材料科学基础复习题
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单项选择题：
第1章原子结构与键合
1.高分子材料中的C-H化学键属于。
（A）氢键（B）离子键（C）共价键
2.属于物理键的是。
（A）共价键（B）范德华力（C）离子键
3.化学键中通过共用电子对形成的是。
（A）共价键（B）离子键（C）金属键
第2章固体结构
4.面心立方晶体的致密度为。
（A）100% （B）68% （C）74%
5.体心立方晶体的致密度为。
（A）100% （B）68% （C）74%
6.密排六方晶体的致密度为。
（A）100% （B）68% （C）74%
7.以下不具有多晶型性的金属是。
（A）铜（B）锰（C）铁
8.fcc、bcc、hcp三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的是。（A）fcc （B）bcc （C）hcp
9.以下元素中一般与过渡金属容易形成间隙相的元素是。
（A）氢（B）碳（C）硼
10.与过渡金属最容易形成间隙化合物的元素是。
（A）氮（B）碳（C）硼
11.面心立方晶体的孪晶面是。
（A）{112} （B）{110} （C）{111}
12.以下属于正常价化合物的是。
（A）Mg2Pb （B）Cu5Sn （C）Fe3C
第3章晶体缺陷
13.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。（A）肖特基缺陷（B）弗仑克尔缺陷（C）线缺陷
14.原子迁移到间隙中形成空位-间隙对的点缺陷称为。
（A）肖脱基缺陷（B）Frank缺陷（C）堆垛层错
15.刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系是？
（A）垂直（B）平行（C）交叉
16.的位错线与滑移矢量必然相互平行。
（A）刃型位错（B）螺型位错（C）混合位错
17.能进行攀移的位错必然是。
（A）刃型位错（B）螺型位错（C）混合位错
18.以下材料中只存在晶界、不存在相界的是
（A）孪晶铜（B）中碳钢（C）亚共晶铝硅合金
19.在硅、镉等晶体中可观察到这种主要的位错增殖机制。
（A）交滑移增殖（B）弗兰克-里德源（C）攀移增殖
20.小角度晶界两端晶粒的位向差通常小于度。
（A）2 （B）3 （C）10
21.大角度晶界具有____________个自由度。
（A）3 （B）4 （C）5
第4章固体中原子及分子的运动
22.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。
（A）距离（B）时间（C）温度
23.在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为。
（A）原子互换机制（B）间隙机制（C）空位机制
24.固体中原子和分子迁移运动的各种机制中，得到实验充分验证的是
（A）间隙机制（B）空位机制（C）交换机制
25.原子扩散的驱动力是。（4.2非授课内容）
（A）组元的浓度梯度（B）组元的化学势梯度（C）温度梯度
26.A和A-B合金焊合后发生柯肯达尔效应，测得界面向A试样方向移动，则。
（A）A组元的扩散速率大于B组元
（B）B组元的扩散速率大于A组元
（C）A、B两组元的扩散速率相同
27.下述有关自扩散的描述中正确的为。
（A）自扩散系数由浓度梯度引起
（B）自扩散又称为化学扩散
（C）自扩散系数随温度升高而增加
第5章材料的形变和再结晶
28.在弹性极限σe范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为
（A）包申格效应（B）弹性后效（C）弹性滞后
29.塑性变形产生的滑移面和滑移方向是
（A）晶体中原子密度最大的面和原子间距最短方向
（B）晶体中原子密度最大的面和原子间距最长方向
（C）晶体中原子密度最小的面和原子间距最短方向
30.bcc、fcc、hcp三种典型晶体结构中，_________具有最少的滑移系，因此具有这种晶体结构的材料
塑性最差。
（A）bcc （B）fcc （C）hcp
31.，位错滑移的派-纳力越小。
（A）位错宽度越大（B）滑移方向上的原子间距越大（C）相邻位错的距离越大
32.Cottrell气团理论对应变时效现象的解释是：
（A）溶质原子再扩散到位错周围（B）位错增殖的结果（C）位错密度降低的结果
33.已知Cu的T m=1083?C，则Cu的最低再结晶温度约为。
（A）200?C（B）270?C （C）350?C
34.已知Fe的T m=1538?C，则Fe的最低再结晶温度约为。
（A）350?C （B）450?C （C）550?C
35.位错缠结的多边化发生在形变合金加热的______________阶段。
（A）回复（B）再结晶（C）晶粒长大
36.形变后的材料再升温时发生回复与再结晶现象，则点缺陷浓度下降明显发生在。（A）回复阶段（B）再结晶阶段（C）晶粒长大阶段
37.形变后的材料在低温回复阶段时其内部组织发生显著变化的是。
（A）点缺陷的明显下降
（B）形成亚晶界
（C）位错重新运动和分布
38.由于晶核产生于高畸变能区域，再结晶在___________部位不易形核。
（A）大角度晶界和孪晶界（B）相界面（C）外表面
39.纯金属材料的再结晶过程中，最有可能在以下位置首先发生再结晶形核
（A）小角度晶界（B）孪晶界（C）外表面
40.对于变形程度较小的金属，其再结晶形核机制为。
（A）晶界合并（B）晶界迁移（C）晶界弓出
41.再结晶晶粒长大的过程中，晶粒界面的不同曲率是造成晶界迁移的直接原因，晶界总是向着
______________方向移动
（A）曲率中心（B）曲率中心相反（C）曲率中心垂直
42.开始发生再结晶的标志是：
（A）产生多变化
（B）新的无畸变等轴小晶粒代替变形组织
（C）晶粒尺寸显著增大
43.在纯铜基体中添加微细氧化铝颗粒属于。
（A）复合强化（B）析出强化（C）固溶强化
44.在纯铜基体中添加铝或锡、镍等微量合金元素属于。
（A）复合强化（B）析出强化（C）固溶强化
45.在纯铝的凝固过程中添加Al-Ti-B细化剂属于。
（A）复合强化（B）晶粒细化（C）固溶强化
第6章单组元相图及纯晶体的凝固
46.凝固时在形核阶段，只有核胚半径等于或大于临界尺寸时才能成为结晶的核心，当形成的核胚半径
等于临界半径时，体系的自由能变化。
（A）大于零（B）等于零（C）小于零
47.以下材料中，结晶过程中以非小平面方式生长的是。
（A）金属锗（B）透明环己烷（C）氧化硅
48.以下材料中，结晶过程中以小平面方式生长的是。
（A）金属锗（B）铜镍合金（C）金属铅
49.氧化物晶须通常是以方式结晶长大的。
（A）连续长大（B）二维形核生长（C）借螺型位错生长
50.形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的。
（A）1/3 （B）2/3 （C）1/4
51.铸锭凝固时如大部分结晶潜热可通过液相散失时，则固态显微组织主要为。（A）树枝晶（B）柱状晶（C）胞状晶
52.形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的2/3，不足的需要依靠液相的来补
充。
（A）结构起伏（B）能量起伏（C）温度梯度
53.金属液凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪种方法？
（A）加入形核剂（B）减小液相过冷度（C）对液相实施搅拌
54.金属液凝固时可有效降低晶粒尺寸的是以下哪种方法？
（A）加入形核剂（B）减小液相过冷度（C）增大铸件壁厚
第7章二元系相图及其合金的凝固
55.对离异共晶和伪共晶的形成原因，下述说法正确的是。
（A）离异共晶只能经非平衡凝固获得
（B）伪共晶只能经非平衡凝固获得
（C）形成离异共晶的原始液相成分接近共晶成分
56.在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则用于。
（A）单相区中（B）两相区中（C）三相平衡水平线上
57.二元系合金中两组元部分互溶时，不可能发生。
（A）共晶转变（B）匀晶转变（C）包晶转变
58.以下恒温转变中属于共晶式的是。
（A）包析转变（B）偏晶转变（C）合晶转变
59.以下恒温转变中属于包晶式的是。
（A）偏晶转变（B）熔晶转变（C）合晶转变
60.任一合金的有序结构形成温度无序结构形成温度。
（A）低于（B）高于（C）可能低于或高于
61.以下同时具有方向性和饱和性的结合键的是。
（A）共价键（B）离子键（C）金属键
多项选择题：
第1章
1.以下同时具有方向性和饱和性的结合键的是。
（A）共价键（B）离子键（C）氢键（D）金属键（E）范德华力
第2章
2.为了最能反映点阵的对称性，选取晶胞的原则包括。
（A）选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对称性；
（B）平行六面体内的边长尽可能相等；
（C）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；
（D）当平行六面体的棱角存在直角时，直角的数目应最多；
