的割阶一般如何形成？位错的交割。 8?界面能最低的界面是什么界面？共格界面。 9?小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的”这种说法对吗？否，扭转晶界就由交叉的 同号螺型位错构成 10.为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固熔体则不能？这是因为形成固熔体时，熔质原子的熔入会使熔剂结构产生点阵畸变，从而使体系能量升高。熔质与熔剂原子尺寸相差越大，点阵畸变的程度也越大，则畸变能越高，结构的稳定性越低，熔解度越小。一般来说，间隙固熔体中熔质原子引起的点阵畸变较大，故不能无限互溶，只能有 限熔解。 综合题 1. 作图表示立方晶体的(123) ( 0 -1 -2) (421)晶面及卜102]卜211][346]晶向。 2. 写出立方晶体中晶向族<100>, <110>, <111>等所包括的等价晶向。 3. 写出立方晶体中晶面族{100}, {110}, {111}, {112}等所包括的等价晶面。 4. 总结3种典型的晶体结构的晶体学特征。 5. 在立方晶系中画出以[001]为晶带轴的所有晶面。 6. 面心立方晶体的(100),(110),(111)等晶面的面间距和面密度，并指出面间距最大的面。 7. Ni的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为r =0.1243求Ni的晶格常数和密度。 8. Mo的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数a=0.3147nm，试求Mo的原子半径r。 9. 在Fe中形成1mol空位的能量为104. 67kJ,试计算从20C升温至850C时空位数目增加多少倍？ 10. 判断下列位错反应能否进行。 1) a/2[10-1]+a/6卜121]宀a/3[11-1] 2) a[100]宀a/2[101]+a/2[10-1] 3) a/3[112]+a/2[111] 宀a/6{1]1 4) a[100] a/2[111]+a/2[1-1-1] 11. 若面心立方晶体中有b=a/2[-101]的单位位错及b=a/6[12-1]的不全位错，此二位错相遇 产生位错反应。 1) 问此反应能否进行？为什么？ 2) 写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的类型。 12. 已知柏氏矢量b=0.25nm，如果对称倾侧晶界的取向差=1及10°求晶界上位错之间的距 离。从计算结果可得到什么结论？ 13. ①计算fee和bee晶体中四面体间隙及八面体间隙的大小(用原子半径尺表示)，并注明间 材料科学基础试题库 材料科学基础》试题库 一、选择 1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中________ 。 A、两组元的原子尺寸不同 B、仅一组元的扩散 C、两组元的扩散速率不同 2、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于________ 。 A、单相区中 B、两相区中 C、三相平衡水平线上 3、铸铁与碳钢的区别在于有无______ 。 A、莱氏体 B、珠光体 C、铁素体 4、原子扩散的驱动力是_____ 。 A、组元的浓度梯度 B、组元的化学势梯度 C、温度梯度 5、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为_______ 。 A、原子互换机制 B、间隙机制 C、空位机制 6、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为________ 。 A、肖脱基缺陷 B、弗兰克尔缺陷 C、线缺陷 7、理想密排六方结构金属的 c/a 为_____ 。 A、1.6 B、2 XV (2/3) C、“ (2/3) 8、在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及 A、单相区 B、两相区 C、三相区 9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是_________ o(其中Ko是平衡分配系数) A、 1 期末总复习 一、名词解释 空间点阵：表示晶体中原子规则排列的抽象质点。 配位数：直接与中心原子连接的配体的原子数目或基团数目。 对称：物体经过一系列操作后，空间性质复原；这种操作称为对称操作。 超结构：长程有序固溶体的通称 固溶体：一种元素进入到另一种元素的晶格结构形成的结晶，其结构一般保持和母相一致。 致密度：晶体结构中原子的体积与晶胞体积的比值。 正吸附：材料表面原子处于结合键不饱和状态，以吸附介质中原子或晶体内部溶质原子达到平衡状态，当溶质原子或杂质原子在表面浓度大于在其在晶体内部的浓度时称为正吸附； 晶界能：晶界上原子从晶格中正常结点位置脱离出来，引起晶界附近区域内晶格发生畸变，与晶内相比，界面的单位面积自由能升高，升高部分的能量为晶界能； 小角度晶界：多晶体材料中，每个晶粒之间的位向不同，晶粒与晶粒之间存在界面，若相邻晶粒之间的位向差在10°～2°之间，称为小角度晶界； 晶界偏聚：溶质原子或杂质原子在晶界或相界上的富集，也称内吸附，有因为尺寸因素造成的平衡偏聚和空位造成的非平衡偏聚。 肖脱基空位：脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位。 