材料科学基础 2015试卷A1答案

学院_______ 班级______ 姓名___________ 2000/2001学年第一学期分数__________ 《材料科学基础》期终考试试卷(A)（共三页）一. 判断是非题，对的划（＋），错的划（－）：（10％）P-11在某一过冷度下，大于临界半径的晶胚都能够长大，因为这样的晶胚形成时，引起系统自由能的变化ΔG<0 。

（）2过冷液相中的相起伏都是晶胚。

（）3面心立方结构的金属加工硬化的原因是因为形成了络玛－科垂耳（Lomer-Cotlrell）位错，固定割阶,位错缠结等，因此使位错滑移遇到了较大阻力造成的。

（）4面心立方结构的金属其滑移面、层错面都是{111}晶面族；孪晶面是{112}晶面族。

（）5固溶体的扩散总是受浓度梯度的控制，溶质原子总是自浓度高处向低处扩散。

（）6金属区域提纯可采用区域熔炼方法，但重熔凝固时最好使其液相完全混合。

（）7在影响扩散的诸因素中，最主要的并且可以控制的因素是温度。

（）8间隙相多数是由过渡族元素M与非金属元素X组成，其原子数之比为一定值，R X/R M<0.59，且为简单结构。

（）9冷变形金属再结晶后既改变了晶粒的形状，又改变了金属的晶体结构。

（）10冷变形金属回复阶段和再结晶阶段的驱动力都是界面能的降低。

（）二. 填空题：（10％）1 铜晶体的滑移面是___________ ，滑移方向是___________ ，滑移系是___________ 。

2 <111>晶向族包括________________________________________________________组晶向；{110}晶面族包括__________________________________________________________组晶面。

3钢和白口铸铁显微组织的主要区别是______________________________________ ；钢和工业纯铁显微组织的主要区别为 _____________________________________________________________________ 。

广东工业大学广工大835材料科学基础2015考研真题答案2015年835真题答案详解一、填空题1、【1】AEGC【2】CG【3】(210)【4】(310)【5】(410)2、【6】面心立方【7】4【8】8【9】0.34共晶结构3、【10】零维点→零维4、【11】Cu6Sm【12】Cu5Sm【13】Cu4Sm【14】CuSm2【15】Cu2Sm【16】CuSm【17】L⇔（Cu）+Cu6Sm【18】L+Cu6Sm⇔+Cu5Sm【19】L+Cu4Sm⇔+Cu7Sm2【20】L⇔Cu4Sm+Cu2Sm【21】L⇔Cu2Sm+CuSm【22】L⇔CuSm+（αSm）【23】Cu7Sm2⇔Cu4Sm+L【24】L+Cu5Sm⇔Cu4Sm5、【25】吞并长大纳米晶的长大主要通过合并形核和亚晶界合并形核这两种机制来实现，这两种机制共同作用于纳米材料的微观结构演变过程。

二、判断题1、对非晶态材料与液态金属在形态与组成方面展现出明显的差异性。

具体而言，非晶态材料缺乏晶体材料的规则原子排列，呈现出一种无序或短程有序的结构状态，其形态通常较为稳定，但内部结构复杂且不具有长程有序性。

相比之下，液态金属则表现为原子或分子在较大范围内自由移动，呈现出高度流动性和无序性，其形态随时间和环境条件的变化而不断变化。

2、错面心立方晶体结构中的最密排面是（111）面，其对应的晶向是[111]，这一晶向在体心立方结构中同样存在，但两者在整体晶体结构上的排列与对称性有所不同。

简而言之，（111）[111]是面心立方晶体中的特定最密排面及其晶向，而该晶向也可见于体心立方结构之中。

3、错扩散第一定律是不随时间改变而变化4、错本质粗晶粒钢指的是在特定加热条件下，其A晶粒会显著且迅速地增大的钢种。

值得注意的是，尽管名称上有所区分，但本质细晶粒钢的A晶粒大小并不一定总是小于本质粗晶粒钢。

关于加工处理，本质粗晶粒钢是可以通过适当的热处理工艺进行组织和性能调整的。

试题一答案一、1：4；2：O2-离子做面心立方密堆积，Na+填全部四面体空隙；3：=4CN O2-=8 [NaO4][ONa8]；4：O2-电价饱和，因为O2-的电价=（Na+的电价/Na+的配位数）×O2的配位数；5：二、1：Al4[Si4O10](OH)8；2：单网层状结构；3：一层硅氧层一层水铝石层且沿C轴方向堆积；4：层内是共价键，层间是氢键；5：片状微晶解理。

