材料科学基础练习题

1、Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University1材料科学基础材料科学基础 练习题练习题Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University Universi

2、ty2第一章第一章 材料的结构材料的结构1. 试证明四方晶系中只有简单四方点阵和体心四方点阵两种试证明四方晶系中只有简单四方点阵和体心四方点阵两种 类型。类型。可作图加以证明四方晶系表面上看也可以含简单四方、底可作图加以证明四方晶系表面上看也可以含简单四方、底心四方、面心四方和体心四方结构，但根据选取晶胞的原心四方、面心四方和体心四方结构，但根据选取晶胞的原则，晶胞应有最小的体积，尽管可以从则，晶胞应有最小的体积，尽管可以从 4 个体心四方晶胞个体心四方晶胞中勾出面心四方晶胞、从中勾出面心四方晶胞、从 4 个简单四方晶胞中勾出个简单四方晶胞中勾出1个底心个底心四方晶胞，但它们均不具有最小的体积

3、。因此，四方晶系四方晶胞，但它们均不具有最小的体积。因此，四方晶系实际上只有简单四方和体心四方两种独立的点阵。实际上只有简单四方和体心四方两种独立的点阵。Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University3(a)(b)Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian Jiaot

4、ongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University42. 为什么密排六方结构不能称为一种空间点阵？为什么密排六方结构不能称为一种空间点阵？空间点阵中每个阵点应具有完全相同的周围环境，而密排空间点阵中每个阵点应具有完全相同的周围环境，而密排六方晶胞内的原子与晶胞角上的原子具有不同的环境。在六方晶胞内的原子与晶胞角上的原子具有不同的环境。在A和和B原子连线的延长线上取原子连线的延长线上取BCAB，然而，然而C点却无原子。点却无原子。若将密排六方晶胞角上的一个原子与相应的晶胞内的一个若将密排六方晶胞角上的一个原子与相应

5、的晶胞内的一个原子组成一个阵点（原子组成一个阵点（0,0,0阵点可视作由阵点可视作由0,0,0和和2/3,1/3,1/3这这一对原子所组成），如图，这样得出的密排六方结构应属一对原子所组成），如图，这样得出的密排六方结构应属简单六方点阵。简单六方点阵。Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University53. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向标出具有下列密勒指数的晶面

6、和晶向: 立方晶系立方晶系(421), (123), (130), 211, 311; 六方晶系六方晶系(2111), (1101), (3212), 2111, 1213。Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University64. Cu-Zn和和Cu-Sn组成固溶体最多可溶入多少原子数分数的组成固溶体最多可溶入多少原子数分数的Zn或或Sn？若？若Cu晶体中晶体中Zn

7、溶入原子数分数为溶入原子数分数为10%，最多还能，最多还能溶入多少原子数分数的溶入多少原子数分数的Sn？Cu基固溶体的极限电子浓度为基固溶体的极限电子浓度为1.36。361002)100( 136. 1111 xxx121004)100( 136. 1222 xxx67. 81004102)10100( 136. 1333 xxxCu-Zn固溶体可溶入固溶体可溶入36ZnCu-Sn固溶体可溶入固溶体可溶入12Sn最多还能溶入最多还能溶入8.67%Sn。Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian Ji

8、aotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University7第二章第二章 晶体缺陷晶体缺陷1. Nb的晶体结构为的晶体结构为bcc，其晶格常数为，其晶格常数为0.3294，密度为，密度为8.57g/cm3，试求每，试求每106Nb中所含的空位数目。中所含的空位数目。(Nb的原子量的原子量为为92.91)ArNaAx3)1(2 设空位的粒子数分数为设空位的粒子数分数为x323383101766. 791.92210023. 6)10294. 3(57. 8122 rArANaAx)(6 .7176101766. 71

9、036个个 所以，所以，106个个Nb中有中有7176.6个。个。Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University8共析钢相组成物和组织组成物的相对量共析钢相组成物和组织组成物的相对量相组成为：相组成为： 、Fe3C%88%100069. 677. 069. 6%W%12%100069. 6077. 0%3CFeW组织组成为：组织组成为：P%100%WWPMond

