材料科学基础复习题及部分答案

PAGE\*MERGEFORMAT#单项选择：第1章原子结构与键合高分子材料中的C-H化学键属于(A)氢键(B)离子键属于物理键的是(A)共价键(B)范德华力化学键中通过共用电子对形成的是(A)共价键(B)离子键O(C)共价键(C)离子键(C)金属键第2章固体结构以下不具有多晶型性的金属是(A)铜(B)锰fee、bee、hep三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的是(A)fee(B)bee(C)hep与过渡金属最容易形成间隙化合物的元素是(A)氮(B)碳(C)硼面心立方晶体的孪晶面是(A){112}(B){110}以下属于正常价化合物的是—(A)Mg2Pb(B)CU5Sn(C)铁O(C){111}(C)Fe3C第3章晶体缺陷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(A)肖特基缺陷(B)弗仑克尔缺陷(C)线缺陷原子迁移到间隙中形成空位-间隙对的点缺陷称为(A)肖脱基缺陷(B)Frank缺陷(C)堆垛层错11.刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系是？(A)垂直(B)平行(C)交叉能进行攀移的位错必然是(A)刃型位错(B)螺型位错以下材料中既存在晶界、又存在相界的是(A)孪晶铜(B)中碳钢大角度晶界具有个自由度。(A)3(B)4(C)第4章固体中原子及分子的运动菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随(A)距离(B)时间在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为_(A)原子互换机制(B)间隙机制(C)混合位错亚共晶铝硅合金(C)5变化。(C)温度O(C)空位机制固体中原子和分子迁移运动的各种机制中，得到实验充分验证的是(A)间隙机制(B)空位机制(C)交换机制18.原子扩散的驱动力是(A)组元的浓度梯度o(B)组元的化学势梯度(4.2非授课内容)(C)温度梯度A组元的扩散速率大于B组元B组元的扩散速率大于A组元A、B两组元的扩散速率相同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）（B）（C）自扩散系数由浓度梯度引起自扩散又称为化学扩散自扩散系数随温度升高而增加下述有关自扩散的描述中正确的为（A）（B）（C）第5章材料的形变和再结晶在弹性极限oe范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为（A）包申格效应（B）弹性后效（C）弹性滞后塑性变形产生的滑移面和滑移方向是（A）晶体中原子密度最大的面和原子间距最短方向（B）晶体中原子密度最大的面和原子间距最长方向（C）晶体中原子密度最小的面和原子间距最短方向因此具有这种晶体结构的材料塑（C）相邻位错的距离越大bcc、fee、hep三种典型晶体结构中，具有最少的滑移系，性最差。（A）bee（B）fee（C）hep，位错滑移的派-纳力越小。（A）位错宽度越大（B）滑移方向上的原子间距越大Cottrell气团理论对应变时效现象的解释是:（A）溶质原子再扩散到位错周围已知Cu的Tm=1083"C,（A）200乜（B）已知Fe的Tm=1538乜，（A）350乜（B）（B）位错增殖的结果则Cu的最低再结晶温度约为270C（C）则Fe的最低再结晶温度约为450乜（C）位错密度降低的结果350乜(C)550乜28.位错缠结的多边化发生在形变合金加热的（A）回复（B）再结晶点缺陷的明显下降形成亚晶界位错重新运动和分布o（C）晶界弓出阶段。（C）晶粒长大形变后的材料再升温时发生回复与再结晶现象，则点缺陷浓度下降明显发生在（A）回复阶段（B）再结晶阶段（C）晶粒长大阶段形变后的材料在低温回复阶段时其内部组织发生显著变化的是（A）（B）（C）由于晶核产生于高畸变能区域，再结晶在部位不易形核。