材料科学基础复习资题答案

1、材料科学基础复习题一、单项选择（）1、面心立方（fcc）结构的铝晶体中，每个铝原子在本层（111）面上的原子配位数为BA、12 B、6 C、4 D、32、 面心立方金属发生形变挛生时，则挛晶面为A。A （111 B、（110 C、（1123、 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。A、树枝晶B、柱状晶C、球晶4、 立方晶体中（110）和（211）面同属于D晶带。A 110 B、100 C、211 D、1115、 根据三元相图的垂直截面图B。A、可分析相成分变化规律B、可分析材料的平衡凝固过程G可用杠杆定律计算各相的相对量6、 凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪种

2、方法？BA、加入形核剂B、减小液相的过冷度C、对液相实施搅拌答案：B7、 三种组元组成的试样在空气中用X射线衍射（XRD）分析其随温度变化而发生相变的情况，则最多可记录到C共存。A 2相相B、3相相C、4相相D、5相相8、fcc、bcc、hcp三种晶体结构的材料中，塑性形变时最容易生成挛晶的是_ C。A fcc B、bcc C、hcp9、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 A组元的扩散速率大于B组元B、与A相反C、A、B两组元的扩散速率相同10、 简单立方晶体的致密度为C。A 100% B、65% C、52% D、58%11、 不能发生攀移运动的位错是A。

3、A、肖克利不全位错B、弗兰克不全位错C、刃型全位错12、fcc结构中分别在（111）和（111）面上的两个肖克利位错（分别是1/62 11和1/6121）相遇时发生位错反应，将生成_CA、刃型全位错B、刃型弗兰克位错G刃型压杆位错D、螺型压杆位错13、 能进行交滑移的位错必然是B.。A、刃型位错B、螺、螺型位错C、混、混合位错14、 对离异共晶和伪共晶的形成原因，下述说法正确的是B。A、离异共晶只能经非平衡凝固获得8伪共晶只能经非平衡凝固过程获得G形成离异共晶的原始液相成分接近共晶成分15、 下面的晶面指数是AA、（hkl ） B、uvw C、 h,k,l D、（hk l）16、 固体材料中原

4、子扩散的驱动力是C。A、浓度梯度B、温度梯度C、化学势梯度D、活度17、 在间隙固溶体中，溶质原子的扩散方式一般为A。A、间隙机制B、原子互换机制C、空位机制D、置换机制18、 形变后的材料再升温时发生回复和再结晶现象，则点缺陷浓度下降明显发生在A_。一人回复阶段B、再结晶阶段C、晶粒长大阶段19、 由A和B两种元素组成的固溶体，同类原子间的结合能分别为EAA,EBB,而异类原子间的结合能为EAB。当A和B原子在该固溶体中呈现无序分布（随机分布）时，则_AA、EAABB由EABB、（EAA十EBB/2） EABG （EAA. EBB）/2EAB20在置换固溶体中，原子扩散方式一般为C。A、原子

5、扩散机制B、间隙机制C、空位机制21、 形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的B。A、1/3 B、2/3 C、.3/4 D、1/222、 铸铁与碳钢的区别在于有无A。A、莱氏体B、珠光体C、铁素体23、 测定某种晶体凝固时生长速度（Vg）与凝固相界面前端动态过冷度（Tk）的关系为Vg正比于Tk2，则该晶体生长方式属于B。A、连续生长B、借螺型位错生长C、二维晶核24、 在三元系浓度三角形中， 凡成分位于 上的合金，它们含有另两个顶点所代表的两 组元含量相等A。A、通过三角形顶点的中垂线B、通过三角形顶点的任一直线C、通过三角形顶点与对角成45的直线二、判断改错1、 金属结晶时，原子从液

6、相无序排列到固相有序排列，使体系痼值减少，因此是一个自发过程。（X ）答案：使体系自由能减小2、 液体纯金属中加入形核剂，其生长形态总是呈树枝状。（X ）答案：其生长形态不会发生改变。3、多边化使分散分布的位错集中在一起形成位错墙，因位错应力场的叠加，使点阵畸变增大。（X）答案：不对。多边化过程中，空位浓度下降、位错重新组合，致使异号位错互相抵消，位错密度下降，使点阵畸变减轻。4、 金属的变形量越大，越容易出现晶界弓出形核机制的再结晶方式。（X ）答案：不对。金属的冷变形度较小时，相邻晶粒中才易于出现变形不均匀的情况，即位错密度不同，越容易出现晶界弓出形核机制。5、 纯金属结晶时以树枝状形态生

