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材料科学基础习题1 ．固体硫有两种晶型( 单斜硫、斜方硫) ，因此硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题。
2 ．图（1 ）是具有多晶转变的某物质的相图，其中DEF 线是熔体的蒸发曲线。
KE 是晶型I 的升华曲线；GF 是晶型II 的升华曲线；JG 是晶型Ⅲ的升华曲线，回答下列问题：(1) 在图中标明各相的相区，并把图中各无变点的平衡特征用式子表示出来。
(2) 系统中哪种晶型为稳定相? 那种晶型为介稳相?(3) 各晶型之间的转变是单向转变还是双向转变?3 ．在SiO2系统相图中，找出两个可逆多晶转变和两个不可逆多晶转变的例子。
4 ．根据Al2O3—SiO2 系统相图说明：(1) 铝硅质耐火材料，硅砖( 含SiO2>98 ％) 、粘土砖( 含Al2O3 35 ～50 ％) 、高铝砖( 含Al2O3 60 ～90 ％) 、刚玉砖( 含Al2O3>90 ％) 内，各有哪些主要的晶相。
(2) 为了保持较高的耐火度，在生产硅砖时应注意什么?(3) 若耐火材料出现40 ％液相便软化不能使用，试计算含40(mol) Al2O3的粘土砖的最高使用温度。
5 ．在CaO-SiO2系统与Al2O3-SiO2系统中SiO2的液相线都很陡，为什么在硅砖中可掺人约2 ％的CaO 作矿化剂而不会降低硅砖的耐火度，但在硅砖中却要严格防止原料中混入Al2O3 否则会使硅砖耐火度大大下降。
6 ．加热粘土矿物高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O) 至600 ℃时，高岭石分解为水蒸气和Al2O3·2SiO2，继续加热到1595 ℃时会发生什么变化？在这温度下长时间保温达到平衡，系统的相组成如何？当系统生成40 ％液相时，应达到什么温度？在什么温度下该粘土完全熔融?7 ．图（２）是最简单的三元系统投影图，图中等温线从高温到低温的次序是t 6 >t 5 >t 4 >t 3 >t 2 >t 1 根据此投影图回答：(1) 三个组分A 、B 、C 熔点的高低次序是怎样排列的。
2011年一、解释以下概念与术语（每小题10分，共50分）1．扩散相变，切变型相变2．热脆、冷脆3．交滑移、攀移4．直线法则、重心法则5．过冷度、动态过冷度6.致密度7.同素异晶，多晶形8.晶界内吸附9.固溶强化，弥散强化11.枝晶偏析12.莱氏体、低温莱氏体13.再结晶、二次再结晶二、简答1、何谓上坡扩散，用扩散驱动力加以说明。
2、什么是相？从两个方面回答平衡时、非平衡时。
3、用柯氏气团理论解释低碳钢存在的屈服平台现象/应变时效现象。
4、试述形成置换固溶体的条件和影响置换固溶体溶解度的因素。
5、什么是弥散强化？影响弥散强化的因素，用位错观点解释弥散强化实质机制。
6、影响扩散的因素，渗碳为什么在r-Fe中而不在a-Fe进行？7、在浓度三角形中，平行于三角形某一边的的直线有什么意义？通过三角形顶点的任意直线有什么意义？三、分析1、（共30分）C相图(二重)。
（7分）1)．默写Fe-Fe32)．分析1.2%C铁碳合金的结晶过程。
（8分）3)．计算1.2%C铁碳合金室温下，平衡组织组成的相对质量和相组成的相对重量。
（10分）4)．绘出1.2%C铁碳合金室温下的平衡组织。
（5分）2、（共20分）如图1所示俩个被钉扎住的刃型位错A-B和C-D，它们的长度x 相同，且具有相同的柏氏矢量，每个位错都可作为弗兰克-瑞德源。
1)假定俩个位错正在扩大，试问俩个位错环相遇时是形成钉扎还是形成一个更大的位错源？为什么？（10分）2)如果能形成一个更大的位错源，试问使该位错源运动所需的临界切应力应多大？（10分）图13、什么是公切线法则？推导？4、从扩散系数D=Dexp(-Q/RT) 分析说明影响扩散的因素有哪些？5、影响烧结的因素有哪些？具体展开说，6条。