（A）大角度晶界和孪晶界（B）相界面（C）外面纯金属材料的再结晶过程中，最有可能在以下位置首先发生再结晶形核（A）小角度晶界（B）孪晶界（C）外表面对于变形程度较小的金属，其再结晶形核机制为（A）晶界合并（B）晶界迁移再结晶晶粒长大的过程中，晶粒界面的不同曲率是造成晶界迁移的直接原因，晶界总是向着（C）曲率中心垂直方向移动（A）曲率中心（B）曲率中心相反开始发生再结晶的标志是：（A）产生多变化（B）新的无畸变等轴小晶粒代替变形组织（C）晶粒尺寸显著增大在纯铜基体中添加微细氧化铝颗粒属于（A）复合强化（B）析出强化在纯铜基体中添加铝或锡、镍等微量合金元素属于（A）复合强化（B）析出强化在纯铝的凝固过程中添加Al-Ti-B细化剂属于（A）复合强化（B）晶粒细化o（C）固溶强化O（C）固溶强化o（C）固溶强化第6章单组元相图及纯晶体的凝固凝固时在形核阶段，只有核胚半径等于或大于临界尺寸时才能成为结晶的核心，当形成的核胚半径等于临界半径时，体系的自由能变化（A）大于零（B）等于零（C）以下材料中，结晶过程中以非小平面方式生长的是（A）金属锗（B）透明环己烷（C）以下材料中，结晶过程中以小平面方式生长的是（A）金属锗（B）铜镍合金形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的（A）1/3（B）2/3（C）1/4铸锭凝固时如大部分结晶潜热可通过液相散失时，则固态显微组织主要为（A）树枝晶（B）柱状晶（C）胞状晶凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪种？（A）加入形核剂（B）减小液相过冷度（C）对液相实施搅拌O小于零氧化硅（C）金属铅第7章二元系相图及其合金的凝固对离异共晶和伪共晶的形成原因，下述说法正确的是（A）离异共晶只能经非平衡凝固获得（B）伪共晶只能经非平衡凝固获得（C）形成离异共晶的原始液相成分接近共晶成分在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则用于（A）单相区中（B）两相区中二元系合金中两组元部分互溶时，不可能发生（A）共晶转变（B）匀晶转变任一合金的有序结构形成温度（A）低于（B）高于O（C）三相平衡水平线上O（C）包晶转变无序结构形成温度。（C）可能低于或高于fee、bee、hep三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的是（A）fee（B）bee（C）hep与过渡金属最容易形成间隙化合物的元素是（A）氮（B）碳（C）硼面心立方晶体的孪晶面是（A）{112}（B）{110}以下属于正常价化合物的是o(C){111}(A)Mg2Pb(B)Cu5Sn(C)Fe3C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(A)肖特基缺陷(B)弗仑克尔缺陷(C)线缺陷原子迁移到间隙中形成空位-间隙对的点缺陷称为(A)肖脱基缺陷(B)Frank缺陷(C)堆垛层错刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系是？(A)垂直(B)平行(C)交叉能进行攀移的位错必然是(A)刃型位错(B)螺型位错以下材料中既存在晶界、又存在相界的是(A)孪晶铜(B)中碳钢大角度晶界具有个自由度。(A)3(B)4菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随(A)距离(B)时间在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为_(A)原子互换机制(B)间隙机制(C)(C)混合位错亚共晶铝硅合金(C5变化。(C)温度O(C)空位机制固体中原子和分子迁移运动的各种机制中，得到实验充分验证的是(C)交换机制(A)间隙机制原子扩散的驱动力是(A)组元的浓度梯度(B)空位机制o(B)组元的化学势梯度A和A-B合金焊合后发生柯肯达尔效应，测得界面向(A)(B)(C)A组元的扩散速率大于B组元B组元的扩散速率大于A组元A、B两组元的扩散速率相同(C)温度梯度A试样方向移动，则下述有关自扩散的描述中正确的为自扩散系数由浓度梯度引起自扩散又称为化学扩散自扩散系数随温度升高而增加(A)(B)(C)塑性变形产生的滑移面和滑移方向是晶体中原子密度最大的面和原子间距最短方向晶体中原子密度最大的面和原子间距最长方向晶体中原子密度最小的面和原子间距最短方向因此具有这种晶体结构的材料塑bcc、fee、hep三种典型晶体结构中，具有最少的滑移系，性最差。(A)bee(B)fee(C)hep，位错滑移的派-纳力越小。(C)相邻位错的距离越大(A)位错宽度越大(B)滑移方向上的原子间距越大Cottrell气团理论对应变时效现象的解释是：(A)溶质原子再扩散到位错周围(B)位错增殖的结果(C)位错密度降低的结果位错缠结的多边化发生在形变合金加热的阶段。