材料科学基础试题练习(附解析)-1

查看文本习题一、名词解释金属键; 结构起伏; 固溶体; 枝晶偏析; 奥氏体; 加工硬化; 离异共晶; 成分过冷; 热加工; 反应扩散二、画图1在简单立方晶胞中绘出（）、（210）晶面及[、[210]晶向。

2结合Fe-Fe3C相图，分别画出纯铁经930℃和800℃渗碳后，试棒的成分－距离曲线示意图。

3如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。

试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。

4画出简单立方晶体中（100）面上柏氏矢量为［010］的刃型位错与（001）面上柏氏矢量为［010］的刃型位错交割前后的示意图。

5画图说明成分过冷的形成。

三、Fe-Fe3C相图分析1用组织组成物填写相图。

2指出在ECF和PSK水平线上发生何种反应并写出反应式。

3计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。

四、简答题1已知某铁碳合金，其组成相为铁素体和渗碳体，铁素体占82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。

2什么是单滑移、多滑移、交滑移？三者的滑移线各有什么特征，如何解释？。

3设原子为刚球，在原子直径不变的情况下，试计算g-Fe转变为a-Fe时的体积膨胀率;如果测得910℃时g-Fe和a-Fe的点阵常数分别为0.3633nm和0.2892nm,试计算g-Fe转变为a-Fe的真实膨胀率。

4间隙固溶体与间隙化合物有何异同？5可否说扩散定律实际上只有一个？为什么？五、论述题τC结合右图所示的τC（晶体强度）—ρ位错密度关系曲线，分析强化金属材料的方法及其机制。

晶须冷塑变六、拓展题1 画出一个刃型位错环及其与柏士矢量的关系。

2用金相方法如何鉴别滑移和孪生变形？3 固态相变为何易于在晶体缺陷处形核？4 画出面心立方晶体中(225)晶面上的原子排列图。

综合题一：材料的结构1 谈谈你对材料学科和材料科学的认识。

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。

Test of Fundamentalsof MaterialsScience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。

