材料科学基础A习题
第五章材料的变形与再结晶
1、某金属轴类零件在使用过程中发生了过量的弹性变形，为减小该零件的弹性变形，拟采取以下措施：
（1）增加该零件的轴径。
（2）通过热处理提高其屈服强度。
（3）用弹性模量更大的金属制作该零件。
问哪一种措施可解决该问题，为什么？
答：增加该零件的轴径，或用弹性模量更大的金属制作该零件。产生过量的弹性变形是因为该金属轴的刚度太低，增加该零件的轴径可减小其承受的应力，故可减小其弹性变形；用弹性模量更大的金属制作该零件可增加其抵抗弹性变形的能力，也可减小其弹性变形。
2、有铜、铝、铁三种金属，现无法通过实验或查阅资料直接获知他们的弹性模量，但关于这几种金属的其他各种数据可以查阅到。请通过查阅这几种金属的其他数据确定铜、铝、铁三种金属弹性模量大小的顺序（从大到小排列），并说明其理由。
答：金属的弹性模量主要取决于其原子间作用力，而熔点高低反映了原子间作用力的大小，因而可通过查阅这些金属的熔点高低来间接确定其弹性模量的大小。据熔点高低顺序，此几种金属的弹性模量从大到小依次为铁、铜、铝。
3、下图为两种合金A、B各自的交变加载-卸载应力应变
曲线（分别为实线和虚线），试问那一种合金作为减振材
料更为合适，为什么？
答：B合金作为减振材料更为合适。因为其应变滞
后于应力的变化更为明显，交变加载-卸载应力应变回线
包含的面积更大，即其对振动能的衰减更大。
4、对比晶体发生塑性变形时可以发生交滑移和不可以发生交滑移，哪一种情形下更易塑性变形，为什么？
答：发生交滑移时更易塑性变形。因为发生交滑移可使位错绕过障碍继续滑移，故更易塑性变形。
5、当一种单晶体分别以单滑移和多系滑移发生塑性变形时，其应力应变曲线如下图，问A、B中哪一条曲线为多系滑移变形曲线，为什么？
应力
滑移可导致不同滑移面上的位错相遇，通过位错反应形成不动位错，或产生交割形成阻碍位错运动的割阶，从而阻碍位错滑移，因此其应力-应变曲线的加工硬化率较单滑移高。
6、为什么晶体通过滑移塑性变形时，滑移总是沿着晶体中的原子密排面和密排方向进行？
答：晶体中原子密排面之间的面间距最大，原子面之间的键合力最弱，而在原子密排面上沿原子密排方向原子偏离其平衡位置位移至相邻平衡位置的阻力最小，故晶体的滑移总是沿着晶体中的原子密排面和密排方向进行。
7、某金属板经过较大的冷轧塑性变形后，发现其力学性能出现各向异性，试问其原因为何？
答：其原因可能有二：一是形成了织构组织，二是沿变形方向出现了纤维组织。
8、某钢板经热轧后，发现其力学性能出现各向异性，试问其原因为何？又问分别沿金属板热轧变形伸长方向和垂直于该方向，金属板的力学性能有何特点？
答：这是因为沿轧制方向形成了流线。沿轧制金属板伸长方向拉伸强度高、塑性好，沿垂直于金属板伸长方向的剪切强度高、塑性较差。
9、为什么对于多晶材料，在其塑性变形时，其微观塑性变形不均匀？
答：这是因为在多晶体中，各晶粒的空间位向不同，使各晶粒相对于外加应力发生滑移变形的“软”、“硬”取向不同，导致各晶粒发生滑移变形的先后、变形量大小不同，从而使多晶材料的微观塑性变形不均匀。
10、细化晶粒对金属的屈服强度和塑性有何影响，为什么？
答：细化晶粒将提高金属的屈服强度，这是因为细化晶粒将增加可阻碍位错滑移的晶界的总面积，从而增大位错滑移的阻力，故提高金属的强度。细化晶粒可改善金属的塑性，这是因为细化晶粒可使微观塑性变形更为均匀，降低晶界处因位错塞积造成的应力集中，从而阻碍微观裂纹的萌生，延迟断裂的发生。
11、细化晶粒是否总能提高晶体的强度，为什么？
答：细化晶粒不一定总能提高晶体的强度。这是因为在高温下，晶界滑动是产生蠕变的重要机制，若细化晶粒则增加晶界总面积，此将促进蠕变的发生。
12、对于铝合金和镁合金，哪一个的塑性加工性能更好，为什么？
答：铝合金的塑性加工性能更好。因为铝合金为面心立方晶体结构，镁合金为密排六方晶体结构，由于面心立方晶体结构中的滑移系多于密排六方晶体结构，其塑性变形过程中，各晶粒之间变形的协调性更好，使得其塑性变形能力更强，故其塑性加工性能更好。
13、某滑移面上一个位错源开动释放出的位错在晶界处形成位错塞积群对该位错源的开动有何影响，为什么？