10、ay, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University9Fe-C合金相组成物、组织组成物的相对量（共析温度）合金相组成物、组织组成物的相对量（共析温度）过共晶铸铁Ld%=100%共晶铸铁亚共晶铸铁过共析钢P%=100%共析钢F, Fe3C亚共析钢相组成组织组成%1%,0218. 077. 00218. 0%PFCP%1%0218. 069. 669. 6%3FCFeCF%1%,

11、77. 069. 669. 6%3PCFeCPII11. 269. 611. 277. 069. 677. 0%1,11. 23 . 43 . 477. 069. 611. 269. 6%33 CCCFeCFePLCPIIIIdCFeLCCFedI331,3 . 469. 63 . 4%Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University10CA+(A+Fe3C)Ld

12、A+Fe3CII+(A+Fe3CII+Fe3C)AL(P+Fe3C)P%=余下余下A%先共晶先共晶A%Fe3CII%=总的总的Fe3C%-共晶共晶Fe3C%Ld%=1-P%-Fe3CII%11. 269. 611. 277. 069. 677. 0%1,11. 23 . 43 . 477. 069. 611. 269. 6%33 CCCFeCFePLCPIIIIdMonday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong Universi

13、ty University University111 默写默写Fe-Fe3C相图，用组织组成物填写各区；相图，用组织组成物填写各区；2分析含碳量为分析含碳量为0.45%的铁碳合金的平衡结晶过程，画出室的铁碳合金的平衡结晶过程，画出室 温组织示意图；温组织示意图；3计算含碳量为计算含碳量为0.45%的铁碳合金室温下的组织组成物和相的铁碳合金室温下的组织组成物和相组成物的相对量。组成物的相对量。 t0TLL+L+L+P+PFP(1) Fe-Fe3C相图相图 (2) 结晶过程结晶过程(3) 相对量相对量相组成为：相组成为： 、Fe3C%8 .42%1000218. 077. 045. 077. 0

14、%W%2 .57%1%WWWP组织组成为：组织组成为：+P%3 .93%100069. 645. 069. 6%W%7 . 6%1%3WWCFe把该题中的亚共析钢把该题中的亚共析钢过共过共析钢，同样要求掌握。析钢，同样要求掌握。Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University12 1、一个体心立方晶胞中共有、一个体心立方晶胞中共有 2 个原子，其致密度为个原子，其

15、致密度为 0.68 ，配，配位数为位数为 8 ，其八面体间隙比四面体间隙，其八面体间隙比四面体间隙 小小 。 2、晶体中一共有、晶体中一共有 14 种空间点阵，它们分属于种空间点阵，它们分属于 7 大晶系，其大晶系，其中四方晶系的点阵特点为中四方晶系的点阵特点为 a=bc, =90 ， 铝的晶体铝的晶体结构属于结构属于 fcc 种空间点阵。种空间点阵。3、工程材料中常见化学键主要有、工程材料中常见化学键主要有 离子键离子键 、 共价键共价键 、 金属键金属键 和和 分子键（范德华键）分子键（范德华键） 。4、固溶体的一个重要特点是仍然保持了、固溶体的一个重要特点是仍然保持了 溶剂溶剂 的晶体结

16、构。根的晶体结构。根据溶质在溶剂中的位置，固溶体可以分为据溶质在溶剂中的位置，固溶体可以分为 置换固溶体置换固溶体 和和 间隙固溶体间隙固溶体 两大类。两大类。5、结晶过程是一个、结晶过程是一个 形核形核 和和 晶核长大晶核长大 的过程。液态金属发生的过程。液态金属发生均匀形核的三个必要条件是均匀形核的三个必要条件是 过冷过冷 、结构起伏结构起伏 和和 能量起伏能量起伏。 6、根据结合键的不同，陶瓷可分为、根据结合键的不同，陶瓷可分为 离子晶体陶瓷离子晶体陶瓷 和和 共价晶体共价晶体陶瓷陶瓷 两大类。两大类。一、填空一、填空Monday, June 20, 2022Monday, June 2

