材料科學(xué)基礎(chǔ)期末試卷題集

時(shí)間：2021-06-29 12:22:29 試題我要投稿

　　篇一：材料科學(xué)基礎(chǔ)期末試題

材料科學(xué)基礎(chǔ)期末試卷題集

　　《材料科學(xué)基礎(chǔ)》試卷Ⅲ

　　一、填空題(20分，每空格1分)

　　1. 相律是在完全平衡狀態(tài)下，系統(tǒng)的是系統(tǒng)的平衡條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式： f=C-P+2 。

　　2. 二元系相圖是表示合金系中合金的

　　3. 晶體的空間點(diǎn)陣分屬于大晶系，其中正方晶系點(diǎn)陣常數(shù)的特點(diǎn)為 =900交（任選三種）。

　　4. 合金鑄錠的宏觀組織包括

　　5.．在常溫和低溫下，金屬的塑性變形主要是通過(guò)和扭折等方式。

　　二、單項(xiàng)選擇題(30分，每題1.5分)

　　1. A.B 二組元形成共晶系，則（ A ）

　　A. 具有共晶成分的合金鑄造工藝性能最好

　　B. 具有亞共晶成分的合金鑄造工藝性能最好

　　C. 具有過(guò)共晶成分的合金鑄造工藝性能最好

　　D. 不發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的合金鑄造工藝性能最好

　　2. 簡(jiǎn)單立方晶體的致密度為（ C ）

　　A. 100% B. 65% C. 52% D.58%

　　3. 運(yùn)用區(qū)域熔煉方法可以（ D ）

　　A. 使材料的成分更均勻B. 可以消除晶體中的微觀缺陷

　　C. 可以消除晶體中的宏觀缺陷D. 可以提高金屬的純度

　　4. 能進(jìn)行攀移的位錯(cuò)可能是（ B ）。

　　A. 肖克利位錯(cuò) B. 弗蘭克位錯(cuò) C. 螺型全位錯(cuò) D. 前三者都不是

　　5. 欲通過(guò)形變和再結(jié)晶方法獲得細(xì)晶粒組織，應(yīng)避免：（ A ）

　　A. 在臨界形變量進(jìn)行塑性變形加工B. 大變形量

　　C. 較長(zhǎng)的退火時(shí)間 D. 較高的退火溫度

　　6. 實(shí)際生產(chǎn)中金屬冷卻時(shí)( C)。

　　A. 理論結(jié)晶溫度總是低于實(shí)際結(jié)晶溫度; B. 理論結(jié)晶溫度總是等于實(shí)際結(jié)晶溫度;

　　C. 理論結(jié)晶溫度總是高于實(shí)際結(jié)晶溫度;D. 實(shí)際結(jié)晶溫度和理論結(jié)晶溫度沒關(guān)系.

　　7. 相互作用參數(shù)Ω的物理意義是：（ A）

　　A. Ω>0表示固溶體內(nèi)原子偏聚 B. Ω>0表示固溶體內(nèi)原子短程有序

　　C. Ω>0表示固溶體內(nèi)原子完全無(wú)序D. Ω<0表示固溶體內(nèi)原子偏聚

　　8. 單晶體的臨界分切應(yīng)力值與( C )有關(guān)。

　　A. 外力相對(duì)于滑移系的取向 B. 拉伸時(shí)的屈服應(yīng)力

　　C. 晶體的類型和純度D. 拉伸時(shí)的應(yīng)力大小

　　19. fcc晶體中存在一刃型全位錯(cuò)，其伯氏矢量為[10]，滑移面為（111），則位錯(cuò)線方向平2

　　行于（ B ）。

　　A. [111] B. [] C. [100] D. [110]

　　10．冷變形使金屬中產(chǎn)生大量的空位、位錯(cuò)等晶體缺陷，對(duì)置換固溶體中的擴(kuò)散過(guò)程而言，

　　這些缺陷的存在將導(dǎo)致：（ D ）

　　A. 阻礙原子的移動(dòng)，減慢擴(kuò)散過(guò)程

　　B. 對(duì)擴(kuò)散過(guò)程無(wú)影響

　　C. 有時(shí)會(huì)加速擴(kuò)散，有時(shí)會(huì)減弱擴(kuò)散

　　D. 加速原子的擴(kuò)散過(guò)程

　　11．凝固的熱力學(xué)條件為：（ D ）

　　A. 形核率B. 系統(tǒng)自由能增加C. 能量守衡D.過(guò)冷度

　　12．下列有關(guān)固體擴(kuò)散的說(shuō)法中，正確的是：（ D ）

　　A. 原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是存在濃度梯度

　　B. 空位擴(kuò)散是指間隙固溶體中溶質(zhì)原子從一個(gè)間隙跳到另一個(gè)間隙

　　C. 晶界上點(diǎn)著畸變交大，因而原子遷移阻力較大，所以比晶內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)要小

　　D．成分均勻的材料中也存在著擴(kuò)散

　　13．純金屬均勻形核時(shí)，A. 當(dāng)過(guò)冷度很小時(shí)，原子可動(dòng)性低，相變驅(qū)動(dòng)力低，因此，形核率低；

