材料科学基础2复习题及参考答案
材料科学基础2复习题及部分参考答案
一、名词解释
1、再结晶：指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶
粒的过程。
2、交滑移：在晶体中，出现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。
3、冷拉：在常温条件下，以超过原来屈服点强度的拉应力，强行拉伸聚合物，使其产生塑性变形以达到提高其屈服点
强度和节约材料为目的。（《笔记》聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。）
4、位错：指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。（《书》晶体中某处一列或者若
干列原子发生了有规律的错排现象）
5、柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位
置有差别）,形成所谓的“柯氏气团”。（《书》溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错周围，以减小畸变，降低体系的能量，使体系更加稳定。）
6、位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度或晶体中穿过单位截面面积的位错线数目。
7、二次再结晶：晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均匀、细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶。
8、滑移的临界分切应力：滑移系开动所需要的最小分切应力。（《书》晶体开始滑移时，滑移方向上的分切应力。）
9、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，又称冷作硬
化。（《书》随塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象。）
10、热加工：金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺的总称。（《书》使金属在再结晶温度以上发生加
工变形的工艺。）
11、柏氏矢量：是描述位错实质的重要物理量。反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。（《书》揭
示位错本质并描述位错行为的矢量。）反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量。
12、多滑移：晶体的滑移在两组或者更多的滑移面（系）上同时进行或者交替进行。
13、堆垛层错：晶体结构层正常的周期性重复堆垛顺序在某二层间出现了错误，从而导致的沿该层间平面（称为
层错面）两侧附近原子的错排的一种面缺陷。
14、位错的应变能：位错的存在引起点阵畸变，导致能量增高，此增量称为位错的应变能。
15、回复：发生形变的金属或合金在室温或不太高的温度下退火时，金属或合金的显微组织几乎没有变化，然而性能
却有程度不同的改变，使之趋近于范性形变之前的数值的现象。（《书》指冷变形金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前（即再结晶前）的微观结构及性能的变化过程。）
16、全位错：指伯氏矢量为晶体点阵的单位平移矢量的位错。
17、弗兰克尔空位：当晶体中的原子由于热涨落而从格点跳到间隙位置时，即产生一个空位和与其邻近的一个间
隙原子，这样的一对缺陷——空位和间隙原子，就称为弗兰克尔缺陷。（《书》存在能量起伏的原子摆脱周围原子的约束而跳离平衡位置进入点阵的间隙中所形成的空位（原子尺度的空洞）。）
18、层错能：单位面积层错所增加的能量。（《书》产生单位面积层错所需要的能量。）
19、表面热蚀沟：金属长时间加热时，与表面相交处因张力平衡而形成的热蚀沟。（《书》金属在高温下长时间加热时，
晶界与金属表面相交处为了达到表面张力间的平衡，通过表面扩散产生的热蚀沟。）
20、动态再结晶：金属在热变形过程中发生的再结晶。
二、填空题
1、两个平行的同号螺位错之间的作用力为排斥力，而两个平行的异号螺位错之间的作用力为吸引力。
2、小角度晶界能随位向差的增大而增大；大角度晶界能与位向差无关。
