《材料科學基礎》復習提綱

1、材料科學基礎復習提綱一、（共20分）名詞解釋（每個名詞2分）簡單正交點陣、晶向族、無限固溶體、配位數(shù)、交滑移、大角度晶界、上坡（順）擴散、形核功、回復、滑移系底心正交點陣、晶面族、有限固溶體、致密度、攀移、小角度晶界、下坡（逆）擴散、形核率、再結晶、孿生二、（共30分）簡要回答下列問題1、計算面心立方晶體的八面體間隙尺寸。2、簡述固溶體與中間相的區(qū)別。3、已知兩個不平行的晶面（h1 k1 l1）和（h2 k2 l2），求出其所屬的晶帶軸 。4、計算面心立方晶體111晶面的面密度。5、簡述刃型位錯線方向、柏氏矢量方向、位錯運動方向及晶體運動方向之間的關系。6、簡述刃型位錯攀移的實質(zhì)。7、簡述在外

2、力的作用下，螺型位錯的可能運動方式。8、當碳原子和鐵原子在相同溫度的g-Fe中進行擴散時，為何碳原子的擴散系數(shù)大于鐵原子的擴散系數(shù)？9、簡述單組元晶體材料凝固的一般過程。10、 如圖，已知A、B、C三組元固態(tài)完全不互溶，成分為80A、10B、10C的O合金在冷卻過程中將進行二相共晶反應和三相共晶反應，在二元共晶反應開始時，該合金液相成分(a點)為60A、20B、20C，而三元共晶反應開始時的液相成分(E點)為50% A、10%B、40%C，寫出圖中I和P合金的室溫平衡組織。1、計算體心立方晶體的八面體間隙尺寸。2、簡述決定組元形成固溶體與中間相的因素。3、已知二晶向u1 v

3、1 w1和u2 v2 w2，求出由此二晶向所決定的晶面指數(shù)。·4、計算體心立方晶體110晶面的面密度。5、簡述螺型位錯線方向、柏氏矢量方向、位錯運動方向及晶體運動方向之間的關系。6、簡述刃型位錯滑移的實質(zhì)。7、簡述在外力的作用下，刃型位錯的可能運動方式。8、當碳原子和鐵原子在相同溫度的a-Fe 中進行擴散時，為何碳原子的擴散系數(shù)大于鐵原子的擴散系數(shù)？9、簡述純金屬凝固的基本條件。10、如圖，已知A、B、C三組元固態(tài)完全不互溶，成分為80A、10B、10C的O合金在冷卻過程中將進行二相共晶反應和三相共晶反應，在二元共晶反應開始時，該合金液相成分(a點)為60A、20B、20C，而三元共

4、晶反應開始時的液相成分(E點)為50% A、10%B、40%C，試計算A初%、(A+B)%和(A+B+C)%的相對量。   三、（8分）A-B二元相圖回答下列問題Mg-Ni系的一個共晶反應為：507    L(23.5Wt.%Ni)<=>(純鎂)+Mg2Ni(54.6Wt.%Ni) 設C1為亞共晶合金，C2為過共晶合金，這兩種合金中的先共晶相的重量分數(shù)相等，但C1合金中的 總量為C2合金中的 總量的 2.5倍，試計算C1和C2的成分。根據(jù)下列條件畫出一個二元系相圖，A和B的熔點分別是1000和

5、700，含wB=0.25的合金正好在500完全凝固，它的平衡組織由73.3%的先共晶。和26.7%的(+)共晶組成。而wB0.50的合金在500時的組織由40%的先共晶和60%的(+)共晶組成，并且此合金的總量為50%。 四、鐵碳相圖（共16分）1、Fe-Fe3C相圖中三相恒溫轉(zhuǎn)變的類型？并寫出相應的反應式。（6分）2、分析含0.65%C的Fe-C合金的平衡凝固過程。（6分）3、計算其室溫平衡組織中相組成物和組織組成物的相對量。（4分）1、畫出Fe-Fe3C相圖，并標出其室溫下的平衡組織。（6分）2、分析含0.9%C的Fe-C合金的平衡凝固過程。（6分）3、計算其室溫平衡組織中相組成

6、物和組織組成物的相對量。（4分）五、擴散問題（8分）指出影響晶體中原子擴散的主要因素，并分析這些因素對晶體中原子擴散的影響規(guī)律。簡述擴散的驅(qū)動力？為什么二元系反應擴散后的擴散層組織中不存在兩相混合區(qū)？六、強化理論（8分）金屬材料經(jīng)冷加工變形后，其強度、硬度顯著提高，而塑性、韌性則急劇下降，為什么？與單晶體相比較，多晶體的塑性變形行為表現(xiàn)出何種特點？為什么？第一章 材料的晶體結構概念：簡單三斜點陣、簡單單斜點陣、底心單斜點陣、簡單正交點陣、底心正交點陣、體心正交點陣、面心正交點陣、六方點陣、菱方點陣、簡單正方點陣、體心正方點陣空間點陣、晶體結構、晶胞、多晶型性（同素異構性）、晶帶、晶帶軸、晶帶定