7、长，或以平面状形态生长，与该金属的熔化痼无关。（X ）答案：因还与液一固界面的结构有关，即与该金属的熔化痼有关。6、 回复、再结晶及晶粒长大三个过程均是形核及核长大过程，其驱动力均为储存能。（x ）答案：不对。只有再结晶过程才是形核及核长大过程，其驱动力是储存能。7、 凡是经过冷变形后再结晶退火的金属，晶粒都可得到细化。（X ）答案：不对。如果在临界变形度下变形的金属，再结晶退火后，晶粒反而粗化。8、 共晶转变和共析转变都是从单相中产生双相的转变，而且又是在恒温下进行，处于平衡状态的三相的成分都是固定不变的。（V）答案：正确9、 在二元合金系中，只有共晶成分的合金在结晶时才能发生共晶转变，其它

8、任何成分的合金在结晶时都不可能发生共晶转变。（X ）答案：不对，具有共晶成分的合金在结晶时发生共晶转变。10、 在二元合金系中，只有共析成分的合金在结晶时才能发生共析转变，其它任何成分的合 金在结晶时都不可能发生共析转变。（X ）答案：不对。具有共析成分的合金在 冷却时发生共析转变。11、 二元合金结晶过程中共晶转变和共析转变的反应式和转变产物都是相同的。（X ）答案：不对。两者转变产物不同。12、 在二元合金相图中，液相线与固相线之间的垂直距离（温度间隔）及其水平距离（成分间隔）比较大的合金，铸造时流动性比较好，偏析倾向及产生热裂纹的倾向均比较小。（X）答案：不对。铸造时流动性比较 差，偏析

9、倾向及产生热裂纹的倾向均比较大13、 在二元合金相图中， 在三相平衡的水平线上，当转变正在进行时不能应用杠杆定律。但在转变尚未开始之前或转变刚刚完成后，在水平线上可以应用杠杆定律。（V）答案：正确。14、 在二元合金相图中，固态下只要a相、6相有溶解度变化，那么整个a +6两相区内各成分合金，室温下的平衡组织中均同时存在次生相，a口和6口。（ X ）答案：不对。15、 扩散的驱动力是浓度梯度， 所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。（X ）答案：不对。扩散的驱动力是化学位梯度，所有扩散系统中，物质可以由高浓度处向低浓度处扩散，也可以由低浓度处向高浓度处扩散。16、 再结晶结束后，晶

10、粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒， 反常长大是大晶粒吞食小晶粒。（x）答案：不对。再结晶结束后，晶粒正常长大是“大吞并小”和“凹面变平”的过程，反常长大是少数晶粒突发性的不均匀长大17、 固溶体是在固态条件下， 一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中形成的单相均匀的固体。（V）答案：正确。18、 在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、 一个液 相和一个气相。（X ）答：不正确。两个固相和一个液相19、 螺位错可以攀移。（X ）.答：不正确。螺型位错只能滑移。螺型位错运动时，螺型位错的移动方向与位错线垂直， 也与柏氏矢量垂直。 对于螺型位错，由于位错线与柏氏矢量平行，故

11、它的滑移不限于单一的滑移面上。对于螺型位错，另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。浓度下降、位错重新组合，致使异号位错互相抵消，位错密度下降，使点阵畸变减轻；20、 凝固时，减小液相的过冷度能有效降低晶粒尺寸（X ）答：不对，增加液相的过冷度能有效降低晶粒尺寸；21、 伪共晶只能经非平衡凝固过程获得（V）答案：正确。三、简答题1、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 答:溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成固溶体称为间隙固溶体。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。间隙固溶体保持母相（溶 剂）的晶体结构，其成分

12、可在一定固溶度极限值内波动，不能用分子式表示。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，它们显然也是原子半径 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其组成的任一组元晶格都不相同，它们的成分可以在一定范围内波动。组成它们的组元都具有一定的原子比，可以用化学分子式表示。当B/AV0.59,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B/rAA0.59,则形成间隙化合物，其结构为复杂的晶体结构。2 2、固溶体与金属化合物有何异同点？答：相同点：都具有金属的特性；不同点：结构不同，固溶体的结构与溶剂的相同，金属化合物的结构不同于任一组元；键合方式不

13、同，固溶体为金属键，金属化合物为金属键、共价键、离子键混合键；性能不同，固溶体的塑性好、强度、硬度低，金属化合物的硬度高、熔点高、脆性大；在材料中的作用不同，固溶体多为材料的基体，金属化合物为强化相。3 3、试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。答案：分析结晶相变时系统自由能的变化可知，结晶的热力学条件 为？G0，才有AGBC。即只有过冷，才能使？G0。Tm动力学条件 为液一固界面前沿液体的温度TTm（熔点），即存在动态过冷。能量条件：由临界晶核形成功可知，当形成一个临界晶核时，还有1/3的表面能必 须由液体中的能量起伏来提供。结构条件：液体中存在的结构起伏， 是结晶时产生晶核