3、柏氏矢量是一个反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量；该矢量的模称为位错强度。
4、金属的层错能越低，产生的扩展位错的宽度越宽，交滑移越难进行。
5、螺型位错的应力场有两个特点，一是没有正应力分量，二是径向对称分布。
6、冷拉铜导线在用作架空导线时，应采用去应力退火，而用作电灯花导线时，则应采用再结晶退火。
7、为了保证零件具有较高的力学性能，热加工时应控制工艺使流线与零件工作时受到的最大拉应力的方向一致，而与外加的切应力方向垂直。
10、当晶粒长大的驱动力为畸变能差时，晶界的移动方向为背向曲率中心，当晶粒长大的驱动力为界面能差时，晶界的移动方向为向着曲率中心。
11、由于两者的滑移方向数不同，导致体心立方晶格金属与面心立方晶格金属在塑性上的差别。
12、聚合型两相合金，第二相为硬脆相，它呈细片状分布在基体上，合金的综合力学性能最好，它呈较粗颗粒状分布于基体上，合金的塑性最好。
13、位错的柏氏矢量越小，其能量低，在晶体中越稳定。
14．随冷变形量的增加，金属的强度提高，塑性降低。
15、对于冷变形度较小的金属，再结晶核心一般采用晶界突出形核方式形成。
16、晶体经过塑性变形后，出现了交叉的滑移带，则晶体中一定发生了多滑移，出现了波纹状的滑移带，则晶体中一定发生了交滑移。
17、某位错的柏氏矢量与位错线平行，方向与位错线的正方向一致，该位错为右位错，方向与位错线的正方向相反，该位错为左位错。
18、如果两个平行螺位错之间的作用力为吸引力，则它们是异号螺位错，如果两个平行螺位错之间的作用力为排斥力，则它们是同号螺位错。
19、柏氏矢量是一个反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量；该矢量的模称为位错强度。
20、晶界能随位向差的增大而增大的晶界一般是小角晶界；而晶界能与位向差无关的晶界一般是大角晶界。
21、在三种典型的金属晶体结构中，金属晶体的晶格类型为面心时，其塑性最好，晶格类型为密排时，其塑性最差。
22、螺型位错的运动方式是只可滑移，不可攀移。
23、多晶体的晶粒越细，则其强度高，塑性好。
24、对于冷变形度较大的金属，相邻亚晶的取向差较小时，再结晶核心一般采用亚晶界合并方式形成，相邻亚晶的取
向差较大时，再结晶核心一般采用亚晶界迁移方式形成。
25、动态再结晶的组织与静态再结晶的组织比较晶粒更细，晶粒内部还有位错残积。
26、某位错的柏氏矢量与位错线垂直，将其顺时针旋转90°后，方向与位错线的正方向一致，该位错为正，方向与位错线的正方向相反，该位错为负。
27、在金属中，当分散相粒子的体积分数越大，粒子尺寸越小，金属晶粒的极限平均晶粒尺寸越小。
28、冷变形金属在要求保持其较高硬度时，应采用去应力退火，而在要求恢复塑性以便于进一步变形时，则应采用再结晶退火。
29、为了保证零件具有较高的力学性能，热加工时应控制工艺使流线与零件工作时受到的最大拉应力的方向一致，而与外加的剪应力方向垂直。
30、当晶粒长大的驱动力为畸变能之差时，晶界的移动方向为背向率中心，当晶粒长大的驱动力为界面能之差时，晶界的移动方向为向着曲率中心。
三、问答题
1、加工硬化、细晶强化、固溶强化及弥散强化在本质上有何异同？
答：加工硬化是由于位错塞积、缠结及相互作用，阻止了位错的进一步运动。细晶强化是由于晶界上的原子排列不规则，且杂质和缺陷多，能量较高，阻碍位错的通过；且晶粒细小时，变形均匀，应力集中小，裂纹不易萌生和传播。固熔强化是由于位错与熔质原子交互作用，即柯氏气团阻碍位错运动。弥散强化是由于位错绕过、切过第二相粒子，需要增加额外的能量(如表面能或错排能)；同时，粒子周围的弹性应力场与位错产生交互作用，阻碍位错运动。
2、什么是加工硬化、细晶强化、固溶强化及弥散强化，它们在本质上有何异同？
答：加工硬化是指金属冷变形时，随着型变量的增加，其强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象。细晶强化是指随着晶粒细化，金属材料力学性能（强度）提高的现象。固熔强化是指熔质原子融入基体后，使其强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。弥散强化是指细小弥散分布的第二项质点显著提高材料强度的现象。
本质见上题
3、试分析金属的四种基本强化机制在本质的异同点。
答案见第1题
4、若面心立方晶体中有]011[2a b =（]01[2a b =、]110[2a b =）的单位位错及]112[6
