习题：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章答案：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章 3-2 略。 3-2试述位错的基本类型及其特点。 解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。 3-3非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？ 解：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。 3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？ 解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。 2.<15%连续。 3.>40%不能形成固熔体。（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。（ 3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。（4）场强因素。（5）电负性：差值小，形成固熔体。差值大形成化合物。 影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。 3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。 解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生；（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应；（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、硬度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低， 3-6说明下列符号的含义：V Na，V Na'，V Cl˙，（V Na'V Cl˙），Ca K˙，Ca Ca，Ca i˙˙解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间隙位置。 3-7写出下列缺陷反应式：（l）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体；（2）CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶体；（3）NaCl形成肖特基缺陷；（4）Agl形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）。
第九章答案 9-2什么叫相变？按照相变机理来划分，可分为哪些相变? 解：相变是物质系统不同相之间的相互转变。按相变机理来分，可以分为扩散型相变和非扩散型相变和半扩散型相变。依靠原子或离子长距离扩散进行的相变叫扩散型相变。非扩散型型相变指原子或离子发生移动，但相对位移不超过原子间距。 9-3分析发生固态相变时组分及过冷度变化相变驱动力的影响。 解：相变驱动力是在相变温度下新旧相的体自由能之差（），而且是新相形成的必要条件。当两个组元混合形成固溶体时，混合后的体系的自由能会发生变化。可以通过自由能-成分曲线来确定其相变驱动力的大小。过冷度是相变临界温度与实际转变温度之 差，相变形核的热力学条件是要有过冷度。已知驱动力与过冷度之间的关系是： ,这进一步说明了形核的热力学条件。 9-4马氏体相变具有什么特征？它和成核－生成相变有何差别? 解：马氏体相变是替换原子经无扩散切变位移(均匀或不均匀)并由此产生形状改变和表面浮凸、曾不变平面应变特征的一级形核、长大的相变。 特征：具有剪切均匀整齐性、不发生原子扩散、相变速度快、相变有一定范围、有很大的切变型弹性应变能。 成核－生长过程中存在扩散相变，母相与晶相组成可相同可不同，转变速度较慢，无明显的开始和终了温度。 9-5试分析应变能及表面能对固态相变热力学、动力学及新相形状的影响。 解：物质的表面具有表面张力σ,在恒温恒压下可逆地增大表面积dA,则需功σdA,因为所需的功等于物系自由能的增加,且这一增加是由于物系的表面积增大所致,故称为表面自由能或表面能。应变能和表面能可以影响相变驱动力的大小，和新相的形状。 9-6请分析温度对相变热力学及动力学的影响。 解：当温度降低，过冷度增大，成核势垒下降，成核速率增大，直至达到最大值；当温度继续下降，液相粘度增加，原子或分子扩散速率下降。温度过高或过低对成核和生长速率均不利，只有在一定的温度下才有最大成核和生长速率。 9-7调幅分解与脱溶分解有何异同点？调幅分解所得到的显微结构与性能有何特点？
胡赓祥《材料科学基础》第3版章节题库 第5章材料的形变和再结晶 一、选择题 在低温和常温下，单晶体的塑性变形主要通过（）方式进行。 A．滑移 B．扭折 C．孪生 【答案】A 【解析】在常温和低温下，单晶体的塑性变形有滑移、孪生和扭折，滑移是主要的塑性变形方式。扩散性变形及晶界滑动和移动等方式主要发生在高温形变中。 二、填空题 1．滑移过程中，两个或多个滑移系交替滑移称为______。 【答案】多滑移 【解析】对于具有多组滑移系的晶体，滑移过程两个或者更多的滑移系同时或者交替进行，从而产生多滑移。 2．动态回复主要发生在层错能______金属材料的热变形中。 【答案】高 【解析】通常情况下高层错能金属（如Al、α-Fe、Zr、Mo和W等）的扩展位错很窄，螺型位错的交滑移和刃型位错的攀移都比较容易进行，容易解脱出来与异号位错相抵消，因