（E）在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。
A、C、D、E
3.晶体区别于其它固体结构的基本特征有。
（A）原子呈周期性重复排列（B）长程有序（C）具有固定的熔点（D）各向同性（E）各向异性
4.具有相同配位数和致密度的晶体结构是。
（A）面心立方（B）体心立方（C）简单立方（D）底心立方（E）密排六方
5.以下具有多晶型性的金属是。
（A）铜（B）铁（C）锰（D）钛（E）钴
6.以下等金属元素在常温下具有密排六方晶体结构。
（A）镁（B）锌（C）镉（D）铬（E）铍
7.铁具有多晶型性，在不同温度下会形成等晶体结构。
（A）面心立方（B）体心立方（C）简单立方（D）底心立方（E）密排六方
第3章晶体缺陷
8.晶体中点缺陷的形成原因有。
（A）温度起伏（B）高温淬火（C）冷变形加工（D）高能粒子辐照（E）掺杂
9.晶体缺陷中属于面缺陷的有。
（A）层错（B）外表面（C）孪晶界（D）相界（E）空位
第4章固体中原子及分子运动
10.影响扩散的主要因素有。
（A）温度（B）固溶体类型（C）晶体结构（D）晶体缺陷（E）化学成分
第6章
11.关于均匀形核，以下说法正确的是。
（A）体积自由能的变化只能补偿形成临界晶核表面所需能量的三分之二
（B）非均匀形核比均匀形核难度更大
（C）结构起伏是促成均匀形核的必要因素
（D）能量起伏是促成均匀形核的必要因素
（E）过冷度△T越大，则临界半径越大
12.以下说法中，说明了非均匀形核与均匀形核之间的差异。
（A）非均匀形核所需过冷度更小
（B）均匀形核比非均匀形核难度更大
（C）一旦满足形核条件，均匀形核的形核率比非均匀形核更大
（D）均匀形核试非均匀形核的一种特例
（E）实际凝固过程中既有非均匀形核，又有均匀形核
13.晶体的长大方式有。
（A）连续长大（B）不连续长大（C）平面生长（D）二维形核生长（E）螺型位错生长14.控制金属的凝固过程获得细晶组织的手段有。
（A）加入形核剂（B）减小液相过冷度（C）增大液相过冷度（D）增加保温时间（E）施加机械振动
第7章
15.二元相图中，属于共晶方式的相转变有。
（A）共晶转变（B）共析转变（C）偏晶转变（D）熔晶转变（E）合晶转变
16.二元相图中，属于包晶方式的相转变有。
（A）包晶转变（B）包析转变（C）合晶转变（D）偏晶转变（E）熔晶转变
17.二元相图必须遵循以下几何规律：。
（A）相图中的线条代表发生相转变的温度和平衡相的成分
（B）两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一条线接界
（C）两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开
（D）二元相图中的三相平衡必为一条水平线
（E）两相区与单相区的分界线与等温线相交时，其延长线应进入另一两相区内
18.构成匀晶合金的两种组元之间必须满足以下条件：。
（A）具有相同的晶体结构，晶格常数相近
（B）具有相同的熔点
（C）具有相同的原子价
（D）具有相似的电负性
（E）原子半径差小于15%
19.固溶体的平衡凝固包括等几个阶段。
（A）液相内的扩散过程（B）固相内的扩散过程（C）液相的长大（D）固相的继续长大（E）液固界面的运动
（A）（B）（C）（D）（E）
判断题：
第一章
1.离子键的正负离子相间排列，具有方向性，无饱和性。（错）
2.共价键通过共用电子对而成，具有方向性和饱和性。（对）
3.同位素的原子具有相同的质子数和中子数。（错）
第二章
4.复杂晶胞与简单晶胞的区别是，除在顶角外，在体心、面心或底心上有阵点。（对）
5.晶体结构的原子呈周期性重复排列，即存在短程有序。（错）
6.立方晶系中，晶面族{111}表示正八面体的面。（对）
7.立方晶系中，晶面族{110}表示正十二面体的面。（对）
8.晶向指数和晶面指数( h k l )中的数字相同时，对应的晶向和晶面相互垂直。（对）
9.晶向所指方向相反，则晶向指数的数字相同，但符号相反。（对）
10.bcc的间隙不是正多面体，四面体间隙包含于八面体间隙之中。（对）
11.溶质与溶剂晶体结构相同是置换固溶体形成无限固溶体的必要条件。（对）
12.非金属和金属的原子半径比值rx/rm>0.59时，形成间隙化合物，如氢化物、氮化物。（错）
13.晶体中的原子在空间呈有规则的周期性重复排列；而非晶体中的原子则是无规则排列的。（对）
14.选取晶胞时，所选取的正方体应与宏观晶体具有同样的对称性。（错）
15.空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，只有14种类型，而实际存在的晶体结构是无限的。（对）
16.形成置换固溶体的元素之间能无限互溶，形成间隙固溶体的元素之间只能有限互溶。（错）
17.只有置换型固溶体的元素间有可能无限互溶，形成间隙固溶体的元素之间只能有限互溶。（对）
18.间隙固溶体的溶解度不仅与溶质原子大小有关，还与晶体结构中间隙的形状、大小等有关。（对）第三章
19.弗兰克缺陷是原子迁移到间隙中形成的空位-间隙对。（对）
20.位错线只能终止在晶体表面或界面上，而不能中止于晶体内部。（对）
21.滑移时，刃型位错的运动方向始终平行于位错线，而垂直于柏氏矢量。（错）
22.晶体表面一般为原子密度最大的面，其表面能与曲率有关：曲率越大，表面能越大。（对）
第四章
23.菲克定律描述了固体中存在浓度梯度时发生的扩散，即化学扩散。（对）
24.温度越高，原子热激活能越大，扩散系数越大。（对）
25.置换固溶体中溶质原子要高于间隙固溶体中的溶质原子的扩散速度。（错）
26.由于晶体缺陷处点阵畸变较大，原子处于较高的能量状态，易于跃迁，故扩散激活能较小。（对）第五章
27.滑移面和滑移方向总是晶体中原子密度最大的面和方向。（对）
28.再结晶过程中显微组织重新改组，形成新的晶体结构，因此属于相变过程。（错）
29.晶界本身的强度对多晶体的加工硬化贡献不大，而多晶体加工硬化的主要原因来自晶界两侧晶粒的
位向差。（对）
30.聚合型合金的抗变形能力取决于两相的体积分数。（错）
31.塑性变形会使金属的导电性升高，抗腐蚀性下降。（错）
32.原子密度最小的晶面上面间距最大、点阵阻力最小。（错）
33.孪生临界切应力比滑移的大得多，只有在滑移很难进行的条件下才会发生。（对）
34.变形孪晶的生长过程分为形核、长大两个阶段，一般形核容易，长大比较难。（错）
35.再结晶晶粒长大的驱动力是来自晶界移动后体系总的自由能的降低。（对）
36.塑性加工产生硬化与位错间的交互作用及密度增加有关。（对）
37.微观内应力的作用范围与晶粒尺寸为同一数量级。（对）
第六章
38.由于均匀形核需要的过冷度很大，所以液态金属多为非均匀形核。（对）
39.形核过程中，表面自由能是液固相变的驱动力，而体积自由能是其阻力。（错）
40.粗糙界面的材料一般只有较小的结晶潜热，所以生长速率较高。（对）
第七章
41.固溶体非平衡凝固情况下，固相内组元扩散比液相内组元扩散慢得多，故偏离固相线的程度大得多。
（对）
四、名词解释：
1.结合键：
2.空间点阵：将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点，即可得到一个由无数几何点在三维
空间排列成规则的阵列，即空间点阵。
3.晶带轴：所有平行或相交于同一直线的这些晶面构成一个晶轴，此直线称为晶带轴。
4.多晶型性：固态金属在不同的温度和压力条件下具有不同晶体结构的特性。
5.固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其它组元原子所形成的均匀混合的固
态溶体，继续保持溶体的晶体结构类型。
6.中间相：两组元A和B组成合金时，除了可以形成以A为基或以B为基的固溶体外，所
形成的晶体结构与A、B两组元均不相同的新相，称为中间相。
7.间隙相和化合物：由过渡族金属与C、N、H、B等原子半径较小的非金属元素形成的金
属化合物
8.固溶强化：通过溶入某种元素形成固熔体即使金属强度、硬度升高的现象，称为固溶强
化。
9.弥散强化：对于两相合金来说，第二相粒子均匀分布在基体相上时，将会对基体相产生
明显的强化作用。
10.滑移：在外加切应力的作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上，
不断地作少量的位移（小于一个原子间距）。
11.攀移
12.交滑移：当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，从原滑移面转移到与之相交的另一
滑移面上去继续滑移的过程。是滑移的一种特殊方式。
13.双交滑移
14.割阶与扭折：位错运动受阻，部分原子列先滑移，滑移不一致形成曲折线段，线段在滑移面上—扭
折；线段垂直滑移面—割阶。刃型位错的割阶产生于攀移过程。所有的割阶都是刃位错；螺型位错的扭折是刃位错，刃型位错的扭折是螺位错。P96
15.亚晶界：每个晶粒有时由位向稍有差异的亚晶粒组成，相邻亚晶粒间的界面。
16.孪晶：指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成对称的位相关系，这两
个晶体就称为孪晶。
17.
