材料科学基础期末复习完全手册（直接使用版+高频考题真题）

材料科学基础·期末复习完全手册（直接使用版）第一部分：考试题型与分值分布（通用）题型题量分值主要考查范围策略选择题10-15题20-30分基本概念、结构特点、相图判读牢记定义和关键参数填空题5-10题10-15分晶体结构参数、核心公式、重要数据背诵关键知识点判断题5-10题10-15分概念辨析、规律正误注意前提条件和特例简答题2-4题15-25分理论分析、机理阐述、影响因素分点作答，图文配合计算题2-4题30-45分晶体参数计算、扩散、相图杠杆定律、力学性能步骤完整，单位正确作图题1题5-15分相图、晶体结构示意图、应力-应变曲线标注清晰，关键点准确第二部分：原子结构与键合速查2.1原子结构概念说明原子由原子核和核外电子组成核外电子按能级分层分布价电子最外层电子，决定化学性质和键合类型电负性原子吸引电子的能力，F最大(4.0)2.2原子间键合类型键合类型结合力特点典型材料离子键正负离子静电引力键能高，无方向性无饱和性，绝缘体NaCl,MgO,Al₂O₃共价键共用电子对键能高，有方向性和饱和性金刚石,Si,SiC金属键自由电子气与离子实无方向性无饱和性，导电导热Cu,Fe,Al范德华力分子间力键能低，无方向性塑料,石墨层间氢键H与F,O,N等作用较强分子间力，有方向性冰,蛋白质键合类型对材料性能的影响键型强度熔点导电性塑性离子键高高绝缘（熔融导电）差（脆）共价键高高绝缘/半导体差金属键中-高中-高良好良好第三部分：晶体结构速查3.1空间点阵与晶胞概念定义空间点阵（晶格）几何点在空间有规律周期性排列形成的三维空间格子晶胞能反映晶体对称性的最小平行六面体单元晶格常数晶胞的棱边长a,b,c和棱间夹角α,β,γ布拉维点阵共14种，分属7大晶系7大晶系晶系棱边关系轴角关系举例立方（等轴）a=b=cα=β=γ=90°Fe,Cu,NaCl四方a=b≠cα=β=γ=90°β-Sn,TiO₂正交a≠b≠cα=β=γ=90°α-S,Ga六方a=b≠cα=β=90°,γ=120°Zn,Mg,石墨菱方（三方）a=b=cα=β=γ≠90°As,Bi单斜a≠b≠cα=γ=90°,β≠90°CaSO₄·2H₂O三斜a≠b≠cα≠β≠γ≠90°K₂Cr₂O₇3.2三种典型金属晶体结构结构类型原子位置原子数/晶胞配位数致密度典型金属面心立方(FCC)8个顶点+6个面心4120.74γ-Fe,Al,Cu,Ni,Au,Ag体心立方(BCC)8个顶点+1个体心280.68α-Fe,Cr,W,Mo,V密排六方(HCP)12个顶点+2个面心+3个体内6120.74Mg,Zn,α-Ti,Be晶胞原子数计算FCC：8×1/8+6×1/2=4BCC：8×1/8+1=2HCP：12×1/6+2×1/2+3=63.3晶体学指数晶向指数[uvw]确定步骤：过原点作平行于该晶向的直线在该直线上任取一点，取坐标值化为最小整数比→[uvw]晶面指数(hkl)确定步骤：求晶面在三轴上的截距取截距的倒数化为最小整数比→(hkl)注意：截距为负时在指数上方加横线，如(1̄00)。晶面间距（立方晶系）d_(hkl)=a/√(h²+k²+l²)其中a为晶格常数，d为晶面间距。