此亚组织中的位错密度较低，在热变形过程中主要发生动态回复。 三、判断题 晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。（） 【答案】错 【解析】都是晶界移动的结果。正常长大是晶粒平均尺寸增加，反常长大是个别大晶粒尺寸异常增加。 四、简答题 1．为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？ 答：晶粒细化减小晶粒尺寸，增加界面面积，而晶界阻碍位错运动，提高强度；晶粒数量增加，塑性变形分布更为均匀，塑性提高；晶界多阻碍裂纹扩展，改善韧性。 2．晶体中的滑移系与其塑性有何关系？ 答：（1）一般滑移系越多，塑性越好。 （2）与滑移面密排程度和滑移方向个数有关。 （3）与同时开动的滑移系数目有关。 3．试论塑性变形对材料组织和性能的影响。 答：对材料组织的影响：纤维组织、形变织构、位错胞。 对材料性能的影响：加工硬化、物性变化。
第4章 固体中原子及分子的运动一、选择题 1．由纯A 和A-B 固溶体形成的互扩散偶（柯肯达尔效应），以下表述正确的是（ ）。[上海交通大学2005研] A ．俣野面两侧的扩散原子其化学势相等：，A A A A B μμ-=B B A A B μμ-=B ．该扩散为上坡扩散 C ．空位迁移方向与标记面漂移方向一致 【答案】C 2．有一级稀的fcc 结构的间隙固溶体，设a 0为晶格常数，为间隙原子延扩散方向ν的振动频率，为从平衡位置到势垒顶点的自由能改变量，则扩散系数可与表示为（ rn G ?）。[浙江大学2007研] A ．2rn 0exp G D a RT ν???=- ??? B ．2rn 01exp 6G D a RT ν???=- ??? C ．2rn 02exp G D a RT ν???=- ??? 【答案】A 3．下列有关固体中扩散的说法中，正确的是（ ）。[东南大学2006研] A ．原子扩散的驱动力是存在着浓度梯度 B ．空位扩散是指间隙固溶体中的溶质原子从一个间隙跳到另一个间隙 C ．晶界上点阵畸变较大，因而原子迁移阻力较大，所以比晶内的扩散系数要小 D ．成分均匀的材料中也存在着扩散 【答案】D 4．912℃下的晶胞体积为0.02464nm ，而转变为晶胞晶体为 Fe α-Fe γ-0.0486nm ，在该温度单位质量转变为时，其体积（ ）。[哈尔滨工业大学Fe γ-Fe α-2007研] A ．膨胀 B ．收缩 C ．不变 D ．不能确定 【答案】A
二、填空题 1．扩散系数与温度的关系式是_________。在高温阶段和低温阶段，扩散系数较大的是_________。[天津大学2010研] 【答案】；低温阶段 0exp(/)D D Q RT =-2．线性高分子可反复使用，称为________塑料；交联高分子不能反复使用，称为________塑料。[北京工业大学2009研] 【答案】热塑性；热固性 3．从F -R 源模型考虑，金属沉淀强化后的屈服强度与沉淀相粒子平均间距L 的关 s σ系为_______。[江苏大学2005研] 【答案】s 1/L σ∝4．扩散第一定律中J 是________，D 是________，是________。[沈阳大d d c J D x =-d d c x 学2009研] 【答案】扩散流量；扩散系数；浓度梯度三、判断题 1．扩散的决定因素是浓度梯度，原子总是由浓度高的地方向浓度低的地方扩散。（ ）[北京工业大学2007研] 【答案】× 2．固态金属中原子扩散的驱动力是浓度梯度。（ ）[合肥工业大学2005研] 【答案】× 【解析】其驱动力为化学势梯度。
（1） 试分析金属塑性变形行为对下列材料与零件的重要意义： A 、冲压钢板； B 、汽车板簧； C 、铆钉； D 、高压蒸汽管道法兰盘的紧固螺栓。 （2） 单滑移、复滑移及交滑移的滑移带形貌有什么特征？试结合图解说明。 （3） 若平均晶粒直径为1mm 和0.0625mm 的纯铁的屈服强度分别为112.7MPa 和196MPa ，则平均晶粒直径为0.0196mm 的纯铁的屈服强度为多少？ （4） 面心立方晶体的)111(和)111(面各有几个密排方向？共可组成几个滑移系？这些滑移系能否有数个共同发生作用的情况？若有，是复滑移还是交滑移？ （5） 通常强化金属材料的方法有哪些？试述它们强化金属的微观机理，并指出其共同点。 （6） 面心立方体沿[131]轴拉伸，确定如下滑移系的分切应力：(111) [01_ 1]、(111) [101_]、(111) [11_ 0]。拉伸应力为6.9×105Pa 。 （7） 铝（层错能约为200mJ/m 2）和不锈钢（层错能约为10mJ/m 2），那一种材料的形变第III 阶段开始得更早？为什么 （8） 如图所示，1个单晶体经弯曲后，估计导致弯曲的同号刃位错的总柏氏矢量的大小。求这些位错的位错密度。（设单个位错柏氏矢量为b ） （9） 厚度为40mm 厚的铝板，轧制成一侧为20mm 另一侧仍保持为40mm 的楔形 板，经再结晶退火后，画出从20mm 的一侧到40mm 一侧的截面的组织示意图。并说明。
（10）什么叫做二次在结晶，发生二次再结晶的条件是什么？ （11）动态回复与动态再结晶的真应力-真应变曲线有什么差异？试解释。