17、0, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University137、一条位错线具有、一条位错线具有 1 个柏氏矢量，位错线只能个柏氏矢量，位错线只能 终止终止 在晶体在晶体的表面或晶界上，而不能的表面或晶界上，而不能 中断中断 于晶体的内部。按位错线与于晶体的内部。按位错线与柏氏矢量之间的关系，晶体中的位错可分为柏氏矢量之间的关系，晶体中的位错可分为 刃型刃型 、 螺型螺型 和和 混合型混合型 三大类。单位长度位错的能量与三大类。单位长度位错的

18、能量与 Gb2 成正比。成正比。8、堆垛层错是一种、堆垛层错是一种 面面 缺陷，根据层错的形成方式不同，面心缺陷，根据层错的形成方式不同，面心立方晶体中有立方晶体中有 Shockley 和和 Frank 两种不全位错。、两种不全位错。、 9、金属间化合物包括、金属间化合物包括 正常价化合物正常价化合物 、 电子化合物电子化合物 和和 间隙间隙化合物化合物 三大类，它们都具有三大类，它们都具有 高熔点高熔点 、 高硬度高硬度 和和 高脆高脆性性 等共同特性。等共同特性。10、结晶过程中，晶体的长大方式有、结晶过程中，晶体的长大方式有 垂直长大垂直长大 和和 横向长大横向长大 两种。两种。 Mon

19、day, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University14二、名词解释二、名词解释 1、相、相 2、非均匀形核、非均匀形核 3、固溶强化、固溶强化 4、晶体点阵、晶体点阵 5、过冷度、过冷度 Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian Jiaotong

20、Dalian Jiaotong University University University15三、判断题三、判断题1、因为、因为-Fe的致密度比的致密度比-Fe的小，即的小，即-Fe的晶格内总间隙比的晶格内总间隙比-Fe的大，所以当铁与碳形成固溶体时，的大，所以当铁与碳形成固溶体时，-Fe的溶碳能力肯定比的溶碳能力肯定比-Fe大。（大。（ ）2、密排六方点阵不是一种空间点阵。（、密排六方点阵不是一种空间点阵。（ ）3、凡是过冷金属液体中的固态颗粒，都可以作为有效的形核剂、凡是过冷金属液体中的固态颗粒，都可以作为有效的形核剂。（。（ ）4、在任何温度下，液相出现的最大结构起伏都是晶核。（、

21、在任何温度下，液相出现的最大结构起伏都是晶核。（ ）5、如果金属中不含位错，那么它将有极高的强度，但如果采用、如果金属中不含位错，那么它将有极高的强度，但如果采用冷塑性变形、热处理等方法使金属的位错密度提高，也会提冷塑性变形、热处理等方法使金属的位错密度提高，也会提高金属的强度。（高金属的强度。（ ）Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University16 6、两元素

22、形成间隙固溶体时，只要晶格类型相同，原子直径相、两元素形成间隙固溶体时，只要晶格类型相同，原子直径相近，就可以形成无限固溶体。（近，就可以形成无限固溶体。（ ） 7、用柏氏矢量不但可以判断位错的类型，而且可以反映由位错、用柏氏矢量不但可以判断位错的类型，而且可以反映由位错引起的晶格畸变量。（引起的晶格畸变量。（ ） 8、过冷度越大，晶体生长速率越快，晶粒长得越粗大。（、过冷度越大，晶体生长速率越快，晶粒长得越粗大。（ ） 9、渗碳体（、渗碳体（Fe3C）是一种复杂的间隙化合物。（）是一种复杂的间隙化合物。（ ） 10、刃型位错的滑移面只有一个，而螺型位错的滑移面有无数、刃型位错的滑移面只有一个

23、，而螺型位错的滑移面有无数个。（个。（ ）Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University17 四、简答题四、简答题 1）设如图所示的）设如图所示的AB为一混合型位错，其位错线方向和柏氏为一混合型位错，其位错线方向和柏氏矢量如图所示。试画出矢量如图所示。试画出P点处的刃型位错分量，并说明它是点处的刃型位错分量，并说明它是正刃型位错还是负刃型位错。正刃型位错还是负刃

24、型位错。 ABbP2）试证明：在立方晶系中，指数相同的晶面和晶向必定垂直。）试证明：在立方晶系中，指数相同的晶面和晶向必定垂直。3）试画出立方晶系中属于）试画出立方晶系中属于110的所有晶面。的所有晶面。 Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University18五、综合题五、综合题1、对、对fcc结构的晶体（点阵常熟为结构的晶体（点阵常熟为a）（1）分别计算原子在）分

