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1、学生会的老师就像这个大家庭里的家长，他(她)们慈爱而又严厉，老师们教会我们做人，教会我们学习，教会我们工作。老师对我们的关心与疼爱我们始终看在眼里，记在心里材料科学与工程期末考试复习试题1. 相律是在完全平衡状态下，系统的相数、组元数和温度压力之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式： f=C-P+22.二元系相图是表示合金系中合金的间关系的图解。3.晶体的空间点阵分属于 大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称交。4.合金铸锭的宏观组织包括三部分。5在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过 的方式进行的。此外还有 和 折等方式。6.成分过冷区从小到
2、大，其固溶体的生长形态分别为 。1原子扩散的驱动力是：组元的化学势梯度2凝固的热力学条件为：过冷度3. 某金属凝固时的形核功为G*，其临界晶核界面能为G，则G*和G的关系为G* =1/3 G5金属液体在凝固时产生临界晶核半径的大小主要取决于过冷度。6菲克第一定律表述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。7. 冷变形金属加热过程中发生回复的驱动力是：冷变形过程中的存储能9.合金铸锭的缺陷可分为缩孔和偏析两种。1. 体心立方结构是原子的次密排结构，其致密度为。2. 同一种空间点阵可以有无限种晶体结构，而不同的晶体结构可以归属于同一种空间点阵。3. 结晶时凡能提高形核率、降低生长率的因素，都能使晶粒细化
3、。4. 合金液体在凝固形核时需要能量起伏、结构起伏和成分起伏。5. 小角度晶界的晶界能比大角度晶界的晶界能高。6. 非均匀形核时晶核与基底之间的接触角越大，其促进非均匀形核的作用越大。7. 固溶体合金液体在完全混合条件下凝固后产生的宏观偏析较小。8. 冷形变金属在再结晶时可以亚晶合并、亚晶长大和原晶界弓出三种方式形核。9. 动态再结晶是金属材料在较高温度进行形变加工同时发生的再结晶、其形变硬化与再结晶软化交替进行。10. 金属-非金属型共晶具有粗糙-光滑型界面，所以它们多为树枝状、针状或螺旋状形态。11. 孪生变形的速度很快是因为金属以孪生方式变形时需要的临界分切应力小。12. 相图的相区接触
4、法则是相邻相区相数差1。1. 试述孪生和滑移的异同，比较它们在塑性过程中的作用。答：相同点：a.宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形；b. 微观上，都是晶体塑性变形的基本形式，是晶体一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程；c. 不改变晶体结构。不同点：a. 晶体中的取向滑移：晶体中已滑移部分与未滑移部分的位向相同。孪生：已孪生部分和为孪生部分的位向不同，且两者之间具有特定的位向关系。b. 位移的量滑移：沿滑移方向上原子间距的整倍数，且在一个滑移面上的总位移较大。孪生：原子的位移小于孪生方向的原子间距，一般为孪生方向原子间距的1/n。c. 变形方式滑移：不均匀切变 孪生：均匀切变d. 对
5、塑性变形的贡献滑移：对塑性变形的贡献很大，即总变形量大。孪生：对晶体塑性变形有限，即总变形量小。e. 变形应力滑移：有确定的临界分应力。孪生：所需临界分切应力一般高于滑移所需的临界分切应力。f. 变形条件滑移：一般情况先发生滑移变形孪生：当滑移变形难以进行时，或晶体对称性很低、变形温度较低、加载速率较高时。 g. 变形机制滑移：全位错运动的结果。 孪生：不全位错运动的结果。2. 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。间隙机制：包括间隙机制和填隙
6、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；晶体结构与类型；晶体缺陷；化学成分。3. 简述材料强化的主要方法、原理及工艺实现途径。(10分)1.答案：加工硬化：是随变形使位错增殖而导致的硬化； (2分)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。(2分)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。其强化程度取决于第二相的数量、尺寸、分布、形态等，且
7、如果第二相强度低于基体则不一定能够起到强化作用。(2分)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、电交互作用和化学交互作用。 (2分)分析位错的增值机制。2. 答：若某滑移面上有一段刃位错AB，它的两端被位错网节点钉住不能运动。现沿位错b方向加切应力，使位错沿滑移面向前滑移运动，形成一闭合的位错环和位错环内的一小段弯曲位错线。只要外加应力继续作用，位错环便继续向外扩张，同时环内的弯曲位错在线张力作用下又被拉直，恢复到原始状态，并重复以前的运动，络绎不绝地产生新的位错环，从而造成位错的增殖，并使晶体产生可观的滑移量。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
