材料科学基础A1考试范围及复习题.docx

材料科学基础A1考试范围及复习题.docx

《材料科学基础A1考试范围及复习题.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料科学基础A1考试范围及复习题.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

材料科学基础A1考试范围及复习题

材料科学基础A1考试范围及复习题-2012

考试范围：

要求掌握全部概念，重要知识点。

1.材料的结构：

晶体结构的基本概念，金属晶体结构及其特点（三种重要晶体结构，晶系、布拉菲点阵，晶胞原子数，密排面，密排方向，密勒指数标定）。

2.纯金属的结晶：

结晶现象（结晶、过冷度），晶核的形成（临界晶核、形核功），晶核的长大，金属铸锭的组织（三晶区结构）及缺陷。

3.二元合金的相结构与结晶：

合金中的相（相及其分类），合金的相结构，二元合金相图的建立，二元合金相图。

4.铁碳合金：

铁碳合金的组元及基本相，Fe-Fe3C相图分析，铁碳合金的平衡结晶过程及组织，含碳量对组织性能的影响，钢中杂质元素及钢锭组织。

（全部掌握）

5.固体材料的塑性变形与断裂：

金属的变形特性，单晶体的塑性变形（重点），多晶体的塑性变形，合金的塑性变形，塑性变形对组织和性能的影响（重点），金属的断裂。

6.回复与再结晶：

形变金属与合金在退火过程中的变化，回复，再结晶及晶粒长大。

7.扩散：

扩散的本质及机理，菲克定律（重点是第二定律及其重要解），影响扩散的因素。

一、填空题

1.每个面心立方晶胞中的原子数为，其配位数为。

2.晶格常数为a的体心立方晶胞,其原子数为,原子半径为,配位数为，致密度为。

3.刃型位错的柏氏矢量与位错线互相,螺型位错的柏氏矢量与位错线互相。

4.螺型位错的位错线于滑移方向，位错线的运动方向于位错线。

5.在过冷液体中，晶胚尺寸临界尺寸时不能自发长大。

6.均匀形核既需要起伏，又需要起伏。

7.纯金属结晶时，固液界面按微观结构分为和。

8.纯金属的实际开始结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为，理论结晶温度与实际开始结晶温度之差称为。