7、律、配位數(shù)、致密度、原子面密度、八面體間隙、四面體間隙、晶向族、晶面族晶體的對稱要素、宏觀對稱要素、微觀對成稱要素置換固溶體、間隙固溶體、無限固溶體、有限固溶體、無序固溶體、有序固溶體、正常價化合物、電子濃度化合物、間隙相、間隙化合物簡答：簡述晶體結構與空間點陣的區(qū)別。畫出面心立方晶體中（111）面上的11晶向。已知兩個不平行的晶面（h1 k1 l1）和（h2 k2 l2），則求出其所屬的晶帶軸 。已知二晶向u1 v1 w1和u2 v2 w2，求出由此二晶向所決定的晶面指數(shù)。已知三個晶面(h1 k1 l1)、(h2 k2 l2)和(h3 k3 l3)，問此三個晶面是否在同一個晶帶？已知三個晶軸

8、u1 v1 w1、u2 v2 w2和u3 v3 w3，問此三個晶軸是否在同一個晶面上？判斷(10)、(2)和(11)晶面是否屬于同一晶帶。計算面心立方晶體的八面體間隙尺寸。計算體心立方晶體的八面體間隙尺寸。分別畫出面心立方、體心立方、密排六方晶胞，并分別計算面心立方、體心立方、密排六方晶體的致密度；分別計算面心立方晶體111晶面和體心立方晶體110晶面原子面密度。簡述固溶體與中間相的區(qū)別。簡述決定組元形成固溶體與中間相的因素。簡述影響置換固溶體溶解度的因素。簡述影響間隙固溶體溶解度的因素。比較間隙相和間隙化合物這兩種原子尺寸因素化合物的不同之處。Mg2Si、NiAl、Cr23C6、Fe3C、F

9、e4N、VC、Cu3Al、CuZn3化合物中，哪些屬于正常價化合物？電子濃度化合物？間隙相？第二章 晶體缺陷概念：空位，間隙原子、肖脫基空位、弗蘭克爾空位刃型位錯、螺型位錯、柏氏矢量、位錯的滑移、交滑移、攀移、雙交滑移、位錯的交割、扭折、割階晶界、大角度晶界、小角度晶界、對稱傾側小角度晶界、扭轉(zhuǎn)小角度晶界簡答：指出刃型位錯與螺型位錯在結構方面的不同之處。一個環(huán)形位錯能否各部分均為刃型位錯或螺型位錯？為什么？簡述刃型位錯線方向、柏氏矢量方向、位錯運動方向及晶體運動方向之間的關系。簡述螺型位錯線方向、柏氏矢量方向、位錯運動方向及晶體運動方向之間的關系。簡述位錯滑移的實質(zhì)。簡述位錯攀移的實質(zhì)。位錯的

10、滑移面與晶體滑移面的區(qū)別簡述在外力的作用下，刃型位錯的可能運動方式。簡述在外力的作用下，螺型位錯的可能運動方式。面心立方晶體中（111）晶面上的螺型位錯在滑移過程中受阻時，將通過交滑移轉(zhuǎn)移到哪一個111晶面上繼續(xù)滑移？為什么？位錯的交割，如柏氏矢量和位錯線均相互垂直的刃型位錯的交割。簡述弗蘭克-瑞德（Frank - Read）位錯增殖機制。第三章 固體中的擴散概念：擴散通量、擴散系數(shù)、間隙擴散機制、空位擴散機制、上坡（順）擴散、下坡（逆）擴散、空位擴散激活能、間隙擴散激活能、穩(wěn)態(tài)擴散、非穩(wěn)態(tài)擴散過程簡答：當碳原子和鐵原子在相同溫度的（a-Fe）g-Fe中進行擴散時，為何碳原子的擴散系數(shù)大于鐵原

11、子的擴散系數(shù)？簡要說明原子的間隙擴散機制。簡要說明空位擴散機制。針對實際滲碳問題，根據(jù)已知條件計算達到一定滲層深度所需要的時間或計算經(jīng)過一定滲碳時間后所達到的滲層深度。在827°C和滲碳927°C下分別向含碳量為0.2%的碳鋼中滲碳，假定不同溫度下鋼表面的碳含量始終維持在1.2%，若規(guī)定滲碳層深度測量至含碳量為0.35%處，且在不同溫度下碳在g-Fe中的溶解度差別忽略不計，請計算927°C滲碳10小時后所達到的滲碳層深度應為827°C滲碳10小時后的滲碳層深度的多少倍？（已知D0 = 2 ´ 10-5 m2/s，Q = 140 ´ 1

