材料科学基础复习题及答案.doc

1、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 。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 , 配4/3a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

2、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 fcp1。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

3、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） （固）+（固）表示 共晶 反应；（固）（固）+（固）表示 共析 反应。17. 固溶体合金结晶时，其平衡分配系数 Ko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

4、 12 个。21.滑移常沿晶体中 最密排 的晶面及晶向发生。 22.扩散的驱动力是 化学位梯度 。23.所谓上坡扩散是指 沿着浓度降低的方向进行的扩散，使浓度趋于均匀化 ，反应扩散是指 通 过 扩 散 使 固 溶 体 的 溶 质 组 元 浓 度 超 过 固 溶 体 极 限 而形 成 新 相 的 过 程 。24.在 Fick 第一定律的表达式 中，负号表示 扩散由高浓度向低浓度dxCDJ方向进行 。 二、 选择题1FeFe 3C 合金中，合金具有最好流动性的是（B）。A. C%=4.00% B. C%=4.30% C. C%=4.60%2凝固的热力学条件为（C）。A. 形核率 B.系统自由能增加

5、 C. 过冷度3二元相图中，当有二次相析出时，固溶线表现为（A ）。A. 垂线 B. 水平线 C. 斜线 4. 符号表示（C ）。A. 晶面族 B. 晶向族 C. 晶向5. 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. B 组元的扩散速率大于 A 组元C. 和扩散速率大小无关 6. 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7. 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. 1/3 B. 2/3 C. 3/4 8. 面心立方（fcc）结构的铝晶

6、体中，每个铝原子在本层（111）面上的原子配位数为（A）。A. 6 B. 8 C. 4 9. 简单立方晶体的致密度为（B）。A. 65% B. 52% C. 58%10. 机械零件在正常工作条件下多数处于（A） 。A.弹性变形状态 B. 塑性变形状态 C. 弹塑性变形状态 11.实际晶体的线缺陷表现为（B） 。A. 空位和间隙原子 B. 位错 C. 晶界 12. 铸件裂纹一般产生在（A） 。A. 铸件较厚的地方 B. 较薄的地方 C. 有孔的地方 13. 缩孔最可能出现的部位是（A） 。A. 铸件最上部 B. 铸件中部 C. 在铸件最上部及热节处 14. 冷铁配合冒口形成定向凝固能防止铸件（A

7、） 。A. 缩孔、缩松 B. 应力 C. 变形 15. 铅在常温下的变形属(B)。A. 冷变形 B. 热变形 C. 弹性变形 16. 某金属凝固时的形核功为G*，其临界晶核界面能为G ，则G* 和G 的关系为（A）。A. G=3G* B. G=1/3G* C. G=G* 17. 氮、氧在金属中一般占据间隙位置，这是因为（C）。A. 金属中间隙半径大于氮、氧原子半径 B. 氮、氧都是气体C. 氮、氧原子半径较小，能挤入金属中的间隙位置18. 根据二元相图相区接触规则， （B）。A. 两个单相之间必定有一个单相区隔开B. 两个两相区必须以单相区或三相共存水平线隔开C. 三相水平线必须和四个两相区相

8、邻19. 二次再结晶是（C）。A. 相变过程 B. 形核长大过程 C. 某些晶粒特别长大的过程20. 在单相组织中存在大小不等的晶粒，由界面曲度驱动界面移动的规律可知(C)。A. 小晶粒将移向大晶粒一方，直到晶粒大小相等B. 大小晶粒依靠吞并相邻晶粒同时长大C. 界面将移向小晶粒一方，最后小晶粒将消失21. 强化金属材料的各种手段，考虑的出发点都在于（A）。A. 尽量减少位错或设置位错运动的障碍 B. 去除位错运动的障碍C. 使位错适当地减少22. 金属中通常存在着溶质原子或杂质原子，它们的存在（C）。A. 总是使晶格常数增大 B. 总是使晶格常数减小 C. 可能使晶格常数增大，也可能使其减小

