材料科學(xué)基礎(chǔ)題庫

1、單項(xiàng)選擇題：（每一道題1分）第1章原子結(jié)構(gòu)與鍵合1.高分子材料中的C-H化學(xué)鍵屬于e。（A）氫鍵（B）離子鍵（C）共價(jià)鍵2.屬于物理鍵的是b。（A）共價(jià)鍵（B）范德華力（C）氫鍵3.化學(xué)鍵中通過共用電子對(duì)形成的是a。（A）共價(jià)鍵（B）離子鍵（C）金屬鍵第2章固體結(jié)構(gòu)4.面心立方晶體的致密度為C。（A）100%（B） 68%（C） 74%5. 體心立方晶體的致密度為B。（A）100%（ B）68%（ C） 74%6. 密排六方晶體的致密度為 C。（A）100%（ B） 68%（ C） 74%7. 以下不具有多晶型性的金屬是a。（A）銅（B ）錳（C）鐵8. 面心立方晶體的孿晶面是 c。（A）11

2、2（ B） 110（ C） 1119. fee、bee、hep三種單晶材料中，形變時(shí)各向異性行為最顯著的是 c（A）fee（ B） bee（ C） hep10. 在純銅基體中添加微細(xì)氧化鋁顆粒不屬于一下哪種強(qiáng)化方式？e（A ）復(fù)合強(qiáng)化（B）彌散強(qiáng)化（C ）細(xì)晶強(qiáng)化第3章晶體缺陷11. 刃型位錯(cuò)的滑移方向與位錯(cuò)線之間的幾何關(guān)系？（A）垂直（B）平行（C）交叉能進(jìn)行攀移的位錯(cuò)必然是（A）刃型位錯(cuò)（B）螺型位錯(cuò)13. 在晶體中形成空位的同時(shí)又產(chǎn)生間隙原子，這樣的缺陷稱為（A）肖特基缺陷（B）14. 原子遷移到間隙中形成空位（A）肖脫基缺陷（B）弗侖克爾缺陷-間隙對(duì)的點(diǎn)缺陷稱為Frank缺陷15. 以

3、下材料中既存在晶界、又存在相界的是（A）孿晶銅（B）中碳鋼16. 大角度晶界具有個(gè)自由度。(A) 3(B) 4第4章 固體中原子及分子的運(yùn)動(dòng)17. 菲克第一定律描述了穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的特征，即濃度不隨（A）距離（B）時(shí)間18. 在置換型固溶體中，原子擴(kuò)散的方式一般為_（A）原子互換機(jī)制19. 原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是（A）組元的濃度梯度（B）間隙機(jī)制（C ）混合位錯(cuò)(C)線缺陷(C)(C)堆垛層錯(cuò)亞共晶鋁硅合金(C) 5變化。（C）溫度（C）空位機(jī)制（B）組元的化學(xué)勢(shì)梯度（C）溫度梯度A和A-B合金焊合后發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)，測(cè)得界面向A試樣方向移動(dòng)，則（A）A組元的擴(kuò)散速率大于 B組元（B）B組元的擴(kuò)散速率大

4、于 A組元（C）A、B兩組元的擴(kuò)散速率相同20. 下述有關(guān)自擴(kuò)散的描述中正確的為c。（A）自擴(kuò)散系數(shù)由濃度梯度引起（B）自擴(kuò)散又稱為化學(xué)擴(kuò)散（C）自擴(kuò)散系數(shù)隨溫度升高而增加21. 固體中原子和分子遷移運(yùn)動(dòng)的各種機(jī)制中，得到實(shí)驗(yàn)充分驗(yàn)證的是b（A）間隙機(jī)制（B）空位機(jī)制（C）交換機(jī)制 第5章材料的形變和再結(jié)晶22. 在彈性極限二e范圍內(nèi)，應(yīng)變滯后于外加應(yīng)力，并和時(shí)間有關(guān)的現(xiàn)象稱為b（A）包申格效應(yīng)（B）彈性后效（C）彈性滯后23. 塑性變形產(chǎn)生的滑移面和滑移方向是a（A）晶體中原子密度最大的面和原子間距最短方向（B）晶體中原子密度最大的面和原子間距最長方向（C）晶體中原子密度最小的面和原子間距最

5、短方向24. bcc、fee、hcp三種典型晶體結(jié)構(gòu)中， c具有最少的滑移系，因此具有這種晶體結(jié)構(gòu)的材料塑性最差（A） bcc（ B） fcc（ C） hep25. a，位錯(cuò)滑移的派-納力越小。（A）位錯(cuò)寬度越大（B）滑移方向上的原子間距越大（C）相鄰位錯(cuò)的距離越大27. 已知Cu的Tm=1083 C,則Cu的最低再結(jié)晶溫度約為（A） 200 C（ B） 270 C28. 已知Fe的Tm=1538 C,則Fe的最低再結(jié)晶溫度約為（A） 350 C（ B） 450 C29. Cottrell氣團(tuán)理論對(duì)應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象的解釋是：a（A）溶質(zhì)原子再擴(kuò)散到位錯(cuò)周圍（B）位錯(cuò)增殖的結(jié)果30. 位錯(cuò)纏結(jié)的多邊

