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1、2003年材料科学基础真题答案一、1空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有完全相同的周围环境，由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵。2配位数:指晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。3伪共晶组织：当合金成分不是共晶成分的二元合金凝固时能获得100%的共晶组织4滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来称为一个滑移系。5反应扩散：通过扩散形成新相的现象。6有序固溶体：溶质原子存在于溶质点阵中的固定位置上，而且每个晶胞中的溶质和溶剂原子之比一定的固溶体。二、1.因为金属中是以金属键结合，故具有良好的塑性；金属间化合物则是以金属键与其他典型键混合，如共价键、离子键，因此具有一
2、定的脆性；而陶瓷材料通常是以共价键或者离子键结合，因此脆性比前两者更大。2由于塑性加工会使位错产生滑移，因此晶体的滑移面及滑移方面多的话有利金属塑性变形。面心立方晶体的滑移系有12个，而密排六方晶体结构的滑移系仅3个，故面心立方晶体的滑移过程更容易进行，塑性便越好。因为滑移系表示晶体在进行滑移时可能采取的空间取向，在其他条件相同时，晶体中的滑移系越多，滑移过程可能采取的空间取向就越多，滑移越容易进行，塑性便更好。三、1.不是。因为在过冷度较小时，形核率主要受形核率因子控制，随着过冷度增加所需要的临界形核半径减小，因此形核率迅速增加，并达到最高值；随后当过冷度继续增大时，尽管所需的临界晶核半径继
3、续减小，但由于原子在较低温度下难以扩散，此时，形核率受扩散的几率因子所控制，即过峰值后，随温度的降低，形核率随之减小。四、1不能。因为两者的晶体结构不同，组元间的溶解度是有限的。只有当A.、B组元的晶体结构类型相同时才能无限互溶。2置换固溶体。因为间隙固溶体只能形成有限固溶体，因为其造成点阵畸变，溶解度有限。3是金属间化合物。因为固溶体是保持着溶剂的晶体结构类型的，即如果为固溶体的话，应该是保持A或B的晶体结构类型。4是金属间化合物。因为固溶体胡产生固溶强化作用，故脆性不会很大。而金属间化合物是由金属键和其他典型键，如离子键、共价键等相混合的一种结合方式，故熔点高，脆性大。六600-700摄氏
4、度。共晶。多相七1.b1=a/2110是单位位错，b2=a/6-1-12是不全错位。2因为a/2110+a/6-1-12 - a/3111而b12(2指平方)+b22=a2/2+a2/6=2/3a2a2/3=b3，即反应后的位错能量比反应前的能量低，故它们之间可以发生位错反应。3.所生成的位错是不全位错，因为它不等于点阵矢量的整数倍。4因为此位错是弗兰克不全位错，这种位错不能在滑移面上进行滑移运动，否则将使其离开所在的层错面，但能通过点缺陷的运动沿层错面进行攀移，使层错面扩大或缩小。八（1）室温变形时，由于晶界强度高于晶内，所以晶粒越细，单位体积所包含的晶界越多，其强化效果也就越好。由霍尔-佩
5、奇公式， ，晶粒直径越小， 就越高，这就是细化晶粒的效果（2）由于多晶体的每个晶粒都处在其他晶粒的包围之中，变形不是孤立的，要求临近晶粒互相配合，协调已经发生塑性变形的晶粒的形状的改变。塑性变形一开始就比寻是多系滑移。晶粒越细小，变形协调性越好，塑性也就越好。此外，晶粒越细小，位错塞积所引起的应力集中越不严重，可以减缓裂纹的萌生，曲折的晶界不利于裂纹扩展，有利于提高强度与塑性。 2.（1）随着变形量的增加，储能也增加，再结晶的驱动力就越大，因此再结晶温度越低，同时等温退火时的再结晶速度也越快。但当变形量增大到一定程度以后，再结晶的温度就基本上稳定不变了；（2）在其他条件相同的情况下，金属的原始
