材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)資題答案

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題、單項(xiàng)選擇（）1、面心立方 （fee ）結(jié)構(gòu)的鋁晶體中，每個(gè)鋁原子在本層（111 ）面上的原子配位數(shù)為BA12B、 6 C、4 D、32、 面心立方金屬發(fā)生形變孿生時(shí)，則孿晶面為A 111 B 、110 C 、 112_ A _。3、 鑄錠凝固時(shí)如大部分結(jié)晶潛熱可通過液相散失時(shí)，則固態(tài)顯微組織主要為A、樹枝晶B 、柱狀晶C 、球晶4、 立方晶體中 （110 ）和（ 211 ）面同屬于 _ D _晶帶。_A_。A 110 B、 100 C、211 D、1115、 根據(jù)三元相圖的垂直截面圖_ B _。A、可分析相成分變化規(guī)律B、可分析材料的平衡凝固過程C 可用杠桿定律計(jì)算各相的相

2、對(duì)量6、 凝固時(shí)不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪種方法？_B_A、加入形核劑B、減小液相的過冷度C、對(duì)液相實(shí)施攪拌答案： B7、 三種組元組成的試樣在空氣中用X 射線衍射 （XRD ）分析其隨溫度變化而發(fā)生相變的情況，則最多可記錄到 C共存。A2相 B、3相 C、4相 D、5相8、 fcc 、bee 、hep 三種晶體結(jié)構(gòu)的材料中，塑性形變時(shí)最容易生成孿晶的是_ C。A fee B 、 bee C 、 hep9、 A 和 A-B 合金焊合后發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)，測得界面向A 試樣方向移動(dòng)，則A_。A A 組元的擴(kuò)散速率大于B組元 B、與A相反C、 A、B 兩組元的擴(kuò)散速率相同10、 簡單立方晶體的致

3、密度為_C_。A 100% B 、65% C 、52% D 、58%11、 不能發(fā)生攀移運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)是A。A、肖克利不全位錯(cuò)B、弗蘭克不全位錯(cuò)C、刃型全位錯(cuò)12、 fee 結(jié)構(gòu)中分別在（ 111 ）和 （ 111 ） 面上的兩個(gè)肖克利位錯(cuò)（分別是1/6 2 11 和 1/6121 ）相遇時(shí)發(fā)生位錯(cuò)反應(yīng)，將生成_C A、刃型全位錯(cuò)B、刃型弗蘭克位錯(cuò)C 刃型壓桿位錯(cuò)D、螺型壓桿位錯(cuò)13、 能進(jìn)行交滑移的位錯(cuò)必然是B. 。A、刃型位錯(cuò)B、螺型位錯(cuò)C、混合位錯(cuò)14、 對(duì)離異共晶和偽共晶的形成原因，下述說法正確的是B 。A、離異共晶只能經(jīng)非平衡凝固獲得B 偽共晶只能經(jīng)非平衡凝固過程獲得C 形成離異共晶的原

4、始液相成分接近共晶成分15、 _ 下面的晶面指數(shù)是 _AA 、（ hkl ） B 、uvw C 、 h,k,l D 、（ hk ? l ）16、 固體材料中原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是C。A 、濃度梯度B 、溫度梯度 C 、化學(xué)勢梯度 D、活度17 、 在間隙固溶體中，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散方式一般為_A _。A 、間隙機(jī)制 B 、原子互換機(jī)制C、空位機(jī)制D、置換機(jī)制18、 形變后的材料再升溫時(shí)發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶現(xiàn)象，則點(diǎn)缺陷濃度下降明顯發(fā)生在_ A。一入回復(fù)階段B 、再結(jié)晶階段C 、晶粒長大階段19、 由 A 和 B 兩種元素組成的固溶體，同類原子間的結(jié)合能分別為丘從， EBB，而異類原子間的結(jié)合能為 EAB。

5、當(dāng) A 和 B 原子在該固溶體中呈現(xiàn)無序分布（隨機(jī)分布 ）時(shí)，則 _AA EAA EBB EAB B 、 （EAA EBB /2） EABC （EAA EBB）/2 EAB20 在置換固溶體中，原子擴(kuò)散方式一般為_C _。A、原子擴(kuò)散機(jī)制B 、間隙機(jī)制 C 、空位機(jī)制21、 形成臨界晶核時(shí)體積自由能的減少只能補(bǔ)償表面能的_B _ 。A 、1/3 B 、2/3 C 、.3/4 D、 1/222、 鑄鐵與碳鋼的區(qū)別在于有無A。A、萊氏體B 、珠光體 C、鐵素體23、 測定某種晶體凝固時(shí)生長速度（Vg ）與凝固相界面前端動(dòng)態(tài)過冷度（厶Tk ）的關(guān)系為Vg 正比于 Tk 2，則該晶體生長方式屬于_B

