材料科学基础复习题及答案2010

《材料科学基础》复习题第1章原子结构与结合键一、判断题：4、金属键具有明显的方向性和饱和性。

（ F）5、共价键具有明显的方向性和饱和性。

（ T）6、组成固溶体的两组元完全互溶的必要条件是两组元的电负性相同。

两组元的晶体结构相同（ F）7、工程材料的强度与结合键有一定的关系，结合键能越高的材料，通常其弹性模量、强度和熔点越低。

（F）8、晶体中配位数和致密度之间的关系是配位数越大，致密度越小。

（F ）二、选择题：1、具有明显的方向性和饱和性。

A、金属键B、共价键C、离子键D、化学键2、以下各种结合键中，结合键能最大的是。

A、离子键、共价键B、金属键C、分子键D、化学键3、以下各种结合键中，结合键能最小的是。

A、离子键、共价键B、金属键C、分子键D、化学键5、已知铝元素的电负性为1.61，氧元素的电负性为3.44，则Al2O3中离子键结合的比例为。

A、28%B、45%C、57%D、68%6、以下关于结合键的性质与材料性能的关系中，是不正确的。

P54A、结合键能是影响弹性模量的主要因素，结合键能越大，材料的弹性模量越大。

B、具有同类型结合键的材料，结合键能越高，熔点也越高。

C、具有离子键和共价键的材料，塑性较差。

D、随着温度升高，金属中的正离子和原子本身振动的幅度加大，导电率和导热率都会增加。

（应该是自由电子的定向运动加剧）7、组成固溶体的两组元完全互溶的必要条件是。

A、两组元的电子浓度相同B、两组元的晶体结构相同C、两组元的原子半径相同D、两组元电负性相同11、晶体中配位数和致密度之间的关系是。

A、配位数越大，致密度越大B、配位数越小，致密度越大C、配位数越大，致密度越小D、两者之间无直接关系三、填空题：2、构成陶瓷化合物的两种元素的电负性差值越大，则化合物中离子键结合的比例越大。

3、体心立方结构的晶格常数为a，单位晶胞原子数为 2 、原子半径为a ，配位数为 8 。

4、面心立方结构的晶格常数为a ，原子半径为 a ，配位数为 12 。

材料科学基础复习题一、单项选择（）1、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___ B _____。

A、12B、6C、4D、32、面心立方金属发生形变孪生时，则孪晶面为___ A ____。

A、{111}B、{110}C、{112}3、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 _____。

A、树枝晶B、柱状晶C、球晶4、立方晶体中(110)和(211)面同属于__ D ______晶带。

A、[110]B、[100]C、[211]D、[111]5、根据三元相图的垂直截面图__ B ______。

A、可分析相成分变化规律B、可分析材料的平衡凝固过程C、可用杠杆定律计算各相的相对量6、凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪种方法？ BA、加入形核剂B、减小液相的过冷度C、对液相实施搅拌答案：B7、三种组元组成的试样在空气中用X射线衍射(XRD)分析其随温度变化而发生相变的情况，则最多可记录到___ C _____共存。

A、2相B、3相C、4相D、5相8、fcc、bcc、hcp三种晶体结构的材料中，塑性形变时最容易生成孪晶的是__ C ______。

A、fccB、bccC、hcp9、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、与A相反C、A、B两组元的扩散速率相同10、简单立方晶体的致密度为___ C _____。

A、100%B、65％C、52%D、58％11、不能发生攀移运动的位错是___ A _____。

A、肖克利不全位错B、弗兰克不全位错C、刃型全位错12、fcc结构中分别在(111)和(111)面上的两个肖克利位错(分别是1/6[211]和1/6[121])相遇时发生位错反应，将生成_ CA、刃型全位错B、刃型弗兰克位错C、刃型压杆位错D、螺型压杆位错13、能进行交滑移的位错必然是___ B _____。