答：该位错塞积群对位错源的开动具有阻碍作用。因为该位错塞积群中的位错与位错源释放出的位错都是同号位错，位错之间存在排斥力，故位错塞积群形成的应力场对位错源的开动具有阻碍作用。
14、何谓应变时效？
答：(见教材)
15、如相图所示，有两种成分不同的合金，问：
（1）对于合金①和合金②，哪一种合金的强度更高，
为什么？
（2）在合金①和合金②中，分别有哪几种强化机制在
起作用？
答：合金②的强度更高。因为合金①为单一固溶
体α，其中的强化机制为固溶强化，而合金②中除存在
固溶体α外，还存在α与β形成的共析组织，共析组织
具有细晶强化的作用，同时，在共析温度以下析出的α
与β也产生第二相强化，因此使合金②中同时存在固溶
强化和细晶强化、第二相强化三种强化机制，故合金②的强度更高。
16、何谓加工硬化，其主要机制是什么？
答：随着塑性变形量的增加，材料强度不断提高的现象称为加工硬化。其主要机制有二：一是位错强化，二是塑性变形过程中，各变形晶粒逐渐从“软取向”转向“硬取向”，使得晶粒塑性变形更为困难。
17、为什么密排六方金属单晶的应力应变曲线第一阶段（易滑移阶段）较面心立方金属单晶的更长？
答：密排六方金属单晶中滑移系少，不易产生多系滑移，从而不易产生因不同滑移面上位错之间的交割和位错反应而形成的对位错滑移的阻碍，故其应力应变曲线第一阶段（易滑移阶段）较长。
18、获得细晶超塑性的基本必要条件是什么？
答：获得细晶超塑性的基本必要条件是：（1）变形必须在高温下进行；（2）变形必须以低的应变速率进行；（3）变形金属必须具有两相细晶组织。
19、单纯的孪生和扭折对晶体塑性变形量的贡献如何，其对塑性变形的延续有何意义？
答：单纯的孪生和扭折对塑性变形量的贡献不大，但其可改变晶体中晶粒的取向，使得原处于不利于塑性变形取向的晶粒转至利于塑性变形的取向，使得晶体的塑性变形得以延续。
20、为什么陶瓷材料塑性变形能力很差，且其拉伸强度远远低于其压缩强度？
答：由于陶瓷材料为离子键或共价键结合，导致其滑移系少、位错滑移阻力大，同时陶瓷材料的制备工艺导致其中存在微观裂纹，在受力时易在裂纹前端产生应力集中促进裂纹扩展，故陶瓷材料塑性变形能力很差。陶瓷材料的拉伸强度远远低于其压缩强度是因为拉应力会在陶瓷中微裂纹的前端产生强烈的应力集中，促进裂纹扩展，致使陶瓷提前断裂。而压应力则不会。
21、为提高高温合金的蠕变强度，从其成分设计上可采取什么样的措施，为什么？
答：为提高高温合金的蠕变强度，在合金成分设计上可采取加入高熔点元素的措施。因为高温下合金的原子扩散能力越强，越易发生蠕变。加入高熔点元素可提高原子扩散的激活能，阻碍原子的扩散，故可提高合金的蠕变强度。
22、作为电线使用的铜导线是通过冷拉拔而成形，问为什么在对铜线冷拉拔后要将其加热进行退火处理？
答：因为铜线经冷拉拔后，其中的点缺陷浓度高，此导致铜线导电性能下降。经退火处理后，铜线中点缺陷密度下降，导电性能可得到提高。
23、影响再结晶速率的主要因素有哪些？影响再结晶温度的主要因素有哪些？
答：（见教材）
24、在室温下，使一块金属板料从左至右发生不均匀塑性变形，即从左至右，塑性变形量逐渐增大。试问从左至右，金属板的硬度如何变化？经再结晶退火后，所形成的再结晶晶粒大小从左至右如何变化？为什么？
答：从左至右，金属板的硬度增大，因为随着从左至右塑性变形量逐渐增大，加工硬化增强。经再结晶退火后，所形成的再结晶晶粒大小从左至右逐渐减小，因为随着从左至右塑性变形量逐渐增大，金属板中的储存能增加，也即再结晶的驱动力增大，再结晶形核率增加，使再结晶晶粒尺寸减小。
25、晶粒长大和再结晶晶核长大的驱动力有何不同,为什么织构会阻碍晶粒的长大？
答：晶粒长大的驱动力为晶界能的降低，再结晶晶核长大的驱动力为储存能的降低。织构组织中各晶粒之间的位相差小，其晶界能相对于正常晶粒组织的晶界能较低，故使其晶界
26、对于冷变形量相同，但含镍量分别为3%和9%的铜镍合金而言，将二者加热至550℃保温使其完成再结晶的体积分数均达到50%，问哪一种铜镍合金所需的时间更长，为什么？
