最新材料科学基础-综合复习题
《材料科学基础》综合复习题
《材料科学基础》复习思考题第一章：材料的结构空间点阵、晶格、晶胞配位数致密度共价键离子键金属键组元合金、相、固溶体中间相间隙固溶体置换固溶体固溶强化第二相强化。
1、材料的键合方式有四类，分别是（），（），（），（）2、三种常见的金属晶格分别为（），（）和（）。
3体心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有体心立方晶格的常见金属有（）。
4、面心立方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），晶胞中八面体间隙个数为（），四面体间隙个数为（），具有面心立方晶格的常见金属有（）。
5、密排六方晶格中，晶胞原子数为（），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（），致密度是（），密排晶向为（），密排晶面为（），具有密排六方晶格的常见金属有（）。
6、合金的相结构分为两大类，分别是（）和（）。
7、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（），按照固溶度分为（）和（），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（）和（）。
8、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（）、（）、（）、（）。
9、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（），（），（），（）。
三、作图表示出立方晶系（123）、（0）、（421）等晶面和[02]、[11]、[346]等晶向。
四、立方晶系的{111}晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。
五、体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）、（111）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。
六、已知面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）、（111）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。
七、试从面心立方晶格中绘出体心正方晶胞，并求出它的晶格常数。
材料科学基础综合复习题
B、无扩散型相变 C、半扩散型相变 8、过冷奥氏体等温转变温度越低，所得组织的硬度（） A、越高 B、越低 C、变化不大 9、过冷奥氏体连续冷却，当冷却速度≤Vc 时，冷速越快，冷却 后所得硬度 （） A、越高 B、越低 C、有时高有时低 10、高分子链的几何形态可分为三种（） A、结晶型部分结晶型无定型 B、线型支链型体型 C、线型无定型体型 选择题（3） 1、T10 钢中的含碳量是（） A、0.1% B、1% C、10% 2、40CrNiMo 中，含碳量是（）
选择题（1） 1、塑料的使用状态为（） A、粘流态 B、玻璃态 C、高弹态 2、按用途分，40Cr 钢属于（） A、渗碳钢 B、调质钢 C、弹簧钢 3、40Cr 钢中，合金元素 Cr 的主要作用是（） A、提高淬透性，强化铁素体 B、提高淬透性和红硬性 C、提高硬度，耐磨性 4、按用途分，ZoCrMnTi 钢属于（） A、渗碳钢 B、调质钢 C、弹簧钢 5、ZoCrMnTi 钢中，加入 Ti 的主要目的是（） A、提高耐磨性 B、提高淬透性 C、细化晶粒 6、按用途分，60SiZMn 钢属于（）
2、在过冷奥氏体三种转变产物中，硬度由高到低依次是（） A、珠光体>贝氏体>马氏体 B、贝氏体> 马氏体>珠光体 C、马氏体>贝氏体>珠光体 3、片状珠光体的性能主要取决于片层间距，片层间距越小，（） A、强度、硬度越低，塑性越好； B、强度、硬度越高，塑性越低； C、强度、硬度越高，塑性越好； 4、同种钢，片状珠光体与粒状珠光体比较，片状珠光体的（）A、 强度、硬度高，塑性、韧性差；B、强度、硬度低，塑性、韧性 好； C、强度、硬度高，塑性、韧性好； 5、下贝氏体与上贝氏体比较，下贝氏体的（） A、硬度高，强度高，韧性好； B、硬度高，强度高，韧性差； C、硬度低，强度低，韧性好； 6、马氏体具有高硬度、高强度的主要原因是（） A、固溶强化相变强化时效强化 B、固溶强化细晶强化淬火应力大 C、细晶强化位错强化淬火应力大 7、按相变过程中，形核和长大特点分，马氏体转变属于（） A、扩散型相变
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学中，材料的基本组成单元是（）。
A. 分子B. 原子C. 离子D. 电子答案：B2. 金属的塑性变形主要是通过（）来实现的。
A. 弹性变形B. 位错运动C. 相变D. 断裂答案：B3. 在材料科学中，硬度的定义是（）。
A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗磨损的能力C. 材料抵抗压缩的能力D. 材料抵抗拉伸的能力答案：B4. 材料的热处理过程中，淬火的主要目的是（）。
A. 提高硬度B. 增加韧性C. 减少变形D. 提高导电性答案：A5. 以下哪种材料不属于复合材料？A. 碳纤维增强塑料B. 钢筋混凝土C. 不锈钢D. 玻璃钢答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的强度是指材料在受到______作用时，抵抗______的能力。
答案：外力；破坏2. 材料的断裂韧性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：裂纹存在；断裂3. 材料的疲劳是指材料在______作用下，经过______循环后发生断裂的现象。
答案：交变应力；多次4. 材料的导热性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：温度梯度；热量传递5. 材料的电导率是指材料在单位电场强度下，单位时间内通过单位面积的______。
答案：电荷量三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述材料的弹性模量和屈服强度的区别。
答案：弹性模量是指材料在弹性范围内，应力与应变的比值，反映了材料抵抗形变的能力。
屈服强度是指材料在受到外力作用下，从弹性变形过渡到塑性变形时的应力值，反映了材料抵抗塑性变形的能力。
2. 描述材料的疲劳破坏过程。
答案：材料的疲劳破坏过程通常包括三个阶段：裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终断裂。
在交变应力作用下，材料内部的微裂纹逐渐扩展，当裂纹扩展到一定程度，材料无法承受继续增加的应力时，就会发生断裂。
3. 什么是材料的热处理？请列举几种常见的热处理方法。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中的“四要素”是指（）。
A. 组织、性能、加工、应用B. 材料、结构、性能、加工C. 材料、结构、性能、应用D. 结构、性能、加工、应用答案：C2. 下列哪种材料属于金属材料？（）。
A. 铝合金B. 碳纤维C. 聚氯乙烯D. 陶瓷答案：A3. 材料的硬度是指（）。
A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗破坏的能力C. 材料抵抗穿透的能力D. 材料抵抗摩擦的能力答案：A4. 材料的疲劳是指（）。
A. 材料在高温下的性能变化B. 材料在重复应力作用下的性能变化C. 材料在腐蚀环境下的性能变化D. 材料在高压下的的性能变化答案：B5. 材料的蠕变是指（）。
A. 材料在低温下的性能变化B. 材料在长期静载荷作用下发生的缓慢持久变形C. 材料在高速下的的性能变化D. 材料在潮湿环境下的性能变化答案：B二、填空题1. 材料的_________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最大应力，是材料的重要性能指标之一。
答案：强度2. 材料的_________是指材料内部微观结构的排列方式，它直接影响材料的宏观性能。
答案：晶体结构3. 材料的_________是指材料在一定条件下，能够进行塑性变形而不断裂的性质。
答案：韧性4. 材料的_________是指材料在高温下保持性能不变的能力，对于高温环境下使用的材料尤为重要。
答案：热稳定性5. 材料的_________是指材料对电磁场的响应能力，对于电子和通信领域的材料尤为重要。
答案：电磁性能三、简答题1. 请简述材料科学中的“相图”及其作用。
答：相图是用来描述在不同温度、压力和成分比例下，材料可能存在的不同相（如固态、液态、气态）之间的平衡关系的图表。
它可以帮助科学家和工程师了解和预测材料在特定条件下的行为，对于材料的设计、加工和应用具有重要的指导意义。
2. 何为材料的“疲劳寿命”？请举例说明。
答：材料的疲劳寿命是指材料在反复应力作用下能够承受循环次数的总和，直到发生疲劳破坏为止。
材料科学基础复习资题答案
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___ B _____。
