材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)復(fù)習(xí)

第一 原子排列與晶體結(jié)在鉛的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知鉛為fcc面心立方結(jié)構(gòu)，其原子半R=0.175×10-6mm第二章合金相結(jié)2、簡(jiǎn)述形成有序固溶體的必要條件2。第三 純金屬的凝35：何謂過(guò)冷，過(guò)冷度，動(dòng)態(tài)過(guò)冷度，它們對(duì)結(jié)晶過(guò)程有何影響第五 三元合金相 Fe－C－Si3.5%Si變溫截面圖（5－10.8%CFe-C-Si在平衡冷卻時(shí)的相變過(guò)程和1100℃時(shí)的平衡組織45－4為Fe-W-C三元系的液相面投影圖。寫(xiě)出e1→1085℃，P1→1335℃，P2→1380℃單變量線(xiàn)的三相平衡反應(yīng)和1700℃，1200℃，1085℃的四相平衡反應(yīng)式。I，II，III三個(gè)合1 27Pb18Sn55Bγ指出這個(gè)三元系的初晶面，寫(xiě)出四相平衡反應(yīng)式分析該三元合金系中1，2，3，4合金平衡結(jié)晶過(guò)程第六 空位與位一、名詞解位錯(cuò)，柏氏回二、問(wèn)答 已知Al的空位形成能為0.76eV27e627e時(shí)空位濃度增加多少（取系2個(gè)平行的同號(hào)螺位錯(cuò)從100nm8nm作功多少?a=0.3nm，G=7×1010Pa2已知BCC鐵的密度為7.87g/cm3，求一個(gè)鐵晶胞中包含的空位數(shù)為多少？每cm3中包含的空位數(shù)是多少？（鐵的點(diǎn)陣常數(shù)為2.866×10-8cm,鐵原子的摩爾質(zhì)量為55.847g）10計(jì)算室溫（25℃）時(shí)銅的空位濃度，并求在多少溫度下銅的空位濃度為室溫的1000倍？已知銅中產(chǎn)生1摩爾空位多需要的熱量是83600J。已知，F(xiàn)CC銅的點(diǎn)陣常數(shù)為0.3615nm3第九 表面與界名晶界能，小角度晶問(wèn)第十 原子擴(kuò)0.45%時(shí)齒輪達(dá)到最佳性能。已知鐵為FCC結(jié)構(gòu)，C在Fe中的D0＝0.23，激活能32900cal/mol，誤差函數(shù)如表10－110001

