材料科学基础试题及答案

百度文库1第一章原子排列与晶体结构1.fcc结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是,晶胞中原子数为，把原子视为刚性球时，原子的半径r与点阵常数a的关系是；bcc结构的密排方向是，密排面是,致密度为,配位数是,晶胞中原子数为，原子的半径r与点阵常数a的关系是；hcp结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是,，晶胞中原子数为，原子的半径r与点阵常数a的关系是。2.Al的点阵常数为，其结构原子体积是，每个晶胞中八面体间隙数为，四面体间隙数为。3.纯铁冷却时在912发生同素异晶转变是从结构转变为结构，配位数，致密度降低，晶体体积，原子半径发生。4.在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。在hcp晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。5.求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。6在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知铅为fcc面心立方结构，其原子半径R=×10-6mm。第二章合金相结构一、填空1）随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度，塑性，导电性，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数。2）影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1）；（2）；（3）；（4）和环境因素。3）置换式固溶体的不均匀性主要表现为和。4）按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为和。5）无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度，塑性，导电性。6）间隙固溶体是，间隙化合物是。二、问答1、分析氢，氮，碳，硼在-Fe和-Fe中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。已知元素的原子半径如下：氢：，氮：，碳：，硼：，-Fe：，-Fe：。2、简述形成有序固溶体的必要条件。第三章纯金属的凝固1.填空1.在液态纯金属中进行均质形核时，需要起伏和起伏。2液态金属均质形核时，体系自由能的变化包括两部分，其中自由能是形核的阻力，是形核的动力；临界晶核半径rK与过冷度T关系为，临界形核功GK等于。3动态过冷度是指。4在工厂生产条件下，过冷度增大，则临界晶核半径，金属结晶冷却速度越快，N/G比值，晶粒越。5.获得非晶合金的基本方法是。二、问答1根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。百度文库22试根据凝固理论，分析通常铸锭组织的特点。3简述液态金属结晶时，过冷度与临界晶核半径，形核功及形核率的关系。4铜的熔点Tm=1356K，熔化热Hm=1628J/cm2，=177×10－7J/cm，点阵常数a=。求铜T=100时均匀形核的临界核心半径。5：何谓过冷，过冷度，动态过冷度，它们对结晶过程有何影响？6根据冷却速度对金属凝固后组织的影响，现要获得微晶，非晶，亚稳相，请指出其凝固时如何控制。7、简述纯金属凝固时润湿角θ、杂质颗粒的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。第四章二元合金相图与合金凝固一、填空1.固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有起伏。2.按液固界面微观结构，界面可分为和。3.液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是，光滑界面晶体的长大机制是和。4在一般铸造条件下固溶体合金容易产生偏析，用热处理方法可以消除。