a b =（]121[6a b =、]211[6
a b =）的不全位错，此二位错相遇后，产生位错反应，写出合成位错的柏氏矢量，此反应能否进行？为什么？说明合成位错的性质。
5、金属发生冷变形以后，其组织和性能会发生怎样的变化？
答：金属经冷塑性变形后，除了外形和尺寸发生改变外，其显微组织与各种性能也发生了变化。
⑴光学显微组织的变化：
塑性变形后，每个晶粒内部出现大量滑移带、孪生带；
随变形量的增加，原来的等轴晶粒逐渐沿变形方向伸长为扁平晶粒。
当变形量很大时，成为纤维组织(晶粒变得模糊不清，晶粒已难以分辨，而成为的一片纤维状条纹)。
⑵ 亚结构的变化
随变形量的增加，晶体中的位错密度迅速增加，经严重冷变形后，位错密度可从原先退火态的1010~1012m-2增至1015~1016m-2。 经一定量的塑性变形后，晶体中的位错通过运动和交互作用，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，大量位错聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构（位错胞）.随变形量增大，位错胞也沿变形方向伸长，且数量增多，尺寸减小。
性能变化: 金属冷变形时，随变形量增加，其强度、硬度上升，而塑性、韧性下降
6、说明金属在冷变形、回复、再结晶各阶段的显微组织、亚结构及力学性能特点。
答：冷变形见上题
显微组织:I.回复阶段: 显微组织几乎看不出任何变化，晶粒仍保持冷变形后的纤维状组织。
II.再结晶阶段:变形晶粒通过形核和长大过程，完全转变成新的无畸变的等轴晶粒。
亚结构：I.回复阶段:
II.再结晶阶段:
力学性能的变化：
I.回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有上升；
II.再结晶阶段：强度、硬度显著下降，塑性急剧上升；
7、金属在冷变形、回复、再结晶各阶段，其力学性能、物理性能、化学性能及内应力会发生哪些变化？
答：冷变形见第5题
物理性能的变化：
密度：回复阶段略有增大，再结晶阶段急剧升高
电阻：回复阶段已明显下降，再结晶阶段仍有显著下降
化学性能：
内应力的变化：在回复阶段明显下降，在再结晶阶段完全消除。
8、φ10mm 的铜棒，经充分退火后分别压缩20%、50%、70%以后，说明其组织发生的变化。
9、铜单晶体拉伸时，若力轴为[001]方向，临界分切应力为0.64MPa ，问需要多大的拉伸应力才能使晶体开始塑性变
10、铝单晶体拉伸时，若力轴为[100]方向，临界分切应力为0.79MPa，问需要多大的拉伸应力才能使晶体开始塑性变形？
11、今有纯Ti，Al，Pb三种铸锭，试判断它们在室温（20℃）轧制的难易顺序，是否都可以连续轧制下去。如果不能，应采取什么措施才能使之轧制成薄板。
已知Ti的熔点为1672℃，在883℃以下为密排六方，在883℃以上为面心立方；Al的熔点为660℃，面心立方；Pb的熔点为328℃，面心立方。
12、今有纯Ti，Cu，Pb三种铸锭，试判断它们在室温（20℃）轧制的难易顺序，是否都可以连续轧制下去。如果不能，应采取什么措施才能使之轧制成薄板。
已知Ti的熔点为1672℃，在883℃以下为密排六方，在883℃以上为面心立方；Cu的熔点为1083℃，面心立方；Pb的熔点为328℃，面心立方。
13、今有纯Zr，Ag，Pb三种铸锭，试判断它们在室温（20℃）轧制的难易顺序，是否都可以连续轧制下去。如果不能，应采取什么措施才能使之轧制成薄板。
已知Zr的熔点为1865℃，在865℃以下为密排六方，在865℃以上为体心立方；Ag的熔点为961℃，面心立方；Pb 的熔点为328℃，面心立方。（12分）
14、为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形5%后于650℃退火1h，组织反而粗化；增大冷变形量至80%再于650℃退火1h，仍然得到粗大晶粒。试分析其原因，指出上述工艺不合理处，并根据工业纯铝的再结晶图（见下图）制定一种合理的晶粒细化工艺。
15、已知柏氏矢量的大小为b=0.25nm ，如果对称倾侧晶界的取向差θ=1°和10°，求晶界上位错之间的距离。从计算结果可得到什么结论？
16、位错反应必须满足的两个基本条件是什么？判断如下的位错反应能否进行。
]112[6
]211[6]110[2a a a +?→? ]211[6]112[6]101[2a a a +?→? ]121[6
]121[6]110[2a a a +?→?