6、化發(fā)生在形變合金加熱的ab。（C） 350 Cb。（C） 550 C（C）位錯(cuò)密度降低的結(jié)果 階段。（A）回復(fù)（B）再結(jié)晶（C）晶粒長大b向移31. 再結(jié)晶晶粒長大的過程中，晶粒界面的不同曲率是造成晶界遷移的直接原因，晶界總是向著動(dòng)（A ）曲率中心（B）曲率中心相反（C）曲率中心垂直32. 純金屬材料的再結(jié)晶過程中，最有可能在以下位置首先發(fā)生再結(jié)晶形核b（A）小角度晶界（B）孿晶界（C）外表面33. 形變后的材料再升溫時(shí)發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象，則點(diǎn)缺陷濃度下降明顯發(fā)生在a（A）回復(fù)階段（B）再結(jié)晶階段（C）晶粒長大階段34. 形變后的材料在低溫回復(fù)階段時(shí)其內(nèi)部組織發(fā)生顯著變化的是 a。（A）點(diǎn)缺

7、陷的明顯下降（B）形成亞晶界（C）位錯(cuò)重新運(yùn)動(dòng)和分布c（C）晶界弓岀35. 對(duì)于變形程度較小的金屬，其再結(jié)晶形核機(jī)制為 （A ）晶界合并（B）晶界遷移36. 開始發(fā)生再結(jié)晶的標(biāo)志是：b（A）產(chǎn)生多變化B）新的無畸變等軸小晶粒代替變形組織（C）晶粒尺寸顯著增大37. 由于晶核產(chǎn)生于高畸變能區(qū)域，再結(jié)晶在 c部位不易形核（A）大角度晶界和孿晶界（B）相界面（C）外表面第6章單組元相圖及純晶體的凝固38. 凝固時(shí)在形核階段，只有核胚半徑等于或大于臨界尺寸時(shí)才能成為結(jié)晶的核心，當(dāng)形成的核胚半徑等于臨界半徑時(shí),體系的自由能變化a 。（A）大于零（B）等于零（C）小于零39. 形成臨界晶核時(shí)體積自由能的減

8、少只能補(bǔ)償表面能的b。（A） 1/3（ B） 2/3（ C） 3/440. 以下材料中，結(jié)晶過程中以非小平面方式生長的是b。（A）金屬鍺（B）氯化銨晶體（C）氧化硅41. 鑄錠凝固時(shí)如大部分結(jié)晶潛熱可通過液相散失時(shí)，則固態(tài)顯微組織主要為_a。（A）樹枝晶（B）柱狀晶（C）胞狀晶42. 凝固時(shí)不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪種方法？b（A）加入形核劑（B）減小液相過冷度（C）對(duì)液相實(shí)施攪拌第7章二元系相圖及其合金的凝固43. 在二元系合金相圖中，計(jì)算兩相相對(duì)量的杠桿法則用于 b。（A）單相區(qū)中（B）兩相區(qū)中（C）三相平衡水平線上44. 對(duì)離異共晶和偽共晶的形成原因，下述說法正確的是b。（A）離異共

9、晶只能經(jīng)非平衡凝固獲得（B）偽共晶只能經(jīng)非平衡凝固獲得（C）形成離異共晶的原始液相成分接近共晶成分45. 任一合金的有序結(jié)構(gòu)形成溫度 a無序結(jié)構(gòu)形成溫度。（A）低于（B）高于（C ）可能低于或高于多項(xiàng)選擇題：（每一道題2分）1. 以下同時(shí)具有方向性和飽和性的結(jié)合鍵的是 ac 。（A）共價(jià)鍵（B）離子鍵（C）氫鍵（D）金屬鍵（E）范德華力2. 晶體區(qū)別于其它固體結(jié)構(gòu)的基本特征有 abce。（A）原子呈周期性重復(fù)排列（B）長程有序 （C）具有固定的熔點(diǎn)（D）各向同性（E）各向異性3. 以下具有多晶型性的金屬是bee。（A ）銅（B ）鐵（C ）錳（D ）鈦（E）鉆4. 以下 abce等金屬元素在常

10、溫下具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)。（A ）鎂（B ）鋅（C ）鎘（D ）鉻（E）鈹5. 鐵具有多晶型性，在不同溫度下會(huì)形成ab等晶體結(jié)構(gòu)。（A ）面心立方（B ）體心立方（C）簡(jiǎn)單立方 （D ）底心立方 （E）密排六方6. 具有相同配位數(shù)和致密度的晶體結(jié)構(gòu)是 a e（A ）面心立方（B ）體心立方（C）簡(jiǎn)單立方 （D ）底心立方 （E）密排六方第6章7. 關(guān)于均勻形核，以下說法正確的是 acd。（A）體積自由能的變化只能補(bǔ)償形成臨界晶核表面所需能量的三分之二（B）非均勻形核比均勻形核難度更大（C）結(jié)構(gòu)起伏是促成均勻形核的必要因素（D）能量起伏是促成均勻形核的必要因素（E）過冷度 T越大，則臨界半徑越大

