材料科学考试题库

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1、作图计算题（每题10分，共40分） 1. 在面心立方晶体中，分别画出(101)、110和 指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？110(101)对面心立方晶体，(101)非密排面，因此它不是滑移面；110是密排方向，因此是滑移方向。但这二者不能构成滑移系。和 是密排面和密排方向，因此可以构成滑移系。,4.已知铜的临界切分应力为1Mpa，问要使 面上产生101方向的滑移，应在001方向上施加多大的力？ 对立方晶系，两晶向h1k1l1和h2k2l2夹角公式为：,故滑移面的法线 与拉力轴方向001的夹角为：,同理，滑移方向101与拉力轴方向001的夹角为：,由分切应力公式得

2、：,7在简单立方晶体的（100）面上有一个b= a 001的螺位错。如果它(a)被（001）面上的b= a 010刃位错交割，(b)被（001）面上b= a 100的螺位错交割，试问在这两种情形下每个位错上会形成割阶还是弯折？ 解答1. 弯折：被b= a 010刃位错交割，则交截部分位错沿010方向有一段位移（位错线段），此位错线段柏氏矢量仍为b= a 001，故决定的新的滑移面为（100），故为扭折。 2. 同理，被a 100的螺位错交割，则沿100 方向形成一段位错线段，此位错线段柏氏矢量仍为b= a 001，由100与001 决定的滑移面为（0-10），故为割阶,一、简答题：（共40分，

3、每小题8分） 1、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？ 答：相同点：小原子溶入。 不同点：间隙固溶体保持溶剂（大原子）点阵； 间隙相、间隙化合物改变了大原子点阵，形成新点阵。间隙相结构简单；间隙化合物结构复杂。 2、请简述影响扩散的主要因素有哪些。 答：影响扩散的主要因素：（1）温度； （2）晶体结构与类型； （3）晶体缺陷； （4）化学成分。 3、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？ 答：临界晶核的物理意义：可以自发长大的最小晶胚（或，半径等于rk的晶核） 形成临界晶核的充分条件：（1）形成rrk的晶胚； （2）获得AA*（临界形核功）的形核功。 4、有哪些因素

4、影响形成非晶态金属？为什么？ 答：液态金属的粘度：粘度越大原子扩散越困难，易于保留液态金属结构。 冷却速度；冷却速度越快，原子重新排列时间越断，越容易保留液态金属结构。 5、合金强化途径有哪些？各有什么特点？ 答：细晶强化、固溶强化、复相强化、弥散强化（时效强化）加工硬化。,二、计算、作图题：（共60分，每小题12分）,1、求 和 两晶向所决定的晶面，并绘图表示出来。 答：设所求的晶面指数为（h k l） 则,4、图示为Pb-Sn-Bi相图投影图。问： （1）写出合金Q（wBi0.7，wSn0.2）凝固过程及室温组织； （2）计算合金室温下组织组成物的相对含量。 答：（1）冷却至液相面析出Bi

5、：LBi初，随温度降低Bi增多，液相成分延Bi-Q的延长线向E3E移动； 液相成分达到E3E后发生共晶反应，L（SnBi）共，液相成分延E3E向E移动； 液相成分达到E后，发生三元共晶反应L（SnBi）共，随后冷却不再变化。 室温组织为：Bi初（SnBi）共（SnBi）共 （3）wBi初2.88；w（SnBi）共0.407；w（SnBi）共0.305,一、简答题（每题 8 分，共 40 分） 1. 请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 答：热力学条件 G r* ；能量条件： A G max 成分条件 2. 同素异晶转变和再结晶转变都是以形核长大方式进行的，请问两者之间有何差别？ 答：同素异晶转

6、变是相变过程，该过程的某一热力学量的倒数出现不连续；再结晶转变只是晶粒的重新形成，不是相变过程。 3. 两位错发生交割时产生的扭折和割阶有何区别？ 答：位错的交割属于位错与位错之间的交互作用，其结果是在对方位错线上产生一个大小和方向等于其柏氏矢量的弯折，此弯折即被称为扭折或割阶。扭折是指交割后产生的弯折在原滑移面上，对位错的运动不产生影响，容易消失；割阶是不在原滑移面上的弯折，对位错的滑移有影响。 4. 请简述扩散的微观机制有哪些？影响扩散的因素又有哪些？ 答：置换机制：包括空位机制和直接换位与环形换位机制，其中空位机制是主要机制，直接换位与环形换位机制需要的激活能很高，只有在高温时才能出现。

7、 间隙机制：包括间隙机制和填隙机制，其中间隙机制是主要机制。 影响扩散的主要因素有：温度（温度约高，扩散速度约快）；晶体结构与类型（包括致密度、固溶度、各向异性等）；晶体缺陷；化学成分（包括浓度、第三组元等） 5. 请简述回复的机制及其驱动力。 答：低温机制：空位的消失 中温机制：对应位错的滑移（重排、消失） 高温机制：对应多边化（位错的滑移攀移） 驱动力：冷变形过程中的存储能（主要是点阵畸变能）,1. 在面心立方晶体中，分别画出 ， 和 ，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？若外力方向为 001 ，请问哪些滑移系可以开动？,2. 请判定下列位错反应能否进行，若能够

