材料科学基础复习题及答案(1)
一、填空题
1.铸锭的宏观组织是由表层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区三个区组成。
2. 每个面心立方晶胞中的原子数为 4 ，其配位数为12 。
3a, 配3.晶格常数为a的体心立方晶胞, 其原子数为 2 , 原子半径为4/
位数为 8 ，致密度为 0.68 。
4. 根据参数相互关系，可将全部点阵归属于7 种晶系，14 种布拉维点阵。
5. 刃型位错的柏氏矢量与位错线互相垂直 , 螺型位错的柏氏矢量与位错线互相平行。螺型位错的位错线平行于滑移方向，位错线的运动方向垂直于位错线。
6. 扩散的驱动力是__化学势梯度____。分别以D L、D S和D B表示晶内、表面和界面的扩散系数，则三者大小的一般规律是D L 7. 在过冷液体中，晶胚尺寸小于临界尺寸时不能自发长大。 8. 均匀形核既需要结构起伏，又需要能量起伏。 9. 蠕变是指在某温度下恒定应力下所发生的缓慢而连续的塑性流变现象。 10. 再结晶形核机制包括晶界弓出和亚晶形核两种，其中亚晶形核机制又分为亚晶合并和亚晶迁移两种。 11. 纯金属结晶时，固液界面按微观结构分为光滑界面和粗糙界面。 12.纯金属的实际开始结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为过冷，理论结晶温度与实际开始结晶温度之差称为过冷度。 13．合金中的基本相结构，有固溶体和金属化合物两类，其中前者具有较高的综合机械性能，适宜做基体相；后者具有较高的熔点和硬度，适宜做强化相。 14. 刃型位错的割阶部分仍为刃型位错，扭折部分则为螺型位错；螺形位错中的扭折和割阶部分均属于刃型位错。 15. 再结晶的驱动力是变形金属经回复后未被释放的储存能。 16. 为了使材料获得超塑性，通常应满足三个条件：具有等轴细小两相组织、在（0.5~0.65）Tm 温度范围内和在10-2~10-4 s-1 应变率范围内进行。17. 非稳态扩散可用菲克第一定律结合质量守恒条件推导出的菲克第二定律描述。 18. 间隙相和间隙化合物主要受组元的 原子尺寸 因素控制。 19. 相律是分析相图的重要工具，当系统的压力为常数时，相律的表达式为 f ＝c －p ＋1。 20. 根据相律，二元合金结晶时，最多可有 3 个相平衡共存，这时自由度 为 0 。 21.根据相区接触法则可以推定，两个单相区之间必定有一个 两相区 ，两个 两相区之间必须以 单相区 或 三相共存水平线 隔开。二元相图的三相区是 一条水平线，该区必定与 两相区 以点接触，与 单相区 以线接触。 22. 共价晶体的特点是配位数服从 8-N 法则。 23. 金属单晶体的应力-应变曲线，其塑性部分由三个阶段组成： 易滑移阶段 ， 线性硬化阶段 和 抛物线型硬化阶段 。 24. 莱氏体是共晶转变所形成的 奥氏体 和 渗碳体 组成的混合物。 25. 相变反应式L （液）→α（固）+β（固）表示 共晶 反应；γ（固）→α （固）+β（固）表示 共析 反应。 26. 把刃型位错多余半原子面的向上运动成为 正攀移 ，向下运动成为 负攀 移 。 27. 在多电子的原子中，核外电子的排布规则遵循 能量最低原理 ， 泡利不 相容原则 和 洪德定则 。 28. 固溶体合金结晶时，其平衡分配系数K o 表示固液两平衡相中的 溶质浓度 之比。 29. 一个滑移系是由 滑移面 和 滑移方向 组成。 30. 面心立方晶格的滑移系有 12 个，体心立方晶格的滑移系有 12 个。 31.滑移常沿晶体中 最密排 的晶面及晶向发生。 32.扩散的驱动力是 化学位梯度 。 33.所谓上坡扩散是指 沿着浓度降低的方向进行的扩散，使浓度趋于均匀化 ， 反应扩散是指 通过扩散使固溶体的溶质组元浓度超过固溶体极限而形 成新相的过程 。 34. 在Fick 第一定律的表达式dx dC D J -=中，负号表示 扩散由高浓度向低浓度方向进行 。 35. 通常把伯氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错，把伯氏矢量小于点阵矢量的位错称为部分位错。 36. 原子中电子的空间位置和能量可用主量子数，轨道角动量量子数，磁量子数，自旋角动量量子数四个量子数来确定。 37. 相邻晶粒位相差小于10°的晶界称为小角度晶界，其中小于2°的晶界称为亚晶界 二、选择题 1．Fe―Fe3C 合金中，合金具有最好流动性的是（B）。 A. C%=4.00% B. C%=4.30% C. C%=4.60% 2．凝固的热力学条件为（C）。 A. 形核率 B.系统自由能增加 C. 过冷度 3．二元相图中，当有二次相析出时，固溶线表现为（A）。 A. 垂线 B. 水平线 C. 斜线 4.符号表示（C）。 A. 晶面族 B. 晶向族 C. 晶向 5.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. 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. 和扩散速率大小无关 6.在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为（C）。 A. 原子互换机制 B. 间隙机制 C. 空位机制 7.形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的（B）。 A. 1/3 B. 2/3 C. 3/4 8.面心立方（fcc）结构的铝晶体中，每个铝原子在本层（111）面上的原子配 位数为（A）。 A. 6 B. 8 C. 4 9.简单立方晶体的致密度为（B）。 A. 65% B. 52% C. 58% 10.机械零件在正常工作条件下多数处于（A）。 A.弹性变形状态 B. 塑性变形状态 C. 弹塑性变形状态 11.