6、_。A、連續(xù)生長B、借螺型位錯(cuò)生長C、二維晶核24、 在三元系濃度三角形中，凡成分位于_ 上的合金，它們含有另兩個(gè)頂點(diǎn)所代表的兩組元含量相等 _A _。A、通過三角形頂點(diǎn)的中垂線B、通過三角形頂點(diǎn)的任一直線C、通過三角形頂點(diǎn)與對(duì)角成45 °的直線二、判斷改錯(cuò)1、 金屬結(jié)晶時(shí)，原子從液相無序排列到固相有序排列， 使體系熵值減少，因此是一個(gè)自發(fā) 過程。（X ）答案：使體系自由能減小2、 液體純金屬中加入形核劑，其生長形態(tài)總是呈樹枝狀。（X ） 答案：其生長形態(tài)不會(huì)發(fā)生改變。3、多邊化使分散分布的位錯(cuò)集中在一起形成位錯(cuò)墻，因位錯(cuò)應(yīng)力場的疊加，使點(diǎn)陣畸變?cè)龃?。（X ）答案：不對(duì)。多邊化過程中

7、，空位濃度下降、位錯(cuò)重新組合，致使異號(hào)位錯(cuò)互相抵消，位錯(cuò)密度下降，使點(diǎn)陣畸變減輕。4、 金屬的變形量越大，越容易出現(xiàn)晶界弓出形核機(jī)制的再結(jié)晶方式。（X ）答案：不對(duì)。金屬的冷變形度較小時(shí)，相鄰晶粒中才易于出現(xiàn)變形不均勻的情況，即位錯(cuò)密度不同，越容易出現(xiàn)晶界弓出形核機(jī)制。5、 純金屬結(jié)晶時(shí)以樹枝狀形態(tài)生長，或以平面狀形態(tài)生長，與該金屬的熔化熵?zé)o關(guān)。（X） 答案：因還與液一固界面的結(jié)構(gòu)有關(guān)，即與該金屬的熔化熵有關(guān)。6、 回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長大三個(gè)過程均是形核及核長大過程，其驅(qū)動(dòng)力均為儲(chǔ)存能。（X） 答案：不對(duì)。只有再結(jié)晶過程才是形核及核長大過程，其驅(qū)動(dòng)力是儲(chǔ)存能。7、凡是經(jīng)過冷變形后再結(jié)晶退火的金

8、屬，晶粒都可得到細(xì)化。（X ）答案：不對(duì)。如果在臨界變形度下變形的金屬，再結(jié)晶退火后，晶粒反而粗化。8、 共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變都是從單相中產(chǎn)生雙相的轉(zhuǎn)變，而且又是在恒溫下進(jìn)行，處于平衡歡迎下載2狀態(tài)的三相的成分都是固定不變的。（V ）答案：正確9、 在二元合金系中，只有共晶成分的合金在結(jié)晶時(shí)才能發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，其它任何成分的合金在結(jié)晶時(shí)都不可能發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。（X ）答案：不對(duì)，具有共晶成分的合金在結(jié)晶時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。10 、在二元合金系中，只有共析成分的合金在結(jié)晶時(shí)才能發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，其它任何成分的合金在結(jié)晶時(shí)都不可能發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。（X ）答案：不對(duì)。具有共析成分的合金在冷卻時(shí)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。11、

9、二元合金結(jié)晶過程中共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物都是相同的。（X）答案：不對(duì)。兩者轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同。12、 在二元合金相圖中，液相線與固相線之間的垂直距離（溫度間隔 ）及其水平距離 （成分間隔）比較大的合金，鑄造時(shí)流動(dòng)性比較好，偏析傾向及產(chǎn)生熱裂紋的傾向均比較小。（X ）答案：不對(duì)。鑄造時(shí)流動(dòng)性比較差，偏析傾向及產(chǎn)生熱裂紋的傾向均比較大13、 在二元合金相圖中， 在三相平衡的水平線上，當(dāng)轉(zhuǎn)變正在進(jìn)行時(shí)不能應(yīng)用杠桿定律。但在轉(zhuǎn)變尚未開始之前或轉(zhuǎn)變剛剛完成后，在水平線上可以應(yīng)用杠桿定律。（V ）答案：正確。14、 在二元合金相圖中，固態(tài)下只要a 相、 B 相有溶解度變化，那么整個(gè) a+B 兩相區(qū)