25、别计算原子在100、110和和111晶向上的原子密度，并晶向上的原子密度，并说明哪个晶向是密排方向；说明哪个晶向是密排方向；（2）分别计算原子在（）分别计算原子在（100）、（）、（110）和（）和（111）晶面上的原子）晶面上的原子密度和三个面的晶面间距，并指出晶面间距最大的晶面。密度和三个面的晶面间距，并指出晶面间距最大的晶面。 2、绘图表示，在两个相互垂直的滑移面上，柏氏矢量相互垂直、绘图表示，在两个相互垂直的滑移面上，柏氏矢量相互垂直的两个刃型位错，发生交割后的反应结果。的两个刃型位错，发生交割后的反应结果。3、设均匀形核时晶核为球形，试证明临界晶核的形核功、设均匀形核时晶核为球形，试

26、证明临界晶核的形核功Gc与与临界晶核体积临界晶核体积Vc的关系为的关系为 Gc1/2VcGv。Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University19 一、填空一、填空1、_2_， _68%_， _8_， _小小_。2、_14_，_ 7_，_a=bc, 90， 面心立方面心立方 。3、_金属键金属键_、_共价键共价键_、_ 离子键离子键_和和_分子键分子键_。4、_溶

27、剂溶剂_， 间隙固溶体间隙固溶体 ，_置换固溶体置换固溶体 _两大类。两大类。5、_形核形核_和和 核长大核长大。结构起伏结构起伏、_能量起伏能量起伏 和和_过冷度过冷度_。 6、 离子晶体离子晶体 和和 共价晶体共价晶体 7、_1_，_终止终止_， _中断中断 ，_ 刃型刃型_、_螺型螺型_和和_混合型混合型_。_Gb2_。 8、_面面_，_肖克莱肖克莱_和和_弗兰克弗兰克 9、正常价化合物正常价化合物_、_电子化合物电子化合物_和和_间隙化合物间隙化合物_，高熔点高熔点_、_高硬度高硬度_和和_高脆性高脆性_。10、_垂直长大垂直长大_和和_横向长大横向长大_ Monday, June 2

28、0, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University20二、名词解释二、名词解释1、相：指在任一给定的物质系统中，具有同一化学成分、同一、相：指在任一给定的物质系统中，具有同一化学成分、同一原子的集聚状态合性质的均匀连续组成部分。原子的集聚状态合性质的均匀连续组成部分。2、非均匀形核：在过冷液态金属中，晶胚依附在其它物质表面、非均匀形核：在过冷液态金属中，晶胚依附在其它物质表面成核的过程。成核的

29、过程。3、固溶强化：固溶体的强度、硬度高于组成它的各个组元，而、固溶强化：固溶体的强度、硬度高于组成它的各个组元，而塑性则较低，这种现象称为固溶强化。塑性则较低，这种现象称为固溶强化。4、晶体点阵：由实际原子、离子、分子和各种原子集团，按一、晶体点阵：由实际原子、离子、分子和各种原子集团，按一定几何规律的具体排列方式称为晶体点阵。定几何规律的具体排列方式称为晶体点阵。5、过冷度：金属的实际开始结晶温度与理论结晶温度之差称为、过冷度：金属的实际开始结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。过冷度。 三、判断题三、判断题2、 3、 4、5、 6、 7、 8、 9、 10、 Monday, June 2

30、0, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University21 四、简答题（每题四、简答题（每题5分，共分，共15分）分） 1、解：、解：P点处的刃型位错分量如下图中的点处的刃型位错分量如下图中的b1所示。该分量为正所示。该分量为正刃型位错。刃型位错。 2、试证明：在立方晶系中，指数相同的晶面和晶向必定垂直。、试证明：在立方晶系中，指数相同的晶面和晶向必定垂直。 证明：假设立方晶胞的晶格常数为证明：假

31、设立方晶胞的晶格常数为a，晶面指数为（，晶面指数为（hkl），晶），晶向指数为向指数为hkl则晶面的法线向量为：则晶面的法线向量为： 从上式可以得到，沿法线方向的晶向指数亦为从上式可以得到，沿法线方向的晶向指数亦为hkl，因此，因此，hkl晶向必与（晶向必与（hkl）晶面垂直。）晶面垂直。 Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University223、解：、解： 110