3.4晶体缺陷点缺陷类型说明空位正常阵点上缺少原子，热平衡时存在，随温度升高指数增加间隙原子原子进入晶格间隙位置置换原子（杂质）异类原子占据阵点位置弗伦克尔缺陷空位+间隙原子成对出现平衡空位浓度n/N=A·exp(-Q_f/kT)符号含义n/N空位原子分数Q_f空位形成能k玻尔兹曼常数(8.62×10⁻⁵eV/K)T热力学温度(K)线缺陷——位错位错类型特征位错线与柏氏矢量关系刃型位错多余半原子面插入位错线⊥b（柏氏矢量）螺型位错晶格螺旋畸变位错线∥b混合位错刃型分量+螺型分量位错线与b成任意角度柏氏矢量b：表征位错引起的晶格畸变的大小和方向。位错密度ρ=L/V（单位体积内位错线总长度），退火态约10⁶~10⁸cm⁻²。位错的运动运动方式说明滑移位错沿滑移面运动，是塑性变形的主要机制攀移刃型位错垂直于滑移面运动（需空位或间隙原子扩散参与，高温时显著）位错增殖机制——弗兰克-里德源：一段两端被钉扎的位错线在切应力作用下反复弯曲，不断放出位错环。面缺陷类型说明晶界（大角度晶界）不同取向晶粒间的界面，晶界能γ≈0.5J/m²亚晶界（小角度晶界）位向差<10°，由位错排列构成相界不同相之间的界面（共格、半共格、非共格）表面晶体表面，表面能高于晶界能孪晶界两侧晶体成镜面对称关系晶界的特性晶界处原子排列不规则，能量高常温下晶界阻碍位错运动→细晶强化高温下晶界可发生滑动→蠕变晶界处优先发生腐蚀、相变、扩散第四部分：相图速查4.1相律与杠杆定律吉布斯相律：F=C-P+2（常压下简化为F=C-P+1）符号含义F自由度数C组元数P相数杠杆定律：两相区内，两相的相对量与相点到合金成分点的距离成反比。Qα/Qβ=(xβ-x₀)/(x₀-xα)4.2二元相图基本类型匀晶相图（如Cu-Ni）：两组元在液态和固态都完全互溶。共晶相图（如Pb-Sn）特征说明共晶反应L⇌α+β（液相同时析出两个固相）共晶点三相共存，F=0共晶温度恒温下进行共析相图：γ⇌α+β（固相同时析出两个固相，与共晶类似但是固态相变）包晶相图（如Pt-Ag）：L+α⇌β（液相与已析出的固相反应生成新固相）偏晶相图：存在不互溶的液相区。4.3铁碳相图（Fe-Fe₃C相图）★★★★★关键成分点点温度(℃)含碳量(%)含义A15380纯铁的熔点C11484.3共晶点D12276.69Fe₃C的熔点（理论）E11482.11碳在γ-Fe中最大溶解度G9120α-Fe⇌γ-Fe同素异构转变P7270.0218碳在α-Fe中最大溶解度S7270.77共析点Q6000.008室温下碳在α-Fe中溶解度关键线线含义A₁线(PSK)共析反应线：A_S⇌F_P+Fe₃C（727℃恒温）A₃线(GS)奥氏体开始析出铁素体的温度A_cm线(ES)碳在奥氏体中溶解度线ECF线共晶反应线：L_C⇌A_E+Fe₃C（1148℃恒温）铁碳合金分类合金类型含碳量(%)室温平衡组织工业纯铁<0.0218F亚共析钢0.0218~0.77F+P共析钢0.77P（珠光体=α-Fe+Fe₃C层片状混合物）过共析钢0.77~2.11P+Fe₃C_II（网状二次渗碳体）亚共晶白口铁2.11~4.3P+Fe₃C_II+Ld'（莱氏体=珠光体+渗碳体混合物）共晶白口铁4.3Ld'（变态莱氏体，低温莱氏体）过共晶白口铁4.3~6.69Ld'+Fe₃C_I（一次渗碳体，板条状）铁碳合金的基本相相符号晶体结构特点铁素体F/αBCC碳溶解度极小，软而韧奥氏体A/γFCC高温相，碳溶解度较大，塑性好渗碳体Fe₃C正交晶系硬度极高(~800HV)，脆，强化相珠光体PF+Fe₃C机械混合物综合力学性能较好莱氏体Ld/Ld'A+Fe₃C或P+Fe₃C硬而脆含碳量对钢力学性能的影