材料科学基础练习题参考答案第一章原子排列1. 作图表示立方晶系中的(123),(012),(421)晶面和[102],[211],[346]晶向.附图1-1 有关晶面及晶向2. 分别计算面心立方结构与体心立方结构的{100},{110}和{111}晶面族的面间距, 并指出面间距最大的晶面(设两种结构的点阵常数均为a).解由面心立方和体心立方结构中晶面间的几何关系, 可求得不同晶面族中的面间距如附表1-1所示.附表1-1 立方晶系中的晶面间距晶面{100} {110} {111}面间距FCC2a24a33aBCC2a22a36a显然, FCC中{111}晶面的面间距最大, 而BCC中{110}晶面的面间距最大.注意:对于晶面间距的计算, 不能简单地使用公式, 应考虑组成复合点阵时, 晶面层数会增加.3. 分别计算fcc和bcc中的{100},{110}和{111}晶面族的原子面密度和<100>,<110>和<111>晶向族的原子线密度, 并指出两种结构的差别. (设两种结构的点阵常数均为a) 解原子的面密度是指单位晶面内的原子数; 原子的线密度是指晶面上单位长度所包含的原子数. 据此可求得原子的面密度和线密度如附表1-2所示.附表1-2 立方晶系中原子的面密度和线密度晶面/晶向{100} {110} {111} <100> <110> <111>面/线密度BCC21a22a233a1a22a233aFCC22a22a2433a1a2a33a可见, 在BCC中, 原子密度最大的晶面为{110}, 原子密度最大的晶向为<111>; 在FCC 中, 原子密度最大的晶面为{111}, 原子密度最大的晶向为<110>.4. 在(0110)晶面上绘出[2113]晶向.解详见附图1-2.附图1-2 六方晶系中的晶向5. 在一个简单立方二维晶体中, 画出一个正刃型位错和一个负刃型位错. 试求:(1) 用柏氏回路求出正、负刃型位错的柏氏矢量.(2) 若将正、负刃型位错反向时, 说明其柏氏矢量是否也随之反向.(3) 具体写出该柏氏矢量的方向和大小.(4) 求出此两位错的柏氏矢量和.解正负刃型位错示意图见附图1-3(a)和附图1-4(a).(1) 正负刃型位错的柏氏矢量见附图1-3(b)和附图1-4(b).(2) 显然, 若正、负刃型位错线反向, 则其柏氏矢量也随之反向.(3) 假设二维平面位于YOZ坐标面, 水平方向为Y轴, 则图示正、负刃型位错方向分别为[010]和[010], 大小均为一个原子间距(即点阵常数a).(4) 上述两位错的柏氏矢量大小相等, 方向相反, 故其矢量和等于0.6. 设图1-72所示立方晶体的滑移面ABCD平行于晶体的上下底面, 该滑移面上有一正方形位错环. 如果位错环的各段分别与滑移面各边平行, 其柏氏矢量b // AB, 试解答:(1) 有人认为“此位错环运动离开晶体后, 滑移面上产生的滑移台阶应为4个b”, 这种说法是否正确? 为什么?(2) 指出位错环上各段位错线的类型, 并画出位错移出晶体后, 晶体的外形、滑移方向和滑移量. (设位错环线的方向为顺时针方向)图1-72 滑移面上的正方形位错环 附图1-5 位错环移出晶体引起的滑移解 (1) 这种看法不正确. 在位错环运动移出晶体后, 滑移面上下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的. 位错环的柏氏矢量为b , 故其相对滑移了一个b 的距离.(2) A ′B ′为右螺型位错, C ′D ′为左螺型位错, B ′C ′为正刃型位错, D ′A ′为负刃型位错. 位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量见附图1-5.7. 设面心立方晶体中的(111)晶面为滑移面, 位错滑移后的滑移矢量为[110]2a .(1) 在晶胞中画出此柏氏矢量b 的方向并计算出其大小.(2) 在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向, 并写出此二位错线的晶向指数.解 (1) 柏氏矢量等于滑移矢量, 因此柏氏矢量的方向为[110], 大小为2/2a .(2) 刃型位错与柏氏矢量垂直, 螺型位错与柏氏矢量平行, 晶向指数分别为[112]和[110], 详见附图1-6.附图1-6 位错线与其柏氏矢量、滑移矢量8. 若面心立方晶体中有[101]2a b =的单位位错及[121]6a b =的不全位错, 此二位错相遇后产生位错反应.(1) 此反应能否进行? 为什么?(2) 写出合成位错的柏氏矢量, 并说明合成位错的性质.解 (1) 能够进行.因为既满足几何条件:[111]3a b b ==∑∑后前,又满足能量条件: . 22222133b a b a =>=∑∑后前. (2) [111]3a b =合, 该位错为弗兰克不全位错. 9. 已知柏氏矢量的大小为b = 0.25nm, 如果对称倾侧晶界的取向差θ = 1° 和10°, 求晶界上位错之间的距离. 从计算结果可得到什么结论?解 根据bD θ≈, 得到θ = 1°,10° 时, D ≈14.3nm, 1.43nm. 由此可知, θ = 10°时位错之间仅隔5~6个原子间距, 位错密度太大, 表明位错模型已经不适用了.第二章 固体中的相结构1. 已知Cd, In, Sn, Sb 等元素在Ag 中的固熔度极限(摩尔分数)分别为0.435, 0.210, 0.130, 0.078; 它们的原子直径分别为0.3042 nm, 0.314 nm, 0.316 nm, 0.3228 nm; Ag 的原子直径为0.2883 nm. 试分析其固熔度极限差异的原因, 并计算它们在固熔度极限时的电子浓度.答: 在原子尺寸因素相近的情况下, 熔质元素在一价贵金属中的固熔度(摩尔分数)受原子价因素的影响较大, 即电子浓度e /a 是决定固熔度(摩尔分数)的一个重要因素, 而且电子浓度存在一个极限值(约为1.4). 电子浓度可用公式A B B B (1)c Z x Z x =-+计算. 式中, Z A , Z B 分别为A, B 组元的价电子数; x B 为B 组元的摩尔分数. 因此, 随着熔质元素价电子数的增加, 极限固熔度会越来越小.Cd, In, Sn, Sb 等元素与Ag 的原子直径相差不超过15%(最小的Cd 为5.5%, 最大的Sb 为11.96%), 满足尺寸相近原则, 这些元素的原子价分别为2, 3, 4, 5价, Ag 为1价, 据此推断它们的固熔度极限越来越小, 实际情况正好反映了这一规律; 根据上面的公式可以计算出它们在固熔度(摩尔分数)极限时的电子浓度分别为1.435, 1.420, 1.390, 1.312.2. 碳可以熔入铁中而形成间隙固熔体, 试分析是α-Fe 还是γ-Fe 能熔入较多的碳. 答: α-Fe 为体心立方结构, 致密度为0.68; γ-Fe 为面心立方结构, 致密度为0.74. 显然, α-Fe 中的间隙总体积高于γ-Fe, 但由于α-Fe 的间隙数量多, 单个间隙半径却较小, 熔入碳原子将会产生较大的畸变, 因此, 碳在γ-Fe 中的固熔度较α-Fe 的大.3. 为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能无限互熔, 而间隙固熔体则不能?答: 这是因为形成固熔体时, 熔质原子的熔入会使熔剂结构产生点阵畸变, 从而使体系能量升高. 熔质原子与熔剂原子尺寸相差越大, 点阵畸变的程度也越大, 则畸变能越高, 结构的稳定性越低, 熔解度越小. 