11、8. 以下說法中，abcd說明了非均勻形核與均勻形核之間的差異（A）非均勻形核所需過冷度更?。˙）均勻形核比非均勻形核難度更大（C）一旦滿足形核條件，均勻形核的形核率比非均勻形核更大（D）均勻形核試非均勻形核的一種特例（E）實(shí)際凝固過程中既有非均勻形核，又有均勻形核9. 晶體的長大方式有ade。（A）連續(xù)長大（B）不連續(xù)長大（C）平面生長（D）二維形核生長 （E）螺型位錯(cuò)生長10. 控制金屬的凝固過程獲得細(xì)晶組織的手段有 ace 。（A）加入形核劑（B）減小液相過冷度（C）增大液相過冷度 （D）增加保溫時(shí)間（E）施加機(jī)械振動(dòng) 第7章11. 二元相圖中，屬于共晶方式的相轉(zhuǎn)變有abed。（A ）共

12、晶轉(zhuǎn)變（B ）共析轉(zhuǎn)變（C ）偏晶轉(zhuǎn)變 （D ）熔晶轉(zhuǎn)變（E）合晶轉(zhuǎn)變12. 二元相圖中，屬于包晶方式的相轉(zhuǎn)變有abc。（A ）包晶轉(zhuǎn)變（B ）包析轉(zhuǎn)變 （C ）合晶轉(zhuǎn)變（D ）偏晶轉(zhuǎn)變（E）熔晶轉(zhuǎn)變13. 二元相圖必須遵循以下幾何規(guī)律：abede。（A）相圖中的線條代表發(fā)生相轉(zhuǎn)變的溫度和平衡相的成分（B）兩個(gè)單相區(qū)之間必定有一個(gè)由該兩相組成的兩相區(qū)把它們分開，而不能以一條線接界（C）兩個(gè)兩相區(qū)必須以單相區(qū)或三相水平線隔開（D）二元相圖中的三相平衡必為一條水平線（E）兩相區(qū)與單相區(qū)的分界線與等溫線相交時(shí)，其延長線應(yīng)進(jìn)入另一兩相區(qū)內(nèi)14. 構(gòu)成勻晶合金的兩種組元之間必須滿足以下條件： acde（

13、A）具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)相近（B）具有相同的熔點(diǎn)（C）具有相同的原子價(jià)（D）具有相似的電負(fù)性（E）原子半徑差小于 15%15.固溶體的平衡凝固包括abd等幾個(gè)階段。（A）液相內(nèi)的擴(kuò)散過程（B）固相內(nèi)的擴(kuò)散過程（C）液相的長大（E ）液固界面的運(yùn)動(dòng)（D ）固相的繼續(xù)長大判斷題：（在題后括號(hào)內(nèi)填入“對(duì)”或“錯(cuò)”，每題1分，共15分）第一章1. 離子鍵的正負(fù)離子相間排列，具有方向性，無飽和性。（錯(cuò)）2. 共價(jià)鍵通過共用電子對(duì)而成，具有方向性和飽和性。（對(duì)）3. 同位素的原子具有相同的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)。（錯(cuò)）第二章4. 復(fù)雜晶胞與簡(jiǎn)單晶胞的區(qū)別是，除在頂角外，在體心、面心或底心上有陣點(diǎn)。（對(duì)）5

14、. 晶體結(jié)構(gòu)的原子呈周期性重復(fù)排列，即存在短程有序。（錯(cuò)）6. 立方晶系中，晶面族111表示正八面體的面。（對(duì)）7. 立方晶系中，晶面族110表示正十二面體的面。（對(duì)）8. 晶向指數(shù)u v w和晶面指數(shù)（h k l ）中的數(shù)字相同時(shí)，對(duì)應(yīng)的晶向和晶面相互垂直。（對(duì)）9. bcc的間隙不是正多面體，四面體間隙包含于八面體間隙之中。（對(duì)）10. 溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)構(gòu)相同是置換固溶體形成無限固溶體的必要條件。（對(duì)）11. 非金屬和金屬的原子半徑比值 rx/rm0.59時(shí)，形成間隙化合物，如氫化物、氮化物。（錯(cuò)）12. 晶體中的原子在空間呈有規(guī)則的周期性重復(fù)排列；而非晶體中的原子則是無規(guī)則排列的。（對(duì)）

15、13. 選取晶胞時(shí)，所選取的正方體應(yīng)與宏觀晶體具有同樣的對(duì)稱性。（錯(cuò)）14. 空間點(diǎn)陣是晶體中質(zhì)點(diǎn)排列的幾何學(xué)抽象，只有14種類型，而實(shí)際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無限的。（對(duì)）15. 形成置換固溶體的元素之間能無限互溶，形成間隙固溶體的元素之間只能有限互溶。（錯(cuò)）16. 晶向所指方向相反，則晶向指數(shù)的數(shù)字相同，但符號(hào)相反。（對(duì)）第三章17. 弗蘭克缺陷是原子遷移到間隙中形成的空位-間隙對(duì)。（對(duì)）18. 位錯(cuò)線只能終止在晶體表面或界面上，而不能中止于晶體內(nèi)部。（對(duì)）19. 滑移時(shí)，刃型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向始終平行于位錯(cuò)線，而垂直于柏氏矢量。（錯(cuò)）20. 晶體表面一般為原子密度最大的面，其表面能與曲率有關(guān)：曲率