A、12B、6C、4D、32、面心立方金属发生形变孪生时，则孪晶面为___ A ____.A、{111｝B、｛110｝C、｛112}3、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、[111]5、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C、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B、3相C、4相D、5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孪晶的是__ C ______.A、fccB、bccC、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 _____.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1/6[211]和1/6[121])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C、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 _____。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷2. 扩散3. 塑性变形4. 应力5. 比热容二、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种材料属于金属材料？A. 玻璃B. 塑料C. 陶瓷D. 铜2. 下列哪种材料属于陶瓷材料？A. 铁B. 铝C. 硅酸盐D. 聚合物3. 下列哪种材料属于高分子材料？A. 玻璃B. 钢铁C. 聚乙烯D. 陶瓷4. 下列哪种材料属于半导体材料？A. 铜B. 铝C. 硅D. 铁5. 下列哪种材料属于绝缘体？A. 铜B. 铝C. 硅D. 玻璃三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述晶体结构的基本类型及其特点。
2. 请简述塑性变形与弹性变形的区别。
3. 请简述材料的热传导原理。
四、计算题（每题15分，共30分）1. 计算一个碳化硅晶体的体积。
已知碳化硅的晶胞参数：a=4.05 Å，b=4.05 Å，c=8.85 Å，α=β=γ=90°。
2. 计算在恒定温度下，将一个100 cm³的铜块加热100℃所需的热量。
已知铜的比热容为0.39J/(g·℃)，铜的密度为8.96 g/cm³。
五、论述题（每题20分，共40分）1. 论述材料科学在现代科技发展中的重要性。
2. 论述材料制备方法及其对材料性能的影响。
答案：一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷：晶体在生长过程中，由于外界环境的影响，导致其内部结构出现不完整或不符合理想周期性排列的现象。
2. 扩散：物质由高浓度区域向低浓度区域自发地移动的过程。
3. 塑性变形：材料在受到外力作用下，能够产生永久变形而不恢复原状的性质。
4. 应力：单位面积上作用于材料上的力。
5. 比热容：单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量。
二、选择题（每题2分，共20分）1. D2. C3. C4. C5. D三、简答题（每题10分，共30分）1. 晶体结构的基本类型及其特点：晶体结构的基本类型有立方晶系、四方晶系、六方晶系和单斜晶系。
材料科学基础期末复习题库
材料科学基础期末复习题库一、选择题1. 材料科学中的“四要素”是指：A. 原子、分子、晶体、非晶体B. 材料、结构、性能、加工C. 原子、分子、电子、晶格D. 晶体、非晶体、合金、化合物2. 下列哪项不是材料的力学性能？A. 硬度B. 韧性C. 导电性D. 弹性3. 材料的微观结构对其宏观性能的影响主要体现在：A. 颜色B. 形状C. 强度D. 重量4. 材料科学中，晶格常数是指：A. 晶体中原子间的距离B. 晶体中原子的排列方式C. 晶体中原子的数目D. 晶体的尺寸5. 合金的强化机制主要包括：A. 固溶强化、沉淀强化、形变强化B. 热处理强化、冷加工强化、形变强化C. 固溶强化、冷加工强化、热处理强化D. 形变强化、热处理强化、沉淀强化二、填空题6. 材料科学中的“三相”是指______、______和______。
7. 材料的______是指材料在受到外力作用时，不发生永久变形的能力。
8. 材料的______是指材料在受到外力作用时，能够吸收能量而不发生断裂的能力。
9. 材料的______是指材料在受到外力作用时，发生永久变形的能力。
10. 材料的______是指材料在受到外力作用时，发生断裂的能力。
三、简答题11. 简述材料的微观结构与宏观性能之间的关系。
12. 阐述材料的热处理过程及其对材料性能的影响。
13. 描述合金的基本特性及其在材料科学中的应用。
四、论述题14. 论述材料的疲劳破坏机理及其预防措施。
15. 论述材料的腐蚀机理及其防护方法。
五、计算题16. 假设有一合金，其成分为铁（Fe）和碳（C），已知Fe的密度为7.87 g/cm³，C的密度为2.26 g/cm³，Fe和C的质量比为9:1。
计算该合金的密度。
六、案例分析题17. 某工厂生产高强度钢，需要通过热处理来提高其性能。
请分析热处理过程中可能涉及的步骤，并讨论如何通过控制这些步骤来优化材料的性能。
七、实验题18. 设计一个实验方案，以测定某种材料的弹性模量。
2023材料科学基础考卷
专业课原理概述部分一、选择题（每题1分，共5分）1. 材料的四大基本性能中，下列哪一项是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力？A. 塑性B. 硬度C. 韧性D. 耐磨性2. 下列哪种晶体结构类型不具有滑移系？A. 面心立方B. 体心立方C. 六方最密D. 简单立方A. 钢铁B. 铝合金C. 玻璃D. 橡胶4. 下列哪个过程是纯金属凝固过程中原子排列从不规则到规则的过程？A. 凝固B. 凝固前沿C. 枝晶生长D. 偏析A. X射线衍射B. 扫描电镜C. 热分析D. 拉曼光谱二、判断题（每题1分，共5分）1. 材料的强度是指材料在外力作用下发生塑性变形的能力。
（错）2. 陶瓷材料的断裂韧性一般较低，因此容易发生断裂。
（对）3. 材料的熔点越高，其热稳定性越好。
（对）4. 晶体中的位错密度越高，材料的强度越高。
（错）5. 材料的疲劳寿命与加载频率成正比。
（错）三、填空题（每题1分，共5分）1. 材料的四大基本性能包括：____、____、____、____。
2. 晶体中原子排列的最小重复单元称为：____。
3. 金属材料在塑性变形过程中，位错的运动方式主要有：____、____、____。
4. 陶瓷材料的烧结过程主要包括：____、____、____。
5. 材料的热处理工艺主要包括：____、____、____。
四、简答题（每题2分，共10分）1. 简述晶体与非晶体的区别。
2. 什么是位错？它在材料中的作用是什么？3. 简述纯金属凝固过程中晶粒长大的驱动力。
4. 什么是材料的疲劳？影响材料疲劳寿命的因素有哪些？5. 简述材料表面改性的目的和方法。
五、应用题（每题2分，共10分）1. 已知某金属的屈服强度为200MPa，求在拉伸过程中，当应力达到150MPa时，该金属的塑性应变是多少？2. 一块玻璃在室温下受到外力作用，为什么容易发生脆性断裂？3. 有一块铝合金，其熔点为660℃，现将其加热至700℃，请分析其组织结构可能发生的变化。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学主要研究的是材料的哪些方面？A. 材料的加工方法B. 材料的微观结构C. 材料的性能D. 所有以上选项答案：D2. 金属材料的强度主要取决于其什么？A. 化学成分B. 微观结构C. 宏观尺寸D. 外部环境答案：B3. 以下哪个不是材料的力学性能？A. 硬度B. 韧性C. 导热性D. 弹性答案：C4. 陶瓷材料通常具有哪些特性？A. 高熔点B. 低热导率C. 低电导率D. 所有以上选项答案：D5. 聚合物材料的哪些特性使其在许多应用中受到青睐？A. 可塑性B. 轻质C. 良好的化学稳定性D. 所有以上选项答案：D二、填空题（每空1分，共10分）6. 材料的微观结构包括_______、_______和_______。
答案：晶粒、晶界、相界7. 材料的热处理过程通常包括_______、_______和_______。
答案：加热、保温、冷却8. 金属的塑性变形主要通过_______机制进行。
答案：位错滑移9. 材料的断裂韧性是指材料在_______条件下抵抗断裂的能力。
答案：受到冲击或应力集中10. 复合材料是由两种或两种以上不同_______的材料组合而成。
答案：性质三、简答题（每题10分，共30分）11. 简述金属的疲劳现象及其影响因素。
答案：金属疲劳是指金属在反复加载和卸载过程中，即使应力水平低于材料的屈服强度，也可能发生断裂的现象。
影响金属疲劳的因素包括应力幅度、加载频率、材料的微观结构、环境条件等。
12. 解释什么是相图，并说明其在材料科学中的重要性。
答案：相图是表示不同组分在特定条件下的相平衡状态的图形。
它在材料科学中的重要性体现在帮助科学家和工程师理解材料的相变行为，预测材料的性能，以及指导材料的加工和应用。
13. 描述聚合物材料的玻璃化转变温度（Tg）及其对聚合物性能的影响。
答案：玻璃化转变温度是聚合物从玻璃态转变为橡胶态的温度。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题1. 下列关于材料的定义，正确的是：A. 材料是指由天然资源或人工合成的物质，用于满足人类需求的实体。
B. 材料是指具有一定形态和组织结构的物质，能够展现出特定的性能和功能。
C. 材料是指具有一定物理、化学特征的物质，通过特定的加工过程得到的产品。
D. 材料是指用于制造产品的原始原料，主要包括金属、塑料和木材等。
答案：A2. 下列关于材料分类的说法，正确的是：A. 根据组成方式可将材料分为金属材料、非金属材料和半导体材料。
B. 根据材料的用途可将材料分为结构材料、功能材料和生物医用材料。
C. 根据材料的产生方式可将材料分为天然材料、人工合成材料和再生材料。
D. 根据材料的电导性可将材料分为导电材料、绝缘材料和半导体材料。
答案：B3. 下列关于材料性能的描述，正确的是：A. 机械性能是指材料的硬度、强度、韧性等方面的性质。
B. 热性能是指材料在热环境下的稳定性和导热性等方面的性质。
C. 光学性能是指材料对光的吸收、传输和反射等方面的性质。
D. 电磁性能是指材料对电磁波的传导和屏蔽等方面的性质。
答案：A二、填空题1. 下列是常见材料的表征方法中，________是通过观察材料的形貌、组织结构和晶体形态等方面对材料进行表征的方法。
答案：显微镜观察2. __________是材料用于测量、感知、存储、处理等方面的性能和功能。
答案：功能材料3. __________是制备金属材料的常用加工方法之一，通过热处理和机械加工使材料形成所需形状和性能。
答案：冶金加工三、简答题1. 请简述材料的晶体结构及其对材料性能的影响。
答：材料的晶体结构是指材料中原子、离子或分子的排列方式和周期性特征。
不同的晶体结构决定了材料的特定性能。
例如，金属材料的晶体结构主要为面心立方、体心立方和密堆积等形式，这种结构使金属具有优良的导电性和可塑性。
