材料科學(xué)基礎(chǔ)試題

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)試題庫一 填空：1 固體中的結(jié)合鍵分為離子鍵，共價鍵和金屬鍵3種化學(xué)鍵以及分子鍵、氫鍵等物理鍵。 23 復(fù)合材料通常由基體、增強體以及它們之間形成的界面組成。4 么宏觀上完全相同，要么呈連續(xù)變化而沒有突變現(xiàn)象。5 擴散是固體中質(zhì)量傳輸?shù)奈ㄒ煌緩健?一、判斷題：1. 勻晶合金在不平衡凝固時成分會發(fā)生偏析.。（T）2. 刃型位錯有正負之分，他們之間有本質(zhì)區(qū)別。（F）3. 珠光體是奧氏體和滲碳體的片層狀混合物。（F）4. 因為晶體的排列是長程有序的，所以其物理性質(zhì)是各向同性。（F）5. 陶瓷材料的金屬元素和非金屬元素主要通過共價鍵連接。（F）6. 單相組織一般具有良好的延展性，而共晶合金

2、則具有良好的鑄造性能。（T）7. 擴散是固體中質(zhì)量傳輸?shù)奈ㄒ煌緩健＃═）8. 在實際系統(tǒng)中，純金屬的凝固是非均勻形核。（T）9. 在空位機制中，原子的擴散可以看作是空位的移動。（T）10. 晶體長大微觀界面為粗糙時，宏觀表現(xiàn)為光滑界面。（T）11. 熱膨脹的本質(zhì)是原子半徑的脹大。（F）12. 二元合金中不可能有四相共存。(F )13. 根據(jù)菲克定律，擴散驅(qū)動力是濃度梯度，因此擴散總是向濃度低的方向進行（F）14. 復(fù)合材料通常由基體、增強體以及它們之間形成的界面組成。 (T )15. 勻晶系是指二組元在液態(tài)、固態(tài)能完全互溶的系統(tǒng)。（T）16. 枝晶偏析不可以通過退火的方法消除。（F）17. 萊

3、氏體和珠光體都是混合物。（T）18. 把一根導(dǎo)線反復(fù)的纏繞后其電阻將會增加。（T）19. 陶瓷的抗拉強度通常是抗壓強度的5-10倍。（F）20. 先共析滲碳體是間隙固溶體，其性質(zhì)硬而脆。（F）21. 在實際系統(tǒng)中，純金屬的凝固是均勻形核。（F）22. Fick第一定律表示通過某一截面的擴散流量與垂直這個截面方向上濃度梯度成正比，其方向與濃度降落方向一致。（T）23. 臨界形核尺寸與其形狀有密切關(guān)系。（F）24. 高分子化合物的大分子由鏈節(jié)構(gòu)成，鏈節(jié)的重復(fù)次數(shù)稱為聚合度。（T）25. 縮聚反應(yīng)就是大分子變成小分子的反應(yīng)，不一定有副產(chǎn)物。 ( F)26. 將薄板在沖壓之前進行一道微量冷軋工序，可以

4、消除呂德斯帶。（T）27. 熱塑性聚合物應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系主要是由鏈段運動引起。（F）28. 晶體滑移的滑移是通過位錯的運動來實現(xiàn)的。（T）29熱膨脹的本質(zhì)是原子間距離的增大。（T）30陶瓷的抗壓強度通常比抗拉強度高。（T）31兩相之間的自由能差值是發(fā)生相變的驅(qū)動力。（T）選擇題：1屬于<100>晶向族的晶向是（ABC）（A）010 （B）010 （C）001 （D）1102體心立方結(jié)構(gòu)每個晶胞有（B）個原子。（A）3 （B）2 （C）6 （D）13不屬于正常價化合物的有（BD）（A）NaCl （B）CuZn3 （C）BaO （D）Fe3C4下列說法正確的是（BC）（A） 過冷是