6. 某面心立方滑移系｛111｝，试画出（111）晶面上的【-110】晶向，给出引起滑移的单位柏氏矢量。
如果滑移是刃形位错引起的，指出位错方向和位错滑移方向？假定作用在该位错上的的切应力为。
材料科学基础试卷—填空题(20)1、在晶体学屮，所有的晶体均可归纳为______ 个晶系屮， _____ 种布拉菲点阵,所有空间点阵又可归于_____ 晶族,通过宏观对称要素分析，晶体可能存在的对称类型(点群)有________ 种。
(7、14、3、32)2、晶体的对称要素要宏观对称要素和微观对称要素之分，宏观对称要素包括：_____ 、_____ 、_____ 、______ 等，围观对称要素包括 _____ 、______ 等。
(回转对称轴、对称面、对称屮心、回转■反演轴；滑动面、螺旋轴) 3、缺陷亏归纳为______ 缺陷、 ______ 缺陷和_____ 缺陷三类，位错属于_______缺陷，其最重要最基本的形态有_____ 位错和______ 位错两种，也有介于他们之间的_____ 位错。
(点、线、面；线；刃型、螺型；混合型)4、根据溶质原子在晶体点阵中的位置，可以讲固溶体分为三类：分别是________固溶体、_____ 固溶体和______ 固溶体。
(置换、间隙、缺位)二选择题(30)1、镜像指数与晶面指数满足条件［hkl］丄(hkl)的晶系为：(A)A.只有立方晶系B.立方晶系与正交晶系C.只有正交品系2、原子半径的大小与键的性质肓接相关。
不同的键型，原子半径也不相同。
其中，可以用键长的一般表示为：(A)A.共价半径、范德瓦尔斯半径B.金属半径、离子半径C.共价半径、离子半径3、密排六方和面心立方结构密排面上院子的堆垛方式为：(A)A.ABAB ......., ABC ABCB.ABCABC ,ABABC.ABCABC ,ABCABC4、金属晶体中最典型的结构是：(A)A.面心立方、体心立方、密排六方B.面心立方、简单立方、密排六方C.面心立方、提心四方、密排六方5、正离子配位数通常有正负离子半径比确定，因此：(A)A.配位多面体是八面体时，正、负离子半径比应处于0.414〜0.732范围B.正离子配位数为6时，正、负离子半径比处于0.225〜0.414范围C.正、负离子半径比处于0.732〜1.0范围时，配位多面体是四面体6、缺陷的特征是：(B)A. 不随外界条件的改变而变动，也不会合并和消失B. 随着各种条件的改变而不断变动，有些可以产生、发展、运动、交互 作用、合并和消失C. 随着各种条件的改变而不断变动，但不产生交互作用，不会合并和消 失7、设AG 为氧化物M0的肖特基缺陷形成自由焙变化，则对该体系中由肖特基 缺陷形成的［V M ］和［Vo ］空位的总浓度［V ］的计算式为(C)8、 位错最重要的性质之一是它可以在晶体中运动，其中：(C)A. 刃型位错不引起剪切畸变，也不引起体积的膨胀和收缩，螺型位错反 之B. 刃型位错引起压缩变形，螺型位错引起体积的碰撞C.螺型位错只引起剪切畸变，而不引起体积的膨胀和收缩，刃型位错反 之9、 位错滑移与攀移所需驱动力的性质可分别描述为：(C) A. 弹性力；化学力与切应力 B. 化学力与切应力；弹性力C. 切应力；化学力与弹性力10、 固体表面力源自于：(A)A. 固体表面质点排列的周期性屮断，力场对称性破坏，表现出的剩余键 力B. 固体表面的不均匀性，外界物质容易填入台阶处而表现岀的吸引力C. 固体表面由于大量位错露头的存在，产生了表面缺陷，改变了表面势 场而出现的作用力11、 I 古I 溶体特点是掺入外来杂质原子后原来的晶体结构不发生转变，但点阵畸变，性能变化。