9、23. 拉伸单晶时，滑移面转向（A）时最易滑移。A.与外力轴成 45 B. 与外力轴平行 C. 与外力轴垂直24.若 A、B 两组元形成电子化合物，但是该化合物中 A组元所占的质量分数超过了 60%，则该相晶体结构（C）。A. 与 A相同 B. 与 B相同 C. 与 A、B 都不相同25.在非均匀形核中，外来杂质形状对形核效果有重要影响，其中（A）对形核最为有利。A. 凹曲面状 B. 平面状 C. 凸曲面状26.因晶体转动而使原来有利于滑移的晶面滑移到一定程度后变成不利于滑移的晶面的现象称为（B）。A. 物理硬化 B. 几何硬化 C. 加工硬化27.一根弯曲的位错线， （B）。A. 具有唯一的

10、位错类型 B. 具有唯一的柏氏矢量 C. 位错类型和柏氏矢量处处相同28.某一种金属的熔点是 1083，该金属最低再结晶温度约为（A）。A. 269.4 B. 342.9 C. 433.2 29.在二元合金中，铸造性能最好的合金是具有（C）。A. 共析成分合金 B. 固溶成分合金 C. 共晶成分合金30.固态金属扩散最可能按（A）进行。A. 间隙扩散机理 B. 换位扩散机理 C. 空位扩散机理31. 要获得结晶过程所需的驱动力，实际结晶温度必须（C）理论结晶温度。A. 高于 B. 等于 C. 低于32. 相变反应式 L（液）+ （固）（固）表示（B）反应。A. 共晶 B. 包晶 C. 包析33

11、. 对称倾侧晶界的晶界结构由（B）组成。A. 螺型位错 B. 刃型位错 C. 割阶34. 立方晶系中，与晶面(011)垂直的晶向是（A）。A. 011 B. 100 C. 10135. 高温回复阶段，金属中亚结构发生变化时,（C）。A. 位错发生塞积 B. 形成位错缠结 C. 刃型位错通过攀移和滑移构成亚晶界36. 在二元合金相图中，稳定化合物为（A）。A. 一条垂直线 B. 一条曲线 C. 一个区域37. 铸件在凝固时若不出现成分过冷，则铸件组织将是（B）。A. 全部等轴晶 B. 全部柱状晶 C. 柱状晶+中心等轴晶38.在工业生产条件下金属结晶时，过冷度越大，则（B） 。A. N越大 B.

12、 N/G 提高 C. N/G 降低39.金属在冷变形过程后进行机加工，一般都需要在其中增加退火，其目的是（B） 。A. 消除网状组织 B. 消除冷变形强化 C. 消除偏析组织 三、 判断及改错1、Fick第一定律表示通过某一截面的扩散流量与垂直这个截面方向上浓度梯度成正比，其方向与浓度降落方向一致。（） 2、共晶合金在铸造中流动性一般较差。（） 3、 间隙固溶体和置换固溶体均可形成无限固溶体。 （） 4、 金属铸件可通过再结晶退火来细化晶粒。 （） 5、 金属铸锭的宏观组织通常由三个晶区组成：外表层的细晶区、中间柱状晶区及心部等轴晶区。 （） 6、 重结晶和再结晶都是在固态下的形核与长大的过程

13、，两者没有本质区别。（） 7、 在立方晶系中， 与 是互相平行的两个晶面。 （） )1(8、 与纯金属结晶相比，固溶体结晶时除需要结构起伏和能量起伏外还需要浓度起伏。 （）9、 扩散系数 D相当于浓度梯度为 1时的扩散通量。 （） 10、 铁素体与奥氏体的根本区别在于固溶度不同，前者（为 bcc）小而后者（为 fcc）大。 （） 11、 观察共析钢的显微组织，发现图中显示渗碳片层密集程度不同。凡是片层密集处则碳含量偏多，而疏稀处则碳含量偏少。 （） 12、 缩孔、缩松的产生原因是固态收缩得不到补缩。 （） 改错：1. 所谓过冷度是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差；而动态过冷度是指