第 一章 8．计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例 (1)NaF (2)CaO (3)ZnS 解：1、查表得：X Na =0.93,X F =3.98 根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为：21 (0.93 3.98)4 [1]100%90.2%e ---?= 共价键比例为：1-90.2%=9.8% 2、同理，CaO 中离子键比例为：21 (1.00 3.44)4 [1]100%77.4%e ---?= 共价键比例为：1-77.4%=22.6% 3、ZnS 中离子键比例为：2 1/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-?=中离子键含量 共价键比例为：1-19.44%=80.56% 10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义．说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。 答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。 稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，热力学上不稳定，但向稳定结构转变速度慢，能保持相对稳定甚至长期存在。但在一定条件下，亚稳态结构向稳态结构转变。 第二章 1．回答下列问题： (1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向： (001）与[210]，(111）与[112]，(110)与[111],(132)与[123],(322)与[236］ (2)在立方晶系的一个晶胞中画出（111)和（112)晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 (3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于（101).(011)和（112)晶面上的[111]晶向。 解：1、 2．有一正交点阵的a=b,c=a/2。某晶面在三个晶轴上的截距分别为6个、2个和4个原子间距，求该晶面的密勒指数。 3．立方晶系的｛111},1110},{123）晶面族各包括多少晶面？写出它们的密勒指数。 4．写出六方晶系的{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数，在六方晶胞中画出[1120]、[1101]晶向和(1012)晶面，并确定(1012)晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 5．根据刚性球模型回答下列问题： (1)以点阵常数为单位，计算体心立方、面心立方和密排六方晶体中的原子半径及四面体和八面体的间隙半径。 (2）计算体心立方、面心立方和密排六方晶胞中的原子数、致密度和配位数。 6．用密勒指数表示出体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向，并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度。 解：1、体心立方
第五章固体表面与界面 5-1 名词解释 驰豫表面重构表面定向作用诱导作用色散作用范德华力润湿角临界表面张力粘附功阳离子交换容量聚沉值触变性滤水性可塑性 5-2 何谓表面张力和表面能？在固态和液态这两者有何差别？ 5-3 在石英玻璃熔体下20cm处形成半径5×10－8m的气泡，熔体密度为2200kg/m3，表面张力为0.29N/m，大气压力为1.01×105Pa，求形成此气泡所需最低内压力是多少？ 5-4 （1）什么是弯曲表面的附加压力？其正负根据什么划分？（2）设表面张力为0.9J/m2，计算曲率半径为0.5μm、5μm的曲面附加压力？ 5-5什么是吸附和粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，用挫刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象？ 5-6在高温将某金属熔于Al2O3片上。（1）若Al2O3的表面能估计为1J/m2，此熔融金属的表面能也与之相似，界面能估计约为0.3J/m2，问接触角是多少？（2）若液相表面能只有Al2O3表面能的一半，而界面能是Al2O3表面张力的2倍，试估计接触角的大小？ 5-7在20℃及常压下，将半径为10－3m的汞分散成半径为10－9m的小汞滴，求此过程所需作的功是多少？已知20℃时汞的表面张力0.470N/m。 5-8在2080℃的Al2O3（L）内有一半径为10－8m的小气泡，求该气泡所受的附加压力是多大？已知2080℃时Al2O3（L）的表面张力为0.700N/m。 5-9 20℃时苯的表面张力为0.0289N/m，其饱和蒸气压为10013Pa，若在20℃时将苯分散成半径为10－6m的小滴，计算：（1）苯滴上的附加压力；（2）苯滴上的蒸气压与平面上苯液饱和蒸气压之比。 5-10 20℃时，水的饱和蒸气压力为2338Pa，密度为998.3kg/m3，表面张力为0.07275N/m，求半径为10－9m的水滴在20℃时的饱和蒸气压为多少？ 5-11若在101325Pa，100℃的水中产生了一个半径为10－8m的小气泡，问该小气泡能否存在并长大？此时水的密度为958kg/m3，表面张力为0.0589N/m。