一般来说, 间隙固熔体中熔质原子引起的点阵畸变较大,故不能无限互熔, 只能有限熔解.第三章 凝固1. 分析纯金属生长形态与温度梯度的关系.答: 纯金属生长形态是指晶体宏观长大时固-液界面的形貌. 界面形貌取决于界面前沿液相中的温度梯度.(1) 平面状长大: 当液相具有正温度梯度时, 晶体以平直界面方式推移长大. 此时, 界面上任何偶然的、小的凸起深入液相时, 都会使其过冷度减小, 长大速率降低或停止长大, 而被周围部分赶上, 因而能保持平直界面的推移. 长大过程中晶体沿平行温度梯度的方向生长, 或沿散热的反方向生长, 而其它方向的生长则受到限制.(2) 树枝状长大: 当液相具有负温度梯度时, 晶体将以树枝状方式生长. 此时, 界面上偶然的凸起深入液相时, 由于过冷度的增大, 长大速率越来越大; 而它本身生长时又要释放结晶潜热, 不利于近旁的晶体生长, 只能在较远处形成另一凸起. 这就形成了枝晶的一次轴, 在一次轴成长变粗的同时, 由于释放潜热使晶枝侧旁液体中也呈现负温度梯度, 于是在一次轴上又会长出小枝来, 称为二次轴, 在二次轴上又长出三次轴……由此而形成树枝状骨架, 故称为树枝晶(简称枝晶).2. 简述纯金属晶体长大机制及其与固-液界面微观结构的关系.答: 晶体长大机制是指晶体微观长大方式, 即液相原子添加到固相的方式, 它与固-液界面的微观结构有关.(1) 垂直长大方式: 具有粗糙界面的物质, 因界面上约有50% 的原子位置空着, 这些空位都可以接受原子, 故液相原子可以进入空位, 与晶体连接, 界面沿其法线方向垂直推移, 呈连续式长大.(2) 横向(台阶)长大方式: 包括二维晶核台阶长大机制和晶体缺陷台阶长大机制, 具有光滑界面的晶体长大往往采取该方式. 二维晶核模式, 认为其生长主要是利用系统的能量起伏, 使液相原子在界面上通过均匀形核形成一个原子厚度的二维薄层状稳定的原子集团, 然后依靠其周围台阶填充原子, 使二维晶核横向长大, 在该层填满后, 则在新的界面上形成新的二维晶核, 继续填满, 如此反复进行.晶体缺陷方式, 认为晶体生长是利用晶体缺陷存在的永不消失的台阶(如螺型位错的台阶或挛晶的沟槽)长大的.第四章 相图1. 在Al-Mg 合金中, x Mg 为0.15, 计算该合金中镁的w Mg 为多少.解 设Al 的相对原子量为M Al , 镁的相对原子量为M Mg , 按1mol Al-Mg 合金计算, 则镁的质量分数可表示为Mg MgMg Al Al Mg Mg 100%x M w x M x M =⨯+.将x Mg = 0.15, x Al = 0.85, M Mg = 24, M Al = 27代入上式中, 得到w Mg = 13.56%.2. 根据图4-117所示二元共晶相图, 试完成:(1) 分析合金I, II的结晶过程, 并画出冷却曲线.(2) 说明室温下合金I, II的相和组织是什么, 并计算出相和组织组成物的相对量.(3) 如果希望得到共晶组织加上相对量为5%的β初的合金, 求该合金的成分.图4-117 二元共晶相图附图4-1 合金I的冷却曲线附图4-2 合金II的冷却曲线解 (1) 合金I的冷却曲线参见附图4-1, 其结晶过程如下:1以上, 合金处于液相;1~2时, 发生匀晶转变L→α, 即从液相L中析出固熔体α, L和α的成分沿液相线和固相线变化, 达到2时, 凝固过程结束;2时, 为α相;2~3时, 发生脱熔转变, α→βII.合金II的冷却曲线参见附图4-2, 其结晶过程如下:1以上, 处于均匀液相;1~2时, 进行匀晶转变L →β;2时, 两相平衡共存, 0.50.9L β;2~2′ 时, 剩余液相发生共晶转变0.50.20.9L βα+;2~3时, 发生脱熔转变α→βII .(2) 室温下, 合金I 的相组成物为α + β, 组织组成物为α + βII .相组成物相对量计算如下:αβ0.900.20100%82%0.900.050.200.05100%18%0.900.05w w -=⨯=--=⨯=- 组织组成物的相对量与相的一致.室温下, 合金II 的相组成物为α + β, 组织组成物为β初 + (α+β).相组成物相对量计算如下:αβ0.900.80100%12%0.900.050.800.05100%88%0.900.05w w -=⨯=--=⨯=- 组织组成物相对量计算如下:β(α+β)0.800.50100%75%0.900.500.900.80100%25%0.900.50w w -=⨯=--=⨯=-初 (3) 设合金的成分为w B = x , 由题意知该合金为过共晶成分, 于是有β0.50100%5%0.900.50x w -=⨯=-初 所以, x = 0.52, 即该合金的成分为w B = 0.52.3. 计算w C 为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量, 并计算组成物珠光体中渗碳体和铁素体及莱氏体中二次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体的相对量.解 根据Fe-Fe 3C 相图, w C = 4%的铁碳合金为亚共晶铸铁, 室温下平衡组织为 P + Fe 3C II + L d ′, 其中P 和Fe 3C II 系由初生奥氏体转变而来, 莱氏体则由共晶成分的液相转变而成, 因此莱氏体可由杠杆定律直接计算, 而珠光体和二次渗碳体则可通过两次使用杠杆定律间接计算出来.L d ′ 相对量: d L 4 2.11100%86.3%4.3 2.11w '-=⨯=-. Fe 3C II 相对量: 3II Fe C 4.34 2.110.77100% 3.1%4.3 2.11 6.690.77w --=⨯⨯=--.P 相对量: P 4.34 6.69 2.11100%10.6%4.3 2.11 6.690.77w --=⨯⨯=--. 珠光体中渗碳体和铁素体的相对量的计算则以共析成分点作为支点, 以w C = 0.001%和w C = 6.69%为端点使用杠杆定律计算并与上面计算得到的珠光体相对量级联得到.P 中F 相对量: F P 6.690.77100%9.38%6.690.001w w -=⨯⨯=-. P 中Fe 3C 相对量: 3Fe C 10.6%9.38% 1.22%w =-=.至于莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体及共析渗碳体的相对量的计算, 也需采取杠杆定律的级联方式, 但必须注意一点, 共晶渗碳体在共晶转变线处计算, 而二次渗碳体及共析渗碳体则在共析转变线处计算.L d ′ 中共晶渗碳体相对量: d Cm L 4.3 2.11100%41.27%6.69 2.11w w '-=⨯⨯=-共晶L d ′ 中二次渗碳体相对量: d Cm L 6.69 4.3 2.110.77100%10.2%6.69 2.11 6.690.77w w '--=⨯⨯⨯=--II L d ′ 中共析渗碳体相对量:d Cm L 6.69 4.3 6.69 2.110.770.0218100% 3.9%6.69 2.11 6.690.77 6.690.0218w w '---=⨯⨯⨯⨯=---共析 4. 根据下列数据绘制Au-V 二元相图. 已知金和钒的熔点分别为1064℃和1920℃. 金与钒可形成中间相β(AuV 3); 钒在金中的固熔体为α, 其室温下的熔解度为w V = 0.19; 金在钒中的固熔体为γ, 其室温下的熔解度为w Au = 0.25. 