(A)回复(B)再结晶(C)晶粒长大形变后的材料再升温时发生回复与再结晶现象，则点缺陷浓度下降明显发生在_(A)回复阶段(B)再结晶阶段(C)晶粒长大阶段形变后的材料在低温回复阶段时其内部组织发生显著变化的是(A)点缺陷的明显下降（B）形成亚晶界（C）位错重新运动和分布再结晶晶粒长大的过程中，晶粒界面的不同曲率是造成晶界迁移的直接原因，晶界总是向着方向移动（A）曲率中心（B）曲率中心相反开始发生再结晶的标志是：（A）产生多变化（B）新的无畸变等轴小晶粒代替变形组织（C）晶粒尺寸显著增大在纯铜基体中添加微细氧化铝颗粒属于（A）复合强化（B）析出强化在纯铜基体中添加铝或锡、镍等微量合金元素属于（A）复合强化（B）析出强化在纯铝的凝固过程中添加Al-Ti-B细化剂属于（A）复合强化（B）晶粒细化（C）曲率中心垂直O（C）固溶强化O（C）固溶强化O（C）固溶强化凝固时在形核阶段，只有核胚半径等于或大于临界尺寸时才能成为结晶的核心，当形成的核胚半径等于临界半径时，体系的自由能变化（A）大于零（B）等于零（C）以下材料中，结晶过程中以非小平面方式生长的是（A）金属锗（B）透明环己烷（C）以下材料中，结晶过程中以小平面方式生长的是（A）金属锗（B）铜镍合金形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的（A）1/3（B）2/3（C）1/4铸锭凝固时如大部分结晶潜热可通过液相散失时，则固态显微组织主要为（A）树枝晶（B）柱状晶（C）胞状晶凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪种方法？（A）加入形核剂（B）减小液相过冷度（C）对液相实施搅拌对离异共晶和伪共晶的形成原因，下述说法正确的是（A）（B）（C）离异共晶只能经非平衡凝固获得伪共晶只能经非平衡凝固获得形成离异共晶的原始液相成分接近共晶成分o小于零氧化硅（C）金属铅多项选择题：第1章以下同时具有方向性和饱和性的结合键的是（A）共价键（B）离子键（C）氢键第2章晶体区别于其它固体结构的基本特征有o（A）原子呈周期性重复排列（B）长程有序（C）具有固定的熔点（D）各向同性各向异性具有相同配位数和致密度的晶体结构是（A）面心立方（B）体心立方o（D）金属键（E）范德华力(E)（C）简单立方O（D）底心立方（E）密排六方4.以下具有多晶型性的金属是（A）铜以下（A）镁（B）锌（C）镉铁具有多晶型性，在不同温度下会形成（A）面心立方（B）体心立方（B）铁（C）锰（D）钛（E）钴等金属元素在常温下具有密排六方晶体结构。（D）铬（E）铍等晶体结构。（C）简单立方（D）底心立方（E）密排六方第3章晶体缺陷7.晶体中点缺陷的形成原因有。（A）（B）（C）（D）（E）温度起伏，高温淬火、冷变形加工、高能粒子辐照8.晶体缺陷中属于面缺陷的有（A）层错（B）外表面O（C）孪晶界相界(E)空位第4章固体中原子及分子运动9.影响扩散的主要因素有。（A）温度（B）固溶体类型（C）晶体结构（D）晶体缺陷（E）化学成分第6章10.关于均匀形核，以下说法正确的是。体积自由能的变化只能补偿形成临界晶核表面所需能量的三分之二非均匀形核比均匀形核难度更大结构起伏是促成均匀形核的必要因素能量起伏是促成均匀形核的必要因素过冷度△T越大，则临界半径越大(A)(B)(C)(D)(E).说明了非均匀形核与均匀形核之间的差异。非均匀形核所需过冷度更小均匀形核比非均匀形核难度更大一旦满足形核条件，均匀形核的形核率比非均匀形核更大均匀形核试非均匀形核的一种特例实际凝固过程中既有非均匀形核，又有均匀形核11.以下说法中,（A）（B）（C）（D）（E）晶体的长大方式有。（A）连续长大（B）不连续长大（C）平面生长（D）二维形核生长控制金属的凝固过程获得细晶组织的手段有（A）加入形核剂（E）螺型位错生长O（B）减小液相过冷度（C）增大液相过冷度（D）增加保温时间（E）施加机械振动14.二元相图中,（A）共晶转变属于共晶方式的相转变有。（B）共析转变（C）偏晶转变（D）熔晶转变（E）合晶转变15.二元相图中,属于包晶方式的相转变有（A）包晶转变（B）包析转变（C）合晶转变（D）偏晶转变（E）熔晶转变16.二元相图必须遵循以下几何规律:（A）（B）（C）（D）（E）O相图中的线条代表发生相转变的温度和平衡相的成分两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一条线接界两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开二元相图中的三相平衡必为一条水平线两相区与单相区的分界线与等温线相交时，其延长线应进入另一两相区内构成匀晶合金的两种组元之间必须满足以下条件:（A）（B）（C）（D）（E）具有相同的晶体结构，晶格常数相近具有相同的熔点具有相同的原子价具有相似的电负性原子半径差小于15%固溶体的平衡凝固包括（A）液相内的扩散过程长大等几个阶段。