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材料科学基础A1考试范围及复习题-2012考试范围：要求掌握全部概念，重要知识点。1.材料的结构：晶体结构的基本概念，金属晶体结构及其特点（三种重要晶体结构，晶系、布拉菲点阵，晶胞原子数，密排面，密排方向，密勒指数标定）。2.纯金属的结晶：结晶现象（结晶、过冷度），晶核的形成（临界晶核、形核功），晶核的长大，金属铸锭的组织（三晶区结构）及缺陷。3.二元合金的相结构与结晶：合金中的相（相及其分类），合金的相结构，二元合金相图的建立，二元合金相图（重点）。4.铁碳合金：铁碳合金的组元及基本相，Fe-Fe3C相图分析，铁碳合金的平衡结晶过程及组织，含碳量对组织性能的影响。（全部掌握）5.金属及合金的塑性变形：单晶体的塑性变形（重点），多晶体的塑性变形，合金的塑性变形，塑性变形对组织和性能的影响。6.回复与再结晶：形变金属与合金在退火过程中的变化，回复、再结晶及晶粒长大。7.扩散：扩散的本质及机理，菲克定律（重点是第二定律及其重要解），影响扩散的因素。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4/3a,配位数为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f＝c－p＋1。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；γ（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dxdCDJ中，负号表示扩散由高浓度向低浓度方向进行。二、选择题1．Fe―Fe3C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uvw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.1/3B.2/3C.3/48.面心立方（fcc）结构的铝晶体中，每个铝原子在本层（111）面上的原子配位数为（A）。A.6B.8C.49.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）。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=3△G*B.△G=1/3△G*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23.拉伸单晶时，滑移面转向（A）时最易滑移。A.与外力轴成45ºB.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.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.[101]35.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.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、判断及改错判断：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，两者没有本质区别。（×）7、在立方晶系中，)111(与)111(是互相平行的两个晶面。（×）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，