合金系中有两个包晶转变, 即1400V V V 1522V V V (1) β(0.4)L(0.25)α(0.27)(2) γ(0.52)L(0.345)β(0.45)w w w w w w =+===+==℃℃解 根据已知数据绘制的Au-V 二元相图参见附图4-3.附图4-3 Au-V 二元相图第五章 材料中的扩散1. 设有一条直径为3cm 的厚壁管道, 被厚度为0.001cm 的铁膜隔开, 通过输入氮气以保持在膜片一边氮气浓度为1000 mol/m 3; 膜片另一边氮气浓度为100 mol/m 3. 若氮在铁中700℃时的扩散系数为4×10-7 cm 2 /s, 试计算通过铁膜片的氮原子总数.解 设铁膜片左右两边的氮气浓度分别为c 1, c 2, 则铁膜片处浓度梯度为7421510010009.010 mol /m 110c c c c x x x --∂∆-≈===-⨯∂∆∆⨯ 根据扩散第一定律计算出氮气扩散通量为 722732410(10)(9.010) 3.610 mol/(m s)c J D x---∂=-=-⨯⨯⨯-⨯=⨯∂ 于是, 单位时间通过铁膜片的氮气量为 3-22-63.610(310) 2.5410 mol/s 4J A π-=⨯⨯⨯⨯=⨯最终得到单位时间通过铁膜片的氮原子总数为-62318-1A () 2.5410 6.02102 3.0610 s N J A N =⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯第六章 塑性变形1. 铜单晶体拉伸时, 若力轴为 [001] 方向, 临界分切应力为0.64 MPa, 问需要多大的拉伸应力才能使晶体开始塑性变形?解 铜为面心立方金属, 其滑移系为 {111}<110>, 4个 {111} 面构成一个八面体, 详见教材P219中的图6-12.当拉力轴为 [001] 方向时, 所有滑移面与力轴间的夹角相同, 且每个滑移面上的三个滑移方向中有两个与力轴的夹角相同, 另一个为硬取向(λ = 90°). 于是, 取滑移系(111)[101]进行计算.222222222222k s cos 3001111cos 2001(1)01cos cos 60.646 1.57 MPa.m mϕλϕλτσ==++⨯++==++⨯-++=====即至少需要1.57 MPa 的拉伸应力才能使晶体产生塑性变形.2. 什么是滑移、滑移线、滑移带和滑移系? 作图表示α-Fe, Al, Mg 中的最重要滑移系. 那种晶体的塑性最好, 为什么?答: 滑移是晶体在切应力作用下一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向所作的平行移动; 晶体的滑移是不均匀的, 滑移部分与未滑移部分晶体结构相同. 滑移后在晶体表面留下台阶, 这就是滑移线的本质. 相互平行的一系列滑移线构成所谓滑移带. 晶体发生滑移时, 某一滑移面及其上的一个滑移方向就构成了一个滑移系.附图6-1 三种晶体点阵的主要滑移系α-Fe具有体心立方结构, 主要滑移系可表示为 {110}<111>, 共有6×2 = 12个; Al 具有面心立方结构, 其滑移系可表示为 {111}<110>, 共有4×3 = 12个; Mg具有密排六方结构, 主要滑移系可表示为{0001}1120<>, 共有1×3 = 3个. 晶体的塑性与其滑移系的数量有直接关系, 滑移系越多, 塑性越好; 滑移系数量相同时, 又受滑移方向影响, 滑移方向多者塑性较好, 因此, 对于α-Fe, Al, Mg三种金属, Al的塑性最好, Mg的最差, α-Fe 居中. 三种典型结构晶体的重要滑移系如附图6-1所示.3. 什么是临界分切应力? 影响临界分切应力的主要因素是什么? 单晶体的屈服强度与外力轴方向有关吗? 为什么?答:滑移系开动所需的作用于滑移面上、沿滑移方向的最小分切应力称为临界分切应力.临界分切应力τk的大小主要取决于金属的本性, 与外力无关. 当条件一定时, 各种晶体的临界分切应力各有其定值. 但它是一个组织敏感参数, 金属的纯度、变形速度和温度、金属的加工和热处理状态都对它有很大影响.如前所述, 在一定条件下, 单晶体的临界分切应力保持为定值, 则根据分切应力与外加轴向应力的关系: σs= τk/ m, m为取向因子, 反映了外力轴与滑移系之间的位向关系, 因此, 单晶体的屈服强度与外力轴方向关系密切. m越大, 则屈服强度越小, 越有利于滑移.4. 孪生与滑移主要异同点是什么? 为什么在一般条件下进行塑性变形时锌中容易出现挛晶, 而纯铁中容易出现滑移带?答: 孪生与滑移的异同点如附表6-1所示.附表6-1 晶体滑移与孪生的比较锌为密排六方结构金属, 主要滑移系仅3个, 因此塑性较差, 滑移困难, 往往发生孪生变形, 容易出现挛晶; 纯铁为体心立方结构金属, 滑移系较多, 共有48个, 其中主要滑移系有12个, 因此塑性较好, 往往发生滑移变形, 容易出现滑移带.第七章 回复与再结晶1. 已知锌单晶体的回复激活能为8.37×104J/mol, 将冷变形的锌单晶体在-50 ℃进行回复处理, 如去除加工硬化效应的25% 需要17 d, 问若在5 min 内达到同样效果, 需将温度提高多少摄氏度?解 根据回复动力学, 采用两个不同温度将同一冷变形金属的加工硬化效应回复到同样程度, 回复时间、温度满足下述关系:122111exp t Q t R T T ⎛⎫⎛⎫=-- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭整理后得到221111ln T t R T Q t =+.将41211223 K,/5/(172460),8.3710 J/mol, 8.314 J/(mol K)4896T t t Q R ==⨯⨯==⨯=⋅代入上式得到2274.7 K T =.因此, 需将温度提高21274.722351.7 T T T ∆=-=-=℃.2. 纯铝在553 ℃ 和627 ℃ 等温退火至完成再结晶分别需要40 h 和1 h, 试求此材料的再结晶激活能.解 再结晶速率v 再与温度T 的关系符合阿累尼乌斯(Arrhenius)公式, 即exp()Q v A RT=-再 其中, Q 为再结晶激活能, R 为气体常数.如果在两个不同温度T 1, T 2进行等温退火, 欲产生同样程度的再结晶所需时间分别为t 1, t 2, 则122112122111exp[()]ln(/)t Q t R T T RTT t t Q T T =--⇒=-依题意, 有T 1 = 553 + 273 = 826 K, T 2 = 627 + 273 = 900 K, t 1 = 40 h, t 2 = 1 h, 则58.314826900ln(40/1)3.0810J/mol 900826Q ⨯⨯⨯=⨯-3. 说明金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段的显微组织、机械性能特点与主要区别.答: 金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段的显微组织、机械性能特点与主要区别详见附表7-1.附表7-1 金属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长大各阶段的显微组织、机械性能第八章固态相变。