实际晶体的线缺陷表现为（B）。 A. 空位和间隙原子 B. 位错 C. 晶界 12.铸件裂纹一般产生在（A）。 A. 铸件较厚的地方 B. 较薄的地方 C. 有孔的地方 13.缩孔最可能出现的部位是（A）。 A. 铸件最上部 B. 铸件中部 C. 在铸件最上部及热节处 14.冷铁配合冒口形成定向凝固能防止铸件（A）。 A. 缩孔、缩松 B. 应力 C. 变形 15.铅在常温下的变形属(B)。 A. 冷变形 B. 热变形 C. 弹性变形 16. 某金属凝固时的形核功为△G*，其临界晶核界面能为△G，则△G*和△G 的 关系为（A）。 A. △G=3△G* B. △G=1/3△G* C. △G=△G* 17. 氮、氧在金属中一般占据间隙位置，这是因为（C）。 A. 金属中间隙半径大于氮、氧原子半径 B. 氮、氧都是气体 C. 氮、氧原子半径较小，能挤入金属中的间隙位置 18.根据二元相图相区接触规则，（B）。 A. 两个单相之间必定有一个单相区隔开 B. 两个两相区必须以单相区或三相共存水平线隔开 C. 三相水平线必须和四个两相区相邻 19.二次再结晶是（C）。 A. 相变过程 B. 形核长大过程 C. 某些晶粒特别长大的过程 20.在单相组织中存在大小不等的晶粒，由界面曲度驱动界面移动的规律可知(C)。 A. 小晶粒将移向大晶粒一方，直到晶粒大小相等 B. 大小晶粒依靠吞并相邻晶粒同时长大 C. 界面将移向小晶粒一方，最后小晶粒将消失 21.强化金属材料的各种手段，考虑的出发点都在于（A）。 A. 尽量减少位错或设置位错运动的障碍 B. 去除位错运动的障碍 C. 使位错适当地减少 22.金属中通常存在着溶质原子或杂质原子，它们的存在（C）。 A. 总是使晶格常数增大 B. 总是使晶格常数减小 C. 可能使晶格常数增大，也可能使其减小 23. 拉伸单晶时，滑移面转向（A）时最易滑移。 A.与外力轴成45o B. 与外力轴平行 C. 与外力轴垂直 24.若A、B两组元形成电子化合物，但是该化合物中A组元所占的质量分数超过 了60%，则该相晶体结构（C）。 A. 与A相同 B. 与B相同 C. 与A、B都不相同 25.在非均匀形核中，外来杂质形状对形核效果有重要影响，其中（A）对形核最 为有利。 A. 凹曲面状 B. 平面状 C. 凸曲面状 26.因晶体转动而使原来有利于滑移的晶面滑移到一定程度后变成不利于滑移的 晶面的现象称为（B）。 A. 物理硬化 B. 几何硬化 C. 加工硬化 27.一根弯曲的位错线，（B）。 A. 具有唯一的位错类型 B. 具有唯一的柏氏矢量 C. 位错类型和柏氏矢量处处相同 28.某一种金属的熔点是1083℃，该金属最低再结晶温度约为（A）。 A. 269.4℃ B. 342.9℃ C. 433.2℃ 29.在二元合金中，铸造性能最好的合金是具有（C）。 A. 共析成分合金 B. 固溶成分合金 C. 共晶成分合金 30.固态金属扩散最可能按（A）进行。 A. 间隙扩散机理 B. 换位扩散机理 C. 空位扩散机理 31.要获得结晶过程所需的驱动力，实际结晶温度必须（C）理论结晶温度。 A.高于 B. 等于 C. 低于 32.相变反应式L（液）+α（固）→β（固）表示（B）反应。 A. 共晶 B. 包晶 C. 包析 33.对称倾侧晶界的晶界结构由（B）组成。 A. 螺型位错 B. 刃型位错 C. 割阶 34.立方晶系中，与晶面(011)垂直的晶向是（A）。 A. [011] B. [100] C. [101] 35.高温回复阶段，金属中亚结构发生变化时,（C）。 A. 位错发生塞积 B. 形成位错缠结 C. 刃型位错通过攀移和滑移构成亚晶界 36.在二元合金相图中，稳定化合物为（A）。 A. 一条垂直线 B. 一条曲线 C. 一个区域 37.铸件在凝固时若不出现成分过冷，则铸件组织将是（B）。 A.全部等轴晶 B. 全部柱状晶 C. 柱状晶+中心等轴晶 38.在工业生产条件下金属结晶时，过冷度越大，则（B）。 A. N越大 B. N/G提高 C. N/G降低 39.金属在冷变形过程后进行机加工，一般都需要在其中增加退火，其目的是（B）。 A. 消除网状组织 B. 消除冷变形强化 C. 消除偏析组织 40. 材料科学的核心内容是:(D) A.成分 B.理论 C.工艺设计 D.结构与性能 41. 晶体中不可能存在的对称轴是: (D) A.一次对称轴 B.三次对称轴 C.四次对称轴 D.五次对称轴 42. 对晶体进行宏观对称要素组合分析，可得到________种点群.(B) A.23 B.32 C.230 D.34 43. 下面的晶面指数是: (A) A.（hkl） B.[uvw] C.｛hkl｝ D. 44. 范德华力来源于________种效应。 (C) A.1 B.2 C.3 D.4 45. 四方晶系的晶体常数特征为：(B) A.a ≠ b ≠ c，α=β=γ= 90° B.a = b ≠ c，α=β=γ=90° C.a = b = c，α=β=γ=90° D.a ≠ b ≠ c，α≠β≠γ≠ 90° 46. 非化学计量化合物有________种类型。 (B) A.3 B.4 C.5 D.6 47. 在稳态扩散中，任一点的________不随时间变化。 (D) A.温度 B.浓度梯度 C.密度 D.浓度 48. 晶体的宏观对称要素中，对称中心的对称操作是:（B） A.旋转 B.镜像 C.反演 D.旋转＋反演 49. 金刚石晶体不具有________特性。（C） A.高硬 B.低密度 C.低键强 D.高热导 50. 属于等大球体最紧密堆积的方式是： (B） A.体心立方堆积 B.面心立方堆 C.体心四方堆积 D.体心六方堆积 51. 高分子共聚物有________：（A） A.共混共聚物 B.交替共聚物 C.嵌段共聚物 D.接枝共聚物 52. 温度越高，热缺陷生成能________。（C） A.越高 B.