《材料科学基础》试题A卷1.画出面心立方中的最密排晶面、晶向，并在晶胞图中画出最密排晶面、晶向（必须标明坐标系）（5分）2.解释什么是组织组成与相组成，根据Pb-Bi相图回答下列问题：（15分）设X合金平衡凝固完毕时的相组成物为β和(Bi)，其中β相占80%，则X合金中Bi组元的含量是多少？Pb-42%Bi合金非平衡凝固后得到何种非平衡组织？3.如图所示的三元相图的投影图：（10分）写出这个三元系的四相平衡反应式；指出这个三元系中1合金的成分并分析其结晶过程；4.固溶体合金的性能与纯金属比较有何变化？（5分）5.位错对材料性能有何影响。
（10分）6.解释大角晶界，晶界非平衡偏聚。
晶界能对材料性能有何影响？（10分）7.解释滑移与孪生，写出FCC单晶体的一个滑移系，如何解释多相固溶体合金中弥散第二相对材料的强化？变形后金属组织与性能变化如何？（15分）9. 什么是再结晶织构与再结晶全图，冷变形金属在加热时进行回复与再结晶后晶粒长大的驱动力是什么，铜的熔点为1083℃，在冷变形后的工业纯铜板上取三个试样，第一个试样加热到200℃，第二个试样加热到500℃，第三个试样加热到800℃，各保温一小时，然后空冷。
试画出各试样热处理后的显微组织示意图，说明它们在强度和塑性方面的区别及原因。
（20分）10. 固体材料中原子扩散驱动力是什么，温度、晶体结构、晶体缺陷对扩散有何影响？（10分）B卷1. 画出体心立方中的最密排晶面、晶向，并在晶胞图中画出最密排晶面、晶向（必须标明坐标系）（5分）2. 解释什么是伪共晶和离异共晶，根据Pb-Bi相图回答下列问题：（15分）设X合金平衡凝固完毕时的组织为(Bi)初晶+[ +（Bi）]共晶，且初晶与共晶的百分含量相等，则此合金中Pb组元的含量是多少？Pb-30%Bi合金非平衡凝固后得到何种组织？3. 分析如图所示的三元相图：（10分）写出这个三元系的四相平衡反应式；指出这个三元系中2合金的成分并分析其结晶过程；4. 比较金属间化合物与纯金属性能有什么区别？（5分）5. 位错对材料性能有何影响？（10分）6. 解释小角晶界，晶界平衡偏聚。
可编辑修改精选全文完整版硕士学位研究生入学考试试题考试科目：材料科学基础一、解释下列名词（30分，每题2分）(1) 交滑移 （2）位错 （3）固溶强化 （4）共析转变（5）加工硬化 （6）配位数 （7）伪共晶 （8）枝晶偏析(9) 上坡扩散 （10）合金 （11）金属键 （12）晶胞（13）过冷度 （14）结构起伏 （15）同素异晶转变二、填空题（50分，每空1分）1三种常见的金属晶格分别为（ ），（ ）和（ ）。
2 当金属结晶时，细化晶粒的方法有（ ），（ ），（ ）。
3 合金的固态相结构包括两大类，一类是（ ），另一类是（ ）。
4 金属材料在常温下的塑性变形方式主要有两种，分别是（ ），（ ）。
5 材料质点之间的键合（化学键）分为四类，分别是（ ），（ ），（ ）和（ ）。
6 根据Fe —Fe 3C 相图，三次渗碳体、二次渗碳体、一次渗碳体的最大相对重量分别为（ ），（ ），（ ）。
7 二元相图的基本类型分为三大类，分别是（ ），（ ），（ ）。
8 工业纯铁、亚共析钢、共析钢和过共析钢的含碳量范围分别为（ ），（ ），（ ），（ ）。
9 写出四种强化材料的手段（ ），（ ），（ ），（ ）。
10位错有两种基本类型，分别是（ ）、（ ）。
11 面心立方金属晶格的密排晶面指数为（ ），密排晶向指数为（ ），配位数为（ ），致密度为（ ），一个晶胞中四面体间隙个数为（ ），八面体间隙个数为（ ），间隙原子溶入（ ）间隙中，滑移系的个数为（ ）。
12 冷变形金属在加热过程中发生（ ）、（ ）和 （ ）长大等过程。
13 在二元合金相图中，根据相律，两个单相区必然交于（）点，两个单相区之间必然存在一个（ ）相区，三相平衡时，系统的自由度等于（ ），说明转变（ ）和三个相的（ ）都是恒定的。