5、凝固的動力學(xué)條件。（B） 固相與液相的G-T曲線：液相總是更陡。（C） G非*=S/3 S表示晶胚表面積 表示單位界面自由能（D） 刃型位錯可看成是插入一個半原子面，所以稱為面缺陷。5下列說法錯誤的是（CD）（A） Fick第一律是假定dc/dt=0，即各截面上濃度不隨時間變化。（B） 氣體A在B中擴散，則Fick第二定律解為（Cs- Cx）/（Cx - Co）=erf（x/2dt）（C） 空位擴散激活能小于間隙擴散激活能。（D） 氣體滲碳根據(jù)（B）中公式可以計算距表面任意深度的碳濃度。6固溶體的不平衡凝固可能造成（A）（A）晶內(nèi)偏析 （B）晶間偏析（C）集中縮孔 （D）縮松7屬于包晶反應(yīng)的是

6、（A）（A）L+AB （B）L+BC+B（C）LA+B （D）A+BL8熱膨脹的本質(zhì)是（C）（A） 原子間平均距離隨溫度升高而減少。（B） 原子直徑增大。（C） 原子間平均距離溫度升高而增大。（D） 晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，點陣常數(shù)增大。9蠕變的正確說法是（B）（A） 物體在恒定應(yīng)力作用下形變隨溫度升高逐漸增大的現(xiàn)象。（B） 物體在恒定應(yīng)力作用下形變隨時間逐漸增大的現(xiàn)象。（C） 物體在恒定應(yīng)力作用下變形很小。（D） 物體在恒定應(yīng)力下變形不規(guī)則。10HallPectch公式是（A）（A） s=0+kd-1/2 （B）s=0+kd-1/3-1/5 （C）s=0+kd （D）s=0+kd11以下說法錯誤的

7、是（B）（A）在一個系統(tǒng)中，具有同一聚集狀態(tài)的均勻部分稱為相。（B）同一相的結(jié)構(gòu)完全相同，不能有缺陷。（C）相成分可以有變化，但不能有突變。12. 以下哪些工藝應(yīng)用的原子擴散的理論(ABC)（A）滲氮 （B）滲碳 （C）硅晶片摻雜 （D）提拉單晶硅13金屬的疲勞強度的影響因素主要有：(ABCD)（A）化學(xué)成分 （B）應(yīng)力集中 （C）表面狀態(tài) （D）環(huán)境14影響鑄錠性能主要晶粒區(qū)是（C）（A）表面細晶粒區(qū) （B）中心等軸晶 （C）柱狀晶粒區(qū) （D）三個區(qū)影響相同15面心立方結(jié)構(gòu)晶體的滑移系數(shù)目為：（A）（A）12 （B）8 （C）24 （D）1616晶態(tài)高聚物特性是：（AB）（A）不能完全結(jié)晶

8、（B）所有聚合物都可以結(jié)晶 （C）冷卻越快結(jié)晶越多17銀紋產(chǎn)生于：（AC）（A）玻璃態(tài)拉伸 （B）纖維束斷裂 （C）局部屈服 （D）裂紋擴展18復(fù)合效應(yīng)指：（AC）（A）集合了原有組分性能 （B）改變了原有組分性能 （C）增添了新的性能2致密度為0.74的常見晶體結(jié)構(gòu)是（BC）（A）BCC （B）FCC （C）密排六方 （D）以上全是3FCC結(jié)構(gòu)晶體中（100）面的面密度為（A）（A）2/a2 (B)1.41/a2 (C)4/（a33） (D)5/a24屬于正常價化合物的是（D）（A）相 （B）Fe3C （C）CuZn （D）NaCl5硅酸鹽的基本結(jié)構(gòu)單元是（C）（A）Si4O2- (B)Si

9、2O76- (C)SiO44- (D)SiO42-7位錯密度的單位是（D）（A）cm2 （B）cm-3 （C）cm （D）cm-28穩(wěn)態(tài)擴散的條件是：c表示濃度，t表示時間，x表示路徑，假設(shè)（C）（A） dx/dt=0 (B) dt/dx=0 (C) dc/dt=0 (D) dc/dx=09下列說法中，錯誤的是（BC）（A） 熱固性塑料是剛硬的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分子不易運動，在拉伸時表現(xiàn)為脆性。 （B） 復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)是指它綜合了原有組分的性能。 （C） 顆粒增強復(fù)合材料的增強顆粒尺度為0.011m。 （D） 界面效應(yīng)導(dǎo)致復(fù)合材料各組分之間呈現(xiàn)出協(xié)同作用。10根據(jù)HallPectch公式可知（

