1、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
2、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、1.6 B、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 r* ；能量条件： A G max ；成分条件。 16、为什么钢的渗碳温度一般要选择在 -Fe 相区中进行？若不在 -Fe 相区进行会有什么结果？ 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
3、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
4、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，-Fe 的点阵常数 0.365nm， （011）晶面间距是多少？（5 分）面心立方的-Fe，abc0.365nm，对立方晶系，nmd03.1265.102227、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
5、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）210dkyysHall-Petch 霍尔-佩奇公式，细度减小，屈服强
6、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。31、某晶体的原子位于四方点阵的节点上，点阵的 a=b，c=a/2，有一晶面在 x，y，z 轴的截距分别为 6 个原子间距、2 个原子间距和 4 个原子间距，求该晶面的密勒指数。32、证明理想密排六方结构的轴比 c/a=1.633。(a,厂 3/3a)33、立方晶系的(111)，(110)，(123)晶面族各包含多少晶面，写出它们的密勒指数。34、说明柏氏矢量的确定方法，如何利用柏氏矢量和位错线来判断位错的类型？答：首先在位错线周围作一逆时针回路,然后在无位错的晶格内作同样
7、的回路,该回路必不闭合,连接终点与起点即为柏氏矢量. 位错线与柏氏矢量垂直的是刃型位错,平行的是螺型位错.35、简要说明成分过冷的形成及其对固溶体组织形态的影响。答: 固溶体凝固时,由于溶质原子在界面前沿液相中的分布发生变化而形成的过冷.36、为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？答: 晶粒细化减小晶粒尺寸,增加界面面积,而晶界阻碍位错运动,提高强度; 晶粒数量增加,塑性变形分布更为均匀,塑性提高; 晶界多阻碍裂纹扩展,改善韧性.37、共析钢的奥氏体化有几个主要过程？合金元素对奥氏体化过程有什么影响？答: 共析钢奥氏体化有 4 个主要过程: 奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化、晶粒
8、长大。合金元素的主要影响通过碳的扩散体现，碳化物形成元素阻碍碳的扩散，降低奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化速度。38、提高钢材耐蚀性的主要方法有哪些？为什么说 Cr 是不锈钢中最重要的合金元素？答：提高钢材耐蚀性的主要方法有：在表面形成致密氧化膜、提高基体电极电位、形成单相组织。Cr 可形成表面致密氧化膜 Cr2O3,可提高电极电位，可形成单相铁素体.39、何为位错反应？如何判断一个位错反应能否进行？40、根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。由 凝固理论可知，结晶时单位体积中的晶粒数目 z 取决于形核率 N 和晶体长大速率 Vg 两个因素，即 z N/Vg 。基本途径： (1) 增大过冷
9、度 T。T 增加，N 和 Vg 都随之增加，即 z 增多。 (2) 加入形核剂。加入形核剂后，可以促使过冷液体发生非均匀形核。即不但使非均匀形核所需要的基底增多，而且使临界晶核半径减小，这都将使晶核数目增加，从而细化晶粒。 (3) 振动结晶。振动结晶，一方面提供了形核所需要的能量，另一方面可以使正在生长的晶体破断，以提高更多的洁净核心，从而使晶粒细化。41、分析金属冷变形度的大小对再结晶晶粒尺寸的影响，说明原因。42、简述成分过冷的形成以及成分过冷对固溶体生长形态的影响。43、位错增值机理五、计算、作图1、已知碳在 rFe 中的扩散常数 D02.010-5m 2/s，扩散激活能Q1.4X10
10、5J/mol（R8.31J/(molK)。碳势均为 CP1.1C 的条件下对 20#钢在 880进行渗碳，为达到 927渗碳 5h 同样的效果，渗碳时间应为多少？(12 分)2、对 fcc 结构的晶体(点阵常数为 a)(1)分别计算原子在100，110和111晶向上的原子密度，并说明哪个晶向是密排方向：(2)计算原子在(100)，(110)和(111)晶面上的原子密度和三个面的面间距，并指出面间距最大的晶面。 3、写出附图 1.1 所示立方晶格中晶面 ABCD 和晶向 CE 的指数；在右图单胞中画出晶面(111)和该面上属于三个晶向，并标出具体指数。(12 分)4、已知碳在 -Fe 中扩散时，