另外，晶体结构还影响材料的硬度、热膨胀性、熔点等性能。
因此，了解材料的晶体结构对于研究和设计高性能材料具有重要意义。
材料科学基础 复习题
材料科学基础复习题材料科学基础复习题介绍一、填空题1.材料科学的核心问题是结构和性能之间的关系。
材料的结构是理解和控制性能的中心环节，结构的最微细水平是原子结构，第二个水平是原子排列方式，第三个水平是显微组织。
2.根据材料的性能特点和用途，材料分为结构材料和功能材料。
根据原子间的键合特性，材料可分为四类：金属、陶瓷、聚合物和复合材料。
第一章材料的原子结构一、填空1.金属材料中原子结合以金属键为主，陶瓷材料（无机非金属材料）以共价键和离子键是主要的键，而高分子材料主要是共价键、氢键和范德华键。
第二章材料的结构一、填空1、晶体是基元（原子团）以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体。
2、晶体与非晶体的最根本区别是晶体原子排布长程有序，而非晶体是长程无序短程有序。
3.晶胞是晶体结构中最小的单元。
4、根据晶体的对称性，晶系有三大晶族，七大晶系，十四种布拉菲bravais点阵，三十二种点群，230种空间群。
5.常见的金属晶格类型有体心立方、面心立方和紧密排列的六边形。
6.FCC晶体最紧密排列的方向是<110>，最紧密排列的表面是{111}，最紧密排列的表面的堆叠顺序是ABCABC。
7、fcc晶体的致密度为0.74，配位数为12，原子在（111）面上的原子配位数为6。
8.BCC晶体最紧密排列的方向为<111>，最紧密排列的表面为{110}，密度为0.68，配位数为8。
9、晶体的宏观对称要素有对称点、对称轴、对称面。
10.CSCL型结构属于简单立方晶格，NaCl型结构属于面心立方晶格，CaF2型结构属于面心立方格子。
11.MgO晶体为NaCl型结构，对称型为3l44l36l29pc，晶系为高级晶系，晶系为立方晶系，晶体键型为离子键。
12、硅酸盐晶体结构中的基本结构单元是硅氧四面体[sio4]。
13.几种硅酸盐晶体的复合阴离子为[Si2O7]6-，[si2o6]4-，[si4o10]4-，[alsi3o8]1-。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中的“三基”指的是什么？A. 基础理论、基本技能、基本方法B. 基本元素、基本结构、基本性质C. 基本元素、基本化合物、基本合金D. 基本元素、基本结构、基本性质答案：D2. 材料的硬度通常与哪种性质有关？A. 弹性B. 韧性C. 塑性D. 强度答案：D3. 以下哪个不是金属材料的特性？A. 高熔点B. 良好的导电性C. 良好的延展性D. 良好的热塑性答案：D二、简答题1. 简述材料的疲劳现象。
材料的疲劳现象是指在周期性或波动载荷作用下，材料在远低于其静载荷强度极限的情况下发生断裂。
疲劳通常发生在材料表面或内部缺陷处，由于应力集中而引发微裂纹，随着载荷的循环作用，裂纹逐渐扩展直至断裂。
2. 什么是材料的热处理，它对材料性能有何影响？热处理是一种通过加热和冷却过程来改变金属材料内部结构，从而改善其性能的方法。
热处理可以提高材料的硬度、强度、韧性等，同时也可以通过退火、正火等方法来降低硬度，提高塑性，以适应不同的使用需求。
三、计算题1. 已知某金属的杨氏模量为200 GPa，泊松比为0.3，求该金属在拉伸应力为100 MPa时的应变。
根据胡克定律，应力（σ）与应变（ε）的关系为：σ = E * ε，其中E是杨氏模量。
将已知数据代入公式得：ε = σ / E = 100 MPa / 200 GPa = 5e-4。
2. 某材料在单轴拉伸试验中，当应力达到250 MPa时，其伸长量为0.0005 m。
求该材料的杨氏模量。
杨氏模量E可以通过应力与应变的比值计算得出：E = σ/ ε。
已知应力σ = 250 MPa，伸长量ΔL = 0.0005 m，原长度L未知，但可以通过应变的定义ε = ΔL / L来推导。
由于应变ε很小，可以假设伸长量ΔL远小于原长度L，从而近似ε ≈ ΔL。
代入数据得：E = 250 MPa / 0.0005 = 500 GPa。
四、论述题1. 论述合金化对金属材料性能的影响。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中的“四要素”是指（）。
A. 组成、结构、性能、加工B. 组成、结构、性能、应用C. 材料、工艺、设备、产品D. 材料、结构、性能、应用答案：B2. 下列哪种材料属于金属材料？A. 碳纤维B. 聚氯乙烯C. 铝合金D. 陶瓷答案：C3. 材料的屈服强度与抗拉强度之间的关系是（）。
A. 屈服强度大于抗拉强度B. 屈服强度等于抗拉强度C. 屈服强度小于抗拉强度D. 无固定关系答案：A4. 非晶态材料的特点之一是（）。
A. 高强度B. 各向同性C. 无长程有序D. 高导热性答案：C5. 下列关于纳米材料的描述，正确的是（）。
A. 纳米材料仅指尺寸在纳米级别的材料B. 纳米材料具有宏观材料的所有性质C. 纳米材料因其尺寸效应表现出特殊性能D. 纳米材料的应用受到限制答案：C二、填空题1. 材料的______和______是决定其宏观性能的基本因素。
答案：组成、结构2. 金属材料的塑性变形主要是通过______和______来实现的。
答案：滑移、孪晶3. 陶瓷材料的主要特点是______、______和______。
答案：高硬度、高强度、耐磨损4. 复合材料是由两种或两种以上不同______、______和______的材料组合而成。
答案：材料类型、性能、形态5. 形状记忆合金在______作用下能够恢复到原始形状。
答案：温度三、简答题1. 简述材料的疲劳现象及其影响因素。
答：材料的疲劳现象是指在反复的应力作用下，材料逐渐产生并扩展裂纹，最终导致断裂的现象。
影响疲劳的因素包括应力的大小和作用方式、材料的微观结构、表面状态、环境条件等。
2. 说明金属材料的冷加工硬化现象及其应用。
答：冷加工硬化是指金属材料在冷加工过程中，由于晶粒变形和位错密度的增加，导致材料的硬度和强度提高，塑性降低的现象。
该现象在制造高强度、高硬度的零件和工具中具有重要应用。
3. 描述陶瓷材料的断裂机理。
材料科学基础复习题及答案
一、填空题1. 每个面心立方晶胞中的原子数为 4 ，其配位数为12 。
3a, 配2。
晶格常数为a的体心立方晶胞，其原子数为 2 ，原子半径为4/位数为 8 ，致密度为 0。
68 。
3。
刃型位错的柏氏矢量与位错线互相垂直 , 螺型位错的柏氏矢量与位错线互相平行 .4. 螺型位错的位错线平行于滑移方向，位错线的运动方向垂直于位错线。
5. 在过冷液体中，晶胚尺寸小于临界尺寸时不能自发长大。
6. 均匀形核既需要结构起伏，又需要能量起伏。
7。
纯金属结晶时，固液界面按微观结构分为光滑界面和粗糙界面. 8.纯金属的实际开始结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为过冷，理论结晶温度与实际开始结晶温度之差称为过冷度。
9．合金中的基本相结构，有固溶体和金属化合物两类，其中前者具有较高的综合机械性能，适宜做基体相；后者具有较高的熔点和硬度，适宜做强化相。
10. 间隙相和间隙化合物主要受组元的原子尺寸因素控制.11.相律是分析相图的重要工具,当系统的压力为常数时，相律的表达式为f＝c－p＋1。
12.根据相律，二元合金结晶时，最多可有 3 个相平衡共存，这时自由度为0 。
13.根据相区接触法则可以推定,两个单相区之间必定有一个两相区，两个两相区之间必须以单相区或三相共存水平线隔开。
二元相图的三相区是一条水平线,该区必定与两相区以点接触，与单相区以线接触。
14.铸锭的宏观组织是由表层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区三个区组成。
15.莱氏体是共晶转变所形成的奥氏体和渗碳体组成的混合物。
16。
相变反应式L（液）→α ⎥+β ⎥表示共晶反应；γ（固）→α ⎥+β ⎥表示共析反应。
17。
固溶体合金结晶时，其平衡分配系数K o 表示固液两平衡相中的 溶质浓度之比。
18. 铁碳合金中，一次渗碳体由 液相 产生，二次渗碳体由 奥氏体 产生，三次渗碳体由 铁素体 产生。
19。
一个滑移系是由 滑移面 和 滑移方向 组成。
20。
面心立方晶格的滑移系有 12 个，体心立方晶格的滑移系有 12 个。
材料科学基础总复习题
《材料科学基础》复习题第1章原子结构与结合键一、选择题1、具有明显的方向性和饱和性。
A、金属键B、共价键C、离子键2、以下各种结合键中，结合键能最大的是。
A、离子键、共价键B、金属键C、分子键3、以下各种结合键中，结合键能最小的是。
A、离子键、共价键B、金属键C、分子键4、以下关于结合键的性质与材料性能的关系中，是不正确的。
A、具有同类型结合键的材料，结合键能越高，熔点也越高。
B、具有离子键和共价键的材料，塑性较差。
C、随着温度升高，金属中的正离子和原子本身振动的幅度加大，导电率和导热率都会增加。
二、填空题1、构成陶瓷化合物的两种元素的电负性差值越大，则化合物中离子键结合的比例。
2、通常把平衡距离下的原子间的相互作用能量定义为原子的。
3、材料的结合键决定其弹性模量的高低，氧化物陶瓷材料以键为主，结合键—故其弹性模量；金属材料以键为主，结合键故其弹性模量；高分子材料的分子链上是键，分子链之间是键，故其弹性模量。
第2章晶体结构（原子的规则排列）一、名词解释1、点阵2、晶胞3、配位数4、同素异晶转变5、组元6、固溶体7、置换固溶体8、间隙固溶体9、金属间化合物10、间隙相二、选择题1、体心立方晶胞中四面体间隙的r B/r A和致密度分别为A 0.414，0.68B 0.225，0.68C 0.291，0.682、晶体中配位数和致密度之间的关系是—。
A、配位数越大，致密度越大B、配位数越小，致密度越大C、两者之间无直接关系3、面心立方晶体结构的原子最密排晶向族为。
A <100> B、<111> C、<110>4、立方晶系中，与晶面（011）垂直的晶向是—。
A [011]B [100]C [101]5、立方晶体中（110）和（211）面同属于—晶带。