答：含镍量为9%的铜镍合金所需的再结晶时间更长。因为铜镍合金为完全固溶体，固溶原子对晶界的迁移有阻碍作用，含镍量为9%的铜镍合金中固溶的镍含量更高，因而此合金中镍原子对再结晶过程中晶界的迁移阻碍更大，故使其再结晶所需的时间更长。
27、为什么升高再结晶退火温度将使金属的再结晶临界变形量减小？
答：升高再结晶退火温度将使金属原子的扩散能力增强，使再结晶更易发生，故使再结晶开始发生的临界变形量减小。
第六章凝固
1、为什么结晶的完成需要过冷度？
答：只有当存在结晶过冷度时，物质体系以固态形式存在的能量才低于以液态形式存在的能量，结晶才能够彻底的完成，所以结晶的完成需要过冷度。
2、为什么非均匀形核比均匀形核要容易？
答：非均匀形核较均匀形核所产生的阻碍结晶进行的表面能更少一些，故非均匀形核比均匀形核要容易。
3、利用金属凝固过程细化晶粒的主要手段有哪几种，它们各自通过何种机理使晶粒细化？
答：利用金属凝固过程细化晶粒的主要手段有：（1）增大凝固过冷度，其通过提高结晶驱动力来提高结晶形核率，从而细化晶粒；（2）采用变质处理，其通过非均匀形核来提高结晶形核率，从而细化晶粒；（3）机械搅拌和振动凝固中的液相，其通过破碎液相中已形成的晶粒，使之成为结晶晶核来细化晶粒。
4、合金凝固时，为了获得细小的晶粒尺寸，往往增加结晶过冷度以提高形核率，问是否过冷度越大，结晶形核率越高，为什么？
答：不是过冷度越大，结晶形核率越高，因为形核需要液相中的原子进行扩散，当过冷度过大时，原子几乎不能扩散，不能形成晶体，液相凝固后获得非晶。
5、在同等凝固条件下，若结晶液相附着于相同材质的固相基底发生非均匀形核，问对于下面两种分别具有下凹和外凸表面形状的固体，液相金属是附着于下凹表面或是外凸表面更有利于非均匀形核，为什么？
答：液相金属附着于下凹表面更有利于非均匀形核。因为对于一定的过冷度，结晶临界晶核半径一定，且结晶液相对于相同的非均匀形核附着基底，润湿角相同。对于相同的临界晶核半径和润湿角，当液相金属附着于下凹表面形核时所需的晶核原子数较液相金属附着于外凸表面形核更少，故其更有利于形核。
6、为提高金属结晶时的形核率，往往向液态金属中加入一定量的高熔点的固体颗粒形核剂以促进非均匀形核。问当向液态金属中加入的固体颗粒形核剂分别为金属颗粒和陶瓷颗粒时，加入哪种形核剂对提高结晶形核率的效果更好，为什么？
答：向液态金属中加入金属颗粒形核剂对提高形核率的效果更好。因为金属颗粒形核剂与结晶金属同为金属键，二者的性质更为接近，液态金属更易附着于金属颗粒形核剂表面形成非均匀形核。
7、何谓有效过冷度？
答：（见教材）
8、何谓凝固时正的温度梯度和负的温度梯度？在正的温度梯度和负的温度梯度下，纯金属晶体分别以何种方式向液相中推移长大，为什么？
答：凝固时，在液相中，若离固/液界面越远，温度越高，则为正的温度梯度，否则为负的温度梯度。在正的温度梯度下，纯金属晶体以平面生长方式向液相中长大，这是因为固/液界面上的任何固相凸起都将导致凸起前沿液相中的结晶过冷度减小，使凸起生长变慢，从而形成平面状生长。在负的温度梯度下，纯金属晶体以树枝状方式向液相中长大，这是因为固/液界面上的任何固相凸起都将导致凸起前沿液相中的结晶过冷度增大，使凸起生长增速，从而形成树枝状生长。
★9、工业生产中，将熔炼后的液态金属浇注入铸型，使金属冷却凝固形成具有一定形状和尺寸的铸件，该工艺称为铸造成型。观察发现铸件表层存在一层由很细金属晶粒组成的薄层，而薄层下的金属晶粒则相对较粗大。问为什么铸件表层会存在一层细晶层？
★10、请通过查阅资料，回答何为半固态铸造工艺，其目的是什么？半固态铸造工艺应用了第六章中的什么知识点？
★11、在电子产品生产中，利用金属（称为钎料）熔化后的凝固来将电子元件的金属引线与电子线路板上的金属线路相焊接（连接）。为了保证金属引线与线路板上金属线路焊接的可靠
第七章 二元相图及其合金的凝固
1、图示为三种固溶体α、β、γ在温度T 时，各自的
成分-自由能曲线，问：
（1）在温度T 时，三种相能否共存，为什么？
（2）在温度T 时，在什么成分范围内，哪两相可以共
存，为什么？
2、为什么当合金非平衡凝固时会出现晶内偏析？
