材料科學(xué)基礎(chǔ)試題庫(kù)(內(nèi)附部分自己整理答案)

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)試題庫(kù)一、選擇1、在柯肯達(dá)爾效應(yīng)中，標(biāo)記漂移主要原因是擴(kuò)散偶中_C_ 。A 、兩組元的原子尺寸不同 B 、僅一組元的擴(kuò)散 C 、兩組元的擴(kuò)散速率不同2、在二元系合金相圖中，計(jì)算兩相相對(duì)量的杠桿法則只能用于_B_ 。A、單相區(qū)中 B 、兩相區(qū)中 C、三相平衡水平線上3、鑄鐵與碳鋼的區(qū)別在于有無(wú) _A 。A、萊氏體B 、珠光體 C 、鐵素體4、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5、 在置換型固溶體中，原子擴(kuò)散的方式一般為_(kāi)C_ 。A 、原子互換機(jī)制 B 、間隙機(jī)制 C 、空位機(jī)制6、 在晶體中形成空位的同時(shí)又產(chǎn)生間隙原子，這樣的缺陷稱為_(kāi)

2、B 。A 、肖脫基缺陷 B 、弗蘭克爾缺陷 C 、線缺陷7、理想密排六方結(jié)構(gòu)金屬的 c/a 為 _A_ 。A、1.6 B 、2XV (2/3) C 、“(2/3)8、 在三元系相圖中，三相區(qū)的等溫截面都是一個(gè)連接的三角形，其頂點(diǎn)觸及_A_ 。A 、單相區(qū) B 、兩相區(qū) C 、三相區(qū)9、 有效分配系數(shù) Ke表示液相的混合程度，其值范圍是 。(其中Ko是平衡分配系數(shù))A 、 1KeK0 B 、 KoKe1 C 、 KeK0 rk的晶胚；（2）獲得A A* （臨界形核功）的形核功。15、 請(qǐng)簡(jiǎn)述二元合金結(jié)晶的基本條件有哪些。熱力學(xué)條件 G r* ; 能量條件： A G max ;成分條件。16、 為

3、什么鋼的滲碳溫度一般要選擇在丫-Fe相區(qū)中進(jìn)行？若不在丫 -Fe相區(qū)進(jìn)行會(huì)有什么 結(jié)果？ 丫相是原始生長(zhǎng)相，固溶度高，滲碳可以均勻分布在組織結(jié)構(gòu)中。溫度過(guò)低的其他相，比如馬氏體，或珠光體的，不能均勻擴(kuò)散到組織結(jié)構(gòu)中，偏析嚴(yán)重，導(dǎo) 致強(qiáng)度降低。溫度過(guò)高，組織會(huì)重新生核成長(zhǎng)，會(huì)破壞原來(lái)的組織結(jié)構(gòu)19、位錯(cuò)密度有哪幾種表征方式？ 體密度：即單位體積內(nèi)的位錯(cuò)線長(zhǎng)度;面密度：即垂直穿過(guò)單位面積的位錯(cuò)線根數(shù)。20、淬透性與淬硬性的差別。淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力; 淬硬性是指在一定條件下淬火后獲得馬氏體 組織所能達(dá)到的最高硬度 。22、 馬氏體相變的基本特征？（12分）1. 無(wú)擴(kuò)散性2. 切

4、變性，即由母相變?yōu)樾孪嗟木Ц窀慕M過(guò)程是以切變方式進(jìn)行的3. 具有一定的晶體學(xué)位相關(guān)系的慣習(xí)面，即共格切變4. 轉(zhuǎn)變?cè)谝欢ǖ臏囟确秶鷥?nèi)進(jìn)行5. 快速轉(zhuǎn)變，一般不需要孕育期6. 轉(zhuǎn)變不完全，會(huì)留有相當(dāng)數(shù)量的殘余奧氏體23、加工硬化的原因？（ 6分） 產(chǎn)生加工硬化的主要原因是金屬在塑性變形時(shí)晶粒產(chǎn)生滑移，滑移面和其附近的晶格扭曲， 使晶粒伸長(zhǎng)和破碎， 金屬內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力等， 因而繼續(xù)塑性變形就變得困難， 從而引起加 工硬化。24、柏氏矢量的意義？ （6分）它描述了位錯(cuò)線上原子畸變特征、方向、大小；位錯(cuò)的畸變能和柏氏矢量的平方成正比26、 已知916C時(shí)，丫 -Fe的點(diǎn)陣常數(shù)0.365nm , （0