14、结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。所谓过冷度是指结晶时，在冷却曲线上出现的实际结晶温度与熔点之差；而动态过冷度是指结晶过程中，液/固界面前沿液体中的温度与熔点之差。2. 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。金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系自由能减小，因此是一个自发过程。3. 在任何温度下，液态金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。在过冷液体中，液态金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。4. 所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能的增加时的晶胚大小。所谓临界晶核，就是体系自由能的减少能够补偿 2/3 表面自由能的增加时的

15、晶胚大小。5. 在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以成核的。在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，即便有足够的能量起伏提供，还是不能成核。6. 非均匀形核总是比均匀形核容易，因为前者是以外加质点为结晶核心，不像后者那样形成界面，而引起自由能的增加。非均匀形核总是比均匀形核容易，因为前者是以外加质点为基底，形核功小，不像后者那样形成界面，而引起自由能的增加。7. 无论温度分布如何，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。只有在负温度梯度条件下，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。8. 液态纯金属中加入形核剂，其生长形态总是

16、呈树枝状。液态纯金属中加入形核剂，其生长形态不会发生改变。9. 从宏观上观察，如液/固界面是平直的，称为光滑界面结构；若是呈金属锯齿形的，称为粗糙界面结构。从宏观上观察，如液/固界面是平直的，称为粗糙界面结构；若是呈金属锯齿形的，称为光滑界面结构。10. 固溶体合金无论在平衡或非平衡结晶过程中，液/固界面上液相成分沿着液相平均成分线变化；固相成分沿着固相平均成分线变化。固溶体合金无论在平衡或非平衡结晶过程中，液/固界面上液相成分沿着液相线变化；固相成分沿着固相线变化。11. 在共晶线上利用杠杆定律可以计算出共晶体的相对量，而共晶线属于三相区，所以杠杆定律不仅适用于两相区，也适用于三相区。在共晶

17、线上利用杠杆定律可以计算出共晶体的相对量，而共晶线属于三相区，但杠杆定律仅适用于两相区，所以共晶体的相对量实际上是在两相区中算出来的。12. 将固溶体合金棒反复多次“熔化-凝固” ，并采用定向快速凝固的方法，可以有效地提纯金属。将固溶体合金棒反复多次进行区域熔炼，并采用定向缓慢凝固的方法，可以有效地提纯金属。13. 铁素体和奥氏体的根本区别在于固溶度不同，前者小而后者大。铁素体和奥氏体的根本区别在于晶体结构不同，前者为 bcc，而后者为 fcc。14. 在 Fe-Fe3C 系合金中，只有过共析钢的平衡结晶组织中才有二次渗碳体存在。在 Fe-Fe3C 系合金中，只有当碳质量分数 0.77%Wc4

18、.3%的铁碳合金平衡结晶组织中才有二次渗碳体存在。15. 无论何种成分的碳钢，随着含碳量的增加，组织中铁素体相对量减少，而珠光体相对量增加。对于亚共析成分的碳钢，随着含碳量的增加，组织中铁素体相对量减少，而珠光体相对量增加。16. Wc=4.3%的共晶白口铁的显微组织中，白色基体为 Fe3C，其中包括Fe3C ，Fe 3C ，Fe 3C ，Fe 3C 共析 ，Fe 3C 共晶 等。Wc=4.3%的共晶白口铁的显微组织中，白色基体为 Fe3C，其中包括 Fe3C及 Fe3C 共晶 。17. 用 Ni-Cu 合金焊条焊接某合金板料时，发现焊条慢速移动时，焊缝易出现胞状组织，而快速移动时，则易于出现

19、树枝状组织。用 Ni-Cu 合金焊条焊接某合金板料时，发现焊条慢速移动时，焊缝易出现树枝状组织，而快速移动时，则易于出现胞状组织。18. 如果固体中不存在扩散流，则说明原子没有扩散。固体中即使不存在宏观扩散流，但由于原子热振动的迁移跳跃，扩散仍然存在。纯物质中的自扩散即是一个典型的例证。19. 因固溶体原子每次跳动方向是随机的，所以在如何情况下扩散流为零。原子每次跳动方向是随机的。只有当系统处于热平衡状态，原子在任一跳动方向上的跳动几率才是相等的。此时虽存在原子的迁移（即扩散） ，但没有宏观扩散流。如果系统处于非平衡状态，系统中必须存在热力学势的梯度（具体可表示为浓度梯度、化学位梯度、应变能梯