6、晶粒越细小，则变形的抗力越大，冷变形后的储存的能量较高，再结晶温度则较低；（3）微量溶质原子的存在显著提高再结晶温度的原因，可能是溶质原子与位错及晶界间存在交互作用，使溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚，对位错的滑移与攀移和晶界的迁移起着阻碍作用，从而不利于再结晶的形核和核的长大，阻碍了再结晶过程。3.根据肖克莱不全位错的伯氏矢量与为错线的夹角关系，它既可以是纯刃型，也可以是纯螺型或混合型。而弗兰克位错属于纯刃型位错。肖克莱不全位错可以在其所在的111面上滑移，滑移的结果使层错扩大或缩小。但是，即使是纯刃型的肖克莱不全位错也不能攀移，因为它有确定的层错联系，若进行攀移，势必离开层错面，故不可能进
7、行。弗兰克不全位错不能在滑移面上进行滑移运动，否则将使其离开所在的层错面，但能通过点缺陷的运动沿层错面进行攀移，使层错面扩大或缩小。九、1错。密排六方点阵内的原子与晶胞角上的原子具有不同的周围环境。2错。由于原子的热振动，纯金属中存在自扩散现象。3对。因为工艺缺陷导致的微裂纹尖端的应力集中，裂纹尖端之最大应力可达到理论断裂强度或理论屈服强度，因陶瓷晶体中可动位错少，位错运动又困难，所以一旦达到屈服强度就断裂了4错。因为合金在正的温度梯度下，如果成分过冷区较大时也会形成树枝晶。5错。有相律f=c-p+1可知，三相平衡的三元合金中，自由度为1，故变温。7错。形成层错的确不产生点阵畸变，但它破坏了晶
8、体的完整性和正常的周期性，使电子发生反常的衍射效应，故使晶体的能量有所增加。十由渗碳层深度X与扩散时间t关系可得：x2=BDt,由于B,D不变化，故x1=1mm时，t1=4h，当t2=8h时，x2=根号BDt=根号2=1.414mm，故渗碳层深度为1.414mm2004年材料科学基础真题答案一、1空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有完全相同的周围环境，由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵。2配位数:指晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。3电子化合物：主要指由电子浓度决定其晶体结构的一类化合物。4扩展位错：把一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着以个堆层位错的整个位错组态
9、。5多滑移：当外力在几个滑移系上的分切应力相等并同时达到了临界分切应力时，产生同时滑移的现象。6包晶转变：已结晶的固相与剩余液相反应形成另一个固相的恒温转变。7自扩散：不依赖于浓度梯度，仅由热振动而产生的扩散。二 三(1)金属具有较高的相对原子质量，而且其键合没有方向性和饱和性，可趋于密集排列；离子键受电荷平衡影响，共价键受共价键数目的方向性影响，相邻原子数没有金属多，故密度较小。（2）因为金属键是由自由电子与金属正离子相互作用所形成的键合，键的作用力较小，故越容易破坏，熔点低。而离子晶体是由正负离子静电引力作用，较强，结合牢固，故熔点较高。共价键的结合极为牢固，熔点更高。(3)离子晶体比金属
10、键晶体更难扩散。因为：1.离子键的结合能一般大于金属键的结合能，扩散离子所需克服的能垒比金属原子大得多。2.为了保持局部的电中性，必须产生成对的缺陷，这就增加了额外的能量。3.扩散离子只能进入具有同样电荷的位置，迁移的距离较长，这些都导致了离子扩散率通常小于金属原子的扩散速率。四、有半原子面一侧。在固溶体合金中，溶质原子或杂质原子可以与位错发生交互作用而形成溶质原子气团，即Cottrell气团。若间隙原子或比溶剂尺寸大的置换溶质原子存在，就会与错位发生交互作用而偏聚于刃型位错的下方，以抵消部分或全部的张应力，从而使位错的弹性应变能降低。当位错处于能量降低的状态时，位错趋于稳定，不易运动，对位错