5、11）晶面間距是多少？ （ 5分） 面心立方的 -Fe , a = b = c =0.365nm , 對(duì)立方晶系，d a、0212120.365.21.03nm27、畫(huà)示意圖說(shuō)明包晶反應(yīng)種類(lèi)，寫(xiě)出轉(zhuǎn)變反應(yīng)式？ （4分）28、 影響成分過(guò)冷的因素是什么？（9分）溫度梯度（平緩有利）；凝固速度（越快越有利）；凝固范圍（越大越有利）。29、單滑移、多滑移和交滑移的意義是什么？ （9分）只有一個(gè)滑移系統(tǒng)上的分切應(yīng)力最大并達(dá)到臨界分切應(yīng)力，形成單滑移，這種情況下，加工硬化最弱；當(dāng)拉力軸在晶體的特定取向上可能使幾個(gè)滑移系的分切應(yīng)力相等，在同時(shí)達(dá)到了臨界分切應(yīng)力時(shí)發(fā)生多滑移，這種情況下會(huì)發(fā)生加工硬化現(xiàn)象；交

6、滑移是螺旋位錯(cuò)在兩個(gè)相交的滑移面上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)螺型位錯(cuò)在一個(gè)滑移面上運(yùn)動(dòng)遇到障礙會(huì)轉(zhuǎn)到另一個(gè)滑移面上繼續(xù)滑 移，滑移方向不變。交滑移影響材料的塑性。30、 簡(jiǎn)要說(shuō)明純金屬中晶粒細(xì)度和材料強(qiáng)度的關(guān)系，并解釋原因。（6分）ys10kyd2Hall-Petch 霍爾-佩奇公式，細(xì)度減小，屈服強(qiáng)度增加，用晶界位錯(cuò)塞積模型解釋。對(duì)粗晶 粒，晶界塞積的位錯(cuò)多， 產(chǎn)生應(yīng)力集中大，在變形傳遞中容易使位錯(cuò)源開(kāi)動(dòng)，因此屈服強(qiáng)度 低。31、某晶體的原子位于四方點(diǎn)陣的節(jié)點(diǎn)上，點(diǎn)陣的 a=b, c=a/2，有一晶面在x, y, z軸的截距分別為6個(gè)原子間距、2個(gè)原子間距和4個(gè)原子間距，求該晶面的密勒指數(shù)。32、 證明理想密

7、排六方結(jié)構(gòu)的軸比c/a=1.633。（a,廠3/3a）33、立方晶系的（111） , （110） , （123）晶面族各包含多少晶面，寫(xiě)出它們的密勒指數(shù)。34、說(shuō)明柏氏矢量的確定方法，如何利用柏氏矢量和位錯(cuò)線來(lái)判斷位錯(cuò)的類(lèi)型？答：首先在位錯(cuò)線周?chē)饕荒鏁r(shí)針回路，然后在無(wú)位錯(cuò)的晶格內(nèi)作同樣的回路，該回路必不閉合,連接終點(diǎn)與起點(diǎn)即為柏氏矢量 .位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直的是刃型位錯(cuò)，平行的是螺型位錯(cuò).35、簡(jiǎn)要說(shuō)明成分過(guò)冷的形成及其對(duì)固溶體組織形態(tài)的影響。答：固溶體凝固時(shí)，由于溶質(zhì)原子在界面前沿液相中的分布發(fā)生變化而形成的過(guò)冷36、為什么晶粒細(xì)化既能提高強(qiáng)度，也能改善塑性和韌性？答：晶粒細(xì)化減小晶粒尺寸

8、，增加界面面積，而晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高強(qiáng)度；晶粒數(shù)量增加 塑性變形分布更為均勻，塑性提高；晶界多阻礙裂紋擴(kuò)展，改善韌性.37、共析鋼的奧氏體化有幾個(gè)主要過(guò)程？合金元素對(duì)奧氏體化過(guò)程有什么影響？答：共析鋼奧氏體化有 4個(gè)主要過(guò)程：奧氏體形成、滲碳體溶解、奧氏體均勻化、晶粒長(zhǎng)大。 合金元素的主要影響通過(guò)碳的擴(kuò)散體現(xiàn)，碳化物形成元素阻礙碳的擴(kuò)散，降低奧氏體形成、 滲碳體溶解、奧氏體均勻化速度。38、 提高鋼材耐蝕性的主要方法有哪些？為什么說(shuō)Cr是不銹鋼中最重要的合金元素？答：提高鋼材耐蝕性的主要方法有： 在表面形成致密氧化膜、 提高基體電極電位、 形成單相 組織。 Cr 可形成表面致密氧化膜 Cr

