材料科學基礎習題

1、 1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.第二章固體結構氯化銫為有序體心立方結構，它屬于:簡單立方點陣。六方晶系中（1120）晶面間距（小于）（1010）晶面間距立方晶體中的001方向是？四次對稱軸理想密排六方晶體結構金屬的c/a為？1.633簡單立方晶體中原子的配位數為？6由A和B兩種元素組成的固溶體，同類原子間的結合能分別為EAA,EBB，而異類原子AABB間的結合能為EAB。當A和B原子在該固溶體中呈現無序分布（隨機分布）時？ABEEEAABBAB則在（001）面上的堆垛已知fee結構中原子在（111）面上的堆垛方

2、式為ABCABC方式為？ABAB面心立方（fee）結構的鋁晶體中，每個鋁原子在本層（111）面上的原子配位數為？6某單質金屬從高溫冷卻到室溫的過程中發(fā)生同素異構轉變時體積膨脹，則低溫相的原子配位數比高溫相？低簡單立方晶體的致密度為？52%立方晶體中（110）和（211）面同屬于（）晶帶？111金屬典型的晶體結構有：體心立方、面心立方、密排六方溶質原子半徑與溶劑原子半徑相近的可形成置換固溶體，兩者半徑相差較大時是間隙固溶體。晶體按對稱性可分為7晶系，總共有32種點群和230種空間群。面心立方堆積中，晶胞的原子數為4，8個四面體間隙，4個八面體間隙。在離子晶體結構中，正負離子構成配位多面體，正負離

3、子間的距離取決于正負離子半徑和，配位數取決于正負離子的半徑比。形成置換固溶體的影響因素有晶體結構類型，電負性，和電子濃度因素最緊密堆積的晶體結構有兩種：一種是ABCABC每個晶胞中有4個原子；另一種是ABAB，每個晶胞中有6個原子fee晶體若以（100）面為外表面，則表面上每個原子的最鄰近原子數為8個MgO具有NaCl結構。根據02-半徑為0.140nm和Mg2+半徑為0.072nm,則球狀離子所占據的體積分數為68.52%，MgO的密度為3.5112討論晶體結構和空間點陣之間的關系：兩者之間的關系可用“空間點陣+基元=晶體結構”來描述。空間點陣只有14種，基元可以是無窮多種，因而構成的晶體的

4、晶體結構也是無窮多種。什么是固溶體？討論影響固溶體溶解度的主要因素。溶質原子以原子態(tài)溶入溶劑點陣中而組成的單一均勻固體，溶劑的點陣類型被保存。影響固溶度的因素：原子尺寸因素，負電性因素，電子濃度因素。純金屬中溶入另一組元后（假設不會產生新相）會帶來哪些微觀結構上的變化？這些變化如何引起性能上的變化？引起點陣畸變，點陣常數會改變；會產生局部偏聚或有序，甚至會出現超結構。因固溶強化使強度升高，塑性降低；電阻一般增大。氧化鎂（MgO）具有NaCl型結構，即具有O2-離子的面心立方結構。問：（1）若其離子半徑Mg2+=0.066nm,O2-=0.140nm，則其原子堆積密度為多少？（2）如果Mg2+/

5、O2-=0.41，則原子堆積密度是否改變？0.73標出具有下列密勒指數的晶面和晶向：（1）立方晶系（421），（123），211，311；（2）六方晶系（2111），（1101），2111，1213第三章晶體缺陷面心立方晶體的孿晶面是：（A）A.112B.110C.111在晶體中形成空位的同時又產生間隙原子，這樣的缺陷稱為：（B）肖特基缺陷B.弗侖克爾缺陷C.線缺陷在體心立方結構中，伯氏矢量為a100的位錯（A）分解為a/2111+a/21-1-1A.不能B.能C.可能在離子晶體中，如在局部區(qū)域形成肖克利缺陷，則這個區(qū)域中陽離子空位的濃度與（）相等A.陰離子空位濃度B.間隙陰離子濃度C.間隙陽