第九章习题与答案 一、判断正误 1、烧结中始终可以只有一相是固态。（对） 2、液相烧结与固相烧结的推动力都是表面能。（对） 3、二次再结晶对坯体致密化有利。（错） 4、扩散传质中压应力区空位浓度<无应力区空位浓度<张应力区空位浓度。（对） 5、晶粒长大源于小晶体的相互粘结。（错） 6、一般来说，晶界是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。一般来说，晶界是杂质的富集之 地。（对） 二、填空 1、烧结的主要传质方式有：蒸发-凝聚传质、扩散传质、流动传质和溶解-沉淀传质四种，这四种传质过程的坯体线收缩ΔL/L与烧结时间的关系依次为ΔL/L=0、ΔL/L～t2/5、ΔL/L～t和ΔL/L～t1/3。 三、选择 1、在烧结过程中，只改变气孔形状不引起坯体收缩的传质方式是（a、c）。 a．表面扩散 b．流动传质 c．蒸发-凝聚 d．晶界扩散 2、在烧结过程中只改变坯体中气孔的形状而不引起坯体致密化的传质方式是（b）。 a. 流动传质 b. 蒸发—凝聚传质 c. 溶解—沉淀 d. 扩散传质 四、问答题 1、典型的传质过程有哪些？各采用什么烧结模型？分析产生的原因是什么？ 答：典型的传质过程有：固相烧结的蒸发-凝聚传质、扩散传质，液相烧结的流动传质、溶解-沉淀传质。 固相烧结的蒸发-凝聚传质过程采用中心距不变的双球模型。 固相烧结的扩散传质、液相烧结的流动传质、溶解-沉淀传质过程采用中心距缩短的双球模型。 原因：蒸发—冷凝：压力差ΔP；扩散传质：空位浓度差ΔC；流动传质：应力—应变； 溶解—沉淀：溶解度ΔC（大、小晶粒溶解度不同；自由表面与点接触溶解度）。 2、试述烧结的推动力和晶粒生长的推动力。并比较两者的大小。 答：烧结推动力是粉状物料的表面能（γsv）大于多晶烧结体的晶界能（γgb），即γsv>γgb。 晶粒生长的推动力是晶界两侧物质的自由焓差，使界面向晶界曲率半径小的晶粒中心推进。 烧结的推动力较大，约为4~20J/g。晶粒生长的推动力较小，约为0.4~2J/g，因而烧结推动力比晶粒生长推动力约大十倍。 3、在制造透明Al2O3材料时，原始粉料粒度为2μm，烧结至最高温度保温0.5h，测得晶粒尺寸为10μm，试问保温2h，晶粒尺寸多大？为抑制晶粒生长加入0.1％MgO，此时若保温2h，晶粒尺寸又有多大？ 解：1、G 2-G02 = kt = 2 μm, G = 10 μm, t = 0.5 h，得 代入数据：G
《材料科学基础》第五章习题——二元相图1、发生匀晶转变的两个组元在晶体结构、原子尺寸方面有什么特点？ 答：两者的晶体结构相同，原子尺寸相近，尺寸差小于15%。 2、固溶体合金的相图如下图所示，试根据相图确定： ①成分为ω(B) = 40%的合金首先要凝固出 来的固体成分；（画图标出） ②若首先凝固出来的固相成分含ω(B) = 60%，合金的成分为多少？（画图标出） ③成分为ω(B) = 70%的合金最后凝固的液 体成分；（画图标出） ④合金成分为ω(B) = 50%，凝固到某温度 时液相含ω(B)为40%，固相含有ω(B) = 80%， 此时液体和固相各占多少？（计算） ①过ω(B) = 40%的成分线与液相线的交点做与底边的平行线交固相线即可 ②过ω(B) = 60%的成分线与固相线的交点做与底边的平行线交液相线即可 ③过ω(B) = 70%的成分线与固相线的交点做与底边的平行线交液相线即可 ④液相：（80-50）/（80-40）=0.75 固相：（50-40）/（80-40）=0.25 3、指出下列相图中的错误，并加以改正。 由相律知，三相平衡时，图中应该为一点，而不是线 段，且二元相图中最多只有三相平衡，所以把d图中 r相除去。 由相律知在二元相图中 纯组元凝固温度恒定，液固 相线交于一点 4、根据教材图7.20，假设F与G点坐标分别选取5%与99%，计算：①Sn含量为40%的合金在凝固至室 A 20 40 60 80 B 温 度 W(B) % α L+a L
温后的组织组成比例；②根据初生相（α）、共晶组织中的相（α+β），以及冷却过程中析出的二次相（αⅡ或βⅡ），计算室温下的相组成比例。 解：①Sn 含量为40%的合金在凝固至室温后的组织组成比例： %95.4819 9.6119 40)(=--= +βαW =--?--=5991999199.61409.61αW 43.45% %6.7599519199.61409.61=--?--=∏βW ②根据一次相、共晶组织中的相，以及冷却过程中析出的二次相，计算室温下的相组成比例： 5、 Mg-Ni 系的一个共晶反应为 设C 1为亚共晶合金，C 2 为过共晶合金，这两种合金中的初生相的质量分数相等，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。 解：相图： Ni Mg 由二者的初生相的质量分数相等得：（23.5- C 1 ）/23.5= （C 2 -23.5）/54.6-23.5 又α总量为C 2 中α总量的205倍：(54.6- C 1 )/54.6=2.5*(54.6- C 2 )/54.6 由以上两式得C 1 =12.7% C 2 =37.8% 6、 组元A 和B 在液态完全互溶，但在固态互不溶解，且形成一个与A ，B 不同晶体结构的中间化合物，α（纯镁）+ 2Mg Ni[w(Ni) = 54.6%] L （ω(Ni) = 23.5%） 507℃ A 23.5 54.6 B