答：由于凝固时的选分结晶，先凝固的固相中高熔点组元的浓度高于液相中高熔点组元的浓度，使得先结晶固相中高熔点组元的浓度高于后结晶固相中高熔点组元的浓度。非平衡凝固时，结晶形成的晶粒中原子不能充分扩散，使得先结晶的晶粒中心部位含高熔点组元的浓度高于晶粒中后结晶部位的高熔点组元的浓度，从而形成晶内偏析。
3、为什么当A 、B 两组元在液态下可无限互溶，而在固态下只能有限互溶时，其凝固时可发生共晶转变？
答：当A 、B 两组元在液态下可无限互溶，而在固态下只能有限互溶时，对于有些成分的合金，
4、二元合金中的包晶转变与三元合金中的共晶转变能否发生在一个温度区间内，为什么？
答：根据相率，对于二元合金中的包晶转变，其包晶转变时的自由度=2-3+1=0，故其包晶转变为恒温转变，不能发生在一个温度区间内。在三元合金中存在三相共晶转变和四相共晶转变。三相共晶转变发生时的自由度=3-3+1=1，故该共晶转变为变温转变，能够发生在一个温度区间内；四相共晶转变发生时的自由度=3-4+1=0，故该共晶转变为恒温转变，不能发生在一个温度区间内。
5、A 、B 两组元的熔点分别为900C °和600C °，若二者形成一种固溶体合金，问当该合金为何种类型合金时，其熔点可在900C °和600C °之间？又二者形成的合金熔点有否可能低于600C °，为什么？
答：当A 、B 两组元形成的固溶体合金为匀晶合金时，其熔点可在900C °和600C °之间；当A 、B 两组元形成的合金为共晶合金时，合金熔点可低于600C °。
6、合金凝固时，在正的温度梯度下是否可以形成树枝状晶，为什么？
答：合金凝固时，在正的温度梯度下可以形成树枝状晶。因为只要出现较大范围的成分A
B X 1 X 2 X 3
7、简要回答下列问题
（1）请指出相图中所存在的化合物相及其类型（稳
定或不稳定化合物）。
（2）写出相图中所有的恒温转变类型及转变式。
（3）写出合金①在冷却过程中的组织组成物变化。
（4）请计算出合金①在其共晶转变刚结束时共晶组
织中共晶ε相的百分含量。
答：（1）相图中存在的化合物为δ和ε，δ为不稳定化合物，ε为稳定化合物。
（2）相图中的恒温转变类型为：包晶转变：L+α→δ；共晶转变：L →δ+ε，L →ε+β。
（3）合金①在冷却过程中的组织组成物变化为：L →L+α→L+(δ+ε)→(δ+ε)+ δⅡ
（4）合金①在降温到达共晶温度且尚未发生共晶转变时的液相百分含量为ab/ac ，共晶转变刚结束时，共晶组织中ε相的百分含量为ac/ad ，故此时合金中ε相的百分含量为（ab/ac ）（ac/ad ）。
8、凝固速率、液相中原子的扩散系数、液相中的温度梯度、合金液相线的倾斜程度（k 0＜1）对合金凝固时成分过冷的形成有何影响，为什么？
答：凝固速率越快，固/液界面前沿液相中富集的溶质更来不及扩散至远处液相中，致使固/液界面前沿液相中富集的溶质更多，故更易形成成分过冷；液相中原子扩散系数越小，固/液界面前沿液相中富集的溶质更来不及扩散至远处液相中，致使固/液界面前沿液相中富集的溶质更多，故更易形成成分过冷；液相中的温度梯度越小，液相的实际温度分布更易低于由溶质不均匀分布所确定的液相凝固温度分布，故更易形成成分过冷；合金液相线的倾斜程度越陡，越易形成成分过冷。
9、对于下列相图中的合金①和合金②，哪一种在凝固时
易于形成树枝状晶组织，为什么？ 为了减轻树枝状晶组
织，应提高凝固速度还是应降低凝固速度，为什么？
答：由于发生凝固时，合金②中结晶固相与对应液相
的溶质浓度差较合金①更大，使得结晶固相向固/液界面
前沿液相中排出的溶质原子更多，固/液界面前沿液相中
更易出现因溶质原子富集造成的成分不均匀分布，更易出
L α ε β δ ① a b c d
为了减轻树枝状晶组织，应降低凝固速度。因为降低凝固速度，可使固/液界面前沿液相中的成分不均匀因溶质原子更长时间的扩散而得以减轻，从而减轻成分过冷，使得树枝状晶组织得到抑制。
10、Fe-Fe
3
C相图上的三条水平线各代表什么反应？P、S、E、C各点有什么意义？
答：（见教材）
11、在亚共析、共析、过共析钢和亚共晶、共晶、过共晶白口铸铁的平衡结晶冷却过程中，其相变和组织变化过程如何？