A [101] B[100] C [111] 6、金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种，它们的晶胞中原子数分别为—：A、4；2；6B、6；2；4 D、2；4；66、室温下，纯铁的晶体结构为晶格。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中，下列哪个不是材料的基本性能？A. 力学性能B. 热学性能C. 光学性能D. 化学性能答案：C2. 金属材料的塑性变形主要通过哪种机制进行？A. 位错运动B. 原子扩散C. 相变D. 晶界滑动答案：A3. 陶瓷材料通常具有哪些特性？A. 高韧性B. 高导电性C. 高熔点D. 高塑性答案：C二、填空题1. 材料科学是一门研究材料的________、________、________以及材料与环境相互作用的科学。
答案：组成、结构、性能2. 根据材料的组成和结构，材料可以分为________、________、________和复合材料。
答案：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料三、简答题1. 简述材料科学中的“相”的概念。
答案：在材料科学中，“相”指的是材料中具有相同化学成分和结构的均匀部分。
相可以是固体、液体或气体，并且可以在宏观上观察到。
材料的相可以决定其物理和化学性质。
2. 什么是材料的微观结构？它对材料性能有何影响？答案：材料的微观结构是指材料内部的原子、分子或晶粒的排列方式和分布状态。
微观结构对材料的力学性能、热学性能、电学性能等具有决定性影响，例如晶粒大小、晶界、位错密度等都会显著影响材料的强度、韧性和导电性。
四、计算题1. 已知某金属材料的屈服强度为300 MPa，弹性模量为200 GPa，求其在屈服点的应变。
答案：首先，根据胡克定律，σ = Eε，其中σ是应力，E是弹性模量，ε是应变。
将已知数值代入公式，可得ε = σ/E = 300 MPa / 200 GPa = 0.0015。
2. 若某材料的热膨胀系数为10^-6 K^-1，当温度从20°C升高到100°C时，计算该材料长度的变化百分比。
答案：材料长度的变化量ΔL可以通过公式ΔL = L0αΔT计算，其中L0是原始长度，α是热膨胀系数，ΔT是温度变化。
假设原始长度L0为1m，温度变化ΔT = 100°C - 20°C = 80°C，代入公式得ΔL = 1m * 10^-6 K^-1 * 80 = 8 * 10^-5 m。
材料科学基础考试试卷
材料科学基础考试试卷一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学是研究材料的哪些方面的学科？A. 材料的制备B. 材料的性能C. 材料的应用D. 所有以上选项2. 下列哪个不是金属材料的特性？A. 高导电性B. 高延展性C. 低熔点D. 良好的热传导性3. 陶瓷材料通常具有以下哪种特性？A. 高韧性B. 高硬度C. 低热膨胀系数D. 低强度4. 聚合物材料的玻璃化转变温度是指：A. 聚合物从玻璃态转变为高弹态的温度B. 聚合物从高弹态转变为流动态的温度C. 聚合物从固态转变为液态的温度D. 聚合物从液态转变为固态的温度5. 下列哪个是纳米材料的特点？A. 高强度B. 高导电性C. 低热膨胀系数D. 所有以上选项二、填空题（每空1分，共10分）6. 材料的力学性能主要包括_______、_______、_______和硬度等。
7. 材料的热处理过程包括_______、_______、_______和_______。
8. 材料的断裂类型主要有_______断裂、_______断裂和_______断裂。
9. 材料的疲劳寿命通常与_______成正比，与_______成反比。
10. 材料的腐蚀类型包括化学腐蚀和_______腐蚀。
三、简答题（每题10分，共20分）11. 简述材料的微观结构对材料宏观性能的影响。
12. 描述金属材料的冷加工和热加工的区别。
四、计算题（每题15分，共30分）13. 某铝合金的屈服强度为250 MPa，抗拉强度为350 MPa。
若该合金的试样在拉伸过程中的最大载荷为50 kN，请计算该试样的断面积。
14. 假设一个陶瓷材料的热膨胀系数为5×10^-6 K^-1，其在室温（25°C）到100°C的温度范围内的线性尺寸变化是多少？五、论述题（每题15分，共30分）15. 论述纳米材料在现代技术中的应用及其潜在的挑战。
16. 讨论材料科学在可持续发展中的角色和重要性。
材料科学基础_综合复习题
材料科学基础复习题一、选择题1. 原子结合键包括物理键和化学键, 下述结合键中属于化学键的是 .(A) 金属键(B) 离子键(C) 分子键(D) 共价键2. 原子结合键包括物理键和化学键, 下述结合键中属于物理键的是 .(A) 氢键(B) 离子键(C) 分子键(D) 共价键3. 工业用硅酸盐属于 .(A) 金属材料(B) 陶瓷材料(C) 复合材料(D) 高分子材料4. 布拉菲点阵共有中.(A) 8 (B) 10 (C) 12 (D) 145. BCC、FCC和HCP等三种典型晶体结构中, 单位晶胞的原子数分别为 .(A) 2, 4, 6 (B) 4, 2, 6 (C) 3, 4, 5 (D) 6, 2, 46. 晶面间距表示相邻两个平行晶面之间的垂直距离, 其大小反映了晶面上原子排列的紧密程度, 一般规律是 .(A) 在简单立方点阵中, 低指数的晶面间距较大(B) 在简单立方点阵中, 高指数的晶面间距较大(C) 晶面间距越大, 该晶面上原子排列越紧密(D) 晶面间距越大, 该晶面上原子排列越稀疏7. BCC、FCC和HCP等三种典型晶体结构中, 原子配位数依次为 .(A) 8, 12, 8 (B) 8, 12, 10 (C) 12, 8, 6 (D) 8, 12, 128. 密堆积结构的致密度为 .(A) 0.68 (B) 0.74 (C) 0.82 (D) 1.09. MgO陶瓷晶体具有NaCl型结构, 单位晶胞的离子数为 .(A) 4 (B) 6 (C) 8 (D) 1010. SiC陶瓷晶体具有金刚石型结构, 该结构一般特征是.(A) 原子结合键为共价键(B) 原子配位数为4(C) 单位晶胞包含8个原子(D) 属于面心立方点阵, 为密堆积结构11. 下述晶体缺陷中属于点缺陷的是 .(A) 空位(B) 位错(C) 相界面(D) 间隙原子12. 下述晶体缺陷中属于线缺陷的是.(A) 空位(B) 位错(C) 晶界(D) 间隙原子13. 下述晶体缺陷中属于面缺陷的是.(A) 表面(B) 位错(C) 相界面(D) 空位14. 下述界面中界面能最小的是 .(A) 完全共格界面(B) 共格界面(C) 非共格界面(D) 半共格界面15. 下述界面中界面能最大的是 .(A) 完全共格界面(B) 共格界面(C) 非共格界面(D) 半共格界面16. 理想密排六方金属的c/a为 .(A) 1.6(B)(C) (D) 117. 在晶体中形同时又原子, 这样的缺陷称为.(A) 肖脱基空位(B) 弗兰克尔空位(C) 线缺陷(D) 面缺陷18. 面心立方晶体的挛晶面是.(A) {112} (B) {110} (C) {111} (D) {123}19. 体心立方晶体的挛晶面是. (A) {112} (B) {110} (C) {111} (D) {123}20. 铸铁与碳钢的区别在于有无 .(A) 莱氏体(B) 珠光体(C) 铁素体(D) 渗碳体21. 在二元系合金相图中, 计算两相相对量的杠杆法则只能用于.(A) 单相区中(B) 两相区中(C) 三相平衡水平线上(D)无限制22. Hume-Rothery提出有利于大量固熔的原子尺寸条件为两组元的原子半径差对熔剂原子半径的比不超过 .(A) 10% (B) 14% (C) 15% (D) 20%23. 碳与钒结合形成金属化合物, 下述说法正确的是 .(A) 该化合物属于简单间隙化合物(B) 该化合物属于复杂间隙化合物(C) 该化合物具有体心立方结构(D) 该化合物具有面心立方结构24. 以下关于渗碳体的描述中, 正确的是 .(A) 渗碳体是钢中很重要的一种复杂间隙相(B) 渗碳体晶体结构非常复杂, 属于正交晶系(C) 渗碳体为铁与碳固熔形成的间隙固熔体(D) 渗碳体为铁与碳固熔形成的置换固熔体25. 下述关于Ni-Cu系二元合金的描述中, 正确的是.(A) 室温下组织为单相组织(B) 室温下组织为两相组织(C) 凝固时发生匀晶转变(D) 凝固时发生共晶转变26. 凝固后是否形成晶体, 主要由液态物质的决定.(A) 温度梯度(B) 粘度(C) 冷却速度(D) 压力27. 金属结晶形核时, 临界晶核半径r K与过冷度ΔT及表面自由能σ之间的关系为.(A) ΔT越大, r K越小(B) ΔT越大, r K越大(C) σ越大, r K越小(D) σ越大, r K越大28. 纯金属均匀形核, 形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的.(A)13(B)23(C)34(D)4529. 原子扩散的驱动力是 .(A) 组元的浓度梯度(B) 组元的化学势梯度(C) 温度梯度(D) 表面张力30. 菲克第一定律描述了稳态扩散的特征, 即浓度不随变化.(A) 距离(B) 时间(C) 温度(D) 压力31. 在置换固熔体中, 原子扩散的方式一般为 .(A) 原子互换机制(B) 间隙机制(C) 空位机制(D) 填隙机制32. 在间隙固熔体中, 原子扩散的方式一般为 .(A) 原子互换机制(B) 间隙机制(C) 空位机制(D) 填隙机制33. 在科肯道尔效应中, 惰性标记发生移动的主要原因是扩散偶中.(A) 两组元的原子尺寸不同(B) 仅存在一组元的扩散(C) 两组元的扩散速率不同(D) 两组元的温度不同34. 晶体的类型与结构是影响固体材料中原子扩散的重要因素, 基本规律是.(A) 与金属相比, 晶态化合物的扩散系数低(B) 与金属相比, 晶态化合物的扩散系数高(C) 非密堆结构的晶体比密堆结构的晶体具有更高的扩散系数(D) 密堆结构的晶体比非密堆结构的晶体具有更高的扩散系数35. D L, D B, D S分别表示晶内扩散、晶界扩散和表面扩散的扩散系数, 则在一般情况下, 三者的大小关系为.(A) D L > D B > D S(B) D S > D B > D L(C) D B > D L > D S(D)D S > D L > D B36. 合金凝固时极易得到树枝晶组织, 其主要原因是.(A) 固-液界面前沿液相中存在正温度梯度(B) 固-液界面前沿液相中存在负温度梯度(C) 固-液界面前沿液相中存在成分过冷区(D) 固-液界面前沿液相中存在难熔质点37. 下述关于交滑移的描述中, 正确的是.(A) 发生交滑移时会出现曲折或波纹状的滑移带(B) 体心立方金属最容易发生交滑移(C) 层错能低的金属易发生交滑移(D) 交滑移必须通过刃型位错实现38. 