32、包含（包含（110），（），（101），（），（011），（），（10），），（01）和（）和（01）共六个晶面。如下图所示。）共六个晶面。如下图所示。 Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University23五、综合题五、综合题 1、 解：解：（1）100晶向上的原子密度晶向上的原子密度(1/2 2) / a =1/a 110晶向上的原子密度晶向上的原子密度(1/2

33、 2 + 1) / 21/2a= 1.06 / a 111晶向上的原子密度晶向上的原子密度(1/2 2) / 31/2a = 0.577 / a 通过比较可知，在通过比较可知，在fcc结构的晶体中，结构的晶体中，110晶向为密排方向。晶向为密排方向。（2）（）（100）晶面的原子密度（）晶面的原子密度（1/44 + 1）/ a2 = 2 / a2 (110) 晶面的原子密度晶面的原子密度( 1/44 + 1/2 2)/ 21/2a2 = 1.414 / a2 (111) 晶面的原子密度晶面的原子密度( 1/23 + 1/6 3) / 3/1/2 / 2 a2 = 2.31 / a2 根据立方晶

34、系的晶面间距公式：根据立方晶系的晶面间距公式：d = a / ( h2 +k2+l2) 1/2 可以求得可以求得（100）、（）、（110）及（）及（111）晶面）晶面 的晶面的晶面间距分别为：间距分别为： d1/2d(100) = 1/2a / ( 12 +02+02) / 1/2= a /2= 0.5a d1/2d(110) = 1/2a / ( 12 +12+02)1/2 = 21/2/ 4 a = 0.3535 a d(111) = a / ( 12 +12+12)1/2 = 31/2/ 3 a = 0.577 a 晶面间距最大的晶面是（晶面间距最大的晶面是（111）晶面。）晶面。 M

35、onday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University24 2、 解：两个位错发生交割后的反应结果如下图所示：解：两个位错发生交割后的反应结果如下图所示： ABCDPQb1b2Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian

36、 Jiaotong University University University253、 解：假设晶核的半径为解：假设晶核的半径为r，球形晶胚单位面积的表面能，球形晶胚单位面积的表面能为，则：为，则： G4/3 r3Gv + 4r2- 当当dG/ dr = 0 时，可以求得临界晶核的半径为：时，可以求得临界晶核的半径为：rc2/Gv 所以，临界晶核的形核功为：所以，临界晶核的形核功为： Gc 1/34r2c 1/34(2/Gv)2- 又因为：又因为： 临界晶核体积临界晶核体积Vc 4/3 r3c 4/3 (2/Gv)3 - 联立求解联立求解和和 式即可以得到：式即可以得到： Gc1/2Vc

37、Gv。 Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University26Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University27Monday, Ju

38、ne 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University281）布拉菲点阵共有）布拉菲点阵共有 种，归纳为种，归纳为 个晶系；面心立方结构个晶系；面心立方结构单个晶胞中的原子数为单个晶胞中的原子数为 ，密排六方结构单个晶胞中的原，密排六方结构单个晶胞中的原子数为子数为 。2）由热激活离开平衡位置的原子可以有两个去处，一是迁移到）由热激活离开平衡位置的原子可以有两个去处，一是迁移到晶体的表面上

39、所形成的空位称为晶体的表面上所形成的空位称为 空位；二是迁移到晶空位；二是迁移到晶体点阵的间隙中所形成的空位称为体点阵的间隙中所形成的空位称为 空位。空位。3）刃型位错的柏氏矢量与位错线相互）刃型位错的柏氏矢量与位错线相互 ；螺型位错的柏氏矢；螺型位错的柏氏矢量与位错线相互量与位错线相互 。4）相邻两晶粒之间位向差为）相邻两晶粒之间位向差为 的晶界称为小角晶界。的晶界称为小角晶界。5）金属结晶的热力学条件是）金属结晶的热力学条件是 ，结构条件是，结构条件是 ， 保证晶体生长的动力学条件是保证晶体生长的动力学条件是 。6）合金铸锭的典型宏观组织包括外壳的）合金铸锭的典型宏观组织包括外壳的 、中间