答：（见教材）
12、亚共析钢、共析钢、过共析钢各具有什么样的室温平衡组织（写出组织组成物）？
答：亚共析钢的室温平衡组织为：α+(α+Fe
3C)+ Fe
3
C
Ⅲ
；
共析钢的室温平衡组织为：(α+Fe
3C)+ Fe
3
C
Ⅲ
；
过共析钢的室温平衡组织为：Fe
3C
Ⅱ
+(α+Fe
3
C)+ Fe
3
C
Ⅲ
；
13、铁碳合金中网状渗碳体易在什么情况下形成，其对钢会产生何种危害，如何消除？
答：当铁碳合金的含碳量大于共析成分时，若使其从共析温度以上缓慢冷却至共析温度以下，则易形成网状渗碳体。网状渗碳体使钢变脆，可用正火的方法（即使其从共析温度以上快冷至共析温度以下）消除。
14、含碳量对铁碳合金中渗碳体的量有何影响，对铁碳合金的硬度、塑性有何影响？
答：含碳量增加，铁碳合金中渗碳体的量增加，铁碳合金的硬度增大、塑性下降。
15、含碳量对钢中珠光体的量有何影响，在基体组织相同的前提下，钢中珠光体的量对钢的屈服强度有何影响？
答：在亚共析钢中，随含碳量增加，珠光体的量增加，在过共析钢中，随含碳量增加，珠光体的量减少。在基体组织相同的前提下，钢中珠光体的量增加，钢的屈服强度增加。
16、为什么要严格控制钢中硫和磷的含量？
答：硫的存在易使钢产生热脆，磷的存在易使钢产生冷脆，故要严格控制钢中硫和磷的含量。
17、合金凝固时，为了获得细小的晶粒尺寸，往往增加结晶过冷度以提高形核率，问是否总是过冷度越大，形核率越高，为什么？
答：不总是冷度越大，形核率越高。因为晶核的形成与原子的扩散有关，当过冷度过大时，
18、金属铸锭凝固时，由铸锭表面至心部可以形成哪几个组织特征不同的晶区？采用高的浇注温度和定向散热有利于哪个晶区的形成，不利于那个晶区的形成？除最外层晶区外，剩余晶区的组织致密性如何？
答：（见教材）
19、下图为由A 、B 两组元组成但成分不同的两种匀晶合
金①（B%=2%）和②（B%=10%），问：
（1）在显微组织完全相同的条件下，哪一种合金具
有更好的塑性，为什么？
（2）在非平衡凝固时，哪一种合金的晶内偏析更为
严重，为什么？
答：（1）在显微组织完全相同的条件下，合金①具有更好的塑性。因为合金①中溶质原子的含量较合金②低，故其中溶质原子对位错滑移钉扎的效果不如合金②，故其塑性更好。
（2）在非平衡凝固时，合金②的晶内偏析更为严重。因为凝固时，合金②中结晶固相与对应液相的溶质浓度差较合金①更大，使合金②中先凝固的固相与后凝固固相的溶质成分差更大，从而晶内偏析更严重。
20、若观察发现A 、B 形成合金的显微组织为100%的共晶组织，由此是否可以肯定该合金的成分一定为共晶成分，为什么？
答：若观察发现A 、B 形成合金的显微组织为100%的共晶组织，并不能由此确定该合金成分为共晶成分，因为若发生非平衡凝固，非共晶成分的合金也有可能形成100%的共晶组织。
21、将合金①和合金②各自从室温加热至温度T 1，
问在此温度下，哪一种合金的晶粒更易长大，为什
么？ 答：合金①的晶粒更易长大。这是因为加热至温度T 1时，合金①和合金②相比，合金②中存在第二相粒子，其可阻碍晶界的迁移，即阻碍晶粒的长
大，故合金①的晶粒更易长大。
★22、许多金属零件是通过铸造成型的方法生产的，而用于铸造成型的金属大都为共晶合金，
T
★23、在电子产品生产中，利用金属（称为钎料）熔化后的凝固来将电子元件的金属引线与电子线路板上的金属线路相焊接（连接）。由于金属的熔点较高，凝固时释放的结晶热很可能通过引线传导至电子元件内部而烧坏元件。为此，需要研制低熔点的金属钎料。请利用所学知识提出设计金属钎料成分的简单思路。
第八章三元相图
1、在三元相图的垂直截面图中，一般情况下，能否直接应用杠杆定律，为什么？
2、请写出右边三元共晶相图垂直截面图中合金O从高温冷却至室温过程中组织组成物的变化。
2、请写出以下三元共晶相图投影图中合金O从高温冷却至室温过程中组织组成物的变化。
B
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
习题课