11、有“钉扎作用”。又因为分布在有半原子面一侧时，溶质原子和位错周围原子的应力场相互抵消，能量降低，使位错趋于稳定。五、1空位可成为热力学上平衡的点阵缺陷，而位错不可以。因为：（1）因为晶体中点缺陷的存在，一方面造成点阵畸变，使晶体的内能升高，降低了晶体的热力学稳定性。另一方面，由于增大了原子排列的混乱程度，并改变了其周围原子的振动频率，引起组态熵和振动熵的改变，使晶体熵值增大，增加了晶体的热力学稳定性。这两个相互矛盾的因素使得晶体中的点缺陷在一定的温度下具有一定的平衡浓度。（2）位错的存在均会使体系内的内能升高，虽然位错的存在也会引起晶体中熵值的增加，但是相对来说，熵值的增加有限，可忽略不计。因
12、此，位错的存在使得晶体处于高能的不稳定状态，可见位错是热力学上不稳定的晶体缺陷。2肖克莱不全位错的伯氏矢量为b=a/6，弗兰克不全位错的伯氏矢量为a/3。肖克莱不全位错更容易运动，因为它可以在其所在的111上滑移，滑移的结果使层错扩大或缩小。而弗兰克不全位错不能在滑移面上进行滑移运动，否则将使其离开所在的层错面，故弗兰克不全位错又称不滑动位错或固定位错，而肖克莱不全位错则属于可动位错。3（1）错。因为螺位错的滑移方向与晶体滑移方向垂直。 （2）错。经高温淬火、冷变形加工和高能粒子辐照后，晶体中将产生大量的空位和间隙原子，晶体中过饱和点缺陷的存在有利于攀移运动的进行。（3）错。层错能越高，扩展位
13、错宽度越窄，越难出现层错，扩展位错越容易交滑移。六、1多变化结构指冷变形金属在高温回复时，沿垂直于滑移面方向排列并具有一定取向差的位错墙以及由此产生的亚晶。需要位错作攀移运动。2形变织构是指多晶体形变过程中出现的晶体学择优取向的现象。因为在塑性变形中，随着变形程度的增加，各个晶粒的滑移面和滑移方向都要向主形变方向运动，逐渐使多晶体中原来取向互不相同的各个晶粒在空间取向上呈现一定程度的规律性，因此就形成这种组织状态的形变织构。织构造成了各向异性。3（1）室温变形时，由于晶界强度高于晶内，所以晶粒越细，单位体积所包含的晶界越多，其强化效果也就越好。由霍尔-佩奇公式， ，晶粒直径越小， 就越高，这就
14、是细化晶粒的效果（2）由于多晶体的每个晶粒都处在其他晶粒的包围之中，变形不是孤立的，要求临近晶粒互相配合，协调已经发生塑性变形的晶粒的形状的改变。塑性变形一开始就比寻是多系滑移。晶粒越细小，变形协调性越好，塑性也就越好。此外，晶粒越细小，位错塞积所引起的应力集中越不严重，可以减缓裂纹的萌生，曲折的晶界不利于裂纹扩展，有利于提高强度与塑性。七1.主要微观机制有间隙机制、空位机制。相碳、氢、氮等这类小的间隙型溶质原子易以间隙机制在晶体中扩散；在固溶体中的置换扩散或纯金属的自扩散，原子的迁移主要是通过空位扩散机制。置换型溶质原理更难扩散，因为与间隙型扩散相比，置换扩散除了需要原子从一个空位跳跃到另一
15、个空位的迁移能外，还需要扩散原子近旁空位的形成能。2真正的驱动力是化学势梯度。“上坡扩散”是指物质从低浓度向高浓度扩散，扩散的结果提高浓度梯度的扩散。上坡扩散除了发生在化学势梯度驱动的情况下，还可能发生于弹性应力作用那个，晶界的内吸附、大的电场或温度场等情况下。八（1）在合金凝固过程中，固液界面前沿液体的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时所产生的过冷现象称为成分过冷。（2）当在液固界面前沿有较小的成分过冷区时，平面生长就被破坏。界面某些地方的凸起，在它们进入过冷区后，由于过冷度稍有增加，促进了它们进一步凸向液体，但因成分过冷区较小，凸起部分不可能有较大伸展，使界面形成胞状组织。如果界面前沿的成分过冷区甚大，则凸出部分就能继续伸向过冷液相中生长，同时在侧面产生分枝，形成二次轴，在二次轴上再长处三次轴，这样就形成树枝状组织（3）若增大正温度梯度，则会使成分过冷倾向减小，成分过冷区变小。（补充：成分过冷会破坏合金凝固组织的平面长大形态，使其从平面过渡到胞状组织，再到树枝晶组织形态长大）2005年材料科学基础真题答案一、1晶面族：原子排列相同晶面位向不同的晶面。2间隙固溶体:溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。3电子化合物：主要指由电子浓度决定其晶体结构的一类化合物。4肖脱基空位:在个体中晶体中，当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定
