材料科学基础试题库(内附部分自己整理答案)

《材料科学基础》试题库一、选择1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中 __C___。

A、两组元的原子尺寸不同B、仅一组元的扩散C、两组元的扩散速率不同2、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 __B___。

A、单相区中B、两相区中C、三相平衡水平线上3、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4、原子扩散的驱动力是 _B____。

A、组元的浓度梯度B、组元的化学势梯度C、温度梯度5、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为 __C___。

A、原子互换机制B、间隙机制C、空位机制6、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 _B____。

A、肖脱基缺陷B、弗兰克尔缺陷C、线缺陷7、理想密排六方结构金属的c/a为 __A___。

A、1.6B、2×√(2/3)C、√(2/3)8、在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及 __A___。

A、单相区B、两相区C、三相区9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是 _____。

（其中Ko是平衡分配系数）A、1<Ke<K0B、Ko<Ke<1C、Ke<K0<110、面心立方晶体的孪晶面是 _____。

A、{112}B、{110}C、{111}11、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、1/3B、2/3C、3/412、金属结晶过程中（ C ）：a、临界晶核半径越大，形核越易；b、临界晶核形成功越大，形核越易；c、过冷度越大，形核越易；d、均质形核比非均质形核容易。

13、三元相图中（）：a、垂直截面图上可应用杠杆定律；b、垂直截面图上三相区域为直边三角形；c、四相共晶反应平面在成份投影图上为曲边四边形；d、四相反应为等温反应。

14、三、判断正误(每小题1分，共10分)正确的在括号内画“√”，错误的画“×”1. 金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。

( x)2. 作用在位错线上的力F的方向永远垂直于位错线并指向滑移面上的未滑移区。

( 0 )3. 只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则不能。

( 0 )4. 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减小，因此是一个自发过程。

( x )5. 固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔGB ＜0、结构起伏和能量起伏。

(x )6. 三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。

( 0 )7. 物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。

( x )8. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排方向。

( 0 )9. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两种转变的难易程度相似。

( x)10. 除Co以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使C曲线左移，从而增加钢的淬透性。

( x )四、简答1、简述工程结构钢的强韧化方法。

（20分）2、简述Al-Cu二元合金的沉淀强化机制（20分）强化机制是AL与CU行成置换固熔体增大其位错运动阻力，达到提高其强度和硬度的作用所以其强化机制叫：固溶强化3、为什么奥氏体不锈钢（18-8型不锈钢）在450℃～850℃保温时会产生晶间腐蚀？如何防止或减轻奥氏体不锈钢的晶间腐蚀？室温下碳元素在奥氏体的溶解度很小，约0．02-0．03％ (质量分数)，而一般奥氏体钢中含碳量均超过0．02-0．03％，因此只能在淬火状态下使碳固溶在奥氏体中，以保证钢材具有较高的化学稳定性。

但是这种淬火状态的奥氏体钢当加热到450～850~(2或在该温度下长期使用时，碳在奥氏体中的扩散速度大于铬在奥氏体中的扩散速度。

当奥氏体中含碳量超过它在窀温的溶解度(0．02-0．03％)后。

碳就不断地向奥氏体晶粒边界扩散，并和铬化合，析出碳化铬Gr23C6。

但是铬的原子半径较大，扩散速度较小，来不及向边界扩散，品界附近大量的铬和碳化合形成碳化铬，所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部，而是来自品界附近。

结果就使晶界附近的铬含量大为减少，当品界含铬量小于l2％ (质量分式)时，就形成“贫铬区”。

造成奥氏体边界贫铬，当晶界附近的金属含量铬量低于l2％时就失去了抗腐蚀的能力，在腐蚀介质作用下，就在晶粒之『自】产生腐蚀即产生晶问腐蚀。

从上可知，晶间腐蚀产卡的根本原因是由于晶粒边界形成贫铬层造成的。

(1)控制含碳量 (2)添加稳定剂(3)进行固溶处理(4)采用双相组织 (5)加快冷却速度4、为什么大多数铸造合金的成分都选择在共晶合金附近？因为选在共晶合金附近结晶温度区间小，所以液体流动性好啊，流动性好，充型能力好，充型能力好，铸件获得完整的结构，精度也较高.液固相线距离大→枝晶偏析倾向愈大，合金流动性也愈差，形成分散缩孔的倾向也愈大，使铸造性能恶化。

所以铸造合金的成分常取共晶成分和接近共晶成分或选择5、什么是交滑移?为什么只有螺位错可以发生交滑移而刃位错却不能？交滑移：晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移。

螺位错的交滑移：螺位错从一个滑移面转移到与之相交的另一滑移面的过程；螺位错的柏氏矢量与位错线平行，因此包含位错线的所有晶面都可以是螺位错的滑移面，因此当螺位错滑移受阻时，他可以在另外一个晶面上进行滑移。

但是刃位错的柏氏矢量与位错线垂直，他的滑移面就只有由位错线和柏氏矢量构成的平面，所以他只能在这个面上滑移，故不能发生交滑移6、根据溶质原子在点阵中的位置，举例说明固溶体相可分为几类？固溶体在材料中有何意义？1、置换固溶体溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。