11、D 0 =2.010-5m2/s，Q=1.410 5J/mol。当温度在 927时，求其扩散系数为多少？（已知摩尔气体常数 R=8.314J/molK）5、作图表示立方晶体的 、 、 晶面和、 、 晶向。 （每题 2 分，131102共 10 分）6、已知 A（熔点 600）与 B（熔点 500）在液态无限互溶，固态时 A 在 B 中的最大固溶度（质量分数）为 A0.30，室温时为 A0.10；但 B 在固态和室温时均不溶于 A。在300时，含 B=0.40 的液态合金发生共晶反应。试绘出 A-B 合金相图；并分析 A=0.20、 A=0.80 的合金在室温下的组织组成物和相组成物的相对量。
12、在 A-B 二元相图中，分析 wB=0.6 的合金平衡凝固后，在室温下的相组成物及组织组成物，并计算各相组成物的相对含量。相组成：A 组织组成：A A II%7.63.1309解：按已知条件，A-B 合金相图如图 4-13 所示(各相区均用组织成物标注)。合金(A-0.80B):室温下由 A 与 B 两相组成，其相对量为 W=(0.8-0)/(0.9-0)=89%. WA=1-=11%.室温下的组织为 + A ，其组织组成物的相对量与组成物相同，即 W =89%, WA =11%.合金(A-0.55B):室温下由与两相组成，其相对量为室温下的组织为 初+(A+)共晶+A。在共晶反应刚完成时。则
13、有 初+(A+)共晶.冷至室温时，将由 初 与共晶 中析出 A，但由于共晶 中析出的 A与共晶 A 连接在一起。不可分辨，故略去不计。 由 初中析出的相对量为所以，室温下 初的相对量为 W 初 = W 初 - WA= 50% - 11% = 39%该合金室温下组织成物的相对量为 W 初 = 39% .W(A+)共晶 =50% .WA = 11%7、绘出 Fe-Fe3C 相图，标出铁碳相图上的 C、E、F、G、K、P、S 点，说明 ECF、PSK 水平线和 ES、GS 曲线的意义，其上发生的转变及生成的组织组成物。A 1538 0 纯铁的熔点 C 1148 4.3 共晶点，LCld D 1227
14、 6.69 渗碳体的熔点（计算值） E 1148 2.11 碳在 -Fe 中的最大溶解度 G 912 0 纯铁的同素异晶转变点，-Fe-Fe %5014.70)( 初共 晶初 AW1509.70IAP 727 0.0218 碳在 -Fe 中的最大溶解度 S 727 0.77 共析点，AsP Q 600 0.0057 600时碳在 -Fe 中的溶解度 ECF 共晶线 发生共晶转变，生成莱氏体（Ld）。共晶反应式为：Lc Ld ACD 液相线 此线以上为液相（L），缓冷至液相线时，开始结晶 AECF 固相线 此线以下为固相 PSK 共析线 A1发生共析转变，生成珠光体（P）. 共析反应式为：AS
15、P ES Acm 碳在 -Fe 中的溶解度曲线 PQ 碳在 -Fe 中的溶解度曲线 GS A3 奥氏体 铁素体转变线 8、已知某低碳钢 0 =64KPa ， K=393.7 ，若晶粒直径为 50m ，该低碳钢的屈服强度是多少？21dkyys9、试计算 BCC 晶体最密排面的堆积密度BCC 密排面为 110 面，其面积为： . 110 面上被原子占据的面积为（两个原子）： .堆积密度： 。10、面心立方结构和密排六方结构金属中的原子堆垛方式和致密度是否有差异?请加以说明。FCC 和 HCP 均按 ABCABC 方式堆垛；致密度也都是 0.74。11、计算 wc3.3的铁碳合金常温下莱氏体的相对含
16、量，组织中珠光体的相对含量和共析渗碳体的含量。 （9 分）12、已知 Cu 的原子量为 63.5，原子半径是 0.1278 nm。( 20 分)（1）计算铜的密度、点阵常数和最大面间距。（2）在立方晶胞（图 1.）中标出下列晶面和晶向（要求用字母标出，如 oa:001，等等）：（011） 、 （11 ） 、(221) 、102、110 、11（3）以上哪些晶面和晶向互相垂直？13、柏氏矢量的物理意义是什么？根据柏氏矢量如何区分螺型位错和刃型位错？什么是全位错和不全位错？简述位错反应条件。无外力作用时，位错反应 能否进行？（18 分）14、假设在镁晶体中，由一个位错源放出的位错移到晶体表面，使晶
17、体表面产生高度约为10-4cm 的滑移台阶，问有多少个位错运动至表面？（已知 b=3.2 A）15、在铝试样中测得晶粒内部的位错密度为 5x1013m-2，假定位错全部集中在亚晶界上，且每个亚晶粒的截面均为正六边形，而位错全为刃位错，其柏氏矢量 b=a/21012x10 -10m，如亚晶粒之间的倾角为 5，试求亚晶界上的位错间距和亚晶粒的平均大小。正六边形面积 ，总边长为 6a，单位面积中亚晶数目 求得 a=110-5（m）。P/6=5*102/6=87.因为，D=2.3nm，所以六边形边长为：2.3*87=198nm,则晶梨外接圆直径d=2*198=396nm.17、在 870比在 930渗
18、碳有一定优越性，淬火变形小又可得到较细的晶粒，碳在 铁中的 D0=2.010-5m2/s,Q=140103J/mol,请计算：(10 分)(a) 870时碳在 铁中的扩散系数；(b) 将渗层加深一倍需多长时间？(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？(气体常数 R=8.314J/molK, 渗层厚度 )Dt(a) D870 =7.9810-12 m2/s(b) 4 倍时间(c) 1.44 倍18、位错线与柏氏矢量，切应力方向，位错线运动方向以及晶体滑移方向的关系？六、综合1、试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的影响。
