材料科学基础复习题.ppt

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1、总复习,题型,一填空二选择三判断四名词解释五问答六综合分析,1、对于不含气相的凝聚系统（金属、非金属、聚合物系统），可视为恒压条件，相律表述为。2、扩散的驱动力为，原子扩散的机制主要是 和。3、任何铁碳合金在室温下的平衡组织都是由 和 两个相组成的。,4、塑性变形不仅使晶体的、和()发生变化，而且由于塑性变形的不均匀性，还使冷变形晶体中产生。5、位错线是晶体中 区与 区在滑移面上的交界线，刃型位错线的柏氏矢量与其位错线，螺型位错线的柏氏矢量与其位错线，6、非晶态固体通常指、和（）等。,7、获得过饱和点缺陷的方法包含、辐照 法和 等方法。8、铸铁与碳钢的区别在于有无 组织，亦或称有无 转变。9、

2、在二元合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于，而固态下互不溶解的三元共晶相图中计算相的相对含量应用的则是重心法则,10、系统中相的平衡条件是每一个 在所有各相中的 相等。11、共析转变是 转变，转变过程中需要原子作大量的，但在固态中的扩散比在液态中困难得多，所以共析转变需要较大的。12、材料的不同性能都是由其内部结构决定的，从材料的内部结构来看，可以分为4个层次：、原子的排列方式(晶体和非晶体)以及。,13、碳原子溶于-Fe形成的固溶体，称为；碳原子溶于-Fe形成的固溶体则称为；共晶转变的产物在室温下称为；共析转变的产物在室温下称为。14、渗碳体有五种类型分别为：、和。15、材料科学是研

3、究各种材料的、制备加工工艺与 关系的科学。,16、与 是冷变形金属加热过程中经历的基本过程。17、晶体有别于非晶体的两大特征是 和。,18、材料按属性可分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料。19、材料科学的四要素分别为：、材料的固有性能 和。20、决定原子中电子能量和核间距离的是主量子数n、给出电子在同一量子壳层内所处的能级的是轨道角动量量子数li、给出每个轨道角动量量子数的能级数的是磁量子数mi。,21、金属键既无 又无，并且，由于()的存在，金属一般都具有良好的导电和导热性能。22、金属晶体结构大多属于三种典型的晶体结构，它们分别是：、和密排六方。23、面心立方和体心立方的密排晶面

4、族分别是()和。,24、金属键既无 又无，因而每个原子有可能同更多的原子相结合，并趋于形成低能量的密堆结构。25、所有相交于某一晶向直线或平行于此直线的晶面构成一个，此直线称为，所有的这些晶面都称为共带面。26、将六方晶体的（100）晶面换成4指数应为，六方晶系的100 晶向换成4指数应为。(见教材12页),27、固体可分成 和 两种形式。晶体的结构特点是质点在三维空间作 的重复排列，即近程和远程都是有序的。28、晶体宏观的塑性变形是通过 运动来实现的。29、实际晶体中，位错的柏氏矢量不是，它应符合相应的 条件和 条件。30、小角度晶界其基本类型有 晶界和（）晶界两类。,31、在常温或低温下，

5、位错的 运动非常困难，因为这种运动需要原子的 才能发生，显然，升高温度可以 这种运动。32、无论什么位错在外应力下滑移时，其运动方向总是与位错线，它的大小与外加分切应力及 呈正比，并指向晶体的。,33、体心立方与面心立方的密排面分别为、。34、晶体中原子排列的紧密程度（与晶体结构类型有关），通常有两种表示方法，分别为、。35、密排六方结构的配位数只有当c/a=时，配位数才是12，否则其配位数应该记为。36、相是指合金中具有同一、同一晶体结构和性质并以 相互隔开的均匀组成部分。,37、固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着 的晶体

6、结构类型。38、大多数金属间化合物中原子间的结合方式是 结合与其他典型结合（离子结合、共价结合和分子结合）相混合的一种方式，因此他们多具有。,39、一些原子克服束缚迁移，产生空位。又可分为 空位和 空位。40、利用相图，我们可以知道在热力学平衡条件下，各种成分的物质在不同、压力 下的相组成、各种相的成分、相的相对量。41、铁碳相图中的包晶点、共析点、共晶点的温度分别应为、和。42、铁碳相图中的包晶点、共晶点、共析点的含碳量分别应为、和。,43、根据铁碳相图，铁碳合金的组织从低碳到高碳的变化顺序为：+（+P）+P+Ld+。44、固态相变形核的驱动力是 与 之间的 之差，阻力包括 和应变能。,二、