6、離子濃度兩平行螺型位錯，當伯氏矢量同向時，其相互作用力：A.為零B.相斥C.相吸能進行交滑移的位錯必然是：（B）A刃型位錯B螺型位錯C混合位錯不能發(fā)生攀移運動的位錯是：（A）A.肖克利不全位錯B.弗蘭克不全位錯C.刃型全位錯在NaCl晶體中加入微量的CdCl2時，在晶體中最可能形成的缺陷是：（A）A.Na+離子空位B.間隙Cd2+離子C.間隙Cl-離子D.Cl-離子空位能進行攀移的位錯可能是：（A）A.弗蘭克位錯B.肖克利位錯C.螺型全位錯fcc晶體中存在一刃型全位錯，其伯氏矢量為1/21-10，滑移面為（111），則位錯線方向平行于（B）A.111B.11-2C.100D.110層錯和不完全

7、位錯之間的關系是：（D）A.層錯和不完全位錯交替出現B.層錯和不完全位錯能量相同層錯能越高，不完全位錯伯氏矢量的模越小不完全位錯總是出現在層錯和完整晶體的交界處12.位錯線上的割階一般通過(A)形成A.位錯的交割B.交滑移C.孿生對于刃型位錯線，其伯氏矢量垂直于位錯線，其滑移方向平行于伯氏矢量，其攀移方向垂直于伯氏矢量。晶體在外力作用下內部運動著的位錯會產生交截現象，即產生割接和扭著，其長度與相交截位錯的伯氏矢量的模相同，而如果割接的滑移與主位錯線的滑移不一致，主位錯線會拖曳割階產生攀移運動，從而產生割階硬化。多晶體中的晶界有大角與小角晶界之分，通常大角與小角晶界的鑒定角度是10度，其角度的含

8、義是相鄰晶粒的位向差。對于小角度晶界按特征又劃分為對稱傾斜、不對稱傾斜和扭轉等多種類型。刃型位錯既可作滑移運動，又可以作攀移運動；而螺型位錯只能作滑移運動，因為它沒有固定的半原子面。實際晶體中主要存在三類缺陷，其中點缺陷有空位、間隙原子和雜質；線缺陷有位錯；面缺陷有晶界、相界等。位錯密度有體密度和面密度兩種表達形式小角度晶界由位錯構成，其中對稱傾斜晶界由刃型位錯構成，扭轉晶界由螺型位錯構成根據相界面上原子排列結構不同，可把固體中的相界面分為共格、半共格和非共格界面。過飽和點缺陷是熱力學平衡缺陷。F在同一滑移面上，符號相同的刃位錯相互作用的結果是使位錯彼此遠離。T兩側晶粒位向差小于2的稱為大角度

9、晶界。F層錯是由于晶體點陣中局部存在多余的半原子面的結果。F位錯密度越高，相應位錯的伯氏矢量愈大。F刃型位錯和螺型位錯的伯氏矢量隨著位錯線方向矢量的改變而改變。F交滑移是交替滑移的簡稱。F小角度晶界的晶界能比大角度晶界的晶界能高。F晶體內若有較多的線缺陷或面缺陷，其強度會明顯提高，這些現象稱為什么？強度提高的原因是什么？稱為形變強化和晶界強化。原因是兩類缺陷的增多都明顯阻礙位錯的運動，從而提高強度。分析位錯的增值機制？若某滑移面上有一段刃位錯AB,它的兩端被位錯網節(jié)點釘住不能運動?，F沿位錯b方向加切應力，使位錯沿滑移面向前滑移運動，形成一閉合的位錯環(huán)和位錯環(huán)內的一小段彎曲位錯線。只要外加應力繼