14、的基础。因此， 结构起伏是 结晶过程必须具备的结构条件。4、试用位错理论解释低碳钢的屈服？举例说明吕德斯带对工业生产的影响及防止办法。答案：低碳钢的屈服现象可用位错理论说明。由于低碳钢是以铁素体为基的合金，铁素体中的碳（氮）原子与位错交互作用，总是趋于聚集在位错线受拉应力的部位以降低体系的崎变能，形成柯氏气团对位错起“钉扎”作用，致使 电升高，拉伸曲线上会出现上屈服点。而位错一旦挣脱气团的钉扎， 便可在较小的应力下继续运动， 这时拉伸曲线上会出现下屈服点。 已经屈服的试样，卸载后立即重新加载拉伸时，由于位错已脱出气团的钉扎，故不出现屈服点。但若卸载后，放置较长时间或稍经加热后再进行拉伸时，由于

15、溶质原子已通过热扩散又重新聚集到位错线周围形成气团，故屈服现象又重新出现。吕德斯带会使低碳薄钢板在冲压成型时使工件表面粗糙不平。其解决办法，可根据 应变时效原理，将钢板在冲压之前先进行一道微量冷轧（如1%2%的压下量）工序，使屈服点消除，随后进行冲压成型；也可以向钢中加入少量Ti , Al及C, N等形成化合物，以消除屈服点。5 5、 为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形5%5%后于 650C650C 退火 1 1 h,h,组织反而粗化；增大冷变形 量至 80%80%，再于 650C650C 退火 1 1 h,h,仍然得到粗大晶粒。试分析其原因，指出上述工艺不合理 处，并制定一种合理的晶粒细化工艺。

16、答案：前种工艺，由于铝件变形处于临界变形度下，故退火时可形成个别再结晶核心，最终晶粒极为粗大，而后种工艺，是由于进行再结晶退火时的温度选择不合理（温度过高），若按序=（0.25 0.35）T熔估算，则丁再=125C -230C，故再结晶温度不超过200C为宜。由于采用630C退火1 h,故晶粒仍然粗大。综上分析，在80%变形量条件下，采用150C退火1 h,则可使其晶粒细化。6、什么是过冷度？为什么金属结晶一定要有过冷度？解答：过冷度是指熔点Tn与实际凝固温度T之差，即AT=L - T ;-.八- -裳裳. .仃仃 ,-,-由敝相到固相转变的单位体积自由能变化函 =，由AGV可知,1m要使AQ

17、 0，即AT=im -T 2b； &(1)、(111)101婿移系：人为滑移面上滑移方向101与作用力方向001之间的-1-1夹角 cos =:-1 、2.2*为滑移面法线方向111与作用力方向001 之间的火角所以：T = rcosicos。=J0l=28.577( Mpa). 2、3=。cos cos = 02、渗碳在870 C时比在930 C具有一定优越性，淬火变形小乂可得到较细的晶粒，碳在Y铁中的D0=2.0况0-5m2/s,Q=140Xl03J/mol,请计算：(a) 870 C时碳在T铁中的扩散系数；(b)将渗层加深一倍，渗碳时间增加几倍？(c)若规定0.3%C作为渗碳层厚

18、度的量度，则在930C渗碳10小时的渗层厚度为870C渗碳10小时的多少倍？(气体常数R=8.314J/mol - K,渗层厚度X= A/Dt)解答(1) D870c=D)exp(-Q/RT)= 2.0况0-5exp(-140 103/(8.314 1143)(2)根据包定源扩散深度:,要得到两倍厚度的渗碳层，时间需要增加4倍。(3)3画出冷却曲线分析w(Sn)=70%Pb-Sn合金的平衡结晶过程，并计算室温下该合 金相组成物和组织组成物的相对含量。(负号不影响切应力大小，故取正号)cos =、(111)1 一 10滑移系: cos =0, cos -500400100Ao300图图3,23 Pb5n合金相图合金相图平衡结晶过程：当合金I缓慢冷却到1点时，开始从液相中结晶出6固溶体。在12点温度范围内，随着温度的降低，量不断减少，它们的成分分别沿固相线BN和液相线BE发生变化。2点时，6相和剩余液相的成分分别到达N点和E点。在温度tE、成分为E点的液相便发 生6固溶体的数量不断增多，而液相的数图3+25各种典型土Sri合金的冷却曲线共晶转变LELT C（M* N。在2点以下继续冷却时，将从6相（包括先共晶6相和共晶组织中的6相）和 （共晶组织