一、填空题1. 每个面心立方晶胞中的原子数为 4 ，其配位数为12 。

3a, 配2.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 。

3. 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。

4. 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。

5. 在过冷液体中，晶胚尺寸小于临界尺寸时不能自发长大。

6. 均匀形核既需要结构起伏，又需要能量起伏。

7. 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。

8.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。

9．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。

10. 间隙相和间隙化合物主要受组元的原子尺寸因素控制。

11.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。

12.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 。

13.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。

14.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。

15.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。

16. 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。

17. 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。

18. 铁碳合金中，一次渗碳体由 液相 产生，二次渗碳体由 奥氏体 产生，三次渗碳体由 铁素体 产生。

19. 一个滑移系是由 滑移面 和 滑移方向 组成。

20. 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。

材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中的“四要素”是指（）。

A. 组织、性能、加工、应用B. 材料、结构、性能、加工C. 材料、结构、性能、应用D. 结构、性能、加工、应用答案：C2. 下列哪种材料属于金属材料？（）。

A. 铝合金B. 碳纤维C. 聚氯乙烯D. 陶瓷答案：A3. 材料的硬度是指（）。

A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗破坏的能力C. 材料抵抗穿透的能力D. 材料抵抗摩擦的能力答案：A4. 材料的疲劳是指（）。

A. 材料在高温下的性能变化B. 材料在重复应力作用下的性能变化C. 材料在腐蚀环境下的性能变化D. 材料在高压下的的性能变化答案：B5. 材料的蠕变是指（）。

A. 材料在低温下的性能变化B. 材料在长期静载荷作用下发生的缓慢持久变形C. 材料在高速下的的性能变化D. 材料在潮湿环境下的性能变化答案：B二、填空题1. 材料的_________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最大应力，是材料的重要性能指标之一。

答案：强度2. 材料的_________是指材料内部微观结构的排列方式，它直接影响材料的宏观性能。

答案：晶体结构3. 材料的_________是指材料在一定条件下，能够进行塑性变形而不断裂的性质。

答案：韧性4. 材料的_________是指材料在高温下保持性能不变的能力，对于高温环境下使用的材料尤为重要。

答案：热稳定性5. 材料的_________是指材料对电磁场的响应能力，对于电子和通信领域的材料尤为重要。

答案：电磁性能三、简答题1. 请简述材料科学中的“相图”及其作用。

答：相图是用来描述在不同温度、压力和成分比例下，材料可能存在的不同相（如固态、液态、气态）之间的平衡关系的图表。

它可以帮助科学家和工程师了解和预测材料在特定条件下的行为，对于材料的设计、加工和应用具有重要的指导意义。

2. 何为材料的“疲劳寿命”？请举例说明。

答：材料的疲劳寿命是指材料在反复应力作用下能够承受循环次数的总和，直到发生疲劳破坏为止。

一、填空题1. 每个面心立方晶胞中的原子数为 4 ，其配位数为12 。

3a, 配2.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 。

3. 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。

4. 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。

5. 在过冷液体中，晶胚尺寸小于临界尺寸时不能自发长大。

6. 均匀形核既需要结构起伏，又需要能量起伏。

7. 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。

8.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。

9．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。

10. 间隙相和间隙化合物主要受组元的原子尺寸因素控制。

11.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。

12.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 。

13.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。

14.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。

15.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。

16. 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。

17. 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。

18. 铁碳合金中，一次渗碳体由 液相 产生，二次渗碳体由 奥氏体 产生，三次渗碳体由 铁素体 产生。

19. 一个滑移系是由 滑移面 和 滑移方向 组成。

20. 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。

一名词解释1、致密度：表示晶胞中原子所占体积与晶胞体积的比值，是衡量原子排列紧密程度的参数，致密度越大，晶体中原子排列越紧密，晶体结构越致密。

2、相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构、成分基本相同、并有明确界面与其他部分相分开的均匀组成部分。

3、固溶体：指以合金某一组元为溶剂，在其晶格中溶入其他组元原子（溶质）后所形成的一种合金相，其特征是仍保持溶剂晶格类型，结点上或间隙中含有其他组元原子。

4、离异共晶：成分点靠近共晶转变线两端的亚共晶和过共晶合金，结晶后组织中初晶量多，共晶体数量少，而且共晶体中与初晶相同的一相与初晶结合在一起，将共晶体中另一相推至晶界，造成的共晶体两相分离的非平衡组织。

5、平衡分配系数：固溶体合金在结晶过程中具有选分结晶的特点。

因此在一定温度下平衡时，固相成分与液相成分之比称为平衡分配系数。

该参数反映了溶质在固液两相中的分配系数及溶质对合金熔点的影响程度。

6、反应扩散：在固态扩散的过程中，如果渗入元素在金属中溶解度有限，随着扩散原子增多，当渗入原子的浓度超过饱和溶解度时则形成不同于原相的固液体或中间相，从而使金属表层分为出现新相和不出现新相的两层，这种通过扩散而形成新相的过程称为反应扩散。