不变 C.越低 D.不生成 53. 下面的晶向指数是：（B） A.（hkl） B.[uvw] C.｛hkl｝ D. 54. Fick第一定律中的负号表示扩散方向与浓度降低方向________。（B） A.垂直 B.一致 C.相反 D.可逆 55. 对于稳定的晶体结构，可能存在的配位数有________个。（B） A.4 B.6 C.7 D.8 三、判断及改错 1、Fick第一定律表示通过某一截面的扩散流量与垂直这个截面方向上浓度梯度成正比，其方向与浓度降落方向一致。（×） 2、共晶合金在铸造中流动性一般较差。（×） 3、间隙固溶体和置换固溶体均可形成无限固溶体。（×） 4、金属铸件可通过再结晶退火来细化晶粒。（×） 5、 金属铸锭的宏观组织通常由三个晶区组成：外表层的细晶区、中间柱状晶区 及心部等轴晶区。 （√） 6、 重结晶和再结晶都是在固态下的形核与长大的过程，两者没有本质区别。 （×） 7、 在立方晶系中，)111(与)111(- 是互相平行的两个晶面。 （×） 8、 与纯金属结晶相比，固溶体结晶时除需要结构起伏和能量起伏外还需要浓度 起伏。（√） 9、 扩散系数D 相当于浓度梯度为1时的扩散通量。（√） 10、 铁素体与奥氏体的根本区别在于固溶度不同，前者（为bcc ）小而后者（为 fcc ）大。（×） 11、 观察共析钢的显微组织，发现图中显示渗碳片层密集程度不同。凡是片层 密集处则碳含量偏多，而疏稀处则碳含量偏少。（×） 12、 缩孔、缩松的产生原因是固态收缩得不到补缩。（√） 改错： 1. 所谓过冷度是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差；而动态 过冷度是指结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。 所谓过冷度是指结晶时，在冷却曲线上出现的实际结晶温度与熔点之差；而 动态过冷度是指结晶过程中，液/固界面前沿液体中的温度与熔点之差。 2. 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减小，因此 是一个自发过程。 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系自由能减小，因 此是一个自发过程。 3. 在任何温度下，液态金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。 在过冷液体中，液态金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。 4. 所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能的增加时的晶胚 大小。 所谓临界晶核，就是体系自由能的减少能够补偿2/3表面自由能的增加时的 晶胚大小。 5. 在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要 有足够的能量起伏提供形核功，还是可以成核的。 在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，即便有足够的能量起伏提供，还是不能成核。 6.非均匀形核总是比均匀形核容易，因为前者是以外加质点为结晶核心，不像 后者那样形成界面，而引起自由能的增加。 非均匀形核总是比均匀形核容易，因为前者是以外加质点为基底，形核功小，不像后者那样形成界面，而引起自由能的增加。 7.无论温度分布如何，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。 只有在负温度梯度条件下，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。 8.液态纯金属中加入形核剂，其生长形态总是呈树枝状。 液态纯金属中加入形核剂，其生长形态不会发生改变。 9.从宏观上观察，如液/固界面是平直的，称为光滑界面结构；若是呈金属锯齿 形的，称为粗糙界面结构。 从宏观上观察，如液/固界面是平直的，称为粗糙界面结构；若是呈金属锯齿形的，称为光滑界面结构。 10.固溶体合金无论在平衡或非平衡结晶过程中，液/固界面上液相成分沿着液相 平均成分线变化；固相成分沿着固相平均成分线变化。 固溶体合金无论在平衡或非平衡结晶过程中，液/固界面上液相成分沿着液相线变化；固相成分沿着固相线变化。 11.在共晶线上利用杠杆定律可以计算出共晶体的相对量，而共晶线属于三相区， 所以杠杆定律不仅适用于两相区，也适用于三相区。 在共晶线上利用杠杆定律可以计算出共晶体的相对量，而共晶线属于三相区，但杠杆定律仅适用于两相区，所以共晶体的相对量实际上是在两相区中算出来的。 12.将固溶体合金棒反复多次“熔化-凝固”，并采用定向快速凝固的方法，可以 有效地提纯金属。 将固溶体合金棒反复多次进行区域熔炼，并采用定向缓慢凝固的方法，可以有效地提纯金属。 13.铁素体和奥氏体的根本区别在于固溶度不同，前者小而后者大。 铁素体和奥氏体的根本区别在于晶体结构不同，前者为bcc，而后者为fcc。 14.在Fe-Fe3C系合金中，只有过共析钢的平衡结晶组织中才有二次渗碳体存在。 在Fe-Fe3C系合金中，只有当碳质量分数0.77% 15.无论何种成分的碳钢，随着含碳量的增加，组织中铁素体相对量减少，而珠 光体相对量增加。 对于亚共析成分的碳钢，随着含碳量的增加，组织中铁素体相对量减少，而珠光体相对量增加。 16.W c=4.3%的共晶白口铁的显微组织中，白色基体为Fe3C，其中包括Fe3CⅠ， Fe3CⅡ，Fe3CⅢ，Fe3C共析，Fe3C共晶等。 W c=4.3%的共晶白口铁的显微组织中，白色基体为Fe3C，其中包括Fe3CⅡ及Fe3C共晶。 17.