16、越大，表面能越大。（對(duì)）第四章21. 菲克定律描述了固體中存在濃度梯度時(shí)發(fā)生的擴(kuò)散，即化學(xué)擴(kuò)散。（對(duì)）22. 溫度越高，原子熱激活能越大，擴(kuò)散系數(shù)越大。（對(duì)）23. 置換固溶體中溶質(zhì)原子要高于間隙固溶體中的溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度。（錯(cuò)）24. 由于晶體缺陷處點(diǎn)陣畸變較大，原子處于較高的能量狀態(tài)，易于躍遷，故擴(kuò)散激活能較小。（對(duì)）第五章25. 滑移面和滑移方向總是晶體中原子密度最大的面和方向。（對(duì)）26. 再結(jié)晶過程中顯微組織重新改組，形成新的晶體結(jié)構(gòu)，因此屬于相變過程。（錯(cuò)）27. 晶界本身的強(qiáng)度對(duì)多晶體的加工硬化貢獻(xiàn)不大，而多晶體加工硬化的主要原因來自晶界兩側(cè)晶粒的位向差。（對(duì)）28.聚合型合金

17、的抗變形能力取決于兩相的體積分?jǐn)?shù)。（錯(cuò)）29.塑性變形會(huì)使金屬的導(dǎo)電性升高，抗腐蝕性下降。（錯(cuò)）30.原子密度最小的晶面上面間距最大、點(diǎn)陣阻力最小。（錯(cuò)）31.孿生臨界切應(yīng)力比滑移的大得多，只有在滑移很難進(jìn)行的條件下才會(huì)發(fā)生。（對(duì)）32.再結(jié)晶晶粒長大的驅(qū)動(dòng)力是來自晶界移動(dòng)后體系總的自由能的降低。（對(duì)）33.塑性加工產(chǎn)生硬化與位錯(cuò)間的交互作用及密度增加有關(guān)。（對(duì)）34.微觀內(nèi)應(yīng)力的作用范圍與晶粒尺寸為同一數(shù)量級(jí)。（對(duì)）第六章35.由于均勻形核需要的過冷度很大，所以液態(tài)金屬多為非均勻形核。（對(duì)）36.形核過程中，表面自由能是液固相變的驅(qū)動(dòng)力，而體積自由能是其阻力。（錯(cuò)）37.粗糙界面的材料一般只

18、有較小的結(jié)晶潛熱，所以生長速率較高。（對(duì)）第七章38.固溶體非平衡凝固情況下，固相內(nèi)組元擴(kuò)散比液相內(nèi)組元擴(kuò)散慢得多，故偏離固相線的程度大得多。（對(duì)）名詞解釋：（每一道題3分）1. 晶帶軸：所有平行或相交于同一直線的這些晶面構(gòu)成一個(gè)晶軸，此直線稱為晶帶軸。2. 多晶型性：固態(tài)金屬在不同的溫度和壓力條件下具有不同晶體結(jié)構(gòu)的特性。3. 固溶體：以某一組元為溶劑，在其晶體點(diǎn)陣中溶入其它組元原子所形成的均勻混合的固態(tài)溶體，繼續(xù)保持溶體的晶體結(jié)構(gòu)類型。4. 中間相：兩組元 A和B組成合金時(shí)，除了可以形成以 A為基或以B為基的固溶體外，所形成的晶體結(jié)構(gòu)與A、B兩組元均不相同的新相，稱為中間相5. 間隙相：由

19、過渡族金屬與 C N、H B等原子半徑較小的非金屬元素形成的金屬化合物6. 彌散強(qiáng)化：對(duì)于兩相合金來說，第二相粒子均勻分布在基體相上時(shí)，將會(huì)對(duì)基體相產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化作用。7. 應(yīng)變時(shí)效：將低碳鋼試樣拉伸到產(chǎn)生少量預(yù)塑性變形后卸載，然后重新加載，試樣不發(fā)生屈服現(xiàn)象，但若產(chǎn)生一定量的塑性變形后卸載，在室溫停留幾天或在低溫（如 150C）時(shí)效幾小時(shí)后再進(jìn)行拉伸，此時(shí)屈服點(diǎn)現(xiàn)象重新岀現(xiàn)，并且上屈服點(diǎn)升高，這種現(xiàn)象即應(yīng)變時(shí)效。8. 回復(fù)：冷變形金屬在退火時(shí)發(fā)生組織性能變化的早期階段，在此階段內(nèi)物理和力學(xué)性能的回復(fù)程度是隨溫度和時(shí)間變化的。9. 再結(jié)晶：隨著溫度上升，在變形組織的基體上產(chǎn)生新的無畸變?cè)俳Y(jié)晶晶

20、核，并逐漸長大形成等軸晶粒，從而取代纖維 狀變形組織的過程。10. 加工硬化：金屬材料在受到外力作用持續(xù)變形的過程中，隨著變形的增加，強(qiáng)度硬度增加，而塑韌性下降的現(xiàn)象。11. 均勻形核：新相晶核在目相中均勻地生成，即晶核由一些原子團(tuán)直接形核，不受雜質(zhì)粒子或外表面的影響的形核過程。12. 非均勻形核：新相優(yōu)先在目相中存在的異質(zhì)處形核，即依附于液相中的雜質(zhì)或外來表面形核。13. 過冷度：晶體材料的實(shí)際凝固凝固溫度低于理論凝固溫度的差值，用訂表示。14. 連續(xù)長大：粗糙界面情況下，液固界面的固相一側(cè)上一半的原子位置空著，液相原子較容易進(jìn)入這些位置與固相結(jié)合，晶體便以連續(xù)方式向液相中生長。15. 負(fù)溫