10、A）（A） 在常溫下,晶粒越細,強度越大。 （B） 在常溫下,晶粒越細,強度越小。 （C） 在常溫下,晶粒大小與強度無關(guān)。 （D） 在常溫下,晶粒越細,沖擊韌性越高。11以下說法錯誤的是（AB）（A） 脆性斷裂通常沿特定晶面進行，作用的應(yīng)力垂直于該晶面。 （B） 陶瓷材料受外力失效主要是由組織缺陷引起的。12熱應(yīng)力的來源 （ABC）（A） 熱脹冷縮受到限制。 （B） 溫度梯度。 （C） 復(fù)合材料各相膨脹系數(shù)不一樣。 （D） -1/4物質(zhì)原子的熱運動。8對于冷變形小的金屬，再結(jié)晶核心形成的形核方式一般是（A）（E） 凸出形核（F） 亞晶直接形核長大形核（G） 亞晶合并形核（H） 其他方式9一次世

11、界大戰(zhàn)中，有很多黃銅彈殼因為宏觀殘余應(yīng)力的存在而在使用過程中開裂失效，最好采用下列哪種工藝加以解決（C）（E） 再結(jié)晶處理（F） 冷變形處理（G） 回復(fù)處理（H） 熱變形處理二 改錯：1 刃型位錯有正負之分，他們之間有本質(zhì)區(qū)別。改：刃型位錯的正負之分是相對的，只在討論位錯性質(zhì)時有用。2 過冷使固態(tài)金屬自由能低于液態(tài)金屬自由能，因此便發(fā)生結(jié)晶。改：過冷只是結(jié)晶的必要條件，結(jié)構(gòu)起伏(或相起伏)才是產(chǎn)生晶核的基礎(chǔ)。2 固熔體結(jié)晶的三要素是：能量起伏，結(jié)構(gòu)起伏和熔體過冷。改：固熔體結(jié)晶的三要素是：能量起伏，結(jié)構(gòu)起伏和成分起伏。3 根據(jù)菲克定律，擴散驅(qū)動力是濃度梯度，因此擴散總是向濃度低的方向進行。 改

12、：擴散的真正驅(qū)動力是化學(xué)位梯度，因此擴散總是朝化學(xué)位減小的方向進行。三 簡答：1 晶胞：能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元。2 晶體缺陷：晶體中原子偏離其平衡位置而出現(xiàn)不完整性的區(qū)域稱為晶體缺陷。 3 固熔體：固態(tài)下一種組元(熔質(zhì))熔解于另一種組元(熔劑)中而形成的新相。4 凝固與結(jié)晶：物質(zhì)從液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固，若凝固后的物質(zhì)為晶體，則這種凝固稱為結(jié)晶。四 畫圖：（10分）在簡單立方晶胞中畫出（0 1 2），（1 1 1）晶面和<1 3 0>，<1 1 0>晶向。四、簡答題：（共20分，每小題5分）1 晶體缺陷： 晶體中原子偏離其平衡位置而出現(xiàn)不完整性的區(qū)

13、域稱為晶體缺陷。2 為什么三種典型晶體結(jié)構(gòu)的金屬塑性不同？ 滑移系的多少，滑移面原子密排程度及滑移方向數(shù)目決定了金屬塑性的好壞，密排六方滑移系少，塑性最差，體心立方的滑移系等于或多于面心立方，但滑移方向（2個）比面心立方（3個）少，滑移面的密排程度也較低，所以體心立方金屬的塑性又比面心立方金屬差。3 用等應(yīng)變理論解釋兩相都有較好塑性的兩相合金的強化作用。 合金塑性變形過程中，兩相應(yīng)變相等，平均流變應(yīng)力為：=11+22式中為體積分數(shù)；為流變應(yīng)力。當(dāng)?shù)诙鄰娪诨鄷r，2>1，或2=1+，=11+2（1+）=1+2>1。合金得以強化。4. 包晶反應(yīng)速度非常緩慢的原因是：包晶反應(yīng)時，相依附