20、度等） 。原子在热力学势减少的方向上的跳动几率将大于在热力学势增大方向上的跳动几率。于是就出现了宏观扩散流。20. 晶界上原子排列混乱，不存在空位，所以以空位机制扩散的原子在晶界处无法扩散。晶界上原子排列混乱，与非晶体相类似，其原子堆积密集程度远不及晶粒内部，因而对原子的约束能力较弱，晶界原子的能量及振动频率 明显高于晶内原子。所以晶界处原子具有更高的迁移能力。晶界扩散系数也明显高于晶内扩散系数。21. 间隙固溶体中溶质浓度越高，则溶质所占据的间隙越多，供扩散的空余间隙越少，即 z 值越小，导致扩散系数下降。事实上这种情况不可能出现。间隙固溶体的溶质原子固溶度十分有限，即使是达到过饱和状态，溶

21、质原子数目要比晶体中的间隙总数要小几个数量级，因此，在间隙原子周围的间隙位置可看成都是空的。即对于给定晶体结构，z 为一个常数。22. 体心立方比面心立方晶体的配位数要小，故由 D=1/6fzPa2关系式可见，-Fe中原子扩散系数要小于 -Fe中的扩散系数。虽然体心立方晶体的配位数小，但其属于非密堆结构。与密堆结构的面心立方的晶体相比较，f 值相差不大（0.72 和 0.78）之间，但原子间距大，原子因约束力小而振动频率 高，其作用远大于配位数的影响。而且原子迁移所要克服的阻力也小，具体表现为扩散激活能低，扩散常数较大，实际情况是在同一温度，-Fe 有更高的自扩散系数，而且溶质原子在 -Fe中

22、的扩散系数要比 -Fe高。四、名词解释1. 间隙固溶体和有序固溶体溶质原子不是占据溶剂晶格的正常结点位置，而是填入溶剂原子间的一些间隙中，这样得到的固溶体称为间隙固溶体。当溶质原子按适当比例并按一定的顺序和一定方向，围绕着溶剂原子分布时，这种固溶体就叫有序固溶体。2. 光滑界面和粗糙界面光滑界面：从原子尺度看，液固界面是光滑平整的，液、固两相被截然分开；在光学显微镜下，光滑界面有曲折的若干小平面组成，所以又称为小平面界面。粗糙界面：从原子尺度看，液固界面高低不平，并存在这几个原子间距厚度的过渡层，在过渡层中液、固两相原子犬牙交错地分布着。由于过渡层很薄，在光学显微镜下，这类界面是平直的，又称为

23、非小平面界面。3. 变质处理和晶粒度变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。这种方法称为变质处理。晶粒度：晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示。4. 包析转变，熔晶转变，偏晶转变，合晶转变包析转变：是由两个固相共同作用形成一个固相的恒温转变。熔晶转变：是由一个固相恒温分解为一个液相和另一个固相的恒温转变。偏晶转变：是由一个液相 L1 分解为一个固相和另一成分的液相 L2 的恒温转变。合晶转变：是由两个成分不同的液相 L1 和 L2 相互作用形成一个固相的恒温转变。5. 平衡凝固，非平衡凝固，正常凝固平衡凝固：是指合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。 非平衡凝固：凝固过程中，液、固两相的成分偏离液、固相线，使凝固过程进行到一更低的温度才能完成，并且凝固后固体的成分是不均匀的，这种偏离平衡凝固条件下的结晶过程称为非平衡凝固。正常凝固：固溶体经正常凝固后整个锭子的质量浓度分布如下图所示（k 01） ，这符合一般铸锭中浓度的分布，因此称为正常凝固。