14 当对金属材料进行冷塑性变形时，随着变形量的增加，对材料的力学性能影响规律为：（ ）和（ ）升高，（ ）和（ ）下降。
材料科学基础考研真题材料科学是一个多学科交叉的领域，涉及化学、物理、力学等多个学科的知识。
考研真题是考试中非常重要的参考资料，通过解析真题可以更好地理解考试的出题思路和考点分布，为备考提供有效的指导。
本文将以材料科学基础考研真题为题材，进行相关内容的讨论。
一、背景介绍材料科学是一门研究材料的结构、性质、制备和应用的学科，包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料等。
材料科学基础是材料科学学科的核心基础，对于深入理解材料的本质和应用有着重要的意义。
二、真题解析【题目一】某种金属材料的晶胞中，每个原子占据一个晶胞，则该金属材料的密度为ρ，原子的半径为r。
下列哪个关系成立？A. ρ ∝ 1/r²B. ρ ∝ r²C. ρ ∝ 1/r³D. ρ ∝ r³解析：根据题干可知，该金属材料的密度与原子的半径有关。
根据晶胞中每个原子占据一个晶胞，可推导出该晶胞体积与原子半径的立方成反比关系，即晶胞体积V ∝ 1/r³。
因为密度ρ等于质量m除以体积V，所以ρ ∝ 1/r³，故选项C为正确答案。
【题目二】某种材料的力学性能随温度的变化规律如下：在低温下，材料的塑性较差；随着温度的升高，材料的塑性逐渐增强，但超过一定温度后，塑性急剧下降至接近零。
这种材料的晶界特点是：A. 低温下晶界能量较高，高温下晶界能量较低B. 低温下晶界能量较低，高温下晶界能量较高C. 低温下晶界能量较高，高温下晶界能量不变D. 低温下晶界能量较低，高温下晶界能量不变解析：根据题干可知，随着温度升高，材料的塑性先增强后急剧下降。
这种现象与材料的晶界特点有关。
晶界是晶体中两个晶粒的交界面，是位错和原子位移的堆垛面。
在低温下，晶界能量较高，位错较固定，阻碍了位错的滑移，从而降低了材料的塑性；而在高温下，晶界能量降低，位错的滑移易于发生，增强了材料的塑性。
然而，当温度超过一定值后，晶界能量突然增高，原因是晶界形成了高能的界面，使得晶体内部的位错难以穿越晶界，从而使材料的塑性急剧下降至接近零。
[1/4]试题五一、填空题1，密排六方结构（等径球堆积）单位晶胞中分子数是（）配位数是（）。
2，Fick扩散第二定律的一维表达式为（）。
3，当晶核剂和晶核具有（）时，对核化最有利。
4，广义材料腐蚀是指材料由于（）而引起的破坏和变质过程。
5，烧结中后期所伴随的（）等，决定了材料显微结构的形成，也决定了材料最终的性质或性能。
6，固态物质的反应活性通常（）当反应之一存在多晶转变时则转变温度通常也是（）。
7，从熔融态向玻璃态转化的过程是可逆的和渐变的，是在（）范围内完成，无固定熔点。
8，刃位错的柏氏矢量与位错线呈（）关系。
二、晶体结构-性质关系1，根据下图的萤石结构图回答下列问题：（1）指出萤石结构中正负离子堆积方式（两种方式）；（2）写出结构中正负离子的配位数及其配位多面体；[2/4]（3）Ca2+离子的配位多面体之间是如何连接的？（4）在结构中标示相互平行的同号离子层，分析萤石晶体的解理性。
2、根据Si/O比例不同划分硅酸盐结构类型。
三、晶体结构缺陷1，晶体A属于体心立方空间点阵，若原子B溶入A晶格的定点位置形成置换型固溶体（全部取代），那么其成分可能是AB还是AB3？为什么？2，Al2O3掺入到MgO中，请写出两个合理的方程，并写出对应的固溶体化学式。
四、从熔体结构角度，估计长石、辉石（Mg.SiO2）、美橄榄石三种矿石的高温熔体表面张力大小顺序，并分析它们形成玻璃的能力。
五、1，氧化铝瓷件表面上涂银后，烧到1000度时，已知r(Al2O3，固)=1J/m2;r(Ag，液)=0.92J/m2；r(Ag，液/Al2O3，固)=1.77J/m2，试问液态银能否润湿氧化铝瓷件表面？可以用什么方法改善它们之间的润湿性？[3/4]请提出一种最有可能实现的措施。
