材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)資題答案

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題一、單項(xiàng)選擇（）1、面心立方(fcc)結(jié)構(gòu)的鋁晶體中，每個(gè)鋁原子在本層(111)面上的原子配位數(shù)為_ B _。A、12 B、6 C、4 D、32、面心立方金屬發(fā)生形變孿生時(shí)，則孿晶面為_ A _。A、111 B、110 C、1123、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、球晶4、立方晶體中(110)和(211)面同屬于_ D _晶帶。A、110 B、100 C、211 D、5、根據(jù)三元相圖的垂直截面圖_ B _。A、可分析相成分變化規(guī)律 B、可分析材料的平衡凝固過程C、可用杠桿定律計(jì)算各相的相對(duì)量6、凝固時(shí)不能

2、有效降低晶粒尺寸的是以下哪種方法？ B A、加入形核劑 B、減小液相的過冷度 C、對(duì)液相實(shí)施攪拌答案：B7、三種組元組成的試樣在空氣中用X射線衍射(XRD)分析其隨溫度變化而發(fā)生相變的情況，則最多可記錄到_ C _共存。A、2相 B、3相 C、4相 D、5相8、fcc、bcc、hcp三種晶體結(jié)構(gòu)的材料中，塑性形變時(shí)最容易生成孿晶的是_ C _。A、fcc B、bcc C、hcp9、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、A組元的擴(kuò)散速率大于B組元 B、與A相反 C、A、B兩組元的擴(kuò)散速率相同10、簡單立方晶體的致密度為_ C _。A、100% B、65

3、 C、52% D、5811、不能發(fā)生攀移運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)是_ A _。A、肖克利不全位錯(cuò) B、弗蘭克不全位錯(cuò) C、刃型全位錯(cuò)12、fcc結(jié)構(gòu)中分別在(111)和面上的兩個(gè)肖克利位錯(cuò)(分別是1/6和1/6)相遇時(shí)發(fā)生位錯(cuò)反應(yīng)，將生成_ C A、刃型全位錯(cuò) B、刃型弗蘭克位錯(cuò)C、刃型壓桿位錯(cuò) D、螺型壓桿位錯(cuò)13、能進(jìn)行交滑移的位錯(cuò)必然是_ B _。A、刃型位錯(cuò) B、螺型位錯(cuò) C、混合位錯(cuò)14、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)非平衡凝固過程獲得C、形成離異共晶的原始液相成分接近共晶成分15、下面的晶面指數(shù)是 A A、（hkl） B

4、、uvw C、h,k,l D、（hk·l）16、固體材料中原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是_ C _。 A、濃度梯度 B、溫度梯度 C、化學(xué)勢(shì)梯度 D、活度17、在間隙固溶體中，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散方式一般為_ A _。 A、間隙機(jī)制 B、原子互換機(jī)制 C、空位機(jī)制 D、置換機(jī)制18、形變后的材料再升溫時(shí)發(fā)生回復(fù)和再結(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19、由A和B兩種元素組成的固溶體，同類原子間的結(jié)合能分別為，而異類原子間的結(jié)合能為。當(dāng)A和B原子在該固溶體中呈現(xiàn)無序分布(隨機(jī)分布)時(shí)，則_A _。A、 B、 C、20 在置換固溶體中，原子擴(kuò)散方

5、式一般為 C 。A、原子擴(kuò)散機(jī)制 B、間隙機(jī)制 C、空位機(jī)制21、形成臨界晶核時(shí)體積自由能的減少只能補(bǔ)償表面能的_B_。 A、1/3 B、2/3 C、.3/4 D、1/222、鑄鐵與碳鋼的區(qū)別在于有無 A 。A、萊氏體 B、珠光體 C、鐵素體23、測(cè)定某種晶體凝固時(shí)生長速度（Vg）與凝固相界面前端動(dòng)態(tài)過冷度（Tk）的關(guān)系為Vg正比于Tk2，則該晶體生長方式屬于 B 。A、連續(xù)生長 B、借螺型位錯(cuò)生長 C、二維晶核24、在三元系濃度三角形中，凡成分位于 上的合金，它們含有另兩個(gè)頂點(diǎn)所代表的兩組元含量相等 A 。A、通過三角形頂點(diǎn)的中垂線 B、通過三角形頂點(diǎn)的任一直線 C、通過三角形頂點(diǎn)與對(duì)角成4