弗兰克耳空位：晶体中原子进入空隙形而形成的一对由空位和间隙原子组成的缺陷。 刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直的位错。 螺型位错：柏氏矢量与位错线平行的位错。 柏氏矢量：用来表征晶体中位错区中原子的畸变程度和畸变方向的物理量。 单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错 派—纳力：位错滑动时需要克服的周围原子的阻力。 过冷：凝固过程开始结晶温度低于理论结晶温度的现象。 过冷度：实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 均匀形核：在过冷的液态金属中，依靠金属本身的能量起伏获得成核驱动力的形核过程。 过冷度：实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 形核功：形成临界晶核时，由外界提供的用于补偿表面自由能和体积自由能差值的能量。 马氏体转变：是一种无扩散型相变，通过切变方式由一种晶体结构转变另一种结构，转变过程中，表面有浮凸，新旧相之间保持严格的位向关系。或者：由奥氏体向马氏体转变的 名词解释 1. 空间点阵：是表示晶体结构中质点周期性重复规律得几何图形. 2. 同素异构：是指某些元素在t和p变化时，晶体结构发生变化得特征. 3. 固溶体：当一种组分（溶剂）内溶解了其他组分（溶质）而形成的单一、均匀的晶态固体，其晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，这种相就称固溶体。 4. 电子浓度：固溶体中价电子数目e 与原子数目之比。 5. 间隙固溶体：溶质原子溶入溶剂间隙形成的固溶体 6. 晶胞: 能完全反映晶格特征得最小几何单元 7. 清洁表面：是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应得表面，这种表面的化学组成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。 8. 润湿：是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。 9. 表面改性：是利用固体表面的吸附特性，通过各种表面处理来改变固体表面得结构和性质以适应各种预期要求。 10. 晶界：凡结构相同而取向不同的晶体相互接触，其接触面称为晶界。 11. 相平衡：一个多相系统中，在一定条件下，当每一相的生成速度与它的消失速度相等时，宏观上没有任何物质在相间传递，系统中每一个相的数量均不随时间而变化，这时系统便达到了相平衡。 12. 临界晶胚半径rk ：新相可以长大而不消失的最小晶胚半径. 13．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）. 14. 扩散：由构成物质的微粒得热运动而产生得物质迁移现象。扩散的宏观表现为物质的定向输送。 15. 反应扩散: 在扩散中由于成分的变化，通过化学反应而伴随着新相的形成（或称有相变发生）的扩散过程称为“反应扩散”，也称为“相变扩散。 16. 泰曼温度：反应开始温度远低于反应物熔点或系统低共熔温度，通常相当于一种反应物开始呈现显著扩散作用的温度，此温度称为泰曼温度或烧结温度。 18. 相变：随自由能变化而发生的相的结构变化。 19. 什么是相律：表示材料系统相平衡得热力学表达式，具体表示系统自由能、组元数和相数之间得关系。 20. 二次再结晶：指少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大得过程，又称晶粒异常长大和晶粒不连续生长。 21. 均匀成核:组成一定，熔体均匀一相，在结晶温度下析晶，发生在整个熔体内部，析出物质组成与熔体一致。 22. 固溶强化：溶质原子加入到溶剂原子中形成固溶体，固溶体在 23. 相：化学成分相同，晶体结构相同并有界面与其他部分分开的均匀组成部分。 24. 过冷度: 实际开始结晶温度与理论结晶温度之间的差。 25. 固态相变：固态物质在温度、压力、电场等改变时，从一种组织结构转变成另一种组织结构。 26. 稳定分相：分相线和液相线相交（分相区在液相线上）, 分相后两相均为热力学的稳定相。 27. 马氏体相变：一个晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用以极迅速的速率而进行的相变。 28. 无扩散型固态相变：在相变过程中并不要求长程扩散,只需要原子作一些微量 《材料科学基础》考试试卷（第一套） 课程号 6706601060 考试时间 120 分钟 一、 名词解释（简短解释，每题2分，共20分） 空间点阵 线缺陷 吸附 渗碳体组织 适用专业年级（方向）： 材 料 科 学 与 工 程 专 业 2006 级 考试方式及要求： 闭 卷 考 试 固态相变 稳态扩散 形核率 调幅分解 霍尔-配奇方程 平衡凝固 二、选择题（只有一个正确答案，每题1分，共10分） 1、弯曲表面的附加压力△P 总是( ) 曲面的曲率中心。 A.指向 B.背向 C.平行 D.垂直 2、润湿的过程是体系吉布斯自由能( )的过程。 A.升高 B.降低 C.不变 D.变化无规律 3、一级相变的特点是，相变发生时，两平衡相的( )相等，但其一阶偏微分不相等。 A.熵 B.体积 C.化学势 D.热容 4、固溶体合金的凝固是在变温下完成的，形成于一定温度区间，所以在平衡凝固条件下所得到的固溶体晶粒( ) A.成分内外不均匀 B.不同温度下形成的各晶粒成分是不同的 C.