材料科学基础 练习题.docx

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材料科学基础练习题

材料科学基础练习题

填空题

1.原子和原子之间是依靠结合键聚集在一起的。

原子间的结合键可分为物理键和化学键，其中化学键包括、、3种。

2.由两个或多个相差不大的原子间通过而形成的化学键叫共价键。

金属材料是由键结合的。

3.面心立方晶体的密排面是,晶胞致密度为,晶胞中原子数为，原子的半径r与点阵常数a的关系是。

4.晶内塑性变形机制包括和。

5.扩散的根本动力是。

6.构成陶瓷化合物的两种元素的电负性差越大，化合物中离子键合的比例。

（选填越大或越小）

7.按照缺陷在空间分布的情况，可将晶体结构中存在的缺陷分为点缺陷、、三类。

8.简单立方中（hkl）晶面的面间距公式是。

9.金属材料是靠键结合在一起的，NaCl是靠键结合在一起的，而高分子链之间主要是靠结合。

10.常见金属中，铜是结构，铝是结构，

-Fe是结构，而镁是结构。

11.合金中的基本相包括和。

其中前者具有较高的综合机械性能，适合做基体相，后者有较高的熔点和硬度，适合做相。

12.从阻碍位错运动运动的角度出发，提高材料强度的方法主要包括、、、弥散强化等。

13.铁碳合金中奥氏体的晶体结构是____________，铁素体的晶体结构是________________。

14.hcp,fcc和bcc晶体中单位位错的柏氏矢量分别是_______________________、_______________________、______________________。