三、1：点缺陷，线缺陷，面缺陷；2：由低浓度向高浓度的扩散；3：坯体间颗粒重排，接触处产生键合，大气孔消失，但固-气总表面积变化不大；4：按硅氧比值分类或按硅氧聚和体的大小分类；5：表面能的降低，流动传质、扩散传质、气相传质和溶解-沉淀传质；6：随自由能的变化而发生的相的结构的变化，一级相变、二级相变和三级相变。

四、 1：O←→VNa ′+VCl˙2：AgAg→Agi˙+VAg′3：3TiO23Ti Nb˙+V N b˙+6O O2TiO22Ti Nb˙+O i′′+3O0Nb2-x Ti3x O3可能成立Nb2-2x Ti2x O3+x4：NaCl NaCa′+ClCl+VCl˙五、一是通过表面质点的极化、变形、重排来降低表面能，二是通过吸附来降低表面能。

1：t=195h2：t=68h七、当O/Si由2→4时，熔体中负离子团的堆积形式由三维架状转化为孤立的岛状，负离子团的聚合度相应的降至最低。

一般情况下，熔体中负离子团的聚合度越高，特别是形成三维架状的空间网络时，这些大的聚合离子团位移、转动、重排都比较困难，故质点不易调整成规则排列的晶体结构，易形成玻璃。

熔体中负离子团的对称性越好，转变成晶体越容易，则形成玻璃愈难，反之亦然。

八、晶界上质点排列结构不同于内部，较晶体内疏松，原子排列混乱，存在着许多空位、位错、键变形等缺陷，使之处于应力畸变状态，具有较高能量，质点在晶界迁移所需活化能较晶内为小，扩散系数为大。

九、二次再结晶出现后，由于个别晶粒异常长大，使气孔不能排除，坯体不在致密，加之大晶粒的晶界上有应力存在，使其内部易出现隐裂纹，继续烧结时坯体易膨胀而开裂，使烧结体的机械、电学性能下降。

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（），（），（），（）。

西安交通大学材料科学基础试卷（A）班级：_________学号__________姓名___________（注意：试卷满分100，时间100分钟，请考生将答案做于试卷答题纸上，违者以零分处理）一、名词解释(每小题1分，共10分)1．晶胞2．间隙固溶体3．临界晶核4．枝晶偏析5．离异共晶6．反应扩散7．临界分切应力8．回复9．调幅分解10．二次硬化二、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。

( )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。

( )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。

( )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。

( )5.固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔG B＜0、结构起伏和能量起伏。

( )6.三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。

( )7.物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。

( )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。

( )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。

( )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。

( )三、作图题(每小题5分，共15分)1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a)立方晶系 (421)，(231)，[112]；b)六方晶系(1112)，[3112]。

2. 设面心立方晶体中的(111)为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为2a [110]。

(1)在晶胞中画出柏氏矢量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。

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。

材料科学基础试题及答案一、出题形式一：填空类1．在立方系中，晶面族{123}中有 24 组平面，晶面族{100}中有3组平面。

2．获得高能量的原子离开原来的平衡位置，进入其它空位或迁移至晶界或表面，形成肖脱基空位。

如果离位原子进入晶体间隙，形成费仑克尔空位。

3．点缺陷的类型分为空位和间隙原子；当相遇时两者都消失，这一过程称为复合或湮灭。

4．刃型位错的柏氏矢量b与位错线t互相垂直，刃型位错移动的方向与b方向一致。

螺型位错的移动方向与柏氏矢量b 垂直，螺型位错的柏氏矢量b方向与位错线t的方向平行。

5．由于界面能的存在，当晶体中存在能降低界面能的异类原子时，这些原子将向境界偏聚，这种现象叫内吸附。

6．均匀形核必须具备的条件是：1.必须过冷；2. 必须具备与一定多冷度相适应的能量起伏和结构起伏。

7．面心立方结构的滑移面是{111}，共有 4组，每组滑移面上包含 3 个滑移方向，共有 12 个滑移系。

8．由于晶界阻滞效应及取向差效应，使多晶体的变形抗力比单晶体大，其中，取向差效应是多晶体加工硬化更主要的原因。

9．滑移面应是面间距最大的密排面，滑移方向是原子最密排方向。

10．金属塑性变形时，外力所作的功除了转化为热量之外，还有一小部分被保留在金属内部，表现为残余应力。

11．金属的热变形是指金属材料在再结晶温度以上的加工变形，在此过程中，金属内部同时进行着加工硬化和回复再结晶软化两个过程。

12. 扩散的驱动力是化学位梯度；再结晶的驱动力为冷变形所产生的储存能的释放；再结晶后晶粒的长大的驱动力是：晶粒长大前后的界面能差，纯金属结晶的驱动力是温度梯度。