第2章习题 2-1 a ）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△ G K 与其临界晶核体积 V K 之间的关系式为 2 G V ； b ）当非均匀形核形成球冠形晶核时，其△ 所以 所以 2-2如果临界晶核是边长为 a 的正方体，试求出其厶G K 与a 的关系。为什么形成立方体晶核 的厶G K 比球形晶核要大？ 解：形核时的吉布斯自由能变化为 a ）证明因为临界晶核半径 r K 临界晶核形成功 G K 16 故临界晶核的体积 V K 4 r ； G V )2 2 G K G V b ）当非均匀形核形成球冠形晶核时, 非 r K 2 SL G V 临界晶核形成功 3 3( G ；7(2 3cos 3 cos 故临界晶核的体积 V K 3（r 非）3（2 3 3cos 3 cos V K G V 1 ( 3 卸2 3 3cos cos )G V 3 3(書 (2 3cos cos 3 ) G K % G K 与V K 之间的关系如何? G K
G V G v A a3G v 6a2 3 得临界晶核边长a K G V
临界形核功 将两式相比较 可见形成球形晶核得临界形核功仅为形成立方形晶核的 1/2。 2-3为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否 会出现过热？为什么？ 答：金属结晶时要有过冷度是相变热力学条件所需求的， 只有△ T>0时，才能造成固相的自 由能低于液相的自由能的条件，液固相间的自由能差便是结晶的驱动力。 金属结晶需在一定的过冷度下进行，是因为结晶时表面能增加造成阻力。固态金属熔 化时是否会出现过热现象，需要看熔化时表面能的变化。如果熔化前后表面能是降低的， 则 不需要过热；反之，则可能出现过热。 如果熔化时，液相与气相接触，当有少量液体金属在固体表面形成时，就会很快覆盖 在整个固体表面(因为液态金属总是润湿其同种固体金属 )。熔化时表面自由能的变化为： G 表面 G 终态 G 始态 A( GL SL SG ) 式中G 始态表示金属熔化前的表面自由能； G 终态表示当在少量液体金属在固体金属表面形成 时的表面自由能；A 表示液态金属润湿固态金属表面的面积；b GL 、CSL 、CSG 分别表示气液相 比表面能、固液相比表面能、固气相比表面能。因为液态金属总是润湿其同种固体金属，根 据润湿时表面张力之间的关系式可写出：b SG 》6GL + (SL 。这说明在熔化时，表面自由能的变 化厶G 表w o ,即不存在表面能障碍，也就不必过热。实际金属多属于这种情况。如果固体 16 3 3( G v )2 1 32 3 6 2 (G v )2 b K t K 4 G V )3 G V 6( 4 G v )2 64 3 96 3 32 r K 2 ~G ?， 球形核胚的临界形核功 (G v )2 (G v )2 (G v )2 G b K 2 G v )3 16 3( G v )2
（一） 1 谈谈你对材料学科及材料四要素之间的关系的认识 2 金属键与其它结合键有何不同，如何解释金属的某些特性？ 3 说明空间点阵、晶体结构、晶胞三者之间的关系。 4 晶向指数和晶面指数的标定有何不同？其中有何须注意的问题？ 5 画出三种典型晶胞结构示意图，其表示符号、原子数、配位数、致密度各是什么？ 6 画出立方晶系中（011），（312），[211],[211],[101],(101) 7, 画出六方晶系中（1120），（0110），（1012），（1100），（1012） 8. 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 9．在立方系中绘出｛110｝、｛111｝晶面族所包括的晶面，及（112）和（120）晶面。标出具有下列密勒指数的晶面和晶向： 123，(130)，[211]，[311]； a)立方晶系(421)，()
10．在立方系中绘出｛110｝、｛111｝晶面族所包括的晶面，及（112）和（120）晶面。 11．计算面心立方结构（111）、（110）与（100）面的面密度和面间距。 12. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向： a)立方晶系(421)，()123，(130)，[211]，[311]； b)六方晶系()2111， ()1101，() 3212，[2111]，1213????。 13 在体心立方晶系中画出{111}晶面族的所有晶面。 14 画出<110>晶向族所有晶向