21、度梯度：液相溫度隨液固界面的距離增大而降低的溫度梯度情況。16. 樹枝狀生長：在負(fù)溫度梯度情況下，當(dāng)部分相界面生長凸岀到液相中，由于過冷度更大，使凸岀部分的生長速度增大而進(jìn)一步伸向液體中，液固界面不能保持平面狀而會(huì)形成許多伸向液體的分枝，同時(shí)這些晶枝上又可能會(huì)長出二次晶枝。晶體的這種生長方式稱為樹枝狀生長。17. 勻晶轉(zhuǎn)變：18. 包晶轉(zhuǎn)變：19. 平衡凝固：指凝固過程中的每個(gè)階段都能達(dá)到平衡，即在相變過程中有充分時(shí)間進(jìn)行組元間的擴(kuò)散，以達(dá)到平衡相的成分。20. 非平衡凝固：在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，合金溶液澆濤后的冷卻速度較快，使凝固過程偏離平衡條件，稱為非平衡凝固。21. 枝晶偏析：固溶體通常以樹

22、枝狀生長方式結(jié)晶，非平衡凝固導(dǎo)致先結(jié)晶的枝干和后結(jié)晶的枝間的成分不同，故稱為枝晶偏析。22. 共晶轉(zhuǎn)變：由液相同時(shí)結(jié)晶岀兩種固相的過程稱為共晶轉(zhuǎn)變。該轉(zhuǎn)變?yōu)楹銣剞D(zhuǎn)變。23. 偽共晶：在非平衡凝固條件下，由某些亞共晶或過共晶成分的合金在過冷條件下也能得全部的共晶組織，這種由非共晶成分的合金所得到的共晶組織稱為偽共晶。24. 離異共晶：在平衡凝固條件下應(yīng)為單相固溶體的合金，在快速冷卻條件下岀現(xiàn)的少量共晶組織稱為非平衡共晶，或稱為離異共晶。簡(jiǎn)答題：（每一道題4分）第1章1. 原子間的結(jié)合鍵共有幾種？各自特點(diǎn)如何？（分）答：1、化學(xué)鍵包括：金屬鍵：電子共有化，既無飽和性又無方向性離子鍵：以離子而不是以

23、原子為結(jié)合單元，要求正負(fù)離子相間排列，且無方向性，無飽和性共價(jià)鍵：共用電子對(duì)；飽和性；配位數(shù)較小，方向性2、物理鍵如范德華力，系次價(jià)鍵，不如化學(xué)鍵強(qiáng)大3、氫鍵：分子間作用力，介于化學(xué)鍵與物理鍵之間，具有飽和性第2章2. 試從晶體結(jié)構(gòu)的角度，說明間隙固溶體、間隙相及間隙化合物之間的區(qū)別（分）答：溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體成為間隙固溶體。形成間隙固溶體的溶質(zhì)原子通常是原子半徑小于0.1nm的非金屬元素，如H、B、C、N、O等。間隙固溶體保持溶劑的晶體結(jié)構(gòu)，其成分可在一定固溶度極限值內(nèi)波動(dòng)，不能用 分子式表示。（2分）間隙相和間隙化合物屬于原子尺寸因素占主導(dǎo)地位的中間相。也是原子半徑較

24、小的非金屬元素占據(jù)晶格的間隙，然而間隙 相、間隙化合物的晶格與組成他們的任一組元晶格都不相同，其成分可在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。組成它們的組元大致都具有一 定的原子組成比，可用化學(xué)分子式來表示。（2分）當(dāng)rB/rA<0.59時(shí)，通常形成間隙相，其結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)，具有極高的熔點(diǎn)和硬度；當(dāng)佗/">0.59時(shí)，形成間隙化合物，其結(jié)構(gòu)為復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。（2分）3. 試以表格形式歸納總結(jié) 3種典型的晶體結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特征。（分）答：書上表第3章4. 簡(jiǎn)述晶體中產(chǎn)生位錯(cuò)的主要來源。（分）答：晶體中的位錯(cuò)來源主要可有以下幾種。IL晶體生長過程中產(chǎn)生位錯(cuò)。其主要來源有： 由于熔體中雜質(zhì)原子在凝

25、固過程中不均勻分布使晶體的先后凝固部分成分不同，從而點(diǎn)陣常數(shù)也有差異，可能形成位 錯(cuò)作為過渡；（1分） 由于溫度梯度、濃度梯度、機(jī)械振動(dòng)等的影響，致使生長著的晶體偏轉(zhuǎn)或彎曲引起相鄰晶塊之間有位相差，它們之間就會(huì)形成位錯(cuò)；（1分） 晶體生長過程中由于相鄰晶粒發(fā)生碰撞或因液流沖擊，以及冷卻時(shí)體積變化的熱應(yīng)力等原因會(huì)使晶體表面產(chǎn)生臺(tái)階或 受力變形而形成位錯(cuò)。（1分）“由于自高溫較快凝固及冷卻時(shí)晶體內(nèi)存在大量過飽和空位，空位的聚集能形成位錯(cuò)。（1分）訃晶體內(nèi)部的某些界面（如第二相質(zhì)點(diǎn)、孿晶、晶界等）和微裂紋的附近，由于熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的作用，往往出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，當(dāng)此應(yīng)力高至足以使該局部區(qū)域發(fā)生滑移時(shí)

