材料科学基础试试题库（内附部分自己整理答案）

材料科学基础试试题库（内附部分⾃⼰整理答案）

《材料科学基础》试题库

⼀、选择1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中 __C___。

A、两组元的原⼦尺⼨不同

B、仅⼀组元的扩散

C、两组元的扩散速率不同

2、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 __B___。

A、单相区中

B、两相区中

C、三相平衡⽔平线上

3、铸铁与碳钢的区别在于有⽆ _A____。

A、莱⽒体

B、珠光体

C、铁素体

4、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

5、在置换型固溶体中，原⼦扩散的⽅式⼀般为 __C___。

A、原⼦互换机制

B、间隙机制

C、空位机制

6、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 _B____。

A、肖脱基缺陷

B、弗兰克尔缺陷

C、线缺陷

7、理想密排六⽅结构⾦属的c/a为 __A___。

A、1.6

B、2×√(2/3)

C、√(2/3)

8、在三元系相图中，三相区的等温截⾯都是⼀个连接的三⾓形，其顶点触及 __A___。

A、单相区

B、两相区

C、三相区9、有效分配系数Ke表⽰液相的混合程度，其值范围是 _____。（其中Ko是平衡分配系数）

A、1

B、Ko

C、Ke

10、⾯⼼⽴⽅晶体的孪晶⾯是 _____。

A、{112}

B、{110}

C、{111}

11、形成临界晶核时体积⾃由能的减少只能补偿表⾯能的 ___B__。

A、1/3

B、2/3

C、3/4

12、⾦属结晶过程中（ C ）：

a、临界晶核半径越⼤，形核越易；

b、临界晶核形成功越⼤，形核越易；

c、过冷度越⼤，形核越易；

d、均质形核⽐⾮均质形核容易。

13、三元相图中（）：

a、垂直截⾯图上可应⽤杠杆定律；

b、垂直截⾯图上三相区域为直边三⾓形；

c、四相共晶反应平⾯在成份投影图上为曲边四边形；

d、四相反应为等温反应。

14、

三、判断正误(每⼩题1分，共10分)

正确的在括号内画“√”，错误的画“×”1. ⾦属中典型的空间点阵有体⼼⽴⽅、⾯⼼⽴⽅和密排六⽅三种。 ( x)

2. 作⽤在位错线上的⼒F的⽅向永远垂直于位错线并指向滑移⾯上的未滑移区。( 0 )

3. 只有置换固溶体的两个组元之间才能⽆限互溶，间隙固溶体则不能。( 0 )

4. ⾦属结晶时，原⼦从液相⽆序排列到固相有序排列，使体系熵值减⼩，因此是⼀个⾃发过程。 ( x )

5. 固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔGB ＜0、结构起伏和能量起伏。(x )

6. 三元相图垂直截⾯的两相区内不适⽤杠杆定律。 ( 0 )

7. 物质的扩散⽅向总是与浓度梯度的⽅向相反。 ( x )

8. 塑性变形时，滑移⾯总是晶体的密排⾯，滑移⽅向也总是密排⽅向。( 0 )

9. 和液固转变⼀样，固态相变也有驱动⼒并要克服阻⼒，因此两种转变的难易程度相似。( x)

10. 除Co以外，⼏乎所有溶⼊奥⽒体中的合⾦元素都能使C曲线左移，从⽽增加钢的淬透性。 ( x )四、简答1、简述⼯程结构钢的强韧化⽅法。（20分）

2、简述Al-Cu⼆元合⾦的沉淀强化机制（20分）

强化机制是AL与CU⾏成置换固熔体增⼤其位错运动阻⼒，达到提⾼其强度和硬度的作⽤所以其强化机制叫：固溶强化3、为什么奥⽒体不锈钢（18-8型不锈钢）在450℃～850℃保温时会产⽣晶间腐蚀？如何防⽌或减轻奥⽒体不锈钢的晶间腐蚀？

室温下碳元素在奥⽒体的溶解度很⼩，约0．02-0．03％ (质量分数)，⽽⼀般奥⽒体钢中含碳量均超过0．02-0．03％，因此只能在淬⽕状态下使碳固溶在奥⽒体中，以保证钢材具有较⾼的化学稳定性。但是这种淬⽕状态的奥⽒体钢当加热到450～850~(2或在该温度下长期使⽤时，碳在奥⽒体中的扩散速度⼤于铬在奥⽒体中的扩散速度。当奥⽒体中含碳量超过它在窀温的溶解度(0．02-0．03％)后。碳就不断地向奥⽒体晶粒边界扩散，并

和铬化合，析出碳化铬Gr23C6。但是铬的原⼦半径较⼤，扩散速度较⼩，来不及向边界扩散，品界附近⼤量的铬和碳化合形成碳化铬，所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来⾃奥⽒体晶粒内部，⽽是来⾃品界附近。结果就使晶界附近的铬含量⼤为减少，当品界含铬量⼩于l2％ (质量分式)时，就形成“贫铬区”。造成奥⽒体边界贫铬，当晶界附近的⾦属含量铬量低于l2％时就失去了抗腐蚀的能⼒，在腐蚀介质作⽤下，就在晶粒之『⾃】产⽣腐蚀即产⽣晶问腐蚀。从上可知，晶间腐蚀产卡的根本原因是由于晶粒边界形成贫铬层造成的。 (1)控制含碳量 (2)添加稳定剂(3)进⾏固溶处理(4)采⽤双相组织 (5)加快冷却

速度4、为什么⼤多数铸造合⾦的成分都选择在共晶合⾦附近？

因为选在共晶合⾦附近结晶温度区间⼩，所以液体流动性好啊，流动性好，充型能⼒好，充型能⼒好，铸件获得完整的结构，精度也较⾼.