14、于相表面形成，并很快將相包圍起來，從而使相與液相隔開。欲繼續(xù)進行包晶轉(zhuǎn)變，必須通過相層進行原子擴散，液相才能和相繼續(xù)相互作用生成相。固相中原子擴散比液相中困難得多，所以包晶反應(yīng)預(yù)覽：速度非常緩慢。5. 簡述冷變形金屬在加熱過程的三個主要階段及性能的變化。答案要點：三個過程：回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大。6. 舉例說明材料的化學(xué)成分、組織、性能之間的關(guān)系。 例舉碳鋼的化學(xué)成分、組織、性能之間的關(guān)系。7. 簡述固溶強化的本質(zhì)。固溶強化的實質(zhì)是溶質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用、電交互作用和化學(xué)交互作用。其中最主要的是溶質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用阻礙了位錯的運動。也就是說，溶質(zhì)原子與位錯彈性交互作用的結(jié)果，使得

15、溶質(zhì)原子趨于聚集在位錯的周圍，以減小畸變，降低體系能量，此即稱為柯氏氣團?？率蠚鈭F對位錯有“釘扎”作用，為使位錯掙脫氣團的釘扎而運動或拖動氣團運動，必須施加更大的外力。因此，固溶體合金的強度要高于純金屬。五 計算：（25分）根據(jù)圖1所列二元相圖，（1） 說明室溫下合金的相和組織是什么？并計算相和組織組成物的相對含量。（2） 如果希望得到共晶組織加上相對量為5%的初合金，求該合金的成分。解：(1)：相為和；組織為和。w=(90-20)/(90-5)=82.4%w=1-82.4=17.6%(2):由(X-50)/(90-50)=5%解得：X=70%答：該合金成分為wB=70%。A 5 20 50

16、90 B四 分析：(10分)根據(jù)Fe-Fe3C相圖，比較wc=0.004的亞共析鋼在鑄態(tài)和平衡態(tài)下結(jié)晶過程和室溫組織有何不同。解：(1) 平衡態(tài)：首先析出；包晶反應(yīng)形成A；剩余液相結(jié)晶出A；從A相晶界析出先共析鐵素體F；剩余A共析反應(yīng)生成P；從F中析出Fe3C，但量少可忽略。室溫組織F+P。(2) 鑄態(tài)：首先析出；包晶反應(yīng)被抑制，剩余液相結(jié)晶出A；轉(zhuǎn)變?yōu)锳；先共析反應(yīng)被抑制或部分抑制；A共析轉(zhuǎn)變?yōu)镻；從F中析出Fe3C，但量少可忽略。室溫組織P(或含少量F)。預(yù)覽：FeFe3C三、分析題：1 已知A（熔點700）與B（熔點620）在液態(tài)時無限互溶，固態(tài)時B在A中的最大固溶度（質(zhì)量分數(shù)）為WB=26%，室溫時為WB=5%；但A在固態(tài)和室溫時均不溶于B。在280時，含WB=52%的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)。(15分)（1）試?yán)L出A-B合金相圖。（2）寫出共晶反應(yīng)式，并計算室溫下共晶體相組成物的相對含量。2根據(jù)Fe-Fe3C相圖(12分)（1）寫出反應(yīng)式 a共晶轉(zhuǎn)變 b.共析轉(zhuǎn)變 c.包晶轉(zhuǎn)變（2）計算珠光體中鐵素體與滲碳體的相對含量。（3）計算含碳量0.45%的鋼中組織組成物的相對含量。（4）畫出含碳0.20%的碳鋼結(jié)晶過程示意圖。解：1（1）A-B合金相圖如下：620OC 280C OA 5 26 52 B（2）