15.写出密排六方晶格中的[0001],(0001),()1120,()1100,()1210 16. 在一个简单立方晶胞内画出一个（110）晶面和一个[112]晶向。 17. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向： 立方晶系(421)，() 123，(130)，[211]，[311]； 18.计算晶格常数为a 的体心立方结构晶体中八面体间隙的大小。 19.画出面心立方晶体中（111）面上的[112]晶向。 20.已知某一面心立方晶体的晶格常数为a ，请画出其晶胞模型并分别计算该晶体 的致密度、{111}晶面的面密度以及{110}晶面的面间距。 21.表示立方晶体的（123），[211],()012 22. 写出密排六方晶格中()1120,()1100,()1210[2111]，1213???? 23. 画出密排六方晶格中的[0001], ,()0110,()1010,[2110],[1120] 24 在面心立方晶胞中的(1 1 1)晶面上画出[110]晶向 25 指出在一个面心立方晶胞中的八面体间隙的数目，并写出其中一个八 面体间隙的中心位置坐标。假设原子半径为r ，计算八面体间隙的半径。 26.画出密排六方晶格中的(0001),()1120,()1100,()1210 27.立方晶系中画出（010），（011），（111），（231），[231],[321] 29.计算晶格常数为a 的面心立方结构晶体中四面体间隙和八面体间隙的大小。（4分） 30.写出立方晶系{}110、{}123晶面族的所有等价面 31.立方晶胞中画出以下晶面和晶向：()102，(112)，(213)& ，[110], 32.六方晶系中画出以下晶面和晶向：(2110)，(1012)，1210????，0111???? 33.写出立方晶系{}100、{}234晶面族的所有等价面 34.画出立方晶胞内（111），[112], 35.画出六方晶胞内（1011），[1123]
9-1 证明临界晶核的形核功与临界晶核体积的关系为： ?G=VV?.?GG VV2 并证明非均匀形核有同样的关系。 均匀形核： ?G=?43ππrr3?GG VV+4ππrr2γγSSSS 其中，?GG VV=?GG VV SS??GG VV SS=SS VV.?TT TT mm,?TT=TT mm?TT,γγSSSS表示固-液相的界面能，LL VV表示单位体积的熔化潜热，数值为正 利用dd?GG ddrr=0求出临界形核半径 rr?=2γγSSSS?GG VV 所以， ?G?=?43ππrr?3?GG VV+4ππrr?2γγSSSS =?VV??GG VV+VV?.3rr?.γγSSSS =?VV??GG VV+VV?.3.?GG VV2γγSSSSγγSSSS =VV?.?GG VV2 非均匀形核同理可得： ?G=VV?.?GG VV2ff(θθ) 9-2 写出临界晶核中原子数目的表达式，假设为面心立方晶体。 →临界晶核中原子数目=晶胞数×4（每个面心立方晶胞有4个原思路：晶胞数=临界晶核体积 单个晶胞体积 子） 解：单个晶胞的体积=a3，其中a表示晶格常数，其与原子半径的关系为：α=2√2rr 所以， 单个晶胞的体积=?2√2rr?3=16√2rr3=12√2VVππ(因为单个原子体积V=43ππrr3) 临界晶核的体积=43ππrr?3=43ππ（2γγ?GG BB）3 临界晶核中原子数目=晶胞数×4 =临界晶核体积 单个晶胞体积×4 =43ππ?2γγ?GG BB?3×ππ12√2VV×4
=16√2γγ3ππ2 9VV?GG BB3 9-3 设想液体在凝固时形成的临界核心是边长为a的立方体， （1）导出均匀形核时临界晶核边长和临界形核功。 （2）证明在同样过冷度下均匀形核时，球形晶核较立方晶核更易形成。 (1) ?G=?aa3?GG VV+6aa2γγSSSS 利用dd?GG ddaa=0求出临界晶核边长， aa?=4γγSSSS?GG VV 所以， ?G?=?aa?3?GG VV+6aa?2γγSSSS =32γγSSSS3?GG VV2 (2)因为 ?GG VV=?GG VV SS??GG VV SS=LL VV.?TT TT mm 所以在相同过冷度下，?GG VV相同 又因为对球形晶核有 ?G?==16ππγγSSSS33?GG VV2 所以，?GG 球?0,故金属在熔点以上不可能发生凝固 9-5 分析下面两图，哪个正确，图中T3>T2>T1,根据结晶理论说明原因，见下图。
第1章材料的结构 1.1复习笔记 一、材料的结合方式 1．化学键 （1）定义 组成物质整体的质点（原子、分子或离子）间的相互作用力称为化学键。 （2）分类 ①共价键 a．定义 同类原子或电负性相差不大的原子互相接近时，原子之间不产生电子的转移，而是借共用电子对所产生的力结合，形成的键被称为共价键。 b．特点 既有方向性又有饱和性。 ②离子键 a．定义 当两种电负性相差大的原子相互靠近时，其中电负性小的原子失去电子，成为正离子，电负性大的原子获得电子，成为负离子，两种离子靠静电引力结合在一起形成的键被称为离子键。 b．特点 离子键无方向性和饱和性。
③金属键 a．定义 由金属正离子和自由电子之间互相作用而结合形成的键称为金属键。 b．特点 金属键无方向性和饱和性 c．电子气理论 金属原子的结构特点是外层电子少，容易失去。当金属原子相互靠近时，其外层的价电子脱离原子成为自由电子，为整个金属所共有，它们在整个金属内部运动，形成电子气。 ④范德瓦尔键 分子的一部分往往带正电荷，而另一部分往往带负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微弱静电力相吸引，使之结合在一起形成的键，称为范德瓦尔键，又称分子键。 2．工程材料的键性 在实际的工程材料中，原子（或离子、分子）间相互作用的性质，只有少数是以上四种键型的极端情况，大多数是这四种键型的过渡。如果以四种键为顶点，作个四面体，就可把工程材料的结合键范围示意在四面体上，如图1-1-1所示。