多晶体发生塑性变形时, 为了满足协调变形, 每个晶粒至少需要开动个独立的滑移系.(A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 639. 再结晶后的晶粒长大是通过方式进行的.(A) 大晶粒吞食小晶粒(B) 小晶粒蚕食大晶粒(C) 晶界向曲率中心移动(D) 晶界背向曲率中心移动40. w C低于0.014的碳钢发生马氏体转变时, 马氏体M与奥氏体A有K-S取向关系, 即.(A) {110}M// {111}A, <111>M// <110>A(B) {111}M// {110}A,<111>M // <110>A(C) {110}M// {111}A, <110>M// <111>A(D) {112}M// {111}A,<111>M // <110>A41. 含Ni约30% 的Fe-Ni合金发生马氏体相变时, 马氏体与奥氏体之间的位向关系为西山关系, 即.(A) {110}M// {111}A, <111>M// <110>A(B) {110}M// {111}A,<110>M // <112>A(C) {110}M// {111}A, <110>M// <111>A(D) {112}M// {111}A,<111>M // <110>A42. 以下关于马氏体相变的描述中, 正确的是.(A) 马氏体相变为无扩散性相变(B) 马氏体相变是通过形核-长大方式进行的(C) 马氏体相变速率极低(D) 马氏体相变速率极高43. 固态相变的阻力一般包括.(A) 新、旧相比体积差所增加的应变能(B) 新、旧相为维持共格/半共格关系所增加的应变能(C) 新、旧相界面增加的表面能(D) 新、旧相之间的体积自由能差44. 固态相变的驱动力是.(A) 新、旧相比体积差所增加的应变能(B) 新、旧相为维持共格/半共格关系所增加的应变能(C) 新、旧相界面增加的表面能(D) 新、旧相之间的体积自由能差45. 固态相变时空位处易于形核的主要原因是.(A) 空位促进熔质原子的扩散(B) 空位释放的能量可提供形核驱动力(C) 空位阻碍熔质原子的扩散(D) 空位群凝聚成位错, 促进形核46. 下述固态相变中属于扩散型相变的是.(A) 脱熔转变(B) 马氏体转变(C) 贝氏体转变(D) 共析转变47. 下述固态相变中属于无扩散型相变的是.(A) 脱熔转变(B) 马氏体转变(C) 贝氏体转变(D) 共析转变48. 下述固态相变中属于半扩散型相变的是.(A) 脱熔转变(B) 马氏体转变(C) 贝氏体转变(D) 共析转变49. 时效型合金发生脱熔转变期间容易产生过渡相, 其特征是.(A) 过渡相与母相之间形成共格或半共格界面(B) 过渡相与母相之间形成非共格界面(C) 过渡相一般呈盘片状(D) 过渡相一般呈球状50. 调幅分解的特点是.(A) 成分改变(B) 成分不变(C) 有核相变(D) 无核相变选择题参考答案1. ABD2. AC3. B4. D5. A6. AC7. D8. B9. C 10. ABC11. AD 12. B 13. AC 14. A 15. C16. B 17. B 18. C 19. A 20. A21. B 22. C 23. AD 24. AB 25. AC26. BC 27. AD 28. B 29. B 30. B31. C 32. B 33. C 34. AC 35. B36. C 37. ABC 38. C 39. AC 40. A41. B 42. ABD 43. ABC 44. D 45. ABD46. AD 47. B 48. C 49. AC 50. AD二、简答题1. 固态相变基本特点.答: 固态相变的特点是:(1) 相变阻力大. 固态相变时的阻力包括新、旧相之间的表面能以及新、旧相由于比体积差或新、旧相界面原子错配而额外增加的弹性应变能; 另外, 固相中原子扩散速率极低也是造成固态相变阻力大的一个重要原因.(2) 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系. 固态相变时, 为了减少新、旧两相之间的界面能, 新相晶核与母相晶体之间往往存在一定的晶体学位向关系, 常以低指数、原子密度大且匹配较好的晶面和晶向互相平行; 并且, 新相往往在母相的某一特定晶面(惯习面)上形成.(3) 母相晶体缺陷对相变起促进作用. 由于母相晶体中存在的各种缺陷(如晶界、相界、位错、空位等)周围晶格有畸变, 自由能较高, 因此容易在这些区域优先形核.(4) 易于出现过渡相. 过渡相是为了克服相变阻力而形成的一种协调性中间转变产物. 通常首先在母相中形成成分与母相相近的过渡相, 然后在一定条件下由过渡相逐渐转变为稳定相.2. 位错促进固态相变形核的主要原因.答: 由于固态相变阻力大, 固相中的形核几乎总是非均匀的, 往往借助晶体中的结构缺陷(空位,位错,晶界等)形核.新相在位错处形核有三种情况: 一是新相在位错线上形核, 新相形成处, 位错消失, 释放的能量使形核功降低而促进形核; 二是位错不消失, 而且依附在新相界面上, 成为半共格界面中的位错部分, 补偿了失配, 因而降低了能量, 使生成晶核时所消耗的能量减少而促进形核; 三是当新相与母相成分不同时, 由于熔质原子在位错线附近偏聚(形成柯氏气团)有利于新相沉淀析出, 也对形核起促进作用.3. 非扩散型相变的基本特征.答: 无扩散型相变的基本特点是:(1) 存在由于均匀切变引起的形状改变, 使晶体发生形状改变.(2) 由于相变过程无扩散, 新相与母相的化学成分相同.(3) 新相与母相之间有一定的晶体学位向关系.(4) 相界面移动速度极快, 可接近声速.4. 说明Al-Cu等时效型合金脱熔过程出现过渡相的原因.答: 时效处理时脱熔的一般顺序为:偏聚区(或称G.P.区) →过渡相(亚稳相) →平衡相.脱熔时不直接析出平衡相的原因, 是由于平衡相一般与基体形成新的非共格界面, 界面能大, 而亚稳定的脱熔产物往往与基体完全或部分共格, 界面能小. 在相变初期, 界面能起决定性作用, 界面能小的相, 形核功小, 容易形成. 所以首先形成形核功最小的过渡结构, 再演变成平衡稳定相.5. 调幅分解的主要特征.答: (1) 调幅分解过程的成分变化是通过上坡扩散实现的. 首先出现微区的成分起伏, 随后通过熔质原子从低浓度区向高浓度区扩散, 使成分起伏不断增幅, 直至分解为成分不同的两平衡相为止.(2) 调幅分解不经历形核阶段, 新、旧相结构相同, 不存在明显的相界面. 由于无需形核, 所以分解速度很快.6. 脱熔相颗粒粗化机理.答: 参见教材P292-293的“8.4.3.2 颗粒粗化”一节. (需要画图!!)7. 零件热处理的作用.答: 零件热处理的作用如下:(1) 通过适当的热处理可以显著提高零件的力学性能, 延长机器零件的使用寿命.(2) 恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷, 细化晶粒, 消除偏析, 降低内应力, 使零件的组织和性能更加均匀.(3) 热处理也是机器零件加工工艺过程中的重要工序.(4) 此外, 通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能.8. 过共析钢淬火时加热温度的选择依据.答: 过共析钢的淬火加热温度限定在Ac1以上30~50℃是为了得到细小的奥氏体晶粒和保留少量渗碳体质点, 淬火后得到隐晶马氏体和其上均匀分布的粒状碳化物, 从而不但可以使钢具有更高的强度、硬度和耐磨性, 而且也具有较好的韧性. 如果过共析钢淬火加热温度超过Ac cm , 碳化物将全部熔入奥氏体中, 使奥氏体中的含碳量增加, 降低钢的M s和M f点, 淬火后残留奥氏体量增多, 会降低钢的硬度和耐磨性; 淬火温度过高,奥氏体晶粒粗化、含碳量又高, 淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体, 使钢的脆性增大; 此外, 高温加热淬火应力大、氧化脱碳严重, 也增大钢件变形和开裂倾向.9. 马氏体相变的基本特征.答: (1) 无扩散性. 马氏体转变的过冷度很大, 转变温度低, 原子扩散无法进行, 因此是非扩散型相变.(2) 切变共格性. 马氏体转变是新相在母相特定的晶面(惯习面)上形成, 并以母相的切变来保持共格关系的相变过程.(3) 变温形成. 马氏体转变有其开始转变温度(M s点)与转变终了温度(M f点). 当过冷奥氏体冷到M s点, 便发生马氏体转变, 转变量随温度的下降而不断增加, 一旦冷却中断, 转变便很快停止.(4) 高速长大. 马氏体转变没有孕育期, 形成速度很快, 瞬间形核, 瞬间长大.(5) 不完全性. 一般来说, 奥氏体向马氏体的转变是不完全的, 即使冷却到M f点, 也不能获得100%的马氏体, 即总有一部分残余奥氏体.10. 细晶强化/固熔强化/弥散强化/加工硬化机理.答: (关于弥散强化机理)由塑性相与硬脆相组成的(两相)合金, 倘若硬脆的第二相呈弥散粒子均匀地分布在塑性相基体上, 则可显著提高合金的强度, 此即弥散强化. 这种强化的主要原因是由于弥散细小的第二相粒子与位错的交互作用(位错绕过或切过第二相粒子), 阻碍了位错的运动,从而提高了合金的塑性变形抗力.(关于加工硬化机理)在塑性变形过程中, 随着金属内部组织的变化,金属的力学性能也将产生明显的变化, 即随着变形程度的增加, 金属的强度、硬度增加, 而塑性、韧性下降, 这一现象即为加工硬化或形变强化.关于加工硬化的原因, 目前普遍认为与位错的交互作用有关. 随着塑性变形的进行, 位错密度不断增加, 因此位错在运动时的相互交割加剧,产生固定割阶、位错缠结等障碍, 使位错运动的阻力增大, 引起变形抗力的增加, 从而提高了金属的强度.11. 孪生变形特点.答: 孪生变形是金属塑性变形的基本方式之一, 是指在切应力的作用下, 晶体的一部分沿一定的晶面(孪生面)和一定的晶向(孪生方向)相对于另一部分晶体作均匀地切变, 在切变区域内, 与孪生面平行的每层原子的切变量与它距孪生面的距离成正比, 并且不是原子间距的整数倍. 其特点为:(1) 孪生变形引起的切变不会改变晶体的点阵类型, 但可使变形部分的位向发生变化, 并且与未变形部分的晶体以挛晶界为分界面构成了镜面对称的位向关系.(2) 一般说来, 孪生的临界分切应力要比滑移的临界分切应力大得多,只有在滑移很难进行的条件下, 晶体才进行孪生变形.(3) 孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多, 例如镉单纯依靠孪生变形只能获得7.4% 的伸长率. 