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材料科学基础习题

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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。 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 碳原子易进入a-铁，还是b-铁，如何解释？ 7 研究晶体缺陷有何意义？ 8 点缺陷主要有几种？为何说点缺陷是热力学平衡的缺陷？ 9 位错概念是在什么背景下提出的？其易动性是如何实现的？ 10 试述位错的性质。 11 试述博士矢量的意义。 12 与位错有关的三个力的表达式各是什么？简述其求解原理。 13 柯氏气团是如何形成的？它对材料行为有何影响？ 14 晶体中的界面有何共性？它对材料行为有何影响？

综合题二：凝固、相结构与相图 1 简述合金相的分类，固溶体与纯金属相比，有何结构、性能特点？ 2 固溶体与纯金属的结晶有何异同？ 3 试述匀晶系不平衡结晶的过程（平均成分线的形成、两种偏析） 4 分析共晶系合金典型的不平衡结晶组织及其形成原因。 5 试述含碳量对平衡组织和性能的影响（相含量、形态的变化）。 6说明三元相图的水平截面、垂直截面及投影图的应用。 7 分析两种合金平衡冷却过程，指出其室温组织。 8 指出Fe-Fe3C相图中适合锻造、铸造、冷塑变、热处理加工的成分范围，说明原因。 9 什么是过冷？为何说过冷是凝固的必要条件？ 10分析界面结构和温度梯度对晶体生长形态的影响。 11根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。 12 判断不同温度下晶核半径与自由能变化关系曲线。 13 画图说明成分过冷的形成，成分过冷对晶体生长形状有何影响？ 14 常见的铸锭缺陷有哪些？ 15 液态金属凝固时需要过冷，那么固态金属熔化时是否需要过热？为什么？ 16 谈谈你所了解的凝固新技术及其应用。

综合题三：扩散、塑变与再结晶 1 可不可以说扩散定律实际上只有一个，为什么？ 2 渗碳为什么在奥氏体中而不在铁素体中进行？ 3 在研究纯铁渗碳时，通常假定渗碳气氛的渗碳能力足以使奥氏体的溶碳量达到饱和，且渗碳开始工件表面可迅速获得一个恒定的表面浓度CS, 此浓度在整个过程中维持不变。 （1）结合Fe-Fe3C相图，分别画出纯铁在930℃和800℃渗碳时，渗碳铁棒的成分－距离曲线示意图。 （2）选择温度低于727℃，能否达到渗碳的目的，为什么？ 4 试分析材料强化常用的方法、机制及适用条件。 5 为何晶粒越细、材料的强度越高，其塑韧性也越好？ 6 何谓单滑移、多滑移和交滑移？画出三者滑移线的形貌。 7 试分析单晶体滑移和孪生变形的异同点。 8 某面心立方晶体的可动滑移系为(111)[110]。 （1）指出引起滑移的单位位错的柏士矢量。 （2）若滑移是由纯刃型位错引起的，试指出位错线的方向。 （3）若滑移是由纯螺型位错引起的，试指出位错线的方向。 （4）指出在上述（2）、（3）两种情况下滑移时位错线的滑移方向。 9 若单晶体铜的表面恰为（100），假设晶体可以在各个滑移系上进行滑移，试分析表面上滑移线形貌。若晶体表面为（111）呢？ 10 钨板在1100℃加工变形，锡板在室温下变形，它们的组织结构有何变化？ 11根据形变金属退火后晶粒尺寸与变形量关系示意图， （1）将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制，画出此铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化示意图。 （2）一块纯锡板被子弹击穿，试画出弹孔周围组织变化示意图。 12 热加工和冷加工是如何划分的，分析热加工和冷加工过程中的组织与性能变化。 13 绘出第六章内容结构框图。 14 绘出第七章内容结构框图。 15绘出第八章内容结构框图。