9、2O3, 可提高電極電位，可形成單相鐵素體.39、何為位錯(cuò)反應(yīng)？如何判斷一個(gè)位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行？40、根據(jù)凝固理論，試述細(xì)化晶粒的基本途徑。由 凝固理論可知，結(jié)晶時(shí)單位體積中的晶粒數(shù)目 z 取決于形核率 N 和晶體長(zhǎng)大速率 Vg 兩個(gè)因素，即z x N/Vg?；就緩剑?1) 增大過(guò)冷度 T T增加，N和Vg都隨之增加，即z增多。(2) 加入形核劑。加入形核劑后，可以促使過(guò)冷液體發(fā)生非均勻形核。即不但使非 均勻形核所需要的基底增多， 而且使臨界晶核半徑減小， 這都將使晶核數(shù)目增加， 從而細(xì)化 晶粒。(3) 振動(dòng)結(jié)晶。振動(dòng)結(jié)晶，一方面提供了形核所需要的能量，另一方面可以使正在 生長(zhǎng)的晶體破斷，以提

10、高更多的潔凈核心，從而使晶粒細(xì)化。41、分析金屬冷變形度的大小對(duì)再結(jié)晶晶粒尺寸的影響，說(shuō)明原因。42、簡(jiǎn)述成分過(guò)冷的形成以及成分過(guò)冷對(duì)固溶體生長(zhǎng)形態(tài)的影響。43、位錯(cuò)增值機(jī)理五、計(jì)算、作圖1、 已知碳在 r Fe中的擴(kuò)散常數(shù) C0= 2.0 x 10-5m2/s，擴(kuò)散激活能 Q= 1.4X10 5J/mol ( R= 8.31J/(molK)。碳勢(shì)均為CP= 1.1 % C的條件下對(duì)20#鋼在880C進(jìn)行滲碳，為達(dá)到927C滲 碳 5h 同樣的效果，滲碳時(shí)間應(yīng)為多少？ (12 分)2、對(duì) fcc 結(jié)構(gòu)的晶體 ( 點(diǎn)陣常數(shù)為 a)(1) 分別計(jì)算原子在 100 ， 110 和111 晶向上的原子

11、密度，并說(shuō)明哪個(gè)晶向是密排方向：(2) 計(jì)算原子在 (100) ， (110)和(111)晶面上的原子密度和三個(gè)面的面間距， 并指出面間距最 大的晶面。3、 寫(xiě)出附圖1.1所示立方晶格中晶面 ABCD和晶向CE的指數(shù)；在右圖單胞中畫(huà)出晶面(111) 和該面上屬于 三個(gè)晶向，并標(biāo)出具體指數(shù)。(12 分)4、 已知碳在丫 -Fe中擴(kuò)散時(shí)，D0=2.0 X 10-5m/s , Q=1.4X 105J/mol。當(dāng)溫度在 927C時(shí)，求 其擴(kuò)散系數(shù)為多少？（已知摩爾氣體常數(shù)R=8.314J/mol ?K5、 作圖表示立方晶體的011、231、321晶面和、112、102晶向。（每題2分，共10分）6、

12、已知A （熔點(diǎn)600C）與B （熔點(diǎn)500C）在液態(tài)無(wú)限互溶，固態(tài)時(shí) A在B中的最大固溶 度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為3 a= 0.30 ,室溫時(shí)為3 a= 0.10 ;但B在固態(tài)和室溫時(shí)均不溶于 A。在300 C 時(shí)，含3 b=0.40的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)。 試?yán)L出A-B合金相圖；并分析3 a=0.20、3 a=0.80 的合金在室溫下的組織組成物和相組成物的相對(duì)量。在A-B二元相圖中，分析 wb=0.6的合金平衡凝固后，在室溫下的相組成物及組織組成物，并計(jì)算各相組成物的相對(duì)含量。相組成：A+- 組織組成：A+B+ Ai90 60A%100%33.3%90 0%1 33.3%66.7%解：按已知條件，

13、A-B合金相圖如圖4-13所示(各相區(qū)均用組織成物標(biāo)注)。I合金(A-0.80B):室溫下由A與B兩相組成，其相對(duì)量為 W =(0.8-0)/(0.9-0)=89%.WA=1-3 =11%室溫下的組織為B + A H,其組織組成物的相對(duì)量與組成物相同，即W 3 =89%,wa n =11%.H合金(A-0.55B):室溫下由A與E兩相組成，其相對(duì)量為W初0.55 0.40 “皿100%0.70 0.40W(a )共晶1 初50%50%室溫下的組織為B初+（A+ 3）共晶+An。在共晶反應(yīng)剛完成時(shí)。則有B初 +（A+ 3）共晶.冷至 室溫時(shí)，將由B初與共晶3中析出 An,但由于共晶3中析出的 A