8、机制：对应位错的滑移；高温机制：对应多边化； 驱动力：冷变形过程中的存储能。1. 为什么滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。2. 什么是成分过冷？它对液固界面的形貌有何影响？3. 对于金属金属型共晶，决定其形貌是片状或棒状的因素是什么？1. 答案：因为原子密度最大的晶面其面间距最大，点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑移；滑移方向为原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子间距最短，即位错b最小。2. 答案：成分过冷：在合金的凝固过程中，由界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷称为成分过冷。它对液固界面的形貌影响为：成分过冷由小到大，液固界面
9、的形貌由平面状过渡到胞状再到树枝状。3答案：主要取决于两个因素：两相的体积分数，如果有一相的体积分数小于27%时，则形成棒状共晶，否则形成片状共晶； 两相之间的界面能，界面能小，则形成片状共晶。一般情况下，当两相有固定的位向关系时则可能形成片状共晶。1、氧化镁具有NaCl型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：若其离子半径rMg2=，rO2，则其原子堆积密度为多少？rMg2r2如果/O，则原子堆积密度是否改变？。2、某面心立方晶体的可动滑移系为(11)、请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量；若滑移由刃位错引起，试指出位错线的方向；请指出在的情况下，位错线的运动方向；假设在该滑移系上作用一大小
10、为的切应力，试计算单位刃位错线受力的大小和方向。3. 画出Fe-Fe3C相图，并根据Fe-Fe3C相图，(1)分别求1、氧化镁具有NaCl型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：若其离子半径rMg2=，rO2，则其原子堆积密度为多少？rMg2r2如果/O，则原子堆积密度是否改变？答：点阵常数a2(rMg2rO2)3(rMg2rO2)堆积密度堆积密度会改变，因为Pf与两异号离子半径的比值有关。2、某面心立方晶体的可动滑移系为(11)、请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量；若滑移由刃位错引起，试指出位错线的方向；请指出在的情况下，位错线的运动方向；假设在该滑移系上作用一大小为的切应力，试计算单位
11、刃位错线受力的大小。答：柏氏矢量：； (2分)位错线方向：； (2分)位错线运动方向平行于柏氏矢量；(2分)/m (4分)3. 画出Fe-Fe3C相图，并根据Fe-Fe3C相图，(1)分别求泡利不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，即同一原子中，最多只能有两个电子处于同样能量状态的轨道上，且自旋方向必定相反。n=1时最多容纳2个电子n=2时最多容纳8个电子2 主量子数为n的壳层中最多容纳2n个电子。能量最低原理：原子核外的电子是按能级高低而分层分布，在同一电子层中电子的能级依s、p、d、f的次序增大。洪特规则：简并轨道上分布的电子尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。结合
12、方式基本结合：离子键、金属键、共价键-化学键合派生结合：分子间作用力、氢键-物理键合基本结合：1. 离子键合离子键：原子核释放最外层电子变成的正离子与接收其放出电子而变成的负离子相互之间的吸引作用所形成的一种结合。典型的离子化合物有NaCl、MgCl2等。特点： 电子束缚在离子中； 正负离子吸引，达到静电平衡，电场引力无方向性和饱和性-产生密堆积，取决于正负离子的电荷数和正负离子的相对大小。 构成三维整体-晶体结构； 在溶液中离解成离子。2. 共价键合共价键：两个原子共享最外层电子的键合。典型的例子有H2、O2、F2、SiC等。特点： 两个原子共享最外层电子对； 两原子相应轨道上的电子各有一个
13、，自旋方向必须相反； 有饱和性和方向性，电子云最大重叠，一共价键仅两个电子。3. 金属键合金属键：金属原子通过游离电子用库仑引力将原子结合到一起的键合。即各原子都贡献出其价电子而变成外层为八电子的金属正离子，所贡献出来的价电子为所有金属原子所共用，金属晶体的结合力就是价电子集体与金属正离子间的静电引力。 特点： 由正离子排列成有序晶格； 各原子最外层电子释放，在晶格中随机、自由、无规则运动，无方向性； 原子最外层有空轨道或未配对电子，既容易得到电子，又容易失去电子；价电子不是紧密结合在离子芯上，键能低，具有范性形变4. 混合键合在某些化合物中，存在着既有离子键合又有共价键合，即介于离子键和共价
14、键之间的混合键。如氯化氢。电负性：元素的原子在化合物中把电子引向自己的能力，同一周期左 右电负性增高同一族 上 下电负性降低电负性对化学键的影响:同种原子间无影响异种原子相互作用时:两元素电负性相差较大: 非金属 非金属 成极性共价键电负性相差很大: 金属 非金属 成离子键派生结合物理键合的作用力也是库仑引力，但在键合过程中不存在电子的交换，是电子在其原子或分子中的分布受到外界条件的影响产生分布不均匀而引起原子或分子的极性结合。物理键合的大小直接影响物质的许多物理性质，如熔点、沸点、溶解度、表面吸附等。 包括分子间作用力、氢键等。1、分子间作用力分子间的结合力，又称范氏力。特点：无方向性和饱和性；键能最小。按原因和特性可分为：取向力；诱导力；色散力；分子间作用力A. 取向力：极性分子永久偶极间静电相互作用B. 诱导力：被诱导的偶极与永久偶极间作用C. 色散力：电中性原子与非极性分子的瞬时偶极间的作用2、氢键质子给予体与强电负性原子X结合再与另一强电负性原子Y形成键的键合方式。特点a.有方向性，饱和性。b.分为分子内氢键和分子间氢键两种