（B）固相内的扩散过程（E）液固界面的运动（C）液相的长大（D）固相的继续(A)(B)(C)(E)判断题:第一章离子键的正负离子相间排列，具有方向性，无饱和性。共价键通过共用电子对而成，具有方向性和饱和性。同位素的原子具有相同的质子数和中子数。（错）（对）（错）第二章4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.复杂晶胞与简单晶胞的区别是，除在顶角外，在体心、面心或底心上有阵点。晶体结构的原子呈周期性重复排列，即存在短程有序。（错）立方晶系中，晶面族｛111｝表示正八面体的面。（对）立方晶系中，晶面族｛110｝表示正十二面体的面。（对）晶向指数＜uvw＞和晶面指数（hkI）中的数字相同时，对应的晶向和晶面相互垂直。晶向所指方向相反，则晶向指数的数字相同，但符号相反。bcc的间隙不是正多面体，四面体间隙包含于八面体间隙之中。溶质与溶剂晶体结构相同是置换固溶体形成无限固溶体的必要条件。（对）（对）（对）(对)(对)非金属和金属的原子半径比值rx/rm＞0.59时，形成间隙化合物，如氢化物、氮化物。晶体中的原子在空间呈有规则的周期性重复排列；而非晶体中的原子则是无规则排列的。选取晶胞时，所选取的正方体应与宏观晶体具有同样的对称性。（错）空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，只有14种类型，而实际存在的晶体结构是无限的。形成置换固溶体的元素之间能无限互溶，形成间隙固溶体的元素之间只能有限互溶。只有置换型固溶体的元素间有可能无限互溶，形成间隙固溶体的元素之间只能有限互溶。间隙固溶体的溶解度不仅与溶质原子大小有关，还与晶体结构中间隙的形状、大小等有关。（错）（对）（对）（错）（对）（对）第三章10.PAGE\*MERGEFORMAT#19.20.21.22.第四章23.24.25.26.弗兰克缺陷是原子迁移到间隙中形成的空位-间隙对。位错线只能终止在晶体表面或界面上，而不能中止于晶体内部。滑移时，刃型位错的运动方向始终平行于位错线，而垂直于柏氏矢量。晶体表面一般为原子密度最大的面，其表面能与曲率有关：曲率越大，（对）（对）（错）表面能越大。菲克定律描述了固体中存在浓度梯度时发生的扩散，即化学扩散。温度越高，原子热激活能越大，扩散系数越大。（对）置换固溶体中溶质原子要高于间隙固溶体中的溶质原子的扩散速度。由于晶体缺陷处点阵畸变较大，原子处于较高的能量状态，易于跃迁，对）（错）故扩散激活能较小。对）第五章27.28.29.30.31.32.33.34.35.36.37.滑移面和滑移方向总是晶体中原子密度最大的面和方向。（对）再结晶过程中显微组织重新改组，形成新的晶体结构，因此属于相变过程。晶界本身的强度对多晶体的加工硬化贡献不大，而多晶体加工硬化的主要原因来自晶界两侧晶粒的位向差。（对）聚合型合金的抗变形能力取决于两相的体积分数。（错）塑性变形会使金属的导电性升高，抗腐蚀性下降。（错）原子密度最小的晶面上面间距最大、点阵阻力最小。（错）孪生临界切应力比滑移的大得多，只有在滑移很难进行的条件下才会发生。变形孪晶的生长过程分为形核、长大两个阶段，一般形核容易，长大比较难。再结晶晶粒长大的驱动力是来自晶界移动后体系总的自由能的降低。塑性加工产生硬化与位错间的交互作用及密度增加有关。微观内应力的作用范围与晶粒尺寸为同一数量级。对）（错）对）第六章38.由于均匀形核需要的过冷度很大，所以液态金属多为非均匀形核。39.形核过程中，表面自由能是液固相变的驱动力，而体积自由能是其阻力。40.粗糙界面的材料一般只有较小的结晶潜热，所以生长速率较高。第七章对）对）（对）（错）对）41.固溶体非平衡凝固情况下，固相内组元扩散比液相内组元扩散慢得多，故偏离固相线的程度大得多。（对）四、名词解释：1.2.3.4.5.6.7.8.9.结合键：空间点阵：将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点，即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的阵列，即空间点阵。晶带轴：所有平行或相交于同一直线的这些晶面构成一个晶轴，此直线称为晶带轴。多晶型性：固态金属在不同的温度和压力条件下具有不同晶体结构的特性。固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其它组元原子所形成的均匀混合的固态溶体，继续保持溶体的晶体结构类型。中间相：两组元A和B组成合金时，除了可以形成以A为基或以B为基的固溶体外，所形成的晶体结构与A、B两组元均不相同的新相，称为中间相。