7、名词解释题,1、配位数 原子或离子的配位数指在晶体结构中，该原子或离子的周围与它直接相邻结合且等距离的原子数或所有异号离子的个数。2、所谓相，是指合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。,3、固溶强化 溶质原子溶入造成的晶格畸变使塑性变形抗力增加，位错移动困难，因而使固溶体的强度、硬度提高，塑性和韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。4、金属化合物 在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解度时，除了形成固溶体外，还将形成晶体结构不同于任一组元的新相，称为金属化合物。,5、金属玻璃 指金属（或合金）从液态凝固后其结构与液态金属（或合金）相同的固体。6、弗兰克尔空位：在

8、晶格内原子热振动时，一些能量足够大的原子离开平衡位置后，进入晶格点的间隙位置，变成间隙原子，而在原来的位置上形成一个空位，这种缺陷称为弗兰克尔空位,7、表面 表面是指固体材料与真空或气体、液体等外部介质相接触的界面8、弹性模量 表征晶体中原子间结合力强弱的物理量，反映原子间的结合力，是组织结构不敏感参数。9、孪生 晶体在外力作用下以产生孪晶的方式而进行的切变过程称为孪生,10、脱溶 当固溶体因温度变化等原因而呈过饱和状态时，将自发地发生分解过程，其所含的过饱和溶质原子通过扩散而形成新相析出，此过程称为脱溶。11、能量起伏 能量起伏是指体系中每个微小体积所实际具有的能量，会偏离体系平均能量水平而

9、瞬时涨落的现象。,12、相图 相图就是表示物质的状态和温度、压力、成分之间的关系的简明图解。13、组元 组元通常是指构成材料的最简单、最基本、可以独立存在的物质。14、自由度数 自由度数是指在平衡系统中那些独立可变的强度变量的最大数目。,15、珠光体 铁碳合金共析转变的产物，是共析铁素体和共析渗碳体的层片状混合物。16、上坡扩散 在化学位差为驱动力的条件下，原子由低浓度位置向高浓度位置进行的扩散。17、固溶体 外来组元进入晶体结构，占据主晶相质点位置一部分或间隙位置一部分，仍保持一个晶相，这种晶体成为固溶体。,18、非平衡凝固 冷却速度很快，扩散不充分，造成各相成分不均匀，偏离平衡结晶条件，即

10、为非平衡凝固。19、组织组成物 组织中，由一定的相构成的，具有一定形态特征的组成部分。,20、肖脱基空位:如果正常格点上的原子，热起伏过程中获得能量离开平衡位置，跳跃到晶体的表面，在原正常格点上留下空位，这种缺陷称为肖脱基空位21、晶界 晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界22、柯肯达尔(Kirkendall)效应。在含有浓度梯度的置换固溶体中，埋入一个惰性标记，由于两组元扩散能力不相等，经过扩散后会引起标记的移动。这个现象以后就称为柯肯达尔(Kirkendall)效应。,23、金属间化合物 由不同金属或金属与亚金属组成的一类合金相，其点阵既不同于溶剂的点阵，也不同于溶质的点阵，而属

11、于一种新的点阵。24、同素异构转变 许多元素具有几种晶体结构，当外界条件（如温度、压力等）改变时，晶体将会从一种结构向另一种结构转变，称为同素异构转变，也称为多晶型转变。,三、判断题,1、晶体中的结构缺陷也包括在结构之中。（）2、碳原子溶于-Fe形成的固溶体称为铁素体。（）3、碳原子溶于-Fe形成的固溶体，称为奥氏体。（）4、面心立方晶体的孪晶面为（111）。（）,5、实际材料单一结合键不多，多为混合键。()6、陶瓷化合物中出现离子键和共价键，取决于AB的电负性，越大共价键比例越高。()7、无论是金属材料还是非金属材料，通常都是晶体。()8、低指数晶面的晶面间距较大、原子排列越紧密；高指数晶面

12、的晶面间距较小；原子排列越稀疏。(),9、滑移时，通常称取向因子大的为软取向；而取向因子小的为硬取向（）10、组成匀晶相图的两组元，在液态应无限互溶，而在固态可以部分互溶。（）11、贝氏体转变为半扩散型相变而马氏体转变为扩散型相变。（）,12、螺型位错有左右之分，但并无本质区别。()13、刃型位错有正负之分，但并无本质区别。()14、位错线不可能中断于晶体内部。()15、只有刃型位错才能进行攀移。()16、螺型位错可以有多个滑移面。(),17、液相结晶必须具有一定的过冷度。（）18、面心立方晶体中一个晶胞占有原子的数目为2。（）19、体心立方晶体中一个晶胞占有原子的数目为4。（）20、弹性变形