7、固溶强化：当形成固溶体后，溶剂晶格中因溶有溶质原子而产生晶格畸变，溶质原子的应力场会与位错产生交互作用而阻碍位错运动，增大了位错运动的阻力，使得临界分切应力远比纯金属打，滑移系开动比纯金属困难，使材料的塑性变形抗力提高，硬度、强度上升，而塑性、韧性下降的现象称为固溶强化。

8、退火：将金属及其合金加热至相变温度以上，保温一段时间，然后以较为缓慢的速度冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺称为退火。

9、柏氏矢量：用来描述位错引起晶格畸变的物理量。

该矢量的模是位错的强度，表示晶格总畸变的大小，其方向表示晶格点畸变的方向。

一般情况下，该矢量越大，晶体畸变的程度越大。

10、成分过冷：固溶体合金凝固时，由于液相中溶质的分布发生变化，合金熔点也发生变化，即使实际温度分布不变，固液界面前沿的过冷度也会发生变化。

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）hcp10.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。

材料科学基础期末考试卷及答案(10级)材料科学基础一. 填空题（22分）1.对于小角度晶界结构而言，对称侧晶界由__一列平行的刃形位错__构成，非对称侧晶界由_两组柏氏矢量相互垂直的刃形位错_构成，扭转晶界由_螺型位错_构成。

2.按原子排列情况和吻合程度分类，界面可分为_共个界面_、_非共格界面_、_半共格界面_和复杂半共格界面。

3.界面迁移与原子运动方向_相反_（相同/相反），速度方向_相同_（相同/相反）。

4.晶界能的来源有_弹性能_、_核心能_、_化学键能_。

5.热力学稳定的液—固界面微观结构主要有_粗糙界面_和_光滑界面_。

6.纯金属及金属凝固后得到的典型铸锭组织由_表面细晶区_、_柱晶取_、__中心等轴晶区__三个区域构成。

7.晶体材料中质点扩散的微观机制主要有__空位机制__、_间隙机制__及其他（亚间隙机制、环易位机制等），扩散系数D阿累尼乌斯公式可写成__D*e-Q/RT_，对于空位扩散机制，扩散活化能有_空位形成能__、_空位迁移能__对于间隙扩散机制，扩散活化能只包括_间隙原子的迁移能__。

8.从热力学角度看，烧结的基本驱动力是___系统表面能、界面能的减少____，动力学上的表现为___各种复杂的船只过程___，烧结后宏观上的表现为__坯体收缩、致密化与强度增大___，微观上的表现为__发生晶粒尺寸与形状、气孔的尺寸形状变化__。