响规律含碳量↑→强度、硬度↑（超过~0.9%后因网状Fe₃C_II而强度下降）含碳量↑→塑性、韧性↓含碳量↑→焊接性↓杠杆定律计算组织相对量示例（亚共析钢0.45%C室温组织比例）室温下：F%=(6.69-0.45)/(6.69-0)≈93.3%，P%≈6.7%（更常用：P%=(0.45-0)/(0.77-0)≈58.4%，F%=41.6%，计算珠光体量时取共析点成分与铁素体成分之差为分母；具体计算以共析点为界时按杠杆法则得出F与P的相对量）第五部分：扩散速查5.1扩散定律菲克第一定律（稳态扩散）J=-D·dC/dx符号含义单位J扩散通量kg/(m²·s)或atoms/(m²·s)D扩散系数m²/sdC/dx浓度梯度(kg/m³)/m菲克第二定律（非稳态扩散）∂C/∂t=D·∂²C/∂x²5.2扩散机制机制说明激活能空位扩散（置换扩散）原子跳入相邻空位，是主要扩散机制高间隙扩散小原子在间隙位置间跳动低晶界扩散沿晶界扩散，比体扩散快中表面扩散沿表面扩散，最快最低5.3扩散系数与温度的关系（阿伦尼乌斯方程）D=D₀·exp(-Q/RT)符号含义D₀扩散常数（频率因子）Q扩散激活能R气体常数(8.314J/(mol·K))T热力学温度(K)影响扩散的因素因素影响规律温度温度越高，D越大（指数关系）晶体结构致密度低的晶体中扩散更快（BCC比FCC快）晶体缺陷缺陷越多，扩散越快（晶界>位错>体扩散）化学成分第三组元可加速或减速扩散第六部分：凝固速查6.1凝固的热力学条件过冷度ΔT=T_m-T（理论熔点-实际凝固温度）过冷是凝固的必要条件，过冷度越大，凝固驱动力越大。6.2形核形核类型类型特征所需过冷度均匀形核在均匀液相中依靠自身结构起伏和能量起伏形核很大（约0.2T_m）非均匀形核在杂质表面或型壁上形核较小（约0.02T_m），实际凝固以此为主临界晶核半径r*=2γ_LS/ΔG_V符号含义γ_LS液-固界面能ΔG_V单位体积液固自由能差（与过冷度成正比）过冷度越大，临界晶核半径越小，越容易形核。形核率N：单位时间单位体积内形成的晶核数（取决于过冷度和扩散激活能）。6.3晶体生长液-固界面的微观结构类型特征典型材料光滑界面（小平面界面）原子尺度上界面光滑非金属、金属间化合物粗糙界面（非小平面界面）原子尺度上界面粗糙大多数金属晶体生长方式方式说明连续生长（粗糙界面）原子可连续附着，生长速度快侧面生长（光滑界面）需二维形核或螺型位错台阶生长生长形态形态形成条件平面晶正温度梯度（远离界面的液相温度升高）胞状晶较小的成分过冷树枝晶较大的成分过冷，金属中最常见6.4铸锭的组织典型铸锭三晶区晶区位置特征细晶区（激冷层）表面接触型壁急冷，大量非均匀形核柱状晶区次表层沿散热方向择优生长，晶粒狭长等轴晶区中心成分过冷导致大量形核自由生长，晶粒各向等大细化铸态晶粒的方法：增大过冷度（降低浇注温度）、变质处理（加入形核剂）、机械振动或搅拌。第七部分：固态相变速查7.1固态相变的特点特点说明相变阻力大需克服界面能和应变能新相与母相存在位向关系沿母相特定晶面析出（惯习面）存在过渡相亚稳相先析出，再向稳定相转变扩散控制原子迁移速率影响相变速率晶体缺陷促进形核晶界、位错等处优先形核7.2固态相变类型按热力学分类类型特征举例一级相变自由能一阶偏导（S、V）有突变，有体积和潜热变化凝固、同素异构转变二级相变自由能二阶偏导（C_p、α等）有突变磁性转变、有序-无序转变按原子迁移方式分类类型特征举例扩散型相