液固相线距离⼤→枝晶偏析倾向愈⼤，合⾦流动性也愈差，形成分散缩孔的倾向也愈⼤，使铸造性能恶化。所以铸造合⾦的成分常取共晶成分和接近共晶成分或选择5、什么是交滑移?为什么只有螺位错可以发⽣交滑移⽽刃位错却不能？

交滑移：晶体在两个或多个不同滑移⾯上沿同⼀滑移⽅向进⾏的滑移。螺位错的交滑移：螺位错从⼀个滑移⾯转移到与之相交的另⼀滑移⾯的过程；

螺位错的柏⽒⽮量与位错线平⾏，因此包含位错线的所有晶⾯都可以是螺位错的滑移⾯，因此当螺位错滑移受阻时，他可以在另外⼀个晶⾯上进⾏滑移。但是刃位错的柏⽒⽮量与位错线垂直，他的滑移⾯就只有由位错线和柏⽒⽮量构成的平⾯，所以他只能在这个⾯上滑移，故不能发⽣交滑移6、根据溶质原⼦在点阵中的位置，举例说明固溶体相可分为⼏类？固溶体在材料中有何意义？

1、置换固溶体溶质原⼦占据溶剂晶格中的结点位置⽽形成的固溶体称置换固溶体。当溶剂和溶质原⼦直径相差不⼤，⼀般在15％以内时，易于形成置换固溶体。铜镍⼆元合⾦即形成置换固溶体，镍原⼦可在铜晶格的任意位置替代铜原⼦。

2、间隙固溶体溶质原⼦分布于溶剂晶格间隙⽽形成的固溶体称间隙固溶体。间隙固溶体的溶剂是直径较⼤的过渡族⾦属，⽽溶质是直径很⼩的碳、氢等⾮⾦属元素。其形成条件是溶质原⼦与溶剂原⼦直径之⽐必须⼩于0.59。如铁碳合⾦中，铁和碳所形成的固溶体――铁素体和奥⽒体，皆为间隙固溶体。7、固溶体合⾦⾮平衡凝固时，有时会形成微观偏析，有时会形成宏观偏析，原因何在？

8、应变硬化在⽣产中有何意义？作为⼀种强化⽅法，它有什么局限性？

9、⼀种合⾦能够产⽣析出硬化的必要条件是什么？

10、⽐较说明不平衡共晶和离异共晶的特点。

11、枝晶偏析是怎么产⽣的？如何消除？

结晶温度间隔宽的固溶体合⾦，当冷却速度快时，发⽣不平衡结晶，先结晶的成分来不及充分扩散，使先结晶的主⼲与后结晶的⽀⼲及⽀⼲间的成分产⽣差异，形成枝晶偏析。偏析程度取决于合⾦液凝固时的冷却速度、偏析元素扩散速度及受液固相线温度间隔⽀配的溶质平衡分配系数。液固相线温度间隔⼤的固溶体类合⾦，当凝固冷却速度较快时，易发⽣不平衡结晶，使先结晶成分来不及充分扩散⽽形成枝晶偏析.1.适当提⾼熔炼温度，加强对合⾦液的脱⽓、除渣、精炼、变质和孕育处理，加强搅拌，使合⾦液均匀、净化

2.易产⽣枝晶偏析的合⾦，可加⼊适量晶粒细化剂或微冷铁3.易产⽣枝晶偏析的合⾦，可通过调整浇注温度和浇注速度、控制型温来控制铸件的凝固冷

却速度，使之与溶质的分配和扩散相匹配4.均匀化退⽕可消除枝晶偏析

12、请简述影响扩散的主要因素有哪些.(1)温度；（2）晶体结构与类型；（3）晶体缺陷；（4）化学成分。

13、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？

相同点：⼩原⼦溶⼊。

不同点：间隙固溶体保持溶剂（⼤原⼦）点阵；

间隙相、间隙化合物改变了⼤原⼦点阵，形成新点阵。间隙相结构简单；间隙化合物结构复杂14、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？

临界晶核的物理意义：可以⾃发长⼤的最⼩晶胚（或，半径等于rk的晶核）

形成临界晶核的充分条件：（1）形成r≥rk的晶胚；

（2）获得A≥A*（临界形核功）的形核功。15、请简述⼆元合⾦结晶的基本条件有哪些。热⼒学条件ΔG < 0 ；结构条件： r > r* ；能量条件： A > ΔG max ；成分条件。