9.固态相变的驱动力___新相与母相的自由焓之差__，阻力__界面能__和__应变能___。

10.金属固态相变的三种基本变化__结构____、__成分___、___有序程度变化__。

11.奥氏体是碳在__a-固溶体__中的间隙固溶体。

12.奥氏体形成的热力学条件是奥氏体自由能__小于__（大于/小于）珠光体自由能。

13.贝氏体转变时，温度较高存在__碳__的扩散。

14.球化处理由片状向粒状转变可降低__表面能__，为自发过程。

15.和单晶体的塑性形变相比，多晶体塑性形变18.将发生树枝状偏析。

材料科学基础复习题一、选择题1. 原子结合键包括物理键和化学键, 下述结合键中属于化学键的是.(A) 金属键(B) 离子键(C) 分子键(D) 共价键2. 原子结合键包括物理键和化学键, 下述结合键中属于物理键的是.(A) 氢键(B) 离子键(C) 分子键(D) 共价键3. 工业用硅酸盐属于.(A) 金属材料(B) 陶瓷材料(C) 复合材料(D) 高分子材料4. 布拉菲点阵共有中.(A) 8 (B) 10 (C) 12 (D) 145. BCC、FCC和HCP等三种典型晶体结构中, 单位晶胞的原子数分别为.(A) 2, 4, 6 (B) 4, 2, 6 (C) 3, 4, 5 (D) 6, 2, 46. 晶面间距表示相邻两个平行晶面之间的垂直距离, 其大小反映了晶面上原子排列的紧密程度, 一般规律是.(A) 在简单立方点阵中, 低指数的晶面间距较大(B) 在简单立方点阵中, 高指数的晶面间距较大(C) 晶面间距越大, 该晶面上原子排列越紧密(D) 晶面间距越大, 该晶面上原子排列越稀疏7. BCC、FCC和HCP等三种典型晶体结构中, 原子配位数依次为.(A) 8, 12, 8 (B) 8, 12, 10 (C) 12, 8, 6 (D) 8, 12, 128. 密堆积结构的致密度为.(A) 0.68 (B) 0.74 (C) 0.82 (D) 1.09. MgO陶瓷晶体具有NaCl型结构, 单位晶胞的离子数为.(A) 4 (B) 6 (C) 8 (D) 1010. SiC陶瓷晶体具有金刚石型结构, 该结构一般特征是.(A) 原子结合键为共价键(B) 原子配位数为4(C) 单位晶胞包含8个原子(D) 属于面心立方点阵, 为密堆积结构11. 下述晶体缺陷中属于点缺陷的是.(A) 空位(B) 位错(C) 相界面(D) 间隙原子12. 下述晶体缺陷中属于线缺陷的是.(A) 空位(B) 位错(C) 晶界(D) 间隙原子13. 下述晶体缺陷中属于面缺陷的是.(A) 表面(B) 位错(C) 相界面(D) 空位14. 下述界面中界面能最小的是.(A) 完全共格界面(B) 共格界面(C) 非共格界面(D) 半共格界面15. 下述界面中界面能最大的是.(A) 完全共格界面(B) 共格界面(C) 非共格界面(D) 半共格界面16. 理想密排六方金属的c/a为.(A) 1.6 (B)(C) (D) 117. 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) 肖脱基空位(B) 弗兰克尔空位(C) 线缺陷(D) 面缺陷18. 面心立方晶体的挛晶面是.(A) {112} (B) {110} (C) {111} (D) {123}19. 体心立方晶体的挛晶面是.(A) {112} (B) {110} (C) {111} (D) {123}20. 铸铁与碳钢的区别在于有无.(A) 莱氏体(B) 珠光体(C) 铁素体(D) 渗碳体21. 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(D) 无限制22. Hume-Rothery提出有利于大量固熔的原子尺寸条件为两组元的原子半径差对熔剂原子半径的比不超过.(A) 10% (B) 14% (C) 15% (D) 20%23. 碳与钒结合形成金属化合物, 下述说法正确的是.(A) 该化合物属于简单间隙化合物(B) 该化合物属于复杂间隙化合物(C) 该化合物具有体心立方结构(D) 该化合物具有面心立方结构24. 以下关于渗碳体的描述中, 正确的是.(A) 渗碳体是钢中很重要的一种复杂间隙相(B) 渗碳体晶体结构非常复杂, 属于正交晶系(C) 渗碳体为铁与碳固熔形成的间隙固熔体(D) 渗碳体为铁与碳固熔形成的置换固熔体25. 下述关于Ni-Cu系二元合金的描述中, 正确的是.(A) 室温下组织为单相组织(B) 室温下组织为两相组织(C) 凝固时发生匀晶转变(D) 凝固时发生共晶转变26. 凝固后是否形成晶体, 主要由液态物质的决定.(A) 温度梯度(B) 粘度(C) 冷却速度(D) 压力27. 金属结晶形核时, 临界晶核半径r K与过冷度ΔT及表面自由能σ之间的关系为.