　　B. 當(dāng)過(guò)冷度很小時(shí)，原子可動(dòng)性高，相變驅(qū)動(dòng)力高，因此，形核率低；

　　C. 當(dāng)過(guò)冷度很小時(shí)，原子可動(dòng)性低，相變驅(qū)動(dòng)力高，因此，形核率低；

　　D. 當(dāng)過(guò)冷度很小時(shí)，原子可動(dòng)性高，相變驅(qū)動(dòng)力低，因此，形核率低；

　　14. 在三元系中出現(xiàn)兩相平衡時(shí)，若要計(jì)算兩相的百分?jǐn)?shù)，則：（ B）

　　A. 在垂直截面上運(yùn)用杠桿定理計(jì)算 B. 在水平截面上運(yùn)用杠桿定理計(jì)算

　　C. 在投影面上運(yùn)用杠桿定理計(jì)算D. 在水平截面上運(yùn)用重心法則計(jì)算

　　5. 金屬鎂的單晶體處于軟取向時(shí)塑變量可達(dá)100%-200%，但其多晶體的塑性很差，其主要

　　原因是：( C )

　　A. 鎂多晶體的晶粒通常較粗大 B. 鎂多晶體通常存在裂紋

　　C. 鎂滑移系通常較少 D. 因?yàn)殒V是BCC結(jié)構(gòu)，所以脆性大

　　16. 層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)之間的關(guān)系是：( D )

　　A. 層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)交替出現(xiàn)

　　B. 層錯(cuò)和不完全位錯(cuò)能量相同

　　C. 層錯(cuò)能越高，不完全位錯(cuò)伯氏矢量的模越小

　　D. 不完全位錯(cuò)總是出現(xiàn)在層錯(cuò)和完整晶體的交界處

　　17．凝固時(shí)不能有效降低晶粒尺寸的是以下那種方法？（ B ）

　　A. 加入形核劑 B. 減小液相的過(guò)冷度 C. 對(duì)液相進(jìn)行攪拌

　　18．菲克第一定律表述了穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的特征，即濃度不隨（ B ）變化。

　　A. 距離 B. 時(shí)間 C. 溫度 D. 壓力

　　19. 立方晶體中（110）和（211）面同屬于（ D ）晶帶。

　　A. [110] B. [100] C. [211] D. [11]

　　20. 在A-B二元固溶體中，當(dāng)A-B對(duì)的能量小于A-A和B-B對(duì)的平均能量，該固溶體最易形成為（ B ）固溶體

　　A. 無(wú)序 B. 有序 C. 偏聚態(tài) D. 間隙

　　三、簡(jiǎn)答題（20分）

　　1. 試述孿生和滑移的異同，比較它們?cè)谒苄赃^(guò)程中的作用。（10分）

　　答：相同點(diǎn)：

　　a.宏觀上，都是切應(yīng)力作用下發(fā)生的剪切變形；（1分）

　　b. 微觀上，都是晶體塑性變形的基本形式，是晶體一部分沿一定晶面和晶向相對(duì)另一部分的移動(dòng)過(guò)程；（1分）

　　c. 不改變晶體結(jié)構(gòu)。（1分）

　　不同點(diǎn)：

　　a. 晶體中的取向

　　滑移：晶體中已滑移部分與未滑移部分的位向相同。

　　孿生：已孿生部分和為孿生部分的位向不同，且兩者之間具有特定的位向關(guān)系。（1分）

　　b. 位移的量

　　滑移：沿滑移方向上原子間距的整倍數(shù)，且在一個(gè)滑移面上的總位移較大。

　　孿生：原子的位移小于孿生方向的原子間距，一般為孿生方向原子間距的1/n。（1分）

　　c. 變形方式

　　滑移：不均勻切變孿生：均勻切變（1分）

　　d. 對(duì)塑性變形的貢獻(xiàn)

　　滑移：對(duì)塑性變形的貢獻(xiàn)很大，即總變形量大。

　　孿生：對(duì)晶體塑性變形有限，即總變形量小。（1分）

　　e. 變形應(yīng)力

　　滑移：有確定的臨界分應(yīng)力。

　　孿生：所需臨界分切應(yīng)力一般高于滑移所需的臨界分切應(yīng)力。（1分）

　　f. 變形條件

　　滑移：一般情況先發(fā)生滑移變形

　　孿生：當(dāng)滑移變形難以進(jìn)行時(shí)，或晶體對(duì)稱性很低、變形溫度較低、加載速率較高時(shí)。（1分）

　　g. 變形機(jī)制

　　滑移：全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。孿生：不全位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。（1分）