26、，就在該區(qū)域產(chǎn)生位錯(cuò)。（1分）5. 簡(jiǎn)述晶界具有哪些特性？答：1）晶界處點(diǎn)陣畸變變大，存在晶界能，故晶粒長大和晶界平直化是一個(gè)自發(fā)過程。2 ）晶界處原子排列不規(guī)則，從而阻礙塑性變形，強(qiáng)度更高。這就是細(xì)晶強(qiáng)化的本質(zhì)。3）晶界處存在較多缺陷（位錯(cuò)、空位等），有利原子擴(kuò)散。4）晶界處能量高，固態(tài)相變先發(fā)生，因此晶界處的形核率高。5）晶界處成分偏析和內(nèi)吸附，又富集雜質(zhì)原子，因此晶界熔點(diǎn)低而產(chǎn)生“過熱”現(xiàn)象。6）晶界能高，導(dǎo)致晶界腐蝕速度比晶粒內(nèi)部更高。6. 對(duì)于同一種晶體，它的表面能與晶界能（相同的面積）哪一個(gè)較高？為什么？（分）答：對(duì)于同一種晶體，晶界能比表面能高（1分）。推導(dǎo)如下：假設(shè)晶體的理想光

27、滑的兩個(gè)等面積平面合攏，會(huì)形成一個(gè)晶體內(nèi)界面，該界面的能量相當(dāng)于兩個(gè)外表面之和，且理想狀態(tài)下破壞該界面結(jié)合所需要的能量相當(dāng)于鍵合能。即相同面積下，E晶界E完整晶體鍵合能2倍E表面（2分）第4章7. 簡(jiǎn)述影響固體中原子和分子擴(kuò)散的因素有哪幾方面。（分）答：I、 溫度；2、固溶體類型；3、晶體結(jié)構(gòu)；4、晶體缺陷；5、化學(xué)成分；6、應(yīng)力的作用（各 0.5 分）第5章&簡(jiǎn)述金屬材料經(jīng)過塑性變形后，可能會(huì)發(fā)生哪些方面性能的變化。（分）答：（1）加工硬化：塑性變形后，性能上最為突岀的變化是強(qiáng)度（硬度）顯著提高，塑性迅速下降。（1分）（2）腐蝕速度：塑變使擴(kuò)散過程加速，腐蝕速度加快（1分）（3）密度

28、：對(duì)含有鑄造缺陷（如氣孔、疏松等）的金屬經(jīng)塑性變形后可能使密度上升（1分）（4）彈性模量：塑變使彈性模量升高（1分）（5）電阻率：塑性變形使金屬的電阻率升高。變化程度因材質(zhì)而異。（1分）（6）另外，塑性變形還會(huì)引起電阻溫度系數(shù)下降、導(dǎo)磁率下降、導(dǎo)熱系數(shù)下降。（1分）9. 金屬的退火處理包括哪三個(gè)階段？簡(jiǎn)述這三個(gè)階段中晶粒大小、結(jié)構(gòu)的變化。（分）答：退火過程分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個(gè)階段。 回復(fù)是指新的無畸變晶粒出現(xiàn)之前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段； 再結(jié)晶是指岀現(xiàn)無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程；晶粒長大是指再結(jié)晶結(jié)束之后晶粒的繼續(xù)長大。（3分）在回復(fù)階段，由于不發(fā)生大角度晶界的

29、遷移，所以晶粒的形狀和大小與變形態(tài)的相同，仍保持著纖維狀或扁平狀，從光 學(xué)顯微組織上幾乎看不岀變化。在再結(jié)晶階段，首先是在畸變度大的區(qū)域產(chǎn)生新的無畸變晶粒的核心，然后逐漸消耗周圍 的變形基體而長大，直到形變組織完全改組為新的、無畸變的細(xì)等軸晶粒為止。最后，在晶界表面能的驅(qū)動(dòng)下，新晶?；?相吞食而長大，從而得到一個(gè)在該條件下較為穩(wěn)定的尺寸，稱為晶粒長大階段。（3分）第6章10. 圖示并分析金屬材料凝固組織中樹枝晶的生長過程。（分）（畫出液固界面附近的負(fù)溫度梯度）在負(fù)溫度梯度情況下，金屬凝固過程中液固界面上產(chǎn)生的結(jié)晶潛熱可通過液相散失，如果部分的相界面生長凸岀到前面的 液相中，則處于過冷度更大的液

30、相中，使凸出部分的生長速度增大而進(jìn)一步伸向液相中。此時(shí)，液固界面就不可能保持平 面狀而是形成許多伸向液相的分枝，同時(shí)有可能在這些晶枝上長出二次枝晶臂。這種方式即為樹枝晶生長方式。第7章II. 金屬型澆鑄的鑄錠的宏觀組織一般分為哪幾個(gè)區(qū)，分析其形成原因？（分）答：a.表層細(xì)晶區(qū)（0.5分）當(dāng)液態(tài)金屬注人錠模中后，型壁溫度低，與型壁接觸的很薄一層熔液產(chǎn)生強(qiáng)烈過冷，而且型壁可作為非均勻形核的基底，因此，立刻形成大量的晶核，這些晶核迅速長大至互相接觸，形成由細(xì)小的、方向雜亂的等 軸晶粒組成的細(xì)晶區(qū)。（1.5分）b 柱狀晶區(qū)（0.5分）隨著"細(xì)晶區(qū)”殼形成，型壁被熔液加熱而不斷升溫，使剩余液體