12、03 J/mol）在927°C下向含碳量為0.2%的鋼中滲碳，假定滲碳期間鋼表面的碳含量始終維持在1.2%，且滲碳層厚度定義為從表面起測量至0.4%C處止，若已知D0 = 2 ´ 10-5 m2/s，Q = 140 ´ 103 J/mol，請計算經(jīng)過2小時滲碳后的滲碳層厚度。（寫明計算步驟即可，不必計算出結果）一塊含0.1%C的碳鋼在930滲碳，滲到0.05cm的地方碳的濃度達到0.45%。在t>0的全部時間，滲碳氣氛保持表面成分為1%，假設 Dc7=2.0×10-5exp(-140000/RT)(m2/s)，(a) 計算滲碳時間；(b) 若將滲層

13、加深一倍，則需多長時間？(c) 若規(guī)定0.3% C作為滲碳層厚度的量度，則在930滲碳10小時的滲層厚度為870滲碳10小時的多少倍？為什么同一種原子在體心立方晶體中的擴散系數(shù)大于其在面心立方晶體中的擴散系數(shù)？指出影響晶體中原子擴散的主要因素，并分析這些因素對晶體中原子擴散的影響規(guī)律。為什么二元系反應擴散后的擴散層組織中不存在兩相混合區(qū)？簡述擴散的驅(qū)動力？第四章 材料的凝固概念：過冷度、動態(tài)過冷度、晶核、晶胚、均勻形核、非均勻形核、臨界晶核、形核功、結構起伏、能量起伏、接觸角、形核率、晶核長大線速度簡答：簡述單組元晶體材料凝固的一般過程。純金屬凝固的基本條件？純組元在冷卻至一定溫度以

14、下發(fā)生凝固時，除了需要有結構起伏外，為何還需要有能量起伏？何謂均勻形核和非均勻形核，二者之間的區(qū)別？指出材料凝固過程中可以細化晶粒的主要途徑及相應的作用機理。 第五章 相圖概念：勻晶轉(zhuǎn)變、共晶轉(zhuǎn)變、包晶轉(zhuǎn)變、偽共晶、離異共晶、晶內(nèi)偏析、枝晶偏析、熔晶轉(zhuǎn)變、合晶轉(zhuǎn)變、偏晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變、包析轉(zhuǎn)變、組織組成物、相組成物、鐵素體、奧氏體、滲碳體、萊氏體、珠光體、一次滲碳體、二次滲碳體、直線法則、重心法則簡答：指出單相固溶體合金的凝固過程與純金屬（或純組元）的凝固過程之間的主要區(qū)別。典型的固態(tài)互不溶解的三元共晶系合金的平衡凝固過程分析及室溫組織組成物相對量的計算。已知A、B、C三組元固態(tài)完全不互溶，成

15、分為80A、10B、10C的O合金在冷卻過程中將進行二相共晶反應和三相共晶反應，在二元共晶反應開始時，該合金液相成分(a點)為60A、20B、20C，而三元共晶反應開始時的液相成分(E點)為50% A、10%B、40%C。(見下圖5-3)   (a) 試計算A初%、(A+B)%和(A+B+C)%的相對量。   (b)寫出圖中I和P合金的室溫平衡組織。 圖5-3 為何三元系中的四相平衡共晶轉(zhuǎn)變面為一平面？畫出Fe-Fe3C相圖（標注各主要特性點的成分和溫度，并按相組成物填注各相區(qū)）；說明鐵素體、奧氏體、滲碳體、萊氏體、珠光體的

16、概念及區(qū)別；三相恒溫轉(zhuǎn)變的類型及相應的反應式。指出一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體和共析滲碳體之間的主要區(qū)別。指出七種鐵碳合金的類別及其相應的室溫平衡組織。分析亞共析鋼、過共析鋼和亞共晶白口鑄鐵的平衡凝固過程，并分別計算上述合金的室溫平衡組織中相組成物和組織組成物的相對量。根據(jù)下列已知條件畫出一個A-B二元系相圖。已知組元A和B的熔點分別為900°C和700°C；含B量為30%的合金在500°C完全凝固后的平衡組織由80%的先共晶（或初晶）a 相和20%的（a + b）共晶體組成，而含B量為55% 的合金在500°C完全凝固后的平衡組織由50%的 a 相和50%的 b 相兩相組成；且含B量為70%的合金在500°C平衡凝固后可得到100%的（a + b）共晶體。 第六章 材料的塑性變形與再結晶概念：滑移，滑移方向、滑移面、滑移系、臨界分切應力、孿生、孿晶、加工硬化、固溶強化、晶粒細化強化、第二相強化、回復、再結晶簡答：面心立方結構的晶體比具有體心立方和密排六方結構的晶體更易發(fā)生滑移，為什么？金屬材料經(jīng)冷加工變形后，其強度、硬度顯著提高，而塑性、韌性則急劇下降，為什么？用多晶體的塑性變形理論分析細化晶粒能夠有效地提高材料強度的主要