13、可以获得过饱和点缺陷。（）,21、由界面分开的是两个不同的相。()22、合金在成分、温度变化时，其状态也会发生变化。()23、加工硬化会降低材料的塑性和韧性，所以对材料的性能是有害的。()24、钢件表面热处理时，渗C，N比渗Cr，Al等金属的周期短。(),25、多晶体塑性变形至少需要6个独立滑移系开动（）26、固态相变时，母相中的晶体缺陷阻碍新相晶核的形成。（）27、空位是热力学稳定的晶体缺陷。（）28、一般情况下，金属晶体的点缺陷主要是指间隙原子。（）,29、在致密度较大的晶体结构中扩散激活能较小，扩散易于进行。()30、第三组元的加入促进了原子的扩散。()31、实际结晶过程中，晶核的形核方

14、式主要是均匀形核。()32、在其他条件相同时，细晶中的储存能高于粗晶粒。(),33、Cu和Mg都属于典型的面心立方结构()34、-Fe 和Zn都属于典型的体心立方结构()35、低温回复主要涉及点缺陷的运动。()36、再结晶属于典型的相变过程。()37、亚晶合并形核一般是在较大的变形度下发生。(),38、肖克莱不全位错可以是刃型、螺型或混合型位错（）39、弗兰克不全位错是纯刃型位错，可以攀移也可以滑移。()40、晶粒之间的晶界通常为小角度晶界。()41、物质可以从低浓度区向高浓度区扩散，扩散的结果提高了浓度梯度。（）,42、全方位投影图对于匀晶相图也很重要()43、投影图既能分析合金的结晶过程，

15、又能确定平衡相的组成和含量（）44、金属的过冷度是一个恒定值(),四、选择题,1、菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随 变化。A、距离 B、时间 C、温度 D、压强2、原子扩散的驱动力是。A、浓度梯度 B、压强梯度 C、温度梯度 D、化学势梯度3、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、1/4 D、3/4,4、金属Al、Mg分别属于何种晶体结构。A、体心立方、面心立方 B、体心立方、密排六方C、面心立方、体心立方 D、面心立方、密排六方5、面心立方结构的配位数和致密度分别为。A、12、0.74 B、12、0.68 C、8、0.74 D、8、0.6

16、86、体心立方结构的配位数和致密度分别为。A、8、0.68 B、12、0.68 C、8、0.74 D、12、0.74,7、铸铁与碳钢的区别在于有无。A、莱氏体 B、珠光体 C、铁素体 D、渗碳体8、在二元合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于。A、单相区 B、两相区 C、三相平衡水平线 D、单相区或两相区9、面心立方晶体的孪晶面为。A、（100）B、（110）C、（111）D、（112）,10、面心立方、体心立方和密排六方晶胞中的原子数分别为。A、2、4、6 B、4、2、6 C、6、2、4 D、6、4、2 11、金属晶体的点缺陷主要是指。A、空位 B、间隙原子 C、置换原子 D、杂质原子

17、12、过饱和点缺陷点缺陷的产生方法不包括。A、淬火法 B、辐照法 C、塑性变形 D、弹性变形,13、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为。A、原子互换机制 B、间隙机制 C、推填机制 D、空位机制14、由热力学第二定律可知，相变的驱动力是。A、GV 0 B、GV 0 C、GV 0 D、GV 015、一般来说有效形核过冷度T*B。A、0.1Tm B、0.2Tm C、0.3Tm D、0.4Tm,16、塑性变形的基本方式是。A、孪生 B、滑移 C、扭折 D、攀移17、刃型位错、螺型位错和混合型位错柏氏矢量b与位错线之间的关系分别为。A、平行、垂直、既不平行也不垂直 B、垂直、平行、既不垂直也不平行

18、C、既不垂直也不平行、垂直、平行 D、既不平行也不垂直、平行、垂直18、位错的攀移多在 时发生。A、低温 B、中温 C、高温 D、任何温度都可以,19、碳原子溶于-Fe形成的固溶体，称为。A、铁素体 B、奥氏体 C、渗碳体 D、珠光体20、下述有关自扩散的描述中正确的是。A、自扩散系数由浓度梯度引起 B、自扩散又称为化学扩散C、自扩散系数随温度升高而增加 D、自扩散又称为上坡扩散21、碳原子溶于-Fe形成的固溶体，称为。A、铁素体 B、奥氏体 C、渗碳体 D、珠光体,22、晶粒之间的晶界通常为。A、大角度晶界 B、小角度晶界 C、亚晶界 D、孪晶界23、杠杆定律适用于平衡结晶时的。A、单相区