6、5°的直線二、判斷改錯(cuò)1、金屬結(jié)晶時(shí)，原子從液相無序排列到固相有序排列，使體系熵值減少，因此是一個(gè)自發(fā)過程。(×)答案：使體系自由能減小2、液體純金屬中加入形核劑，其生長形態(tài)總是呈樹枝狀。(×)答案：其生長形態(tài)不會(huì)發(fā)生改變。3、多邊化使分散分布的位錯(cuò)集中在一起形成位錯(cuò)墻，因位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的疊加，使點(diǎn)陣畸變?cè)龃蟆?×)答案：不對(duì)。多邊化過程中，空位濃度下降、位錯(cuò)重新組合，致使異號(hào)位錯(cuò)互相抵消，位錯(cuò)密度下降，使點(diǎn)陣畸變減輕。4、金屬的變形量越大，越容易出現(xiàn)晶界弓出形核機(jī)制的再結(jié)晶方式。(×)答案：不對(duì)。金屬的冷變形度較小時(shí)，相鄰晶粒中才易于出現(xiàn)變形不均

7、勻的情況，即位錯(cuò)密度不同，越容易出現(xiàn)晶界弓出形核機(jī)制。5、純金屬結(jié)晶時(shí)以樹枝狀形態(tài)生長，或以平面狀形態(tài)生長，與該金屬的熔化熵?zé)o關(guān)。(×)答案：因還與液固界面的結(jié)構(gòu)有關(guān)，即與該金屬的熔化熵有關(guān)。6、回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長大三個(gè)過程均是形核及核長大過程，其驅(qū)動(dòng)力均為儲(chǔ)存能。(×)答案：不對(duì)。只有再結(jié)晶過程才是形核及核長大過程，其驅(qū)動(dòng)力是儲(chǔ)存能。7、凡是經(jīng)過冷變形后再結(jié)晶退火的金屬，晶粒都可得到細(xì)化。(×)答案：不對(duì)。如果在臨界變形度下變形的金屬，再結(jié)晶退火后，晶粒反而粗化。8、 共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變都是從單相中產(chǎn)生雙相的轉(zhuǎn)變，而且又是在恒溫下進(jìn)行，處于平衡狀態(tài)的三相的成分

8、都是固定不變的。()答案: 正確9、 在二元合金系中，只有共晶成分的合金在結(jié)晶時(shí)才能發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，其它任何成分的合金在結(jié)晶時(shí)都不可能發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。(×)答案：不對(duì)，具有共晶成分的合金在結(jié)晶時(shí)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。10、在二元合金系中，只有共析成分的合金在結(jié)晶時(shí)才能發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，其它任何成分的合金在結(jié)晶時(shí)都不可能發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。(×)答案：不對(duì)。具有共析成分的合金在冷卻時(shí)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。11、二元合金結(jié)晶過程中共晶轉(zhuǎn)變和共析轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物都是相同的。(×)答案：不對(duì)。兩者轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同。12、在二元合金相圖中，液相線與固相線之間的垂直距離(溫度間隔)及其水平距離(成分間隔

9、)比較大的合金，鑄造時(shí)流動(dòng)性比較好，偏析傾向及產(chǎn)生熱裂紋的傾向均比較小。(×)答案：不對(duì)。鑄造時(shí)流動(dòng)性比較差，偏析傾向及產(chǎn)生熱裂紋的傾向均比較大13、在二元合金相圖中，在三相平衡的水平線上，當(dāng)轉(zhuǎn)變正在進(jìn)行時(shí)不能應(yīng)用杠桿定律。但在轉(zhuǎn)變尚未開始之前或轉(zhuǎn)變剛剛完成后，在水平線上可以應(yīng)用杠桿定律。()答案：正確。14、在二元合金相圖中，固態(tài)下只要相、相有溶解度變化，那么整個(gè)+兩相區(qū)內(nèi)各成分合金，室溫下的平衡組織中均同時(shí)存在次生相，和。(×) 答案：不對(duì)。15、擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是濃度梯度，所有擴(kuò)散系統(tǒng)中，物質(zhì)都是由高濃度處向低濃度處擴(kuò)散。(×)答案：不對(duì)。擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是化學(xué)位梯

10、度，所有擴(kuò)散系統(tǒng)中，物質(zhì)可以由高濃度處向低濃度處擴(kuò)散，也可以由低濃度處向高濃度處擴(kuò)散。16、再結(jié)晶結(jié)束后，晶粒正常長大是小晶粒吞食大晶粒，反常長大是大晶粒吞食小晶粒。(×)答案：不對(duì)。再結(jié)晶結(jié)束后，晶粒正常長大是“大吞并小”和“凹面變平”的過程，反常長大是少數(shù)晶粒突發(fā)性的不均勻長大17、固溶體是在固態(tài)條件下，一種物質(zhì)以原子尺寸溶解在另一種物質(zhì)中形成的單相均勻的固體。()答案：正確。18、在熱力學(xué)平衡條件下，二元凝聚系統(tǒng)最多可以3相平衡共存，它們是一個(gè)固相、一個(gè)液相和一個(gè)氣相。(×)答：不正確。兩個(gè)固相和一個(gè)液相19、螺位錯(cuò)可以攀移。(×).答：不正確。螺型位錯(cuò)只能