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。

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。

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。

材料科学基础期中试题一、名词解释(每小题 1 分，共20 小题20 分)1.材料: 材料是具有一定性能,可以用来制作器件、构件、工具、装置等物品的物质。

2.材料科学: 材料科学就是研究各种材科的成分、工艺、组织和性能之同相互关系的科学。

3.密排方向: 原子排列最密集的晶向。

4.相变: 从一种相到另一种相的转变称为相变。

5.多晶型性: 元素的晶体结构随外界条件的变化而发生转变的性质。

6.中间相: 两组元A 和8 组成合金时，除了可形成以A 为基或以B 为基的固溶体（端际固溶体）外，还可能形成晶体结构与A， B 两组元均不相同的新相。

由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。

7.非晶体: 原子没有长程的周期排列，无固定的熔点,各向同性等。

8.置换固溶体: 将质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体就称为置换固溶体。

9.螺型位错: 位错附近的原子是按螺旋形排列的。

螺型位错的位错线与滑移矢量平行，因此一定是直线。

10.混合位错: 一种更为普遍的位错形式，其滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错相交成任意角度。

可看作是刃型位错和螺型位错的混合形式。

11.组织组成物: 合金显微组织中的独立组成部分。

12.固态相变: 不同固相之间的转变称为固态相变。

13.均匀形核: 新相晶核是在母相中均勾地生成的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响。

14:间隙化合物:非金属（X）和金属（M）原子半径的比值比R X/R M>0.59 时，形成具有复杂晶体结构的相，通常称为间隙化合物。

15.晶格畸变: 点缺陷破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲,称晶格畸变。

从而使强度、硬度提高，塑性、韧性下降;电阻升高，密度减小等。

16.共析反应: 由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下,分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。

《材料科学基础教程》复习题与思考题一、选择与填空1-1下列组织中的哪一个可能不是亚稳态，即平衡态组织？a)马氏体+残余奥氏体b)上贝氏体c)铁素体+珠光体d)奥氏体+贝氏体1-2下列组织中的哪一个可能不是亚稳态？a) 铁碳合金中的马氏体b) 铁碳合金中的珠光体+铁素体c) 铝铜合金中的α+GPZ d) 铁碳合金中的奥氏体+贝氏体1-3单相固溶体在非平衡凝固过程中会形成成分偏析：a)若冷却速度越大，则成分偏析的倾向越大；b)若过冷度越大，则成分偏析的倾向越大；c)若两组元熔点相差越大，则成分偏析的倾向越小；d)若固相线和液相线距离越近，则成分偏析的倾向越小。

1-4有两要平等右螺旋位错，各自的能量都为E1，当它们无限靠近时，总能量为。

a) 2E1b) 0 c) 4E11-13两根具有反向柏氏矢量的刃型位错在一个原子面间隔的两个平行滑移面上相向运动以后，在相遇处。

a) 相互抵消b) 形成一排间隙原子c) 形成一排空位1-15位错运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体做相对滑动的方向。

a) 随位错线运动方向而改变b) 始终是柏氏矢量方向c) 始终是外力方向1-16位错线X力是以单位长度位错线能量来表示，则一定长度位错的线X力具有量纲。

a) 长度的b) 力的c) 能量的1-17位错线上的割阶一般通过形成。

a) 位错的交割b) 共格界面c) 小角度晶界1-7位错上的割阶一般通过形成。

a) 孪生b) 位错的交滑移c) 位错的交割1-23刃形位错的割阶部分。

a) 为刃形位错b) 为螺形位错c) 为混合位错1-24面心立方晶体中Frank不全位错最通常的运动方式是。

a) 沿{111}面滑移b) 沿垂直于{111}的面滑移c) 沿{111}面攀移1-25位错塞积群的一个重要效应是在它的前端引起。

a）应力偏转b)应力松弛c)应力集中1-26面心立方晶体中关于Shcockley分位错的话，正确的是。

a) Shcockley分位错可以是刃型、螺型或混合型;b) 刃型Shcockley分位错能滑移和攀移;c) 螺型Shcockley分位错能交滑移。

摘一支轻雨，铺一笺墨迹，在灯火阑珊处窥探一叶棂窗，熟悉的倩影淡淡一笑，倾城了岁月的柔情，暖雨中蜜意了情侣的梦香。

一杯轻风，半壶墨迹。

捧着安静的角落，独饮墨香，留韵素白。

轻风拂过，开满了一园禅意，一片樱花。

轻风缓缓，墨香袭袭。

长长的倩影里，柔软了风韵的味律，洒脱的静悟中遥远变成了传说，把爱定格在一瞬间。

这第一段似乎是着重描摹春的美丽，可起首有“多事的东风”一句，暗示着有人恼春，于是有个人物忽悠地闪了一下，桃红“醉依在封姨的臂弯里”，一下子就不见了。

但“多事”里隐蕴着的愠意，因封姨的出现有了着落。

春天写足了，那位对春天怀着恨意的人物便在作者的笔下十分不情愿地亮相了。

“只有一个孤独的影子，她，倚在栏杆上，”这就是封姨了，她“才从青春之梦醒过来”，茫然不解这眼前发生的一切。

作者笔下的她原来是一个芳华已失的女人！眼前的春天只是她过去的影子。

《材料科学基础》样题及答案试题一一. 图1是Na2O的理想晶胞结构示意图，试回答：1．晶胞分子数是多少；2．结构中何种离子做何种密堆积；何种离子填充何种空隙，所占比例是多少；3．结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体；4．计算说明O2-的电价是否饱和；5．画出Na2O结构在（001）面上的投影图。

二. 图2是高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)结构示意图，试回答：1．请以结构式写法写出高岭石的化学式；2．高岭石属于哪种硅酸盐结构类型；3．分析层的构成和层的堆积方向；4．分析结构中的作用力；5．根据其结构特点推测高岭石具有什么性质。

三. 简答题：1.晶体中的结构缺陷按几何尺寸可分为哪几类？2.什么是负扩散？3．烧结初期的特征是什么？4.硅酸盐晶体的分类原则是什么？5.烧结推动力是什么它可凭哪些方式推动物质的迁移？6.相变的含义是什么从热力学角度来划分，相变可以分为哪几类？四. 出下列缺陷反应式： 形成肖特基缺陷；形成弗仑克尔缺陷（Ag +进入间隙）；掺入到Nb 2O 3中，请写出二个合理的方程，并判断可能成立的方程是哪一种再写出每个方程的固溶体的化学式。

溶入CaCl 2中形成空位型固溶体五. 表面力的存在使固体表面处于高能量状态，然而，能量愈高系统愈不稳定，那么固体是通过何种方式降低其过剩的表面能以达到热力学稳定状态的。

六.粒径为1μ的球状Al 2O 3由过量的MgO 微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al 2O 3起了反应，计算完全反应的时间：⑴用杨德方程计算；⑵用金斯特林格方程计算。