但是, 由于孪生变形后晶体位向发生变化, 可能使原来取向不利的滑移系转变为新的有利取向, 从而引发晶体的进一步滑移, 提高金属的塑性变形能力.(4) 孪生变形的速度极快, 常引起冲击波, 发出音响.12. 根据阿累尼乌斯(Arrhenius)公式: D= D0exp(-Q/RT), 分析影响扩散的主要因素.答: 上述公式中, Q为原子扩散激活能, T为温度, 它们是影响扩散的主要因素. 很显然, Q 越小, 或扩散温度T 越高, 则D越大, 扩散越易进行. 而扩散激活能Q取决于材料的键能. 高熔点纯金属的键能高于低熔点的, 因此前者的激活能较高, 其自扩散系数较小; 通常致密度大的晶体结构中, 原子扩散激活能较高, 扩散系数较小; 不同类型的固熔体, 熔质原子的扩散激活能不同, 间隙原子的扩散激活能都比置换原子的小, 所以扩散速度比较大; 晶体缺陷处, 原子排列混乱, 能量较高, 激活能往往较低, 因此扩散容易. 对于一定的晶体结构来说, 表面扩散最快, 晶界次之, 亚晶界又次之, 晶内最慢; 在位错、.空位等缺陷处的原子比完整晶格处的原子扩散容易得多.13. (扩散的微观机理)间隙/空位机制.答: (1) 间隙机制: 晶体中存在的间隙原子通过晶铬间隙之间的跃迁实现的扩散; 间隙固熔体中间隙原子(C,H,N,O等)的扩散就是这种机制;为了实现这种扩散, 扩散原子必须具有越过能垒的自由能.(2) 空位机制: 晶体中扩散原子离开自己的点阵位置去填充空位, 而原先的点阵位置形成了新的空位, 如此反复, 实现原子的扩散; 置换固熔体(或纯金属)中原子的扩散即为空位扩散; 在空位扩散中, 扩散原子除具有越过能垒的自由能外, 还必须具有空位形成能.14. 简述Cu-Ni扩散偶惰性标记移动规律及其原因.答: Cu-Ni扩散偶惰性标记会向Ni棒一侧移动. 由于Ni的熔点(1452℃)比Cu的熔点(1083℃)高, 表明Ni原子的结合能高于Cu原子的,因此, 扩散偶中Ni原子进入Cu晶体点阵要比Cu原子进入Ni晶体点阵容易, 即Ni原子在Cu棒中的扩散速度要快于Cu原子在Ni棒中的扩散速度,Ni原子向Cu棒一侧发生了物质的净输送, 其结果就是惰性标记往Ni棒一侧移动.15. 成分过冷条件及其影响因素.16. 包晶反应速度慢的原因.17. 正常凝固合金圆棒宏观偏析规律.18. 纯金属晶体长大形态与温度梯度的关系.19. 纯金属晶体长大机制.20. 润湿角对异质形核功的影响规律.21. 均匀形核率与过冷度的关系及其原因.答:均匀形核时, 形核率方程为exp()exp()A QN CkT kT=--式中, A为临界晶核的形核功; Q为原子越过液-固界面的扩散激活能;T为温度.上式表明, 过冷度对形核率的影响受形核功和原子扩散激活能控制:一方面, 当过冷度较小时, N与exp(-A / kT) 成正比, 故随着过冷度的增大,exp(-A/ kT) 数值也增大, 形核率就越大; 另一方面, 当过冷度足够大时,随着过冷度的增大, 原子扩散速度要减慢, 此时, N主要受exp(-Q/ kT)数值影响, 而Q 值随温度改变很小, 故随着过冷度的增大, 形核率反而减小.22. 金属结晶的热力学、动力学、结构和能量条件.23. 间隙固熔体两组元不能无限互熔的原因.24. 分析γ-Fe熔碳量高于α-Fe的原因.三、作图/计算题类型1. 晶面/晶向绘制(应掌握三轴系统的).2. 典型结构金属滑移系表示及绘制.3. 典型二元合金相图绘制(共晶型/包晶型).4. 合金平衡凝固冷却曲线绘制.5. 合金平衡结晶金相组织图绘制.6. 根据点阵类型, 参数及原子量计算晶体材料的密度.7. 原子面/线密度计算.8. 单晶体塑性变形分切应力/屈服强度计算.9. 单晶体滑移时位错线/柏氏矢量计算/表示(还包括位错线作用力计算).10. 合金平衡凝固时, 相/组织组成物相对量计算.11. 合金成分转化计算(摩尔分数与质量分数之间的相互转换).12. 菲克第一定律的应用----扩散通量的计算.13. 菲克第二定律的应用----钢件渗碳热处理时碳浓度的计算.14. 回复/再结晶转变动力学计算.四、应用题范围1. 根据金属凝固理论, 分析细化铸件晶粒组织的工艺措施.答:根据金属结晶理论, 如果金属结晶时单位体积中晶粒数为Z v, 则Z v取决于两个主要的因素, 即形核率N和长大速度V g, 并满足Z v = 0.9 (N / V g)3/4显然, 欲得到细晶粒组织铸件, 则必须使Z v增大, 这主要从控制N和V g着手. 为此, 可采取下述工艺措施以得到细晶粒组织铸件:(1) 增大过冷度: 金属结晶时的N和V g值均随着过冷度的增加而增大,且N的增长率大于V g的增长率, 所以增加过冷度就会提高N与V g的比值,使Z v值增大, 从而细化铸件晶粒; 在实际生产中增加过冷度的工艺措施主要有降低熔液的浇注温度、选择吸热能力和导热能力较大的铸型材料. 但此方法仅适用于小铸件.(2) 变质处理: 熔液中添加合适的形核剂可以大大增大N, 从而使Z v值增大.(3) 振动和搅拌: 采用机械振动、超声波振动和电磁搅拌等措施, 可以加大熔液的对流, 破碎已有晶枝, 增加结晶核心, 大大提高N, 从而使Z v值增大.2. 根据合金相图预测合金的铸造工艺性(流动性,热裂/缩松缩孔倾向等)、冷/热变形能力及切削加工性.3. 利用铁碳合金强/硬度及塑韧性与含碳量的关系, 比较不同成分铁碳合金的强/硬度及塑韧性.4. 根据金属凝固理论, 分析铸锭组织的成因.5. 冷变形的应用----加工硬化问题. (1) 加工硬化现象在金属材料生产过程中有重要的实际意义, 目前已广泛用来提高金属材料的强度. 对于用热处理方法不能强化的材料来说, 用加工硬化方法提高其强度就显得更加重要. 如塑性很好而强度较低的铝、铜及某些不锈钢等, 在生产上往往制成冷拔棒材或冷轧板材供应用户. (2) 加工硬化也是某些工件或半成品能够加工成形的重要因素. 金属件的冷冲成型和冷拔钢丝均利用了材料的加工硬化特性, 前者使塑性变形能够均匀地分布于整个工件, 不致集中在某些局部区域而引起破裂, 后者则是利用拉出的细丝强度显著提高,不再变形来实现的, 否则, 钢丝在出模后便被拉断. (3) 加工硬化还可以提高零/构件在使用中的安全性. 零件在使用过程中往往会在局部出现应力集中和过载, 但由于加工硬化特性, 局部过载所产生的塑性变形会自行停止, 提高了零件的安全性. (4) 加工硬化的缺点显而易见, 增加动力和设备消耗, 变形量大时将严重降低材料的塑韧性, 因此, 对于连续冷变形工艺,往往将再结晶退火作为中间工序.6. 冷变形的应用----残余/内应力问题. 工件经过剧烈冷变形后会产生较大的内应力, 内应力会引起工件的变形或开裂, 降低其耐蚀性; 当残留应力为拉应力时, 会降低材料强度; 但如果表面残留压应力, 可显著提高其疲劳强度. 实际生产中, 往往用滚压或喷丸强化来使表层形成压应力就是这个道理.7. 回复/去应力退火的应用: (1) 黄铜弹壳季裂的消除. 在第一次世界大战时, 经深冲成形的黄铜弹壳, 放置一段时间后自动发生晶间开裂(称为季裂). 经研究, 这是由于冷加工残留内应力和外界的腐蚀性气氛的联合作用而造成的应力腐蚀开裂. 要解决这一问题, 只需在深冲加工之后于260℃进行去应力退火, 消除弹壳中残留的第一类内应力, 这一问题即迎刃而解. (2) 又如用冷拉钢丝卷制弹簧, 在卷成之后, 要在250℃~300℃进行去应力退火, 以降低内应力并使之定形, 而硬度和强度则基本保持不变.(3) 此外, 对于铸件和焊接件都要及时进行去应力退火, 以防其变形和开裂; 对于精密零件, 如机床厂制造机床丝杠时, 在每次切削加工之后, 都要进行去应力退火处理, 防止变形和翘曲, 保持尺寸精度.8. 再结晶退火的应用: 冷拉铜线退火处理制作花导线; 随炉冷拉钢丝绳出炉后断裂; 纯铝件高温短时退火与低温长时退火, 同样完成再结晶;冷变形量与退火温度的关系; 临界变形度问题----晶粒粗化.9. 再结晶后的晶粒长大: 弥散相微粒阻碍晶粒长大----细化晶粒. 如钢中加入少量的Al,Ti,V,Nb等元素, 可以形成适当数量及尺寸的AlN,TiN,VC,NbC等分散相粒子, 能有效阻碍高温下钢的晶粒长大, 使钢在焊接或热处理后仍具有较细小的晶粒, 保证良好的机械性能. 又如, 为防止钨丝高温下晶粒长大引起的脆断, 可在钨丝中加入适量的钍元素, 形成弥散的ThO2微粒, 从而大大提高钨丝的使用寿命.。
材料科学基础综合题
材料科学基础综合题：1 原子间的结合键共有几种，各自的特点如何？2 图1-11绘出3类材料——金属、离子晶体和高分子材料之能量与距离的关系曲线，试指出它们各代表何种材料。
3 Al2O3的密度为3.8g/cm3，试计算①1mm3中存在多少个原子？②1g中含有多少个原子？4 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。
5 为什么密排六方结构不能称为一种空间点阵？6 标出面心立方晶胞中（111）面上各点的坐标，并判断［110］是否位于（111）面上，然后计算［110］方向上的线密度。
7 试证明在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直。
8 试计算面心立方晶体的（100），（110）（111）等晶面的面间距和面致密度，并指出面间距最大的面。
9 Mo的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数a=0.3147nm，试求Ni的晶格常数和密度。
10①根据下表所给之值，确定哪一种金属可作为溶质与钛形成溶解度较大的固溶体：Ti hcp a=0.295nmBe hcp a=0.228nmAl fcc a=0.404nmV bcc a=0.304nmCr bcc a=0.288nm②计算固溶体中此溶质原子数分数为10%时，相应的质量分数为多少？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。
11 若将一位错线的正向定义为原来的反向，此位错线的柏氏矢量是否改变？位错的类型性质是否变化？一个位错环上各点位错类型是否相同？12 有两根左螺旋位错线，各自的能量都为E1，当它们无限靠拢时，总能量为多少？13 如图3-18所示的两根螺型位错线，一个含有扭折，而另一个含有割阶。
图上所示的箭头方向为位错线的正方向，扭折部分和割阶部分都为刃型位错。