15.晶体与非晶体相比最本质的特征是。

16.刃型位错除了可以在滑移面上滑移外，还可以在垂直于滑移面的方向上发生。

17.材料的结合键决定其弹性模量的高低。

一般来说，氧化物陶瓷材料与金属材料相比，的弹性模量更高。

（选填氧化物陶瓷或金属材料）

18.位错对材料的性能有非常重要的影响。

按照位错线与柏氏矢量的关系，可以将位错分为_______、_______、_______三类。

19.在液态金属中进行均质形核时，需要________起伏和___________起伏。

20.扩散的热力学分析表明，扩散的驱动力是，由此可以解释某些情况下物质从低浓度向高浓度扩散的现象，也称。

21.根据Fe-C二元相图，碳在α-Fe中的最大固溶度为，在γ-Fe中的最大固溶度为。

该相图中有一个共晶反应，其反应式为。

22.晶体的缺陷按其几何特征分为、线缺陷和三大类。

其中，对于刃型位错，在外加应力作用下，当位错在晶体中滑动时，位错的运动方向与柏氏矢量_____________，而位错线与柏氏矢量。

23.bcc结构的密排方向是_______，致密度为___________配位数是_______________，密排面是_____________。

24.体心立方晶体的密排面是,晶胞致密度为,晶胞中原子数为，原子的半径r与点阵常数a的关系是。

25.按照位错线与柏氏矢量的关系，可将位错线分为_______、________以及混合位错。

26.塑性变形与弹性变形相比区别是，本质是。

27.非晶体最本质的特征是。

28.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。

29.布拉菲点阵可能有14种，铝晶体属于_____________点阵结构。

30.材料的强化方式主要有四种，分别是：

、、固溶强化和弥散强化。

31.单晶体中某滑移系施密特因子越大，则位错运动越启动。

（选填容易或难）

判断题

1.固体材料中物质的迁移方式包括扩散和对流。

（）

2.奥氏体中碳的最大溶解量比铁素体中碳的最大溶解量大。

（）

3.金刚石与石墨都是碳的单质，但它们在硬度、光学性质方面表现了巨大的不同。

（）

4.常压下二元系的两相区内有两个可以独立变化而不影响体系平衡的物理量

（）

5.恒定压力下二元系中平衡共存的相的数目最多为2。

（）

6.过渡族金属元素之间很难形成间隙固溶体。

（）

7.扩散是固体材料中物质迁移的唯一方式。

（）

8.垂直于（110）面的方向是[111]。

（）

9.奥氏体中碳的最大溶解度是4.30%。

（）

10．柏氏矢量的大小反映了晶体点阵畸变总积累量的大小。

（）

11.间隙固溶体中溶质的扩散比置换固溶体容易。

（）

12.只要存在浓度梯度，溶质就会从高浓度区域向低浓度区域扩散。

（）

13.晶体中某滑移系的分切应力不仅与外加应力的大小有关，还与晶体在空间中的位向有关。

（）

14．柏氏矢量的大小与所取的柏氏回路大小有关。

（）

15.利用固体中的扩散可以实现诸如渗碳、渗氮等工艺操作，提升材料表面耐磨性。

（）

16.单晶体的临界剪切应力与外加应力的大小和晶体在空间中的位向有关（）

17．体心立方晶体的密排面是｛110｝面。

（）

18.垂直于（111）面的方向是[110]。

（）

19.晶体结构的配位数越大，致密度越大。

（）

20.混合位错中滑移矢量既不平行也不垂直于位错线。

（）

21．无论哪一种点缺陷的存在，都会引起其周围的原子稍微偏离结点位置，造成晶体畸变。

（）

22.螺型位错也可以产生攀移。

（）

23.形成间隙固溶体之后晶体的点阵常数降低。

（）

24.室温下，纯铁的晶体结构为体心立方，纯铜的晶体结构为面心立方。

（）

25．金属键具有明显的方向性和饱和性。

（）

26.某一晶面的法向是与它同指数的晶向。

（）

27．刃型位错的位错线垂直于柏氏矢量。

（）

28．工程材料的强度与结合键有一定的关系，结合键能越高的材料，通常其弹性模量、强度和熔点越低。

（）

29.浓度差是扩散的根本原因。

（）

30．无论哪一种点缺陷的存在，都会引起其周围的原子稍微偏离结点位置，造成晶体畸变。

（）

31.金属间化合物一般具有固定的化学成分比例。

（）

32.刃型位错的柏氏矢量与其位错线垂直，螺旋位错的柏氏矢量与其位错线平行。

（）

33.奥氏体中碳的最大溶解度是2.11%。

（）

34.恒定压力下二元系中相的数目最多为2。

（）

35．刃型位错的位错线与柏氏矢量平行。

（）

36.垂直于（111）面的方向是[111]。

（）

37.奥氏体中碳的最大溶解度是0.77%。

（）2．面心立方晶体中（110）[111]构成滑移系。

（）

38.二元系中三相平衡只能在恒定的温度下存在。

（）

39．刃型位错可发生滑移和攀移，其中滑移是应力驱动，攀移是热驱动。

（）

40．面心立方晶体的滑移面是｛110｝面。

（）

选择题

1.一根弯曲的位错线，。

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

2.关于柏氏矢量，以下说法正确的是。

A.刃型位错的柏氏矢量越大，表明累积畸变越大

B.刃型位错的柏氏矢量与位错线方向平行

C.螺型位错的柏氏矢量与位错线方向垂直

D.螺型位错的伯氏矢量越小，表明累计的畸变能越大

3.相距一个原子间距的异号刃型位错在运动中相遇会。

A消失B交滑移C攀移D生成位错环

4.关于固溶体与中间相，以下说法正确的是。

A.中间相一般有稳定的化学配比B.固溶体有稳定的化学配比

C.中间相的晶体结构与组元相同D.以上说法都正确

5．不是晶胞选取原则的：

A能够充分反映空间点阵的对称性

B体积最小

C具有尽可能多的直角

D具有各向异性

6.体心立方晶体结构中，每个晶胞所占有的原子数为。

A.2B.4C.6D.8

7．形成间隙固溶体时，溶剂的点阵常数_____。

A增大B减小C不变

8.原子在处扩散速度最快。

A表面B晶界C晶体内部

9.从金属与合金的角度看，冷加工和热加工一般是以温度为界限区分的。

A.结晶B.再结晶C.相变D.25℃

10．凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪种方法？

。

A.加入形核剂B.减小液相的过冷度C.机械振动D.搅拌

11．-Co为hcp结构，-Co为FCC结构，则Fe-Co无限固溶体为_____________结构。

AfccBbccChcp

12.不属于金属的强化机制的是。

A加工硬化B固溶强化C晶粒细化D预加载变形

13.立方晶系中（111）和（110）同属于晶带。

A.[110]B.[101]C.[211]D.[

10]