11、滑移。螺型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺型位錯(cuò)的移動(dòng)方向與位錯(cuò)線垂直，也與柏氏矢量垂直。對(duì)于螺型位錯(cuò)，由于位錯(cuò)線與柏氏矢量平行，故它的滑移不限于單一的滑移面上。對(duì)于螺型位錯(cuò)，另一滑移面上去繼續(xù)滑移，這一過程稱為交滑移。濃度下降、位錯(cuò)重新組合，致使異號(hào)位錯(cuò)互相抵消，位錯(cuò)密度下降，使點(diǎn)陣畸變減輕；20、凝固時(shí)，減小液相的過冷度能有效降低晶粒尺寸(×)答：不對(duì)，增加液相的過冷度能有效降低晶粒尺寸；21、偽共晶只能經(jīng)非平衡凝固過程獲得()答案：正確。三、簡答題1、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)別答:溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成固溶體稱為間隙固溶體。形成間隙固溶體的溶質(zhì)原子

12、通常是原子半徑小于0.1nm的非金屬元素，如H，B,C,N,O等。間隙固溶體保持母相（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。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，它們顯然也是原子半徑較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其組成的任一組元晶格都不相同，它們的成分可以在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。組成它們的組元都具有一定的原子比，可以用化學(xué)分子式表示。當(dāng)rB/rA0.59，通常形成間隙相，其結(jié)構(gòu)為簡單晶體結(jié)構(gòu)，具有極高的熔點(diǎn)和硬度；當(dāng)rB/rA0.59，則形成間隙化合物，其結(jié)構(gòu)為復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。2、固溶體與金屬化合物有何異同點(diǎn)？答： 相同

13、點(diǎn)：都具有金屬的特性；不同點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不同，固溶體的結(jié)構(gòu)與溶劑的相同，金屬化合物的結(jié)構(gòu)不同于任一組元；鍵合方式不同，固溶體為金屬鍵，金屬化合物為金屬鍵、共價(jià)鍵、離子鍵混合鍵；性能不同，固溶體的塑性好、強(qiáng)度、硬度低，金屬化合物的硬度高、熔點(diǎn)高、脆性大；在材料中的作用不同，固溶體多為材料的基體，金屬化合物為強(qiáng)化相。3、試述結(jié)晶相變的熱力學(xué)條件、動(dòng)力學(xué)條件、能量及結(jié)構(gòu)條件。答案：分析結(jié)晶相變時(shí)系統(tǒng)自由能的變化可知，結(jié)晶的熱力學(xué)條件為G<0；由單位體積自由能的變化可知，只有T>0，才有。即只有過冷，才能使G<0。動(dòng)力學(xué)條件為液固界面前沿液體的溫度T<Tm(熔點(diǎn))，即存在動(dòng)態(tài)過冷。能

14、量條件：由臨界晶核形成功可知，當(dāng)形成一個(gè)臨界晶核時(shí)，還有1/3的表面能必須由液體中的能量起伏來提供。結(jié)構(gòu)條件：液體中存在的結(jié)構(gòu)起伏，是結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生晶核的基礎(chǔ)。因此，結(jié)構(gòu)起伏是結(jié)晶過程必須具備的結(jié)構(gòu)條件。4、試用位錯(cuò)理論解釋低碳鋼的屈服？舉例說明呂德斯帶對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響及防止辦法。答案：低碳鋼的屈服現(xiàn)象可用位錯(cuò)理論說明。由于低碳鋼是以鐵素體為基的合金，鐵素體中的碳(氮)原子與位錯(cuò)交互作用，總是趨于聚集在位錯(cuò)線受拉應(yīng)力的部位以降低體系的崎變能，形成柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)起“釘扎”作用，致使升高，拉伸曲線上會(huì)出現(xiàn)上屈服點(diǎn)。而位錯(cuò)一旦掙脫氣團(tuán)的釘扎，便可在較小的應(yīng)力下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)拉伸曲線上會(huì)出現(xiàn)下屈服點(diǎn)。已經(jīng)