①若图示滑移面为fcc的（111）面，问这两根位错线段中（指割阶和扭折），哪一根比较容易通过它们自身的滑移而去除？为什么？14 假定有一个b在［010］晶向的刃型位错沿着（100）晶面滑动，①如果有另一个柏氏矢量在［010］方向，沿着（001）晶面上的刃型位错，通过上述位错时该位错将发生扭折还是割阶？②如果有一个b方向为［100］，并在（001）晶面上滑动的螺型位错通过上述位错，试问它将发生扭折还是割阶？15 有两个被钉扎住的刃型位错A-B和C-D，它们的长度x相等，且具有相同的b，而b的大小和方向相同（图3-21）。
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材料科学基础复习题一、选择题1. 原子结合键包括物理键和化学键, 下述结合键中属于化学键的是.(A) 金属键(B) 离子键(C) 分子键(D) 共价键2. 原子结合键包括物理键和化学键, 下述结合键中属于物理键的是.(A) 氢键(B) 离子键(C) 分子键(D) 共价键3. 工业用硅酸盐属于.(A) 金属材料(B) 陶瓷材料(C) 复合材料(D) 高分子材料4. 布拉菲点阵共有中.(A) 8 (B) 10 (C) 12 (D) 145. BCC、FCC和HCP等三种典型晶体结构中, 单位晶胞的原子数分别为.(A) 2, 4, 6 (B) 4, 2, 6 (C) 3, 4, 5 (D) 6, 2, 46. 晶面间距表示相邻两个平行晶面之间的垂直距离, 其大小反映了晶面上原子排列的紧密程度, 一般规律是.(A) 在简单立方点阵中, 低指数的晶面间距较大(B) 在简单立方点阵中, 高指数的晶面间距较大(C) 晶面间距越大, 该晶面上原子排列越紧密(D) 晶面间距越大, 该晶面上原子排列越稀疏7. BCC、FCC和HCP等三种典型晶体结构中, 原子配位数依次为.(A) 8, 12, 8 (B) 8, 12, 10 (C) 12, 8, 6 (D) 8, 12, 128. 密堆积结构的致密度为.(A) 0.68 (B) 0.74 (C) 0.82 (D) 1.09. MgO陶瓷晶体具有NaCl型结构, 单位晶胞的离子数为.(A) 4 (B) 6 (C) 8 (D) 1010. SiC陶瓷晶体具有金刚石型结构, 该结构一般特征是.(A) 原子结合键为共价键(B) 原子配位数为4(C) 单位晶胞包含8个原子(D) 属于面心立方点阵, 为密堆积结构11. 下述晶体缺陷中属于点缺陷的是.(A) 空位(B) 位错(C) 相界面(D) 间隙原子12. 下述晶体缺陷中属于线缺陷的是.(A) 空位(B) 位错(C) 晶界(D) 间隙原子13. 下述晶体缺陷中属于面缺陷的是.(A) 表面(B) 位错(C) 相界面(D) 空位14. 下述界面中界面能最小的是.(A) 完全共格界面(B) 共格界面(C) 非共格界面(D) 半共格界面15. 下述界面中界面能最大的是.(A) 完全共格界面(B) 共格界面(C) 非共格界面(D) 半共格界面16. 理想密排六方金属的c/a为.(A) 1.6 (B)(C) (D) 117. 在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子, 这样的缺陷称为.(A) 肖脱基空位(B) 弗兰克尔空位(C) 线缺陷(D) 面缺陷18. 面心立方晶体的挛晶面是.(A) {112} (B) {110} (C) {111} (D) {123}19. 体心立方晶体的挛晶面是.(A) {112} (B) {110} (C) {111} (D) {123}20. 铸铁与碳钢的区别在于有无.(A) 莱氏体(B) 珠光体(C) 铁素体(D) 渗碳体21. 在二元系合金相图中, 计算两相相对量的杠杆法则只能用于.(A) 单相区中(B) 两相区中(C) 三相平衡水平线上(D) 无限制22. Hume-Rothery提出有利于大量固熔的原子尺寸条件为两组元的原子半径差对熔剂原子半径的比不超过.(A) 10% (B) 14% (C) 15% (D) 20%23. 碳与钒结合形成金属化合物, 下述说法正确的是.(A) 该化合物属于简单间隙化合物(B) 该化合物属于复杂间隙化合物(C) 该化合物具有体心立方结构(D) 该化合物具有面心立方结构24. 以下关于渗碳体的描述中, 正确的是.(A) 渗碳体是钢中很重要的一种复杂间隙相(B) 渗碳体晶体结构非常复杂, 属于正交晶系(C) 渗碳体为铁与碳固熔形成的间隙固熔体(D) 渗碳体为铁与碳固熔形成的置换固熔体25. 下述关于Ni-Cu系二元合金的描述中, 正确的是.(A) 室温下组织为单相组织(B) 室温下组织为两相组织(C) 凝固时发生匀晶转变(D) 凝固时发生共晶转变26. 凝固后是否形成晶体, 主要由液态物质的决定.(A) 温度梯度(B) 粘度(C) 冷却速度(D) 压力27. 金属结晶形核时, 临界晶核半径r K与过冷度ΔT及表面自由能σ之间的关系为.(A) ΔT越大, r K越小(B) ΔT越大, r K越大(C) σ越大, r K越小(D) σ越大, r K越大28. 纯金属均匀形核, 形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的.(A) 13(B)23(C)34(D)4529. 原子扩散的驱动力是.(A) 组元的浓度梯度(B) 组元的化学势梯度(C) 温度梯度(D) 表面张力30. 菲克第一定律描述了稳态扩散的特征, 即浓度不随变化.(A) 距离(B) 时间(C) 温度(D) 压力31. 在置换固熔体中, 原子扩散的方式一般为.(A) 原子互换机制(B) 间隙机制(C) 空位机制(D) 填隙机制32. 在间隙固熔体中, 原子扩散的方式一般为.(A) 原子互换机制(B) 间隙机制(C) 空位机制(D) 填隙机制33. 在科肯道尔效应中, 惰性标记发生移动的主要原因是扩散偶中.(A) 两组元的原子尺寸不同(B) 仅存在一组元的扩散(C) 两组元的扩散速率不同(D) 两组元的温度不同34. 晶体的类型与结构是影响固体材料中原子扩散的重要因素, 基本规律是.(A) 与金属相比, 晶态化合物的扩散系数低(B) 与金属相比, 晶态化合物的扩散系数高(C) 非密堆结构的晶体比密堆结构的晶体具有更高的扩散系数(D) 密堆结构的晶体比非密堆结构的晶体具有更高的扩散系数35. D L, D B, D S分别表示晶内扩散、晶界扩散和表面扩散的扩散系数, 则在一般情况下, 三者的大小关系为.(A) D L > D B > D S(B) D S > D B > D L(C) D B > D L > D S(D) D S > D L > D B36. 合金凝固时极易得到树枝晶组织, 其主要原因是.(A) 固-液界面前沿液相中存在正温度梯度(B) 固-液界面前沿液相中存在负温度梯度(C) 固-液界面前沿液相中存在成分过冷区(D) 固-液界面前沿液相中存在难熔质点37. 下述关于交滑移的描述中, 正确的是.(A) 发生交滑移时会出现曲折或波纹状的滑移带(B) 体心立方金属最容易发生交滑移(C) 层错能低的金属易发生交滑移(D) 交滑移必须通过刃型位错实现38. 多晶体发生塑性变形时, 为了满足协调变形, 每个晶粒至少需要开动个独立的滑移系.(A) 3 (B) 4 (C) 5 (D) 639. 再结晶后的晶粒长大是通过方式进行的.(A) 大晶粒吞食小晶粒(B) 小晶粒蚕食大晶粒(C) 晶界向曲率中心移动(D) 晶界背向曲率中心移动40. w C低于0.014的碳钢发生马氏体转变时, 马氏体M与奥氏体A有K-S取向关系, 即.(A) {110}M // {111}A, <111>M // <110>A(B) {111}M // {110}A, <111>M // <110>A(C) {110}M // {111}A, <110>M // <111>A(D) {112}M // {111}A, <111>M // <110>A41. 含Ni约30% 的Fe-Ni合金发生马氏体相变时, 马氏体与奥氏体之间的位向关系为西山关系, 即.(A) {110}M // {111}A, <111>M // <110>A(B) {110}M // {111}A, <110>M // <112>A(C) {110}M // {111}A, <110>M // <111>A(D) {112}M // {111}A, <111>M // <110>A42. 以下关于马氏体相变的描述中, 正确的是.(A) 马氏体相变为无扩散性相变(B) 马氏体相变是通过形核-长大方式进行的(C) 马氏体相变速率极低(D) 马氏体相变速率极高43. 固态相变的阻力一般包括.(A) 新、旧相比体积差所增加的应变能(B) 新、旧相为维持共格/半共格关系所增加的应变能(C) 新、旧相界面增加的表面能(D) 新、旧相之间的体积自由能差44. 固态相变的驱动力是.(A) 新、旧相比体积差所增加的应变能(B) 新、旧相为维持共格/半共格关系所增加的应变能(C) 新、旧相界面增加的表面能(D) 新、旧相之间的体积自由能差45. 固态相变时空位处易于形核的主要原因是.(A) 空位促进熔质原子的扩散(B) 空位释放的能量可提供形核驱动力(C) 空位阻碍熔质原子的扩散(D) 空位群凝聚成位错, 促进形核46. 下述固态相变中属于扩散型相变的是.(A) 脱熔转变(B) 马氏体转变(C) 贝氏体转变(D) 共析转变47. 下述固态相变中属于无扩散型相变的是.(A) 脱熔转变(B) 马氏体转变(C) 贝氏体转变(D) 共析转变48. 下述固态相变中属于半扩散型相变的是.(A) 脱熔转变(B) 马氏体转变(C) 贝氏体转变(D) 共析转变49. 时效型合金发生脱熔转变期间容易产生过渡相, 其特征是.(A) 过渡相与母相之间形成共格或半共格界面(B) 过渡相与母相之间形成非共格界面(C) 过渡相一般呈盘片状(D) 过渡相一般呈球状50. 调幅分解的特点是.(A) 成分改变(B) 成分不变(C) 有核相变(D) 无核相变选择题参考答案1. ABD2. AC3. B4. D5. A6. AC7. D8. B9. C 10. ABC11. AD 12. B 13. AC 14. A 15. C16. B 17. B 18. C 19. A 20. A21. B 22. C 23. AD 24. AB 25. AC26. BC 27. AD 28. B 29. B 30. B31. C 32. B 33. C 34. AC 35. B36. C 37. ABC 38. C 39. AC 40. A41. B 42. ABD 43. ABC 44. D 45. ABD46. AD 47. B 48. C 49. AC 50. AD二、简答题1. 固态相变基本特点.答: 固态相变的特点是:(1) 相变阻力大. 