变原子长程扩散，相变速率受扩散控制共析转变（珠光体转变）切变型相变原子协同切变，无扩散马氏体转变中间型相变兼具扩散和切变特征贝氏体转变7.3钢中重要固态相变珠光体转变（A→P，扩散型共析转变）γ(0.77%C)⇌α(0.0218%C)+Fe₃C(6.69%C)影响因素规律转变温度越低（过冷度越大）珠光体片层间距越小，强度和硬度越高珠光体片间距0.31.0μm，A₁650℃形成索氏体片间距0.10.3μm，650600℃形成（细珠光体）屈氏体片间距<0.1μm，600~550℃形成（极细珠光体）马氏体转变（A→M，切变型非扩散相变）特征说明无扩散切变铁原子集体协同移动表面浮凸磨光表面产生浮凸惯习面沿母相特定晶面形成位向关系K-S关系或西山关系碳的过饱和α-Fe溶碳可达0.77%以上（平衡只溶~0.02%）晶体结构体心正方（BCT），c/a随碳含量增大Ms点马氏体开始转变温度，随含碳量升高而降低马氏体的强度和硬度主要取决于碳的过饱和度和孪晶亚结构。贝氏体转变（A→B，中温转变，兼具扩散和切变特征）类型形成温度形貌碳化物分布上贝氏体550~350℃羽毛状碳化物沿条间分布，脆性大下贝氏体350~Ms针状碳化物在条内弥散分布，韧性好第八部分：材料的力学性能速查8.1基本力学性能指标指标符号定义单位弹性模量（杨氏模量）E弹性范围内应力与应变之比GPa屈服强度σs（或σ0.2）产生屈服或0.2%塑性应变时的应力MPa抗拉强度σ_b断裂前最大应力MPa伸长率δδ=(L-L₀)/L₀×100%%断面收缩率ψψ=(A₀-A)/A₀×100%%硬度HB/HRC/HV抵抗硬物压入的能力—冲击韧性a_k单位面积冲击吸收功J/cm²断裂韧性K_IC抵抗裂纹失稳扩展的能力MPa·√m弹性模量的物理本质：反映原子间结合力的强弱，对组织不敏感（结构不敏感量）。8.2应力-应变曲线曲线类型特征典型材料有明显屈服平台有上屈服点和下屈服点，屈服平台低碳钢无屈服平台无物理屈服，取σ_0.2为条件屈服强度高碳钢、大多数合金钢、铝合金颈缩：韧性材料拉伸时局部截面急剧缩小的现象，是微孔聚集型断裂的前兆。8.3断裂类型分类方式类型特征按断裂前塑性变形韧性断裂有明显塑性变形，断口暗灰色纤维状脆性断裂几乎无塑性变形，断口光亮颗粒状按裂纹扩展路径穿晶断裂裂纹穿过晶粒内部沿晶断裂裂纹沿晶界扩展按断裂机理解理断裂沿特定晶面断开（穿晶脆断）微孔聚集型断裂微孔形成、长大、聚合（韧性断裂）脆性断裂的危险性：突发性强，无明显预兆，后果严重。8.4硬度硬度类型压头载荷应用布氏硬度(HBW/HBS)硬质合金球/钢球大载荷铸件、粗大组织洛氏硬度(HRC/HRB)金刚石圆锥/钢球分初载荷和主载荷淬火钢、一般金属维氏硬度(HV)金刚石正四棱锥小载荷薄层、涂层、显微硬度显微硬度维氏压头极轻载荷微观组织、相硬度经验换算：低碳钢σb≈3.4~3.6HB；淬火回火钢σb≈3.2~3.4HRC换算（粗略）。8.5金属的强化机制强化机制原理效果对塑韧性的影响固溶强化溶质原子引起晶格畸变，阻碍位错运动中等略降低细晶强化（霍尔-佩奇公式）晶界阻碍位错运动显著提高（同时提高强度和韧性）第二相强化（弥散/沉淀）细小弥散第二相粒子阻碍位错运动显著降低（尤其大粒子）加工硬化（位错强化）位错密度增加，位错间相互作用中等显著降低马氏体强化碳过饱和+高密度位错+孪晶极高极低（高碳马氏体脆）霍尔-佩奇公式（细晶强化）：σ_s=σ₀+K·d^(-1/2)符号含义σ_s屈服强度σ₀单晶屈服强度（位错运动阻力）K与材料有关的常数d平均晶粒直径细晶强化是唯一能同时提高强度和韧性的强化方法。