31、的冷卻變慢，并且由于結(jié)晶時(shí)釋放潛熱，故細(xì)晶區(qū)前沿液體的過冷度減小，形核變得困難，只有細(xì)晶區(qū)中現(xiàn)有的晶體向液體中生長。在這種情況下，只有一 次軸（即生長速度最快的晶向）垂直于型壁（散熱最快方向）的晶體才能得到優(yōu)先生長，而其他取向的晶粒，由于受鄰近晶粒的限制而不能發(fā)展，因此，這些與散熱相反方向的晶體擇優(yōu)生長而形成柱狀晶區(qū)。各柱狀晶的生長方向是相同的.（1.5分）C.中心等軸晶區(qū)（0.5分）柱狀晶生長到一定程度，由于前沿液體遠(yuǎn)離型壁，散熱困難，冷速變慢，而且熔液中的溫差隨之減小，這將阻止柱狀晶的快速生長，當(dāng)整個(gè)熔液溫度降至熔點(diǎn)以下時(shí)，熔液中岀現(xiàn)許多品核并沿各個(gè)方向長大，就 形成中心等軸晶區(qū)。（1.5

32、分）12. 與平衡凝固相比較，固溶體的非平衡凝固有何特點(diǎn)？（1）非平衡凝固的固相平均成分線和液相平均成分線與平衡凝固的固相線、液相線不同，冷卻速度越快，偏離固、液相 線越嚴(yán)重；反之，冷卻速度越慢，越接近，表明凝固速度越接近平衡凝固條件。（2）先結(jié)晶部分總是富高熔點(diǎn)組元，后結(jié)晶的部分是富低熔點(diǎn)組元。（3）非平衡凝固總是導(dǎo)致凝固終結(jié)溫度低于平衡凝固時(shí)的終結(jié)溫度。13. 試分析包晶反應(yīng)不平衡組織的形成過程。實(shí)際生產(chǎn)中的冷速較快，包晶反應(yīng)所依賴的固體中原子擴(kuò)散往往不能充分進(jìn)行，導(dǎo)致包晶反應(yīng)的不完全性，即在低于包晶溫度下，將同時(shí)存在參與轉(zhuǎn)變的液相和:-相，其中液相在繼續(xù)冷卻過程中可能直接結(jié)晶出卜相或參與

33、其他反應(yīng)，而:-相仍保留在1相芯部，形成包晶反應(yīng)的非平衡組織。計(jì)算題：(每一道題10分)第2章1.金剛石為碳的一種晶體，為復(fù)雜面心立方結(jié)構(gòu)，晶胞中含有8個(gè)原子，其晶格常數(shù) a=0.357nm,當(dāng)它轉(zhuǎn)換成石墨(：2 =2.25g/cm3)結(jié)構(gòu)時(shí)，求其體積改變百分?jǐn)?shù)？解：金剛石為復(fù)雜面心立方結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞含有8個(gè)碳原子8燈23金剛石的密度為：33.503(g/cm3)(0.357SO"7 ) x6.023x1023對(duì)于單位質(zhì)量1g碳為金剛石結(jié)構(gòu)時(shí)，體積為：v1=1/:'1=0.285(cm3)轉(zhuǎn)變?yōu)槭Y(jié)構(gòu)時(shí)，體積為：v2=1/2=0.444(cm)v2 -v1故金剛石轉(zhuǎn)變?yōu)槭?/p>

34、結(jié)構(gòu)時(shí)體積膨脹：100%= 55.8%v1第3章2. 在Fe中形成1mol空位需要的能量為104.675kJ，試計(jì)算從20°C升溫至850C時(shí)空位數(shù)目增加多少倍? 解：空位在溫度T時(shí)的平衡濃度為系數(shù)A 一般在110之間，取A=1，則r -104675 1l8.31x1123j-104675 18.31x293JJ= 2.1349xior15加（倍）第4章3. 一塊含0.1%C的碳鋼在930 C滲碳，滲到0.05cm的地方碳的濃度達(dá)到 0.45%。在t>0的全部時(shí)間，滲碳?xì)夥毡３直?面成分為 1%，假設(shè) D=2.0 X10-5exp(-140000/RT)(m2/s)。(a) 計(jì)

35、算滲碳時(shí)間；(b) 若將滲層加深一倍，則需多長時(shí)間？(c) 若規(guī)定0.3%C作為滲碳層厚度的量度，則在930 C滲碳10小時(shí)的滲層厚度為 870 C滲碳10小時(shí)的多少倍？解：(a)由Fick第二定律得:"7 5 5必碩）兩邊同除合金密度，得計(jì)=叫_他- Wq陽(2岳)0.61 =-HOOOO8.314x1203t .1.0 和4(s)( 5 分)(b)由關(guān)系式x = A. Dt，得：Xi = A Diti , X2=A. D2t2兩式相比，得:當(dāng)溫度相同時(shí),D1=D2,于是得:(0 1)xl.OxlO* =4.OxlO+ff(0.05)J(5 分)(c)； 'I_72因?yàn)椋簍