19、B、两相区 C、三相区 D、四相区24、铁碳相图中的三个恒温转变，转变温度最高的是。A、包晶转变 B、共晶转变 C、匀晶转变 D、共析转变,25、下面不属于晶体长大方式的是 D。A、连续长大 B、二维晶核 C、螺型位错长大 D、攀移长大26、形变后的材料再升温时发生回复和再结晶现象，则点缺陷浓度下降明显发生在。A、屈服阶段 B、回复阶段 C、再结晶阶段 D、晶粒长大阶段27、反应类型为L+的转变为。A、共晶转变 B、匀晶转变 C、包晶转变 D、共析转变,28、铁碳相图中产生莱氏体的转变是。A、匀晶转变 B、共晶转变 C、包晶转变 D、共析转变29、下列合金在铸造工业中应用最广泛的是。A、亚共晶

20、合金 B、共晶合金 C、过共晶合金D、共析合金30、铁碳合金中发生共晶转变的合金的含碳量可能为。A、Wc=0.5%B、Wc=1.5%C、Wc=2.0%D、Wc=3.0%,31、以下不是影响枝晶偏析程度主要因素的是 D。A、凝固速度 B、凝固温度 C、偏析元素 D、凝固时间32、在其它条件不变的情况下，要使渗层深度增加1倍，扩散时间需要。A、1倍 B、2倍 C、3倍 D、4倍33、三元相图中最常用的成分表示方法是。A、直角成分坐标 B、等腰成分三角形 C、等边成分三角形 D、局部图形表示法,34、W(C)0.77%，沿奥氏体晶界开始析出。A、网状的Fe3C B、片状的Fe3C C、长条状的Fe3

21、C D、网状状的Fe3C35、据Fe-Fe3C相图，当铁碳合金碳含量为wC=时其室温组织中Fe3C，相对含量最高。A、4.3%B、1.2%C、2.11%D、1.8%,36、以下不是影响晶界偏析程度主要因素的是 B。A、溶质含量 B、偏析元素 C、结晶速度 D、枝晶偏析37、铁素体和渗碳体的机械混合物称为 A。A、珠光体 B、奥氏体 C、莱氏体 D、变态莱氏体,38、二次再结晶是。A、相变过程 B、形核长大过程 C、某些晶粒特别长大现象D、凝固过程39、储存能，以 产生的能量为主。A、空位 B、间隙原子 C、置换原子 D、位错40、冷变形金属加热过程中经历的基本过程不包括。A、回复 B、再结晶

22、C、晶粒长大 D、二次再结晶,五、问答题,1、回复过程有何特征？答：回复过程组织不发生变化，仍保持变形状态伸长的晶粒。回复过程使变形引起的宏观（一类）应力全部消除，微观（二类）应力部分消除。回复过程中一般力学性能变化不大，硬度、强度仅稍有降低，塑性稍有提高，某些物理性能有较大变化，电阻率降低，密度增大。变形储能在回复阶段部分释放。,2、简述刃型位错的特征。1）有一额外半原子面，额外半原子面刃口处的原子列称为位错线。2）位错线垂直于滑移矢量，位错线与滑移矢量构成的是滑移面，刃型位错的滑移面是唯一的。3）半原子面在上，正刃型位错；在下，负刃型位错。4）刃型位错的位错线不一定是直线，可以是折线，也可

23、以是曲线，但位错线必与滑移矢量垂直。5）刃型位错周围的晶体产生畸变，上面受压应力，下面受拉应力。半原子面是对称的，位错线附近畸变大，远处畸变小。6）位错周围的畸变区一般只有几个原子宽。,3、请写出菲克第二定律(Ficks Second Law)的表达式，并指出各符号的意义及单位。答：式中：c为扩散物质的体积浓度（atoms/m3或kg/m3）；t为扩散时间（s）；x为扩散距离（m）。,4、试述柏氏矢量在晶体研究中有何意义。1）确定位错类型。2）表征晶体中的位错区点阵畸变程度。3）表征晶体滑移时的滑移方向和滑移量的大小。,5、请写出吉布斯相律表达式，并指出各符号的意义。答：f=c-p+n C：系