17、简述金属分别在冷变形、动态回复、连续动态再结晶、间断动态再结晶、超塑性时的真应力－应变曲线主要特点。 答：真应力-应变曲线主要特征：
冷变形时，随应变增大，曲线显著上升，达到最大载荷后， (σT, εT)曲线继续上升，直至断裂。
动态回复时，当温度一定，变形速率增大时，曲线整体向上移动，即稳定流变的应力增大；当变形速率一定，温度升高时，曲线整体向下移动，即稳定流变应力下降；
连续动态再结晶时，0<ε<εc ：加工硬化阶段；
εc<ε<εs ：动态再结晶初始阶段；
ε>εs ：稳定流变阶段，(形变硬化与再结晶软化达到动态平衡)。
εc —开始发生动态再结晶的临界变形量。
间断动态再结晶时，应变速率低，位错增殖速度小，在发生动态再结晶引起软化后，位错密度来不及增长到足以使再结晶达到与加工硬化相抗衡的程度，故重新发生加工硬化，曲线上升，直到位错密度积累到又能使再结晶占据主导地位时，曲线才又下降。这一过程不断重复，并呈周期性的变化，曲线呈波浪状，其周期大体相同，但振幅逐渐衰减。 超塑性时，真实应力-应变曲线上，真应力几乎不随变形程度的增加而变化。
18、分别画出金属在冷变形、动态回复、连续动态再结晶、间断动态再结晶、超塑性时的真应力－真应变曲线。
18-1 冷变形真应力－真应变曲线 18-2动态回复真应力－真应变曲线
18-3连续动态再结晶18-4间断动态再结晶
真应力－真应变曲线真应力－真应变曲线
18-5超塑性时的真应力－真应变曲线。
19、什么是单滑移、多滑移和交滑移？三者滑移线的形貌有何特征？
答：单滑移：在具有多组滑移系的晶体中，当只有一组滑移系处于最有利的取向时，分切应力最大，便进行但系滑移。（只有一个滑移系进行滑移。）滑移线是一系列彼此平行的直线。多滑移：晶体的滑移在两组或者更多的滑移面（系）上同时进行或者交替进行。其滑移线或者平行，或者交叉。交滑移：在晶体中，出现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。其滑移线通常呈折线或波纹状。
20、试区别单滑移、多滑移和交滑移，三者滑移线的形貌有何不同？（答案见上题）
21、银纹与裂纹有什么区别？
答：银纹不同于裂纹，裂纹的两个张开面间完全是空的，而银纹面间是由高度取向的纤维束和空位组成，仍具有一定的强度。银纹的形成是材料在张应力作用下局部屈服和冷拉造成的。
22、什么是冷拉？已冷拉的玻璃态高聚物和部分结晶高聚物分别加热到什么温度之上，冷拉中产生的变形才能恢复？答：冷拉：在常温条件下，以超过原来屈服点强度的拉应力，强行拉伸聚合物，使其产生塑性变形以达到提高其屈服点强度和节约材料为目的。（《笔记》聚合拉伸时出现的细颈伸展过程）
退火温度再结晶温度
23、比较陶瓷晶体的弹性模量与金属的弹性模量之间的差异。
答：⑴陶瓷晶体的弹性模量比金属大得多，常高出几倍。
⑵陶瓷晶体的弹性模量是组织敏感参量，与结合键有关，还与相的种类、分布及气孔率有关。
24、试述陶瓷晶体塑性变形的特点。
答：共价键晶体：
共价键具有方向性，而且结合力很强，位错运动时必须破坏原子的键合，位错运动有很高的点阵阻力。不论是单晶体还是多晶体，都是比较脆的。
离子键晶体：
单晶体：在室温受压应力作用时可有较大的塑性变形，因为位错沿45°方向运动，则在滑移过程中相邻晶面始终由库仑力保持相吸。
多晶体：相邻晶粒必须协调地改变形状，由于滑移系较少难以实现，结果在晶界产生开裂，最终导致脆性断裂。
25、与金属材料相比，陶瓷晶体具有哪些特点？
答：⑴陶瓷晶体的弹性模量比金属大得多，常高出几倍。⑵陶瓷晶体的弹性模量是组织敏感参量，与结合键有关，还与相的种类、分布及气孔率有关。⑶陶瓷的压缩强度高于抗拉强度一个数量级。⑷陶瓷的理论强度和实际断裂强度相差1~3个数量级。⑸陶瓷晶体在高温下具有良好的抗蠕变性能，而且在高温下也具有一定的塑性。
26、确定下列情况下的工程应变ε和真应变ε，说明何者更能反映真实的变形特性。
（1）由1L伸长到1.1L；（2）由1h压缩到0.9h；
（3）由1L伸长到2L；（4）由1h压缩到1/2h；
27、金属经热变性后，其组织和性能有哪些变化？
答：★I、提高材料致密性和力学性能
热加工可消除铸造材料中的某些缺陷，如焊合气孔、疏松；部分消除偏析；打碎粗大的柱状晶和树枝晶；改善夹杂物或脆性相的形态与分布。提高材料的致密性，细化晶粒，提高材料的力学性能，特别是塑、韧性比铸态有显著提高。
II、形成流线，使材料出现各向异性
顺流线方向性能高(特别是塑、韧性)，垂直于流线方向性能较差。
III、形成带状组织