七.请分析熔体结构中负离子团的堆积方式、聚合度及对称性等与玻璃形成之关系。

八.试从结构和能量的观点解释为什么D 晶界>D 晶内？九.试分析二次再结晶过程对材料性能有何影响工艺上如何防止或延缓二次再结晶的发生？十.图3是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题：1．写出点P，R，S的成分；2．设有2kgP，问需要多少何种成分的合金Z才可混熔成6kg成分为R的合金。

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。

材料科学基础试题及答案一、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[111].(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ke表示液相的混合程度，其值范围是（ B ）（A）1<ke<k0 （B）k0<ke<1 （C）ke< k0 <17．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8．A和B组成的二元系中出现α和β两相平衡时，两相的成分（x）-自由能（G）的关系为（ B ）（A）Gα= Gβ （B）dGα= dGβ（C）GA= GB9．凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下那种方法？（ B ）（A）加入形核剂（B）减小液相的过冷度（C）对液相进行搅拌10．菲克第一定律表述了稳态扩散的特征，即浓度不随（ B ）变化。

（A）距离（B）时间（C）温度二、名词解释（20分，每题4分）全位错：伯什矢量等于点阵矢量的位错。

再结晶：经受形变的材料在加热时发生的以无畸变晶粒取代变形晶粒的过程珠光体：铁碳合金共析转变的产物，是共析铁素体和共析渗碳体的层片状混合物。

（一）．填空题1.同非金属相比，金属的主要特性是2.晶体与非晶体的最根本区别是3.金属晶体中常见的点缺陷是，最主要的面缺陷是。

4.位错密度是指，其数学表达式为。

5.表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做，而晶胞是指。

6.在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是，而面心立方晶格是。

7.晶体在不同晶向上的性能是，这就是单晶体的现象。

一般结构用金属为晶体，在各个方向上性能，这就是实际金属的现象。

8.实际金属存在有、和三种缺陷。

位错是缺陷。

实际晶体的强度比理想晶体的强度得多。

9.常温下使用的金属材料以晶粒为好。

而高温下使用的金属材料在一定范围内以晶粒为好。

‘10.金属常见的晶格类型是、、。

11．在立方晶格中，各点坐标为：A(1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指数为，OC晶向指数为，OD晶向指数为。

12．铜是结构的金属，它的最密排面是，若铜的晶格常数a=0.36nm,那么最密排面上原子间距为。

13 α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有，属于面心立方晶格的有，属于密排六方晶格的有。

14．已知Cu的原子直径为0．256nm，那么铜的晶格常数为。

1mm3Cu中的原子数为。

15．晶面通过(0，0，0)、(1/2、1/4、0)和(1/2，0，1/2)三点，这个晶面的晶面指数为()16.在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为.17.金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有的结合方式。

18.同素异构转变是指。

纯铁在温度发生和多晶型转变。

19.在常温下铁的原子直径为0．256nm，那么铁的晶格常数为。

20.金属原子结构的特点是。

21.物质的原子间结合键主要包括、和三种。

2.大部分陶瓷材料的结合键为。

23.高分子材料的结合键是。

第一章材料的结构一、解释以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。

二、填空题1、材料的键合方式有四类，分别是（），（），（），（）。

2、金属原子的特点是最外层电子数（），且与原子核引力（），因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成（）。

3、我们把原子在物质内部呈（）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（），（），（）。

4、三种常见的金属晶格分别为（），（）和（）。

5、体心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有体心立方晶格的常见金属有（）。

6、面心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有面心立方晶格的常见金属有（）。

7、密排六方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），具有密排六方晶格的常见金属有（）。

8、合金的相结构分为两大类，分别是（）和（）。

9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（），按照固溶度分为（）和（），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（）和（）。

10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。

11、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（），（），（），（）。

12、金属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（）、硬度（）、脆性（），因此在合金中不作为（）相，而是少量存在起到第二相（）作用。

13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为（），（），（）。

14、如果用M表示金属，用X表示非金属，间隙相的分子式可以写成如下四种形式，分别是（），（），（），（）。

习题一解答1、晶体点阵的对称性越高，则：(a)(a) 独立的点阵常数越少；(b) 晶体中原子排列越紧密；(c) 晶胞中原子越多；(d) 晶体结构越复杂。

2、对正方晶系(a＝b≠c)而言，与[123]等同的晶向是：(b)(a) [132]；(b) [⎺213]；(c) [3⎺2 1]；(d) [231]3、在单胞中画出：1)、(010)、(110)、(1⎺21)、(312)等晶面2)、[1⎺11]、[⎺123]、[⎺1⎺10]和[211]等晶向。

4、用四轴坐标系画出六方晶系：1)、(11⎺20) 、(⎺1012)、(10⎺11) 等晶面2)、[11⎺20]、[⎺2113] 、[⎺3125]等晶向。

5、写出图中晶向的四轴坐标晶向指数。

解：为了方便地定出四轴坐标晶向指数，先定出三轴坐标的晶向指数，然后再换算成四轴坐标的晶向指数。

晶向1：三轴坐标指数是[021]，根据三轴坐标指数[UVW]与四轴坐标指数[uvtw]的换算关系，得：u=(2U-V)/3=(0-2)/3=-2/3，v=(2V-U)/3=(2×2-0)/3=4/3，t=-(u+v)=-(-2/3+4/3)=2/3，w=1故晶向1的四轴坐标指数是[⎺24⎺23]。

晶向2：三轴坐标指数是[111]，根据三轴坐标指数[UVW]与四轴坐标指数[uvtw]的换算关系，得：u =(2U -V )/3=(2-1)/3=1/3；v =(2V -U )/3=(2-1)/3=1/3；t =-(u +v )=-(1/3+1/3)=-2/3；w =1故晶向2的四轴坐标指数是[11⎺23]。

晶向3： 三轴坐标指数是[⎺1⎺12 ]，根据三轴坐标指数[UVW ]与四轴坐标指数[uvtw ]的换算关系，得： u =(2U -V )/3=(-2+1)/3=-1/3；v =(2V -U )/3=(-2+1)/3=-1/3；t =-(u +v )=-(-1/3-13)=2/3；w =2故晶向3的四轴坐标指数是[⎺1⎺126]。

材料科学基础复习试题和部分答案解析单项选择题：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）离子键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.以下不具有多晶型性的金属是。

（A）铜（B）锰（C）铁5.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）hcp6.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7.面心立方晶体的孪晶面是。