9．合金中的基本相结构，有和两类，其中前者具有较高的性能，适宜做相；后者具有较高的，适宜做相。

10.间隙相和间隙化合物主要受组元的因素控制。

11.相律是分析相图的重要工具，当系统的压力为常数时，相律的表达式为。

12.根据相律，二元合金结晶时，最多可有个相平衡共存，这时自由度为。

13.根据相区接触法则可以推定，两个单相区之间必定有一个，两个两相区之间必须以或隔开。

二元相图的三相区是一条水平线，该区必定与以点接触，与以线接触。

14.铸锭的宏观组织是由、、三个区组成。

15.莱氏体是共晶转变所形成的和组成的混合物。

16.相变反应式L（液）→+表示反应；γ（固）→+表示反应。

17.固溶体合金结晶时，其平衡分配系数Ko表示固液两平衡相中的之比。

18.铁碳合金中，一次渗碳体由产生，二次渗碳体由产生，三次渗碳体由产生。

19.一个滑移系是由和组成。

20.面心立方晶格的滑移系有个，体心立方晶格的滑移系有个。

21.滑移常沿晶体中的晶面及晶向发生。

22.扩散的驱动力是。

23.所谓上坡扩散是指，反应扩散是指。

24.在Fick第一定律的表达式

中，负号表示。

二、选择题

1．Fe―Fe3C合金中，合金具有最好流动性的是（）。

（A）C%=4.00%（B）C%=4.30%

（C）C%=4.80%（D）C%=5.00%

2．凝固的热力学条件为（）。

（A）形核率（B）系统自由能增加

（C）能量守衡（D）过冷度

3．二元相图中，当有二次相析出时，固溶线表现为（）。

A垂线B水平线C斜线D曲线

4.符号表示（）。

A.晶面族B.晶面C.晶向族D.晶向

5.A和A-B合金焊合后发生柯肯达尔效应，测得界面向A试样方向移动，则（）。

A.A组元的扩散速率大于B组元B.B组元的扩散速率大于A组元

C.和扩散速率大小无关DA和B两种组元中的扩散速率一样

6.在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为（）。

A.原子互换机制B间隙机制C空位机制D跃迁机制

7.形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的（）。

A1/3B2/3C3/4D1/2

8.面心立方（fcc）结构的铝晶体中，每个铝原子在本层（111）面上的原子配位数为（）。

A12B6C4D3

9.简单立方晶体的致密度为（）。

A100%B65%C52%D58%

10.机械零件在正常工作条件下多数处于（）。

A弹性变形状态B塑性变形状态C弹塑性变形状态D刚性状态

11.实际晶体的线缺陷表现为（）。

A空位和间隙原子B位错C晶界D亚晶界

12.铸件裂纹一般产生在（）。

A铸件中较厚的地方B较薄的地方C有孔的地方D无规律性

13.缩孔最可能出现的部位是（）。

A铸件最上部B铸件中部C在铸件最上部及热节处D热节部位

14.冷铁配合冒口形成定向凝固能防止铸件（）。

A缩孔、缩松B应力C变形D裂纹

15.铅在常温下的变形属（）。

A冷变形B热变形C弹性变形D既有冷变形也有热变形

16.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（）。

（A）△G=3△G*（B）△G=1/3△G*

（C）△G=△G*（D）△G=2△G*

17.氮、氧在金属中一般占据间隙位置，这是因为（）。

A金属中间隙半径大于氮、氧原子半径B氮、氧都是气体

C氮、氧原子半径较小，能挤入金属中的间隙位置

18.根据二元相图相区接触规则，（）。

A两个单相之间必定有一个单相区隔开

B两个两相区必须以单相区或三相共存水平线隔开

C三相水平线必须和四个两相区相邻

19.二次再结晶是（）。

A相变过程B形核长大过程C某些晶粒特别长大的过程

20.在单相组织中存在大小不等的晶粒，由界面曲度驱动界面移动的规律可知（）。

A小晶粒将移向大晶粒一方，直到晶粒大小相等

B大小晶粒依靠吞并相邻晶粒同时长大

C界面将移向小晶粒一方，最后小晶粒将消失

21.强化金属材料的各种手段，考虑的出发点都在于（）。

A设置位错运动的障碍B去除位错运动的障碍

C使位错适当地减少

22.金属中通常存在着溶质原子或杂质原子，它们的存在（）。

A总是使晶格常数增大B总是使晶格常数减小

C可能使晶格常数增大，也可能使其减小

23.拉伸单晶时，滑移面转向（）时最易滑移。

A与外力轴交成45ºB与外力轴平行C与外力轴垂直

24.若A、B两组元形成电子化合物，但是该化合物中A组元所占的质量分数超过了60%，则该相晶体结构（）。

A.与A相同B.与B相同C.与A、B都不相同

25.在非均匀形核中，外来杂质形状对形核效果有重要影响，其中（）对形核最为有利。

A.凹曲面状B.平面状C.凸曲面状

26.因晶体转动而使原来有利于滑移的晶面滑移到一定程度后变成不利于滑移的晶面的现象称为（）。

A.物理硬化B.几何硬化C.加工硬化

27.一根弯曲的位错线，（）。

A.具有唯一的位错类型B.具有唯一的柏氏矢量

C.位错类型和柏氏矢量处处相同

28.某一种金属的熔点是1083℃，该金属最低再结晶温度约为（）。

A.269.4℃B.342.9℃C.433.2℃

29.在二元合金中，铸造性能最好的合金是具有（）。

A．共析成分合金B.固溶成分合金C.共晶成分合金

30.固态金属扩散最可能按（）进行。

A.间隙扩散机理B.换位扩散机理C.空位扩散机理

31.要获得结晶过程所需的驱动力，实际结晶温度必须（）理论结晶温度。

A.高于B.等于C.低于

32.相变反应式L（液）+→表示（）反应。

A.共晶B.包晶C.包析

33.对称倾侧晶界的晶界结构由（）组成。

A.螺型位错B.刃型位错C.割阶

34.立方晶系中，与晶面（011）垂直的晶向是（）。

A.[011]B.[100]C.[101]

