《材料科学基础》复习提纲

《材料科学基础》复习提纲
一、（共20分）名词解释（每个名词2分）
简单正交点阵、晶向族、无限固溶体、配位数、交滑移、大角度晶界、上坡（顺）扩散、形核功、回复、滑移系
底心正交点阵、晶面族、有限固溶体、致密度、攀移、小角度晶界、下坡（逆）扩散、形核率、再结晶、孪生
二、（共30分）简要回答下列问题
1、计算面心立方晶体的八面体间隙尺寸。

2、简述固溶体与中间相的区别。

3、已知两个不平行的晶面（h1k1l1）和（h2k2l2），求出其所属的晶带轴。

4、计算面心立方晶体{111}晶面的面密度。

5、简述刃型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。

6、简述刃型位错攀移的实质。

7、简述在外力的作用下，螺型位错的可能运动方式。

8、当碳原子和铁原子在相同温度的 -Fe中进行扩散时，为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数？
9、简述单组元晶体材料凝固的一般过程。

10、如图，已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O 合金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％C，而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为50% A、10%B、40%C，写出图中I和P合金的室温平衡组织。

1、计算体心立方晶体的八面体间隙尺寸。

2、简述决定组元形成固溶体与中间相的因素。

3、已知二晶向[u1v1w1]和[u2v2 w2]，求出由此二晶向所决定的晶面指数。

·
4、计算体心立方晶体{110}晶面的面密度。

5、简述螺型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。

6、简述刃型位错滑移的实质。

7、简述在外力的作用下，刃型位错的可能运动方式。

8、当碳原子和铁原子在相同温度的a-Fe 中进行扩散时，为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数？
9、简述纯金属凝固的基本条件。

10、如图，已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O合
金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％C，而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为
%、(A+B)%和(A+B+C)%的相对量。

50% A、10%B、40%C，试计算A
初
三、（8分）A-B二元相图回答下列问题
Mg-Ni系的一个共晶反应为：507℃ L(23.5Wt.%Ni)<=>α(纯镁)+Mg2Ni(54.6Wt.%Ni)
设C
1为亚共晶合金，C
2
为过共晶合金，这两种合金中的先共晶相的重量分数相等，但C
1
合
金中的α总量为C
2合金中的α总量的 2.5倍，试计算C
1
和C
2
的成分。

根据下列条件画出一个二元系相图，A和B的熔点分别是1000℃和700℃，含w
B
=0.25的
合金正好在500℃完全凝固，它的平衡组织由73.3%的先共晶。

和26.7%的(α+β)
共晶
组成。

而w
B ＝0.50的合金在500℃时的组织由40%的先共晶α和60%的(α+β)
共晶
组成，并且此合金
的α总量为50%。

四、铁碳相图（共16分）
1、Fe-Fe
3
C相图中三相恒温转变的类型？并写出相应的反应式。

（6分）
2、分析含0.65%C的Fe-C合金的平衡凝固过程。

（6分）
3、计算其室温平衡组织中相组成物和组织组成物的相对量。

（4分）
1、画出Fe-Fe
3
C相图，并标出其室温下的平衡组织。

（6分）
2、分析含0.9%C的Fe-C合金的平衡凝固过程。

（6分）
3、计算其室温平衡组织中相组成物和组织组成物的相对量。

（4分）
五、扩散问题（8分）
指出影响晶体中原子扩散的主要因素，并分析这些因素对晶体中原子扩散的影响规律。

简述扩散的驱动力？为什么二元系反应扩散后的扩散层组织中不存在两相混合区？六、强化理论（8分）
金属材料经冷加工变形后，其强度、硬度显著提高，而塑性、韧性则急剧下降，为什么？
与单晶体相比较，多晶体的塑性变形行为表现出何种特点？为什么？
第一章材料的晶体结构
概念：
简单三斜点阵、简单单斜点阵、底心单斜点阵、简单正交点阵、底心正交点阵、体心正交点阵、面心正交点阵、六方点阵、菱方点阵、简单正方点阵、体心正方点阵
空间点阵、晶体结构、晶胞、多晶型性（同素异构性）、晶带、晶带轴、晶带定律、配位数、致密度、原子面密度、八面体间隙、四面体间隙、晶向族、晶面族
晶体的对称要素、宏观对称要素、微观对成称要素
置换固溶体、间隙固溶体、无限固溶体、有限固溶体、无序固溶体、有序固溶体、正常价化合物、电子浓度化合物、间隙相、间隙化合物
简答：
简述晶体结构与空间点阵的区别。