10、續(xù)作用,位錯環(huán)便繼續(xù)向外擴張,同時環(huán)內的彎曲位錯在線張力作用下又被拉直,恢復到原始狀態(tài),并重復以前的運動,絡繹不絕地產生新的位錯環(huán),從而造成位錯的增殖,并使晶體產生可觀的滑移量。解釋位錯的基本概念,總結位錯在材料中的作用？位錯是晶體結構中一種排列缺陷,可以分為刃型位錯，螺型位錯和混合位錯。位錯可以極大影響材料性能表現，位錯在材料中的作用有多種：（1）金屬材料的塑性變形是通過位錯運動完成的。（2）位錯周圍具有畸變應力場，與第二相粒子，通過切過或繞過機制強化材料，冷加工位錯密度增加也能強化材料，或通過位錯運動中相互交截形成割階、面角位錯等使材料強化，可以影響材料的強度。（3）影響第二相的析出，對再

11、結晶中的晶核形成機制等固態(tài)相變有影響。（4）位錯周圍是優(yōu)先擴散通道。第四章擴散菲克第一定律描述了穩(wěn)態(tài)擴散的特征，即濃度不隨（B）變化。A.距離B.時間C.溫度在置換固溶體中，原子擴散的方式一般為（C）。A.原子互換機制B.間隙機制C.空位機制原子擴散的驅動力是（B）A組元的濃度梯度B組元的化學勢梯度C溫度梯度在柯肯達爾效應中，標記漂移主要原因是擴散偶中（C）。A兩組元的原子尺寸不同B僅一組元的擴散C兩組元的擴散速率不同A和A-B合金焊合后發(fā)生柯肯達爾效應，測得界面向A試樣方向移動，則（A）。A.A組元的擴散速率大于B組元B.與（A）相反C.A、B兩組元的擴散速率相同fee、bee、hep三種晶

12、體結構的材料中，塑性形變時最容易形成孿晶的是（hep）。（A），位錯滑移的派-納力越小A.位錯的寬度越大B.滑移方向上的原子間距越大C.相鄰位錯的距離越大形變后的材料再升溫時發(fā)生回復和再結晶現象，則點缺陷濃度下降明顯發(fā)生在（A）A.回復階段B.再結晶階段C.晶粒長大階段退火孿晶出現的幾率與晶體層錯能的關系是（B）A.無關，只與退火溫度和時間有關B.層錯能低的晶體出現退火孿晶的幾率高C.層錯能高的晶體出現退火孿晶的幾率高下述有關自擴散的描述中正確的為（C）A.自擴散系數由濃度梯度引起B(yǎng).自擴散又稱為化學擴散C.自擴散系數隨溫度升高而增加對Fe-Cr-C三元系合金進行滲碳的反應擴散，則該合金中不能

13、出現（C）。A.單相區(qū)B.兩相區(qū)C.三相區(qū)Cu-Al合金和Cu焊接成的擴散偶發(fā)生柯肯達爾效應，發(fā)現原始標記面向Cu-Al合金一側漂移，則兩元素的擴散通量關系為（B）A.J（Cu）J（Al）B.J（Cu）J（Al）C.J（Cu）=J（Al）在fee、bee、hep三種晶體結構的材料中，形變時各向異性行為最顯著的是hep面心立方金屬發(fā)生形變孿生時，則孿晶面為（A）A.111B.110C.112再結晶結束后發(fā)生晶粒長大時的驅動力主要來自（C）。A.高的外加溫度B.高的材料內部應變能C.高的總界面能形變后的材料在低溫回復階段時其內部組織發(fā)生顯著變化的是（A）A.點缺陷的明顯下降B.形成亞晶界C.位錯重

14、新運動的分布在TiO2中，當一部分Ti4+還原成Ti3+，為了平衡電荷就出現（B）。A.氧離子空位B.鈦離子空位C.陽離子空位從金屬與合金的角度看，冷加工和熱加工一般是以（B）溫度為界限區(qū)分的A.結晶B.再結晶C.相變單晶體的臨界分切應力值與（A）有關A.外力相對于滑移系的取向B.拉伸時的屈服應力C.晶體的類型和純度欲通過形變和再結晶方法獲得細晶粒組織，應避免：（A）A.在臨界形變量進行塑性變形加工B.大變形量C.較長的退火時間冷變形使金屬中產生大量的空位、位錯等晶體缺陷，對置換固溶體中的擴散過程而言，這些缺陷的存在將導致：（C）A.阻礙原子的移動，減慢擴散過程B.有時會加速擴散，有時會減弱擴