间隙相和化合物：由过渡族金属与C、NH、B等原子半径较小的非金属元素形成的金属化合物固溶强化：通过溶入某种元素形成固熔体即使金属强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。弥散强化：对于两相合金来说，第二相粒子均匀分布在基体相上时，将会对基体相产生明显的强化作用。滑移：在外加切应力的作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上，不断地作少PAGE\*MERGEFORMAT#11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.量的位移（小于一个原子间距）。交滑移：当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移的过程。是滑移的一种特殊方式。亚晶界：每个晶粒有时由位向稍有差异的亚晶粒组成，相邻亚晶粒间的界面。孪晶：指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成对称的位相关系，这两个晶体就称为孪晶。多系滑移：外力下，滑移首先会发生在分切应力最大、且t>tc的滑移系上。但由于伴随晶体转动，使空间位向变化，另一组原取向不利滑移系逐渐转向比较有利的取向，从而开始滑移，形成两组（或多组）滑移系同时进行或交替进行，称为多系滑移。应变时效：将低碳钢试样拉伸到产生少量预塑性变形后卸载，然后重新加载，试样不发生屈服现象，但若产生一定量的塑性变形后卸载，在室温停留几天或在低温（如200C）时效几小时后再进行拉伸，此时屈服点现象重新出现，并且上屈服点升高，这种现象即应变时效。回复：冷变形金属在退火时发生组织性能变化的早期阶段，在此阶段内物理和力学性能的回复程度是随温度和时间变化的。再结晶：随着温度上升，在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，粒，从而取代纤维状变形组织的过程。加工硬化：金属材料在受到外力作用持续变形的过程中，随着变形的增加，性下降的现象。均匀形核：新相晶核在目相中均匀地生成，即晶核由一些原子团直接形核，的影响的形核过程。非均匀形核：新相优先在目相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核。过冷度：晶体材料的实际凝固凝固温度低于理论凝固温度的差值，用AT表示。连续长大：粗糙界面情况下，液固界面的固相一侧上一半的原子位置空着，液相原子较容易进入这些位置与固相结合，晶体便以连续方式向液相中生长。负温度梯度：液相温度随液固界面的距离增大而降低的温度梯度情况。树枝状生长：在负温度梯度情况下，当部分相界面生长凸出到液相中，由于过冷度更大，使凸出部分的生长速度增大而进一步伸向液体中，液固界面不能保持平面状而会形成许多伸向液体的分枝，同时这些晶枝上又可能会长出二次晶枝。晶体的这种生长方式称为树枝状生长。匀晶转变：包晶转变：平衡凝固：指凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分时间进行组元间的扩散，以达到平衡相的成分。非平衡凝固：在实际工业生产中，合金溶液浇涛后的冷却速度较快，使凝固过程偏离平衡条件，称为非平衡凝固。枝晶偏析：固溶体通常以树枝状生长方式结晶，非平衡凝固导致先结晶的枝干和后结晶的枝间的成分不同，故称为枝晶偏析。共晶转变：由液相同时结晶出两种固相的过程称为共晶转变。该转变为恒温转变。伪共晶：在非平衡凝固条件下，由某些亚共晶或过共晶成分的合金在过冷条件下也能得全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。离异共晶：在平衡凝固条件下应为单相固溶体的合金，在快速冷却条件下出现的少量共晶组织称为非平衡共晶，或称为离异共晶。并逐渐长大形成等轴晶强度硬度增加，而塑韧不受杂质粒子或外表面第11.答：^章原子间的结合键共有几种？各自特点如何？（分）1、化学键包括：金属键：电子共有化，既无饱和性又无方向性离子键：以离子而不是以原子为结合单元，要求正负离子相间排列，且无方向性，无饱和性共价键：共用电子对；饱和性；配位数较小，方向性物理键如范德华力，系次价键，不如化学键强大氢键：分子间作用力，介于化学键与物理键之间，具有饱和性第2章TOC\o"1-5"\h\z试从晶体结构的角度，说明间隙固溶体、间隙相及间隙化合物之间的区别（分）答：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体成为间隙固溶体。形成间隙固溶体的溶质原子通常是原子半径小于0.1nm的非金属元素，如H、B、C、N、O等。