加工时存在两相，两个相都沿变形方向伸长，在纵切面上形成两相相间的条带状组织。
由偏析造成的，压延时偏析区沿变形方向伸长成条带状，冷却时偏析区成分不同，转变成的组织不同。
非金属夹杂物也会在加工中被拉长(或碎成小粒成串链状)，先共析F通常会依附于它们而析出，形成带状组织。
带状组织也使材料的力学性能产生方向性，特别是横向塑、韧性降低。
★组织变化：动态回复，显微组织：晶粒沿着变形方向伸长而呈纤维状。亚组织：等轴的亚晶粒。
变形开始阶段，加工硬化效果强，位错密度增加，金属形成位错缠结和位错胞，构成亚晶界。
因为是在高温下变形，位错可通过攀移、交滑移，使异号位错相遇，彼此抵消而破坏已形成的亚晶界；同时在另一些地方又有新的亚晶界形成，从而保持恒定的亚晶平均尺寸。应变与回复同时进行，避免了冷加工效果的积累，位错密度较冷变形时低。动态回复亚组织：位错密度较高，亚晶尺寸较小；动态再结晶，显微组织：非常细小的等轴晶粒，晶内还有细小的亚晶和一定程度的位错缠结。
性能变化：
动态回复，强度较冷变形组织低，较静回复和再结晶组织强度高，因为材料屈服强度随亚晶粒的细化而提高。动态再结晶，强度低于动态恢复组织的强度，但高于静态再结晶后的强度。
28、为什么受力复杂，负荷较大的重要金属工件，都要经过热加工？
答：因为热加工时，有动态软化可以消除加工硬化(至少部分消除)，因此热加工中金属一直保持较高的塑性，可连续地进行大变形量加工。热加工可消除铸造材料中的某些缺陷，如焊合气孔、疏松；部分消除偏析；打碎粗大的柱状晶和树枝晶；改善夹杂物或脆性相的形态与分布。提高材料的致密性，细化晶粒，提高材料的力学性能，特别是塑、韧性比铸态有显著提高。
所以受力复杂，负荷较大的重要工件，都要经过热加工。
29、试分析点缺陷对晶体性能的影响。
答：⑴、点缺陷引起电阻的增加。
点缺陷区对传导电子产生强烈的散射，使电阻增大。
⑵、点缺陷的存在使晶体体积膨胀，密度减小。
⑶、过饱和点缺陷提高金属的屈服强度。
⑷、空位对高温下进行的过程起重要作用。
如金属的扩散、高温塑性变形和断裂、退火、沉淀、表面化学热处理等过程，都与空位的存在和运动有着密切的联系。
⑸、点缺陷还对内耗、介电常数等有影响。
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2》作业
1、 简述菲克第一定律和菲克第二定律的含义，并写出表达式，表明字母的物理含义。 2、在900℃对一批钢齿轮成功渗碳需要10个小时，此温度下铁为FCC 晶体。如果渗碳炉在900℃运行1个小时需要耗费1000元，在1000℃运行1小时需要耗费1500元，若将渗碳温度提高到1000℃完成同样渗碳效果，是否可以提高其经济效益？(已知碳在奥氏体铁中的扩散激活能为137.52 KJ/mole ) 3、在870℃比在930℃渗碳淬火变形小又可以得到较细的晶粒，若已知碳在奥氏体铁中的 扩散常数为2.0×10－5m 2/s,扩散激活能为140×103J/mol,请计算： （a ）870℃时碳在奥氏体铁中的扩散系数；（4分） （b ）将渗层加深一倍需要多少时间？（4分） （c ）若规定0.3％C 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？（气体常数R ＝8.314J/mol ）（4分） 4、含碳量0.85%的碳钢在某一温度下经1小时脱碳后表面的碳浓度降为0，已知该温度下碳的扩散系数D=1.1×10-7 m2/s （1）求碳的浓度分布。 （2）如要表面碳浓度为0.8%，则表面应该车去多少深度？ 5、在纯铜圆柱体一个顶端电镀一层薄的放射性同位素铜。在高温退火20h 后，对铜棒逐层 求铜的自扩散系数。 6、纯Cr 和纯Fe 组成扩散偶,一个小时后界面移动了15.2μm 。当界面处Cr 的摩尔分数 x(Cr)=0.478时,有 =126/cm,(l 为扩散距离)，互扩散系数为1.43*10E-9 cm2/s 求: Cr 和Fe 的本征扩散系数 7请简述扩散的微观机制有哪些？哪种方式比较容易进行？ 8、对于某间隙固溶体系，在500℃时间隙原子的迁移速率为5*108次/秒，在800℃时迁移速率为8*1010次/秒，计算此过程的激活能Q 。 9影响晶体固体中原子扩散的主要因素有哪些？并加以简单说明 10、在MgO 中引入高价的W6+，将产生什么离子空位？比较MgO 和掺W6+的MgO 的抗氧化性哪个好些？ 11、设某离子晶体的点阵常数为5*10-8 cm ，振动频率为1012赫兹，位能U=0.5eV ，求在室温下的离子迁移率。 /x l ??