15、散C.加速原子的擴散過程下列有關固體擴散的說法中，正確的是：（C）原子擴散的驅動力是存在濃度梯度空位擴散是指間隙固溶體中溶質原子從一個間隙跳到另一個間隙成分均勻的材料中也存在著擴散金屬鎂的單晶體處于軟取向時塑變量可達100%-200%，但其多晶體的塑性很差，其主要原因是（C）A.鎂多晶體的晶粒通常較粗大B.鎂多晶體通常存在裂紋C.鎂滑移系通常較少既能提高金屬的強度，又能降低其脆性的手段是（B）A.固溶強化B.晶粒細化在金相試樣表面上幾組交滑移線的產生是由于（B）A.交滑移B.多系滑移C.單滑移26位錯塞積的一個重要效應是在它的前端引起（A）A.應力集中B.應力松弛C.應力偏轉金屬經冷塑性變形后

16、，其強度和硬度升高，塑性和韌性下降，這種現象稱為加工硬化。在常溫和低溫下，金屬的塑性變形主要是通過滑移的方式進行的。此外還有孿生和扭折等方式冷變形金屬加熱過程中發(fā)生回復的驅動力是：冷變形過程中的存儲能金屬塑性變形過程中發(fā)生孿生后，孿晶面兩邊的晶體位向呈現對稱關系，并且晶體是均勻切變的。冷塑性變形金屬低溫回復時，主要是點缺陷的消失，高溫回復時，主要是發(fā)生多邊形化。32.動態(tài)回復與動態(tài)再結晶是指在變形過程中軟化與形變硬化同時進行。33.多晶體塑性變形的特點是不等時性、協(xié)調性和不均勻性。34.面心立方晶體的滑移面是111，滑移方向是110、可組成12個滑移系。35.上坡擴散是指擴散原子從低濃度向高濃

17、度的擴散，產生上坡擴散的原因是合金中存在著化學勢梯度。36.再結晶完成后，晶粒長大可分為正常晶粒長大和異常晶粒長大。37.強化金屬材料的方法有細晶強化、固溶強化、彌散強化和位錯強化發(fā)生在固態(tài)晶體中的擴散，根據伴隨原子擴散是否產生新的相結構，可分為原子擴散和反應擴散。多晶體材料塑性變形至少需要5個獨力滑移系開動在拉伸單晶時，滑移面轉向與外力軸成45角度時最易滑移。簡述塑性變形對材料組織和性能的影響？組織結構：(1)形成纖維組織：晶粒沿變形方向被拉長；(2)形成位錯胞；(3)晶粒轉動形成變形織構。力學性能：位錯密度增大，位錯相互纏繞，運動阻力增大，造成加工硬化。物理化學性能：其變化復雜，主要對導電

18、，導熱，化學活性，化學電位等有影響。體系能量：包括兩部分：(1)因冷變形產生大量缺陷引起點陣畸變，使畸變能增大；(2)因晶粒間變形不均勻和工件各部分變形不均勻引起的微觀內應力和宏觀內應力。這兩部分統(tǒng)稱為存儲能，其中前者為主要的。試用位錯理論解釋低碳鋼冷拉伸變形時的屈服現象。低碳鋼中的少量碳、氮原子與晶體中的位錯發(fā)生交互作用，主要是彈性交互作用，形成柯氏氣團，對位錯起釘扎作用，使其運動阻力增大，導致應力-應變曲線上出現上屈服點，當位錯擺脫柯氏氣團的釘扎作用后，應力下降出現下屈服點，發(fā)生屈服伸長；繼續(xù)變形，由于位錯密度增加產生應變硬化作用，應力又復提高。這時卸載后立即加載，由于位錯已擺脫柯氏氣團的