晶粒内外，晶粒形成不分先后，同母液成分是一致的 5、强化金属材料的各种手段，考虑的出发点都在于( ) A.制造无缺陷的晶体或设置位错运动的障碍 B.使位错增殖 C.使位错适当的减少 6、既能提高金属的强度，又能降低其脆性的手段是( ) A.加工硬化 B. 固溶强化 C. 晶粒细化 7、根据显微观察，固液界面有两种形式，即粗糙界面与光滑界面，区分两种界面的依据是值大小( ) A. α<=2为光滑界面 B. α>=1为光滑界面 C. α>=5为光滑界面 8、渗碳处理常常在钢的奥氏体区域进行，这是因为( ) A. 碳在奥氏体中的扩散系数比在铁素体中大 B. 碳在奥氏体中的浓度梯度比在铁素体中大 C. 碳在奥氏体中的扩散激活能比在铁素体中小 9、界面能最低的相界面是( ) A. 共格界面 B. 孪晶界 C. 小角度晶界 10、铁碳合金组织中的三次渗碳体来自于( ) 几种强化加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。 强化机制：金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力。 细晶强化：是由于晶粒减小，晶粒数量增多，尺寸减小，增大了位错连续滑移的阻力导致的强化；同时由于滑移分散，也使塑性增大。 弥散强化：又称时效强化。是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制和绕过机制。（2 分） 复相强化：由于第二相的相对含量与基体处于同数量级是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等，且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。（2 分） 固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。。包括弹性交互作用、电交互作用和化学交互作用。 几种概念 1、滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 2、交滑移：螺型位错在两个相交的滑移面上运动，螺位错在一个滑移面上运动遇有障碍，会转动到另一滑移面上继续滑移，滑移方向不变。 3、屈服现象：低碳钢在上屈服点开始塑性变形，当应力达到上屈服点之后开始应力降落，在下屈服点发生连续变形而应力并不升高，即出现水平台（吕德斯带）原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成，位错的增殖。 4、应变时效：低碳钢经过少量的预变形可以不出现明显的屈服点，但是在变形后在室温下放置一段较长时间或在低温经过短时间加热，在进行拉伸试验，则屈服点又重复出现，且屈服应力提高。 5、形变织构：随塑性变形量增加，变形多晶体某一晶体学取向趋于一致的现象。滑移和孪晶的区别 滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的合金全部变成共晶组织，这种非共晶成分的共晶组织，称为伪共晶组合。 扩散驱动力：化学位梯度是扩散的根本驱动力。 一、填空题（20 分，每空格1 分） 1. 相律是在完全平衡状态下，系统的相数、组元数和温度压力之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式：f=C-P+2 2. 二元系相图是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。 3?晶体的空间点阵分属于7大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为a=b M c,a = B =Y =90°，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交（任选三种）。 4. 合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区三部分。 5．在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过滑移的方式进行的。此外还有孪生和扭 Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编 一、填空题 0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____，当烧结分别进行四种传质时，颈部增长x/r与时 间t的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。 0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ，含有平移操作的对称要素种类有_____ 、_____ 。 0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。 0004.晶体有两种理想形态，分别是_____和_____。 0005.晶体是指内部质点排列的固体。 0006.以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，属于这个球的八面体空隙数为，所以属于这个球的四面体空隙数为。 0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。 0008.一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a，其晶面的晶面指数是。 