固态相变时的阻力包括新、旧相之间的表面能以及新、旧相由于比体积差或新、旧相界面原子错配而额外增加的弹性应变能; 另外, 固相中原子扩散速率极低也是造成固态相变阻力大的一个重要原因.(2) 新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系. 固态相变时, 为了减少新、旧两相之间的界面能, 新相晶核与母相晶体之间往往存在一定的晶体学位向关系, 常以低指数、原子密度大且匹配较好的晶面和晶向互相平行; 并且, 新相往往在母相的某一特定晶面(惯习面)上形成.(3) 母相晶体缺陷对相变起促进作用. 由于母相晶体中存在的各种缺陷(如晶界、相界、位错、空位等)周围晶格有畸变, 自由能较高, 因此容易在这些区域优先形核.(4) 易于出现过渡相. 过渡相是为了克服相变阻力而形成的一种协调性中间转变产物. 通常首先在母相中形成成分与母相相近的过渡相, 然后在一定条件下由过渡相逐渐转变为稳定相.2. 位错促进固态相变形核的主要原因.答: 由于固态相变阻力大, 固相中的形核几乎总是非均匀的, 往往借助晶体中的结构缺陷(空位,位错,晶界等)形核.新相在位错处形核有三种情况: 一是新相在位错线上形核, 新相形成处, 位错消失, 释放的能量使形核功降低而促进形核; 二是位错不消失, 而且依附在新相界面上, 成为半共格界面中的位错部分, 补偿了失配, 因而降低了能量, 使生成晶核时所消耗的能量减少而促进形核; 三是当新相与母相成分不同时, 由于熔质原子在位错线附近偏聚(形成柯氏气团)有利于新相沉淀析出, 也对形核起促进作用.3. 非扩散型相变的基本特征.答: 无扩散型相变的基本特点是:(1) 存在由于均匀切变引起的形状改变, 使晶体发生形状改变.(2) 由于相变过程无扩散, 新相与母相的化学成分相同.(3) 新相与母相之间有一定的晶体学位向关系.(4) 相界面移动速度极快, 可接近声速.4. 说明Al-Cu等时效型合金脱熔过程出现过渡相的原因.答: 时效处理时脱熔的一般顺序为:偏聚区(或称G.P.区) →过渡相(亚稳相) →平衡相.脱熔时不直接析出平衡相的原因, 是由于平衡相一般与基体形成新的非共格界面, 界面能大, 而亚稳定的脱熔产物往往与基体完全或部分共格, 界面能小. 在相变初期, 界面能起决定性作用, 界面能小的相, 形核功小, 容易形成. 所以首先形成形核功最小的过渡结构, 再演变成平衡稳定相.5. 调幅分解的主要特征.答: (1) 调幅分解过程的成分变化是通过上坡扩散实现的. 首先出现微区的成分起伏, 随后通过熔质原子从低浓度区向高浓度区扩散, 使成分起伏不断增幅, 直至分解为成分不同的两平衡相为止.(2) 调幅分解不经历形核阶段, 新、旧相结构相同, 不存在明显的相界面. 由于无需形核, 所以分解速度很快.6. 脱熔相颗粒粗化机理.答: 参见教材P292-293的“8.4.3.2 颗粒粗化”一节. (需要画图!!)7. 零件热处理的作用.答: 零件热处理的作用如下:(1) 通过适当的热处理可以显著提高零件的力学性能, 延长机器零件的使用寿命.(2) 恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷, 细化晶粒, 消除偏析, 降低内应力, 使零件的组织和性能更加均匀.(3) 热处理也是机器零件加工工艺过程中的重要工序.(4) 此外, 通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能.8. 过共析钢淬火时加热温度的选择依据.答: 过共析钢的淬火加热温度限定在Ac1以上30~50℃是为了得到细小的奥氏体晶粒和保留少量渗碳体质点, 淬火后得到隐晶马氏体和其上均匀分布的粒状碳化物, 从而不但可以使钢具有更高的强度、硬度和耐磨性, 而且也具有较好的韧性. 如果过共析钢淬火加热温度超过Ac cm, 碳化物将全部熔入奥氏体中, 使奥氏体中的含碳量增加, 降低钢的M s和M f 点, 淬火后残留奥氏体量增多, 会降低钢的硬度和耐磨性; 淬火温度过高, 奥氏体晶粒粗化、含碳量又高, 淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体, 使钢的脆性增大; 此外, 高温加热淬火应力大、氧化脱碳严重, 也增大钢件变形和开裂倾向.9. 马氏体相变的基本特征.答: (1) 无扩散性. 马氏体转变的过冷度很大, 转变温度低, 原子扩散无法进行, 因此是非扩散型相变.(2) 切变共格性. 马氏体转变是新相在母相特定的晶面(惯习面)上形成, 并以母相的切变来保持共格关系的相变过程.(3) 变温形成. 马氏体转变有其开始转变温度(M s点)与转变终了温度(M f点). 当过冷奥氏体冷到M s点, 便发生马氏体转变, 转变量随温度的下降而不断增加, 一旦冷却中断, 转变便很快停止.(4) 高速长大. 马氏体转变没有孕育期, 形成速度很快, 瞬间形核, 瞬间长大.(5) 不完全性. 一般来说, 奥氏体向马氏体的转变是不完全的, 即使冷却到M f点, 也不能获得100%的马氏体, 即总有一部分残余奥氏体.10. 细晶强化/固熔强化/弥散强化/加工硬化机理.答: (关于弥散强化机理)由塑性相与硬脆相组成的(两相)合金, 倘若硬脆的第二相呈弥散粒子均匀地分布在塑性相基体上, 则可显著提高合金的强度, 此即弥散强化. 这种强化的主要原因是由于弥散细小的第二相粒子与位错的交互作用(位错绕过或切过第二相粒子), 阻碍了位错的运动, 从而提高了合金的塑性变形抗力.(关于加工硬化机理)在塑性变形过程中, 随着金属内部组织的变化, 金属的力学性能也将产生明显的变化, 即随着变形程度的增加, 金属的强度、硬度增加, 而塑性、韧性下降, 这一现象即为加工硬化或形变强化.关于加工硬化的原因, 目前普遍认为与位错的交互作用有关. 随着塑性变形的进行, 位错密度不断增加, 因此位错在运动时的相互交割加剧, 产生固定割阶、位错缠结等障碍, 使位错运动的阻力增大, 引起变形抗力的增加, 从而提高了金属的强度.11. 孪生变形特点.答: 孪生变形是金属塑性变形的基本方式之一, 是指在切应力的作用下, 晶体的一部分沿一定的晶面(孪生面)和一定的晶向(孪生方向)相对于另一部分晶体作均匀地切变, 在切变区域内, 与孪生面平行的每层原子的切变量与它距孪生面的距离成正比, 并且不是原子间距的整数倍. 其特点为:(1) 孪生变形引起的切变不会改变晶体的点阵类型, 但可使变形部分的位向发生变化, 并且与未变形部分的晶体以挛晶界为分界面构成了镜面对称的位向关系.(2) 一般说来, 孪生的临界分切应力要比滑移的临界分切应力大得多, 只有在滑移很难进行的条件下, 晶体才进行孪生变形.(3) 孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多, 例如镉单纯依靠孪生变形只能获得7.4% 的伸长率. 但是, 由于孪生变形后晶体位向发生变化, 可能使原来取向不利的滑移系转变为新的有利取向, 从而引发晶体的进一步滑移, 提高金属的塑性变形能力.(4) 孪生变形的速度极快, 常引起冲击波, 发出音响.12. 根据阿累尼乌斯(Arrhenius)公式: D = D0exp(-Q/RT), 分析影响扩散的主要因素.答: 上述公式中, Q为原子扩散激活能, T为温度, 它们是影响扩散的主要因素. 很显然, Q 越小, 或扩散温度T 越高, 则D越大, 扩散越易进行. 而扩散激活能Q取决于材料的键能. 高熔点纯金属的键能高于低熔点的, 因此前者的激活能较高, 其自扩散系数较小; 通常致密度大的晶体结构中, 原子扩散激活能较高, 扩散系数较小; 不同类型的固熔体, 熔质原子的扩散激活能不同, 间隙原子的扩散激活能都比置换原子的小, 所以扩散速度比较大; 晶体缺陷处, 原子排列混乱, 能量较高, 激活能往往较低, 因此扩散容易. 对于一定的晶体结构来说, 表面扩散最快, 晶界次之, 亚晶界又次之, 晶内最慢; 在位错、.空位等缺陷处的原子比完整晶格处的原子扩散容易得多.13. (扩散的微观机理)间隙/空位机制.答: (1) 间隙机制: 晶体中存在的间隙原子通过晶格间隙之间的跃迁实现的扩散; 间隙固熔体中间隙原子(C,H,N,O 等)的扩散就是这种机制; 为了实现这种扩散, 扩散原子必须具有越过能垒的自由能.(2) 空位机制: 晶体中扩散原子离开自己的点阵位置去填充空位, 而原先的点阵位置形成了新的空位, 如此反复, 实现原子的扩散; 置换固熔体(或纯金属)中原子的扩散即为空位扩散; 在空位扩散中, 扩散原子除具有越过能垒的自由能外, 还必须具有空位形成能.14. 简述Cu-Ni 扩散偶惰性标记移动规律及其原因.答: Cu-Ni 扩散偶惰性标记会向Ni 棒一侧移动. 由于Ni 的熔点(1452℃)比Cu 的熔点(1083℃)高, 表明Ni 原子的结合能高于Cu 原子的, 因此, 扩散偶中Ni 原子进入Cu 晶体点阵要比Cu 原子进入Ni 晶体点阵容易, 即Ni 原子在Cu 棒中的扩散速度要快于Cu 原子在Ni 棒中的扩散速度, Ni 原子向Cu 棒一侧发生了物质的净输送, 其结果就是惰性标记往Ni 棒一侧移动.15. 成分过冷条件及其影响因素.16. 包晶反应速度慢的原因.17. 正常凝固合金圆棒宏观偏析规律.18. 纯金属晶体长大形态与温度梯度的关系.19. 纯金属晶体长大机制.20. 润湿角对异质形核功的影响规律.21. 均匀形核率与过冷度的关系及其原因.答: 均匀形核时, 形核率方程为exp()exp()A Q N C kT kT=-- 式中, A 为临界晶核的形核功; Q 为原子越过液-固界面的扩散激活能; T 为温度.上式表明, 过冷度对形核率的影响受形核功和原子扩散激活能控制: 一方面, 当过冷度较小时, N 与exp(-A / kT ) 成正比, 故随着过冷度的增大, exp(-A / kT ) 数值也增大, 形核率就越大; 另一方面, 当过冷度足够大时, 随着过冷度的增大, 原子扩散速度要减慢, 此时, N 主要受exp(-Q / kT ) 数值影响, 而Q 值随温度改变很小, 故随着过冷度的增大, 形核率反而减小.22. 金属结晶的热力学、动力学、结构和能量条件.23. 间隙固熔体两组元不能无限互熔的原因.24. 分析γ-Fe熔碳量高于α-Fe的原因.三、作图/计算题类型1. 晶面/晶向绘制(应掌握三轴系统的).2. 典型结构金属滑移系表示及绘制.3. 典型二元合金相图绘制(共晶型/包晶型).4. 合金平衡凝固冷却曲线绘制.5. 合金平衡结晶金相组织图绘制.6. 根据点阵类型, 参数及原子量计算晶体材料的密度.12、已知Cu的原子量为63.5，原子半径是0.1278 nm。