(A) ΔT越大, r K越小(B) ΔT越大, r K越大(C) σ越大, r K越小(D) σ越大, r K越大28. 纯金属均匀形核, 形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的.(A) 13(B)23(C)34(D)4529. 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(D) 表面张力30. 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(D) 压力31. 在置换固熔体中, 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(D) 填隙机制32. 在间隙固熔体中, 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(D) 填隙机制33. 在科肯道尔效应中, 惰性标记发生移动的主要原因是扩散偶中.(A) 两组元的原子尺寸不同(B) 仅存在一组元的扩散(C) 两组元的扩散速率不同(D) 两组元的温度不同34. 晶体的类型与结构是影响固体材料中原子扩散的重要因素, 基本规律是.(A) 与金属相比, 晶态化合物的扩散系数低(B) 与金属相比, 晶态化合物的扩散系数高(C) 非密堆结构的晶体比密堆结构的晶体具有更高的扩散系数(D) 密堆结构的晶体比非密堆结构的晶体具有更高的扩散系数35. D L, D B, D S分别表示晶内扩散、晶界扩散和表面扩散的扩散系数, 则在一般情况下, 三者的大小关系为.(A) D L > D B > D S(B) D S > D B > D L(C) D B > D L > D S(D) D S > D L > D B36. 合金凝固时极易得到树枝晶组织, 其主要原因是.(A) 固-液界面前沿液相中存在正温度梯度(B) 固-液界面前沿液相中存在负温度梯度(C) 固-液界面前沿液相中存在成分过冷区(D) 固-液界面前沿液相中存在难熔质点37. 下述关于交滑移的描述中, 正确的是.(A) 发生交滑移时会出现曲折或波纹状的滑移带(B) 体心立方金属最容易发生交滑移(C) 层错能低的金属易发生交滑移(D) 交滑移必须通过刃型位错实现38. 多晶体发生塑性变形时, 为了满足协调变形, 每个晶粒至少需要开动个独立的滑移系.(A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 639. 再结晶后的晶粒长大是通过方式进行的.(A) 大晶粒吞食小晶粒(B) 小晶粒蚕食大晶粒(C) 晶界向曲率中心移动(D) 晶界背向曲率中心移动40. w C低于0.014的碳钢发生马氏体转变时, 马氏体M与奥氏体A有K-S取向关系, 即.(A) {110}M // {111}A, <111>M // <110>A(B) {111}M // {110}A, <111>M // <110>A(C) {110}M // {111}A, <110>M // <111>A(D) {112}M // {111}A, <111>M // <110>A41. 含Ni约30% 的Fe-Ni合金发生马氏体相变时, 马氏体与奥氏体之间的位向关系为西山关系, 即.(A) {110}M // {111}A, <111>M // <110>A(B) {110}M // {111}A, <110>M // <112>A(C) {110}M // {111}A, <110>M // <111>A(D) {112}M // {111}A, <111>M // <110>A42. 以下关于马氏体相变的描述中, 正确的是.(A) 马氏体相变为无扩散性相变(B) 马氏体相变是通过形核-长大方式进行的(C) 马氏体相变速率极低(D) 马氏体相变速率极高43. 固态相变的阻力一般包括.(A) 新、旧相比体积差所增加的应变能(B) 新、旧相为维持共格/半共格关系所增加的应变能(C) 新、旧相界面增加的表面能(D) 新、旧相之间的体积自由能差44. 固态相变的驱动力是.(A) 新、旧相比体积差所增加的应变能(B) 新、旧相为维持共格/半共格关系所增加的应变能(C) 新、旧相界面增加的表面能(D) 新、旧相之间的体积自由能差45. 固态相变时空位处易于形核的主要原因是.(A) 空位促进熔质原子的扩散(B) 空位释放的能量可提供形核驱动力(C) 空位阻碍熔质原子的扩散(D) 空位群凝聚成位错, 促进形核46. 下述固态相变中属于扩散型相变的是.(A) 脱熔转变(B) 马氏体转变(C) 贝氏体转变(D) 共析转变47. 下述固态相变中属于无扩散型相变的是.(A) 脱熔转变(B) 马氏体转变(C) 贝氏体转变(D) 共析转变48. 