　　2. 分析位錯(cuò)的增值機(jī)制。（5分）

　　2. 答：

　　若某滑移面上有一段刃位錯(cuò)AB，它的兩端被位錯(cuò)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)釘住不能運(yùn)動(dòng)。（1分）現(xiàn)沿位錯(cuò)b方向加切應(yīng)力，使位錯(cuò)沿滑移面向前滑移運(yùn)動(dòng)，形成一閉合的位錯(cuò)環(huán)和位錯(cuò)環(huán)內(nèi)的一小段彎曲位錯(cuò)線。（2分）只要外加應(yīng)力繼續(xù)作用，位錯(cuò)環(huán)便繼續(xù)向外擴(kuò)張，同時(shí)環(huán)內(nèi)的彎曲

　　位錯(cuò)在線張力作用下又被拉直，恢復(fù)到原始狀態(tài)，并重復(fù)以前的運(yùn)動(dòng)，絡(luò)繹不絕地產(chǎn)生新的位錯(cuò)環(huán)，從而造成位錯(cuò)的增殖，并使晶體產(chǎn)生可觀的滑移量。（2分）

　　3. 請(qǐng)簡(jiǎn)述回復(fù)的機(jī)制及其驅(qū)動(dòng)力。（5分）

　　答：低溫機(jī)制：空位的消失（1分）

　　中溫機(jī)制：對(duì)應(yīng)位錯(cuò)的滑移（重排、消失）（1分）

　　高溫機(jī)制：對(duì)應(yīng)多邊化（位錯(cuò)的滑移＋攀移）（1分）驅(qū)動(dòng)力：冷變形過(guò)程中的存儲(chǔ)能（主要是點(diǎn)陣畸變能）。（2分）

　　四、計(jì)算題(30分，每題10分)

　　1、氧化鎂（MgO）具有NaCl型結(jié)構(gòu)，即具有O2-離子的面心立方結(jié)構(gòu)。問：

　�。�1）若其離子半徑

　�。�2）如果rMg2=0.066nm，rO2＝0.140nm，則其原子堆積密度為多少？ rMg2r2/O＝0.41，則原子堆積密度是否改變？

　　2. Al-Cu合金相圖如圖所示，設(shè)分配系數(shù)K和液相線斜率均為常數(shù)，試求：

　　(1)ω(Cu)=1%固溶體進(jìn)行緩慢的正常凝固，當(dāng)凝固分?jǐn)?shù)為50%時(shí)所凝固出的固體成分；

　　(2)經(jīng)過(guò)一次區(qū)域熔化后在x=5處的固體成分，取熔區(qū)寬度l=0.5；

　　(3)測(cè)得鑄件的凝固速率R=3×10-4cm/s，溫度梯度G=30℃/cm，擴(kuò)散系數(shù)3×10-5cm/s時(shí)，合金凝固時(shí)能保持平面界面的最大含銅量。

　　3. 有一合金試樣其晶界能為0.5J/m2，在退火前原始晶粒直徑為2.16×10-3cm，屈服強(qiáng)度為108MPa。對(duì)該合金在700℃退火2小時(shí)后其屈服強(qiáng)度降低為82MPa。在退火過(guò)程中保溫1小時(shí)時(shí)測(cè)得該合金放出熱量為0.021J/cm3，繼續(xù)保溫1小時(shí)測(cè)得該合金又放出熱量0.014J/cm3。求如果該合金只在700℃保溫1小時(shí)后的屈服強(qiáng)度。（已知合金單位體積內(nèi)界面面積Sv與晶粒直徑d之間的關(guān)系為Sv=2/d，且放出的熱量完全由于晶粒長(zhǎng)大、晶界總面積減少所致。）

　　《材料科學(xué)基礎(chǔ)》試卷Ⅲ 答案

　　五、計(jì)算題(30分，每題10分)

　　1、氧化鎂（MgO）具有NaCl型結(jié)構(gòu)，即具有O2-離子的面心立方結(jié)構(gòu)。問：

　�。�1）若其離子半徑

　�。�2）如果rMg2=0.066nm，rO2＝0.140nm，則其原子堆積密度為多少？ rMg2r2/O＝0.41，則原子堆積密度是否改變？

　　a2(rMg2rO2)0.412nm （3分）

　　答：（1）點(diǎn)陣常數(shù)