（A）{112} （B）{110} （C）{111}8.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9.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10.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11.刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系是？（A）垂直（B）平行（C）交叉12.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13.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14.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15.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16.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17.固体中原子和分子迁移运动的各种机制中，得到实验充分验证的是（A）间隙机制（B）空位机制（C）交换机制18.原子扩散的驱动力是。

（4.2非授课内容）（A）组元的浓度梯度（B）组元的化学势梯度（C）温度梯度19.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。

《材料科学基础》试卷及参考答案一. 选择题：（共15小题，每小题2分，共30分）。

1. 在下列材料中，哪一类材料结晶时，液-固界面为粗糙界面？（ ）A. 金属材料B. 无机材料C. 高分子材料D. 半导体材料 2. 在三元系中有右图的两种三相平衡区，它们的反应类型分别为（ ）。

A. （a ）是包晶型，（b ）是共晶型B. （a ）是共晶型，（b ）是包晶型C. （a ）、（b ）均为包晶型D. （a ）、（b ）均为共晶型3. 高分子材料随温度的变化，通常有玻璃态、高弹态和粘流态三个物理状态。

则橡胶的工作状态是（ ）。

A. 玻璃态B. 高弹态C. 粘流态D. 高弹态 、粘流态和玻璃态 4. 4p 原子轨道径向分布图中峰数为多少？其钻穿能力比4d （ ）？ A. 3，强 B. 2，强 C. 3，弱 D. 2，弱 5. 在硅酸盐玻璃中减少变性体的量，会使（ ）。

A. 桥氧含量下降，粘度增大B. 桥氧含量增多，粘度减小C. 桥氧含量下降，粘度减小D. 桥氧含量增多，粘度增大6. 在晶体中形成空位时，离位原子迁移到晶体表面，这样的缺陷称为（ ）。

A. 面缺陷 B. 线缺陷 C. 肖脱基缺陷 D. 弗兰克尔缺陷7. 在由扩散控制的反应扩散，相宽度变化关系式为t B L j =∆；由相界面反应速度控制时，新相厚度与时间呈线性关系dt C K d iυχ=。

在实际反应扩散过程中，反应扩散后期受（ ）控制。

A. 界面反应速度 B. 扩散 C. 界面反应速度和扩散 D. 无法确定8. 关于刃型位错应力场，下列说法哪种是不正确的？（ ）A. 各种应力分量的大小与r 成反比B. 应力场对称于多余的半原子面C. 滑移面上只有正应力，无切应力D. 应力场是轴对称的 9. 下列说法正确的是（ ）。

A. 点缺陷是热力学不稳定缺陷B. 两位错交割必形成割阶C. 线缺陷是热力学不稳定缺陷D. 空位形成能大于间隙形成能10. 面心立方的配位数，四面体空隙数及晶胞原子数分别为（ ）。

材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中的“三基”指的是什么？A. 基础理论、基本技能、基本方法B. 基本元素、基本结构、基本性质C. 基本元素、基本化合物、基本合金D. 基本元素、基本结构、基本性质答案：D2. 材料的硬度通常与哪种性质有关？A. 弹性B. 韧性C. 塑性D. 强度答案：D3. 以下哪个不是金属材料的特性？A. 高熔点B. 良好的导电性C. 良好的延展性D. 良好的热塑性答案：D二、简答题1. 简述材料的疲劳现象。

材料的疲劳现象是指在周期性或波动载荷作用下，材料在远低于其静载荷强度极限的情况下发生断裂。

疲劳通常发生在材料表面或内部缺陷处，由于应力集中而引发微裂纹，随着载荷的循环作用，裂纹逐渐扩展直至断裂。

2. 什么是材料的热处理，它对材料性能有何影响？热处理是一种通过加热和冷却过程来改变金属材料内部结构，从而改善其性能的方法。

热处理可以提高材料的硬度、强度、韧性等，同时也可以通过退火、正火等方法来降低硬度，提高塑性，以适应不同的使用需求。

三、计算题1. 已知某金属的杨氏模量为200 GPa，泊松比为0.3，求该金属在拉伸应力为100 MPa时的应变。

根据胡克定律，应力（σ）与应变（ε）的关系为：σ = E * ε，其中E是杨氏模量。

将已知数据代入公式得：ε = σ / E = 100 MPa / 200 GPa = 5e-4。

2. 某材料在单轴拉伸试验中，当应力达到250 MPa时，其伸长量为0.0005 m。

求该材料的杨氏模量。

杨氏模量E可以通过应力与应变的比值计算得出：E = σ/ ε。

已知应力σ = 250 MPa，伸长量ΔL = 0.0005 m，原长度L未知，但可以通过应变的定义ε = ΔL / L来推导。

由于应变ε很小，可以假设伸长量ΔL远小于原长度L，从而近似ε ≈ ΔL。

代入数据得：E = 250 MPa / 0.0005 = 500 GPa。

四、论述题1. 论述合金化对金属材料性能的影响。

材料科学基础习题一1. 名词解释空间点阵，晶体结构，配位数，致密度2. 在立方晶系中画出{110}，{111}晶面族所包括的晶面及(112)，(1-20)晶面。

3. 作图表示出<2-1-10>晶向族所包括的晶向。

确定(11-21)，(0001)晶面。

4. 绘图说明面心立方点阵可以表示为体心正方点阵。

5. 计算面心立方结构的(111)，(110)，(100)晶面的面间距及原子密度（原子数/单位面积）。

6. 计算面心立方八面体间隙与四面体间隙半径。

7. 计算立方晶系[321]与[120]及(111)与(1-11)之间的夹角。

8. 试证明在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直。

9. 已知纯钛具有两种同素异构体：低温稳定的密排六方结构和高温稳定的体心立方结构，其同素异构转变温度为度，计算纯钛在室温20度和900度时晶体中(112)的晶面间距（已知20度时晶格常数：a=, c=，900度时晶格常数：a=）。