35.高温回复阶段，金属中亚结构发生变化时，（）。

A.位错发生塞积B.形成位错缠结C.刃型位错通过攀移和滑移构成亚晶界

36.在二元合金相图中，稳定化合物为（）。

A.一条垂直线B.一条曲线C.一个区域

37.在单相组织中存在着大小不等的晶粒，由界面曲度驱动界面移动的规律可知（）。

A.小晶粒将移向大晶粒一方，直到晶粒大小相等

B.界面将移向小晶粒一方，最后小晶粒将消失

C.大小晶粒依靠吞并相邻晶粒同时长大

38.铸件在凝固时若不出现成分过冷，则铸件组织将是（）。

A.全部等轴晶B.全部柱状晶C.柱状晶+中心等轴晶

39.在工业生产条件下金属结晶时，过冷度越大，则（）。

AN越大BG增大CN/G提高DN/G降低

40.金属在冷变形过程后进行机加工，一般都需要在其中增加退火，其目的是（）。

A消除网状组织B消除冷变形强化C消除偏析组织

三、判断题

1、Fick第一定律表示通过某一截面的扩散流量与垂直这个截面方向上浓度梯度成正比，其方向与浓度降落方向一致。

（）

2、共晶合金在铸造中流动性一般较差。

（）

3、间隙固溶体和置换固溶体均可形成无限固溶体。

（）

4、金属铸件可通过再结晶退火来细化晶粒。

（）

5、金属铸锭的宏观组织通常由三个晶区组成：

外表层的细晶区、中间柱状晶区及心部等轴晶区。

（）

6、重结晶和再结晶都是在固态下的形核与长大的过程，两者没有本质区别。

（）

7、在立方晶系中，

与

是互相平行的两个晶面。

（）

8、与纯金属结晶相比，固溶体结晶时除需要结构起伏和能量起伏外还需要浓度起伏。

（）

9、扩散系数D相当于浓度梯度为1时的扩散通量。

（）

10、铁素体与奥氏体的根本区别在于固溶度不同，前者（为bcc）小而后者（为fcc）大。

11、观察共析钢的显微组织，发现图中显示渗碳片层密集程度不同。

凡是片层密集处则碳含量偏多，而疏稀处则碳含量偏少。

（）

12、缩孔、缩松的产生原因是固态收缩得不到补缩。

（）

以下：

判断并改错

1.所谓过冷度是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差；而动态过冷度是指结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。