图1-1-1工程材料键性 二、晶体学基础 1．晶体与非晶体 （1）原子排列的三个等级（不考虑原子的结构缺陷） 无序排列，短程有序和长程有序。 （2）晶体 ①定义 物质的质点（分子、原子或离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质称为晶体。 ②特点 a．晶体具有一定的熔点。 b．晶体具有各向异性：晶体的某些物理性能和力学性能在不同方向上具有不同的数值。 （3）非晶体 ①定义 在整体上是无序的，但原子间也靠化学键结合在一起，故在有限的小范围内观察还有一定规律，即近程有序，这样的物质称为非晶体。 ②特点 a．非晶体不具有一定的熔点，它实质上是一种过冷的液体结构，往往被称为玻璃体。 b．非晶体具有各向同性。 2．空间点阵 将晶体看成是无错排的理想晶体，忽略其物质性，抽象为规则排列于空间的无数几何点。
第5章材料的形变和再结晶 1. 有一70MPa应力作用在fcc晶体的[001]方向上，求作用在（111）和（111） 滑移系上的分切应力。 答案: 矢量数性积a×b=?a?×?b? T = a×b ?a?×?b? 滑移系： （负号不影响切应力大小，故取正号） 滑移系： 2. Zn单晶在拉伸之前的滑移方向与拉伸轴的夹角为45°，拉伸后滑移方向与拉伸轴的夹角为30°，求拉伸后的延伸率。 答案 : 如图所示，AC和A’C’分别为拉伸前后晶体中两相邻滑移面之间的距离。因为拉伸前后滑移面间距不变，即AC=A’C’
故 3. 已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的a-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？ 答案: 解得 ∴ 4. 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？ 答案:（分） 5. 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？ 答案：再结晶是一热激活过程，故再结晶速率：，而再结晶速率和产生某一体积分数所需时间t成反比，即∝∴
在两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时， 两边取对数；同样 故得。代入相应数据，得到t3 = 0.26 h。1．有一根长为5 m，直径为3mm的铝线，已知铝的弹性模量为70GPa，求在200N的拉力作用下，此线的总长度。答案 2．一Mg合金的屈服强度为180MPa，E为45GPa，a）求不至于使一块10mm?2mm的Mg板发生塑性变形的最大载荷；b）在此载荷作用下，该镁板每mm的伸长量为多少？答案3. 已知烧结Al2O3的孔隙度为5%，其E=370GPa。若另一烧结Al2O3的E=270GPa，试求其孔 隙度。答案 4. 有一Cu-30%Zn黄铜板冷轧25%后厚度变为1cm，接着再将此板厚度减少到0.6cm，试求总冷 变形度，并推测冷轧后性能变化。答案 5. 有一截面为10mm?10mm的镍基合金试样，其长度为40mm，拉伸实验结果如下： 载荷（N）标距长度（mm） 0 40.0 43，100 40.1 86，200 40.2 102，000 40.4 104，800 40.8 109，600 41.6 113，800 42.4 121，300 44.0 126，900 46.0 127，600 48.0 113，800（破断）50.2 试计算其抗拉强度σb，屈服强度σ0.2，弹性模量E以及延伸率δ。答案 6. 将一根长为20m，直径为14mm的铝棒通过孔径为12.7mm的模具拉拔，求a）这根铝棒拉 拔后的尺寸；b）这根铝棒要承受的冷加工率。答案
胡赓祥《材料科学基础》（第3版）配套模拟试题及详解（一） 一、填空题（每题3分，共9分） 1．液态金属的结晶过程是一个_________及_________的过程。 【答案】生核；长大 2．三种典型的金属结构面心立方、体心立方和密排六方结构中，原子的密排面和原子密排方向分别是_________、_________、_________。 <> <>{0001}1120 <>{110}111 【答案】；； {111}110 3．碳溶解于α-Fe中形成的固溶体叫_________。 【答案】铁素体 二、名词解释（每题4分，共12分） 1．共晶转变 答：组成相图的两组元，在液相可无限互溶，而固态只能部分互溶，甚至完全不溶，当某一成分下的液相凝固时转化为一个成分减小和另一个成分增大的固相的转变。 2．位错的滑移 答：位错的运动方式最基本形式之一，在外加切应力的作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断地作少量地位移（小于一个原子间距）而逐步实现的。 3．珠光体 答：在Fe-Fe3C相图中，当发生γ→α＋Fe3C转变时，转变产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体。 三、简答题（每题6分，共48分） 1．有两根左螺旋位错线，各自的能量都为E1，当它们无限靠拢时，总能量为多少？ 答：由于位错的应变能与b2成正比，同号螺型位错的能量又都相同，因此其伯氏矢量b必然相同。若它们无限靠拢时，合并为伯氏矢量为2b的新位错，其总能量应为