　　3(rMg2rO2)4

　　Pf0.733a堆積密度（3分）

　�。�2）堆積密度會(huì)改變，因?yàn)镻f與兩異號(hào)離子半徑的比值有關(guān)。（4分）

　　2. Al-Cu合金相圖如圖所示，設(shè)分配系數(shù)K和液相線斜率均為常數(shù)，試求：

　　(1)ω(Cu)=1%固溶體進(jìn)行緩慢的正常凝固，當(dāng)凝固分?jǐn)?shù)為50%時(shí)所凝固出的固體成分；

　　(2)經(jīng)過(guò)一次區(qū)域熔化后在x=5處的固體成分，取熔區(qū)寬度l=0.5；

　　(3)測(cè)得鑄件的凝固速率R=3×10-4cm/s，溫度梯度G=30℃/cm，擴(kuò)散系數(shù)3×10-5cm/s時(shí)，合金凝固時(shí)能保持平面界面的最大含銅量。

　　答案：根據(jù)已知條件，由相圖解得：

　　k0=S5.620.16 L35.2

　　660.37548320 （1分） 0.352

　　k01mx(1) 由正常凝固方程：S0k01L，等式兩邊同除合金密度ρ，得

　　x010.010.16(10.5)0.1610.286% （3分） L

　　(2) 由區(qū)域熔煉方程得 S0k0(1)k

　　S011k0expk0x0.1650.01110.16exp0.83% 0.5L

　�。�3分）

　　(3) 保持平直界面的臨界條件為

　　Gm01k0RDk0

　　GDk03031050.1600.18% （3分） Rm1k0310432010.163. 有一合金試樣其晶界能為0.5J/m2，在退火前原始晶粒直徑為2.16×10-3cm，屈服強(qiáng)度為108MPa。對(duì)該合金在700℃退火2小時(shí)后其屈服強(qiáng)度降低為82MPa。在退火過(guò)程中保溫

　　篇二：西工大材料科學(xué)基礎(chǔ)期末模擬試題集

　　模擬試題1

　　簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）

　　1. 已知fcc晶體的致密度比bcc晶體的大，請(qǐng)解釋為什么fcc的固溶度仍比bcc的大？

　　答：間隙分為四面體間隙和八面體間隙。在fcc中八面體間隙較大，而bcc中因八面體間隙為扁八面體間隙，故其四面體間隙較大。因此fcc晶體能夠容納更多的溶質(zhì)原子。

　　2. 請(qǐng)簡(jiǎn)述影響固溶體固溶度的因素有哪些。

　　答：1）原子尺寸因素：置換固溶體的溶質(zhì)與溶劑原子尺寸越相近固溶度越大。間隙固溶體的溶質(zhì)原子與溶劑間隙尺寸越相近固溶度越大。 2）晶體結(jié)構(gòu)因素：置換固溶體溶質(zhì)溶劑的`晶體結(jié)構(gòu)相似固溶度越大。 3）電負(fù)性因素：溶質(zhì)與溶劑的電負(fù)性越相近固溶度越大。 4）電子濃度因素：電子濃度越低固溶度越大。

　　3. 均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑，非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一表面能，為什么非均勻形核比均勻形核容易？

　　答：非均勻形核與均勻形核的臨界晶核半徑相等，但非均勻形核的臨界晶核體積小。非均勻

　　形核的臨界形核功也等于三分之一表面能，但非均勻形核的表面能小于均形核的表面能，即非均勻形核的臨界形核功小。因此非均勻形核比較容易。

　　4. 原子的熱運(yùn)動(dòng)如何影響擴(kuò)散？

　　答：原子熱運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)烈，原子的躍遷距離增大，躍遷頻率增大，躍遷幾率增大，將使得擴(kuò)散系數(shù)增大，即促進(jìn)擴(kuò)散。

　　5. 如何區(qū)分金屬的熱變形和冷變形？

　　答：冷、熱變形溫度的分界是再結(jié)晶溫度。

　　6. 基體、增強(qiáng)體和界面在復(fù)合材料中各起什么作用？

　　答：基體：1）固定和粘附增強(qiáng)體2）保護(hù)增強(qiáng)體免受物理化學(xué)損傷3）隔離和阻斷損傷。增強(qiáng)體：1）承擔(dān)載荷；2）阻礙基體變形。界面：協(xié)調(diào)變形

　　二、作圖計(jì)算題（每題10分，共40分）

　　1. 請(qǐng)分別計(jì)算簡(jiǎn)單立方晶體與面心立方晶體（100）、（110）和（111）晶面的間距。晶面

　�。�100）

　�。�110）

　　2（2分）

　　（111）

　　3（2分）

　　簡(jiǎn)單立方 a（1分）面心立方

　　2（1分）

　　4（2分） a

　　3（2分）

　　2. 已知某晶體在500℃時(shí)，每1010個(gè)原子中可以形成有1個(gè)空位，請(qǐng)問該晶體的空位形成能是多少？（已知該晶體的常數(shù)A＝0.0539，波耳滋曼常數(shù)K＝1.381×10-23 J / K）