8、进行，请在晶胞图上做出矢量图。 （1）几何条件： 满足 能量条件： 满足能量条件，满足能量条件。反应可以进行,（2）几何条件： 满足几何条件能量条件：满足能量条件，反应可以进行,3. 假设某面心立方晶体可以开动的滑移系为 ，请回答： 1) 给出滑移位错的单位位错柏氏矢量； 2）若滑移位错为纯刃位错，请指出其位错线方向；若滑移位错为纯螺位错，其位错线方向又如何？答：（ 1 ）单位位错的柏氏矢量 ；（ 2 ）纯刃位错的位错线方向与 b 垂直，且位于滑移面上， 为 ；纯螺位错的位错线与 b 平行，为 011。5. 已知三元简单共晶的投影图，见附图， 1) 请画出 AD 代表的垂直截面图及各区的相组成

9、（已知 T A T D ）； 2) 请画出 X 合金平衡冷却时的冷区曲线，及各阶段相变反应,三、综合分析题：（共 50 分，每小题 25 分） 1. 请对比分析加工硬化、细晶强化、弥散强化、复相强化和固溶强化的特点和机理 答：加工硬化：是随变形使位错增殖而导致的硬化； 细晶强化：是由于晶粒减小，晶粒数量增多，尺寸减小，增大了位错连续滑移的阻力导致的强化；同时由于滑移分散，也使塑性增大。该强化机制是唯一的同时增大强度和塑性的机制。 弥散强化：又称时效强化。是由于细小弥散的第二相阻碍位错运动产生的强化。包括切过机制和绕过机制。 复相强化：由于第二相的相对含量与基体处于同数量级是产生的强化机制。其强

10、化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等，且如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用 固溶强化：由于溶质原子对位错运动产生阻碍。包括弹性交互作用（柯氏气团）、电交互作用（玲木气团）和化学交互作用。,2. 请根据所附二元共晶相图分析解答下列问题： 1）分析合金 I 、 II 的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线； 2） 说明室温下 I 、 II 的相和组织是什么？并计算出相和组织的相对含量； 3）如果希望得到室温组织为共晶组织和 5% 的 初 的合金，求该合金的成分； 4）分析在快速冷却条件下， I 、 II 两合金获得的组织有何不同。 答：（ 1 ）,（ 2 ） I ： 初 II相组成与组

11、织组成比 例相同II ： 初 （ ） 共 II （忽略） （ 3 ）设所求合金成分为 x,（ 4 ） I 合金在快冷条件下可能得到少量的共晶组织，且呈现离异共晶的形态，合金中的 II 量会减少，甚至不出现； II 合金在快冷条件下 初呈树枝状，且数量减少。共晶体组织变细小，相对量增加 一、简答题（每题 10 分，共 50 分） 1. 试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。 答：金属材料：主要以金属键为主，大多数金属强度和硬度较高，塑性较好。 陶瓷材料：以共价键和离子键为主，硬、脆，不易变形，熔点高。 高分子材料：分子内部以共价键为主，分子间为分子键和氢键为主。 复合材料：是以上三中基本

12、材料的人工复合物，结合键种类繁多。性能差异很大。 2. 位错密度有哪几种表征方式？ 答：有两种方式：体密度，即单位体积内的位错线长度；面密度，即垂直穿过单位面积的位错线根数。 3. 陶瓷晶体相可分为哪两大类？有何共同特点？ 答：氧化物陶瓷和硅酸盐陶瓷。特点： 1. 结合键主要是离子键，含有一定比例的共价键； 2. 有确定的成分，可以用准确的分子式表达； 3. 具有典型的非金属性质。 4. 冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理？若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理？ 答：保持较高强度则应进行低温退火，使其只发生回复，去除残余应力；要继续冷变形则应进行高温退火，使其发生再结晶，以

13、软化组织。 5. 扩散激活能的物理意义为何？试比较置换扩散和间隙扩散的激活能的大小。 答：扩散激活能的物理意义是原子跃迁过程中必须克服周围原子对其的阻碍，即必须克服势垒。相比而言，间隙扩散的激活能较小。,二、作图计算题（每题 15 分，共 60 分） 1. 已知碳在 Fe 中扩散时， D 0 2.0 10 5 m 2 /s ， Q 1.4 10 5 J/mol 。当温度由 927 上升到 1027 时，扩散系数变化了多少倍？（ R 8.314 J/(mol.K) ） 答：3. 试计算 BCC 晶体最密排面的堆积密度。 答： BCC 密排面为 110 面，其面积为： 110 面上被原子占据的面积

14、为（两个原子）：堆积密度：,4. 和 均位于 Fcc 铝的 (111) 晶面上，因此理论上 和 的滑移均是可能的。 （ 1 ）画出 (111) 晶面及单位滑移矢量 和 。 （ 2 ）比较具有此二滑移矢量的位错的能量。 答：（ 1 ） （ 2 ）两位错位于同一滑移面，因此 G 相同，故： 三、综合分析题（每题 20 分，共 40 分） 1. 试从晶界的结构特征和能量特征分析晶界的特点。 答：晶界结构特征：原子排列比较混乱，含有大量缺陷。 晶界能量特征：原子的能量较晶粒内部高，活动能量强。 晶界特征： 晶界畸变晶界能向低能量状态转化晶粒长大、晶界变直晶界面积减小 阻碍位错运动 b 细晶强化 位错、空位等缺陷多晶界扩散速度高 晶界能量高、结构复杂容易满足固态相变的条件固态相变首先发生地 化学稳定性差晶界容易受腐蚀 微量元素、杂质富集,