15、屈服的試樣，卸載后立即重新加載拉伸時(shí)，由于位錯(cuò)已脫出氣團(tuán)的釘扎，故不出現(xiàn)屈服點(diǎn)。但若卸載后，放置較長時(shí)間或稍經(jīng)加熱后再進(jìn)行拉伸時(shí)，由于溶質(zhì)原子已通過熱擴(kuò)散又重新聚集到位錯(cuò)線周圍形成氣團(tuán)，故屈服現(xiàn)象又重新出現(xiàn)。呂德斯帶會(huì)使低碳薄鋼板在沖壓成型時(shí)使工件表面粗糙不平。其解決辦法，可根據(jù)應(yīng)變時(shí)效原理，將鋼板在沖壓之前先進(jìn)行一道微量冷軋(如1%2%的壓下量)工序，使屈服點(diǎn)消除，隨后進(jìn)行沖壓成型；也可以向鋼中加入少量Ti，Al及C，N等形成化合物，以消除屈服點(diǎn)。5、為細(xì)化某純鋁件晶粒，將其冷變形5后于650退火1 h，組織反而粗化；增大冷變形量至80，再于650退火1 h，仍然得到粗大晶粒。試分析其原因，

16、指出上述工藝不合理處，并制定一種合理的晶粒細(xì)化工藝。答案：前種工藝，由于鋁件變形處于臨界變形度下，故退火時(shí)可形成個(gè)別再結(jié)晶核心，最終晶粒極為粗大，而后種工藝，是由于進(jìn)行再結(jié)晶退火時(shí)的溫度選擇不合理（溫度過高），若按=（0.250.35）估算，則125-230，故再結(jié)晶溫度不超過200為宜。由于采用630退火1 h，故晶粒仍然粗大。綜上分析，在80變形量條件下，采用150退火1 h，則可使其晶粒細(xì)化。6、什么是過冷度？為什么金屬結(jié)晶一定要有過冷度？解答：過冷度是指熔點(diǎn)與實(shí)際凝固溫度之差，即； 由液相到固相轉(zhuǎn)變的單位體積自由能變化 ， 由可知，要使0，則0，即0，即TmT，實(shí)際凝固溫度低于熔點(diǎn)，存

17、在過冷度。7、試論材料強(qiáng)化的主要方法、原理及工藝實(shí)現(xiàn)途徑。答案 ：固溶強(qiáng)化. 原理:晶格畸變、柯氏氣團(tuán)，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；方法：固溶處理、淬火等。 細(xì)晶強(qiáng)化：原理：晶界對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙作用。方法：變質(zhì)處理、退火等。 彌散強(qiáng)化：原理：第二相離子對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用；方法：形成第二硬質(zhì)相如球化退火、變質(zhì)處理等。 相變強(qiáng)化：原理：新相為高強(qiáng)相或新相對(duì)位錯(cuò)的阻礙。方法：淬火等。 加工硬化；原理：形成高密度位錯(cuò)等。方法：冷變形等。8、A、B、C三組元固態(tài)完全不互溶，右圖為其三元相圖投影圖。已知合金O的成分為80A、10B、10C，a點(diǎn)的成分為60A、20B、20C，E點(diǎn)的成分為50A、10B、40C。（1）寫出

18、圖中合金I和P的室溫平衡組織。（2）簡要寫出合金O的結(jié)晶過程和室溫平衡組織答案（1） I：B+（A+B+C） P：（B+C）+（A+B+C） （2） 合金O加熱到液相面溫度以上后，緩慢降溫，首先遇到液相面Ae1Ee3A，開始結(jié)晶出初晶A，這時(shí)液相的成分等于合金成分，兩相平衡相連結(jié)線的投影是AO線。繼續(xù)冷卻時(shí)，不斷析出初晶A，液相中A組元的含量不斷減少，B、C組元的含量不斷增加，液相成分沿AO的延長線變化。當(dāng)液相的成分到達(dá)a點(diǎn)時(shí)，開始發(fā)生三相共晶轉(zhuǎn)變，L（A+B）。此后在溫度繼續(xù)下降時(shí)，液相中不斷凝固出兩相共晶（A+B），液相的成分沿aE線變化，直到E點(diǎn)發(fā)生四相共晶轉(zhuǎn)變L（A+B+C）。在略低于E點(diǎn)溫度凝固完畢，不再發(fā)生其它轉(zhuǎn)變。故合金在室溫下的平衡組織為A+（A+B）+（A+B+C）。四、計(jì)算題1、有一70MPa應(yīng)力作用在fcc晶體的001方向上，求作用在111101和111110滑移系上的分切應(yīng)力。解答：矢量數(shù)性積：（1）、滑移系：為滑移面上滑移方向與作用力方向001之間的夾角（負(fù)號(hào)不影響切應(yīng)力大小，故取正號(hào)）為滑移面法線方向111與作用力方向001之間的夾角 ，所以：（2）、 滑移系：2、滲碳在870時(shí)比在930具有一定