综合题四：固态相变与新型材料 1 固态相变与凝固两过程有何异同？ 2 说明固态相变比液态材料结晶阻力大的原因。 3 说明晶体缺陷促进固态相变形核的原因。 4 描述脱溶转变的相变过程，并建立它与马氏体回火转变过程的联系。 5 再结晶和调幅分解是相变过程吗，为什么？ 6 分析调幅分解的热力学条件。 7 试述马氏体高强度、高硬度的原因。 8 列表说明下列内容。 形成条件 相变类型 组成相 亚结构 性能特点 形貌特征

P P T S

M 板条M 片状M

B B上 B下 9 画图说明A-M转变。 10 谈谈你对组织结构、加工工艺、化学成分和性能四者之间的关系。 11 简述复合材料增强原理。 12 简述复合材料界面结合类型，如何改善界面结合状态。

13 采用一定的方法（框图法、分枝法等）说明本书各章内容之间的联系。 《材料科学基础》作业（一） 1. 写出立方晶系的{112}晶面族所包含的所有晶面。 2. 在立方晶系的四面体中，画图并表示出四面体所包含的 {111} 晶面族的四组晶面。 3. (10) 和 (112) 晶面是否属于同一晶带？为什么？画图表示出晶带轴和晶带面。 4. 分别在三个晶胞中画图表示 [11] 与（110）、[11] 与（01）、（211）与 [211] 晶 向和晶面。 5. 在六方晶系中，画图表示（110）、（010）晶面及 [113] 晶向。并用三坐标系写出其晶向指数及晶面指数。 金属的晶体结构 习题课习题(一) 1． 画出立方晶系{111}晶面族构成的八面体的各晶面指数。 2． 标出下列各晶面和晶向指数：

4. 试绘图说明hcp结构不是一种晶胞（a = b ≠ c ,α＝β＝γ＝90o）空间点阵的原因。 5．求fcc结构中面间距d(111) 、d(110)、d(100)的大小，并指出面间距最大的晶面。 材料科学基础作业（三） 一．填空题

1．位错线与柏氏矢量垂直，该位错为_________ ; 位错线与柏氏矢量平行时为_______位错。 2．无限固溶体永远是________________ ；间隙固溶体永远是_____________ 。 3．位错线在晶体内部可以_________，可以形成_______ ，但不可以中止于________。 4．NaCL和CaF2晶体各属于_________________空间点阵。 5．影响置换固溶体溶解度的因素主要有_____________________________________。 6．在面心立方结构的单胞中，碳原子可以存在位置的坐标是________________，单位晶胞内最多能有_____个碳原子可以溶入单胞内。 7．间隙相和间隙化合物都是由原子半径较小的非金属元素和过渡族元素组成，它们的主要区别是____。 8．刃型位错在切应力的作用下可以进行_________运动；在垂直于半原子面的正应力的作用下可以进行 ____，即半原子面的_____和_____运动；正攀移机制是___________，负攀移机制为__________。 9．在切应力的作用下，当位错在晶体中滑移运动时，刃位错运动方向与b方向_____,与方向_______， 与位错线________；螺型位错线的运动方向与b________,与方向_______，与位错线方向_____。 10．可滑移面是__________，刃型位错的可滑移面有_________个，这是因为________；螺型位错的可 滑移面有_________个，因为_________________________________。 二．写出b＝[00]，位错线运动方向为 [110]位错的可滑移面，并指出是何种类型的位错？ 三．FeAL是电子化合物，具有体心立方结构，试计算其电子浓度值，并画出其晶体结构的单胞。 B P