10、內(nèi)各成分合金，室溫下的平衡組織中均同時(shí)存在次生相，a和B口。 （X）答案：不對(duì)。15、 擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是濃度梯度，所有擴(kuò)散系統(tǒng)中，物質(zhì)都是由高濃度處向低濃度處擴(kuò)散。（X ）答案：不對(duì)。擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是化學(xué)位梯度，所有擴(kuò)散系統(tǒng)中，物質(zhì)可以由高濃度處向低濃度處擴(kuò)散，也可以由低濃度處向高濃度處擴(kuò)散。16、 再結(jié)晶結(jié)束后，晶粒正常長大是小晶粒吞食大晶粒，反常長大是大晶粒吞食小晶粒。（X ）答案：不對(duì)。再結(jié)晶結(jié)束后，晶粒正常長大是“大吞并小”和“凹面變平”的過程，反常長大是少數(shù)晶粒突發(fā)性的不均勻長大17 、固溶體是在固態(tài)條件下，一種物質(zhì)以原子尺寸溶解在另一種物質(zhì)中形成的單相均勻的固體。（ V ）答案：正確。

11、18 、 在熱力學(xué)平衡條件下，二元凝聚系統(tǒng)最多可以3 相平衡共存，它們是一個(gè)固相、一個(gè)液相和一個(gè)氣相。 （X ）答：不正確。兩個(gè)固相和一個(gè)液相19 、螺位錯(cuò)可以攀移。（X ）.答：不正確。螺型位錯(cuò)只能滑移。螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺型位錯(cuò)的移動(dòng)方向與位錯(cuò)線垂直，也與柏氏矢量垂直。對(duì)于螺型位錯(cuò)，由于位錯(cuò)線與柏氏矢量平行，故它的滑移不限于單一的滑移面上。對(duì)于螺型位錯(cuò)，另一滑移面上去繼續(xù)滑移，這一過程稱為交滑移。濃度下降、位錯(cuò)重新組合，致使異號(hào)位錯(cuò)互相抵消，位錯(cuò)密度下降，使點(diǎn)陣畸變減輕;20 、 凝固時(shí)，減小液相的過冷度能有效降低晶粒尺寸（X ）答：不對(duì)，增加液相的過冷度能有效降低晶粒尺寸；21 、 偽共晶

12、只能經(jīng)非平衡凝固過程獲得（V ）答案：正確。三、簡答題1、試從晶體結(jié)構(gòu)的角度，說明間隙固溶體、間隙相及間隙化合物之間的區(qū)別答 :溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成固溶體稱為間隙固溶體。形成間隙固溶體的溶質(zhì)原子通常是原子半徑小于0.1 nm 的非金屬元素，如H,B,C,N,0 等。間隙固溶體保持母相（溶劑）的晶體結(jié)構(gòu)，其成分可在一定固溶度歡迎下載3極限值內(nèi)波動(dòng)，不能用分子式表示。間隙相和間隙化合物屬于原子尺寸因素占主導(dǎo)地位的中間相，它們顯然也是原子半徑較小的非金屬元素占據(jù)晶格的間隙，然而間隙相、間隙化合物的晶格與其組成的任一組元晶格都不相同，它們的成分可以在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。組成它們的組元都具有一定

13、的原子比，可以用化學(xué)分子式表示。當(dāng) rB /r A< 0.59 ，通常形成間隙相，其結(jié)構(gòu)為簡單晶體結(jié)構(gòu)，具有極高的熔點(diǎn)和硬度；當(dāng) rB/r A> 0.59 ，則形成間隙化合物，其結(jié)構(gòu)為復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。2、固溶體與金屬化合物有何異同點(diǎn)？答：相同點(diǎn)：都具有金屬的特性；不同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不同，固溶體的結(jié)構(gòu)與溶劑的相同，金屬化合物的結(jié)構(gòu)不同于任一組元；鍵合方式不同，固溶體為金屬鍵，金屬化合物為金屬鍵、共價(jià)鍵、離子鍵混合鍵；性能不同，固溶體的塑性好、強(qiáng)度、硬度低，金屬化合物的硬度高、熔點(diǎn)高、脆性大；在材料中的作用不同，固溶體多為材料的基體，金屬化合物為強(qiáng)化相。3、試述結(jié)晶相變的熱力學(xué)條件、動(dòng)力學(xué)條