18.多系滑移：外力下，滑移首先会发生在分切应力最大、且t≥ tc的滑移系上。但由于
伴随晶体转动，使空间位向变化，另一组原取向不利滑移系逐渐转向比较有利的取向，从而开始滑移，形成两组（或多组）滑移系同时进行或交替进行，称为多系滑移。19.应变时效：将低碳钢试样拉伸到产生少量预塑性变形后卸载，然后重新加载，试样不发
生屈服现象，但若产生一定量的塑性变形后卸载，在室温停留几天或在低温（如200℃）时效几小时后再进行拉伸，此时屈服点现象重新出现，并且上屈服点升高，这种现象即应变时效。
20.回复：冷变形金属在退火时发生组织性能变化的早期阶段，在此阶段内物理和力学性能
的回复程度是随温度和时间变化的。
21.再结晶：随着温度上升，在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并逐渐长大
形成等轴晶粒，从而取代纤维状变形组织的过程。
22.加工硬化：金属材料在受到外力作用持续变形的过程中，随着变形的增加，强度硬度增
加，而塑韧性下降的现象。
23.均匀形核：新相晶核在目相中均匀地生成，即晶核由一些原子团直接形核，不受杂质粒
子或外表面的影响的形核过程。
24.非均匀形核：新相优先在目相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面
形核。
25.过冷度：晶体材料的实际凝固凝固温度低于理论凝固温度的差值，用 T表示。
26.连续长大：粗糙界面情况下，液固界面的固相一侧上一半的原子位置空着，液相原子较
容易进入这些位置与固相结合，晶体便以连续方式向液相中生长。
27.负温度梯度：液相温度随液固界面的距离增大而降低的温度梯度情况。
28.树枝状生长：在负温度梯度情况下，当部分相界面生长凸出到液相中，由于过冷度更大，
使凸出部分的生长速度增大而进一步伸向液体中，液固界面不能保持平面状而会形成许多伸向液体的分枝，同时这些晶枝上又可能会长出二次晶枝。晶体的这种生长方式称为树枝状生长。
29.匀晶转变：
30.包晶转变：
31.平衡凝固：指凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分时间进行组
元间的扩散，以达到平衡相的成分。
32.非平衡凝固：在实际工业生产中，合金溶液浇涛后的冷却速度较快，使凝固过程偏离平
衡条件，称为非平衡凝固。
33.枝晶偏析：固溶体通常以树枝状生长方式结晶，非平衡凝固导致先结晶的枝干和后结晶
的枝间的成分不同，故称为枝晶偏析。
34.共晶转变：由液相同时结晶出两种固相的过程称为共晶转变。该转变为恒温转变。
35.伪共晶：在非平衡凝固条件下，由某些亚共晶或过共晶成分的合金在过冷条件下也能得
全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。
36.离异共晶：在平衡凝固条件下应为单相固溶体的合金，在快速冷却条件下出现的少量共
晶组织称为非平衡共晶，或称为离异共晶。
五、简答题：
第1章
1.原子间的结合键共有几种？各自特点如何？（分）
答：
1、化学键包括：
●金属键：电子共有化，既无饱和性又无方向性
●离子键：以离子而不是以原子为结合单元，要求正负离子相间排列，且无方向性，无饱
和性
●共价键：共用电子对；饱和性；配位数较小，方向性
2、物理键如范德华力，系次价键，不如化学键强大
3、氢键：分子间作用力，介于化学键与物理键之间，具有饱和性
第2章
2.试从晶体结构的角度，说明间隙固溶体、间隙相及间隙化合物之间的区别（分）
答：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体成为间隙固溶体。形成间隙固溶体的溶质原子通常是原子半径小于0.1nm的非金属元素，如H、B、C、N、O等。间隙固溶体保持溶剂的晶体结构，其成分可在一定固溶度极限值内波动，不能用分子式表示。（2分）
间隙相和间隙化合物属于原子尺寸因素占主导地位的中间相。也是原子半径较小的非金属元素占据晶格的间隙，然而间隙相、间隙化合物的晶格与组成他们的任一组元晶格都不相同，其成分可在一定范围内波动。组成它们的组元大致都具有一定的原子组成比，可用化学分子式来表示。（2分）
当r B/r A<0.59时，通常形成间隙相，其结构为简单晶体结构，具有极高的熔点和硬度；当r B/r A>0.59时，形成间隙化合物，其结构为复杂的晶体结构。（2分）
3.试以表格形式归纳总结3种典型的晶体结构的晶体学特征。（分）
答：书上表
第3章
4.简述晶体中产生位错的主要来源。（分）
答：晶体中的位错来源主要可有以下几种。
晶体生长过程中产生位错。其主要来源有：
①由于熔体中杂质原子在凝固过程中不均匀分布使晶体的先后凝固部分成分不同，从而点阵常数也有差异，可能形成位错作为过渡；（分）
②由于温度梯度、浓度梯度、机械振动等的影响，致使生长着的晶体偏转或弯曲引起相邻晶块之间有位相差，它们之间就会形成位错；（分）
③晶体生长过程中由于相邻晶粒发生碰撞或因液流冲击，以及冷却时体积变化的热应力等原因会使晶体表面产生台阶或受力变形而形成位错。（分）
由于自高温较快凝固及冷却时晶体内存在大量过饱和空位，空位的聚集能形成位错。（分）
晶体内部的某些界面（如第二相质点、孪晶、晶界等）和微裂纹的附近，由于热应力和组织应力的作用，往往出现应力集中现象，当此应力高至足以使该局部区域发生滑移时，就在该区域产生位错。（分）
5.简述晶界具有哪些特性？c
答：
1）晶界处点阵畸变变大，存在晶界能，故晶粒长大和晶界平直化是一个自发过程。
2）晶界处原子排列不规则，从而阻碍塑性变形，强度更高。这就是细晶强化的本质。
3）晶界处存在较多缺陷（位错、空位等），有利原子扩散。
4）晶界处能量高，固态相变先发生，因此晶界处的形核率高。
5）晶界处成分偏析和内吸附，又富集杂质原子，因此晶界熔点低而产生“过热”现象。6）晶界能高，导致晶界腐蚀速度比晶粒内部更高。
6.对于同一种晶体，它的表面能与晶界能（相同的面积）哪一个较高？为什么？（分）答：对于同一种晶体，晶界能比表面能高（1分）。推导如下：
假设晶体的理想光滑的两个等面积平面合拢，会形成一个晶体内界面，该界面的能量相当于两个外表面之和，且理想状态下破坏该界面结合所需要的能量相当于键合能。即相同面积下，E晶界>E完整晶体键合能>2倍E表面（2分）
第4章
7.简述影响固体中原子和分子扩散的因素有哪几方面。（分）
答：
1、温度；
2、固溶体类型；
3、晶体结构；
4、晶体缺陷；
5、化学成分；
6、应力的作用
第5章
8.简述金属材料经过塑性变形后，可能会发生哪些方面性能的变化。（分）
答：
(1)加工硬化: 塑性变形后，性能上最为突出的变化是强度（硬度）显著提高，塑性迅
速下降。（分）
(2)腐蚀速度：塑变使扩散过程加速，腐蚀速度加快（分）
(3)密度：对含有铸造缺陷（如气孔、疏松等）的金属经塑性变形后可能使密度上升（分）
(4)弹性模量：塑变使弹性模量升高（分）
(5)电阻率：塑性变形使金属的电阻率升高。变化程度因材质而异。（分）
(6)另外，塑性变形还会引起电阻温度系数下降、导磁率下降、导热系数下降。（分）9.简述再结晶过程中的晶界弓出形核机制。（分）new
答：
变形量较小（<20％）的多晶体，其再结晶核心往往以晶界弓出方式形成，或称应变导致的晶界迁移，凸出形核机制。变形度较小时，多晶粒间变形不均匀性而导致多晶粒内位错密度不同。为了降低系统的自由能，通过晶界迁移，原来平直的晶界会向位错密度大的晶粒内凸出，通过吞食畸变亚晶的方式形成无畸变的再结晶晶核。
10.简述再结晶过程中的亚晶形核机制。（分）new
11.金属的退火处理包括哪三个阶段？简述这三个阶段中晶粒大小、结构的变化。（分）答：