间隙固溶体保持溶剂的晶体结构，其成分可在一定固溶度极限值内波动，不能用分子式表示。（2分）间隙相和间隙化合物属于原子尺寸因素占主导地位的中间相。也是原子半径较小的非金属元素占据晶格的间隙，然而间隙相、间隙化合物的晶格与组成他们的任一组元晶格都不相同，其成分可在一定范围内波动。组成它们的组元大致都具有一定的原子组成比，可用化学分子式来表示。（2分）rB/rA>0.59时,当rB/rA＜0.59时，通常形成间隙相，其结构为简单晶体结构，具有极高的熔点和硬度；当形成间隙化合物，其结构为复杂的晶体结构。（2分）试以形式归纳总结3种典型的晶体结构的晶体学特征。（分）答：上表第3章4.简述晶体中产生位错的主要来源。（分）5.简述晶界具有哪些特性？c6.答:对于同一种晶体，它的表面能与晶界能（相同的面积）哪一个较高？为什么？（对于同一种晶体，晶界能比表面能高（1分）。推导如下：假设晶体的理想光滑的两个等面积平面合拢，会形成一个晶体内界面，该界面的能量相当于两个外表面之和，且理想状态下破坏该界面结合所需要的能量相当于键合能。即相同面积下，E晶界＞E完整晶体键合能＞2倍E表面（2分）分）第4章7.简述影响固体中原子和分子扩散的因素有哪几方面。(分)表2*5三种典型金属结构的晶休学特点结构特征晶体结构类型面心立方（A1）体心立方（A2）密排六方（A3）点阵常数aadfC{c/a=1.633)原子半径R7273部剧普+£）晶胞内原子数■426配位数12812致密度0,740.680.74匹面体间隙数量大小8*0.225/e120.291K12(J.2251?八面体间隙aa大小40,414/C6OU54J?0()O>6一0.414fi答：1、温度；2、固溶体类型；3、晶体结构；4、晶体缺陷；5、化学成分；6、应力的作用第5章8.简述金属材料经过塑性变形后，可能会发生哪些方面性能的变化。（分）c9.10.11.金属的退火处理包括哪三个阶段？简述这三个阶段中晶粒大小、结构的变化。（分）b简述再结晶过程中的晶界弓出形核机制。（分）new简述再结晶过程中的亚晶形核机制。（分）new第6章12.图示并分析金属材料凝固组织中树枝晶的生长过程。（画出液固界面附近的负温度梯度）在负温度梯度情况下，金属凝固过程中液固界面上产生的结晶潜热可通过液相散失，如果部分的相界面生长凸出到前面的液相中，则处于过冷度更大的液相中，使凸出部分的生长速度增大而进一步伸向液相中。此时，液固界面就不可能保持平面状而是形成许多伸向液相的分枝，同时有可能在这些晶枝上长出二次枝晶臂。这种方式即为树枝晶生长方式。第7章13.金属型浇铸的铸锭的宏观组织一般分为哪几个区，分析其形成原因？（6分)14.与平衡凝固相比较，固溶体的非平衡凝固有何特点?15.试分析包晶反应不平衡组织的形成过程。实际生产中的冷速较快，包晶反应所依赖的固体中原子扩散往往不能充分进行，导致包晶反应的不完全性，即在低于包晶温度下，将同时存在参与转变的液相和a相，其中液相在继续冷却过程中可能直接结晶出P相或参与其他反应，而a相仍保留在P相芯部，形成包晶反应的非平衡组织。16.金刚石为碳的一种晶体，为复杂面心立方结构，晶胞中含有8个原子，其晶格常数a=0.357nm，当它转换成石墨（R=2.25g/cm3）结构时，求其体积改变百分数？解：金刚石为复杂面心立方结构，每个晶胞含有8个碳原子8X12金刚石的密度为：P==3.503(g/cm3)(0.357X10Jp^6.023<1023对于单位质量1g碳为金刚石结构时，体积为：v1=1/P1=0.285（cm3）转变为石墨结构时，体积为：v2=1/P2=0.444（cm3）故金刚石转变为石墨结构时体积膨胀:v2—v1咒100%=55.8%v1第3章1.在Fe中形成1mol空位需要的能量为104.675kJ，试计算从20C升温至850C时空位数目增加多少倍？已知R=8.31J/K。-QFT解：Q=-leap空位在温度T时的平衡浓度为系数A一般在1~10之间，取A=1，贝U"5找①沁E第4章2.故空位增加了黑黑皿册(倍)一块含0.1%C的碳钢在930C渗碳，渗到0.05cm的地方碳的浓度达到0.45%。在t>0的全部时间，渗碳气氛保持表面成分为1%，假设D=2.0Xl0-5exp(-140000/RT)(m2/s)。计算渗碳时间(已知erf(0.61)=0.61);若将渗层加深一倍，则需多长时间？若规定0.3%C作为渗碳层厚度的量度，则在930C渗碳10小时的渗层厚度为870C渗碳10小时的多⑻(b)(c)少倍？解：(a)由Fick第二定律得：0二血一(角一仇y疗(Ck2他两边同除台全密度，得"叫-他-吨小诙)-W叫一肌门氏1/0050,61=町一2岳查表可得=0仇D=o.2s承\=\.门沁La?