材料科学与工程基础复习

第一 原子排列与晶体结在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知铅为fcc面心立方结构，其原子半R=0.175×10-6mm第二章合金相结2、简述形成有序固溶体的必要条件2。第三 纯金属的凝35：何谓过冷，过冷度，动态过冷度，它们对结晶过程有何影响第五 三元合金相 Fe－C－Si3.5%Si变温截面图（5－10.8%CFe-C-Si在平衡冷却时的相变过程和1100℃时的平衡组织45－4为Fe-W-C三元系的液相面投影图。写出e1→1085℃，P1→1335℃，P2→1380℃单变量线的三相平衡反应和1700℃，1200℃，1085℃的四相平衡反应式。I，II，III三个合1 27Pb18Sn55Bγ指出这个三元系的初晶面，写出四相平衡反应式分析该三元合金系中1，2，3，4合金平衡结晶过程第六 空位与位一、名词解位错，柏氏回二、问答 已知Al的空位形成能为0.76eV27e627e时空位浓度增加多少（取系2个平行的同号螺位错从100nm8nm作功多少?a=0.3nm，G=7×1010Pa2已知BCC铁的密度为7.87g/cm3，求一个铁晶胞中包含的空位数为多少？每cm3中包含的空位数是多少？（铁的点阵常数为2.866×10-8cm,铁原子的摩尔质量为55.847g）10计算室温（25℃）时铜的空位浓度，并求在多少温度下铜的空位浓度为室温的1000倍？已知铜中产生1摩尔空位多需要的热量是83600J。已知，FCC铜的点阵常数为0.3615nm3第九 表面与界名晶界能，小角度晶问第十 原子扩0.45%时齿轮达到最佳性能。已知铁为FCC结构，C在Fe中的D0＝0.23，激活能32900cal/mol，误差函数如表10－110001