画出面心立方晶体中（111）面上的[112]晶向。

已知两个不平行的晶面（h1k1l1）和（h2k2l2），则求出其所属的晶带轴。

已知二晶向[u1v1w1]和[u2v2 w2]，求出由此二晶向所决定的晶面指数。

已知三个晶面(h1k1l1)、(h2k2 l2)和(h3k3l3)，问此三个晶面是否在同一个晶带？
已知三个晶轴[u1v1w1]、[u2v2w2]和[u3v3w3]，问此三个晶轴是否在同一个晶面上？
判断(110)、(132)和(311)晶面是否属于同一晶带。

计算面心立方晶体的八面体间隙尺寸。

计算体心立方晶体的八面体间隙尺寸。

分别画出面心立方、体心立方、密排六方晶胞，并分别计算面心立方、体心立方、密排六方晶体的致密度；分别计算面心立方晶体{111}晶面和体心立方晶体{110}晶面原子面密度。

简述固溶体与中间相的区别。

简述决定组元形成固溶体与中间相的因素。

简述影响置换固溶体溶解度的因素。

简述影响间隙固溶体溶解度的因素。

比较间隙相和间隙化合物这两种原子尺寸因素化合物的不同之处。

Mg2Si、NiAl、Cr23C6、Fe3C、Fe4N、VC、Cu3Al、CuZn3化合物中，哪些属于正常价化合物？电子浓度化合物？间隙相？
第二章晶体缺陷
概念：
空位，间隙原子、肖脱基空位、弗兰克尔空位
刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错的滑移、交滑移、攀移、双交滑移、位错的交割、扭折、割阶晶界、大角度晶界、小角度晶界、对称倾侧小角度晶界、扭转小角度晶界
简答：
指出刃型位错与螺型位错在结构方面的不同之处。

一个环形位错能否各部分均为刃型位错或螺型位错？为什么？
简述刃型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。

简述螺型位错线方向、柏氏矢量方向、位错运动方向及晶体运动方向之间的关系。

简述位错滑移的实质。

简述位错攀移的实质。

位错的滑移面与晶体滑移面的区别
简述在外力的作用下，刃型位错的可能运动方式。

简述在外力的作用下，螺型位错的可能运动方式。

面心立方晶体中（111）晶面上的[]
10121b =
螺型位错在滑移过程中受阻时，将通过交滑移转移到哪一个{111}晶面上继续滑移？为什么？ 位错的交割，如柏氏矢量和位错线均相互垂直的刃型位错的交割。

简述弗兰克-瑞德（Frank - Read ）位错增殖机制。

第三章 固体中的扩散
概念：
扩散通量、扩散系数、间隙扩散机制、空位扩散机制、上坡（顺）扩散、下坡（逆）扩散、空位扩散激活能、间隙扩散激活能、稳态扩散、非稳态扩散过程
简答：
当碳原子和铁原子在相同温度的（a-Fe ）γ-Fe 中进行扩散时，为何碳原子的扩散系数大于铁原子的扩散系数？
简要说明原子的间隙扩散机制。

简要说明空位扩散机制。

针对实际渗碳问题，根据已知条件计算达到一定渗层深度所需要的时间或计算经过一定渗碳时间后所达到的渗层深度。

在827︒C 和渗碳927︒C 下分别向含碳量为0.2%的碳钢中渗碳，假定不同温度下钢表面的碳含量始终维持在1.2%，若规定渗碳层深度测量至含碳量为0.35%处，且在不同温度下碳在γ-Fe 中的溶解度差别忽略不计，请计算927︒C 渗碳10小时后所达到的渗碳层深度应为827︒C 渗碳10小时后的渗碳层深度的多少倍？（已知D 0 = 2 ⨯ 10-5 m 2/s ，Q = 140 ⨯ 103
J/mol ）
在927︒C 下向含碳量为0.2%的钢中渗碳，假定渗碳期间钢表面的碳含量始终维持在1.2%，且渗碳层厚度定义为从表面起测量至0.4%C 处止，若已知D 0 = 2 ⨯ 10-5 m 2/s ，Q = 140 ⨯ 103 J/mol ，请计算经过2小时渗碳后的渗碳层厚度。