第九部分：回复与再结晶速查9.1冷变形金属加热时的组织性能变化阶段温度范围组织变化性能变化驱动力回复较低(T<0.3T_m)点缺陷消除，位错重新排列（多边形化）强度硬度略降，塑性略升，内应力大幅消除弹性畸变能再结晶中等(T≈0.4T_m)形成新的无畸变等轴晶粒强度硬度显著下降，塑性韧性显著恢复变形储存能晶粒长大高温晶粒尺寸增大性能基本稳定，大晶粒使强度降低界面能（晶界能降低）再结晶：冷变形金属加热到一定温度后，在变形组织中重新形成无畸变的等轴晶粒的过程。再结晶温度：工业上一般取再结晶退火完成所需时间（1h）的最低温度。工业纯金属：T_R≈0.35~0.4T_m(K)纯铁约450℃，纯铜约200~270℃影响再结晶温度的因素变形量越大→储存能越大→再结晶温度越低原始晶粒越细→再结晶温度越低杂质元素通常阻碍再结晶→提高再结晶温度加热速度越快→再结晶温度越高9.2再结晶后的晶粒大小影响再结晶晶粒大小的因素因素规律变形量存在临界变形度（2%10%），此范围变形后退火晶粒异常粗大退火温度温度越高，晶粒越大原始晶粒原始晶粒越细，再结晶后晶粒越细再结晶退火的应用：消除加工硬化，恢复塑性，便于继续加工。第十部分：金属的塑性变形速查10.1单晶体的塑性变形滑移概念说明滑移面原子最密排面，滑移最容易发生的面滑移方向原子最密排方向滑移系一个滑移面和一个滑移方向的组合FCC滑移系{111}⟨110⟩，共12个BCC滑移系{110}⟨111⟩+{112}⟨111⟩+{123}⟨111⟩，共48个HCP滑移系{0001}⟨112̄0⟩，仅3个滑移系越多，金属塑性越好（FCC塑性优于BCC，HCP塑性最差）。临界分切应力：τc=σs·cosφ·cosλ（施密特定律）符号含义τ_c临界分切应力（常数，材料固有）σ_s屈服强度φ滑移面法线与外力夹角λ滑移方向与外力夹角cosφ·cosλ取向因子（施密特因子，最大0.5）孪生特征说明变形量很小，远小于滑移与滑移的关系交替进行，滑移系少时孪生重要晶体取向变化孪生区与未孪生区成镜面对称应力-应变曲线上特征产生锯齿状波动HCP金属重要性Mg、Zn等主要靠孪生变形10.2多晶体的塑性变形特点：各晶粒取向不同，需协调变形，变形不均匀。强度高于单晶体（晶界阻碍位错）。晶粒大小对强度的影响（霍尔-佩奇公式）：晶粒越细，强度越高，同时塑性韧性越好。10.3合金的塑性变形固溶体：溶质原子引起晶格畸变，阻碍位错运动→固溶强化。多相合金：第二相粒子对位错运动的阻碍→第二相强化（弥散强化/沉淀强化）。第十一部分：高分子材料速查11.1高分子材料的基本概念概念说明高分子（聚合物）由许多重复单元通过共价键连接而成的长链分子单体合成聚合物的低分子原料聚合度高分子链中重复单元的数目相对分子质量聚合度×重复单元分子量，通常指平均相对分子质量11.2高分子的结构结构层次内容一次结构（近程结构）重复单元的化学组成和连接方式（均聚、共聚等）二次结构（远程结构）单个大分子链的形态（柔顺性、构象）三次结构（聚集态结构）分子链间的排列（晶态、非晶态、取向态）11.3高分子的三种力学状态（热机械曲线）状态温度范围特征玻璃态T<T_g硬而脆，链段运动被冻结高弹态T_g<T<T_f链段可运动，高弹性变形很大粘流态T>T_f整链运动，可流动成型T_g：玻璃化转变温度；T_f：粘流温度塑料在T_g以下使用（玻璃态），橡胶在T_g以上使用（高弹态）。