退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。回复是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段；再结晶是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程；晶粒长大是指再结晶结束之后晶粒的继续长大。（分）
在回复阶段，由于不发生大角度晶界的迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状，从光学显微组织上几乎看不出变化。在再结晶阶段，首先是在畸变
度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。最后，在晶界表面能的驱动下，新晶粒互相吞食而长大，从而得到一个在该条件下较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段。（分）
第6章
12.图示并分析金属材料凝固组织中树枝晶的生长过程。（画出液固界面附近的负温度梯度）在负温度梯度情况下，金属凝固过程中液固界面上产生的结晶潜热可通过液相散失，如果部分的相界面生长凸出到前面的液相中，则处于过冷度更大的液相中，使凸出部分的生长速度增大而进一步伸向液相中。此时，液固界面就不可能保持平面状而是形成许多伸向液相的分枝，同时有可能在这些晶枝上长出二次枝晶臂。这种方式即为树枝晶生长方式。
第7章
13.金属型浇铸的铸锭的宏观组织一般分为哪几个区，分析其形成原因？（6分）
答：
a．表层细晶区当液态金属注人锭模中后，型壁温度低，与型壁接触的很薄一层熔液产生强烈过冷，而且型壁可作为非均匀形核的基底，因此，立刻形成大量的晶核，这些晶核迅速长大至互相接触，形成由细小的、方向杂乱的等轴晶粒组成的细晶区。（2分）
b．柱状晶区随着"细晶区"壳形成，型壁被熔液加热而不断升温，使剩余液体的冷却变慢,并且由于结晶时释放潜热,故细晶区前沿液体的过冷度减小，形核变得困难，只有细晶区中现有的晶体向液体中生长。在这种情况下，只有一次轴（即生长速度最快的晶向）垂直于型壁（散热最快方向）的晶体才能得到优先生长，而其他取向的晶粒，由于受邻近晶粒的限制而不能发展，因此，这些与散热相反方向的晶体择优生长而形成柱状晶区。各柱状晶的生长方向是相同的. （2分）
C．中心等轴晶区柱状晶生长到一定程度，由于前沿液体远离型壁，散热困难，冷速变慢，而且熔液中的温差随之减小，这将阻止柱状晶的快速生长，当整个熔液温度降至熔点以下时，熔液中出现许多品核并沿各个方向长大，就形成中心等轴晶区。（2分）
14.与平衡凝固相比较，固溶体的非平衡凝固有何特点？
（1）非平衡凝固的固相平均成分线和液相平均成分线与平衡凝固的固相线、液相线不同，冷却速度越快，偏离固、液相线越严重；反之，冷却速度越慢，越接近，表明凝固速度越接近平衡凝固条件。
（2）先结晶部分总是富高熔点组元，后结晶的部分是富低熔点组元。
（3）非平衡凝固总是导致凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温度。
15.试分析包晶反应不平衡组织的形成过程。
实际生产中的冷速较快，包晶反应所依赖的固体中原子扩散往往不能充分进行，导致包晶反应的不完全性，即在低于包晶温度下，将同时存在参与转变的液相和α相，其中液相在继续冷却过程中可能直接结晶出β相或参与其他反应，而α相仍保留在β相芯部，形成包晶反应的非平衡组织。
六、计算题：
第2章
1. 金刚石为碳的一种晶体，为复杂面心立方结构，晶胞中含有8个原子，其晶格常数
a=0.357nm ，当它转换成石墨 (ρ2 =2.25g/cm 3)结构时，求其体积改变百分数？
解：金刚石为复杂面心立方结构，每个晶胞含有8个碳原子
金刚石的密度为：())/(503.310023.610357.012
832337cm g =????=-ρ
对于单位质量1g 碳为金刚石结构时，体积为：v1=1/ρ1=0.285(cm 3)
转变为石墨结构时，体积为：v2=1/ρ2=0.444(cm 3) 故金刚石转变为石墨结构时体积膨胀：%8.55%1001
12=?-v v v
第3章
2. 在Fe 中形成1mol 空位需要的能量为104.675kJ ，试计算从20℃升温至 850℃时空位数
目增加多少倍？ 已知空位在温度T 时的平衡浓度为
，R=8.31 J/K 。
解：
系数A 一般在1~10之间，取A=1，则
故 空位增加了 （倍）
3. 图解并分析包含刃型位错和螺型位错的混合位错的滑移过程。P95
第4章
4. 一块含0.1%C 的碳钢在930℃渗碳，渗到0.05cm 的地方碳的浓度达到0.45%。在t>0
的全部时间，渗碳气氛保持表面成分为1%，假设 D=2.0×10-5exp(-140000/RT) (m 2/s)。 (a) 计算渗碳时间（已知erf(0.61)=0.61）；
(b) 若将渗层加深一倍，则需多长时间？
(c) 若规定0.3%C 作为渗碳层厚度的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？
解：
(a) 由Fick 第二定律得：
t 1.0×104(s) （ 5分）
(b) 由关系式Dt A x =，得：111t D A x =，222t D A x = 两式相比，得：
当温度相同时，D 1=D 2,于是得：
（ 5分）
（c ）
因为： t 930=t 870, D 930=1.67×10-7(cm 2/s)
D 870=0.2×exp(-140000/8.314×1143) =8.0×10-8(cm 2/s)
所以： （倍）（ 5分）
5. 在950℃下对纯铁渗碳，希望在0.1mm 的深度得到w1(c)=0.9%的碳含量。假设表面碳
浓度保持在w2(c)=1.20%，扩散系数D γFe =10-10m 2/s 。计算为达到次要求至少要渗碳多少时间？
6. 一块含0.1%C 的碳钢在930℃、1%碳浓度的气氛中进行渗碳处理，经过11个小时后在
0.05cm 的地方碳的浓度达到0.45%，若要在0.08cm 的深度达到同样的渗碳浓度，则需
多长时间？ 已知)2()(0Dt
x erf s s ρρρρ--= 解：由Fick 第二定律得： )2(
)(0Dt x erf s s ρρρρ--= 即)2(0Dt
x erf s s =--ρρρρ 由题意可知，两种情况下渗碳前后浓度相同且渗碳温度相同，即 2
2
1122Dt x Dt x = （5分） 故 )(16.2805.008.011221212小时=??? ???=???
? ???=x x t t （10分，不准确扣1分） 要在0.08cm 深度达到同样的渗碳深度，需28.16小时。
7. 根据实际测定lgD 与1/T 的关系图，计算单晶体银和多晶体银在低于700℃温度范围的
扩散激活能，并说明两者扩散激活能差异的原因。
解：由 D=D0exp(-Q/RT)，)lg 3.2ln (,13.2lg lg 0D D T
R Q D D =?-=因为
kJ Q
e R
Q
kJ Q
e R
Q
C
e
T
T
R
Q
D
e
RT
Q
D
D
5. 194
)
10
39
.1
10
8.0(
lg
14 8
: (
4. 122
lg
)
10
30
.1
10
10
.1(
)
12
(
72 . 10:
700
lg
)
1
1
(
lg
lg lg
lg
2
3
3
2
1
3
3
1
2
1
=
?
-
?
-
=
-
-
-=
?
-
?
-
=
-
-
-?
-
-
=
?