2Dt與erf

Dt)的對(duì)應(yīng)xxxxxx2224單項(xiàng)選擇題（每一道題1分）第1章原子結(jié)構(gòu)與鍵合高分子材料中的C-H化學(xué)鍵屬 （A）氫 （B）離子 （C）共價(jià)屬于物理鍵的 （A）共價(jià) （B）范德華 （C）氫化學(xué)鍵中通過(guò)共用電子對(duì)形成的 第2章固體結(jié)構(gòu)面心立方晶體的致密度 體心立方晶體的致密度 密排六方晶體的致密度 以下不具有多晶型性的金屬 （A） （B） （C）面心立方晶體的孿晶面 fcc、bcc、hcp三種單晶材料中，形變時(shí)各向異性行為最顯著的 在純銅基體中添加微細(xì)氧化鋁顆粒不屬于一下哪種強(qiáng)化方式 第3章晶體缺陷刃型位錯(cuò)的滑移方向與位錯(cuò)線(xiàn)之間的幾何關(guān)系（A）垂 （B）平 （C）交能進(jìn)行攀移的位錯(cuò)必然 （A）刃型位 （B）螺型位 （C）混合位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(chēng) （A）肖特基缺 （B）弗侖克爾缺 （C）線(xiàn)缺原子遷移到間隙中形成空位-間隙對(duì)的點(diǎn)缺陷稱(chēng)為（A）肖脫基缺 （C）堆垛層以下材料中既存在晶界、又存在相界的是（A）孿晶 （B）中碳 （C）亞共晶鋁硅合大角度晶界具 個(gè)自由度 4章固體中原子及分子的運(yùn)菲克第一定律描述了穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的特征，即濃度不 變化（A）距 （B）時(shí) （C）溫在置換型固溶體中，原子擴(kuò)散的方式一般 （A）原子互換機(jī) （B）間隙機(jī) （C）空位機(jī)原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力 5（A）組元的濃度梯 （B）組元的化學(xué)勢(shì)梯 （C）溫度梯A和A-B合金焊合后發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)，測(cè)得界面向A試樣方向移動(dòng)，則 （A）A組元的擴(kuò)散速率大于B組（B）B組元的擴(kuò)散速率大于A（C）A、B兩組元的擴(kuò)散速率相下述有關(guān)自擴(kuò)散的描述中正確的 自擴(kuò)散系數(shù)由濃度梯度引自擴(kuò)散又稱(chēng)為化學(xué)擴(kuò)自擴(kuò)散系數(shù)隨溫度升高而增固體中原子和分子遷移運(yùn)動(dòng)的各種機(jī)制中，得到實(shí)驗(yàn)充分驗(yàn)證的是 第6章單組元相圖及純晶體的凝固凝固時(shí)在形核階段只有核胚半徑等于或大于臨界尺寸時(shí)才能成為結(jié)晶的核心當(dāng)形的核胚半徑等于臨界半徑時(shí)，體系的自由能變化 a 。大于 （B）等于 （C）小于形成臨界晶核時(shí)體積自由能的減少只能補(bǔ)償表面能 以下材料中，結(jié)晶過(guò)程中以非小平面方式生長(zhǎng)的 金屬 （B）氯化銨晶 （C）氧化鑄錠凝固時(shí)如大部分結(jié)晶潛熱可通過(guò)液相散失時(shí)，則固態(tài)顯微組織主要為 樹(shù)枝 （B）柱狀 （C）胞狀凝固時(shí)不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪種方法 第7章二元系相圖及其合金的凝固在二元系合金相圖中，計(jì)算兩相相對(duì)量的杠桿法則用 單相區(qū) （B）兩相區(qū) （C）三相平衡水平線(xiàn)對(duì)離異共晶和偽共晶的形成原因，下述說(shuō)法正確的 離異共晶只能經(jīng)非平衡凝固獲偽共晶只能經(jīng)非平衡凝固獲形成離異共晶的原始液相成分接近共晶成任一合金的有序結(jié)構(gòu)形成溫 無(wú)序結(jié)構(gòu)形成溫度低 （B）高 （C）可能低于或高多項(xiàng)選擇題（每一道題2分以下同時(shí)具有方向性和飽和性的結(jié)合鍵的 （A）共價(jià) （B）離子 （C）氫 （D）金屬鍵（E）范德華晶體區(qū)別于其它固體結(jié)構(gòu)的基本特征 （A）原子呈周期性重復(fù)排列（B）長(zhǎng)程有 （C）具有固定的熔點(diǎn)（D）各向同（E）各向異以下具有多晶型性的金屬 （A） （B） （C） （D） （E）以 等金屬元素在常溫下具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)6（A） （B） （C） （D） （E）鐵具有多晶型性，在不同溫度下會(huì)形 等晶體結(jié)構(gòu)（A）面心立 （B）體心立排六（C）簡(jiǎn)單立（D）底心立 具有相同配位數(shù)和致密度的晶體結(jié)構(gòu)（A）面心立 （B）體心立 （C）簡(jiǎn)單立。