述2陌引4沁or''4t寫1.0X0(s)(5分)(b)由关系式X=aJDF，得：X1=AJD^,X2=ApD2t2两式相比，得:当温度相同时,2=乩=3勺D1=D2,于是得：(5分)Jd帖』曲(c)兀'U排社'72因为：t930=t870,D930=1.67X。-(cm/s)D870=0.2Xxp(-140000/8.3141143)=8.0X0-8(cm2/s)5=(倍)(5分)Xg丸_JD烦所以：力03.在950C下对纯铁渗碳，希望在0.1mm的深度得到w1(c)=0.9%的碳含量。假设表面碳浓度保持在w2(c)=1.20%，扩散系数D・iFe=1O-10m2/s。计算为达到次要求至少要渗碳多少时间？4.一块含0.1%C的碳钢在930C、1%碳浓度的气氛中进行渗碳处理，经过11个小时后在0.05cm的地方碳的浓度达到0.45%，若要在0.08cm的深度达到同样的渗碳浓度，则需多长时间？已知xP=Ps-(Ps十品)5.根据实际测定lgD与1/T的关系图，计算单晶体银和多晶体银在低于700C温度范围的扩散激活能,并说明两者扩散激活能差异的原因。解:Q1由D=D0exp(-Q/RT),g—gD。-莎〒(因为1心2.3lgD)QlgD=lgD^-R^lge釦gD=—¥(+T~)lge700匸时，多晶体银扩散激能RTi-10.72-(—12)二-詈仆.!。"’—1.30X10°)lgeQ^122.4kJ(注：图中的扩散激活单位是“卡”)单晶体银的扩散激活能:-8-(-14)=-Q^lge(0.^10^-1.3^10^)RQ2=194.5kJ由于单晶体的扩散是体扩散，而多晶体存在晶界，晶界的激活能较小。短路”扩散作用，使扩散速率增大，从而扩散6.有两种激活能分别为E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的扩散反应。温度从25C升高到600C时，这两种扩散的扩散系数有何变化，并对结果作出评述。已知R=8.31J/K。解:由D*(嶋)得:q泊,-83700,298-373,,=()1如M8.314乜3共2强八=4.6x10®-251000,298-873,,巳Np【()%8.314873x298=95x10^*对于温度从298K提高到873K扩散速率D分别提高4.6X109和9.5X1028倍，显示出温度对扩散速率的重要影响。当激活能越大，扩散速率对温度的敏感性越大。第5章已知H70黄铜(30%Zn)在400C的恒温下完成再结晶需要1小时，而在390C完成再结晶需要2小时，试计算在420C恒温下完成再结晶需要多少时间？7.8.铁的回复激活能为88.9kJ/mol，如果经冷变形的铁在400C进行回复处理，使其残留加工硬化为60%需160分钟，问在450C回复处理至同样效果需要多少时间？已知R=8.314J/(mol•K)。解:同上题，有11=exP9丄—卩t2\RVT2T1丿丿〔Q〔11y〔88.9(1171RIT2T1丿丿exp、8.31(723873丿丿t1160exp=59(min)9.已知单相黄铜再结晶激活能。400C恒温下完成再结晶需要1小时，而350C恒温时，则需要3小时，试求该合金的已知R=8.314J/(mol•K)。解:再结晶是一热激活过程，故再结晶速率A(Qv=Aexp-—IIRT丿，而再结晶速率和产生某一体积分数所需11=Aexo的时间t成反比，即t，故t两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时,t1f—=exp—t2A「.t1In——故Q=R__t2^=76.57(KJ/mol)T1T210.已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的a-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和196MPa，问平均晶粒直径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多少？c—■解：根据Hall-Petch公式：込=乐+竝I112.7=£7„+机1X1cr〉忌196=(To+A：C0.0625xlO^YiJW=84少5(胚％)解得V=0-878•••s=849芜+吠78@0196"『)耳=283.25工胚吻2G2tw2G11.已知条件：v=0.3,Gcu=48300MPa,Ga-Fe=81600MPa,TP』=——ex)()=——exp[]1-vb1-v(1一v)b指出Cu与a-Fe两晶体易滑移的晶面和晶向，并分别求出它们的滑移面间距、滑移方向上的原子间距以及点阵阻力。