10. 说明在fcc的（001）标准极射赤面投影图的外圆上，赤道线上和南北极连线上的极点的指数有何特点指出在立方晶体中属于[110]晶带轴的晶带。

第10题11. 试证明理想密排六方结构的轴比c/a=。

12. Ni的晶体结构为面心立方，其原子半径为r=，试求Ni的晶格常数和密度。

Mo的晶体结构为体心立方，其晶格常数为a=，试求Mo的原子半径。

13. 纯铁点阵常数，体心立方结构，求1cm3有多少原子。

14. γ-Fe在高于910度时，点阵常数a=，α-Fe在低于910度时，a=，求：1）上述温度时γ-Fe和α-Fe的原子半径；2）γ-Fe→α-Fe转变时的体积变化率；3）如果γ-Fe→α-Fe转变时，原子半径不发生变化，求此转变的体积变化，与2）的结果比较并加以说明。

15. 求（121）与（100）晶面所决定的晶带轴和（001）与（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。

16. 试证明在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直。

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<D B<D S 。

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。

材料科学基础习题1及答案单项选择题测试1、再结晶退火作为软化材料的手段，常用于淬火件铸件锻压件650℃左右750℃左右冷塑性变形后的零件2、碳钢的最低再结晶温度大约为250℃左右450℃左右3、弹簧获得高弹性时热处理工艺为正火淬火+高温回火淬火+中温回火淬火+低温回火4、表面淬火的零件常选用低碳钢中碳调质钢 T12 高碳钢5、渗碳零件一般的选用 c<0.25% 中碳钢工具钢 c>0.5%6、零件经渗碳后还需经过淬火+低温回火调质不再热处理时效7、切削加工刀具的性能主要应达到高强度，高韧性硬度与强度的适当配合高的弹性模量及钢度高硬度高耐磨性及红硬性 8、切削刀具和冷变形模具用碳钢制造时，要进行（）调质再结晶退火淬火+低温回火淬火+高温回火 9、20CrMnTi钢中Ti元素主要作用是（）提高强度提高回火抗力细化晶粒提高硬度 10、40CrNiMo钢中Cr、Ni 元素的主要作用是提高强度强化铁素体提高淬透性提高红硬性细化晶粒11、 1Cr18Ni9Ti钢中Ni元素的主要作用是细化晶粒提高淬透性获得单相奥氏体组织提高强度14 、导致\泰坦尼克\号轮船沉没的最可能原因是船体钢板硬度过低过高船体钢板弹性模量过低船体钢板屈服强度过低船体钢板硫磷含量15、下列材料中，适合作赛艇壳体的是16Mn尼龙铝合金热固性玻璃钢16、下列材料中，适合作飞机蒙皮的是L01LY12LD7ZL10217 、下列材料中适合作汽车减速器壳的是KT350-10QT400-1516MnZG3520、下列材料中，适合制作锉刀的是20钢60钢T8钢T12钢21 、20钢加工切削前应进行完全退火正火球化退火再结晶退火22 、40Cr钢制汽车连杆螺栓淬火后高温回火时应炉冷空冷油冷水冷23、下列材料中，适合制作手术刀的是4Cr131Cr171Cr18Ni924 、ZG35在铸造后应进行正火去应力退火再结晶退火球化退火26、下列材料中适合制作冷作模具的是Cr12MoV38CrMoA1AHT3505CrNiMo27、下列材料中，适合作汽车板弹簧的是20钢60Si2MnGCr15T1228 、下列材料中，适合坦克履带板的是 ZChPbSb16-16-2ZL203ZGMn1329、下列材料中，适合作机床床身的是HT300KTH300-06KTZ450-06QT450-1030、 W18Cr4V钢在切削加工之前应进行去应力退火再结晶退火完全退火球化退火33、制造内燃机活塞的合适材料是5CrNiMoW18Cr4VZAlCu5MnHT30034、制造内燃机曲轴轴瓦内衬的合适材料是ZChSnSb4-4HT20020钢35、用T12钢制造锉刀，淬火后的回火温度应为200℃350℃450℃550℃36、 40Cr钢制内燃机连杆螺栓，淬火加热的合适温度为650℃750℃850℃950℃37、 40钢钢锭在1000℃左右轧制，有时会出现开裂，最可能的原因是温度过低温度过高含磷量过高含硫量过高38、 W18Cr4V钢在锻造后机加工之前应进行球化退火完全退火去应力退火再结晶退火39、 60Si2Mn制造汽车板弹簧，淬火后回火时的加热温度约为150℃300℃450℃550℃40、在工程设计中，对易发生脆性断裂的重要零构件，应按材料哪种性能指标进行设计σyσbKICak41 、制造航空发动机轴瓦的合适材料是ZQPb30ZChSnSb12-4-10GCr15ZCuPb15Sn842 、制造钢桥的合适材料是16Mn20钢60钢T12钢43 、T8钢淬火加热的合适温度约为580℃680℃780℃880℃44 、钢淬火后还要经过什么热处理回火正火退火渗碳45 、35CrMo钢中Mo的主要作用是提高红硬性提高耐腐蚀性消除第二类回火脆性细化晶粒46 、钢中细化晶粒的主要合金元素是 Cr、Al、SiV、Ti、NbW、Mo、ReP、Cu、Mn49 、无相变合金的强化方法主要是马氏体强化时效强化变形强化细晶强化50、钢的淬透性主要决定于合金元素冷却速度工件尺寸冷却介质51 、40CrMo钢制连杆螺栓淬火并经高温回火后，应该炉冷空冷水冷油冷54 、材料产生低应力脆断是因为材料中存在位错裂纹晶界第二相55 、既可提高材料强度又可改善材料塑韧性的方法是时效强化淬火强化细晶强化固溶强化56 、下列材料适合作板簧的是Mn1316Mn20Mn2V65Mn57 、下列钢中耐腐蚀性最好的是1Cr18Ni9TiGCr1512CrMoVCr12MoV58 、弹簧类零件常用的热处理工艺是淬火加高温回火淬火加低温回火温回火正火加中温回火淬火加中59、提高材料表面硬度可提高材料的抗磨损能力抗腐蚀能力抗蠕变能力抗弹性变形能力60 、不锈钢焊接时焊缝处易发生小孔腐蚀缝隙腐蚀晶间腐蚀均匀腐蚀62 、高速钢的红硬性可保持到250℃425℃600℃1500℃63 、压力容器用钢应选用低碳钢中碳钢高碳钢中、高碳钢64、为了提高钢制零件的刚度可采用感谢您的阅读，祝您生活愉快。