材料科学基础习题及参考答案复习过程
材料科学基础习题及 参考答案
材料科学基础参考答案 材料科学基础第一次作业 1.举例说明各种结合键的特点。 ⑴金属键：电子共有化，无饱和性，无方向性，趋于形成低能量的密堆结构，金属受力变形时不会破坏金属键，良好的延展性，一般具有良好的导电和导热性。 ⑵离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，以离子为结合单元，无方向性，无饱和性，正负离子静电引力强，熔点和硬度均较高。常温时良好的绝缘性，高温熔融状态时，呈现离子导电性。 ⑶共价键：有方向性和饱和性，原子共用电子对，配位数比较小，结合牢固，具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点，导电能力差。 ⑷范德瓦耳斯力：无方向性，无饱和性，包括静电力、诱导力和色散力。结合较弱。 ⑸氢键：极性分子键，存在于HF，H2O，NF3有方向性和饱和性，键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。 2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
(213) (112) (102) [111] [110] [120] [321] 3. 写出六方晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。 {1120}的等价晶面：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210) {1012}的等价晶面： (1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112) 2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120] 1011<>的等价晶向： [1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011] 4立方点阵的某一晶面（hkl ）的面间距为M /，其中M 为一正整数，为 晶格常数。该晶面的面法线与a ，b ，c 轴的夹角分别为119.0、43.3和60.9度。请据此确定晶面指数。 h:k:l=cos α:cos β:cos γ l k h d a 2 22hk l ++= 5. Cu 具有FCC 结构，其密度为8.9g/cm 3，相对原子质量为63.546，求铜的原子半径。
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 材料科学基础2复习题及部分参考答案 一、名词解释 1、再结晶：指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶 粒的过程。 2、交滑移：在晶体中，出现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。 3、冷拉：在常温条件下，以超过原来屈服点强度的拉应力，强行拉伸聚合物，使其产生塑性变形以达到提高其屈服点 强度和节约材料为目的。（《笔记》聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。） 4、位错：指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。（《书》晶体中某处一列或者若 干列原子发生了有规律的错排现象） 5、柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位 置有差别）,形成所谓的“柯氏气团”。（《书》溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错周围，以减小畸变，降低体系的能量，使体系更加稳定。） 6、位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度或晶体中穿过单位截面面积的位错线数目。 7、二次再结晶：晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均匀、细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶。 8、滑移的临界分切应力：滑移系开动所需要的最小分切应力。（《书》晶体开始滑移时，滑移方向上的分切应力。） 9、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，又称冷作硬 化。（《书》随塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象。） 10、热加工：金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺的总称。（《书》使金属在再结晶温度以上发生加 工变形的工艺。） 11、柏氏矢量：是描述位错实质的重要物理量。反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。（《书》揭 示位错本质并描述位错行为的矢量。）反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量。 12、多滑移：晶体的滑移在两组或者更多的滑移面（系）上同时进行或者交替进行。 13、堆垛层错：晶体结构层正常的周期性重复堆垛顺序在某二层间出现了错误，从而导致的沿该层间平面（称为 层错面）两侧附近原子的错排的一种面缺陷。 14、位错的应变能：位错的存在引起点阵畸变，导致能量增高，此增量称为位错的应变能。 15、回复：发生形变的金属或合金在室温或不太高的温度下退火时，金属或合金的显微组织几乎没有变化，然而性能 却有程度不同的改变，使之趋近于范性形变之前的数值的现象。（《书》指冷变形金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前（即再结晶前）的微观结构及性能的变化过程。） 16、全位错：指伯氏矢量为晶体点阵的单位平移矢量的位错。 17、弗兰克尔空位：当晶体中的原子由于热涨落而从格点跳到间隙位置时，即产生一个空位和与其邻近的一个间 隙原子，这样的一对缺陷——空位和间隙原子，就称为弗兰克尔缺陷。