-
=
-
-
-
-
）
（
单晶体银的扩散激活能位是“卡”）
注：图中的扩散激活单
时，多晶体银扩散激能
由于单晶体的扩散是体扩散，而多晶体存在晶界，晶界的“短路”扩散作用，使扩散速率增大，从而扩散激活能较小。
8.有两种激活能分别为E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的扩散反应。温度从25℃升高到
600℃时，这两种扩散的扩散系数有何变化，并对结果作出评述。已知R=8.31 J/K。解：
由
得：
对于温度从298K提高到873K，扩散速率D分别提高4.6×109和9.5×1028倍，显示出温度对扩散速率的重要影响。激活能越大时，扩散速率对温度的敏感性越大。
第5章
9.已知H70黄铜（30%Zn）在400℃的恒温下完成再结晶需要1小时，而在390℃完成再
结晶需要2小时，试计算在420℃恒温下完成再结晶需要多少时间？
解：再结晶是一热激活过程，故再结晶速率
积分数所需的时间t
两边取对数
同理有
已知t1=1小时，t2=2小时，代入上式可得t3=0.26（小时）
10.铁的回复激活能为88.9 kJ/mol，如果经冷变形的铁在400℃进行回复处理，使其残留加
工硬化为60%需160分钟，问在450℃回复处理至同样效果需要多少时间？已知R=8.314 J/(mo l﹒K)。
解：同上题，有
故
11.已知单相黄铜400℃恒温下完成再结晶需要1小时，而350℃恒温时，则需要3小时，
试求该合金的再结晶激活能。已知R=8.314 J/(mo l﹒K)。
解：再结晶是一热激活过程，故再结晶速率
积分数所需的时间t
故
KJ/mol)
12.已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的α-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和
196MPa，问平均晶粒直径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多少？c
解：根据Hall-Petch公式：
解得
∴
13. ，
的原子间距以及点阵阻力。
解：
Cu ：滑移面为{111}，滑移方向<110> 因此，d{111}=3
a ，b<110>=22a Fe ：滑移面为{110}，滑移方向<111> 因此，d{110}=2
a ，b<111>=3a
第6章
14. 已知条件：铝的熔点Tm=933K ，单位体积熔化热Lm=1.836×109J/m3，固液界面比表
面能δ=93×10-3J/m2，原子体积V 0=1.66×10-29m 3。
考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：ΔT=1，10，100和200K ，计算：
(a) 临界晶核尺寸；
(b) 半径为r*的晶核个数；
(c) 从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化ΔG*（形核功）；
(d) 从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化 ΔGv(形核功)。
第7章
15. Pb-Sn 二元合金的平衡相图如下图所示，已知共晶点为Sn%=61.9。试利用杠杆原理计
算Pb-40Sn 及Pb-70Sn 两种合金共晶反应完成后，凝固组织中α相和β相的成分百分比。
解：对于Pb-40Sn 合金：
()%2.73%100195.97405.97=?--=αw ，()%8.26%10019
5.971940=?--=βw 对于Pb-70Sn 合金：
()%35%100195.97705.97=?--=αw ，()%65%10019
5.971970=?--=βw
16. 根据所示Pb-Sn 相图：(1)画出成分为w(Sn)=50%合金的冷却曲线及其相应的平衡凝固组织；（2）计
算该合金共晶反应后组织组成体的相对量和组成相的相对量；（3）计算共晶组织中的两相体积相对量，由此判断两相组织为棒状还是为层片状形态。在计算中忽略Sn 在α相和Pb 在β相中的溶解度效应，假定α相的点阵常数为Pb 的点阵常数a Pb =0.390nm ，晶体结构为面心立方，每个晶胞4个原子；β相的点阵常数为β-Sn 的点阵常数a Sn =0.583nm ，c Sn =0.318nm ，晶体点阵为体心四方，每个晶胞4个原子。Pb 的原子量207，Sn 的原子量为119。
1) 合金的冷却曲线及凝固组织如下图所示：
室温平衡组织：α初和(α+β)共+βⅡ
2) 合金发生共晶反应后的组织组成体为α初和(α+β)共，各自的含量为
α初%=199.1650
9.61--×100%≈28%
(α+β)共%=1-α初%=72%
合金发生共晶反应后的相组成为α相和β相，各自的含量为
材料科学基础期末考试历届考试试题复习资料
四川理工学院试卷（2009至2010学年第1学期） 课程名称：材料科学基础 命题教师：罗宏 适用班级：2007级材料科学与工程及高分子材料专业 考试（考查） 年 月 日 共 页 1、 满分100分。要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。 2、 考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在试卷规定的地方，否 则视为废卷。 3、 考生必须在签到单上签到，若出现遗漏，后果自负。 4、 如有答题纸，答案请全部写在答题纸上，否则不给分；考完请将试卷和答题卷 分别一同交回，否则不给分。 试题答案及评分标准 得分 评阅教师 一、判断题：（10分，每题1分，正确的记错误的记“％” 1?因为晶体的排列是长程有序的，所以其物理性质是各向同性。 （％ 2. 刃型位错线与滑移方向垂直。（话 3. 莱氏体是奥氏体和渗碳体的片层状混合物。（X ） 4?异类原子占据空位称为置换原子，不会引起晶格畸变。 （X 5. 电子化合物以金属键为主故有明显的金属特性。 （话 6. 冷拉后的钢条的硬度会增加。（话 7. 匀晶系是指二组元在液态、固态能完全互溶的系统。 （话 题号 -一- -二二 三 四 五 六 七 八 总分 评阅（统分”教师 得分 :题 * 冷 =要 密;
8.根据菲克定律，扩散驱动力是浓度梯度，因此扩散总是向浓度低的方向进行。（X
9. 细晶强化本质是晶粒越细，晶界越多，位错的塞积越严重，材料的强度也就 越高。（V ） 10. 体心立方的金属的致密度为 0.68。（V ） 、单一选择题：（10分，每空1分） (B) L+B — C+B （C ） L —A+B （D ） A+B^L 7. 对于冷变形小 的金属，再结晶核心形成的形核方式一般是（ A ） （A ） 凸出形核亚 （ B ）晶直接形核长大形核 （B ） 亚晶合并形核 （D ）其他方式 8. 用圆形钢饼加工齿轮，下述哪种方法更为理想？ （ C ） （A ）由钢板切出圆饼（B ）由合适的圆钢棒切下圆饼 （C ） 由较细的钢棒热镦成饼 （D ）铸造成形的圆饼 1. 体心立方结构每个晶胞有（B ） 个原子。 2. 3. (A) 3 ( B) 2 (C) 6 固溶体的不平衡凝固可能造成 （A ）晶内偏析 （C ）集中缩孔 属于＜100＞晶向族的晶向是（ (A) [011] (B) [110] (D) 1 (B) (D) (C) 晶间偏析 缩松 [001] (D) [101] 4.以下哪个工艺不是原子扩散理论的具体应用 （A ）渗氮 （B ）渗碳 （C ）硅晶片掺杂 （） （D ）提拉单晶5.影响铸锭性能主要晶粒区是（C ） （A ）表面细晶粒区 （B ）中心等轴（C ）柱状晶粒区 三个区影 响相同 6 ?属于包晶反应的是（A ） （ L 表示液相, A 、B 表示固相） (A) L+A — B
材料科学基础试题库
《材料科学基础》试题库 一、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 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） 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 4、为什么大多数铸造合金的成分都选择在共晶合金附近 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 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 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 12、请简述影响扩散的主要因素有哪些。 13、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点 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 15、请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 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 17、一个楔形板坯经冷轧后得到相同厚度的板材，再结晶退火后发现板材两端的抗拉强度不同，请解释这个现象。 18、冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理 19、位错密度有哪几种表征方式 20、淬透性与淬硬性的差别。 21、铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。 22、马氏体相变的基本特征（12分） 23、加工硬化的原因（6分） 24、柏氏矢量的意义（6分） 25、如何解释低碳钢中有上下屈服点和屈服平台这种不连续的现象（8分） 26、已知916℃时，γ-Fe的点阵常数，（011）晶面间距是多少（5分） 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） 29、单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么（9分） 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） 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
材料科学基础期末试题