36、930=t870, D930=1.67 X 0 (cm /s)D870=0.2 泊xp(-140000/8.314 1143)工=8.0 X0-8(cm2/s)= 11 = 145怙 Xlh (倍)(5 分)經(jīng)過11個(gè)小時(shí)后在0.05cm的地方碳的濃度達(dá)到a4. 一塊含0.1%C的碳鋼在930'C、1%碳濃度的氣氛中進(jìn)行滲碳處理, 0.45%，若要在0.08cm的深度達(dá)到同樣的滲碳濃度，則需多長時(shí)間?X解：由 Fick 第二定律得：=：、_(嘉Q0)erf ()2Dt=erf(2、Dt由題意可知，兩種情況下滲碳前后濃度相同且滲碳溫度相同，即_為_ =_X2_2X Dt12；Dt2(5

37、分)0.08 f=110.05= 28.16(小時(shí))(10分，不準(zhǔn)確扣1分)要在0.08cm深度達(dá)到同樣的滲碳深度，需28.16小時(shí)5.有兩種激活能分別為 Ei=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的擴(kuò)散反應(yīng)。溫度從25C升高到600 C時(shí)，這兩種擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)有何變化，并對(duì)結(jié)果作岀評(píng)述。解：D屈-83700 729S-S73V1=exp()。刪8.314 873x298%-251000 298-873- = exp()。獅8-314 373x298= 9.5x10對(duì)于溫度從298K提高到873K，擴(kuò)散速率D分別提高4.6 X09和9.5 >1028倍，顯示出溫度對(duì)擴(kuò)散速率的重

38、要影響。激活能 越大時(shí)，擴(kuò)散速率對(duì)溫度的敏感性越大。第5章6. 已知H70黃銅（30%Zn ）在400'C的恒溫下完成再結(jié)晶需要1小時(shí)，而在390C完成再結(jié)晶需要 2小時(shí)，試計(jì)算在420 C恒溫下完成再結(jié)晶需要多少時(shí)間？解：再結(jié)晶是一熱激活過程，故再結(jié)晶速率比，即Aexot兩個(gè)不同的恒定溫度產(chǎn)生同樣程度的再結(jié)晶時(shí),v = Aexpt1exp t2Q I RT而再結(jié)晶速率和產(chǎn)生某一體積分?jǐn)?shù)所需的時(shí)間Qf 1R <T2Tit成反,tiQ (11ln =兩邊取對(duì)數(shù)同理有t2R J2 T1 丿,t1Q 11、t3R <T3 T1 丿已知t1=1小時(shí)，t2=2小時(shí)，代入上式可得 t3

39、=0.26 （小時(shí)）7.鐵的回復(fù)激活能為 88.9 kJ/mol，如果經(jīng)冷變形的鐵在 400 C進(jìn)行回復(fù)處理，使其殘留加工硬化為60%需160分鐘,問在450C回復(fù)處理至同樣效果需要多少時(shí)間？t1j Q f 11 F解：同上題，有 =ex p IIt2I R <T2 T1 丿丿t1160故 t259(min)Q 1188.9 i 11 Fexp IJ expli I R <T2 T1 丿丿 8.31(723 873丿丿&已知單相黃銅400C恒溫下完成再結(jié)晶需要 1小時(shí)，而350C恒溫時(shí)，則需要3小時(shí)，試求該合金的再結(jié)晶激活能。解：再結(jié)晶是一熱激活過程，故再結(jié)晶速率比，即1

40、= A "exo ，故 tJ RT丿兩個(gè)不同的恒定溫度產(chǎn)生同樣程度的再結(jié)晶時(shí),v = A exoRT而再結(jié)晶速率和產(chǎn)生某一體積分?jǐn)?shù)所需的時(shí)間t1Q 11t2 一旳 一 R T2 T1t成反.t1In =76.57 (KJ/mol)Q = R彳巴1 1T1 T29.已知平均晶粒直徑為1mm和0.0625mm的:-Fe的屈服強(qiáng)度分別為112.7MPa和196MPa，問平均晶粒直徑為0.0196mm的純鐵的屈服強(qiáng)度為多少？解：根據(jù) Hall-Petch 公式： 工 =J-:L<聽 +)t(lxl0-3p112.7196-oj 4-(0.0625x10)解得j0 = 84.935(MP

41、a)i = 0.878(1)2(2)(1)2(2)= 84.935+ 0.878(0-0196 xKr3) =281255()2G2；. w2G10.已知條件：v=0.3, G cu=48300MPa，Ga-Fe=81600MPa， PNexp( )exP 1 -vb1-v(1v)b指岀Cu與a-Fe兩晶體易滑移的晶面和晶向，并分別求出它們的滑移面間距、滑移方向上的原子間距以及點(diǎn)陣阻力。解:Cu：滑移面為111，滑移方向<110>a2a因此，d111= ， b<110>=<3 2Fe：滑移面為110，滑移方向<111> 廠,aV3a因此，d110= ，b<111>=-<2 2_ 2G rCue)p1 -v2d(1v)b®45MPaTF-2G-exD1 -v2d第6章11.已知條件：鋁的熔點(diǎn)體積 Vo=1.66 X 10-29考慮在一個(gè)大氣壓下液態(tài)鋁的凝固，對(duì)于不同程度的過冷度，即:(a)(b)(c)(d)Tm=933K，單位體積熔化熱3m。Lm=1.836 X 109J/m3, T=1 ,臨界晶核尺寸