（《书》存在能量起伏的原子摆脱周围原子的约束而跳离平衡位置进入点阵的间隙中所形成的空位（原子尺度的空洞）。） 18、层错能：单位面积层错所增加的能量。（《书》产生单位面积层错所需要的能量。） 19、表面热蚀沟：金属长时间加热时，与表面相交处因张力平衡而形成的热蚀沟。（《书》金属在高温下长时间加热时， 晶界与金属表面相交处为了达到表面张力间的平衡，通过表面扩散产生的热蚀沟。） 20、动态再结晶：金属在热变形过程中发生的再结晶。 二、填空题 1、两个平行的同号螺位错之间的作用力为排斥力，而两个平行的异号螺位错之间的作用力为吸引力。 2、小角度晶界能随位向差的增大而增大；大角度晶界能与位向差无关。 3、柏氏矢量是一个反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量；该矢量的模称为位错强度。 4、金属的层错能越低，产生的扩展位错的宽度越宽，交滑移越难进行。 5、螺型位错的应力场有两个特点，一是没有正应力分量，二是径向对称分布。 6、冷拉铜导线在用作架空导线时，应采用去应力退火，而用作电灯花导线时，则应采用再结晶退火。 7、为了保证零件具有较高的力学性能，热加工时应控制工艺使流线与零件工作时受到的最大拉应力的方向 一致，而与外加的切应力方向垂直。 8、位错的应变能与其柏氏矢量的模的平方成正比，故柏氏矢量越小的位错，其能量越低，在晶体中越稳定。 9、金属的层错能越高，产生的扩展位错的宽度越窄，交滑移越容易进行。 第一章原子结构 一判断题 1.共价键是由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。 2. 范德华力既无方向性亦无饱和性，氢键有方向性但无饱和性。 3. 绝大多数金属均以金属键方式结合，它的基本特点是电子共有化。 4. 离子键这种结合方式的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元。 5. 范德华力包括静电力、诱导力、但不包括色散力。 二、简答题 原子间的结合键对材料性能的影响 第二章晶体结构 一、填空 1.按晶体的对称性和周期性，晶体结构可分为7 空间点阵，14 晶系， 3 晶族。 2.晶胞是能代表晶体结构的最小单，描述晶胞的参数是 a ,b ,c ,α,β,γ。 3. 在立方，菱方，六方系中晶体之单位晶胞其三个轴方向中的两个会有相等的边长。 4. 方向族<111>的方向在铁的(101)平面上，方向族<110>的 方向在铁的(110)平面上。 5. 由hcp(六方最密堆积)到之同素异形的改变将不会产生体积的改变，而由体心最密堆积变成即会产生体积效应。 6. 晶体结构中最基本的结构单元为，在空间点阵中最基本的组元称之为。 7.某晶体属于立方晶系，一晶面截x轴于a/2、y轴于b/3、z轴于c/4，则该晶面的指标为 8. 硅酸盐材料最基本的结构单元是，常见的硅酸盐结构有、、、。 9. 根据离子晶体结构规则－鲍林规则，配位多面体之间尽可能和 连接。 二判断题 1.在所有晶体中只要(hkl)⊥(uvw)二指数必然相等。 2. 若在晶格常数相同的条件下体心立方晶格的致密度,原子半径都最小。 3. 所谓原子间的平衡距离或原子的平衡位置是吸引力与排斥力的合力最小的位置。 4.晶体物质的共同特点是都具有金属键。 5.若在晶格常数相同的条件下体心立方晶格的致密度,原子半径都最小。 6. 在立方晶系中若将三轴系变为四轴系时,(hkIl)之间必存在I=-(h+k)的关系与X1,X2,X3,X4间夹角无关。 7.亚晶界就是小角度晶界,这种晶界全部是由位错堆积而形成的。 8.面心立方与密排六晶体结构其致密度配位数间隙大小都是相同的,密排面上的堆垛顺序也是相同的。 9.柏氏矢量就是滑移矢量。 10.位错可定义为柏氏回路不闭合的一种缺陷,或说:柏氏矢量不为0的缺陷。 11.线缺陷通常指位错,层错和孪晶。 12实际金属中都存在着点缺陷,即使在热力学平衡状态下也是如此。 三选择题 1．经过1/2,1/2,1/2之[102]方向，也经过。 (a) 1,.0,2, (b) 1/2,0,1, (c) –1,0,-2, (d) 0, 0,0, (e) 以上均不是 2. 含有位置0,0,1之(112)平面也包含位置。 (a)1,0,0, (b)0,0,1/2, (c)1,0,1/2。 3.固体中晶体与玻璃体结构的最大区别在于。 （a）均匀性（b）周期性排列（c）各向异性（d）有对称性 4.晶体微观结构所特有的对称元素，除了滑移面外，还有 （a）回转轴（b）对称面（c）螺旋轴（d）回转－反映轴 5.按等径球体密堆积理论，最紧密的堆积形式是。 （a）bcc; （b）fcc; （c）hcp 6.在MgO离子化合物中，最可能取代化合物中Mg2+的正离子(已知各正离子半径 (nm)分别是：（Mg2+）0.066、（Ca2+）0.099、（Li+）0.066、（Fe2+）0.074)是_（c）____。 （a）Ca2+; （b）Li+; （c）Fe2+ 7.下对晶体与非晶体描述正确的是： 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） 简答题 1?空间点阵与晶体点阵有何区别？晶体点阵也称晶体结构，是指原子的具体排列；而空间点阵则是忽略了原子的体积，而把它们抽象为纯几何点。 2?金属的3种常见晶体结构中，不能作为一种空间点阵的是哪种结构？密排六方结构。 3?原子半径与晶体结构有关。当晶体结构的配位数降低时原子半径如何变化？原子半径发生 收缩。这是因为原子要尽量保持自己所占的体积不变或少变，原子所占体积2人=原子的体积(4/3 n3r间隙体积)，当晶体结构的配位数减小时，即发生间隙体积的增加，若要维持上述方程的平衡，则原子半径必然发生收缩。 4?在晶体中插入柱状半原子面时能否形成位错环？不能。因为位错环是通过环内晶体发生滑 移、环外晶体不滑移才能形成。 5?计算位错运动受力的表达式为，其中是指什么？外力在滑移面的滑移方向上的分切应力。6?位错受力后运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向 应是什么方向？始终是柏氏矢量方向。 7. 位错线上的割阶一般如何形成？位错的交割。 8?界面能最低的界面是什么界面？共格界面。 9?