40、的、中间的 和和心部的心部的 。7）面心立方金属滑移面为）面心立方金属滑移面为 ，滑移方向为，滑移方向为 。8）金属原子在晶体中扩散机制主要有）金属原子在晶体中扩散机制主要有 和和 两种。两种。9）霍耳）霍耳佩奇公式为佩奇公式为 。一、填空题一、填空题试卷试卷AMonday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University29二、名词解释二、名词解释1） 固溶体固溶体 2）成分

41、过冷）成分过冷 3）伪共晶）伪共晶 4）加工硬化）加工硬化 5）反应扩散）反应扩散Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University30三、判断题（正确的打（三、判断题（正确的打（），错误的打（），错误的打（）1）柏氏矢量越小的位错，能量越低，在晶体中越稳定。）柏氏矢量越小的位错，能量越低，在晶体中越稳定。 （ ）2）过冷度越大，晶体生长速度越快，晶粒长得越粗大。）

42、过冷度越大，晶体生长速度越快，晶粒长得越粗大。 （ ）3）晶界处原子处于不稳定状态，故其腐蚀速度一般都比晶内快。）晶界处原子处于不稳定状态，故其腐蚀速度一般都比晶内快。 （ ）4）无论温度分布如何，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。）无论温度分布如何，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。 （ ）5）白口铸铁中的碳以）白口铸铁中的碳以Fe3C形式存在，而灰口铸铁中的碳一般是以形式存在，而灰口铸铁中的碳一般是以石墨形式存在。（石墨形式存在。（ ） 6）原子扩散的真正驱动力是浓度剃度）原子扩散的真正驱动力是浓度剃度。 （ ）7）螺型位错和刃型位错都可以进行交滑移。）螺型位错和刃型位错都可以进行交滑移。 （

43、 ）8）微观内应力是由于塑性变形时，工件各部分之间的变形不均性）微观内应力是由于塑性变形时，工件各部分之间的变形不均性所产生的。所产生的。 （ ）9）回复可使冷变形金属的加工硬化效果及内应力消除。）回复可使冷变形金属的加工硬化效果及内应力消除。 （ ）10）流线是热变形工件的组织特征，依此可判断材料的加工方式）流线是热变形工件的组织特征，依此可判断材料的加工方式。 （ ） Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong Uni

44、versity University University31四、简答题四、简答题1） 在单位晶胞中画出立方晶系的如下晶面和晶向：在单位晶胞中画出立方晶系的如下晶面和晶向： (2 1 1)、(1 0 1)、1 2 3、2 1 22） 试分析下列位错反应能否进行？试分析下列位错反应能否进行？ (1) a(1 0 0) a/2(1 1 1)+ a/2(1 1 1)； (2) a/3(1 1 2)+ a/2(1 1 1) a/6(1 1 1)。 3）试用位错理论解释固溶强化的原因。）试用位错理论解释固溶强化的原因。 4）试述影响扩散系数的主要因素？）试述影响扩散系数的主要因素？ 5）试分析冷变形量对

45、再结晶晶粒尺寸的影响。）试分析冷变形量对再结晶晶粒尺寸的影响。 6）何谓）何谓“枝晶偏析枝晶偏析”？如何消除？如何消除？ Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University32五、综合题五、综合题1） 画出完整的画出完整的FeFe3C相图，回答下列问题：（相图，回答下列问题：（15分）分）（1）分析含）分析含3.2%C合金平衡状态下结晶过程（作图表示），计合金平衡状

46、态下结晶过程（作图表示），计算其室温组织组成物的相对含量；算其室温组织组成物的相对含量；（2）分析含）分析含2.0%C合金在室温下从组织中观察到少量莱氏体组合金在室温下从组织中观察到少量莱氏体组织的原因。织的原因。 2）铜单晶体拉伸时，若力轴为）铜单晶体拉伸时，若力轴为0 0 1方向，临界分切应力为方向，临界分切应力为0.64Mpa，需要多大的拉伸力才能使晶体开始塑性变形？（，需要多大的拉伸力才能使晶体开始塑性变形？（10分）分） Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDali

47、an JiaotongDalian Jiaotong University University University33一、填空题一、填空题1）14，7，4，6；2）肖脱基，弗兰克尔；）肖脱基，弗兰克尔；3）垂直，平行；）垂直，平行；4）10；5）过冷度、结构起伏、动态过冷度；）过冷度、结构起伏、动态过冷度；6）细晶区、柱状晶区、等轴晶区；）细晶区、柱状晶区、等轴晶区；7）（）（1 1 1）、）、1 1 0；8）间隙扩散机制、空位扩散机制、）间隙扩散机制、空位扩散机制、9）S=0+Kd1/2试卷试卷A答案答案Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022

48、Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University34二、名词解释二、名词解释1）是一种元素渗入另一种元素晶格结构中的结晶固相，晶体结）是一种元素渗入另一种元素晶格结构中的结晶固相，晶体结构保持了溶剂元素的结构。构保持了溶剂元素的结构。2）由于液相成分改变而形成的过冷。）由于液相成分改变而形成的过冷。3）不平衡结晶条件下，在共晶成分点附近的合金能够获得共晶）不平衡结晶条件下，在共晶成分点附近的合金能够获得共晶组织的现象。组织的现象。4）经冷变形的金

49、属硬度、强度显著升高，塑性、韧性明显下降）经冷变形的金属硬度、强度显著升高，塑性、韧性明显下降现象。现象。5）伴有相变发生的扩散。）伴有相变发生的扩散。 Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University35三、判断题三、判断题 1），2），3），4），5），6），7），8），9），10）。四、简答题四、简答题 1）画图略）画图略 2）（）（1）不能，（）不能，（2

50、）不能。）不能。 3）溶质原子与位错的交互作用，柯氏气团的钉扎作用。）溶质原子与位错的交互作用，柯氏气团的钉扎作用。 4）温度，晶体结构，固溶体类型，化学成分。）温度，晶体结构，固溶体类型，化学成分。 5）临界变形量之前，晶粒尺寸不变；临界变形量范围，晶）临界变形量之前，晶粒尺寸不变；临界变形量范围，晶粒粗大；超过临界变形量，随着变形量的增加，晶粒细粒粗大；超过临界变形量，随着变形量的增加，晶粒细小。小。 6）枝和枝晶间隙之间成分的不均匀性，扩散退火。）枝和枝晶间隙之间成分的不均匀性，扩散退火。Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday,

51、June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University36五、综合题五、综合题1） 画图略画图略 （1）画图略，）画图略，Ld（3.22.11）/（4.32.11），），A（4.3 3.2）/（4.32.11），）， Fe3C（2.110.77）/（6.690.77）* A ， P（6.692.11）/（6.690.77） * A 。（2）不平衡结晶，离异共晶。）不平衡结晶，离异共晶。2）0.646Monday, June 20, 2022Monday, June 2

52、0, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University37一、填空题一、填空题1）体心立方结构单个晶胞中的原子数为）体心立方结构单个晶胞中的原子数为_；密排六方结构和；密排六方结构和面心立方结构堆垛顺序分别为面心立方结构堆垛顺序分别为_，_。2）固溶体按溶质原子分布有无规律可分为）固溶体按溶质原子分布有无规律可分为_固溶体和固溶体和_固溶体。固溶体。3）按照缺陷在空间分布的情况，可将晶体结构中存在的缺陷分）按照缺陷在空间分布的情况，可将晶

53、体结构中存在的缺陷分为为_、_、_三类。三类。4）柏氏矢量物理意义在于表示了位错区域点阵畸变总量的）柏氏矢量物理意义在于表示了位错区域点阵畸变总量的 和和 ； 5）相邻两晶粒之间位向差为）相邻两晶粒之间位向差为 的晶界称为大角晶界。的晶界称为大角晶界。6）金属结晶的驱动力是）金属结晶的驱动力是 ；冷变形金属回复和再结晶的驱动；冷变形金属回复和再结晶的驱动力是力是 ， 再结晶后晶粒长大的驱动力是再结晶后晶粒长大的驱动力是 ；原子；原子扩散的驱动力是扩散的驱动力是 。试卷试卷 BMonday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2