　　答：

　　cAexp(

　　)kTc101023

　　EVkTln[1.38110(500273)]ln

　　A0.0539

　　1.068102017.81.91019J

　　aaa

　　[10][21][11]

　　633. 請(qǐng)判定在fcc中下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行：2

　　答：幾何條件：

　　2111a1111

　　b1b2abcabc11

　　633332626

　　能量條件：

　　a2a22a2a2aa

　　26263326

　　滿足幾何條件和能量條件，反應(yīng)可以進(jìn)行。

　　4. 已知三元簡(jiǎn)單共晶的投影圖，見附圖，

　　1) 請(qǐng)畫出DF代表的垂直截面圖及各區(qū)的相組成；

　　2) 請(qǐng)畫出X合金平衡冷卻時(shí)的冷區(qū)曲線，及各階段相變反應(yīng)。答：

　　L+C

　　L+A+C

　　A+B+C

　　L+B+C

　　L→C

　　L→B+C

　　L→AA+B+C

　　三、綜合分析題

　　1. 如附圖二所示，請(qǐng)分析：（22分）

　　1) 兩水平線的反應(yīng)類型，并寫出反應(yīng)式；

　　2) 分析Ab、bg′、g′d、d′、 d′h′、 h′e、eB七個(gè)區(qū)域室溫下的組織組

　　成物（ j點(diǎn)成分小于g的點(diǎn)成分）； 3) 分析I、II合金的平衡冷卻過(guò)程，并注明主要的相變反應(yīng)； 4) 寫出合金III平衡冷卻到室溫后組織組成物相對(duì)含量的表達(dá)式。

　　t/℃I II

　　δj

　　g id h

　　A b c1 g’ c2 d’h’ e B

　　答：

　　1）水平線kj為包晶反應(yīng)：

　　Ljkn

　　水平線gh為共晶反應(yīng)：

　　Ldgh

　　2） Ab： αbg′： α+βIIg′d： α+(α+β)共+βIId’： (α+β)共 d′h′： β+(α+β)共+αII h′e： β+αII eB： β

　　3）合金I L

　　ec14）合金I相組成：

　　be100% ；合金II

　　IIwbc1be100%

　　合金II組織組成：

　　w()共

　　100% ； gd

　　wII初共晶前析出量II析出比例＝w初

　　idbg100%； gdbeid

　　初共晶前析出量II析出量＝100%wII

　　2. 請(qǐng)對(duì)比分析回復(fù)、再結(jié)晶、正常長(zhǎng)大、異常長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力及力學(xué)性能變

　　化。（8分）

　　答：

　　回復(fù) 存儲(chǔ)能

　�。ㄖ饕屈c(diǎn)陣畸

　　變能）基本保持變形后

　　性能

　　再結(jié)晶存儲(chǔ)能（主要是點(diǎn)陣畸

　　變能）恢復(fù)到冷變形前

　　的水平

　　正常長(zhǎng)大

　　異常長(zhǎng)大總界面能和表面

　　能性能惡化強(qiáng)度、塑性下降

　　驅(qū)動(dòng)力總界面能

　　力學(xué)性能變化

　　基本保持再結(jié)晶后的水平

　　模擬試題2

　　簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）

　　1．何為空間點(diǎn)陣？它與晶體結(jié)構(gòu)有何異、同？

　　答：空間點(diǎn)陣是對(duì)晶體結(jié)構(gòu)按照一定法則進(jìn)行的高度數(shù)學(xué)抽象；晶體結(jié)構(gòu)是對(duì)晶體的直觀表示。點(diǎn)陣只有七大類，14種，晶體結(jié)構(gòu)有無(wú)限多種。

　　2．請(qǐng)簡(jiǎn)述晶界有哪些特征？

　　答：晶界有自發(fā)變直的趨勢(shì)；晶界引起晶體強(qiáng)度升高；晶界擴(kuò)散比晶體內(nèi)擴(kuò)散速度快；晶界容易收到腐蝕；晶界容易吸附溶質(zhì)原子和雜質(zhì)；晶界是相變首先發(fā)生的地方。

　　篇三：材料科學(xué)基礎(chǔ)期末試題

　　幾種強(qiáng)化

　　加工硬化：金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象。

　　強(qiáng)化機(jī)制：金屬在塑性變形時(shí)，晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯(cuò)的纏結(jié)，使晶粒拉長(zhǎng)、破碎和纖維化，金屬內(nèi)部產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。

　　細(xì)晶強(qiáng)化：是由于晶粒減小，晶粒數(shù)量增多，尺寸減小，增大了位錯(cuò)連續(xù)滑移的阻力導(dǎo)致的強(qiáng)化；同時(shí)由于滑移分散，也使塑性增大。

　　彌散強(qiáng)化：又稱時(shí)效強(qiáng)化。是由于細(xì)小彌散的第二相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)化。包括切過(guò)機(jī)制和繞過(guò)機(jī)制。 (2 分)