小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的”这种说法对吗？否，扭转晶界就由交叉的 同号螺型位错构成 10.为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固熔体则不能？这是因为形成固熔体时，熔质原子的熔入会使熔剂结构产生点阵畸变，从而使体系能量升高。熔质与熔剂原子尺寸相差越大，点阵畸变的程度也越大，则畸变能越高，结构的稳定性越低，熔解度越小。一般来说，间隙固熔体中熔质原子引起的点阵畸变较大，故不能无限互溶，只能有 限熔解。 综合题 1. 作图表示立方晶体的(123) ( 0 -1 -2) (421)晶面及卜102]卜211][346]晶向。 2. 写出立方晶体中晶向族<100>, <110>, <111>等所包括的等价晶向。 3. 写出立方晶体中晶面族{100}, {110}, {111}, {112}等所包括的等价晶面。 4. 总结3种典型的晶体结构的晶体学特征。 5. 在立方晶系中画出以[001]为晶带轴的所有晶面。 6. 面心立方晶体的(100),(110),(111)等晶面的面间距和面密度，并指出面间距最大的面。 7. Ni的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为r =0.1243求Ni的晶格常数和密度。 8. Mo的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数a=0.3147nm，试求Mo的原子半径r。 9. 在Fe中形成1mol空位的能量为104. 67kJ,试计算从20C升温至850C时空位数目增加多少倍？ 10. 判断下列位错反应能否进行。 1) a/2[10-1]+a/6卜121]宀a/3[11-1] 2) a[100]宀a/2[101]+a/2[10-1] 3) a/3[112]+a/2[111] 宀a/6{1]1 4) a[100] a/2[111]+a/2[1-1-1] 11. 若面心立方晶体中有b=a/2[-101]的单位位错及b=a/6[12-1]的不全位错，此二位错相遇 产生位错反应。 1) 问此反应能否进行？为什么？ 2) 写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的类型。 12. 已知柏氏矢量b=0.25nm，如果对称倾侧晶界的取向差=1及10°求晶界上位错之间的距 离。从计算结果可得到什么结论？ 13. ①计算fee和bee晶体中四面体间隙及八面体间隙的大小(用原子半径尺表示)，并注明间 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 名词解释 1. 空间点阵：是表示晶体结构中质点周期性重复规律得几何图形. 2. 同素异构：是指某些元素在t和p变化时，晶体结构发生变化得特征. 3. 固溶体：当一种组分（溶剂）内溶解了其他组分（溶质）而形成的单一、均匀的晶态固体，其晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，这种相就称固溶体。 4. 电子浓度：固溶体中价电子数目e 与原子数目之比。 5. 间隙固溶体：溶质原子溶入溶剂间隙形成的固溶体 6. 晶胞: 能完全反映晶格特征得最小几何单元 7. 清洁表面：是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应得表面，这种表面的化学组成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。 8. 润湿：是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。 9. 表面改性：是利用固体表面的吸附特性，通过各种表面处理来改变固体表面得结构和性质以适应各种预期要求。 10. 晶界：凡结构相同而取向不同的晶体相互接触，其接触面称为晶界。 11. 相平衡：一个多相系统中，在一定条件下，当每一相的生成速度与它的消失速度相等时，宏观上没有任何物质在相间传递，系统中每一个相的数量均不随时间而变化，这时系统便达到了相平衡。 12. 临界晶胚半径rk ：新相可以长大而不消失的最小晶胚半径. 13．枝晶偏析: 固溶体非平衡凝固时不同时刻结晶的固相成分不同导致树枝晶内成分不均匀的现象（或树枝晶晶轴含高熔点组元较多，晶枝间低熔点组元较多的现象）. 14. 扩散：由构成物质的微粒得热运动而产生得物质迁移现象。扩散的宏观表现为物质的定向输送。 15. 反应扩散: 在扩散中由于成分的变化，通过化学反应而伴随着新相的形成（或称有相变发生）的扩散过程称为“反应扩散”，也称为“相变扩散。 16. 泰曼温度：反应开始温度远低于反应物熔点或系统低共熔温度，通常相当于一种反应物开始呈现显著扩散作用的温度，此温度称为泰曼温度或烧结温度。 18. 相变：随自由能变化而发生的相的结构变化。 19. 什么是相律：表示材料系统相平衡得热力学表达式，具体表示系统自由能、组元数和相数之间得关系。 20. 二次再结晶：指少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大得过程，又称晶粒异常长大和晶粒不连续生长。 21. 均匀成核:组成一定，熔体均匀一相，在结晶温度下析晶，发生在整个熔体内部，析出物质组成与熔体一致。 22. 固溶强化：溶质原子加入到溶剂原子中形成固溶体，固溶体在 23. 相：化学成分相同，晶体结构相同并有界面与其他部分分开的均匀组成部分。 24. 过冷度: 实际开始结晶温度与理论结晶温度之间的差。 25. 固态相变：固态物质在温度、压力、电场等改变时，从一种组织结构转变成另一种组织结构。 26. 稳定分相：分相线和液相线相交（分相区在液相线上）, 分相后两相均为热力学的稳定相。 27. 马氏体相变：一个晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用以极迅速的速率而进行的相变。 28. 无扩散型固态相变：在相变过程中并不要求长程扩散,只需要原子作一些微量 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2复习题与参考答案
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