用Ni-Cu合金焊条焊接某合金板料时，发现焊条慢速移动时，焊缝易出现胞 状组织，而快速移动时，则易于出现树枝状组织。 用Ni-Cu合金焊条焊接某合金板料时，发现焊条慢速移动时，焊缝易出现树枝状组织，而快速移动时，则易于出现胞状组织。 18.如果固体中不存在扩散流，则说明原子没有扩散。 固体中即使不存在宏观扩散流，但由于原子热振动的迁移跳跃，扩散仍然存在。纯物质中的自扩散即是一个典型的例证。 19.因固溶体原子每次跳动方向是随机的，所以在如何情况下扩散流为零。 原子每次跳动方向是随机的。只有当系统处于热平衡状态，原子在任一跳动方向上的跳动几率才是相等的。此时虽存在原子的迁移（即扩散），但没有宏观扩散流。如果系统处于非平衡状态，系统中必须存在热力学势的梯度（具体可表示为浓度梯度、化学位梯度、应变能梯度等）。原子在热力学势减少的方向上的跳动几率将大于在热力学势增大方向上的跳动几率。于是就出现了宏观扩散流。 20.晶界上原子排列混乱，不存在空位，所以以空位机制扩散的原子在晶界处无 法扩散。 晶界上原子排列混乱，与非晶体相类似，其原子堆积密集程度远不及晶粒内 部，因而对原子的约束能力较弱，晶界原子的能量及振动频率ν明显高于晶内原子。所以晶界处原子具有更高的迁移能力。晶界扩散系数也明显高于晶内扩散系数。 21.间隙固溶体中溶质浓度越高，则溶质所占据的间隙越多，供扩散的空余间隙 越少，即z值越小，导致扩散系数下降。 事实上这种情况不可能出现。间隙固溶体的溶质原子固溶度十分有限，即使是达到过饱和状态，溶质原子数目要比晶体中的间隙总数要小几个数量级，因此，在间隙原子周围的间隙位置可看成都是空的。即对于给定晶体结构，z 为一个常数。 22.体心立方比面心立方晶体的配位数要小，故由D=1/6fzPa2关系式可见，α-Fe 中原子扩散系数要小于γ-Fe中的扩散系数。 虽然体心立方晶体的配位数小，但其属于非密堆结构。与密堆结构的面心立方的晶体相比较，f值相差不大（0.72和0.78）之间，但原子间距大，原子因约束力小而振动频率ν高，其作用远大于配位数的影响。而且原子迁移所要克服的阻力也小，具体表现为扩散激活能低，扩散常数较大，实际情况是在同一温度，α-Fe有更高的自扩散系数，而且溶质原子在α-Fe中的扩散系数要比γ-Fe高。 四、名词解释 1. 间隙固溶体和有序固溶体 溶质原子不是占据溶剂晶格的正常结点位置，而是填入溶剂原子间的一些间隙中，这样得到的固溶体称为间隙固溶体。 当溶质原子按适当比例并按一定的顺序和一定方向，围绕着溶剂原子分布时，这种固溶体就叫有序固溶体。 2. 光滑界面和粗糙界面 光滑界面：从原子尺度看，液固界面是光滑平整的，液、固两相被截然分开；在光学显微镜下，光滑界面有曲折的若干小平面组成，所以又称为小平面界面。粗糙界面：从原子尺度看，液固界面高低不平，并存在这几个原子间距厚度的过渡层，在过渡层中液、固两相原子犬牙交错地分布着。由于过渡层很薄，在光学显微镜下，这类界面是平直的，又称为非小平面界面。 3. 变质处理和晶粒度 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。这种方法称为变质处理。 晶粒度：晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示。4. 包析转变，熔晶转变，偏晶转变，合晶转变 包析转变：是由两个固相共同作用形成一个固相的恒温转变。 熔晶转变：是由一个固相恒温分解为一个液相和另一个固相的恒温转变。 偏晶转变：是由一个液相L1分解为一个固相和另一成分的液相L2的恒温转变。合晶转变：是由两个成分不同的液相L1和L2相互作用形成一个固相的恒温转变。 5. 平衡凝固，非平衡凝固，正常凝固 平衡凝固：是指合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。 非平衡凝固：凝固过程中，液、固两相的成分偏离液、固相线，使凝固过程进行到一更低的温度才能完成，并且凝固后固体的成分是不均匀的，这种偏离平衡凝固条件下的结晶过程称为非平衡凝固。 正常凝固：固溶体经正常凝固后整个锭子的质量浓度分布如下图所示（k0＜1），这符合一般铸锭中浓度的分布，因此称为正常凝固。 图正常凝固后溶质浓度在铸锭内的分布 6. 铁素体，奥氏体，莱氏体，珠光体，渗碳体 铁素体：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方结构，常用符号F或α表示。 奥氏体：碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，为面心立方结构，常用符号A或γ 表示。 莱氏体：奥氏体和渗碳体的共晶混合物称为莱氏体。 珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。 渗碳体：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在钢中以片状存在或网络状存在于晶界。在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。 7．滑移和孪生，滑移系和滑移带 滑移：晶体的塑性变形是晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向发生滑动的结果，这种变形方式叫滑移。 孪生：是晶体的一部分沿一定的晶面和一定的晶向相对于另一部分晶体做均匀地切变的过程称为孪生。 滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向组成一个滑移系。 滑移带：对单晶体试样进行拉伸时，当试样经适量的塑性变形后，在金相显微镜下可以观察到，在抛光的试样表面上出现许多相互平行的滑移线，相互靠近的一组滑移线就构成了一个滑移带。 8. 加工硬化和固溶强化 加工硬化：金属材料随着冷塑变形程度的增大，强度和硬度逐渐升高，塑性和韧性逐渐降低的现象称为加工硬化或冷作硬化。 