2，根据威尔的表面双电层理论，某些化合物表面可能由负离子组成，正离子被负离子所屏蔽。
已知PbI2的表面能为1.3X10-5J/cm2，CaF2的表面能为2.5X10-4J/cm2，请断PbI2和CaF2表面双电层厚度的大小，并解释产生的原因。
武汉理工大学考研习题及答案材料科学基础科目武汉理工大学考研习题及答案--材料科学基础科目第1页共27页第1页共27页材料科学基础习题1．固体硫有两种晶型(单斜硫、斜方硫)，因此硫系统可能有四个相，如果某人实验得到这四个相平衡共存，试判断这个实验有无问题。
2．图（1）就是具备多晶转型的某物质的波谱，其中def线就是熔体的冷却曲线。
ke 就是晶型i的升华曲线；gf就是晶型ii的升华曲线；jg就是晶型ⅲ的升华曲线，提问以下问题：(1)在图中标明各相的相区，并把图中各无变点的平衡特征用式子表示出来。
(2)系统中哪种晶型为稳定相?那种晶型为介稳相?(3)各晶型之间的转变是单向转变还是双向转变?3．在sio2系统波谱中，找到两个对称多晶转型和两个不可逆多晶转型的例子。
4．根据al2o3―sio2系统波谱表明：(1)铝硅质耐火材料，硅砖(含sio2>98％)、粘土砖(含al2o335～50％)、高铝砖(含al2o360～90％)、刚玉砖(含al2o3>90％)内，各有哪些主要的晶相。
(2)为了保持较高的耐火度，在生产硅砖时应注意什么?(3)若耐火材料出现40％液相便软化不能使用，试计算含40(mol)al2o3的粘土砖的最高使用温度。
5．在cao-sio2系统与al2o3-sio2系统中sio2的液相线都很陡峭，为什么在硅砖中可以拌人约2％的cao作矿化剂而不能减少硅砖的耐火度，但在硅砖中却必须严苛避免原料中混进al2o3否则可以并使硅砖耐火度大大上升。
6．冷却粘土矿物高岭石(al2o32sio22h2o)至600℃时，高岭石水解为水蒸气和al2o32sio2，稳步冷却至1595℃时会出现什么变化？在这温度下长时间保温达至均衡，系统的二者共同组成如何？当系统生成40％液相时，应当达至什么温度？在什么温度下用粘土全然熔融?7．图（２）就是最简单的三元系统投影图，图中等温线从高温至低温的次序就是t6>t5>t4>t3>t2>t1根据此投影图提问：(1)三个组分a、b、c熔点的高低次序是怎样排列的。
上海大学材料科学基础考研真题一、选择题1. 下列元素中，具有最高的密度的是：A. 铁B. 铝C. 铅D. 镁2. 下列关于晶体结构的说法中，错误的是：A. 金属晶体的原子排列是紧密堆积的B. 离子晶体的原子间距离小于共价晶体C. 分子晶体的构成单位是分子D. 非晶态无定形材料的原子排列无规则性3. 下列关于材料的热胀系数的说法中，错误的是：A. 热胀系数与材料的密度无关B. 金属的热胀系数一般较小C. 线热胀系数和体热胀系数的数值大小相同D. 热胀系数为正值表示材料随温度的升高而膨胀4. 对于一般材料的正温度系数应满足下列要求：A. 必须保证材料在正温度系数条件下具有良好的导热性能B. 必须保证材料在正温度系数条件下具有良好的导电性能C. 必须保证材料在正温度系数条件下具有良好的耐腐蚀性能D. 必须保证材料在正温度系数条件下具有良好的热膨胀性能二、填空题1. 高聚物材料通常是由聚合产生的________。
2. 金属的晶体结构一般为________。
3. 水的沸点是在常压下________摄氏度。
4. 绝大多数材料的导热能力都随________而增强。
三、简答题1. 请简述铁、铝、铅、镁这四种金属的特点及应用。
答：铁是一种常见的金属材料，密度较大，强度高，磁性强，广泛应用于建筑、机械制造等领域。
铝是一种轻金属，密度较小，耐腐蚀能力强，导电和导热性能好，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