14、n與共晶A連接在一起。 不可分辨，故略去不計(jì)。由3初中析出An的相對(duì)量為0.90 0.7009050%11%所以，室溫下3初的相對(duì)量為W3初=W 3初-WAn = 50% - 11% = 39%該合金室溫下組織成物的相對(duì)量為W 3初=39% .W（A+ 3 ）共晶=50% .WAn=11%7、繪出Fe-Fe3C相圖，標(biāo)出鐵碳相圖上的C E、F、G K、P、S點(diǎn)，說(shuō)明ECF PSK水平線和ES GS曲線的意義，其上發(fā)生的轉(zhuǎn)變及生成的組織組成物。A15380純鐵的熔點(diǎn)C11484.3共晶點(diǎn)，LCf ldD12276.69滲碳體的熔點(diǎn)（計(jì)算值）E11482.11碳在y -Fe中的取大溶解度G9120

15、純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)，a- FefY -FeP7270.0218碳在a -Fe中的取大溶解度S7270.77共析點(diǎn)，Asf PQ6000.0057600C時(shí)碳在 a -Fe中的溶解度ECF共晶線發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，生成來(lái)氏體（Ld）。共晶反應(yīng)式為：Lc f LdACD液相線此線以上為液相（L）,緩冷至液相線時(shí)，開(kāi)始結(jié)晶AECF固相線此線以下為固相PSK共析線A1發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，生成珠光體（P）.共析反應(yīng)式為：AS- PESAcm碳在y -Fe中的溶解度曲線PQ碳在a -Fe中的溶解度曲線GSA奧氏體f鐵素體轉(zhuǎn)變線8、已知某低碳鋼d 0 =64KPa , K=393.7 ，若晶粒直徑為 50卩m，該低碳

16、鋼的屈服強(qiáng)度1k d 2是多少？ys0 yU9、試計(jì)算 BCC 晶體最密排面的堆積密度BCC密排面為 110 面，其面積為： 110 面上被原子占據(jù)的面積為（兩個(gè)原子）.堆積密度:10、 面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)金屬中的原子堆垛方式和致密度是否有差異？請(qǐng)加以說(shuō)明。FCC和HCP勻按ABCAB(方式堆垛；致密度也都是 0.74。11、計(jì)算wc= 3.3 %的鐵碳合金常溫下萊氏體的相對(duì)含量，組織中珠光體的相對(duì)含量和共析滲碳體的含量。(9分)12、已知Cu的原子量為63.5，原子半徑是 0.1278 nm。( 20分)(1) 計(jì)算銅的密度、點(diǎn)陣常數(shù)和最大面間距。(2) 在立方晶胞(圖1.)中標(biāo)出下

17、列晶面和晶向(要求用字母標(biāo)出，女口oa:001，等等):(011 )、(11)、( 221)、102、 110、11 (3) 以上哪些晶面和晶向互相垂直？13、柏氏矢量的物理意義是什么？根據(jù)柏氏矢量如何區(qū)分螺型位錯(cuò)和刃型位錯(cuò)？什么是全位錯(cuò)和不全位錯(cuò)？簡(jiǎn)述位錯(cuò)反應(yīng)條件。無(wú)外力作用時(shí)，位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行？ ( 18分)14、假設(shè)在鎂晶體中，由一個(gè)位錯(cuò)源放出的位錯(cuò)移到晶體表面，使晶體表面產(chǎn)生高度約為10-4 cm的滑移臺(tái)階，問(wèn)有多少個(gè)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)至表面？（已知 b=3.2 A ）15、在鋁試樣中測(cè)得晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度為5x1013m2，假定位錯(cuò)全部集中在亞晶界上，且每個(gè)亞晶粒的截面均為正六邊形，而位錯(cuò)全為

18、刃位錯(cuò)，其柏氏矢量b=a/2101 2x10-1m如亞晶粒之間的傾角為 5，試求亞晶界上的位錯(cuò)間距和亞晶粒的平均大小。正六邊形面積，總邊長(zhǎng)為 6a ，單位面積中亞晶數(shù)目求得 a=1 10-5 （ m。P/6=5*10A2/6=87.因?yàn)?，D=2.3nm，所以六邊形邊長(zhǎng)為：2.3*87=198nm,則晶梨外接圓直徑d=2*198=396nm.17、 在870C比在930C滲碳有一定優(yōu)越性，淬火變形小又可得到較細(xì)的晶粒，碳在丫鐵中523的 Db=2.0 x 10- m/s,Q=140 x 10 J/mol,請(qǐng)計(jì)算：（10 分）（a）870 C時(shí)碳在丫鐵中的擴(kuò)散系數(shù)；（b）將滲層加深一倍需多長(zhǎng)時(shí)間？