一、判断正误 正确的在括号内画“√”，错误的画“×” 1、金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。 2、位错滑移时，作用在位错线上的力F的方向永远垂直于位错线并指向滑移面上的未滑移区。 3、只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则不能。 4、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。 5、固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔG＜0、结构起伏和能量起伏。 6三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。 7物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。 8塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排方向。 9．晶格常数是晶胞中两相邻原子的中心距。 10．具有软取向的滑移系比较容易滑移，是因为外力在在该滑移系具有较大的分切应力值。11．面心立方金属的滑移面是｛１１０｝滑移方向是〈１１１〉。 12．固溶强化的主要原因之一是溶质原子被吸附在位错附近，降低了位错的易动性。13．经热加工后的金属性能比铸态的好。 14．过共析钢的室温组织是铁素体和二次渗碳体。 15．固溶体合金结晶的过程中，结晶出的固相成份和液相成份不同，故必然产生晶内偏析。16．塑性变形后的金属经回复退火可使其性能恢复到变形前的水平。 17．非匀质形核时液体内部已有的固态质点即是非均匀形核的晶核。 18.目前工业生产中一切强化金属材料的方法都是旨在增大位错运动的阻力。 19、铁素体是α-Fe中的间隙固溶体，强度、硬度不高，塑性、韧性很好。 20、体心立方晶格和面心立方晶格的金属都有12个滑移系，在相同条件下,它们的塑性也相同。 21、珠光体是铁与碳的化合物，所以强度、硬度比铁素体高而塑性比铁素体差。 22、金属结晶时，晶粒大小与过冷度有很大的关系。过冷度大，晶粒越细。 23、固溶体合金平衡结晶时，结晶出的固相成分总是和剩余液相不同，但结晶后固溶体成分是均匀的。 24、面心立方的致密度为0.74，体心立方的致密度为0.68，因此碳在γ-Fe(面心立方)中的溶解度比在α-Fe（体心立方）的小。 25、实际金属总是在过冷的情况下结晶的，但同一金属结晶时的过冷度为一个恒定值，它与冷却速度无关。 26、金属的临界分切应力是由金属本身决定的，与外力无关。 27、一根曲折的位错线不可能是纯位错。 28、适当的再结晶退火，可以获得细小的均匀的晶粒，因此可以利用再结晶退火使得铸锭的组织细化。 29、冷变形后的金属在再结晶以上温度加热时将依次发生回复、再结晶、二次再结晶和晶粒长大的过程。 30、临界变形程度是指金属在临界分切应力下发生变形的程度。 31、无限固溶体一定是置换固溶体。 32、金属在冷变形后可形成带状组织。 33、金属铅在室温下进行塑性成型属于冷加工，金属钨在1000℃下进行塑性变形属于热加工。
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%？
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 1.简述一次键与二次键各包括哪些结合键这些结合键各自特点如何 答：一次键——结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。 二次键——结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。 ①离子键：由于正、负离子间的库仑（静电）引力而形成。特点：1）正负离子相间排列，正负电荷数相等；2）键能最高，结合力很大； ②共价键：是由于相邻原子共用其外部价电子，形成稳定的电子满壳层结构而形成。