固溶强化：随溶质原子及其固溶度的增加，合金的强度、硬度提高，而塑性有所下降的现象称为固溶强化。 9. 交滑移和多滑移 交滑移：对于螺型位错，由于所包含位错线的晶面都可成为其滑移面，因此，当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上继续滑移，这一过程称为交滑移。 多滑移：由于变形时晶体转动的结果，有两组以上滑移面同时转到有利位向，使滑移可能在两个以上的滑移面上同时或交替地进行，形成“多滑移”。 10. 临界分切应力和取向因子 临界分切应力：晶体中使滑移系开动的最小分切应力，数值大小取决于金属的晶体结构、纯度、加工状态、试验温度与加载速度，当条件一定时，各种晶体的临 界分切应力各有定值，而与外力的大小、方向及作用方式无关。 取向因子：λφcos cos 称为取向因子，或称施密特因子（Schmid ），取向因子越大，则分切应力越大。 11. 回复和再结晶 回复：回复是冷变形金属在退火时发生组织性能变化的早期阶段，在此阶段内物理或力学性能（如强度和电阻等）的回复程度是随温度和时间而变化的。 再结晶：将冷变形后的金属加热到一定温度后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况，这个过程称之为再结晶。 12. 原子扩散，反应扩散，上坡扩散，下坡扩散，自扩散，互扩散 下坡扩散：是指沿着浓度降低的方向进行的扩散，即由高浓度向方向低浓度扩散，使浓度趋于均匀化。 上坡扩散：是指沿着浓度升高的方向进行的扩散，即由低浓度向高浓度方向扩散，使浓度发生两级分化。 反应扩散：通过扩散使固溶体的溶质组元浓度超过固溶体极限而形成新相的过程称为反应扩散或相变扩散。 原子扩散：在扩散过程中基体晶格始终不变，没有新相产生，这种扩散称为原子扩散。 自扩散：自扩散就是不伴有浓度变化的扩散，它与浓度梯度无关。自扩散只发生在纯金属和均匀固溶体中。 互扩散：互扩散是伴有浓度变化的扩散，它与异类原子的浓度差有关。在扩散过程中，异类原子相对扩散，互相渗透，所以又称为“异扩散”或“化学扩散”。 13. 固溶体和中间相 中间相：如果组成合金相的异类原子有固定的比例，所形成的的固相的晶体结构与所有组元均不同，且这种相的成分多数处在A 在B 中溶解限度和B 在A 中溶解限度之间，即落在相图的中间部位，故称为中间相。 固溶体：固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。 五、简答题 1．作图表示立方晶体的(123)、(421)、(210)晶面及[021]、[346]。 2. 在立方系中绘出{110}、{111}晶面族所包括的晶面及(112),(021)晶面。 3. 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 根据自由能与晶胚半径的变化关系，可以知道半径r 临界晶核半径，其大小与过冷度有关 T r L T m m k ?= σ2 4. 试述结晶相变的热力学条件，动力学条件，能量及结构起伏。 分析结晶相变时系统自由能的变化可知，结晶的热力学条件为ΔG<0；由单位体积自由能的变化，m m V T T L G ?- =?可知，只有T>0，才有ΔG V <0。即只有过冷，才能使ΔG V <0。动力学条件为液相的过冷度大于形核所需的临界过冷度，即*?>?T T 。 由临界晶核形核功ΔG K =1/3σA 可知，当形成一个临界晶核时，还有1/3的表面能必须有液体中的能量起伏来提供。 液体中存在的结构起伏，是结晶时产生晶核的基础，因此，结构起伏是结晶过程必须具备的结构条件。 5. 根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。 由凝固理论可知，结晶时单位体积中的晶粒数目z 取决于形核率?N 和晶体长大速率G 两个因素，即G N z ?∝。基本途径： （1）增加过冷度ΔT 。 ΔT 增加，?N 和G 都随之增加，但是?N 的增长率大于 G 的增长率。因而，? N /G 的值增加，即z 增多。 （2）加入形核剂，即变质处理。加入形核剂后，可以促使过冷液体发生非均匀形核。它不但使非均匀形核所需要的基底增多，而且使临界晶核体积减小，这都将使晶核数目增加，从而细化晶粒。 （3）振动结晶。振动，一方面提供了形核所需要的能量，另一方面可以使正在生长的晶体破断，可增加更多的结晶核心，从而使晶粒细化。 6. 根据Pb-Sn相图，试分析： 1)什么成分的合金适于压力加工，什么成分的合金适于铸造? 2)结合所学知识，用什么方法可以提高W Sn<19%铅合金的强度？ 1）压力加工时，要求合金有良好的塑性变形能力，组织中不允许有过多的脆性第二相，所以要求铝合金中合金元素含量较低，一般不超过极限固溶度的成分。对Al-Cu合金，常选用W Cu=4%的合金。该成分合金加热后可处于完全单相α状态，塑性好，适于压力加工。 铸造合金要求其流动性好。合金的结晶温度范围愈宽，其流动性愈差。从相图上看，共晶成分的流动性最好，所以一般来说共晶成分的合金具有优良的铸造性能，适于铸造。但考虑到其它多方面因素，一般选用W Cu=10%的Al-Cu合金来进行铸造。 2）要提高合金的强度，可采用冷塑性变形的方法。通过冷变形，产生加工硬化效应，从而提高合金的强度。 7. 同样形状和大小的两块铁碳合金，其中一块是低碳钢，一块是白口铸铁。试问，用什么简便方法可迅速将它们区分开来? 由于它们含碳量不同，使它们具有不同的特性。最显著的使硬度不同，前者硬度低，韧性好，后者硬度高，脆性大。若从这方面考虑，可以有多种简便方法来将二者区分开来，如1）用钢锉试锉，硬者为铸铁，易锉者应为低碳钢；2）用榔头敲砸，易破断者为铸铁，砸不断者为低碳钢，等等。 8. 