2Dt与erf

Dt)的对应xxxxxx2224单项选择题（每一道题1分）第1章原子结构与键合高分子材料中的C-H化学键属 （A）氢 （B）离子 （C）共价属于物理键的 （A）共价 （B）范德华 （C）氢化学键中通过共用电子对形成的 第2章固体结构面心立方晶体的致密度 体心立方晶体的致密度 密排六方晶体的致密度 以下不具有多晶型性的金属 （A） （B） （C）面心立方晶体的孪晶面 fcc、bcc、hcp三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的 在纯铜基体中添加微细氧化铝颗粒不属于一下哪种强化方式 第3章晶体缺陷刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系（A）垂 （B）平 （C）交能进行攀移的位错必然 （A）刃型位 （B）螺型位 （C）混合位在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称 （A）肖特基缺 （B）弗仑克尔缺 （C）线缺原子迁移到间隙中形成空位-间隙对的点缺陷称为（A）肖脱基缺 （C）堆垛层以下材料中既存在晶界、又存在相界的是（A）孪晶 （B）中碳 （C）亚共晶铝硅合大角度晶界具 个自由度 4章固体中原子及分子的运菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不 变化（A）距 （B）时 （C）温在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般 （A）原子互换机 （B）间隙机 （C）空位机原子扩散的驱动力 5（A）组元的浓度梯 （B）组元的化学势梯 （C）温度梯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组元的扩散速率大于B组（B）B组元的扩散速率大于A（C）A、B两组元的扩散速率相下述有关自扩散的描述中正确的 自扩散系数由浓度梯度引自扩散又称为化学扩自扩散系数随温度升高而增固体中原子和分子迁移运动的各种机制中，得到实验充分验证的是 第6章单组元相图及纯晶体的凝固凝固时在形核阶段只有核胚半径等于或大于临界尺寸时才能成为结晶的核心当形的核胚半径等于临界半径时，体系的自由能变化 a 。大于 （B）等于 （C）小于形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能 以下材料中，结晶过程中以非小平面方式生长的 金属 （B）氯化铵晶 （C）氧化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 树枝 （B）柱状 （C）胞状凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪种方法 第7章二元系相图及其合金的凝固在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则用 单相区 （B）两相区 （C）三相平衡水平线对离异共晶和伪共晶的形成原因，下述说法正确的 离异共晶只能经非平衡凝固获伪共晶只能经非平衡凝固获形成离异共晶的原始液相成分接近共晶成任一合金的有序结构形成温 无序结构形成温度低 （B）高 （C）可能低于或高多项选择题（每一道题2分以下同时具有方向性和饱和性的结合键的 （A）共价 （B）离子 （C）氢 （D）金属键（E）范德华晶体区别于其它固体结构的基本特征 （A）原子呈周期性重复排列（B）长程有 （C）具有固定的熔点（D）各向同（E）各向异以下具有多晶型性的金属 （A） （B） （C） （D） （E）以 等金属元素在常温下具有密排六方晶体结构6（A） （B） （C） （D） （E）铁具有多晶型性，在不同温度下会形 等晶体结构（A）面心立 （B）体心立排六（C）简单立（D）底心立 具有相同配位数和致密度的晶体结构（A）面心立 （B）体心立 （C）简单立。（D）底心立排六6 关于均匀形核，以下说法正确的 体积自由能的变化只能补偿形成临界晶核表面所需能量的三分之非均匀形核比均匀形核难度更结构起伏是促成均匀形核的必要因能量起伏是促成均匀形核的必要因过冷度△T越大，则临界半径越以下说法中 说明了非均匀形核与均匀形核之间的差异非均匀形核所需过冷度更均匀形核比非均匀形核难度更一旦满足形核条件，均匀形核的形核率比非均匀形核更均匀形核试非均匀形核的一种特实际凝固过程中既有非均匀形核，又有均匀形晶体的长大方式 （B）不连续长大（C）平面生长 控制金属的凝固过程获得细晶组织的手段 加入形核剂（）减小液相过冷度（CE加机械振动7二元相图必须遵循以下几何规律 相图中的线条代表发生相转变的温度和平衡相的成两个两相区必须以单相区或三相水平线隔二元相图中的三相平衡必为一条水平两相区与单相区的分界线与等温线相交时，其延长线应进入另一两相区构成匀晶合金的两种组元之间必须满足以下条件 具有相同的晶体结构，晶格常数相具有相同的熔具有相同的原子具有相似的电负原子半径差小于固溶体的平衡凝固包 等几个阶段液相内的扩散过 （B）固相内的扩散过 （C）液相的长7（D）固相的继续长 （E）液固界面的运判断题：(在题后括号内填入“对”或“错，每题1分，共 离子键的正负离子相间排列，具有方向性，无饱和性 （错共价键通过共用电子对而成，具有方向性和饱和性 （对 复杂晶胞与简单晶胞的区别是，除在顶角外，在体心、面心或底心上有阵点 （对晶体结构的原子呈周期性重复排列，即存在短程有序 （错立方晶系中，晶面族{111}表示正八面体的面 （对立方晶系中，晶面族{110}表示正十二面体的面 （对晶向指 vw>和晶面指数(hkl)中的数字相同时，对应的晶向和晶面相互垂直（对bcc的间隙不是正多面体，四面体间隙包含于八面体间隙之中 （对溶质与溶剂晶体结构相同是置换固溶体形成无限固溶体的必要条件 （对非金属和金属的原子半径比值rx/rm>0.59时，形成间隙化合物，如氢化物、氮化物（错晶体中的原子在空间呈有规则的周期性重复排列；而非晶体中的原子则是无规则排列的。 （对）选取晶胞时，所选取的正方体应与宏观晶体具有同样的对称性 （错空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，只有14种类型，而实际存在的晶体结构是（错 弗兰克缺陷是原子迁移到间隙中形成的空位-间隙对 （对位错线只能终止在晶体表面或界面上，而不能中止于晶体内部 （对滑移时，刃型位错的运动方向始终平行于位错线，而垂直于柏氏矢量。（错（对第四菲克定律描述了固体中存在浓度梯度时发生的扩散，即化学扩散 （对温度越高，原子热激活能越大，扩散系数越大 （对置换固溶体中溶质原子要高于间隙固溶体中的溶质原子的扩散速度。（错小。（对）第六由于均匀形核需要的过冷度很大，所以液态金属多为非均匀形核 （对形核过程中，表面自由能是液固相变的驱动力，而体积自由能是其阻力 （错 8固溶体非平衡凝固情况下固相内组元扩散比液相内组元扩散慢得多故偏离固相线程度大得多。 （对）名词解释（每一道题3分3态溶体，继续保持溶体的晶体结构类型。5、间隙相：由过渡族金属与C、N、H、B等原子半径较小的非金属元素形成的金属化合7、如15℃）119 负温度梯度：液相温度随液固界面的距离增大而降低的温度梯度情况1922、共晶转变：由液相同时结晶出两种固相的过程称为共晶转变。该转变为恒温转变简答题（每一道题4分1原子间的结合键共有几种？各自特点如何？（分）ll金属键：电子共有化，既无饱和性又无方向llll共价键：共用电子对；饱和性；配位数较小，方向2、物理键如范德华力，系次价键，不如化学键强3、氢键：分子间作用力，介于化学键与物理键之间，具有饱和2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（分原子通常是原子半径小于0.1nm的非金属元素，如HO2分）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（2分）当rB/rA<0.59时，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；rB/rA>0.59时，形成间隙化合物，其结构为复杂的晶体结构（2分晶界处点阵畸变变大，存在晶界能，故晶粒长大和晶界平直化是一个自发过程晶界处原子排列不规则，从而阻碍塑性变形，强度更高。这就是细晶强化的本质晶界处存在较多缺陷（位错、空位等，有利原子扩散晶界处能量高，固态相变先发生，因此晶界处的形核率高9晶界处成分偏析和内吸附，又富集杂质原子，因此晶界熔点低而产生“过热”现象4章7、简述影响固体中原子和分子扩散的因素有哪几方面（分答1、温度；2、固溶体类型；3、晶体结构；4、晶体缺陷；5、化学成分；6、应力的作（各0.5分计算题（每一道题10分3在Fe中形成1mol104.675kJ，试计算从20℃升温至850℃时空位空位在温度T时的平衡浓度系数A一般在1~10之间，取A=1故空位增加 （倍4)(若规定0.3%C作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？Fick第二定律得 （5分由关系式x=

两式相比，得当温度相同时，D1=D2,于是得（5分 所以 （倍（5分一块含0.1%C的碳钢在930℃、1%碳浓度的气氛中进行渗碳处理，经过11个小时后在0.05cm的地方碳的浓度达到0.45%，若要在0.08cm的深度达到同样的渗碳浓度，则需多长时间？a解：Fick第二定律得

2 x 2由题意可知，两种情况下渗碳前后浓度相同且渗碳温度相同，2

2

（5分2æx

æ0.08ö2t=t×ç2

=´

÷28.16(小时 è1

è0.05

（10分，不准确1分7Pb-Sn二元合金的平衡相图如下图所示，已知共晶点为Sn%=61.9。试利用杠杆原理计算Pb-40