19、釘扎作用，故不出現屈服現象；若放置一段時間或加熱一定時間，由于碳、氮原子又與位錯發(fā)生交互作用形成柯氏氣團，故又出現屈服現象，因位錯密度的增加，故此時的屈服應力升高。為什么滑移面和滑移方向往往是金屬晶體中原子排列最密的晶面和晶向。因為原子密度最大的晶面其面間距最大，點陣阻力最小，因而容易沿著這些面發(fā)生滑移；滑移方向為原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子間距最短，即位錯b最小。請簡述回復的機制及其驅動力。答：低溫機制：空位的消失中溫機制：對應位錯的滑移(重排、消失)高溫機制：對應多邊化(位錯的滑移攀移)驅動力：冷變形過程中的存儲能(主要是點陣畸變能)。請簡述擴散的微觀機制有哪些？影響擴散的因

20、素又有哪些？答：置換機制：包括空位機制和直接換位與環(huán)形換位機制，其中空位機制是主要機制，直接換位與環(huán)形換位機制需要的激活能很高，只有在高溫時才能出現。間隙機制：包括間隙機制和填隙機制，其中間隙機制是主要機制。影響擴散的主要因素有：溫度（溫度約高，擴散速度約快）；晶體結構與類型（包括致密度、固溶度、各向異性等）；晶體缺陷；化學成分（包括濃度、第三組元等）。分析和討論冷加工金屬或合金塑性變形后回復再結晶過程中組織和性能的變化特征。隨退火溫度的升高或時間延長，出現亞晶合并長大，再結晶形核及長大，無位錯的等軸再結晶晶粒取代長條狀高位錯密度的形變晶粒，然后是晶粒正常長大。儲存能逐漸被釋放，特別是再結晶階

21、段釋放的最顯著；硬度及強度下降，伸長率上升；電阻降低密度提高。再結晶時各種性能變化都比回復時強烈得多。以位錯理論說明純金屬冷變形強化的原因，如何消除加工硬化？強化原因：位錯交割產生扭折和割階，位錯反應產生不可動位錯，位錯增殖使位錯密度增加。消除加工硬化的方法：再結晶退火。第678章相圖有效分配系數Ke表示液相的混合程度，其值范圍是（B）。A.IVKe0B.dp/dT=0C.dp/dT0凝固時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.對液相實施攪拌特定成分的Pb-Sn合金在室溫能形成共晶組織a+卩原因的描述正確的為（B）。A.a相和卩相的自由能相等B.a內

22、Pb原子的化學勢與卩內Pb原子的化學勢相等C.a內Pb原子的化學勢與卩內Sn原子的化學勢相等對離異共晶和偽共晶的形成原因，下述說法正確的是（B）：A.離異共晶只能晶平衡凝固獲得B.偽共晶只能經非平衡凝固過程獲得C.形成離異共晶的原始液相成分接近共晶成分FeFe3C合金中，合金具有最好流動性（C）A.C%=4.00%B.C%=4.30%C.C%=4.80%均勻形核時系統(tǒng)自由能的變化包括：（C）A.體自由能的變化B.界面能的變化C.A和B在A-B-C三元系的成分三角形中，成分點位于平行于AB邊的直線上的所有合金其C組元的含量為定值。在二元系中，在一定的溫度下所發(fā)生的轉變Ll=L2+a叫做偏晶轉變。區(qū)域提純依據的原理是固溶體定向凝固時溶質再分布。典型鑄錠組織通常有表層細晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)。鐵碳合金室溫平衡組織均由鐵素體和滲碳體兩個基本相組成Fe3C是從液相中析出的，Fe是從奧氏體中析出的，Fe是從鐵素體中析出的，3I3II3III它們的含碳量為晶體固液界面分為光滑界面和粗糙界面，按照長大速度由慢到快其長大方式依次為二維晶核長大、晶體缺陷長大、垂直長大。鐵碳合金中可能存在的滲碳體有五種，按照形成溫度由高到低，依次是：一次滲碳體