铅是一种具有重金属特性的材料，密度极大，延展性好，广泛用于电池制造、防辐射材料等领域。
镁是一种轻金属，密度较小，强度高，具有良好的耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。
2. 请简述金属、离子和分子晶体的特点及应用。
答：金属晶体由金属原子通过金属键紧密堆积而成，具有高导电、高导热、高延展性等特点，广泛应用于电子、建筑、交通等领域。
离子晶体由阳离子和阴离子通过离子键排列而成，具有高熔点、脆性等特点，广泛应用于陶瓷、玻璃等领域。
16. 简述金属固态扩散的条件。
答：⑴扩散要有驱动力一一热力学条件，化学势梯度、温度、应力、电场等。 ⑵扩散原子与基体有固溶性一一前提条件； ⑶足够高温度一一动力学条件；⑷足够长的时间一一宏观迁 移的动力学条件 17. 何为成分过冷？它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响？
答：成分过冷：在合金的凝固过程中，虽然实际温度分布一定，但由于液相中溶质分布发生了变化，改 变了液相的凝固点，此时过冷由成分变化与实际温度分布这两个因素共同决定， 这种过冷称为成分过冷。 成分过冷区的形成在液固界面前沿产生了类似负温度梯度的区域， 使液固界面变得不稳定。 当成分过冷 区较窄时，液固界面的不稳定程度较小，界面上偶然突出部分只能稍微超前生长， 使固溶体的生长形态 为不规则胞状、伸长胞状或规则胞状；当成分过冷区较宽时，液固界面的不稳定程度较大，界面上偶然 突出部分较快超前生长，使固溶体的生长形态为胞状树枝或树枝状。 所以成分过冷是造成固溶体合金在 非平衡凝固时按胞状或树枝状生长的主要原因。 18. 为什么间隙固溶体只能是有限固溶体，而置换固溶体可能是无限固溶体？
答：这是因为当溶质原子溶入溶剂后，会使溶剂产生点阵畸变，引起点阵畸变能增加，体系能量升高。 间隙固溶体中，溶质原子位于点阵的间隙中，产生的点阵畸变大，体系能量升高得多；随着溶质溶入量 的增加，体系能量升高到一定程度后，溶剂点阵就会变得不稳定，于是溶质原子便不能再继续溶解，所 以间隙固溶体只能是有限固溶体。 而置换固溶体中，溶质原子位于溶剂点阵的阵点上， 产生的点阵畸变 较小；溶质和溶剂原子尺寸差别越小，点阵畸变越小，固溶度就越大；如果溶质与溶剂原子尺寸接近， 同时晶体结构相同，电子浓度和电负性都有利的情况下，就有可能形成无限固溶体。 19. 在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下，纯金属凝固时界面形貌如何？同样条件下，单相 固溶体合金
凝固的形貌又如何？分析原因
答：正的温度梯度指的是随着离开液一固界面的距离 Z的增大，液相温度T随之升高的情况，即吏 dZ
在这种条件下，纯金属晶体的生长以接近平面状向前推移， 这是由于温度梯度是正的， 当界面上偶尔有 凸起部分而伸入温度较高的液体中时， 它的生长速度就会减慢甚至停止， 周围部分的过冷度较凸起部分 大，从而赶上来，使凸起部分消失，这种过程使液一固界面保持稳定的平面形状。固溶体合金凝固时会 产生成分过冷，在液体处于正的温度梯度下， 相界面前沿的成分过冷区呈现月牙形， 其大小与很多因素 有关。此时，成分过冷区的特性与纯金属在负的温度梯度下的热过冷非常相似。 可以按液固相界面前沿 过冷区的大小分三种情况讨论：⑴当无成分过冷区或成分过冷区较小时，界面不可能出现较大的凸起， 此时平界面是稳定的，合金以平面状生长，形成平面晶。⑵当成分过冷区稍大时，这时界面上凸起的尖 部将获得一定的过冷度，从而促进了凸起进一步向液体深处生长， 考虑到界面的力学平衡关系，平界面 变得不稳定，合金以胞状生长，形成胞状晶或胞状组织。⑶当成分过冷区较大时，平界面变得更加不稳 定，界面上的凸起将以较快速度向液体深处生长，形成一次轴，同时在一次轴的侧向形成二次轴，以此 类推，因此合金以树枝状生长，最终形成树枝晶。 20. 纯金属晶体中主要的点缺陷类型是什么？试述它们可能产生的途径？