2;a解：Cu:滑移面为{111}，滑移方向<110>因此，d{111}=—,b<110>=^^432Fe：滑移面为{110}，滑移方向<111>因此，d{110}=阜,b<111>=^^忑22G2刖咕=——exp[]=90.45MPaCu1-V(1-v)bSe=-2Gex)[--]=152.8MPa1-v(1-v)b第6章12.已知条件：铝的熔点Tm=933K，单位体积熔化热29310-3J/m2,原子体积V0=1.66X10-m。考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即:(a)(b)(c)(d)Lm=1.836X109J/m3,固液界面比表面能5=93X△T=1,10,100和200K，计算:临界晶核尺寸；半径为r*的晶核个数；从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化△G*(形核功)；从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化△Gv(形核功)。将不同△T情况下得到的计算结果列表。1C10C100C200Cr*/nm94.59.450.9450.472N/个2.12X1082.12X1052.12X10226.5△G*/(J/m3)6-1.97X10-1.97X1078-1.97X108-3.93X10△Gv/J3.43X10-15-173.43X10-193.43X10190.87X1013.Pb-Sn二元合金的平衡相图如下图所示，已知共晶点为Sn%=61.9。试利用杠杆原理计算Pb-4OSn及Pb-70Sn两种合金共晶反应完成后，凝固组织中a相和P相的成分百分比。14.Mg-Ni系在506C有一共晶反应为：C1为亚共晶合金，C2为过共晶合金，量为C2合金中的a总量的2.5倍,L(23.5Wt.%Ni)>%纯镁)+Mg2Ni(54.6Wt.%Ni)，如图所示。设这两种合金中的先共晶相的重量分数相等，但C1合金中的a总试计算C1和C2的成分。b解:C1和C2合金的先共晶相分别为I235—C1a-Mg先=—咒100%,Mg2Ni23.5扫聊亠若23.5-C1C2-23.5根据题意有：=54.6-23.523.5a-Mg和Mg2Ni,=◎^"00%54.6-23.5(1)C1和C2合金中的a总量分别为a-Mg154.6—C1a—Mg1=X100%,a-Mg254.6a-Mg254.6—C2咒100%54.6根据题意有：54.6—C1=2.5咒(54.6—C2)联立(1)、(2)两式可得:C1=12.7%;C2=37.8%15.根据铁碳合金相图，分别计算o(c)=2.11%，⑥(c)=4.3%时的二次渗碳体的析出量，并画出©(c)=4.3%的冷却曲线。a解：211—077(1)eo(c)=2.11%时，FesC=x100%=22.6%6.69-0.77由铁碳相图可知奥氏体的成分为2.11%时，可得到最大的二次渗碳体析出量。669—43如4.3%时，共晶中奥氏体的量为.=6^=0.5218211_077则Fe3C=X0.5218"00%=11.8%6.69-0.77m名词解释:多晶型性：固溶体：中间相：弥散强化:应变时效：回复：再结晶：均匀形核:非均匀形核：平衡凝固：非平衡凝固：枝晶偏析:伪共晶：离异共晶：16.简答题：试从晶体结构的角度，说明间隙固溶体、间隙相及间隙化合物之间的区别。17.简述晶体中产生位错的主要来源。18.简述晶界具有哪些特性?19.简述金属材料经过塑性变形后，可能会发生哪些方面性能的变化。20.简述再结晶过程中的晶界弓出形核机制。21.金属的退火处理包括哪三个阶段？简述这三个阶段中晶粒大小、结构的变化。22.图示并分析金属材料凝固组织中树枝晶的生长过程。(画出液固界面附近的负温度梯度)23.金属型浇铸的铸锭的宏观组织一般分为哪几个区，分析其形成原因?16.铁的回复激活能为88.9kJ/mol，如果经冷变形的铁在400C进行回复处理，使其残留加工硬化为60%需160分钟，问在450C回复处理至同样效果需要多少时间？已知R=8.314J/(mol•K)。17.已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的a-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和196MPa,问平均晶粒直径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多少？18.根据铁碳合金相图，分别计算tXc)=2.11%，蛍(c)=4.3%时的二次渗碳体的析出量，并画出©(c)=4.3%的冷却曲线。