当溶剂和溶质原子直径相差不大，一般在15％以内时，易于形成置换固溶体。

铜镍二元合金即形成置换固溶体，镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子。

2、间隙固溶体溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称间隙固溶体。

间隙固溶体的溶剂是直径较大的过渡族金属，而溶质是直径很小的碳、氢等非金属元素。

其形成条件是溶质原子与溶剂原子直径之比必须小于0.59。

如铁碳合金中，铁和碳所形成的固溶体――铁素体和奥氏体，皆为间隙固溶体。

7、固溶体合金非平衡凝固时，有时会形成微观偏析，有时会形成宏观偏析，原因何在？8、应变硬化在生产中有何意义？作为一种强化方法，它有什么局限性？9、一种合金能够产生析出硬化的必要条件是什么？10、比较说明不平衡共晶和离异共晶的特点。

11、枝晶偏析是怎么产生的？如何消除？结晶温度间隔宽的固溶体合金，当冷却速度快时，发生不平衡结晶，先结晶的成分来不及充分扩散，使先结晶的主干与后结晶的支干及支干间的成分产生差异，形成枝晶偏析。

偏析程度取决于合金液凝固时的冷却速度、偏析元素扩散速度及受液固相线温度间隔支配的溶质平衡分配系数。

液固相线温度间隔大的固溶体类合金，当凝固冷却速度较快时，易发生不平衡结晶，使先结晶成分来不及充分扩散而形成枝晶偏析.1.适当提高熔炼温度，加强对合金液的脱气、除渣、精炼、变质和孕育处理，加强搅拌，使合金液均匀、净化2.易产生枝晶偏析的合金，可加入适量晶粒细化剂或微冷铁3.易产生枝晶偏析的合金，可通过调整浇注温度和浇注速度、控制型温来控制铸件的凝固冷却速度，使之与溶质的分配和扩散相匹配4.均匀化退火可消除枝晶偏析12、请简述影响扩散的主要因素有哪些.(1)温度；（2）晶体结构与类型；（3）晶体缺陷；（4）化学成分。

13、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？相同点：小原子溶入。

不同点：间隙固溶体保持溶剂（大原子）点阵；间隙相、间隙化合物改变了大原子点阵，形成新点阵。

间隙相结构简单；间隙化合物结构复杂14、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？临界晶核的物理意义：可以自发长大的最小晶胚（或，半径等于rk的晶核）形成临界晶核的充分条件：（1）形成r≥rk的晶胚；（2）获得A≥A*（临界形核功）的形核功。

15、请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。

热力学条件ΔG < 0 ；结构条件： r > r* ；能量条件：A > ΔG max ；成分条件。

16、为什么钢的渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行？若不在γ-Fe相区进行会有什么结果？γ相是原始生长相，固溶度高，渗碳可以均匀分布在组织结构中。

温度过低的其他相，比如马氏体，或珠光体的，不能均匀扩散到组织结构中，偏析严重，导致强度降低。

温度过高，组织会重新生核成长，会破坏原来的组织结构19、位错密度有哪几种表征方式？体密度：即单位体积内的位错线长度；面密度：即垂直穿过单位面积的位错线根数。

20、淬透性与淬硬性的差别。

淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力；淬硬性是指在一定条件下淬火后获得马氏体组织所能达到的最高硬度。

22、马氏体相变的基本特征？（12分）1.无扩散性2.切变性，即由母相变为新相的晶格改组过程是以切变方式进行的3.具有一定的晶体学位相关系的惯习面，即共格切变4.转变在一定的温度范围内进行5.快速转变，一般不需要孕育期6.转变不完全，会留有相当数量的残余奥氏体23、加工硬化的原因？（6分）产生加工硬化的主要原因是金属在塑性变形时晶粒产生滑移，滑移面和其附近的晶格扭曲，使晶粒伸长和破碎，金属内部产生残余应力等，因而继续塑性变形就变得困难，从而引起加工硬化。

24、柏氏矢量的意义？（6分）它描述了位错线上原子畸变特征、方向、大小；位错的畸变能和柏氏矢量的平方成正比.26、已知916℃时，γ-Fe 的点阵常数0.365nm ，（011）晶面间距是多少？（5分）面心立方的γ-Fe ，a ＝b ＝c ＝0.365nm ，对立方晶系，nm a d 03.12365.0110222==++=27、画示意图说明包晶反应种类，写出转变反应式？（4分）28、影响成分过冷的因素是什么？（9分）温度梯度（平缓有利）；凝固速度（越快越有利）；凝固范围（越大越有利）。

29、单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么？（9分）只有一个滑移系统上的分切应力最大并达到临界分切应力，形成单滑移，这种情况下，加工硬化最弱；当拉力轴在晶体的特定取向上可能使几个滑移系的分切应力相等，在同时达到了临界分切应力时发生多滑移，这种情况下会发生加工硬化现象；交滑移是螺旋位错在两个相交的滑移面上运动，当螺型位错在一个滑移面上运动遇到障碍会转到另一个滑移面上继续滑移，滑移方向不变。

交滑移影响材料的塑性。

30、简要说明纯金属中晶粒细度和材料强度的关系，并解释原因。

（6分）210dk y ys +=σσHall-Petch 霍尔-佩奇公式，细度减小，屈服强度增加，用晶界位错塞积模型解释。

对粗晶粒，晶界塞积的位错多，产生应力集中大，在变形传递中容易使位错源开动，因此屈服强度低。