（D）底心立排六6 關(guān)于均勻形核，以下說(shuō)法正確的 體積自由能的變化只能補(bǔ)償形成臨界晶核表面所需能量的三分之非均勻形核比均勻形核難度更結(jié)構(gòu)起伏是促成均勻形核的必要因能量起伏是促成均勻形核的必要因過(guò)冷度△T越大，則臨界半徑越以下說(shuō)法中 說(shuō)明了非均勻形核與均勻形核之間的差異非均勻形核所需過(guò)冷度更均勻形核比非均勻形核難度更一旦滿(mǎn)足形核條件，均勻形核的形核率比非均勻形核更均勻形核試非均勻形核的一種特實(shí)際凝固過(guò)程中既有非均勻形核，又有均勻形晶體的長(zhǎng)大方式 （B）不連續(xù)長(zhǎng)大（C）平面生長(zhǎng) 控制金屬的凝固過(guò)程獲得細(xì)晶組織的手段 加入形核劑（）減小液相過(guò)冷度（CE加機(jī)械振動(dòng)7二元相圖必須遵循以下幾何規(guī)律 相圖中的線(xiàn)條代表發(fā)生相轉(zhuǎn)變的溫度和平衡相的成兩個(gè)兩相區(qū)必須以單相區(qū)或三相水平線(xiàn)隔二元相圖中的三相平衡必為一條水平兩相區(qū)與單相區(qū)的分界線(xiàn)與等溫線(xiàn)相交時(shí)，其延長(zhǎng)線(xiàn)應(yīng)進(jìn)入另一兩相區(qū)構(gòu)成勻晶合金的兩種組元之間必須滿(mǎn)足以下條件 具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)相具有相同的熔具有相同的原子具有相似的電負(fù)原子半徑差小于固溶體的平衡凝固包 等幾個(gè)階段液相內(nèi)的擴(kuò)散過(guò) （B）固相內(nèi)的擴(kuò)散過(guò) （C）液相的長(zhǎng)7（D）固相的繼續(xù)長(zhǎng) （E）液固界面的運(yùn)判斷題：(在題后括號(hào)內(nèi)填入“對(duì)”或“錯(cuò)，每題1分，共 離子鍵的正負(fù)離子相間排列，具有方向性，無(wú)飽和性 （錯(cuò)共價(jià)鍵通過(guò)共用電子對(duì)而成，具有方向性和飽和性 （對(duì) 復(fù)雜晶胞與簡(jiǎn)單晶胞的區(qū)別是，除在頂角外，在體心、面心或底心上有陣點(diǎn) （對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的原子呈周期性重復(fù)排列，即存在短程有序 （錯(cuò)立方晶系中，晶面族{111}表示正八面體的面 （對(duì)立方晶系中，晶面族{110}表示正十二面體的面 （對(duì)晶向指 vw>和晶面指數(shù)(hkl)中的數(shù)字相同時(shí)，對(duì)應(yīng)的晶向和晶面相互垂直（對(duì)bcc的間隙不是正多面體，四面體間隙包含于八面體間隙之中 （對(duì)溶質(zhì)與溶劑晶體結(jié)構(gòu)相同是置換固溶體形成無(wú)限固溶體的必要條件 （對(duì)非金屬和金屬的原子半徑比值rx/rm>0.59時(shí)，形成間隙化合物，如氫化物、氮化物（錯(cuò)晶體中的原子在空間呈有規(guī)則的周期性重復(fù)排列；而非晶體中的原子則是無(wú)規(guī)則排列的。 （對(duì)）選取晶胞時(shí)，所選取的正方體應(yīng)與宏觀晶體具有同樣的對(duì)稱(chēng)性 （錯(cuò)空間點(diǎn)陣是晶體中質(zhì)點(diǎn)排列的幾何學(xué)抽象，只有14種類(lèi)型，而實(shí)際存在的晶體結(jié)構(gòu)是（錯(cuò) 弗蘭克缺陷是原子遷移到間隙中形成的空位-間隙對(duì) （對(duì)位錯(cuò)線(xiàn)只能終止在晶體表面或界面上，而不能中止于晶體內(nèi)部 （對(duì)滑移時(shí)，刃型位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方向始終平行于位錯(cuò)線(xiàn)，而垂直于柏氏矢量。（錯(cuò)（對(duì)第四菲克定律描述了固體中存在濃度梯度時(shí)發(fā)生的擴(kuò)散，即化學(xué)擴(kuò)散 （對(duì)溫度越高，原子熱激活能越大，擴(kuò)散系數(shù)越大 （對(duì)置換固溶體中溶質(zhì)原子要高于間隙固溶體中的溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度。