11.4高分子材料的分类分类依据类型特点举例按热行为热塑性加热软化，可反复加工PE,PP,PVC,PS热固性加热固化，不可逆酚醛树脂、环氧树脂按用途塑料T_g>室温PE,PP,PVC橡胶T_g<室温天然橡胶、丁苯橡胶纤维可纺丝尼龙、涤纶第十二部分：陶瓷材料速查陶瓷材料的结合键：离子键（如Al₂O₃）+共价键（如SiC），混合键为主。陶瓷材料的性能特点性能特点力学性能硬度极高，脆性大，抗压强度远大于抗拉强度热性能熔点高，热膨胀系数小，热导率变化大电性能大多数绝缘，有些为半导体或导体化学性能耐腐蚀、抗氧化性好陶瓷脆性的原因：晶体结构复杂（滑移系少）+微裂纹+气孔。改进方法：细化晶粒、纤维增韧、相变增韧。第十三部分：高频选择题题库（50题）模块一：晶体结构题号题目选项A选项B选项C选项D答案1FCC晶胞中的原子数为1246C2BCC晶胞中的原子数为1246B3FCC晶体的配位数为81264B4体心立方金属的滑移系共有1224483C5密排六方金属的滑移系数目为1224483D6面心立方金属的密排面是{110}{111}{0001}{100}B7立方晶系中晶面间距最大的面是{100}{110}{111}{210}A模块二：晶体缺陷题号题目选项A选项B选项C选项D答案8刃型位错的位错线与柏氏矢量关系是平行垂直成45°无关系B9属于面缺陷的是空位刃型位错晶界间隙原子C10晶界在常温下对位错运动起什么作用促进阻碍无影响视金属而定B11弗兰克-里德源是描述空位形成位错增殖扩散机制形核过程B12平衡空位浓度随温度升高而减小增大不变先增后减B13点缺陷不包括空位间隙原子晶界置换原子C模块三：凝固题号题目选项A选项B选项C选项D答案14凝固的热力学条件是加热过冷保温过热B15非均匀形核比均匀形核所需过冷度更大相等更小无关C16铸锭典型三晶区不包括细晶区柱状晶区等轴晶区定向凝固区D17细化铸态晶粒的方法不包括增大过冷度提高浇注温度变质处理机械搅拌B18临界晶核半径与过冷度的关系正比反比无关平方正比B19树枝晶的生长方式是平面晶胞状晶典型成分过冷下的生长形态光滑界面生长C模块四：扩散题号题目选项A选项B选项C选项D答案20菲克第一定律适用于非稳态扩散稳态扩散所有扩散无扩散B21扩散系数D与温度的关系是线性指数关系对数关系无关系B22扩散最快的是体扩散晶界扩散表面扩散位错扩散C23间隙扩散机制适用于大原子小原子所有原子只能液体B24温度升高，扩散系数增大减小不变无规律A25置换固溶体中主要扩散机制为间隙机制空位机制直接交换环形换位B模块五：相图题号题目选项A选项B选项C选项D答案26共析钢的含碳量为0.0218%0.77%2.11%4.3%B27珠光体是α+Fe₃C的机械混合物高温相纯铁素体纯渗碳体A28亚共析钢的室温组织为PF+PP+Fe₃C_IILd'B29共析反应的反应式是L→α+βγ→α+Fe₃CL+α→βα→βB30铁素体的晶体结构是FCCBCCHCPBCTB31奥氏体的晶体结构是FCCBCCHCPBCTA32含碳量增加，钢的塑性变化趋势是升高降低不变先升后降B33过共析钢的室温组织为F+PPP+Fe₃C_IILd'+Fe₃C_IC34室温下碳在α-Fe中最大溶解度为0.77%0.0218%0.008%0.0001%B35杠杆定律用于计算相变驱动力两相区中相或组织相对量扩散系数晶粒大小B模块六：力学性能题号