材料科学基础考题 I卷 一、名词解释（任选5题，每题4分，共20分） 单位位错；交滑移；滑移系；伪共晶；离异共晶；奥氏体；成分过冷答： 单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。 交滑移：两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移，称为交滑移。滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。 伪共晶：在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。 离异共晶：由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中的a相依附于初生a相生长，将共晶体中另一相B推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。 奥氏体：碳原子溶于丫-Fe形成的固溶体。 成分过冷：在合金的凝固过程中，将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷称为成分过冷。 二、选择题（每题2分，共20分） 1. 在体心立方结构中，柏氏矢量为a[110]的位错（A ）分解为a/2[111]+a/2[l11]. （A）不能（B）能（C）可能 2. 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 3?凝固的热力学条件为：（D ） （A）形核率（B）系统自由能增加 （C）能量守衡（D）过冷度 4?在TiO2中，当一部分Ti4+还原成Ti3+，为了平衡电荷就出现（A） （A）氧离子空位（B）钛离子空位（C）阳离子空位 5?在三元系浓度三角形中，凡成分位于（ A ）上的合金，它们含有另两个顶角所代表的两 组元含量相等。 （A）通过三角形顶角的中垂线 （B）通过三角形顶角的任一直线 （C）通过三角形顶角与对边成45°的直线 6?有效分配系数k e表示液相的混合程度，其值范围是（B ） （A）1vk e 练习题 第三章 晶体结构，习题与解答 3-1 名词解释 （a ）萤石型和反萤石型 （b ）类质同晶和同质多晶 （c ）二八面体型与三八面体型 （d ）同晶取代与阳离子交换 （e ）尖晶石与反尖晶石 答：（a ）萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。 （b ）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 （c ）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构 三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d ）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e ）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 3-2 （a ）在氧离子面心立方密堆积的晶胞中，画出适合氧离子位置的间隙类型及位置，八面体间隙位置数与氧离子数之比为若干？四面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干？ （b ）在氧离子面心立方密堆积结构中，对于获得稳定结构各需何种价离子，其中： （1）所有八面体间隙位置均填满； （2）所有四面体间隙位置均填满； （3）填满一半八面体间隙位置； （4）填满一半四面体间隙位置。 并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。 解：（a ）参见2-5题解答。1:1和2:1 （b ）对于氧离子紧密堆积的晶体，获得稳定的结构所需电价离子及实例如下： （1）填满所有的八面体空隙，2价阳离子，MgO ； （2）填满所有的四面体空隙，1价阳离子，Li2O ； （3）填满一半的八面体空隙，4价阳离子，TiO2； （4）填满一半的四面体空隙，2价阳离子，ZnO 。 3-3 MgO 晶体结构，Mg2+半径为0.072nm ，O2-半径为0.140nm ，计算MgO 晶体中离子堆积系数（球状离子所占据晶胞的体积分数）；计算MgO 的密度。并说明为什么其体积分数小于74.05%？ 第1页（共11页） ########2018-2019学年第二学期 ########专业####级《材料科学基础》期末考试试卷 （后附参考答案及评分标准） 考试时间：120分钟 考试日期：2019年6月 题 号 一 二 三 四 五 六 总 分 得 分 评卷人 复查人 一、单项选择题（请将正确答案填入表中相应题号处，本题13小题，每小题2分，共26分） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 答案 1. 在形核-生长机制的液-固相变过程中，其形核过程有非均匀形核和均匀形核之分，其形核势垒有如下关系（ ）。 A. 非均匀形核势垒 ≤ 均匀形核势垒 B. 非均匀形核势垒 ≥ 均匀形核势垒 C. 非均匀形核势垒 = 均匀形核势垒 D. 视具体情况而定，以上都有可能 2. 按热力学方法分类，相变可以分为一级相变和二级相变，一级相变是在相变时两相自由焓相等，其一阶偏导数不相等，因此一级相变（ ）。 A. 有相变潜热改变，无体积改变 B. 有相变潜热改变，并伴随有体积改变 C. 无相变潜热改变，但伴随有体积改变 D. 无相变潜热改变，无体积改变 得分 专业 年级 姓名 学号 装订线 3. 以下不是材料变形的是（）。 A. 弹性变形 B. 塑性变形 C. 粘性变形 D. 刚性变形 4. 在固溶度限度以内，固溶体是几相？（） A. 2 B. 3 C. 1 D. 4 5. 下列不属于点缺陷的主要类型是（）。 A. 肖特基缺陷 B. 弗伦克尔缺陷 C. 螺位错 D. 色心 6. 由熔融态向玻璃态转变的过程是（）的过程。 A. 可逆与突变 B. 不可逆与渐变 C. 可逆与渐变 D. 不可逆与突变 7. 下列说法错误的是（）。 A. 晶界上原子与晶体内部的原子是不同的 B. 晶界上原子的堆积较晶体内部疏松 C. 晶界是原子、空位快速扩散的主要通道 D. 晶界易受腐蚀 8. 表面微裂纹是由于晶体缺陷或外力作用而产生，微裂纹同样会强烈地影响表面性质，对于脆性材料的强度这种影响尤为重要，微裂纹长度，断裂强度。（） A. 越长；越低 B. 越长；越高 C. 越短；越低 D. 越长；不变 9. 下列说法正确的是（）。 A. 再结晶期间，位错密度下降导致硬度上升 B. 再结晶期间，位错密度下降导致硬度下降 C. 再结晶期间，位错密度上升导致硬度上升 D. 再结晶期间，位错密度上升导致硬度下降 10. 下列材料中最难形成非晶态结构的是（）。 A. 陶瓷 B. 金属 C. 玻璃 D. 聚合物 第2页（共11页） 一、名词： 相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。 平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。 成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。 异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。 共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。 脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。 包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。 成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。 二、简答： 1. 固溶体合金结晶特点？ 答：异分结晶；需要一定的温度范围。 2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？ 答：溶质平衡分配系数k0；溶质原子扩散能力；冷却速度。 3. 影响成分过冷的因素？ 答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。 三、书后习题 1、何谓相图？有何用途？ 答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。 相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。 2、什么是异分结晶？什么是分配系数？ 答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。 3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除？ 答：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象 形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。 影响因素：1）分配系数k0：当k0<1时，k0值越小，则偏析越大；当k0>1时，k0越大，偏析也越大。2）溶质原子扩散能力，溶质原子扩散能力大，则偏析程度较小；反之，则偏析程度较大。3）冷却速度，冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。 对金属性能的影响：使合金的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著降低， 材料科学基础试题库 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________ 。 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________ 。 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、莱氏体 B、珠光体 C、铁素体 4、原子扩散的驱动力是_____ 。 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_______ 。 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________ 。 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、1.6 B、2 XV (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、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_________ o(其中Ko是平衡分配系数) A、 1 期末总复习 一、名词解释 空间点阵：表示晶体中原子规则排列的抽象质点。 配位数：直接与中心原子连接的配体的原子数目或基团数目。 对称：物体经过一系列操作后，空间性质复原；这种操作称为对称操作。 超结构：长程有序固溶体的通称 固溶体：一种元素进入到另一种元素的晶格结构形成的结晶，其结构一般保持和母相一致。 致密度：晶体结构中原子的体积与晶胞体积的比值。 正吸附：材料表面原子处于结合键不饱和状态，以吸附介质中原子或晶体内部溶质原子达到平衡状态，当溶质原子或杂质原子在表面浓度大于在其在晶体内部的浓度时称为正吸附； 晶界能：晶界上原子从晶格中正常结点位置脱离出来，引起晶界附近区域内晶格发生畸变，与晶内相比，界面的单位面积自由能升高，升高部分的能量为晶界能； 小角度晶界：多晶体材料中，每个晶粒之间的位向不同，晶粒与晶粒之间存在界面，若相邻晶粒之间的位向差在10°～2°之间，称为小角度晶界； 晶界偏聚：溶质原子或杂质原子在晶界或相界上的富集，也称内吸附，有因为尺寸因素造成的平衡偏聚和空位造成的非平衡偏聚。 肖脱基空位：脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位。 弗兰克耳空位：晶体中原子进入空隙形而形成的一对由空位和间隙原子组成的缺陷。 刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直的位错。 螺型位错：柏氏矢量与位错线平行的位错。 柏氏矢量：用来表征晶体中位错区中原子的畸变程度和畸变方向的物理量。 单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错 派—纳力：位错滑动时需要克服的周围原子的阻力。 过冷：凝固过程开始结晶温度低于理论结晶温度的现象。 过冷度：实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 均匀形核：在过冷的液态金属中，依靠金属本身的能量起伏获得成核驱动力的形核过程。 过冷度：实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 形核功：形成临界晶核时，由外界提供的用于补偿表面自由能和体积自由能差值的能量。 马氏体转变：是一种无扩散型相变，通过切变方式由一种晶体结构转变另一种结构，转变过程中，表面有浮凸，新旧相之间保持严格的位向关系。