下述固态相变中属于半扩散型相变的是.(A) 脱熔转变(B) 马氏体转变(C) 贝氏体转变(D) 共析转变49. 时效型合金发生脱熔转变期间容易产生过渡相, 其特征是.(A) 过渡相与母相之间形成共格或半共格界面(B) 过渡相与母相之间形成非共格界面(C) 过渡相一般呈盘片状(D) 过渡相一般呈球状50. 调幅分解的特点是.(A) 成分改变(B) 成分不变(C) 有核相变(D) 无核相变选择题参考答案1. ABD2. AC3. B4. D5. A6. AC7. D8. B9. C 10. ABC11. AD 12. B 13. AC 14. A 15. C16. B 17. B 18. C 19. A 20. A21. B 22. C 23. AD 24. AB 25. AC26. BC 27. AD 28. B 29. B 30. B31. C 32. B 33. C 34. AC 35. B36. C 37. ABC 38. C 39. AC 40. A41. B 42. ABD 43. ABC 44. D 45. ABD46. AD 47. B 48. C 49. AC 50. AD二、简答题1. 固态相变基本特点.答: 固态相变的特点是:(1) 相变阻力大. 固态相变时的阻力包括新、旧相之间的表面能以及新、旧相由于比体积差或新、旧相界面原子错配而额外增加的弹性应变能; 另外, 固相中原子扩散速率极低也是造成固态相变阻力大的一个重要原因.(2) 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系. 固态相变时, 为了减少新、旧两相之间的界面能, 新相晶核与母相晶体之间往往存在一定的晶体学位向关系, 常以低指数、原子密度大且匹配较好的晶面和晶向互相平行; 并且, 新相往往在母相的某一特定晶面(惯习面)上形成.(3) 母相晶体缺陷对相变起促进作用. 由于母相晶体中存在的各种缺陷(如晶界、相界、位错、空位等)周围晶格有畸变, 自由能较高, 因此容易在这些区域优先形核.(4) 易于出现过渡相. 过渡相是为了克服相变阻力而形成的一种协调性中间转变产物. 通常首先在母相中形成成分与母相相近的过渡相, 然后在一定条件下由过渡相逐渐转变为稳定相.2. 位错促进固态相变形核的主要原因.答: 由于固态相变阻力大, 固相中的形核几乎总是非均匀的, 往往借助晶体中的结构缺陷(空位,位错,晶界等)形核.新相在位错处形核有三种情况: 一是新相在位错线上形核, 新相形成处, 位错消失, 释放的能量使形核功降低而促进形核; 二是位错不消失, 而且依附在新相界面上, 成为半共格界面中的位错部分, 补偿了失配, 因而降低了能量, 使生成晶核时所消耗的能量减少而促进形核; 三是当新相与母相成分不同时, 由于熔质原子在位错线附近偏聚(形成柯氏气团)有利于新相沉淀析出, 也对形核起促进作用.3. 非扩散型相变的基本特征.答: 无扩散型相变的基本特点是:(1) 存在由于均匀切变引起的形状改变, 使晶体发生形状改变.(2) 由于相变过程无扩散, 新相与母相的化学成分相同.(3) 新相与母相之间有一定的晶体学位向关系.(4) 相界面移动速度极快, 可接近声速.4. 说明Al-Cu等时效型合金脱熔过程出现过渡相的原因.答: 时效处理时脱熔的一般顺序为:偏聚区(或称G.P.区) →过渡相(亚稳相) →平衡相.脱熔时不直接析出平衡相的原因, 是由于平衡相一般与基体形成新的非共格界面, 界面能大, 而亚稳定的脱熔产物往往与基体完全或部分共格, 界面能小. 在相变初期, 界面能起决定性作用, 界面能小的相, 形核功小, 容易形成. 所以首先形成形核功最小的过渡结构, 再演变成平衡稳定相.5. 调幅分解的主要特征.答: (1) 调幅分解过程的成分变化是通过上坡扩散实现的. 首先出现微区的成分起伏, 随后通过熔质原子从低浓度区向高浓度区扩散, 使成分起伏不断增幅, 直至分解为成分不同的两平衡相为止.(2) 调幅分解不经历形核阶段, 新、旧相结构相同, 不存在明显的相界面. 由于无需形核, 所以分解速度很快.6. 脱熔相颗粒粗化机理.答: 参见教材P292-293的“8.4.3.2 颗粒粗化”一节. (需要画图!!)7. 零件热处理的作用.答: 零件热处理的作用如下:(1) 通过适当的热处理可以显著提高零件的力学性能, 延长机器零件的使用寿命.(2) 恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷, 细化晶粒, 消除偏析, 降低内应力, 使零件的组织和性能更加均匀.(3) 热处理也是机器零件加工工艺过程中的重要工序.(4) 此外, 通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能.8. 