54、022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University387）在液态金属中形成固体晶核时有两种方式，即）在液态金属中形成固体晶核时有两种方式，即_ 与与 。8）通常将在）通常将在 和和 中进行的扩散称为中进行的扩散称为“短路扩散短路扩散”。9）扩散系数的一般表达式为）扩散系数的一般表达式为 。 二、名词解释二、名词解释1）金属化合物）金属化合物 2）去应力退火）去应力退火 3）离异共晶）离异共晶 4）二次再结晶）二次再结晶 5）流线）流线Monday, June 20, 2022Mond

55、ay, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University39三、判断题（正确的打（三、判断题（正确的打（），错误的打（），错误的打（） 1）一般说来，层错能愈高，出现层错的几率就愈小。（）一般说来，层错能愈高，出现层错的几率就愈小。（ ） 2）在任何温度下，液态金属中出现的最大结构起伏都是晶坯）在任何温度下，液态金属中出现的最大结构起伏都是晶坯。 （ ） 3）单晶体就是只有一个晶粒构成的晶体。）单晶体就是只有一个晶粒构成

56、的晶体。 （ ） 4）晶体中的晶粒总是具有自发长大和使界面平直化，以减小）晶体中的晶粒总是具有自发长大和使界面平直化，以减小晶界晶界 的总面积的趋势。（的总面积的趋势。（ ） 5）非晶态金属是在特殊的冷却条件下，把液态金属的原子排）非晶态金属是在特殊的冷却条件下，把液态金属的原子排列固定到固态来。（列固定到固态来。（ ） 6）相图上的成分间隔越大，合金的流动性越差。）相图上的成分间隔越大，合金的流动性越差。 （ ） 7）二元合金系中一旦温度固定以后，三相平衡只能在恒定的）二元合金系中一旦温度固定以后，三相平衡只能在恒定的压力下存在。压力下存在。 （ ） 8）固溶体合金棒顺序结晶过程中，液）固溶

57、体合金棒顺序结晶过程中，液/固界面推进速度越快，固界面推进速度越快，则棒中宏观偏析越严重。则棒中宏观偏析越严重。 （ ） 9）晶界上不存在空位，故以空位机制扩散的原子在晶界上无）晶界上不存在空位，故以空位机制扩散的原子在晶界上无法进行扩散。法进行扩散。 （ ） 10）采用适当的再结晶退火，可以细化金属铸件的晶粒。（）采用适当的再结晶退火，可以细化金属铸件的晶粒。（ ） Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong Unive

58、rsity University University40四、简答题四、简答题1）在单位晶胞中画出立方晶系如下晶面和晶向：）在单位晶胞中画出立方晶系如下晶面和晶向： （1 0 2）、（）、（2 1 1）、）、1 2 1、3 0 1。2）试分析纯金属生长形态与温度剃度的关系。）试分析纯金属生长形态与温度剃度的关系。 3）简单叙述控制铸件晶粒大小的措施。）简单叙述控制铸件晶粒大小的措施。 4）试说明晶体滑移的临界分切应力定律。）试说明晶体滑移的临界分切应力定律。 5）再结晶与重结晶（同素异构转变）主要区别是什么？为什）再结晶与重结晶（同素异构转变）主要区别是什么？为什么两者都能细化晶粒？么两者都能

59、细化晶粒？ 6）将纯铁置于）将纯铁置于830温度下渗碳，由表及里会出现什么相，请温度下渗碳，由表及里会出现什么相，请定性画出该温度下纯铁表面至心部的碳浓度分布曲线。定性画出该温度下纯铁表面至心部的碳浓度分布曲线。 Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University University University41 五、综合题五、综合题 1）画出完整的）画出完整的FeFe3C相图，回答下列问题：相图，回答下列问题

60、：（1）分析含）分析含4%C合金平衡状态下结晶过程（作图表示），合金平衡状态下结晶过程（作图表示），计算其室温组织的相含量和组织含量；计算其室温组织的相含量和组织含量；（2）试画出）试画出45钢平衡冷却状态下的室温组织图。钢平衡冷却状态下的室温组织图。2）试用位错理论解释细晶强化和加工硬化的原因。）试用位错理论解释细晶强化和加工硬化的原因。Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Monday, June 20, 2022Dalian JiaotongDalian JiaotongDalian Jiaotong University Universit