19、（c）若規(guī)定0.3%C作為滲碳層厚度的量度，則在930C滲碳10小時(shí)的滲層厚度為 870C滲碳 10小時(shí)的多少倍？（氣體常數(shù)R=8.314J/mol K,滲層厚度 Dt ）-12 2（a）Dj70c =7.98 x 10 m /s（b）4倍時(shí)間（c）1.44 倍18、位錯(cuò)線與柏氏矢量，切應(yīng)力方向，位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向以及晶體滑移方向的關(guān)系？六、綜合1、試分析冷塑性變形對(duì)合金組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、物理化學(xué)性能、體系能量的影響。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)

20、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。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。 冷變形后引起的組織性能變化為合金隨后的回復(fù)、再結(jié)晶作了組織和能量上的準(zhǔn)備。2、對(duì)鐵碳合金(wc= 0.0015)經(jīng)過(guò)完全退火后：(20分)(1) 在室溫下包含哪些組成相，計(jì)算其相對(duì)量。(2) 在室溫下由哪些組織組成物構(gòu)成，畫(huà)出組織示意圖，并計(jì)算各自的相對(duì)量。(3) 在室溫下該合金經(jīng)過(guò)較大的塑性變形 (例如壓縮 50 ) ，其組織會(huì)發(fā)

21、生哪些變化？(4) 變形后再經(jīng)過(guò)750 C充分保溫后緩慢冷卻到室溫，所得到的組織與原完全退火的組織有哪些差別？3、請(qǐng)根據(jù)所附二元共晶相圖分析解答下列問(wèn)題：1) 分析合金 I 、 II 的平衡結(jié)晶過(guò)程，并繪出冷卻曲線；2) 說(shuō)明室溫下 I、 II 的相和組織是什么？并計(jì)算出相和組織的相對(duì)含量；(3)如果希望得到共晶組織和 5%勺3初的合金，求該合金的成分； 4)分析在快速冷卻條件下， I 、 II 兩合金獲得的組織有何不同。1 )(2)1: a 初 + B II，相組成與組織組成比例相同IIB 初 （ a B ） 共 B II （忽略）合金中的3 ）設(shè)所求合金成分為 x（ 4 ） I 合金在快冷

22、條件下可能得到少量的共晶組織， 且呈現(xiàn)離異共晶的形態(tài)，3 II量會(huì)減少，甚至不出現(xiàn)；II合金在快冷條件下3初呈樹(shù)枝狀，且數(shù)量減少。共晶體組織變細(xì)小，相對(duì)量增加。4、敘述板條馬氏體和下貝氏體的組織形態(tài)，并說(shuō)明板條馬氏體和下貝氏體具有良好強(qiáng)韌性 的原因。5、試述冷變形金屬在加熱時(shí)，其組織和性能發(fā)生的變化。6、試論述含碳量對(duì)鐵碳合金平衡組織和性能的影響。7、論述影響擴(kuò)散的主要因素。8、求體心立方結(jié)構(gòu)中的四面體和八面體間隙的半徑及其中心位置的坐標(biāo)。9、 45鋼的過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線如圖所示，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(共15分)(1) 說(shuō)明圖中A1線、Ms 1線、2線、3線表示的意義。(2) 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有哪些？寫(xiě)出各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的名稱、相變類(lèi)型、組織形態(tài)和性能特點(diǎn)；(3) 在V、V2、V V冷卻速度下，各得到何種組織？(4) 指出與Vi、V2、V3、V4相對(duì)應(yīng)的熱處理工藝名稱是什么？1. A1線一共析線；Ms-馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線；1線一過(guò)冷奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線；2線珠光體轉(zhuǎn)變終了線；3線一貝氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線。2. 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：珠光體，擴(kuò)散型相變，片狀組織，強(qiáng)度較高，塑性較好；鐵素體，擴(kuò)散型相變，塊狀組織，強(qiáng)度低，塑性好；馬氏體，非擴(kuò)散型相變，板條或片狀，強(qiáng)度高，脆性大；貝氏體，兼有擴(kuò)散與非擴(kuò)散相變特點(diǎn)，上貝氏體，羽毛狀，脆性大，下貝氏體，片狀，強(qiáng)度 高，韌性好。