14、件、能量及結(jié)構(gòu)條件。答案：分析結(jié)晶相變時(shí)系統(tǒng)自由能的變化可知，結(jié)晶的熱力學(xué)條件為？G<0 ；由單位體積自由能的變化GBlm 可知，只有 ?T>0 ，才有 GB 0。即只有過冷，才能使 ？G<0 。Tm動(dòng)力學(xué)條件為液一固界面前沿液體的溫度T<Tm （熔點(diǎn) ），即存在動(dòng)態(tài)過冷。能量條件：由臨界晶核形成功可知，當(dāng)形成一個(gè)臨界晶核時(shí)，還有1/3 的表面能必須由液體中的能量起伏來提供。結(jié)構(gòu)條件：液體中存在的結(jié)構(gòu)起伏，是結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生晶核的基礎(chǔ)。因此，結(jié)構(gòu)起伏是結(jié)晶過程必須具備的結(jié)構(gòu)條件。4、試用位錯(cuò)理論解釋低碳鋼的屈服？舉例說明呂德斯帶對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響及防止辦法。答案：低碳鋼的屈服現(xiàn)

15、象可用位錯(cuò)理論說明。由于低碳鋼是以鐵素體為基的合金，鐵素體中的碳（氮）原子與位錯(cuò)交互作用，總是趨于聚集在位錯(cuò)線受拉應(yīng)力的部位以降低體系的崎變能，形成柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)起" 釘扎”作用，致使s 升高，拉伸曲線上會(huì)出現(xiàn)上屈服點(diǎn)。而位錯(cuò)一旦掙脫氣團(tuán)的釘扎，便可在較小的應(yīng)力下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)拉伸曲線上會(huì)出現(xiàn)下屈服點(diǎn)。已經(jīng)屈服的試樣，卸載后立即重新加載拉伸時(shí)，由于位錯(cuò)已脫出氣團(tuán)的釘扎，故不出現(xiàn)屈服點(diǎn)。但若卸載后，放置較長時(shí)間或稍經(jīng)加熱后再進(jìn)行拉伸時(shí)，由于溶質(zhì)原子已通過熱擴(kuò)散又重新聚集到位錯(cuò)線周圍形成氣團(tuán)，故屈服現(xiàn)象又重新出現(xiàn)。呂德斯帶會(huì)使低碳薄鋼板在沖壓成型時(shí)使工件表面粗糙不平。其解決辦法，可根據(jù)應(yīng)

16、變時(shí)效原理，將鋼板在沖壓之前先進(jìn)行一道微量冷軋（如 1%2% 的壓下量 ）工序，使屈服點(diǎn)消除，隨后進(jìn)行沖壓成型；也可以向鋼中加入少量Ti，Al 及 C，N 等形成化合物，以消除屈服點(diǎn)。5、 為細(xì)化某純鋁件晶粒，將其冷變形5%后于 650 C 退火 1 h ，組織反而粗化；增大冷變形量至80%，再于 650 C 退火 1 h ，仍然得到粗大晶粒。試分析其原因，指出上述工藝不合理處，并制定一種合理的晶粒細(xì)化工藝。答案：前種工藝，由于鋁件變形處于臨界變形度下，故退火時(shí)可形成個(gè)別再結(jié)晶核心，最終晶粒極為粗大，而后種工藝，是由于進(jìn)行再結(jié)晶退火時(shí)的溫度選擇不合理（溫度過高），若按 T 再 = （0.25

17、0.35 ） T 熔 估算，則 T 再 = 125 C -230 C,故再結(jié)晶溫度不超過200 C 為宜。由于采用 630 C 退火 1 h, 故晶粒仍然粗大。綜上分析，在80%變形量條件下，采用150 C 退火 1 h, 則可使其晶粒細(xì)化。歡迎下載46、什么是過冷度？為什么金屬結(jié)晶一定要有過冷度？解答：過冷度是指熔點(diǎn)Tn 與實(shí)際凝固溫度T 之差，即 T=T m T ；歡迎下載5Lm T由 GV 可知,由液相到固相轉(zhuǎn)變的單位體積自由能變化Tm要使 G V < o, 則 T > 0，即 T= T < 0，即 Tm< T , 實(shí)際凝固溫度低于熔點(diǎn)，存在過冷度。7、試論材料強(qiáng)