（写明计算步骤即可，不必计算出结果）
一块含0.1%C 的碳钢在930℃渗碳，渗到0.05cm 的地方碳的浓度达到0.45%。

在t>0的全部时间，渗碳气氛保持表面成分为1%，假设 D c 7=2.0×10-5exp(-140000/RT)(m 2/s)，(a) 计算渗碳时间；(b) 若将渗层加深一倍，则需多长时间？(c) 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？
为什么同一种原子在体心立方晶体中的扩散系数大于其在面心立方晶体中的扩散系数？
指出影响晶体中原子扩散的主要因素，并分析这些因素对晶体中原子扩散的影响规律。

为什么二元系反应扩散后的扩散层组织中不存在两相混合区？
简述扩散的驱动力？
第四章 材料的凝固
概念：
过冷度、动态过冷度、晶核、晶胚、均匀形核、非均匀形核、临界晶核、形核功、结构起伏、能量起伏、接触角、形核率、晶核长大线速度
简答：
简述单组元晶体材料凝固的一般过程。

纯金属凝固的基本条件？
纯组元在冷却至一定温度以下发生凝固时，除了需要有结构起伏外，为何还需要有能量起伏？
何谓均匀形核和非均匀形核，二者之间的区别？
指出材料凝固过程中可以细化晶粒的主要途径及相应的作用机理。

第五章相图
概念：
匀晶转变、共晶转变、包晶转变、伪共晶、离异共晶、晶内偏析、枝晶偏析、熔晶转变、合晶转变、偏晶转变、共析转变、包析转变、组织组成物、相组成物、铁素体、奥氏体、渗碳体、莱氏体、珠光体、一次渗碳体、二次渗碳体、直线法则、重心法则
简答：
指出单相固溶体合金的凝固过程与纯金属（或纯组元）的凝固过程之间的主要区别。

典型的固态互不溶解的三元共晶系合金的平衡凝固过程分析及室温组织组成物相对量的计算。

已知A、B、C三组元固态完全不互溶，成分为80％A、10％B、10％C的O合金在冷却过程中将进行二相共晶反应和三相共晶反应，在二元共晶反应开始时，该合金液相成分(a点)为60％A、20％B、20％C，而三元共晶反应开始时的液相成分(E点)为50% A、10%B、40%C。

(见下图5-3)
(a) 试计算A初%、(A+B)%和(A+B+C)%的相对量。

(b)写出图中I和P合金的室温平衡组织。

图5-3
为何三元系中的四相平衡共晶转变面为一平面？
画出Fe-Fe3C相图（标注各主要特性点的成分和温度，并按相组成物填注各相区）；说明铁素体、奥氏体、渗碳体、莱氏体、珠光体的概念及区别；三相恒温转变的类型及相应的反应式。

指出一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析渗碳体之间的主要区别。

指出七种铁碳合金的类别及其相应的室温平衡组织。

分析亚共析钢、过共析钢和亚共晶白口铸铁的平衡凝固过程，并分别计算上述合金的室温平衡组织中相组成物和组织组成物的相对量。

根据下列已知条件画出一个A-B二元系相图。

已知组元A和B的熔点分别为900︒C和700︒C；含B量为30%的合金在500︒C完全凝固后的平衡组织由80%的先共晶（或初晶）α相和20%的（α + β）共晶体组成，而含B量为55% 的合金在500︒C完全凝固后的平衡组织由50%的α相和50%的β相两相组成；且含
B量为70%的合金在500︒C平衡凝固后可得到100%的（α + β）共晶体。

第六章材料的塑性变形与再结晶
概念：
滑移，滑移方向、滑移面、滑移系、临界分切应力、孪生、孪晶、加工硬化、固溶强化、晶粒细化强化、第二相强化、回复、再结晶
简答：
面心立方结构的晶体比具有体心立方和密排六方结构的晶体更易发生滑移，为什么？
金属材料经冷加工变形后，其强度、硬度显著提高，而塑性、韧性则急剧下降，为什么？
用多晶体的塑性变形理论分析细化晶粒能够有效地提高材料强度的主要原因。

与单晶体相比较，多晶体的塑性变形行为表现出何种特点：强度增加；晶粒越小，强度越大
为何合金固溶体中会产生固溶强化？并说明影响固溶强化的因素
不可变形的按绕过机制进行；可变形的按切过机制进行；用所学理论说明可以有效地提高不同材料的强度的主要方法及其对应的强化机制。

合金化（加入合金元素）能够有效地提高材料强度的主要原因？
简述回复实质。

简述回复的基本过程。

简述高温回复过程及发生的主要标志。

再结晶的驱动力？发生再结晶的标志？
再结晶与结晶的异同点？再结晶形核的方式？
试述经过冷加工变形的材料在后续退火加热期间发生回复和再结晶的机制。