　　復(fù)相強(qiáng)化：由于第二相的相對(duì)含量與基體處于同數(shù)量級(jí)是產(chǎn)生的強(qiáng)化機(jī)制。其強(qiáng)化程度取決于第二相的數(shù)量、尺寸、分布、形態(tài)等，且如果第二相強(qiáng)度低于基體則不一定能夠起到強(qiáng)化作用。 (2 分)

　　固溶強(qiáng)化：固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。。包括彈性交互作用、電交互作用和化學(xué)交互作用。

　　幾種概念

　　1、滑移系：一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向的組合。

　　2、交滑移：螺型位錯(cuò)在兩個(gè)相交的滑移面上運(yùn)動(dòng)，螺位錯(cuò)在一個(gè)滑移面上運(yùn)動(dòng)遇有障礙，會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)到另一滑移面上繼續(xù)滑移，滑移方向不變。

　　3、屈服現(xiàn)象：低碳鋼在上屈服點(diǎn)開始塑性變形，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到上屈服點(diǎn)之后開始應(yīng)力降落，在下屈服點(diǎn)發(fā)生連續(xù)變形而應(yīng)力并不升高，即出現(xiàn)水平臺(tái)（呂德斯帶）原因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成，位錯(cuò)的增殖。

　　4、應(yīng)變時(shí)效：低碳鋼經(jīng)過(guò)少量的預(yù)變形可以不出現(xiàn)明顯的屈服點(diǎn)，但是在變形后在室溫下放置一段較長(zhǎng)時(shí)間或在低溫經(jīng)過(guò)短時(shí)間加熱，在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，則屈服點(diǎn)又重復(fù)出現(xiàn)，且屈服應(yīng)力提高。

　　5、形變織構(gòu)：隨塑性變形量增加，變形多晶體某一晶體學(xué)取向趨于一致的現(xiàn)象。滑移和孿晶的區(qū)別

　　滑移是指在切應(yīng)力的作用下，晶體的一部分沿一定晶面和晶向，相對(duì)于另一部分發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

　　孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形成晶體取向的鏡面對(duì)稱關(guān)系。

　　偽共晶：在不平衡結(jié)晶條件下，成分在共晶點(diǎn)附近的合金全部變成共晶組織，這種非共晶成分的共晶組織，稱為偽共晶組合。

　　擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力：化學(xué)位梯度是擴(kuò)散的根本驅(qū)動(dòng)力。

　　一、填空題(20 分，每空格1 分)

　　1. 相律是在完全平衡狀態(tài)下，系統(tǒng)的相數(shù)、組元數(shù)和溫度壓力之間的關(guān)系，是系統(tǒng)的平衡條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式： f=C-P+2

　　2.二元系相圖是表示合金系中合金的相與溫度、成分間關(guān)系的圖解。

　　3.晶體的空間點(diǎn)陣分屬于7 大晶系，其中正方晶系點(diǎn)陣常數(shù)的特點(diǎn)為a=b≠c,α=β=γ=90°，請(qǐng)列舉除立方和正方晶系外其他任意三種晶系的名稱三斜、單斜、六方、菱方、正交（任選三種）。

　　4.合金鑄錠的宏觀組織包括表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)三部分。

　　5．在常溫和低溫下，金屬的塑性變形主要是通過(guò)滑移的方式進(jìn)行的。此外還有孿生和扭折等方式。

　　6.成分過(guò)冷區(qū)從小到大，其固溶體的生長(zhǎng)形態(tài)

　　分別為平面狀，胞狀和樹枝狀。

　　1．原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是：組元的化學(xué)勢(shì)梯度

　　2．凝固的熱力學(xué)條件為：過(guò)冷度

　　3. 某金屬凝固時(shí)的形核功為△G*，其臨界晶核界面能為△G，則△G*和△G 的關(guān)系為△G*=1/3 △G

　　5．金屬液體在凝固時(shí)產(chǎn)生臨界晶核半徑的大小主要取決于過(guò)冷度。

　　6．菲克第一定律表述了穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的特征，即濃度不隨變化。

　　7. 冷變形金屬加熱過(guò)程中發(fā)生回復(fù)的驅(qū)動(dòng)力是：冷變形過(guò)程中的存儲(chǔ)能

　　9.合金鑄錠的缺陷可分為縮孔和偏析兩種。

　　二、判斷題（正確的打“√”錯(cuò)誤的打“×”，每題1 分，共12 分）

　　1. 體心立方結(jié)構(gòu)是原子的次密排結(jié)構(gòu)，其致密度為0.74。（ × ）

　　2. 同一種空間點(diǎn)陣可以有無(wú)限種晶體結(jié)構(gòu)，而不同的晶體結(jié)構(gòu)可以歸屬于同一種空間點(diǎn)陣。（ √ ）