18、化的主要方法、原理及工藝實(shí)現(xiàn)途徑。答案：固溶強(qiáng)化 ?原理 ：晶格畸變、柯氏氣團(tuán)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；方法：固溶處理、淬火等。細(xì)晶強(qiáng)化：原理：晶界對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙作用。方法：變質(zhì)處理、退火等。彌散強(qiáng)化：原理：第二相離子對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用；方法：形成第二硬質(zhì)相如球化退火、變質(zhì)處理等。相變強(qiáng)化：原理：新相為高強(qiáng)相或新相對(duì)位錯(cuò)的阻礙。方法：淬火等。加工硬化；原理：形成高密度位錯(cuò)等。方法：冷變形等。8、 A、 B、C 三組元固態(tài)完全不互溶，右圖為其三元相圖投影圖。已知合金O 的成分為 80%A 10% B、10% C,a 點(diǎn)的成分為60% A、20% B、20% C, E 點(diǎn)的成分為50 % A 10 % B

19、40 % Co(1)寫出圖中合金I 和 P 的室溫平衡組織。(2)簡要寫出合金O 的結(jié)晶過程和室溫平衡組織答案(1)I :B+ (A+B+CP:(B+C+ (A+B+C(2) 合金 O 加熱到液相面溫度以上后，緩慢降溫，首先遇到液相面 AeEeA , 開始結(jié)晶出初晶A, 這時(shí)液相的成分等于合金成分，兩相平衡相連結(jié)線的投影是AO 線。繼續(xù)冷卻時(shí)，不斷析出初晶A,液相中A 組元的含量不斷減少，B、C 組元的含量不斷增加，液相成分沿AO 的延長線變化。當(dāng)液相的成分到達(dá)a 點(diǎn)時(shí)，開始發(fā)生三相共晶轉(zhuǎn)變，( A+B 。此后在溫度繼續(xù)下降時(shí)，液相中不斷凝固出兩相共晶( A+B ) ，液相的成分沿aE 線變化

20、，直到E 點(diǎn)發(fā)生四相共晶轉(zhuǎn)變LT( A+B+C 。在略低于E 點(diǎn)溫度凝固完畢，不再發(fā)生其它轉(zhuǎn)變。故合金在室溫下的平衡組織為A+ ( A+B + ( A+B+C 。四、計(jì)算題1、有一 70MPa 應(yīng)力作用在 fee 晶體的 001 方向上，求作用在mii 網(wǎng)I 和因 | 滑移系上的分切應(yīng)力。解答：a ba1b1 a2b2 翻矢量數(shù)性積： a b |a| |b|cos eoslal lbla： a； af ,b|2 b； b3(1) 、( 111) 101 滑移系： 為滑移面上滑移方向 101 與作用力方向 001 之間的歡迎下載6夾角 cos = - 廠-1( 負(fù)號(hào)不影響切應(yīng)力大小，故取正號(hào) )

21、21 V21 1為滑移面法線方向 111 與作用力方向 001 之間的夾角C0S，=1.3/3所以 :=cos cos7028.577( Mpa)二 2一30 1- 0, cos = 1 -、(111)110滑移系： cos =1 V21 V3=cos cos 02、滲碳在 870 C 時(shí)比在 930 C 具有一定優(yōu)越性，淬火變形小又可得到較細(xì)的晶粒，碳在 丫 鐵中的 D0=2.0 為 0-5 m2/s,Q=140X10 3J/mol, 請(qǐng)計(jì)算：(a) 870 C 時(shí)碳在丫鐵中的擴(kuò)散系數(shù)；(b) 將滲層加深一倍，滲碳時(shí)間增加幾倍？(c)若規(guī)定 0.3%C 作為滲碳層厚度的量度，則在930 C 滲碳 10 小時(shí)的滲層厚度為870C 滲碳 10 小時(shí)的多少倍？(氣體常數(shù) R=8.314J/mol ? K,滲層厚度 X A. Dt )解答(1) D87 oc=De