试比较45(W C=0.45%)、T8(W C=0.8%)、T12(W C=1.2%)钢的硬度、强度和塑性有何不同？ 由含碳量对碳钢性能的影响可知，随着钢中碳含量的增加，钢中的渗碳体增多，硬度也随之升高，基本上呈直线上升。在w c=0.77%以前，强度也是呈直线上升的。在w c=0.77%时，组织全为珠光体，强度最高；但在w c>0.77以后，随 碳量的继续增加，组织中将会出现网状渗碳体，致使强度很快下降；当w c≥2.11%后，组织中出现共晶莱氏体，强度将很低。而塑性是随着碳量增加而单调下降的，在出现莱氏体后，塑性将几乎降为零。 所以，综上所述，T12的硬度最高，45钢的硬度最低；T12的塑性最差，45钢塑性最好；T8钢均居中，而T8钢的强度最高。 9. 试述孪生与滑移的异同，比较它们在塑性变形过程中的作用。 答：滑移与孪生的相同点：两者都是晶体塑性变形的基本方式，都是在切应力作用下，沿着一定晶面、晶向发生的切变。变形前后，晶体结构类型不变。不同点：孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只是集中在一些滑移面上。滑移时，晶体的已滑移与未滑移部分晶体位向相同，而孪生部分与基体位向不同，是具有特殊的镜面对称关系。孪生变形原子变形位移小于孪生方向原子间距，为其原子间距的分数倍；滑移变形时，原子移动的距离是滑移方向上原子间距的整数倍。与滑移类似，孪生要素也与晶体结构有关，但是同一结构的孪晶面、孪生方向可以与滑移面、滑移方向不同。孪生的临界分切压力比滑移的临界分切应力大很多。孪生变形的应力-应变曲线与滑移不同，呈现出锯齿状的波动，主要是孪晶“形核”时，所需要的切应力大于孪晶界面扩展的应力所致。一般情况下，先发生滑移，当滑移难以进行的时候，才发生孪生变形。孪生对于塑性变形的直接贡献比滑移小得多，但是孪生改变了晶体位向，使硬位向的滑移系转到软位向，激发了晶体的进一步滑移。 10. 试用多晶体塑性变形理论解释，室温下金属的晶粒越细强度越高，塑性也就越好的现象。 答：晶界是阻碍位错运动的，而各晶粒位向不同，互相约束，也阻碍晶粒的变形。因此，金属的晶粒愈细，其晶界总面积愈大，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多，对塑性变形的抗力也愈大。因此，金属的晶粒愈细强度愈高。 同时晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数便越多，变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造成局部的应力集中和引起裂纹的过早产生和发展。因此，塑性、韧性也越好。 11. 回复和再结晶转变的驱动力是什么？ 答：回复和再结晶的驱动力是金属变形后未被释放的储存能。其中回复阶 段所释放的储存能略占总变形能的10％，再结晶阶段所释放的储存能略占总变形能的90％。 12. 请叙述冷塑性变形后的金属材料在发生回复和再结晶过程中的缺陷和组织的变化。 答：在回复阶段，不发生大角度晶界的迁移，晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持纤维状或扁平状，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。 13. 为什么钢铁零件渗碳温度一般要选择在γ-Fe 相区中进行？若不在γ相区中进行会有什么结果? 答：因α-Fe 中的最大碳溶解度（质量分数）只有0.0218%，大于碳质量分数大于0.0218%的钢铁，在渗碳时零件中的碳浓度梯度为零，渗碳无法进行，即使是纯铁，在α相区渗碳时铁中的浓度梯度很小，在表面也不能获得高含碳层；由于温度低，扩散系数也很小，渗碳过程极慢，没有实际意义。γ-Fe 中的碳溶解度高，渗碳时在表层可获得较高的碳浓度梯度时渗碳顺利进行。此外，γ-Fe 区温度高，加速了扩散过程。 14. 简述 Fe-Fe 3C 相图中三个基本反应：包晶反应,共晶反应及共析反应，写出反应式，标出含碳量及温度。 答：共析反应：冷却到727℃时具有S 点成分的奥氏体中同时析出具有P 点成分 的铁素体和渗碳体的两相混合物。γ0.8??→??727 F 0.02+Fe 3C 6.69 包晶反应：冷却到1495℃时具有B 点成分的液相与具有H 点成分的固相δ 反应生成具有J 点成分的固相A 。 L 0.5+δ0.1??→??1495 γ0.16 共晶反应：1148℃时具有C 点成分的液体中同时结晶出具有E 点成分的奥氏 体和渗碳体的两相混合物。 L 4.3??→??1147 γ2.14+ Fe 3C 6.69 七、铁碳合金相关分析题 1. 绘制Fe-Fe 3C 相图，描述w c =3.5%的铁碳合金从液态冷却至室温的平衡结晶过程，并计算其室温组织中的初晶奥氏体、莱氏体以及从初晶奥氏体中析出的 二次渗碳体的重量百分数。（18分） 答：Fe-Fe3C相图见下图。 图1 Fe-Fe3C相图 图2 w c =3.5%的铁碳合金的冷却曲线及转变过程 w c =3.5%的铁碳合金为亚共晶白口铁。w c =3.5%的铁碳合金的冷却曲线及转变过程见图2。 在结晶过程中，在1-2点之间按匀晶转变结晶出初晶奥氏体，奥氏体的成分 沿JE 线变化，而液相的成分沿BC 线变化，当温度降至2点时，液相成分达到共晶点C ，于恒温（1148℃）下发生共晶转变，即L c →γE +Fe 3C ，形成莱氏体。当温度冷却至2-3点温度区间时，从初晶奥氏体和共晶奥氏体中都析出二次渗碳体。随着二次渗碳体的析出，奥氏体的成分沿着ES 线不断降低，当温度达到3点（727）时，奥氏体的成分也到达了S 点，与恒温下发生共析转变，所有的奥氏体均转变为珠光体。 组织物的含量如下： 2.画出 Fe-Fe 3C 相图，指出图中 S 、C 、E 、P 、N 、G 及 GS 、SE 、PQ 、 PSK 各点、线的意义，并标出各相区的相组成物和组织组成物。 