四．AB线为一混合型位错，其位错线方向和柏氏矢量方向如图所示。

1）试画出P点处的刃型位错和螺型位错分量。 b

2）并说明是正刃还是负刃型位错及半原子面的位置？

A 3）说明是左螺型还是右螺型位错。

Y

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南昌航空大学材料科学基础习题库

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❖ ②比较Cu-10% Sn合金铸件和Cu-30%合金铸件的铸造性能 及铸造组织，说明Cu-10% Sn合金铸件中有许多分散砂眼的 原因。
③ω(Sn}分别为2%，11%和15%的青铜合金，哪一种可进行 压力加工?哪种可利用铸造法来制造机件?
答案
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❖ 9.如下图所示，已知A，B，C三组元固态完全不互溶，质量 分数分别84%A,，10%B，10%C的O合金在冷却过程中将进 行二元共晶反应和三元共晶反应，在二元共晶反应开始时， 该合金液相成分(a点)为60%A，20%B，20%C，而三元共 晶反应开始时的液相成分(E点)为50%A，10%B，40%C。
和结合键有什么关系？为什么许多有序合金
在高温下变成无序？
答案
❖ 5. 试分析H、N、C、B在Fe和Fe中形成固熔
体的类型、存在位置和固溶度（摩尔分数）。
各元素的原子半径如下：H为0.046nm，N为
0.071nm，C为0.077nm，B为0.091nm，Fe
为0.124nm， Fe为0.126 nm。
答案
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❖ 7. 根据图7-9所示的A1-Si共晶相图，试分析图中(a)，(b)，(c)3个金相组 织属什么成分并说明理由。指出细化此合金铸态组织的途径。
答案
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8. 青铜( Cu-Sn)和黄铜C Cu--fin)相图如图7-15(a)，(b)所示:
❖ ①叙述Cu-10% Sn合金的不平衡冷却过程，并指出室温时的 金相组织。
❖ 1.空间点阵与晶体点阵有何区别？
答案
❖ 2.金属的3种常见晶体结构中，不能作为一种空间点阵的是 哪种结构？
答案
❖ 3.原子半径与晶体结构有关。当晶体结构的配位数降低时原 子半径如何变化？
材料科学基础试题及答案

材料科学基础试题及答案

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。

材料科学基础经典习题及答案

材料科学基础经典习题及答案

第一章 材料科学基础1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。

2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。

3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。

4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样，为0.74。

试求镁单位晶胞的体积。

已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=mg ρ，相对原子质量为24.31，原子半径r=0.161nm 。

5.当CN=6时+Na 离子半径为0.097nm ，试问：1) 当CN=4时，其半径为多少？2) 当CN=8时，其半径为多少？6. 试问：在铜（fcc,a=0.361nm ）的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少？7.镍为面心立方结构，其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。

试确定在镍的（100），（110）及（111）平面上12mm 中各有多少个原子。

8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。

试问： 1) 13m 中有多少个硅原子（与氧原子）？2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时，其堆积密度为多少（假设原子是球形的）？9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动，而在900℃时910个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原子）。

10.若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。

试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J ）。

11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。

若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 。

1) 有人认为“此位错环运动移出晶体后，滑移面上产生的滑移台阶应为4个b ,试问这种看法是否正确？为什么？2)指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后，滑移方向及滑移量。

材料科学基础习题及参考答案

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材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业1.举例说明各种结合键的特点。

⑴金属键：电子共有化，无饱和性，无方向性，趋于形成低能量的密堆结构，金属受力变形时不会破坏金属键，良好的延展性，一般具有良好的导电和导热性。

⑵离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，以离子为结合单元，无方向性，无饱和性，正负离子静电引力强，熔点和硬度均较高。

常温时良好的绝缘性，高温熔融状态时，呈现离子导电性。

⑶共价键：有方向性和饱和性，原子共用电子对，配位数比较小，结合牢固，具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点，导电能力差。

⑷范德瓦耳斯力：无方向性，无饱和性，包括静电力、诱导力和色散力。

结合较弱。

⑸氢键：极性分子键，存在于HF，H2O，NF3有方向性和饱和性，键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。

2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。

(213)3. 写出六方晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。

{1120}的等价晶面：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210){1012}的等价晶面：(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112) (1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120]1011<>的等价晶向：[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4立方点阵的某一晶面（hkl ）的面间距为M /，其中M 为一正整数，为晶格常数。