过共析钢淬火时加热温度的选择依据.答: 过共析钢的淬火加热温度限定在Ac1以上30~50℃是为了得到细小的奥氏体晶粒和保留少量渗碳体质点, 淬火后得到隐晶马氏体和其上均匀分布的粒状碳化物, 从而不但可以使钢具有更高的强度、硬度和耐磨性, 而且也具有较好的韧性. 如果过共析钢淬火加热温度超过Ac cm, 碳化物将全部熔入奥氏体中, 使奥氏体中的含碳量增加, 降低钢的M s和M f 点, 淬火后残留奥氏体量增多, 会降低钢的硬度和耐磨性; 淬火温度过高, 奥氏体晶粒粗化、含碳量又高, 淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体, 使钢的脆性增大; 此外, 高温加热淬火应力大、氧化脱碳严重, 也增大钢件变形和开裂倾向.9. 马氏体相变的基本特征.答: (1) 无扩散性. 马氏体转变的过冷度很大, 转变温度低, 原子扩散无法进行, 因此是非扩散型相变.(2) 切变共格性. 马氏体转变是新相在母相特定的晶面(惯习面)上形成, 并以母相的切变来保持共格关系的相变过程.(3) 变温形成. 马氏体转变有其开始转变温度(M s点)与转变终了温度(M f点). 当过冷奥氏体冷到M s点, 便发生马氏体转变, 转变量随温度的下降而不断增加, 一旦冷却中断, 转变便很快停止.(4) 高速长大. 马氏体转变没有孕育期, 形成速度很快, 瞬间形核, 瞬间长大.(5) 不完全性. 一般来说, 奥氏体向马氏体的转变是不完全的, 即使冷却到M f点, 也不能获得100%的马氏体, 即总有一部分残余奥氏体.10. 细晶强化/固熔强化/弥散强化/加工硬化机理.答: (关于弥散强化机理)由塑性相与硬脆相组成的(两相)合金, 倘若硬脆的第二相呈弥散粒子均匀地分布在塑性相基体上, 则可显著提高合金的强度, 此即弥散强化. 这种强化的主要原因是由于弥散细小的第二相粒子与位错的交互作用(位错绕过或切过第二相粒子), 阻碍了位错的运动, 从而提高了合金的塑性变形抗力.(关于加工硬化机理)在塑性变形过程中, 随着金属内部组织的变化, 金属的力学性能也将产生明显的变化, 即随着变形程度的增加, 金属的强度、硬度增加, 而塑性、韧性下降, 这一现象即为加工硬化或形变强化.关于加工硬化的原因, 目前普遍认为与位错的交互作用有关. 随着塑性变形的进行, 位错密度不断增加, 因此位错在运动时的相互交割加剧, 产生固定割阶、位错缠结等障碍, 使位错运动的阻力增大, 引起变形抗力的增加, 从而提高了金属的强度.11. 孪生变形特点.答: 孪生变形是金属塑性变形的基本方式之一, 是指在切应力的作用下, 晶体的一部分沿一定的晶面(孪生面)和一定的晶向(孪生方向)相对于另一部分晶体作均匀地切变, 在切变区域内, 与孪生面平行的每层原子的切变量与它距孪生面的距离成正比, 并且不是原子间距的整数倍. 其特点为:(1) 孪生变形引起的切变不会改变晶体的点阵类型, 但可使变形部分的位向发生变化, 并且与未变形部分的晶体以挛晶界为分界面构成了镜面对称的位向关系.(2) 一般说来, 孪生的临界分切应力要比滑移的临界分切应力大得多, 只有在滑移很难进行的条件下, 晶体才进行孪生变形.(3) 孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多, 例如镉单纯依靠孪生变形只能获得7.4% 的伸长率. 但是, 由于孪生变形后晶体位向发生变化, 可能使原来取向不利的滑移系转变为新的有利取向, 从而引发晶体的进一步滑移, 提高金属的塑性变形能力.(4) 孪生变形的速度极快, 常引起冲击波, 发出音响.12. 根据阿累尼乌斯(Arrhenius)公式: D = D0exp(-Q/RT), 分析影响扩散的主要因素.答: 上述公式中, Q为原子扩散激活能, T为温度, 它们是影响扩散的主要因素. 很显然, Q 越小, 或扩散温度T 越高, 则D越大, 扩散越易进行. 而扩散激活能Q取决于材料的键能. 高熔点纯金属的键能高于低熔点的, 因此前者的激活能较高, 其自扩散系数较小; 通常致密度大的晶体结构中, 原子扩散激活能较高, 扩散系数较小; 不同类型的固熔体, 熔质原子的扩散激活能不同, 间隙原子的扩散激活能都比置换原子的小, 所以扩散速度比较大; 晶体缺陷处, 原子排列混乱, 能量较高, 激活能往往较低, 因此扩散容易. 对于一定的晶体结构来说, 表面扩散最快, 晶界次之, 亚晶界又次之, 晶内最慢; 在位错、.空位等缺陷处的原子比完整晶格处的原子扩散容易得多.13. (扩散的微观机理)间隙/空位机制.答: (1) 间隙机制: 晶体中存在的间隙原子通过晶格间隙之间的跃迁实现的扩散; 间隙固熔体中间隙原子(C,H,N,O等)的扩散就是这种机制; 为了实现这种扩散, 扩散原子必须具有越过能垒的自由能.