4E1。但是，实际上此位错反应是无法进行的，因为合并后能量是增加的，何况同性相斥，两同号位错间的排斥力将不允许它们无限靠拢。 2．二元相图中有哪些几何规律？ 答：（1）两个单相区之间必定有一个由这两个相组成的两相区，而不能以一条线接界。这个规律被称为相区接触法则。 （2）在二元相图中，若是三相平衡，则三相区必为一水平线。 （3）如果两个恒温转变中有两个相同的相，则这两条水平线之间一定是由这两个相组成的两相区。 （4）当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交．则分界线的延长线应进入另一两相区，而不会进入单相区。 3．解释高聚物在单向拉伸过程中细颈截面积保持基本不变的现象。 答：很多高聚物在塑性变形时往往会出现均匀变形的不稳定性。如将某一高聚物样品进行单向拉伸试验，开始时应力随应变线性增加，试样被均匀地拉长，过了屈服点后，在试样某个部位的应变突然比整体应变增加得更快，使原来均匀的截面变得不均匀，出现一个或几个细颈。继续变形时，颈缩区不断扩展，沿着试样长度方向不断延伸，直到整个试样的截面都均匀变细为止，在这一变形过程中应力几乎不变。这是因为超过屈服强度后，试样产生塑性变形，并在颈缩处出现了加工硬化。XRD分析证明，高聚物中的大分子无论是非晶态还是结晶态，随着变形程度的增加，都逐渐发生沿外力方向的定向排列。由于键（主要是共价键）的方向性，在产生定向排列后发生了应变硬化。 4．若将一位错线的正向定义为原来的反向，此位错的伯氏矢量是否改变？位错的类型性质是否变化？一个位错环上各点位错类型是否相同？ 答：由伯氏矢量回路来确定位错的伯氏矢量方法中得知，此位错的伯氏矢量将反向，但此位错的类型性质不变。根据位错线与伯氏矢量之间的夹角判断，若一个位错环的伯氏
材料科学基础胡赓祥第3版配套题库——才聪学习网 胡赓祥《材料科学基础》（第3版）配套题库【考研真题精选＋章节题库】 目录 第一部分考研真题精选 一、选择题 二、填空题 三、判断题 四、名词解释 五、简答题 六、综合题 第二部分章节题库 第1章原子结构与键合 第2章固体结构 第3章晶体缺陷 第4章固体中原子及分子的运动 第5章材料的形变和再结晶 第6章单组元相图及纯晶体的凝固 第7章二元系相图和合金的凝固与制备原理
第8章三元相图 第9章材料的亚稳态 第10章材料的功能特性 ? 试看部分内容 考研真题精选 一、选择题 1以下关于调幅分解的正确表述是（）。[国防科技大学201 6年研] A．调幅分解是个自发分解过程，不需要形核功 B．调幅分解也是通过晶核的形成和晶核的长大过程完成的 C．相图上成分位于固溶体分解线内的合金均可以产生调幅分解【答案】A查看答案 【解析】调幅分解属于连续的无核相变，其始于固溶体中的成分起伏，依靠上坡扩散时浓度差越来越大，最终使均匀固溶体变为不均匀固溶体，原固溶体以及新形成的两种固溶体的结构相
同；而钢中的相变大多属于有核相变型，始于结构起伏，相界面在相转变中具有极重要的作用。 2高温下晶粒正常长大时，晶界迁移将受到第二相颗粒的阻碍。以下说法正确的是（）。[国防科技大学2017年研] A．第二相含量越多，颗粒越粗大，阻力越大 B．第二相含量越少，颗粒越粗大，阻力越大 C．第二相含量越多，颗粒越细小，阻力越大 【答案】C查看答案 【解析】通常，在第二相颗粒所占体积分数一定的条件下，颗粒越细，其数量越多，则晶界迁移所受到的阻力也越大，故晶粒长大速度随第二相颗粒的细化而减小。 3由两个不同成分的液相在恒温下转变为一定成分的固相的反应叫（）。[沈阳工业大学2015年研] A．包晶反应 B．合晶反应 C．偏晶反应 【答案】B查看答案 【解析】常见的二元相图的反应式和图形特征，如下表所示： 表1
2020届材料科学基础期末必考知识点总结 第九章固态相变 第一节概述 一固态相变的特点 界面能增加 1相变阻力大额外弹性应变能：比体积差固态相变 扩散困难（新、旧相化学成分不同时）困难 2 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系 * 新相的某一晶面和晶向分别与母相的某一晶面、晶向平行。 共格… 界面类型半共格… 为降低界面能，形成共格、半共格界面位向关系 非共格… 3 惯习现象 * 新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。 惯习方向 原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。 4 母相晶体缺陷促进相变 点… 缺陷类型线… 晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。 面… （思考：晶粒细化对相变的影响） 5 易出现过渡相 * 固态相变阻力大，直接转变困难协调性中间产物（过渡相） γα＋Fe3C α+(3Fe+C) 例 γM α +Fe3C 二固态相变的分类 1 按相变过程中原子迁移情况 （1）扩散型：依靠原子的长距离扩散；相界面非共格。 （如珠光体、奥氏体转变，Fe,C都可扩散。） （2）非扩散型：旧相原子有规则地、协调一致地通过切变转移到新相中；相界面共格、原子间的相邻关系不变；化学成分不变。 （如马氏体转变，Fe,C都不扩散。） （3）半扩散型：既有切变，又有扩散。 （如贝氏体转变，Fe切变，C扩散。） 2 按相变方式分类 （1）有核相变：有形核阶段，新相核心可均匀形成，也可择优形成。大多数固态相变属于此类。 （2）无核相变：无形核阶段，以成分起伏作为开端，新旧相间无明显界面，如调幅分解。 3 按热力学函数变化分类 （1）一级相变：相变时两相的化学位相等，而化学位对温度及压力的一阶偏微分（－