答：纯金属晶体中，点缺陷的主要类型是空位、 间隙原子、空位对及空位与间隙原子对等。 产生的途径： ⑴依靠热振动使原子脱离正常点阵位置而产生。 空位、间隙原子或空位与间隙原子对都可由热激活而形 成。这种缺陷受热的控制，它的浓度依赖于温度，随温度升高，其平衡态的浓度亦增高。⑵冷加工时由 于位错间有交互作用。 在适当条件下，位错交互作用的结果能产生点缺陷， 如带割阶的位错运动会放出 空位。⑶辐照。高能粒子（中子、 粒子、高速电子）轰击金属晶体时，点阵中的原子由于粒子轰击 而离开原来位置，产生空位或间隙原子。 21. 简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并如何区分冷热加工？动态再结晶与静态再结晶后的组 织结构的主
要区别是什么？ 答：一次再结晶的驱动力是基体的弹性畸变能， 而二次再结晶的驱动力是来自界面能的降低。 再结晶温 度是区分冷热加工的分界线。 动态再结晶后的组织结构虽然也是等轴晶粒， 但晶界呈锯齿状， 晶粒内还 包含着被位错缠结所分割的亚晶粒， 这与静态再结晶后所产生的位错密度很低的晶粒不同， 故同样晶粒 大小的动态再结晶组织的强度和硬度要比静态再结晶的高。动态再结晶后的晶粒大小与流变应力成正 比。此外，应变速率越低，形变温度越高，则动态再结晶后的晶粒越大，越完整。 22. 纯金属凝固、单相固溶体正常凝固时，是否会出现成分过冷？为什么？
答：⑴不会，因为纯金属凝固时，液固界面前沿没有溶质积聚，无边界层存在。 ⑵不会，单相固溶体正常凝固时的液相成分是均匀的，属于完全混合，没有边界层的存在，因此不会产 生成分过冷。
1. 2. 答：
3.
组织：指的是在外界因素、成分等条件一定的情况下，组成合金的不同成分、结构和性能的相的总 体。 请说出常见的三种类型金属晶体结构的任一晶体结构的间隙种类、位置、多少及相对大小 见表格总结 什么是间隙固溶体？形成条件？ 当原子半径比较小的非金属元素作为溶质溶入金属或化合物的溶剂中时， 这些小的溶质原子不占有 溶剂点阵中的阵点位置，而是位于间隙位置，形成间隙固溶体。条件：①溶剂：大多数是过渡族元素；
溶质：一般是原子半径小于的非金属元素，如碳、氮、氧、氢、硼等。②保证 R 41% ③电负性相 差不大。 4. 间隙化合物结构有何特点？常见的类型有哪些？
答： R 30%~41% ;电负性相差较大；间隙化合物具有复杂的晶体结构，常见类型：① M 3C 型，
FesC ;② M 7C3 型；③ M 23C6 型；④ M eC 型
5. 晶内偏析和正常偏析的形成原因？冷却速度对它们有何影响？ 答：晶内偏析为显微偏析的一种，它是在固溶
体合金凝固速度较快时，由于原子扩散不充分，使晶粒的 开始形成部分和最后形成部分的化学成分不一致， 从而在一个晶粒内部出现了成分不均匀的现象。 偏析与合金的冷却速度有关，冷却速度越快，原子扩散越难，晶内偏析越严重。但是，若将合金以很快 的速度冷却，直接过冷到固相线以下，反而不会产生晶内偏析，结晶出成分均匀的固溶体。正常偏析为 宏观偏析的一种， 它是由于合金不平衡结晶时， 液固相界面前沿液体中的原子混合不充分， 在相界面前 沿产生了原子的再分布，形成了原子富集峰。合金凝固速度越快，液体原子混合越差，原子富集峰则越 高，凝固以后在整个合金的范围内出现成分不均匀的现象。 由于溶质原子浓度随合金试棒长度方向的分 布符合正常凝固方程，因此将这种偏析称为正常偏析。冷却速度对正常偏析的影响，冷却速度越快，液 体原子混合越差，形成的原子富集峰越高。