材料科学基础试题及答案

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=D0*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，多晶体塑性形变的微观特点表现为__多⽅式__、__多滑移__和__不均匀性__，由于上述特点，多晶体的塑性变型产⽣__内应⼒__、__加⼯硬化__现象和形成纤维组织、形变组织。

材料科学基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学中，材料的基本组成单元是（）。

A. 分子B. 原子C. 离子D. 电子答案：B2. 金属的塑性变形主要是通过（）来实现的。

A. 弹性变形B. 位错运动C. 相变D. 断裂答案：B3. 在材料科学中，硬度的定义是（）。

A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗磨损的能力C. 材料抵抗压缩的能力D. 材料抵抗拉伸的能力答案：B4. 材料的热处理过程中，淬火的主要目的是（）。

A. 提高硬度B. 增加韧性C. 减少变形D. 提高导电性答案：A5. 以下哪种材料不属于复合材料？A. 碳纤维增强塑料B. 钢筋混凝土C. 不锈钢D. 玻璃钢答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的强度是指材料在受到______作用时，抵抗______的能力。

答案：外力；破坏2. 材料的断裂韧性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。

答案：裂纹存在；断裂3. 材料的疲劳是指材料在______作用下，经过______循环后发生断裂的现象。

答案：交变应力；多次4. 材料的导热性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。

答案：温度梯度；热量传递5. 材料的电导率是指材料在单位电场强度下，单位时间内通过单位面积的______。

答案：电荷量三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述材料的弹性模量和屈服强度的区别。

答案：弹性模量是指材料在弹性范围内，应力与应变的比值，反映了材料抵抗形变的能力。

屈服强度是指材料在受到外力作用下，从弹性变形过渡到塑性变形时的应力值，反映了材料抵抗塑性变形的能力。

2. 描述材料的疲劳破坏过程。

答案：材料的疲劳破坏过程通常包括三个阶段：裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终断裂。

在交变应力作用下，材料内部的微裂纹逐渐扩展，当裂纹扩展到一定程度，材料无法承受继续增加的应力时，就会发生断裂。

3. 什么是材料的热处理？请列举几种常见的热处理方法。

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。

材料科学基础期末试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学中，下列哪项不是材料的基本性质？A. 强度B. 硬度C. 导电性D. 可塑性答案：D2. 金属的塑性变形主要通过哪种机制进行？A. 位错运动B. 晶界迁移C. 扩散D. 相变答案：A3. 陶瓷材料的主要特性是什么？A. 高导电性B. 高塑性C. 高硬度和低热膨胀系数D. 高韧性答案：C4. 以下哪种合金的制备方法不属于固溶合金？A. 钢B. 黄铜C. 铝合金D. 马氏体不锈钢答案：D5. 玻璃材料的主要成分通常是什么？A. 硅酸盐B. 氧化物C. 碳化物D. 氮化物答案：A二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述材料的疲劳现象及其影响因素。

答：材料的疲劳现象是指在低于材料屈服强度的循环载荷作用下，材料发生损伤并最终导致断裂的现象。

影响疲劳的因素包括应力幅度、循环次数、材料的微观结构、环境条件等。

2. 描述金属的腐蚀过程及其防护措施。

答：金属的腐蚀是金属与周围环境发生化学反应，导致材料性能下降的过程。

常见的腐蚀类型有化学腐蚀和电化学腐蚀。

防护措施包括使用耐腐蚀材料、涂层保护、阴极保护等。

3. 解释什么是相变以及它在材料科学中的重要性。

答：相变是指材料在外界条件（如温度、压力）变化下，从一种相态转变为另一种相态的过程。

相变对材料的物理性能和化学性能有重要影响，如钢的淬火和回火过程就是通过相变来改变其微观结构和宏观性能。

三、计算题（每题25分，共50分）1. 给定一个金属棒，其长度为L，截面积为A，材料的杨氏模量为E。

当施加一个力F时，金属棒发生弹性变形，求金属棒的伸长量ΔL。

答：根据胡克定律，ΔL = F * L / (A * E)。

2. 假设一个立方体材料样品在三个正交方向上受到相同的应力σ。

如果材料的泊松比为ν，求该立方体样品在三个方向上的应变ε。

答：根据材料力学的一般关系，εx = εy = εz = σ / E，其中E是杨氏模量。

材料科学基础试题及答案一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷2. 扩散3. 塑性变形4. 应力5. 比热容二、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种材料属于金属材料？A. 玻璃B. 塑料C. 陶瓷D. 铜2. 下列哪种材料属于陶瓷材料？A. 铁B. 铝C. 硅酸盐D. 聚合物3. 下列哪种材料属于高分子材料？A. 玻璃B. 钢铁C. 聚乙烯D. 陶瓷4. 下列哪种材料属于半导体材料？A. 铜B. 铝C. 硅D. 铁5. 下列哪种材料属于绝缘体？A. 铜B. 铝C. 硅D. 玻璃三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述晶体结构的基本类型及其特点。