特点：结合力很大，硬度高、强度大、熔点高，延展性和导电性都很差，具有很好的绝缘性能。 ③金属键：贡献出价电子的原子成为正离子，与公有化的自由电子间产生静电作用而结合的方式。特点：它没有饱和性和方向性；具有良好的塑性；良好的导电性、导热性、正的电阻温度系数。 ④范德瓦耳斯键：一个分子的正电荷部位和另一个分子的负电荷部位间的微弱静电吸引力将两个分子结合在一起的方式。也称为分子键。特点：键合较弱，易断裂，可在很大程度上改变材料的性能；低熔点、高塑性。 2.比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料在结合键上的差别。 答：①金属材料：简单金属（指元素周期表上主族元素）的结合键完全为金属键，过渡族金属的结合键为金属键和共价键的混合，但以金属键为主。 ②陶瓷材料：陶瓷材料是一种或多种金属同一种非金属（通常为氧）相结合的化合物，其主要结合方式为离子键，也有一定成分的共价键。 ③高分子材料：高分子材料中，大分子内的原子之间结合方式为共价键，而大分子与大分子之间的结合方式为分子键和氢键。④复合材料：复合材料是由二种或者二种以上的材料组合而成的物质，因而其结合键非常复杂，不能一概而论。 3. 晶体与非晶体的区别稳态与亚稳态结构的区别 晶体与非晶体区别： 答：性质上，(1)晶体有整齐规则的几何外形；(2)晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持不变；(3)晶体有各向异性的特点。 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， 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） 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 第一章 原子排列与晶体结构 1. fcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度 为 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r 与 点阵常数a 的关系是 ；bcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ,致密度 为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系 是 ；hcp 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ， 致密度为 ，配位数是 ,，晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 。 2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原子体积是 ，每个晶胞中八面体间隙数 为 ，四面体间隙数为 。 3. 纯铁冷却时在912e 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ， 致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。 4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的 方向。在hcp 晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。 5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。 6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径 R=0.175×10-6mm 。 第二章 合金相结构 一、 填空 1） 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度 ，塑性 ，导电性 ，形成间 隙固溶体时，固溶体的点阵常数 。 