0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性，当真实接触角θ时，粗糙度越大，表面接触角，就越容易湿润；当θ，则粗糙度，越不利于湿润。 0010.硼酸盐玻璃中，随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数，热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%—16%时，桥氧又开始，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。 0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种，CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为。 0012.固体质点扩散的推动力是________。 0013.本征扩散是指__________，其扩散系数D＝_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。0014.析晶过程分两个阶段，先______后______。 0015.晶体产生Frankel缺陷时，晶体体积_________，晶体密度_________；而有Schtty缺陷时，晶体体积_________,晶体密度_________。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时，_________是主要的；两种离子半径相差大时，_________是主要的。 0016.少量CaCl2在KCl中形成固溶体后，实测密度值随Ca2+离子数/K＋离子数比值增加而减少，由此可判断其缺陷反应式为_________。 0017.Tg是_________,它与玻璃形成过程的冷却速率有关，同组分熔体快冷时Tg比慢冷时_________ ,淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度_________,热膨胀系数_________。 0018.同温度下，组成分别为：(1) 0.2Na2O－0.8SiO2 ；(2) 0.1Na2O－0.1CaO－0.8SiO2 ;(3) 0.2CaO－0.8SiO2 的三种熔体，其粘度大小的顺序为_________。 0019.三T图中三个T代表_________, _________,和_________。 0020.粘滞活化能越_________ ,粘度越_________ 。硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于_________ 。 0021.0.2Na2O-0.8SiO2组成的熔体，若保持Na2O含量不变，用CaO置换部分SiO2后，电导_________。0022.在Na2O－SiO2熔体中加入Al2O3(Na2O/Al2O3<1),熔体粘度_________。 0023.组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为_________。 0024.在等大球体的最紧密堆积中，六方最紧密堆积与六方格子相对应，立方最紧密堆积与_______ 相对应。0025.在硅酸盐晶体中，硅氧四面体之间如果相连，只能是_________方式相连。 0026.离子晶体生成Schttky缺陷时，正离子空位和负离子空位是同时成对产生的，同时伴随_________的增加。0027.多种聚合物同时并存而不是一种独存这就是熔体结构_________的实质。在熔体组成不变时，各级聚合物的数量还与温度有关，温度升高，低聚物浓度增加。 0028.系统中每一个能单独分离出来并_________的化学均匀物质，称为物种或组元，即组份。例如，对于食盐的水溶液来说，NaCl与H2O都是组元。而Na+、Cl－、H+、OH－等离子却不能算是组元，因为它们都不能作为独立的物质存在。 0029.在弯曲表面效应中，附加压力ΔP总是指向曲面的_________，当曲面为凸面时，ΔP为正值。 0030.矿化剂在硅酸盐工业中使用普遍，其作用机理各异，例在硅砖中加入1-3％[Fe2O3＋Ca2(OH)2]做矿化剂，能使大部分a-石英不断溶解同时不断析出a-磷石英，从而促进a-石英向磷石英的转化。水泥生产中 材料科学基础期末总结复习资料 1、名词解释 （1）匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 （2）共晶转变：合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程称 为共晶转变。 （3）包晶转变：成分为H点的δ固相，与它周围成分为B点的液相L，在一定的温度时，δ固相与L液相相互作用转变成成分是J 点的另一新相γ固溶体，这一转变叫包晶转变或包晶反应。即HJB---包晶转变线，LB+δH→rJ （4）枝晶偏析：合金以树枝状凝固时，枝晶干中心部位与枝晶间的溶质浓度明显不同的成分不均匀现象。 （5）晶界偏析：晶粒内杂质原子周围形成一个很强的弹性应变场,相应的化学势较高,而晶界处结构疏松,应变场弱,化学势低,所以晶粒内杂质会在晶界聚集,这种使得溶质在表面或界面上聚集的现象称为晶界偏析 （6）亚共晶合金：溶质含量低于共晶成分，凝固时初生相为基体相的共晶系合金。 （7）伪共晶：非平衡凝固时，共晶合金可能获得亚（或过）共晶组织，非共晶合金也可能获得全部共晶组织，这种由非共晶合金所获得的全部共晶组织称为伪共晶组织。 （8）离异共晶：在共晶转变时，共晶中与初晶相同的那个相即附着在初晶相之上，而剩下的另一相则单独存在于初晶晶粒的晶界处，从而失去共晶组织的特征，这种被分离开来的共晶组织称为离异共晶。 （9）纤维组织：当变形量很大时，晶粒变得模糊不清，晶粒已难以分辨而呈现出一片如纤维状的条纹，这称为纤维组织。 （10）胞状亚结构：经一定量的塑性变形后，晶体中的位错线 通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，并形成位错缠结，进一步增加变形度时，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构。 （11）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬 度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降。 （12）结构起伏：液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序、短程有序，并且短程有序原子集团不是固定不变的，它是一种此消彼长、瞬息万变、尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏。 （13）能量起伏：能量起伏是指体系中每个微小体积所实际具 有的能量，会偏离体系平均能量水平而瞬时涨落的现象。 （14）垂直长大：对于粗糙界面，由于界面上约有一半的原子 位置空着，故液相的原子可以进入这些位置与晶体结合起来，晶体便连续地向液相中生长，故这种长大方式为垂直生长。 （15）滑移临界分切应力：晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一滑移 几种强化 加工硬化:金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度与硬度升高,而塑性与韧性降低的现象。 强化机制:金属在塑性变形时,晶粒发生滑移,出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎与纤维化,金属内部产生了残余应力。 细晶强化:就是由于晶粒减小,晶粒数量增多,尺寸减小,增大了位错连续滑移的阻力导致的强化;同时由于滑移分散,也使塑性增大。 弥散强化:又称时效强化。就是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制与绕过机制。(2 分) 复相强化:由于第二相的相对含量与基体处于同数量级就是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等,且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。(2 分) 固溶强化:固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。。包括弹性交互作用、电交互作用与化学交互作用。 几种概念 1、滑移系:一个滑移面与该面上一个滑移方向的组合。 2、交滑移:螺型位错在两个相交的滑移面上运动,螺位错在一个滑移面上运动遇有障碍,会转动到另一滑移面上继续滑移,滑移方向不变。 3、屈服现象:低碳钢在上屈服点开始塑性变形,当应力达到上屈服点之后开始应力降落,在下屈服点发生连续变形而应力并不升高,即出现水平台(吕德斯带) 原因:柯氏气团的存在、破坏与重新形成,位错的增殖。 4、应变时效:低碳钢经过少量的预变形可以不出现明显的屈服点,但就是在变形后在室温下放置一段较长时间或在低温经过短时间加热,在进行拉伸试验,则屈服点又重复出现,且屈服应力提高。 5、形变织构:随塑性变形量增加,变形多晶体某一晶体学取向趋于一致的现象。 滑移与孪晶的区别 滑移就是指在切应力的作用下,晶体的一部分沿一定晶面与晶向,相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 孪生:在切应力作用下,晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面与晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 伪共晶:在不平衡结晶条件下,成分在共晶点附近的合金全部变成共晶组织,这种非共晶成分的共晶组织,称为伪共晶组合。 扩散驱动力:化学位梯度就是扩散的根本驱动力。 一、填空题(20 分,每空格1 分) 1、相律就是在完全平衡状态下,系统的相数、组元数与温度压力之间的关系,就是系统的平衡条件的数学表达式: f=C-P+2 2、二元系相图就是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。 3、晶体的空间点阵分属于7 大晶系,其中正方晶系点阵常数的特点为a=b≠c,α= β=γ=90°,请列举除立方与正方晶系外其她任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交(任选三种)。 4、合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区与中心等轴晶区三部分。材料科学基础复习题
《材料科学基础》期末考试试卷及参考答案,2019年6月
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