或者：由奥氏体向马氏体转变的 一、单项选择题(请在每小题的4个备选答案中，选出一个最佳答案， 共10小题；每小题2分，共20分) 1、材料按照使用性能，可分为结构材料和 。 A. 高分子材料； B. 功能材料； C. 金属材料； D. 复合材料。 2、在下列结合键中，不属于一次键的是： A. 离子键； B. 金属键； C. 氢键； D. 共价键。 3、材料的许多性能均与结合键有关，如大多数金属均具有较高的密度是由于： A. 金属元素具有较高的相对原子质量； B. 金属键具有方向性； C. 金属键没有方向性； D.A 和C 。 3、下述晶面指数中，不属于同一晶面族的是： A. (110)； B. (101)； C. (011- ）；D. (100)。 4、 面心立方晶体中，一个晶胞中的原子数目为： A. 2； B. 4； C. 6； D. 14。 5、 体心立方结构晶体的配位数是： A. 8； B.12； C. 4； D. 16。 6、面心立方结构晶体的原子密排面是： A. {111}； B. {110}； C. (100)； D. [111]。 7、立方晶体中（110）和（211）面同属于 晶带 A. [110]； B. [100]； C. [211]； D. [--111]。 6、体心立方结构中原子的最密排晶向族是： A. <100>； B. [111]； C. <111>； D. (111)。 6、如果某一晶体中若干晶面属于某一晶带，则： A. 这些晶面必定是同族晶面； B. 这些晶面必定相互平行； C. 这些晶面上原子排列相同； D. 这些晶面之间的交线相互平行。 7、金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种，它们的晶胞中原子数分别为：A. 4, 2, 6; B. 6, 2, 4; C. 4, 4, 6; D. 2, 4, 6 7、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： A. 肖脱基缺陷； B. 弗兰克缺陷； C. 线缺陷； D. 面缺陷 7、两平行螺旋位错，当柏氏矢量同向时，其相互作用力： 《材料科学基础》考试试卷（第一套） 课程号 6706601060 考试时间 120 分钟 一、 名词解释（简短解释，每题2分，共20分） 空间点阵 线缺陷 吸附 渗碳体组织 适用专业年级（方向）： 材 料 科 学 与 工 程 专 业 2006 级 考试方式及要求： 闭 卷 考 试 固态相变 稳态扩散 形核率 调幅分解 霍尔-配奇方程 平衡凝固 二、选择题（只有一个正确答案，每题1分，共10分） 1、弯曲表面的附加压力△P 总是( ) 曲面的曲率中心。 A.指向 B.背向 C.平行 D.垂直 2、润湿的过程是体系吉布斯自由能( )的过程。 A.升高 B.降低 C.不变 D.变化无规律 3、一级相变的特点是，相变发生时，两平衡相的( )相等，但其一阶偏微分不相等。 A.熵 B.体积 C.化学势 D.热容 4、固溶体合金的凝固是在变温下完成的，形成于一定温度区间，所以在平衡凝固条件下所得到的固溶体晶粒( ) A.成分内外不均匀 B.不同温度下形成的各晶粒成分是不同的 C.晶粒内外，晶粒形成不分先后，同母液成分是一致的 5、强化金属材料的各种手段，考虑的出发点都在于( ) A.制造无缺陷的晶体或设置位错运动的障碍 B.使位错增殖 C.使位错适当的减少 6、既能提高金属的强度，又能降低其脆性的手段是( ) A.加工硬化 B. 固溶强化 C. 晶粒细化 7、根据显微观察，固液界面有两种形式，即粗糙界面与光滑界面，区分两种界面的依据是值大小( ) A. α<=2为光滑界面 B. α>=1为光滑界面 C. α>=5为光滑界面 8、渗碳处理常常在钢的奥氏体区域进行，这是因为( ) A. 碳在奥氏体中的扩散系数比在铁素体中大 B. 碳在奥氏体中的浓度梯度比在铁素体中大 C. 碳在奥氏体中的扩散激活能比在铁素体中小 9、界面能最低的相界面是( ) A. 共格界面 B. 孪晶界 C. 小角度晶界 10、铁碳合金组织中的三次渗碳体来自于( ) Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编 东华理工大学材料科学与工程系 一、填空题 0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____，当烧结分别进行四种传质时，颈部增长x/r与时间t的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。 0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ，含有平移操作的对称要素种类有_____ 、_____ 。 0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。 0004.晶体有两种理想形态，分别是_____和_____。 0005.晶体是指内部质点排列的固体。 0006.以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，属于这个球的八面体空隙数为，所以属于这个球的四面体空隙数为。 0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。 0008.一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a，其晶面的晶面指数是。 0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性，当真实接触角θ时，粗糙度越大，表面接触角，就越容易湿润；当θ，则粗糙度，越不利于湿润。 0010.硼酸盐玻璃中，随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数，热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%—16%时，桥氧又开始，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。 0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种，CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为。 0012.固体质点扩散的推动力是________。 0013.本征扩散是指__________，其扩散系数D＝_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。0014.析晶过程分两个阶段，先______后______。 0015.晶体产生Frankel缺陷时，晶体体积_________，晶体密度_________；而有Schtty缺陷时，晶体体积_________,晶体密度_________。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时，_________是主要的；两种离子半径相差大时，_________是主要的。 0016.少量CaCl2在KCl中形成固溶体后，实测密度值随Ca2+离子数/K＋离子数比值增加而减少，由此可判断其缺陷反应式为_________。 0017.Tg是_________,它与玻璃形成过程的冷却速率有关，同组分熔体快冷时Tg比慢冷时_________ ,淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度_________,热膨胀系数_________。 0018.同温度下，组成分别为：(1) 0.2Na2O－0.8SiO2 ；(2) 0.1Na2O－0.1CaO－0.8SiO2 ;(3) 0.2CaO－0.8SiO2 的三种熔体，其粘度大小的顺序为_________。 0019.三T图中三个T代表_________, _________,和_________。 0020.粘滞活化能越_________ ,粘度越_________ 。硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于_________ 。 0021.0.2Na2O-0.8SiO2组成的熔体，若保持Na2O含量不变，用CaO置换部分SiO2后，电导_________。0022.在Na2O－SiO2熔体中加入Al2O3(Na2O/Al2O3<1),熔体粘度_________。 0023.组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为_________。 0024.在等大球体的最紧密堆积中，六方最紧密堆积与六方格子相对应，立方最紧密堆积与_______ 相对应。0025.在硅酸盐晶体中，硅氧四面体之间如果相连，只能是_________方式相连。 几种强化加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。 强化机制：金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力。 细晶强化：是由于晶粒减小，晶粒数量增多，尺寸减小，增大了位错连续滑移的阻力导致的强化；同时由于滑移分散，也使塑性增大。 弥散强化：又称时效强化。是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制和绕过机制。（2 分） 复相强化：由于第二相的相对含量与基体处于同数量级是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等，且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。（2 分） 固溶强化：固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。。包括弹性交互作用、电交互作用和化学交互作用。 几种概念 1、滑移系：一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合。 2、交滑移：螺型位错在两个相交的滑移面上运动，螺位错在一个滑移面上运动遇有障碍，会转动到另一滑移面上继续滑移，滑移方向不变。 3、屈服现象：低碳钢在上屈服点开始塑性变形，当应力达到上屈服点之后开始应力降落，在下屈服点发生连续变形而应力并不升高，即出现水平台（吕德斯带）原因：柯氏气团的存在、破坏和重新形成，位错的增殖。 4、应变时效：低碳钢经过少量的预变形可以不出现明显的屈服点，但是在变形后在室温下放置一段较长时间或在低温经过短时间加热，在进行拉伸试验，则屈服点又重复出现，且屈服应力提高。 5、形变织构：随塑性变形量增加，变形多晶体某一晶体学取向趋于一致的现象。滑移和孪晶的区别 滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的合金全部变成共晶组织，这种非共晶成分的共晶组织，称为伪共晶组合。 扩散驱动力：化学位梯度是扩散的根本驱动力。 一、填空题（20 分，每空格1 分） 1. 相律是在完全平衡状态下，系统的相数、组元数和温度压力之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式：f=C-P+2 2. 二元系相图是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。 3?晶体的空间点阵分属于7大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为a=b M c,a = B =Y =90°，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交（任选三种）。 4. 合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区三部分。 