题目选项A选项B选项C选项D答案36低碳钢拉伸时的屈服现象是由于加工硬化柯氏气团位错塞积孪生B37细晶强化的霍尔-佩奇公式中，σ_s与d的关系是σ_s∝dσ_s∝d^(-1)σ_s∝d^(-1/2)σ_s∝d^(1/2)C38唯一同时提高强度和韧性的强化方法是固溶强化细晶强化第二相强化加工硬化B39弹性模量对什么不敏感化学成分温度组织键合强度C40韧性断裂的断口特征通常是光亮颗粒状暗灰色纤维状解理面冰糖状B模块七：回复再结晶题号题目选项A选项B选项C选项D答案41再结晶的驱动力是界面能变形储存能化学自由能差弹性应变能B42再结晶后金属的力学性能变化是强度升高塑性降低强度降低塑性升高强度塑性都升高强度塑性都降低B43工业纯铁的再结晶温度约为200℃450℃650℃850℃B44临界变形度范围约为0.1%~1%2%~10%20%~30%>50%B45晶粒长大的驱动力是变形储存能化学自由能界面能降低弹性应变能C模块八：综合题号题目选项A选项B选项C选项D答案46高分子材料玻璃化转变温度T_g是指熔化温度结晶温度链段运动开始解冻的温度分解温度C47热塑性塑料的特征是加热固化不可逆加热软化可反复加工不溶于任何溶剂弹性极好B48陶瓷材料脆性的根本原因是硬度太高滑移系少和微裂纹熔点高密度小B49下贝氏体的力学性能特点是强度高韧性差强度低韧性好强度高韧性好强度低韧性差C50马氏体转变属于扩散型相变切变型相变中间型相变不是相变B第十四部分：判断题速记（30题）序号题目答案1面心立方晶体的致密度为0.74。对2体心立方晶体的配位数为12。错（8）3FCC金属的滑移系比BCC金属多，塑性更好。错（BCC滑移系48个多于FCC12个，但FCC塑性仍好，滑移系数量非唯一判据）4空位是热力学平衡的缺陷。对5刃型位错的位错线方向与柏氏矢量平行。错（垂直）6晶界处能量比晶内高。对7过冷度越大，临界晶核半径越小。对8非均匀形核比均匀形核容易。对9扩散系数随温度升高而指数增大。对10表面扩散比体扩散快。对11间隙扩散的激活能通常比空位扩散大。错（小）12共析钢的含碳量为0.77%。对13铁素体是碳溶于γ-Fe中形成的固溶体。错（α-Fe）14奥氏体是FCC结构。对15渗碳体是软而韧的相。错（硬而脆）16珠光体是单相组织。错（F+Fe₃C两相机械混合物）17加工硬化是由于位错密度降低所致。错（位错密度增加）18细晶强化可以同时提高强度和韧性。对19弹性模量是结构敏感量。错（结构不敏感）20再结晶的驱动力是变形储存能。对21再结晶后金属的强度降低、塑性升高。对22临界变形度范围内变形后退火晶粒异常粗大。对23马氏体转变是扩散型相变。错（切变型非扩散相变）24下贝氏体的韧性优于上贝氏体。对25高分子材料T_g是玻璃化转变温度。对26橡胶在T_g以下使用。错（T_g以上）27热固性塑料可以反复加热软化。错（热塑性）28陶瓷材料的抗压强度远大于抗拉强度。对29铸铁中的石墨形态影响其力学性能。对（片状→球状→蠕虫状等性能差异大）30布氏硬度压头是金刚石正四棱锥。错（维氏硬度）第十五部分：填空题高频考点（直接背诵）序号题目答案1三种典型金属晶体结构是__、__、__。面心立方(FCC)、体心立方(BCC)、密排六方(HCP)2FCC晶胞含__个原子，配位数为__，致密度为__。4、12、0.743BCC晶胞含__个原子，配位数为__，致密度为__。2、8、0.684晶体缺陷按几何特征分为__、__、__、__。