2. 请简述塑性变形与弹性变形的区别。

3. 请简述材料的热传导原理。

四、计算题（每题15分，共30分）1. 计算一个碳化硅晶体的体积。

已知碳化硅的晶胞参数：a=4.05 Å，b=4.05 Å，c=8.85 Å，α=β=γ=90°。

2. 计算在恒定温度下，将一个100 cm³的铜块加热100℃所需的热量。

已知铜的比热容为0.39J/(g·℃)，铜的密度为8.96 g/cm³。

五、论述题（每题20分，共40分）1. 论述材料科学在现代科技发展中的重要性。

2. 论述材料制备方法及其对材料性能的影响。

答案：一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷：晶体在生长过程中，由于外界环境的影响，导致其内部结构出现不完整或不符合理想周期性排列的现象。

2. 扩散：物质由高浓度区域向低浓度区域自发地移动的过程。

3. 塑性变形：材料在受到外力作用下，能够产生永久变形而不恢复原状的性质。

4. 应力：单位面积上作用于材料上的力。

5. 比热容：单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量。

二、选择题（每题2分，共20分）1. D2. C3. C4. C5. D三、简答题（每题10分，共30分）1. 晶体结构的基本类型及其特点：晶体结构的基本类型有立方晶系、四方晶系、六方晶系和单斜晶系。

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（ )，（），（ )，( ）.15、Fe3C的铁、碳原子比为（)，碳的重量百分数为（），它是( ）的主要强化相。

专业课原理概述部分一、选择题（每题1分，共5分）1. 材料的四大基本性能中，下列哪一项是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力？A. 塑性B. 硬度C. 韧性D. 耐磨性2. 下列哪种晶体结构类型不具有滑移系？A. 面心立方B. 体心立方C. 六方最密D. 简单立方A. 钢铁B. 铝合金C. 玻璃D. 橡胶4. 下列哪个过程是纯金属凝固过程中原子排列从不规则到规则的过程？A. 凝固B. 凝固前沿C. 枝晶生长D. 偏析A. X射线衍射B. 扫描电镜C. 热分析D. 拉曼光谱二、判断题（每题1分，共5分）1. 材料的强度是指材料在外力作用下发生塑性变形的能力。

（错）2. 陶瓷材料的断裂韧性一般较低，因此容易发生断裂。

（对）3. 材料的熔点越高，其热稳定性越好。

（对）4. 晶体中的位错密度越高，材料的强度越高。

（错）5. 材料的疲劳寿命与加载频率成正比。

（错）三、填空题（每题1分，共5分）1. 材料的四大基本性能包括：____、____、____、____。

2. 晶体中原子排列的最小重复单元称为：____。

3. 金属材料在塑性变形过程中，位错的运动方式主要有：____、____、____。

4. 陶瓷材料的烧结过程主要包括：____、____、____。

5. 材料的热处理工艺主要包括：____、____、____。

四、简答题（每题2分，共10分）1. 简述晶体与非晶体的区别。

2. 什么是位错？它在材料中的作用是什么？3. 简述纯金属凝固过程中晶粒长大的驱动力。

4. 什么是材料的疲劳？影响材料疲劳寿命的因素有哪些？5. 简述材料表面改性的目的和方法。

五、应用题（每题2分，共10分）1. 已知某金属的屈服强度为200MPa，求在拉伸过程中，当应力达到150MPa时，该金属的塑性应变是多少？2. 一块玻璃在室温下受到外力作用，为什么容易发生脆性断裂？3. 有一块铝合金，其熔点为660℃，现将其加热至700℃，请分析其组织结构可能发生的变化。

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。

第一章原子排列与晶体结构1.fcc结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为,配位数是，晶胞中原子数为，把原子视为刚性球时，原子的半径r与点阵常数a的关系是；bcc结构的密排方向是，密排面是，致密度为,配位数是，晶胞中原子数为,原子的半径r与点阵常数a的关系是;hcp结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是,致密度为，配位数是,，晶胞中原子数为,原子的半径r与点阵常数a的关系是。

2.Al的点阵常数为0。

4049nm，其结构原子体积是，每个晶胞中八面体间隙数为，四面体间隙数为 .3.纯铁冷却时在912ε发生同素异晶转变是从结构转变为结构，配位数,致密度降低,晶体体积，原子半径发生。

4.在面心立方晶胞中画出晶面和晶向，指出﹤110﹥中位于（111)平面上的方向。

在hcp晶胞的（0001）面上标出晶面和晶向。

5.求和两晶向所决定的晶面。

6 在铅的(100）平面上，1mm2有多少原子？已知铅为fcc面心立方结构，其原子半径R=0。

175×10—6mm.第二章合金相结构一、填空1) 随着溶质浓度的增大,单相固溶体合金的强度，塑性，导电性，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数。

2）影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1）；（2）；（3）；(4）和环境因素。

3) 置换式固溶体的不均匀性主要表现为和.4）按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为和。

5) 无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度，塑性，导电性。

6)间隙固溶体是,间隙化合物是.二、问答1、分析氢，氮，碳，硼在α-Fe 和γ—Fe 中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。

已知元素的原子半径如下：氢：0.046nm,氮：0。

071nm,碳：0.077nm，硼：0.091nm，α-Fe：0.124nm,γ—Fe ：0。

126nm。

2、简述形成有序固溶体的必要条件。

第三章纯金属的凝固1.填空1。