（錯(cuò)小。（對(duì)）第六由于均勻形核需要的過(guò)冷度很大，所以液態(tài)金屬多為非均勻形核 （對(duì)形核過(guò)程中，表面自由能是液固相變的驅(qū)動(dòng)力，而體積自由能是其阻力 （錯(cuò) 8固溶體非平衡凝固情況下固相內(nèi)組元擴(kuò)散比液相內(nèi)組元擴(kuò)散慢得多故偏離固相線(xiàn)程度大得多。 （對(duì)）名詞解釋?zhuān)恳坏李}3分3態(tài)溶體，繼續(xù)保持溶體的晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型。5、間隙相：由過(guò)渡族金屬與C、N、H、B等原子半徑較小的非金屬元素形成的金屬化合7、如15℃）119 負(fù)溫度梯度：液相溫度隨液固界面的距離增大而降低的溫度梯度情況1922、共晶轉(zhuǎn)變：由液相同時(shí)結(jié)晶出兩種固相的過(guò)程稱(chēng)為共晶轉(zhuǎn)變。該轉(zhuǎn)變?yōu)楹銣剞D(zhuǎn)變簡(jiǎn)答題（每一道題4分1原子間的結(jié)合鍵共有幾種？各自特點(diǎn)如何？（分）ll金屬鍵：電子共有化，既無(wú)飽和性又無(wú)方向llll共價(jià)鍵：共用電子對(duì)；飽和性；配位數(shù)較小，方向2、物理鍵如范德華力，系次價(jià)鍵，不如化學(xué)鍵強(qiáng)3、氫鍵：分子間作用力，介于化學(xué)鍵與物理鍵之間，具有飽和2試從晶體結(jié)構(gòu)的角度，說(shuō)明間隙固溶體、間隙相及間隙化合物之間的區(qū)別（分原子通常是原子半徑小于0.1nm的非金屬元素，如HO2分）間隙相和間隙化合物屬于原子尺寸因素占主導(dǎo)地位的中間相（2分）當(dāng)rB/rA<0.59時(shí)，通常形成間隙相，其結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)，具有極高的熔點(diǎn)和硬度；rB/rA>0.59時(shí)，形成間隙化合物，其結(jié)構(gòu)為復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)（2分晶界處點(diǎn)陣畸變變大，存在晶界能，故晶粒長(zhǎng)大和晶界平直化是一個(gè)自發(fā)過(guò)程晶界處原子排列不規(guī)則，從而阻礙塑性變形，強(qiáng)度更高。這就是細(xì)晶強(qiáng)化的本質(zhì)晶界處存在較多缺陷（位錯(cuò)、空位等，有利原子擴(kuò)散晶界處能量高，固態(tài)相變先發(fā)生，因此晶界處的形核率高9晶界處成分偏析和內(nèi)吸附，又富集雜質(zhì)原子，因此晶界熔點(diǎn)低而產(chǎn)生“過(guò)熱”現(xiàn)象4章7、簡(jiǎn)述影響固體中原子和分子擴(kuò)散的因素有哪幾方面（分答1、溫度；2、固溶體類(lèi)型；3、晶體結(jié)構(gòu)；4、晶體缺陷；5、化學(xué)成分；6、應(yīng)力的作（各0.5分計(jì)算題（每一道題10分3在Fe中形成1mol104.675kJ，試計(jì)算從20℃升溫至850℃時(shí)空位空位在溫度T時(shí)的平衡濃度系數(shù)A一般在1~10之間，取A=1故空位增加 （倍4)(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(shí)的滲層厚度為870℃滲碳10小時(shí)的多少倍？Fick第二定律得 （5分由關(guān)系式x=

兩式相比，得當(dāng)溫度相同時(shí)，D1=D2,于是得（5分 所以 （倍（5分一塊含0.1%C的碳鋼在930℃、1%碳濃度的氣氛中進(jìn)行滲碳處理，經(jīng)過(guò)11個(gè)小時(shí)后在0.05cm的地方碳的濃度達(dá)到0.45%，若要在0.08cm的深度達(dá)到同樣的滲碳濃度，則需多長(zhǎng)時(shí)間？a解：Fick第二定律得

2 x 2由題意可知，兩種情況下滲碳前后濃度相同且滲碳溫度相同，2

2

（5分2?x

?0.08?2t=t×?2

=′

÷28.16(小時(shí) è1

è0.05

（10分，不準(zhǔn)確1分7Pb-Sn二元合金的平衡相圖如下圖所示，已知共晶點(diǎn)為Sn%=61.9。試?yán)酶軛U原理計(jì)算Pb-40