13. 晶体中原子在表面、晶界、位错处的扩散速度比原子在晶内的扩散速度快，这种现象叫短路扩散。

14. 回复的初始阶段回复机制以空位迁移为主，后期以位错攀移为主。

15．材料的结合方式有共价键、离子键、金属键和范德华力四种化学键结合方式。

21．细化铸件晶粒的方法有：1、提高过冷度 2、变质处理 3、振动、搅拌。

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）（211晶面和]211[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）（0121晶面和]0121[晶向。

5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。

6 在铅的（100）平面上，1mm 2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 。

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A第二章习题及答案2.3 等径球最紧密堆积的空隙有哪两种？一个球周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？答：等径球最紧密堆积的空隙有四面体空隙和八面体空隙。

一个球周围有8个四面体空隙和6个八面体空隙。

2.4 n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？不等径球是如何进行堆积的？答：n个等径球作最紧密堆积时可形成四面体空隙数为(n×8)/4=2n个，八面体空隙数为(n×6)/6=n个。

不等径球堆积时，较大的球体作等径球的紧密堆积，较小的球填充在大球紧密堆积形成的空隙中。

其中稍小的球体填充在四面体空隙，稍大的球体填充在八面体空隙。

2.7 解释下列概念：（1）晶系：晶胞参数相同的一类空间点阵。

（2）晶胞：从晶体结构中取出来的反映晶体周期性和对称性的重复单元。

（3）晶胞参数：表示晶胞的形状和大小的6个参数，即3条边棱的长度a、b、c和3条边棱的夹角α、β、γ。

（4）空间点阵：把晶体结构中原子或分子等结构基元抽象为周围环境相同的阵点之后，描述晶体结构的周期性和对称性的图像。

（5）米勒指数（晶面指数）：结晶学中常用（hkl）来表示一组平行晶面的取向，其数值是晶面在三个坐标轴（晶轴）上截距的倒数的互质整数比。

（6）离子晶体的晶格能：1mol离子晶体中的正负离子由相互远离的气态结合成离子晶体时所释放的能量。

（7）原子半径：从原子核中心到核外电子的几率分布趋向于零的位置间的距离。

（8）离子半径：以晶体中相邻的正负离子中心之间的距离作为正负离子的半径之和。

（9）配位数：在晶体结构中，该原子或离子的周围，与它相接相邻结合的原子个数或所有异号离子的个数。

（10）离子极化：离子在外电场作用下，改变其形状和大小的现象（或在离子紧密堆积时，带电荷的离子所产生的电场，必然要对另一个离子的电子云产生吸引或排斥作用，使之发生变形的现象）。

（11）同质多晶：化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。

“材料科学基础（下）”试题（A）适用于金属材料工程、材料成型与控制工程专业一、解释下列名词（每个名词2分，共10分）1、马氏体转变是一种固态相变，是通过母相宏观切变，原子整体有规律迁移完成的无扩散相变。

2、TTT曲线是过冷奥氏体等温转变图，是描述过冷奥氏体等温转变形为，即等温温度、等温时间和转变产物的综合曲线。

3、反稳定化在热稳定化上限温度M C以下，热稳定程度随温度的升高而增加；但有些钢，当温度达到某一温度后稳定化程度反而下降的现象。

4、时效硬化时效合金随第二相的析出，强度硬度升高而塑性下降的现象称为时效硬化。

5、珠光体晶粒在片状珠光体中，片层排列方向大致相同的区域称为珠光体团二、说出下符号的名称和意义（6分）1、M S马氏体点，马氏体转变的开始温度，母相与马氏体两相的体积自由能之差达到相变所需最小驱动值时的温度。

2、S0片状珠光体的片间距离，即一片铁素体和一片渗碳体的总厚度，或相邻两片铁素体或渗碳体之间的中心距离。

3、M C奥氏体热稳定化的上限温度，超过此温度奥氏体将出现热稳定化现象。

三、简答下各题（每题8分，共40分）1、何谓奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度。

钢中弥散析出的第二相对奥氏体晶粒的长大有何影响。

起始晶粒度：指临界温度以上奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚互相接触时的晶粒大小。

实际晶粒度：指在某一热处理加热条件下，所得到的晶粒尺寸。

本质晶粒度：是根据标准实验条件，在930±10℃，保温足够时间（3~8小时）后，测定的钢中奥氏体晶粒的大小。

晶粒的长大主要表现为晶界的移动，高度弥散的、难熔的非金属或金属化合物颗粒对晶粒长大起很大的抑制作用，为了获得细小的奥氏体晶粒，必须保证钢中有足够数量和足够细小难熔的第二相颗粒。

2、片状珠光体可分为几类，片间离不同的珠光体在光学显微镜和电子显微镜下的形态特征。

通常所说的珠光体是指在光学显微镜下能清楚分辨出片层状态的一类珠光体，而当片间距离小到一定程度后，光学显微镜就分辨不出片层的状态了。