2.金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减小，因此是一个自发过程。

3.在如何温度下，液相中出现的最大结构起伏都是晶胚。

4.所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能的增加时的晶胚大小。

5.在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以成核的。

6.非均匀形核总是比均匀形核容易，因为前者是以外加质点为结晶核心，不像后者那样形成界面，而引起自由能的增加。

7.无论温度发布如何，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。

8.液态纯金属中加入形核剂，其生长形态总是呈树枝状。

9.从宏观上观察，如液/固界面是平直的，称为光滑界面结构；若是呈金属锯齿形的，称为粗糙界面结构。

10.固溶体合金无论在平衡或非平衡结晶过程中，液/固界面上液相成分沿着液相平均成分线变化；固相成分沿着固相平均成分线变化。

11.在共晶线上利用杠杆定律可以计算出共晶体的相对量，而共晶线属于三相区，所以杠杆定律不仅适用于两相区，也适用于三相区。

12.将固溶体合金棒反复多次“熔化-凝固”，并采用定向快速凝固的方法，可以有效地提纯金属。

13.铁素体和奥氏体的根本区别在于固溶度不同，前者小而后者大。

14.在Fe-Fe3C系合金中，只有过共析钢的平衡结晶组织中才有二次渗碳体存在。

15.无论何种成分的碳钢，随着含碳量的增加，组织中铁素体相对量减少，而珠光体相对量增加。

16.Wc=4.3%的共晶白口铁的显微组织中，白色基体为Fe3C，其中包括Fe3CⅠ，Fe3CⅡ，Fe3CⅢ，Fe3C共析，Fe3C共晶等。

17.用Ni-Cu合金焊条焊接某合金板料时，发现焊条慢速移动时，焊缝易出现胞状组织，而快速移动是，则易于出现树枝状组织。

18.如果固溶体中不存在扩散流，则说明原子没有扩散。

19.因固溶体原子每次跳动方向是随机的，所以在如何情况下扩散流为零。

20.晶界上原子排列混乱，不存在空位，所以以空位机制扩散的原子在晶界处无法扩散。

21.间隙固溶体中溶质浓度越高，则溶质所占据的间隙越多，供扩散的空余间隙越少，即z值越小，导致扩散系数下降。

22.体心立方比面心立方晶体的配位数要小，故由D=1/6fzPa2关系式可见，α-Fe中原子扩散系数要小于γ-Fe中的扩散系数。

四、名词解释

1.空间点阵和晶体结构

2.配位数和致密度

3.电子化合物和间隙相

4.间隙固溶体和有序固溶体

5.刃型位错和螺型位错

6.柏氏矢量和位错密度

7.共格界面和对称倾侧晶界

8.结晶与凝固

9.均匀形核和非均匀形核

10.光滑界面和粗糙界面

11.正温度梯度和负温度梯度

12.变质处理和晶粒度

13.合金，组元，相，组织

14.匀晶转变，共晶转变，包晶转变，共析转变，包析转变，有序-无序转变，熔晶转变，偏晶转变，合晶转变

15.平衡凝固，非平衡凝固，正常凝固

16.枝晶偏析，比重偏析，晶界偏析，胞状偏析

17.共晶合金，亚共晶合金，过共晶合金

18.铁素体，奥氏体，莱氏体，珠光体，渗碳体

19．滑移和孪生，滑移系和滑移带

20.加工硬化和形变织构

21.割阶和扭折

22.交滑移和多滑移

23.临界分切应力和取向因子

24.几何硬化与几何软化

25.回复和再结晶

26.再结晶织构和退火孪晶

27.动态回复和动态再结晶

28.热加工和冷加工

29.超塑性和临界变形度

30.原子扩散，反应扩散，上坡扩散，下坡扩散，自扩散，互扩散

五、简答题

1．简述晶面指数的确定步骤。

2．作图表示立方晶体的（123）、（421）、（

）晶面及[

]、[346]。

3.作图表示出<

>晶向族所包括的晶向，并确定（

）,（0001）晶面。

4.在立方系中绘出{110}、{111}晶面族所包括的晶面及（112）,（

）晶面。

5．为什么金属的固溶体凝固时通常总是以树枝晶方式生长？

6．为什么金属结晶时一定要有过冷度?

影响过冷度的因素是什么？

7.什么叫临界晶核？

它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？

8.说明过冷度，临界过冷度，动态过冷度等概念的区别。

9.试述结晶相变的热力学条件，动力学条件，能量即结构起伏。

10.分析纯金属生长形态与温度梯度的关系?

11.铸锭组织有何特点？

12.根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。

13.根据Pb-Sn相图，试分析：

1）什么成分的合金适于压力加工，什么成分的合金适于铸造?

2）结合所学知识，用什么方法可以提高WSn<19%铅合金的强度？

14.同样形状和大小的两块铁碳合金，其中一块是低碳钢，一块是白口铸铁。

试问，用什么简便方法可迅速将它们区分开来?

15.试比较45（WC=0.45%）、T8（WC=0.8%）、T12（WC=1.2%）钢的硬度、强度和塑性有何不同？

16.汽车挡泥板应选用高碳钢还是低碳钢来制造？

17.说明碳含量对碳钢的组织和性能的影响。

18.密排六方金属镁能否产生交滑移？

滑移方向如何？

19.体心立方晶体可能的滑移面是{110}、{112}、{123}，若滑移方向为{

}，具体的滑移系是哪些?

20.试述孪晶与滑移的异同，比较它们在塑性变形过程中的作用。

21.利用派-纳力公式解释为什么晶体滑移通常发生在原子最密排面和最密排方向。

22.试用多晶体塑性变形理论解释，室温下金属的晶粒越细强度越高，塑性也就越好的现象。

23.将一个楔形铜片，置于间距恒定的两个轧辊之间轧制。

1）画出此铜片完全再结晶之后，晶粒的大小沿着片长方向变化的示意图。

2）如果在较低的温度退火，何处先发生再结晶，为什么?

24.试述不同温度下的回复机制。

25.什么叫做二次再结晶，发生二次再结晶的条件有哪些？

26.某厂对高锰钢制碎石机鄂板进行固溶处理时，经过1100加热后，用冷拔钢丝吊挂，由起重吊车送往淬火水槽，行至途中钢丝发生断裂。

此钢丝是新的，并没有疵病。

试分析钢丝绳断裂的原因。

27．回复和再结晶转变的驱动力是什么？

28．请叙述冷塑性变形后的金属材料在发生回复和再结晶过程中的缺陷和组织的变化。

29.作为一种经济措施，可以设想用纯铅代替铅锡合金制作对铁进行钎焊的焊料。

这种方法是否适用？

原因何在?

30.为什么钢铁零件渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行？

若不在γ相区中进行会有什么结果?

六、计算题

1.计算WC=4%的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后，组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相当含量；并计算组织组成物珠光体中渗碳体和铁素体的相对含量。

2.对碳的质量分数为0.1%的钢进行渗碳，渗碳时钢件表面碳的质量分数保持为1.2%，要求在其表面以下2mm处碳的质量分数为0.45%，若D=

。

（1）试求渗碳所需时间；

（2）若想将渗碳厚度增加1倍，需多少渗碳时间?

七、分析综合题

1.图示为Fe-Fe3C相图。

请完成下列问题：

（1）绘制铁碳相图；

（2）写出相图中三条水平线上的反应及反应类型；

（3）分别写出亚共析钢、亚共晶白口铸铁在冷却过程中的相变过程和结晶组织示意图；

（4）40钢从液态缓冷至室温，计算其在室温下各相和各组织组成物的相对重量百分数。

2．简述含碳0.6％W的铁碳合金自液态缓慢冷却到室温的组织转变过程，画出得到的室温组织示意图，并计算其组织组成物的相对含量。

3.

（1）绘制铁碳相图；

（2）并分别求WC=2.11%，WC=4.30%的二次渗碳体的析出量；

（3）画出WC=4.3%的铸铁的冷却曲线和组织示意图。