点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷5刃型位错的位错线与柏氏矢量__，螺型位错__。垂直、平行6位错增殖的机制是__。弗兰克-里德源7凝固的必要条件是__，过冷度越大__越小。过冷、临界晶核半径8形核分为__和__，实际中以__为主。均匀形核、非均匀形核、非均匀形核9菲克第一定律表达式J=__。-D·dC/dx10扩散系数与温度的关系D=__。D₀·exp(-Q/RT)11共析钢含碳量为__%，室温平衡组织为__。0.77、珠光体(P)12亚共析钢室温组织为__，过共析钢室温组织为__。铁素体+珠光体(F+P)、珠光体+二次渗碳体(P+Fe₃C_II)13铁碳合金的基本相有__、__、__。铁素体(F)、奥氏体(A)、渗碳体(Fe₃C)14共析反应式为__。γ₀.₇₇→α₀.₀₂₁₈+Fe₃C（A→F+Fe₃C，727℃）15金属的四种强化机制是__、__、__、__。固溶强化、细晶强化、第二相强化、加工硬化16细晶强化的霍尔-佩奇公式σ_s=__。σ₀+K·d^(-1/2)17低碳钢拉伸曲线上的屈服现象是__造成的。柯氏气团（溶质原子钉扎位错）18韧性断裂的微观机制是__。微孔聚集19冷变形金属加热时发生__、__、__三个阶段变化。回复、再结晶、晶粒长大20再结晶的驱动力是__。变形储存能21工业纯铁的再结晶温度约为__℃。45022临界变形度约为__%，该范围变形后退火晶粒会__。2~10、异常粗大23马氏体转变属于__型相变，晶体结构为__。切变（非扩散）、体心正方(BCT)24贝氏体转变中，__贝氏体为羽毛状，__贝氏体为针状，韧性更好的是__。上、下、下贝氏体25高分子材料的三种力学状态是__、__、__。玻璃态、高弹态、粘流态26塑料在__温度以下使用，橡胶在__温度以上使用。玻璃化转变(T_g)、玻璃化转变(T_g)27按热行为分类，塑料分为__和__。热塑性、热固性28陶瓷材料脆性的主要原因是__和__。滑移系少、存在微裂纹和气孔29铸锭的典型三晶区是__、__、__。细晶区（激冷层）、柱状晶区、中心等轴晶区30影响扩散的主要因素是__、__、__、__。温度、晶体结构、晶体缺陷、化学成分第十六部分：简答题高频考点速记1.简述细晶强化的原理及优点原理：晶界阻碍位错运动，晶粒越细，晶界面积越大，位错塞积长度越短，应力集中越小，需要更大外力才能使相邻晶粒开始滑移。霍尔-佩奇公式σ_s=σ₀+Kd^(-1/2)定量描述。优点：唯一能同时提高强度和韧性的强化方法。2.简述加工硬化的原理及实际意义原理：塑性变形使位错密度急剧增加（从10⁶10⁸→10¹¹10¹²cm⁻²），位错之间相互缠结、交割，运动阻力增大，变形抗力提高。实际意义：重要的强化手段（尤其对不能热处理强化的合金）使金属冷加工成形得以连续进行（防止局部变形）提高零件使用安全性（过载时产生加工硬化，防止继续变形）3.比较均匀形核和非均匀形核的异同比较点均匀形核非均匀形核形核位置均匀液相内部杂质表面、型壁所需过冷度大（约0.2T_m）小（约0.02T_m）形核功大小（由润湿角θ决定）实际意义极难实现实际凝固的主要方式4.简述冷变形金属加热时的三个阶段及性能变化阶段温度组织变化性能变化回复较低点缺陷消除，位错多边形化内应力大幅下降，强度略降再结晶中等形成无畸变等轴晶粒强度显著下降，塑性韧性恢复晶粒长大较高晶粒尺寸