　　3. 結(jié)晶時(shí)凡能提高形核率、降低生長(zhǎng)率的因素，都能使晶粒細(xì)化。（ √ ）

　　4. 合金液體在凝固形核時(shí)需要能量起伏、結(jié)構(gòu)起伏和成分起伏。（ √ ）

　　5. 小角度晶界的晶界能比大角度晶界的晶界能高。（ × ）

　　6. 非均勻形核時(shí)晶核與基底之間的接觸角越大，其促進(jìn)非均勻形核的作用越大。（ × ）

　　7. 固溶體合金液體在完全混合條件下凝固后產(chǎn)生的宏觀偏析較小。（ × ）

　　8. 冷形變金屬在再結(jié)晶時(shí)可以亞晶合并、亞晶長(zhǎng)大和原晶界弓出三種方式形核。（ √ ）

　　9. 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是金屬材料在較高溫度進(jìn)行形變加工同時(shí)發(fā)生的再結(jié)晶、其形變硬化與再結(jié)晶軟化交替進(jìn)行。（ √ ）

　　10. 金屬-非金屬型共晶具有粗糙-光滑型界面，所以它們多為樹枝狀、針狀或螺旋狀形態(tài)。（ √ ）

　　11. 孿生變形的速度很快是因?yàn)榻饘僖詫\生方式變形時(shí)需要的臨界分切應(yīng)力小。（ × ）

　　12. 相圖的相區(qū)接觸法則是相鄰相區(qū)相數(shù)差1。（ √ ）

　　1. 請(qǐng)簡(jiǎn)述擴(kuò)散的微觀機(jī)制有哪些？影響擴(kuò)散的因素又有哪些？（8 分）

　　答：置換機(jī)制：包括空位機(jī)制和直接換位與環(huán)形換位機(jī)制，其中空位機(jī)制是主要機(jī)制，直接換位與環(huán)形換位機(jī)制需要的激活能很高，只有在高溫時(shí)才能出現(xiàn)。（2 分）間隙機(jī)制：包括間隙機(jī)制和填隙機(jī)制，其中間隙機(jī)制是主要機(jī)制。（2 分）

　　影響擴(kuò)散的主要因素有：溫度（溫度約高，擴(kuò)散速度約快）；晶體結(jié)構(gòu)與類型（包括致密度、固溶度、各向異性等）；晶體缺陷；化學(xué)成分（包括濃度、第三組元等）。

　　2.請(qǐng)對(duì)比分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、復(fù)相強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)和機(jī)理答案：加工硬化：金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象。

　　3.請(qǐng)簡(jiǎn)述回復(fù)的機(jī)制及其驅(qū)動(dòng)力。

　　答：低溫機(jī)制：空位的消失；中溫機(jī)制：位錯(cuò)的重排和消失

　　高溫機(jī)制：位錯(cuò)的滑移＋攀移；

　　驅(qū)動(dòng)力：冷變形過(guò)程中的存儲(chǔ)能（主要是點(diǎn)陣畸變能）。

　　一、名詞解釋（任選5題，每題4分，共20分）

　　單位位錯(cuò)：柏氏矢量等于單位點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)稱為單位位錯(cuò)。

　　交滑移：兩個(gè)或多個(gè)滑移面沿著某個(gè)共同的滑移方向同時(shí)或交替滑移，稱為交滑移。滑移系：一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方向合起來(lái)叫做一個(gè)滑移系。

　　偽共晶：在非平衡凝固條件下，某些亞共晶或過(guò)共晶成分的合金也能得全部的共晶組織，這種由非共晶成分的合金所得到的共晶組織稱為偽共晶。

　　離異共晶：由于非平衡共晶體數(shù)量較少，通常共晶體中的α相依附于初生α相生長(zhǎng)，將共晶體中另一相β推到最后凝固的晶界處，從而使共晶體兩組成相相間的組織特征消失，這種兩相分離的共晶體稱為離異共晶。

　　奧氏體：碳原子溶于γ-Fe形成的固溶體。

　　成分過(guò)冷：在合金的凝固過(guò)程中，將界面前沿液體中的實(shí)際溫度低于由溶質(zhì)分布所決定的凝固溫度時(shí)產(chǎn)生的過(guò)冷稱為成分過(guò)冷。

　　二、選擇題（每題2分，共20分）

　　1．在體心立方結(jié)構(gòu)中，柏氏矢量為a[110]的位錯(cuò)( A )分解為a/2[111]+a/2[111].