5．在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过滑移的方式进行的。此外还有孪生和扭 Test of Fundamentals of Materials Science 材料科学基础试题库 郑举功编 一、填空题 0001.烧结过程的主要传质机制有_____、_____、_____ 、_____，当烧结分别进行四种传质时，颈部增长x/r与时 间t的关系分别是_____、_____、_____ 、_____。 0002.晶体的对称要素中点对称要素种类有_____、_____、_____ 、_____ ，含有平移操作的对称要素种类有_____ 、_____ 。 0003.晶族、晶系、对称型、结晶学单形、几何单形、布拉菲格子、空间群的数目分别是_____、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 、_____ 。 0004.晶体有两种理想形态，分别是_____和_____。 0005.晶体是指内部质点排列的固体。 0006.以NaCl晶胞中（001）面心的一个球（Cl-离子）为例，属于这个球的八面体空隙数为，所以属于这个球的四面体空隙数为。 0007.与非晶体比较晶体具有自限性、、、、和稳定性。 0008.一个立方晶系晶胞中，一晶面在晶轴X、Y、Z上的截距分别为2a、1/2a 、2/3a，其晶面的晶面指数是。 0009.固体表面粗糙度直接影响液固湿润性，当真实接触角θ时，粗糙度越大，表面接触角，就越容易湿润；当θ，则粗糙度，越不利于湿润。 0010.硼酸盐玻璃中，随着Na2O（R2O）含量的增加，桥氧数，热膨胀系数逐渐下降。当Na2O含量达到15%—16%时，桥氧又开始，热膨胀系数重新上升，这种反常现象就是硼反常现象。 0011.晶体结构中的点缺陷类型共分、和三种，CaCl2中Ca2+进入到KCl间隙中而形成点缺陷的反应式为。 0012.固体质点扩散的推动力是________。 0013.本征扩散是指__________，其扩散系数D＝_________,其扩散活化能由________和_________ 组成。0014.析晶过程分两个阶段，先______后______。 0015.晶体产生Frankel缺陷时，晶体体积_________，晶体密度_________；而有Schtty缺陷时，晶体体积_________,晶体密度_________。一般说离子晶体中正、负离子半径相差不大时，_________是主要的；两种离子半径相差大时，_________是主要的。 0016.少量CaCl2在KCl中形成固溶体后，实测密度值随Ca2+离子数/K＋离子数比值增加而减少，由此可判断其缺陷反应式为_________。 0017.Tg是_________,它与玻璃形成过程的冷却速率有关，同组分熔体快冷时Tg比慢冷时_________ ,淬冷玻璃比慢冷玻璃的密度_________,热膨胀系数_________。 0018.同温度下，组成分别为：(1) 0.2Na2O－0.8SiO2 ；(2) 0.1Na2O－0.1CaO－0.8SiO2 ;(3) 0.2CaO－0.8SiO2 的三种熔体，其粘度大小的顺序为_________。 0019.三T图中三个T代表_________, _________,和_________。 0020.粘滞活化能越_________ ,粘度越_________ 。硅酸盐熔体或玻璃的电导主要决定于_________ 。 0021.0.2Na2O-0.8SiO2组成的熔体，若保持Na2O含量不变，用CaO置换部分SiO2后，电导_________。0022.在Na2O－SiO2熔体中加入Al2O3(Na2O/Al2O3<1),熔体粘度_________。 0023.组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为_________。 0024.在等大球体的最紧密堆积中，六方最紧密堆积与六方格子相对应，立方最紧密堆积与_______ 相对应。0025.在硅酸盐晶体中，硅氧四面体之间如果相连，只能是_________方式相连。 0026.离子晶体生成Schttky缺陷时，正离子空位和负离子空位是同时成对产生的，同时伴随_________的增加。0027.多种聚合物同时并存而不是一种独存这就是熔体结构_________的实质。在熔体组成不变时，各级聚合物的数量还与温度有关，温度升高，低聚物浓度增加。 0028.系统中每一个能单独分离出来并_________的化学均匀物质，称为物种或组元，即组份。例如，对于食盐的水溶液来说，NaCl与H2O都是组元。而Na+、Cl－、H+、OH－等离子却不能算是组元，因为它们都不能作为独立的物质存在。 0029.在弯曲表面效应中，附加压力ΔP总是指向曲面的_________，当曲面为凸面时，ΔP为正值。 0030.矿化剂在硅酸盐工业中使用普遍，其作用机理各异，例在硅砖中加入1-3％[Fe2O3＋Ca2(OH)2]做矿化剂，能使大部分a-石英不断溶解同时不断析出a-磷石英，从而促进a-石英向磷石英的转化。水泥生产中 材料科学基础期末总结复习资料 1、名词解释 （1）匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 （2）共晶转变：合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程称 为共晶转变。 （3）包晶转变：成分为H点的δ固相，与它周围成分为B点的液相L，在一定的温度时，δ固相与L液相相互作用转变成成分是J 点的另一新相γ固溶体，这一转变叫包晶转变或包晶反应。即HJB---包晶转变线，LB+δH→rJ （4）枝晶偏析：合金以树枝状凝固时，枝晶干中心部位与枝晶间的溶质浓度明显不同的成分不均匀现象。 （5）晶界偏析：晶粒内杂质原子周围形成一个很强的弹性应变场,相应的化学势较高,而晶界处结构疏松,应变场弱,化学势低,所以晶粒内杂质会在晶界聚集,这种使得溶质在表面或界面上聚集的现象称为晶界偏析 （6）亚共晶合金：溶质含量低于共晶成分，凝固时初生相为基体相的共晶系合金。 （7）伪共晶：非平衡凝固时，共晶合金可能获得亚（或过）共晶组织，非共晶合金也可能获得全部共晶组织，这种由非共晶合金所获得的全部共晶组织称为伪共晶组织。 （8）离异共晶：在共晶转变时，共晶中与初晶相同的那个相即附着在初晶相之上，而剩下的另一相则单独存在于初晶晶粒的晶界处，从而失去共晶组织的特征，这种被分离开来的共晶组织称为离异共晶。 （9）纤维组织：当变形量很大时，晶粒变得模糊不清，晶粒已难以分辨而呈现出一片如纤维状的条纹，这称为纤维组织。 （10）胞状亚结构：经一定量的塑性变形后，晶体中的位错线 通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，并形成位错缠结，进一步增加变形度时，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构。 （11）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬 度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降。 （12）结构起伏：液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序、短程有序，并且短程有序原子集团不是固定不变的，它是一种此消彼长、瞬息万变、尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏。 （13）能量起伏：能量起伏是指体系中每个微小体积所实际具 有的能量，会偏离体系平均能量水平而瞬时涨落的现象。 （14）垂直长大：对于粗糙界面，由于界面上约有一半的原子 位置空着，故液相的原子可以进入这些位置与晶体结合起来，晶体便连续地向液相中生长，故这种长大方式为垂直生长。 （15）滑移临界分切应力：晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一滑移 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。（点阵常数a=0.2nm)。 六、论述题（任选1题，15分） 1 试论材料强化的主要方法、原理及工艺实现途径。 2 试论固态相变的主要特点。 3 试论塑性变形对材料组织和性能的影响。 几种强化 加工硬化:金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度与硬度升高,而塑性与韧性降低的现象。 强化机制:金属在塑性变形时,晶粒发生滑移,出现位错的缠结,使晶粒拉长、破碎与纤维化,金属内部产生了残余应力。 细晶强化:就是由于晶粒减小,晶粒数量增多,尺寸减小,增大了位错连续滑移的阻力导致的强化;同时由于滑移分散,也使塑性增大。 弥散强化:又称时效强化。就是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制与绕过机制。(2 分) 复相强化:由于第二相的相对含量与基体处于同数量级就是产生的强化机制。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等,且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。(2 分) 固溶强化:固溶体材料随溶质含量提高其强度、硬度提高而塑性、韧性下降的现象。。包括弹性交互作用、电交互作用与化学交互作用。 几种概念 1、滑移系:一个滑移面与该面上一个滑移方向的组合。 2、交滑移:螺型位错在两个相交的滑移面上运动,螺位错在一个滑移面上运动遇有障碍,会转动到另一滑移面上继续滑移,滑移方向不变。 3、屈服现象:低碳钢在上屈服点开始塑性变形,当应力达到上屈服点之后开始应力降落,在下屈服点发生连续变形而应力并不升高,即出现水平台(吕德斯带) 原因:柯氏气团的存在、破坏与重新形成,位错的增殖。 4、应变时效:低碳钢经过少量的预变形可以不出现明显的屈服点,但就是在变形后在室温下放置一段较长时间或在低温经过短时间加热,在进行拉伸试验,则屈服点又重复出现,且屈服应力提高。 5、形变织构:随塑性变形量增加,变形多晶体某一晶体学取向趋于一致的现象。 滑移与孪晶的区别 滑移就是指在切应力的作用下,晶体的一部分沿一定晶面与晶向,相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。 孪生:在切应力作用下,晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面与晶向发生均匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。 伪共晶:在不平衡结晶条件下,成分在共晶点附近的合金全部变成共晶组织,这种非共晶成分的共晶组织,称为伪共晶组合。 扩散驱动力:化学位梯度就是扩散的根本驱动力。 一、填空题(20 分,每空格1 分) 1、相律就是在完全平衡状态下,系统的相数、组元数与温度压力之间的关系,就是系统的平衡条件的数学表达式: f=C-P+2 2、二元系相图就是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。 3、晶体的空间点阵分属于7 大晶系,其中正方晶系点阵常数的特点为a=b≠c,α= β=γ=90°,请列举除立方与正方晶系外其她任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交(任选三种)。 4、合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区与中心等轴晶区三部分。材料科学基础练习题
《材料科学基础》期末考试试卷及参考答案,2019年6月
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