答: C ：共晶点1148℃ 4.30%C ，在这一点上发生共晶转变，反应式： %5.36%10011.23.45.33.4%=?--=r W %5.63%10011.23.411.25.3%=?--=Ld W %26.8%5.3677 .069.677.011.2%3=?--=II C Fe W 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》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 练习题 第三章 晶体结构，习题与解答 3-1 名词解释 （a ）萤石型和反萤石型 （b ）类质同晶和同质多晶 （c ）二八面体型与三八面体型 （d ）同晶取代与阳离子交换 （e ）尖晶石与反尖晶石 答：（a ）萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。 （b ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 （c ）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构 三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d ）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e ）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 3-2 （a ）在氧离子面心立方密堆积的晶胞中，画出适合氧离子位置的间隙类型及位置，八面体间隙位置数与氧离子数之比为若干？四面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干？ （b ）在氧离子面心立方密堆积结构中，对于获得稳定结构各需何种价离子，其中： （1）所有八面体间隙位置均填满； （2）所有四面体间隙位置均填满； （3）填满一半八面体间隙位置； （4）填满一半四面体间隙位置。 并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。 解：（a ）参见2-5题解答。1:1和2:1 （b ）对于氧离子紧密堆积的晶体，获得稳定的结构所需电价离子及实例如下： （1）填满所有的八面体空隙，2价阳离子，MgO ； （2）填满所有的四面体空隙，1价阳离子，Li2O ； （3）填满一半的八面体空隙，4价阳离子，TiO2； （4）填满一半的四面体空隙，2价阳离子，ZnO 。 3-3 MgO 晶体结构，Mg2+半径为0.072nm ，O2-半径为0.140nm ，计算MgO 晶体中离子堆积系数（球状离子所占据晶胞的体积分数）；计算MgO 的密度。并说明为什么其体积分数小于74.05%？ 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） 一、名词： 相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。 平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。 成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。 异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。 共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。 脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。 包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。 成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。 二、简答： 1. 固溶体合金结晶特点？ 答：异分结晶；需要一定的温度范围。 2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？ 答：溶质平衡分配系数k0；溶质原子扩散能力；冷却速度。 3. 影响成分过冷的因素？ 答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。 三、书后习题 1、何谓相图？有何用途？ 答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。 2、什么是异分结晶？什么是分配系数？ 答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。 3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除？ 答：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象 形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。 影响因素：1）分配系数k0：当k0<1时，k0值越小，则偏析越大；当k0>1时，k0越大，偏析也越大。2）溶质原子扩散能力，溶质原子扩散能力大，则偏析程度较小；反之，则偏析程度较大。3）冷却速度，冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。 