(2) 空位机制: 晶体中扩散原子离开自己的点阵位置去填充空位, 而原先的点阵位置形成了新的空位, 如此反复, 实现原子的扩散; 置换固熔体(或纯金属)中原子的扩散即为空位扩散; 在空位扩散中, 扩散原子除具有越过能垒的自由能外, 还必须具有空位形成能.14. 简述Cu-Ni 扩散偶惰性标记移动规律及其原因.答: Cu-Ni 扩散偶惰性标记会向Ni 棒一侧移动. 由于Ni 的熔点(1452℃)比Cu 的熔点(1083℃)高, 表明Ni 原子的结合能高于Cu 原子的, 因此, 扩散偶中Ni 原子进入Cu 晶体点阵要比Cu 原子进入Ni 晶体点阵容易, 即Ni 原子在Cu 棒中的扩散速度要快于Cu 原子在Ni 棒中的扩散速度, Ni 原子向Cu 棒一侧发生了物质的净输送, 其结果就是惰性标记往Ni 棒一侧移动.15. 成分过冷条件及其影响因素.16. 包晶反应速度慢的原因.17. 正常凝固合金圆棒宏观偏析规律.18. 纯金属晶体长大形态与温度梯度的关系.19. 纯金属晶体长大机制.20. 润湿角对异质形核功的影响规律.21. 均匀形核率与过冷度的关系及其原因.答: 均匀形核时, 形核率方程为exp()exp()A Q N C kT kT=-- 式中, A 为临界晶核的形核功; Q 为原子越过液-固界面的扩散激活能; T 为温度.上式表明, 过冷度对形核率的影响受形核功和原子扩散激活能控制: 一方面, 当过冷度较小时, N 与exp(-A / kT ) 成正比, 故随着过冷度的增大, exp(-A / kT ) 数值也增大, 形核率就越大; 另一方面, 当过冷度足够大时, 随着过冷度的增大, 原子扩散速度要减慢, 此时, N 主要受exp(-Q / kT ) 数值影响, 而Q 值随温度改变很小, 故随着过冷度的增大, 形核率反而减小.22. 金属结晶的热力学、动力学、结构和能量条件.23. 间隙固熔体两组元不能无限互熔的原因.24. 分析γ-Fe 熔碳量高于α-Fe 的原因.三、作图/计算题类型1. 晶面/晶向绘制(应掌握三轴系统的).2. 典型结构金属滑移系表示及绘制.3. 典型二元合金相图绘制(共晶型/包晶型).4. 合金平衡凝固冷却曲线绘制.5. 合金平衡结晶金相组织图绘制.6. 根据点阵类型, 参数及原子量计算晶体材料的密度.12、已知Cu的原子量为63.5，原子半径是0.1278 nm。

一、填空题1. 每个面心立方晶胞中的原子数为 4 ，其配位数为12 。

3a, 配2.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 。

3. 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。

4. 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。

5. 在过冷液体中，晶胚尺寸小于临界尺寸时不能自发长大。

6. 均匀形核既需要结构起伏，又需要能量起伏。

7. 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。

8.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。

9．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。

10. 间隙相和间隙化合物主要受组元的原子尺寸因素控制。

11.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。

12.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 。

13.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。

14.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。

15.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。

16. 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。

17. 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。

18. 铁碳合金中，一次渗碳体由 液相 产生，二次渗碳体由 奥氏体 产生，三次渗碳体由 铁素体 产生。

19. 一个滑移系是由 滑移面 和 滑移方向 组成。

20. 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。