5液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX0（正温度梯度下），其固、液界面呈状，dT/dX0时（负温度梯度下），则固、液界面为状。6.靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为。7固溶体合金凝固时，溶质分布的有效分配系数ke=，当凝固速率很大时ke趋于。8.在二元相图中，L1→+L2叫反应，→L+称为转变，而反应１—２＋称为反应，+称为反应。9Fe-Fe3C相图中含碳量小于为钢，大于为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由和两个基本相组成；根据溶质原子的位置，奥氏体其晶体结构是，是固溶体，铁素体是，其晶体结构是，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含量是；珠光体的含碳量是，它是由和组成的两相混合物；莱氏体的含碳量是；在常温下，亚共析钢的平衡组织是，过共析钢的平衡组织是，亚共晶白口铸铁的平衡组织是，莱氏体的相组成物是，变态莱氏体的相组成物是，Fe3CI是从中析出的，Fe3CII是从中析出的，Fe3CIII是从中析出的，它们的含碳量为，Fe3C主要性能特点是，A共析反应后的生成物称为。2问答1如图4-1所示为Ni-Al相图1）填出相图中各相区的平衡相；2）指出图中的稳定化合物和不稳定化合物；3）写出图中存在的恒温反应，指明反应类型；4）指出含Ni30%(重量)的合金在平衡冷却时的相变过程，计算室温下的相组成与组织组成，并计算出其中组织组成物的百分数。5）试说明含Ni89%（重量）的Ni-Al合金其平衡凝固与非平衡凝固后的显微组织的不同。6）设X合金平衡凝固完毕时的组织为（Al）初晶+(+)共晶，其中初晶占80%，则此合金中Ni组元的含量是多少？7）绘出1500时Al-Ni合金系的自由能—成分曲线示意图。百度文库3图4-1图4-22根据Cu-Sn相图（图4-2），Cu为fcc结构。回答下列问题：1）相为何种晶体结构？2）计算212℃时Cu-90%Sn合金在TE温度时（共晶反应前）的平衡分配系数。3）%Sn合金在正常条件下凝固后，相的晶界上出现少量相，其原因何在？如何消除相？4）分析Cu-70%Sn合金平衡凝固过程，并计算共晶反应刚完毕时相组成物和组织组成物的相对含量。5）画出Cu-Sn系合金在450℃时各相自由能---成分曲线示意图。图4-3图4-43如图4-3为Mg-Y相图1）填相区组成，写出相图上等温反应及Y=5%wt时的合金K在室温时的平衡组织。2）已知Mg为hcp结构，试计算Mg晶胞的致密度；3）指出提高合金K强度的可能方法4）简述图中Y=10%wt之合金可能的强化方法。4试说明纯Al和铝－铜单相固溶体结晶的异同。5根据4-4的铁碳亚稳平衡相图回答下列问题：1）写出下列Fe3CII含量最多的合金；珠光体含量最多的合金；莱氏体含量最多的合金。百度文库42）指出此二元系中比较适合做变形合金和铸造合金的成分范围。3）如何提高压力加工合金的强度。4）标注平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。5）分析Fe-1%C合金的平衡凝固过程，并计算室温下其中相组成物和组织组成物的百分含量，6）分析Fe-1%C合金在亚稳冷却转变和淬火冷却转变后组织的差异。7）根据Fe-Fe3C状态图确定下列三种钢在给定温度下的显微组织（填入表中）含碳量温度显微组织温度显微组织770℃停留一段时间P+F900℃A+F680℃P刚达到770℃A700℃P+Fe3CⅡ刚达到770℃A+Fe3C8)画出1200℃时各相的自由能---成分曲线示意图。图4-5图4-66：A为金属元素，B为非金属元素，形成二元相图如图4-5：1）画出Ⅱ合金平衡冷却曲线以及平衡结晶后组织示意图，计算其室温下相组成物及组织组成物相对含量。2）试分析不同冷却速度对下图中Ⅰ合金凝固后显微组织的影响。3）Ⅰ合金在工业条件冷凝后如对合金进行扩散退火，应如何确定退火温度。7：简述典型金属凝固时，固/液界面的微观结构，长大机制，晶体在正温度梯度下、负温度梯度下成长时固/液界面的形态。8：根据Pb-Bi相图（图4－6）回答下列问题：1）把空相区填上相的名称。2）设X合金平衡凝固完毕时的相组成物为和(Bi)，其中相占80%，则X合金中Bi组元的含量是多少？