2） 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1） ；（2） ； （3） ；（4） 和环境因素。 3） 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。 4） 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为 和 。 5） 无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ，塑 性 ，导电性 。 6）间隙固溶体是 ，间隙化合物 是 。 二、 问答 1、 分析氢，氮，碳，硼在a-Fe 和g-Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固 溶度大小。已知元素的原子半径如下：氢：0.046nm ，氮：0.071nm ，碳：0.077nm ，硼： 0.091nm ，a-Fe ：0.124nm ，g-Fe ：0.126nm 。 2、简述形成有序固溶体的必要条件。 第三章 纯金属的凝固 1. 填空 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： 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 第二章 思考题与例题 1. 离子键、共价键、分子键和金属键的特点，并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因？ 2. 从结构、性能等面描述晶体与非晶体的区别。 3. 谓理想晶体？谓单晶、多晶、晶粒及亚晶？为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性？谓空间点阵、晶体结构及晶胞？晶胞有哪些重要的特征参数？ 4. 比较三种典型晶体结构的特征。（Al 、α-Fe 、Mg 三种材料属种晶体结构？描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。）谓配位数？谓致密度？金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等面比较有异同？ 5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。谓间隙固溶体？它与间隙相、间隙化合物之间有区别？（以金属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么？ 6. 已知Cu 的原子直径为2.56A ，求Cu 的晶格常数，并计算1mm 3 Cu 的原子数。 7. 已知Al 相对原子质量Ar （Al ）=26.97，原子半径γ=0.143nm ，求Al 晶体的密度。 8 bcc 铁的单位晶胞体积，在912℃时是0.02464nm 3；fcc 铁在相同温度时其单位晶胞体积是0.0486nm 3。当铁由bcc 转变为fcc 时，其密度改变的百分比为多少？ 9. 谓金属化合物？常见金属化合物有几类？影响它们形成和结构的主要因素是什么？其性能如？ 10. 在面心立晶胞中画出[012]和[123]晶向。在面心立晶胞中画出（012）和（123）晶面。 11. 设晶面（）和（034）属六晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。反之，求（3121）及（2112）的正交坐标的表示。（练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。 12.在一个立晶胞中确定6个表面面心位置的坐标，6个面心构成一个正八面体，指出这个 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作业解答
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