对金属性能的影响：使合金的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著降低， 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 一、单项选择题(请在每小题的4个备选答案中，选出一个最佳答案， 共10小题；每小题2分，共20分) 1、材料按照使用性能，可分为结构材料和 。 A. 高分子材料； B. 功能材料； C. 金属材料； D. 复合材料。 2、在下列结合键中，不属于一次键的是： A. 离子键； B. 金属键； C. 氢键； D. 共价键。 3、材料的许多性能均与结合键有关，如大多数金属均具有较高的密度是由于： A. 金属元素具有较高的相对原子质量； B. 金属键具有方向性； C. 金属键没有方向性； D.A 和C 。 3、下述晶面指数中，不属于同一晶面族的是： A. (110)； B. (101)； C. (011- ）；D. (100)。 4、 面心立方晶体中，一个晶胞中的原子数目为： A. 2； B. 4； C. 6； D. 14。 5、 体心立方结构晶体的配位数是： A. 8； B.12； C. 4； D. 16。 6、面心立方结构晶体的原子密排面是： A. {111}； B. {110}； C. (100)； D. [111]。 7、立方晶体中（110）和（211）面同属于 晶带 A. [110]； B. [100]； C. [211]； D. [--111]。 6、体心立方结构中原子的最密排晶向族是： A. <100>； B. [111]； C. <111>； D. (111)。 6、如果某一晶体中若干晶面属于某一晶带，则： A. 这些晶面必定是同族晶面； B. 这些晶面必定相互平行； C. 这些晶面上原子排列相同； D. 这些晶面之间的交线相互平行。 7、金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种，它们的晶胞中原子数分别为：A. 4, 2, 6; B. 6, 2, 4; C. 4, 4, 6; D. 2, 4, 6 7、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. 弗兰克缺陷； C. 线缺陷； D. 面缺陷 7、两平行螺旋位错，当柏氏矢量同向时，其相互作用力： 《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( ) Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编 东华理工大学材料科学与工程系 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。 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 材料科学基础试卷(一) 一、概念辨析题（说明下列各组概念的异同。任选六题，每小题3分，共18分） 1 晶体结构与空间点阵 2 热加工与冷加工 3 上坡扩散与下坡扩散 4 间隙固溶体与间隙化合物 5 相与组织 6 交滑移与多滑移 7 金属键与共价键8 全位错与不全位错9 共晶转变与共析转变 二、画图题（任选两题。每题6分，共12分） 1 在一个简单立方晶胞内画出［010］、［120］、［210］晶向和（110）、（112）晶面。 2 画出成分过冷形成原理示意图（至少画出三个图）。 3 综合画出冷变形金属在加热时的组织变化示意图和晶粒大小、内应力、强度和塑性变化趋势图。 4 以“固溶体中溶质原子的作用”为主线，用框图法建立与其相关的各章内容之间的联系。 三、简答题（任选6题，回答要点。每题5分，共30 分） 1 在点阵中选取晶胞的原则有哪些？ 2 简述柏氏矢量的物理意义与应用。 3 二元相图中有哪些几何规律？ 4 如何根据三元相图中的垂直截面图和液相单变量线判断四相反应类型？ 5 材料结晶的必要条件有哪些？ 6 细化材料铸态晶粒的措施有哪些？ 7 简述共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。 8 晶体中的滑移系与其塑性有何关系？ 9 马氏体高强度高硬度的主要原因是什么？ 10 哪一种晶体缺陷是热力学平衡的缺陷，为什么？ 四、分析题（任选1题。10分） 1 计算含碳量w=0.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后，组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对含量。 2 由扩散第二定律推导出第一定律，并说明它们各自的适用条件。 3 试分析液固转变、固态相变、扩散、回复、再结晶、晶粒长大的驱动力及可能对应的工艺条件。 五、某面心立方晶体的可动滑移系为(111) [110].（15分） (1) 指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量. (2) 如果滑移由纯刃型位错引起,试指出位错线的方向. (3) 如果滑移由纯螺型位错引起,试指出位错线的方向. (4) 在(2),(3)两种情况下,位错线的滑移方向如何? (5) 如果在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试确定单位刃型位错和螺型位错线受力的大小和方向。（点阵常数a=0.2nm)。 六、论述题（任选1题，15分） 1 试论材料强化的主要方法、原理及工艺实现途径。 2 试论固态相变的主要特点。 3 试论塑性变形对材料组织和性能的影响。 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。材料科学基础期末考试历届考试试题复习资料
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