16、为什么钢的渗碳温度⼀般要选择在γ-Fe相区中进⾏？若不在γ-Fe相区进⾏会有什么结果？γ相是原始⽣长相，固溶度⾼，渗碳可以均匀分布在组织结构中。

温度过低的其他相，⽐如马⽒体，或珠光体的，不能均匀扩散到组织结构中，偏析严重，导致强度降低。

温度过⾼，组织会重新⽣核成长，会破坏原来的组织结构19、位错密度有哪⼏种表征⽅式？

体密度：即单位体积内的位错线长度；⾯密度：即垂直穿过单位⾯积的位错线根数。20、淬透性与淬硬性的差别。

淬透性是指钢在淬⽕时获得淬硬层深度的能⼒；淬硬性是指在⼀定条件下淬⽕后获得马⽒体组织所能达到的最⾼硬度。22、马⽒体相变的基本特征？（12分）

1.⽆扩散性

2.切变性，即由母相变为新相的晶格改组过程是以切变⽅式进⾏的

3.具有⼀定的晶体学位相关系的惯习⾯，即共格切变

4.转变在⼀定的温度范围内进⾏

5.快速转变，⼀般不需要孕育期

6.转变不完全，会留有相当数量的残余奥⽒体

23、加⼯硬化的原因？（6分）

产⽣加⼯硬化的主要原因是⾦属在塑性变形时晶粒产⽣滑移，滑移⾯和其附近的晶格扭曲，使晶粒伸长和破碎，⾦属内部产⽣残余应⼒等，因⽽继续塑性变形就变得困难，从⽽引起加⼯硬化。24、柏⽒⽮量的意义？（6分）

它描述了位错线上原⼦畸变特征、⽅向、⼤⼩；位错的畸变能和柏⽒⽮量的平⽅成正⽐.26、已知916℃时，γ-Fe 的点阵常数0.365nm ，（011）晶⾯间距是多少？（5分）

⾯⼼⽴⽅的γ-Fe ，a ＝b ＝c ＝0.365nm ，对⽴⽅晶系，nm a d 03.12365.0110222==++=27、画⽰意图说明包晶反应种类，写出转变反应式？（4分）28、影响成分过冷的因素是什么？（9分）

温度梯度（平缓有利）；凝固速度（越快越有利）；凝固范围（越⼤越有利）。29、单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么？（9分）

只有⼀个滑移系统上的分切应⼒最⼤并达到临界分切应⼒，形成单滑移，这种情况下，加⼯硬化最弱；当拉⼒轴在晶体的特定取向上可能使⼏个滑移系的分切应⼒相等，在同时达到了临界分切应⼒时发⽣多滑移，这种情况下会发⽣加⼯硬化现象；交滑移是螺旋位错在两个相交的滑移⾯上运动，当螺型位错在⼀个滑移⾯上运动遇到障碍会转到另⼀个滑移⾯上继续滑移，滑移⽅向不变。交滑移影响材料的塑性。30、简要说明纯⾦属中晶粒细度和材料强度的关系，并解释原因。（6分）

210d k y ys +=σσ

Hall-Petch 霍尔-佩奇公式，细度减⼩，屈服强度增加，⽤晶界位错塞积模型解释。对粗晶粒，晶界塞积的位错多，产⽣应⼒集中⼤，在变形传递中容易使位错源开动，因此屈服强度低。31、某晶体的原⼦位于四⽅点阵的节点上，点阵的a=b ，c=a/2，有⼀晶⾯在x ，y ，z 轴的截距分别为6个原⼦间距、2个原⼦间距和4个原⼦间距，求该晶⾯的密勒指数。32、证明理想密排六⽅结构的轴⽐c/a=1.633。(a,⼚3/3a)

33、⽴⽅晶系的(111)，(110)，(123)晶⾯族各包含多少晶⾯，写出它们的密勒指数。

34、说明柏⽒⽮量的确定⽅法，如何利⽤柏⽒⽮量和位错线来判断位错的类型？

答：⾸先在位错线周围作⼀逆时针回路,然后在⽆位错的晶格内作同样的回路,该回路必不闭合,连接终点与起点即为柏⽒⽮量.位错线与柏⽒⽮量垂直的是刃型位错,平⾏的是螺型位错.35、简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。

答: 固溶体凝固时,由于溶质原⼦在界⾯前沿液相中的分布发⽣变化⽽形成的过冷.36、为什么晶粒细化既能提⾼强度，也能改善塑性和韧性？

答: 晶粒细化减⼩晶粒尺⼨,增加界⾯⾯积,⽽晶界阻碍位错运动,提⾼强度; 晶粒数量增加,塑性变形分布更为均匀,塑性提⾼; 晶界多阻碍裂纹扩展,改善韧性.37、共析钢的奥⽒体化有⼏个主要过程？合⾦元素对奥⽒体化过程有什么影响？