由于两相在相界面处的局部平衡，使界面固相浓度也升高， 凝固以后的合金浓度偏离原始合金浓度的程度反而越小，正常偏析减小。 间隙相是由金属元素与非金属元素在负电性相差较大时，且原子半径比小于时形成的中间相，它的 晶体结构比较简单， 并与两组元的晶体结构不同， 尽管它的脆性大， 但由于具有很高的硬度和熔点， 是合金工具钢中的主要强化相。 冷变形金属经回复以后，力学性能和物理性能的变化主要是内应力和电阻下降。加热时发生的再结 晶的驱动力是储存能，它的形核主要机制是凸出形核、亚晶合并形核、亚晶界迁移形核三种，再结 晶以后，力学性能的变化是强度、硬度下降和塑性、韧性提高。 阐明单相固溶体的加工硬化的强化机制。
晶内 6. 7. 8. 答：加工硬化是指固溶体合金随着冷塑性变形量的增加， 强度和硬度升高的现象。 加工硬化是由于位错 的不
断增殖以及位错之间和位错与晶界之间的交互作用导致位错的滑移受阻所致。 在外力作用下， 当外 力分解到滑移面及滑移方向上的分切应力达到临界分切应力时， 固溶体中的各种位错增殖源不断陆续开 动，增殖出大量位错，使位错密度迅速增加。①由于位错密度的增加，位错之间会发生交割而产生大量 的割阶和扭折，割阶往往会阻碍位错的滑移。②位错之间还会发生反应，生成许多固定位错，这些固定 位错不仅自身难以运动，同时作为障碍也会阻碍其他位错的运动。 9. 为什么凝固过程中会出现边界层？
答：根据相图，固相从液相中结晶时，成分与液相不同，因此在结晶过程中不断排除溶质原子，导致在 液一固界面液相侧溶质原子积聚。 此时原子的运动路线是固相一界面一液相。 开始时，固相中排除的原 子比从界面层向液相排出的原子多， 导致界面层上溶质原子浓度升高， 此时称为初瞬态。当溶质原子在 界面层上的浓度高达一定程度时，达到动态平衡，即从固相到界面与从界面到液相中的原子流量相同， 此时在液固相间形成了一定溶质原子浓度高于液相的过渡层，称为边界层。 10. 分别叙述平衡分配系数和有效分配系数的物理意义。
非平衡凝固时，当边界层建立后，边界固相侧溶质浓度和边界以外的液相中的溶质浓度之比。 11. 试比较单晶铜和多晶铜的塑性变形特点。
答：⑴单晶铜塑性变形能力呈各向异性，而多晶铜呈各向同性。⑵单晶铜的应力应变水平低于多晶铜， 因而单晶铜易滑移，多晶铜滑移困难。⑶单晶铜滑移时，首先是由一组滑移系启动，而多晶铜滑移时， 是多个晶粒、多个滑移系协同作用，因此单晶铜滑移有三个阶段，而多晶铜不出现第一阶段。 12. 何谓上坡扩散？其产生条件是什么？
答：溶质原子自低浓度处向高浓度处迁移的现象，称为上坡扩散。从热力学角度来看，扩散是由于化学 势的不同而引起的，各组元的原子总是由高化学势区向低化学势区扩散， 扩散的真正驱动力不是浓度梯 度而是化学势梯度。 13. 画出Frank_Read源位错增殖过程示意图。
14. 扩展位错：由一个全位错分解成两个不全位错，中间夹着一片堆垛层错区的整个位错组态称为扩展 位错
15. 冷加工纤维组织：金属冷塑性变形时，随着变形量的增大，等轴晶粒沿变形方向被拉长，塑性夹杂 物也沿变
形方向被拉长，脆性夹杂物沿变形方向被碎化并呈点链状分布，这种组织称为冷加工纤维 组织。 16. 比较间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点。
答：
合金相 R 电负性差 相的种类 相同点 间隙化合物 30%~41% 较大 化合物 都是小的非金属 原子
溶解到大的 过渡族金属 间隙相 >41% 较大 化合物
间隙固溶体 >41% 不大 固溶体
17. 说明影响冷塑性变形金属再结晶的主要因素及其对再结晶速度的影响。 答：温度：温度升高，再结晶速度
快； 变形程度：冷变形程度大，储存的能量多，再结晶速度快； 原始晶粒尺寸：晶粒越小，能量越高，易形核，再结晶速度快； 微量溶质原子：微量溶质原子阻碍再结晶； 分散相粒子：大粒子促进再结晶，小粒子阻碍再结晶。