　　(A) 不能(B) 能(C) 可能

　　2．原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是： ( B )

　　(A) 組元的濃度梯度 (B) 組元的化學(xué)勢(shì)梯度 (C) 溫度梯度

　　3．凝固的熱力學(xué)條件為：（ D ）

　�。ˋ）形核率(B)系統(tǒng)自由能增加

　　（C）能量守衡（D）過(guò)冷度

　　4．在TiO2中，當(dāng)一部分Ti4+還原成Ti3+，為了平衡電荷就出現(xiàn)（ A）

　　(A) 氧離子空位 (B) 鈦離子空位 (C)陽(yáng)離子空位

　　5．在三元系濃度三角形中，凡成分位于（ A ）上的合金，它們含有另兩個(gè)頂角所代表的兩組元含量相等。

　�。ˋ）通過(guò)三角形頂角的中垂線

　�。˙）通過(guò)三角形頂角的任一直線

　　（C）通過(guò)三角形頂角與對(duì)邊成45°的直線

　　6．有效分配系數(shù)ke表示液相的混合程度，其值范圍是（ B ）

　�。ˋ）1<ke<k0 （B）k0<ke<1 （C）ke< k0 <1

　　7．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

　�。–）A、B兩組元的擴(kuò)散速率相同

　　8．A和B組成的二元系中出現(xiàn)α和β兩相平衡時(shí)，兩相的成分（x）-自由能（G）的關(guān)系為（ B ）

　�。ˋ）Gα= Gβ （B）dGα= dGβ（C）GA= GB

　　9．凝固時(shí)不能有效降低晶粒尺寸的是以下那種方法？（ B ）

　　（A）加入形核劑（B）減小液相的過(guò)冷度（C）對(duì)液相進(jìn)行攪拌

　　10．菲克第一定律表述了穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的特征，即濃度不隨（ B ）變化。

　�。ˋ）距離（B）時(shí)間（C）溫度

　　1.簡(jiǎn)述塑性變形對(duì)材料組織和性能的影響。

　　答：組織結(jié)構(gòu)：(1)形成纖維組織：晶粒沿變形方向被拉長(zhǎng)； (2)形成位錯(cuò)胞；(3)晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)形成變形織構(gòu)。

　　力學(xué)性能：位錯(cuò)密度增大，位錯(cuò)相互纏繞，運(yùn)動(dòng)阻力增大，造成加工硬化。

　　物理化學(xué)性能：其變化復(fù)雜，主要對(duì)導(dǎo)電，導(dǎo)熱，化學(xué)活性，化學(xué)電位等有影響。（2分）體系能量：包括兩部分：(1)因冷變形產(chǎn)生大量缺陷引起點(diǎn)陣畸變，使畸變能增大；(2)因晶粒間變形不均勻和工件各部分變形不均勻引起的微觀內(nèi)應(yīng)力和宏觀內(nèi)應(yīng)力。這兩部分統(tǒng)稱為存儲(chǔ)能，其中前者為主要的。

　　2. 試用位錯(cuò)理論解釋低碳鋼冷拉伸變形時(shí)的屈服現(xiàn)象。

　　答：低碳鋼中的少量碳、氮原子與晶體中的位錯(cuò)發(fā)生交互作用，形成柯氏氣團(tuán)，對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，使其運(yùn)動(dòng)阻力增大，導(dǎo)致應(yīng)力-應(yīng)變曲線上出現(xiàn)上屈服點(diǎn)，當(dāng)位錯(cuò)擺脫柯氏氣團(tuán)的釘扎作用后，應(yīng)力下降出現(xiàn)下屈服點(diǎn)。即柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成，位錯(cuò)的增殖。

　　一、名詞解釋（20分，每題4分）

　　全位錯(cuò)：伯什矢量等于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)。

　　再結(jié)晶：經(jīng)受形變的材料在加熱時(shí)發(fā)生的以無(wú)畸變晶粒取代變形晶粒的過(guò)程

　　珠光體：鐵碳合金共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，是共析鐵素體和共析滲碳體的層片狀混合物。形變織構(gòu)：隨塑性變形量增加，變形多晶體某一晶體學(xué)取向趨于一致的現(xiàn)象。

　　二、填空題（17分，每空1分）

　　3. 某金屬凝固時(shí)的形核功為△G*，其臨界晶核界面能為△G，則△G*和△G的關(guān)系為：△G* =1/3 △G

　　4．在常溫和低溫下，金屬的塑性變形主要是通過(guò)的方式進(jìn)行的。此外還有孿生和扭折等方式。

　　5．金屬液體在凝固時(shí)產(chǎn)生臨界晶核半徑的大小主要取決于。

　　6．菲克第一定律表述了穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的特征，即濃度不隨變化。

　　7. 冷變形金屬加熱過(guò)程中發(fā)生回復(fù)的驅(qū)動(dòng)力是：冷變形過(guò)程中的存儲(chǔ)能

　　8. 合金鑄錠的宏觀組織包括表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū) 三部分。

　　9. 合金鑄錠的缺陷可分為縮孔和偏析兩種。