3）设Y合金平衡凝固完毕时的组织为(Bi)初晶+[+（Bi）]共晶，且初晶与共晶的百分含量相等，则此合金中Pb组元的含量是多少？4）Pb-30%Bi合金非平衡凝固后室温下组织与平衡凝固组织有何不同。第五章三元合金相图1根据Fe－C－Si的%Si变温截面图（5－1），写出含%C的Fe-C-Si三元合金在平衡冷却时的相变过程和1100℃时的平衡组织。图8百度文库5图5－12图5－2为Cu-Zn-Al合金室温下的等温截面和2%Al的垂直截面图，回答下列问题：1）在图中标出X合金（Cu-30%Zn-10%Al）的成分点。2）计算Cu-20%Zn-8%Al和Cu-25%Zn-6%Al合金中室温下各相的百分含量，其中α相成分点为%%Al，γ相成分点为Cu-18%%Al。3）分析图中Y合金的凝固过程。％图5－23如图5－3是A-B-C三元系合金凝固时各相区，界面的投影图，A、B、C分别形成固溶Y百度文库6体α、β、γ。1）写出Pp，PE1和PE2单变量线的三相平衡反应式。2）写出图中的四相平衡反应式。3）说明O合金凝固平衡凝固所发生的相变。图5－3图5－44图5－4为Fe-W-C三元系的液相面投影图。写出e1→1085℃，P1→1335℃，P2→1380℃单变量线的三相平衡反应和1700℃，1200℃，1085℃的四相平衡反应式。I，II，III三个合金结晶过程及室温组织，选择一个合金成分其组织只有三元共晶。5如图5－5为Fe-Cr-C系含13%Cr的变温截面１）大致估计2Cr13不锈钢的淬火加热温度（不锈钢含碳量０.２％,含Cr量13％）２）指出Cr13模具钢平衡凝固时的凝固过程和室温下的平衡组织（Cr13钢含碳量2%）３）写出（１）区的三相反应及７９５时的四相平衡反应式。百度文库7图5－5图5－66如图5－6所示，固态有限溶解的三元共晶相图的浓度三角形上的投影图，试分析IV区及VI区中合金之凝固过程。写出这个三元相图中四相反应式。图5－77分析如图5－7所示的三元相图，该合金中E点成分为27Pb18Sn55Bi，γ相成分取100％Bi。1）指出这个三元系的初晶面，写出四相平衡反应式；2）分析该三元合金系中1，2，3，4合金平衡结晶过程；3）要配制一个初晶为γ，具有三元共晶而无二元共晶且γ/三元共晶=的合金，计算该合金的成分。第六章空位与位错一、名词解释空位平衡浓度，位错，柏氏回路，P-N力，扩展位错，堆垛层错，弗兰克-瑞德位错源，奥罗万机制，科垂耳气团，面角位错，铃木气团，多边形化二、问答1fcc晶体中，层错能的高低对层错的形成、扩展位错的宽度和扩展位错运动有何影响？层错能对金属材料冷、热加工行为的影响如何？2.在铝单晶体中（fcc结构），1）位错反应]101[2a]112[6a]+]121[6a能否进行？写出反应后扩展位错宽度的表达式和式中各符号的含义；若反应前的]101[2a是刃位错，则反应后的扩展位错能进行何种运动？能在哪个晶面上进行运动？若反应前的]101[2a是螺位错，则反应后的扩展位错能进行何种运动？2）若（1，1，1）面上有一位错]110[2ab，与）（111面上的位错]011[2ab发生百度文库8反应，如图6－1。写出位错反应方程式，说明新位错的性质，是否可动。3）写出（111）与（111）两个滑移面上两全位错所分解为肖克莱不全位错的两个反应式。4）如果两扩展位错运动，当它们在两个滑移面交线AB相遇时，两领先不全位错为1126a和]121[6a，两领先位错能否发生反应，若能，求新位错柏氏矢量；分析新形成位错为何种类型位错，能否自由滑移，对加工硬化有何作用。图6－13螺旋位错的能量公式为02ln4rRGbES。若金属材料亚晶尺寸为R=10-3~10-4cm，r0约为10-8cm，铜的G＝4×106N/cm2，b＝×10－8cm。（1）试估算Es（2）估算Cu中长度为1个柏氏矢量的螺型位错割阶的能量。4平衡空位浓度与温度有何关系？高温淬火对低温扩散速度有何影响？5已知Al的空位形成能为，问从27升温到627时空位浓度增加多少倍（取系数A=1）6在一个刃型位错附近放置另一个与之平行同号的另一个刃型位错，其位置如图6－2所示1，2，3，问它们在滑移面上受力方向如何？图6－27、位错对金属材料有何影响？第七章金属塑性变形一名词解释固溶强化，应变时效，孪生，临界分切应力，变形织构二问答123百度文库91单相合金的冷塑性变形与纯金属的室温塑性变形相比，有何特点。2金属晶体塑性变形时，滑移和孪生有何主要区别？3