24、统的组元数；P：共存的平衡相数；f：自由度的数目，指给定合金系在平衡相数不变的前提下，可独立改变（如温度、压力、浓度等）的数目。n：能够影响平衡状态的外界因素的数目（温度、压力、电场、重力场等）。,6、晶界有何种不同于晶内的特性？1）晶界处点阵畸变大，存在晶界能。2）晶界较晶内具有较高的强度和硬度。3）晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多。4）新相易于在晶界处优先形核。5）晶界熔点较低，故在加热过程中，因温度过高将引起晶界熔化和氧化，导致“过烧”现象产生。6）与晶内相比晶界的腐蚀速度一般较快。,7、点缺陷对材料性能有何影响？点缺陷能使金属的电阻增加(电子在传导时散射增加)，体积膨胀，密度减小。同

25、时能加速与扩散有关的相变、化学热处理及高温下的塑性变形和断裂等。另外，过饱和点缺陷还可以提高金属的屈服强度。,8、试分析加工硬化的利弊。一方面：加工硬化使材料的强度、硬度升高，是材料加工成型的保证。另一方面：加工硬化使变形阻力提高，动力消耗增大；脆断危险性提高。,9、滑移面和滑移方向往往是金属晶体中哪些晶面和晶向？为什么？答：滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。这是因为原子密度最大的晶面其面间距最大，点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑移；至于滑移方向为原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子间距最短，即位错b最小，阻力小。,10、共晶反应有何要点？1）共晶转变在恒温

26、下进行。2）转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。3）存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。4）成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。,11、多晶体变形时晶界具有起裂作用的原因是什么？答：其一，晶界阻碍位错滑移造成较大的应力集中；其二，材料中的杂质和第二相往往优先分布于晶界，使晶界变脆。另外，由于晶界处缺陷多，原子处于能量较高的不稳定状态，在腐蚀介质作用下，往往被优先腐蚀形成裂纹。,12、为什么点缺陷在热力学上是稳定的，而位错则是不平衡的晶体缺陷？在高于0K的任何温度下,含有一定浓度点缺陷的晶体,其吉布斯自由能最低.而位错的存在引起晶格畸变,导致晶体能量增加,为位错的应变能,其中位

27、错中心区域的能量为弹性能.,13、影响晶粒长大的因素a 温度 温度越高晶粒长大速度越快。b 杂质与合金元素 杂质及合金元素渗入基体后能阻碍晶界运动，可使晶粒长大受到抑制。c 第二相质点 弥散分布的第二相粒子阻碍晶界的移动，也可使晶粒长大受到抑制。,14、试分析晶粒长大的驱动力？晶粒长大的驱动力，从整体上看，是晶粒长大前后总的界面能差。从个别晶粒长大的微观过程来说，晶界具有不同的曲率则是造成晶界迁移的直接原因。通常小晶粒为凸边界，大晶粒为凹边界，存在化学势差使原子移向大晶粒，晶界移向小晶粒。晶界的移动方向总是向着曲率中心。,15、位错反应习题,a/2101+a/6121 a/3111指出每一位错

28、的性质类型，并判断该反应能否进行。答：a/2101（面心立方全位错或单位位错）；a/6121（肖克莱不全位错）；a/3111（弗兰克不全位错）；该反应能够进行。因为既满足几何条件b前=b后=a/3111；又满足能量条件b2前=2/3a2b2后=1/3a2,六、综合分析题1、已知930碳在铁中的扩散系数D1.61 10-12m2/s,在这一温度下对含碳0.1%C的碳钢渗碳，若表面碳浓度为1.0%C，规定含碳0.3%处的深度为渗层深度，（1）求渗层深度X与渗碳时间的关系式；（2）计算930 渗10h、20h后的渗层深度X10,X20参考答案见课件14,共晶转变刚刚结束后，组织组成体和相的相对含量？

29、,共晶相图,组织组成体：,相：和,W()=,=,60.5%,W()=,=,39.5%,杠杆定律应用,亚共晶合金,27.7,73.3,72.3%,3、一碳钢在平衡冷却条件下，室温组织为珠光体二次渗碳体，其中珠光体含量为90%。请确定该碳钢的类型，在多高温度发生何种转变得到的珠光体？并指出其含碳量。答：过共析钢，727发生共析转变得到的珠光体。(X-0.77%)/(6.69%-0.77%)=0.1X=1.362%,4(1)定出P,R,S三点的成分，若有P,R,S三点合金的质量分别为2、4、7kg，求混合构成新合金的成分。(2)定出c=0.8，A/B等于S中A/B时的合金成分。(3)有4kg成分为P点的合金，欲配成10kg成分为R点的合金，求需加入的合金成分。,5、铁碳相图,1、各个合金的组织2、合金的恒温转变,6、请根据下图回答以下问题：（1）写出、BE和E2E各浓度区域的组织组成物；（2）写出O合金的组织组成物，并计算其相对含量。,