14.立方晶系中，与（113）和（112）同属一晶带的是

A.（1

2）B.（

21）C.（

10）D.（211）

15.既能提高金属的强度，又能降低其脆性的手段是。

A.加工硬化B.固溶强化C.晶粒细化D.第二相强化。

16.Al的晶胞常数为0.4049nm，其{111}面的面间距为。

 A0.2863nm        B0.3710nm

 C0.1470nm         D0.2338nm 

17.再结晶过程包含晶粒的形核与长大。

A.形核与长大的驱动力都来源于形变储存能；

B.形核与长大的驱动力都来源于晶界能；

C.形核的驱动力来源于储存能，长大的驱动力来源于晶界能；

D.形核的驱动力来源于晶界能，长大的驱动力来源于储存能。

18.冷加工金属回复时位错。

A大量消失B增殖C重排D不发生变化

19.晶胚和晶核的区别在于

A晶胚尺寸大，能够稳定生长B晶胚尺寸增大，自由能降低

C晶核时而存在，时而消失D晶核尺寸大，能够稳定生长

20.下列哪个不是回复阶段的特点。

A强度和塑性略有下降

B组织没有明显变化

C力学性能和物理性能完全恢复到冷加工变形前

D第一类残余应力消失

21.在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及_____。

A单相区B两相区C三相区D以上都不是

22.能进行交滑移的位错是。

A.刃位错B.螺位错C.混合位错

23.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.A组元的扩散速率小于B组元

C.A和B组元的扩散速率相同

24.A和B组成的二元系中出现α和γ两相平衡时，两组的成分（x）-自由能（G）的关系为。

A.Gα=GγB.dGα/dx=dGγ/dxC.GA=GB

25.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随变化。

A距离B时间C温度 D扩散通量       

26.不是典型铸件组织的。

A纳米晶B细晶C柱状晶D等轴晶

27.具有珠光体组织的合金成分范围（以C含量表示）为。

A<0.0218%

B<2.11%

C～4.3%

D0.0218~6.69%

28.刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系？

A垂直B平行C交叉

29.冷变形金属退火时回复阶段，以下性能变化正确的是。

A强度显著降低B硬度显著降低

C塑性显著提升D内应力显著降低

30.体心立方晶体结构单胞的原子数为。

A1B2C3D4

31.在二元系合金相图中，两相区的自由度__。

A1B2C3D4

32.变形后的材料在升温加热时发生回复和再结晶现象，则点缺陷浓度下降明显发生在。

A回复阶段B再结晶阶段

C晶粒长大阶段D以上都不是

33.在三元系共晶相图中，有_____个三相区。

A1B2C3D4

34.位错塞积的一个重要效应是在它的前端引起。

A应力偏转B应力松弛C应力集中

35.面心立方中以下晶向不平行或属于（111）面的是。

A

B

C[011]D

36.关于柏氏矢量，以下说法错误的是。

A.柏氏矢量越大，表明累积畸变越大

B.柏氏矢量相等的同种同号位错相遇时相互排斥

C.柏氏矢量相等的大小与所取回路大小有关

37.螺型位错的位错线与柏氏矢量之间的几何关系是。

A垂直B平行C交叉

38.碳溶入α-Fe中形成的过饱和间隙固溶体称为。

A贝氏体B奥氏体C马氏体D铁素体

39.铁碳合金平衡相图中没有。

A包晶转变B包析转变C共晶转变D共析转变

40.不是影响原子扩散的因素。

A温度B压强C晶体结构D晶体缺陷

41.界面对材料的性质有着重要的影响，界面具有的特性。

A会引起界面吸附B界面上原子扩散速度较快

C对位错运动有阻碍作用DA+B+C

42.能进行攀移的位错必然是。

A刃型位错B螺型位错C混合位错 

43.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

44.冷变形金属中产生大量的空位、位错等晶体缺陷，这些缺陷的存在，。

A阻碍原子的移动，减慢扩散过程；

B对扩散过程无影响；

C加速了原子的扩散过程。

45.加工硬化是一种有效的强化手段，其缺点是。

A只适用于双相材料B材料在高温下不适用C只适用于单晶体

46.从铁碳合金相图中可知，亚共析钢所得到的室温平衡组织为　　　。

A铁素体B珠光体 C铁素体+珠光体D铁素体+渗碳体

47.铁素体的机械性能特点是。

A低塑性、高强度 B高塑性、高强度

C高塑性、低强度  D低塑性、低强度

48.经过冷变形的金属，以下性能变化错误的是。

A.强度增大B.硬度升高C.塑性提升D.内应力增大

49.体心立方晶体结构的配位数为。

A.12B.4C.6D.8

50.冷变形金属的回复温度再结晶温度。

A高于B等于C低于

51.碳在α-Fe中的最大固溶度为。

A0.0218%；B0.77%；C2.11%；D4.30%

52.Fe―Fe3C合金中，合金具有最好流动性的是。

AC%=4.00%BC%=4.30%CC%=4.60%

53.从高温下激冷得到非晶态，以下说法正确的是_____。

A．微粒在三维空间中周期性排列B.属于亚稳态

C.是自由能最低状态

54.在相同条件下，非均匀成核与均匀成核比较，非均匀成核。

A晶核数目更多              B晶核大小更均匀 

C需要更大的过冷度          D均不对

55.凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪种方法？

。

A.加入形核剂B.减小液相的过冷度C.机械振动D.搅拌

56.关于晶胚，以下说法错误的是。

A晶胚尺寸大，能够稳定生长    

B达到临界晶核之前，晶胚时而存在，时而消失

C晶胚是由结构起伏引起的

D晶胚尺寸增大，自由能升高

57.Fe-C相图中，共晶点的自由度为。

A3    B2     C1       D0 

58.在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于__。

A单相区中B两相区中C三相平衡水平线上

59.在晶面（110）和（111）所在的晶带，其晶带轴的指数为。

A[110]B

C[011]D[011]

60.纯铁在从

-Fe转变为

-Fe之后，以下说法正确的是。

A体积膨胀；B体积变小；C体积不变

61.Fe-C相图中，液相区的自由度为。

A3    B2     C1       D0 

62.再结晶温度回复温度。

A高于B等于C低于

63.凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下哪种方法？

。

A.加入形核剂B.减小液相的过冷度C.机械振动D.搅拌

64.同号且在同一滑移面上的刃型位错相遇时，以下说法正确的是。

A相互排斥B相互吸引C相互抵消

65.螺型位错的位错线与柏氏矢量之间的几何关系是。

A垂直B平行C交叉

66.在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于__。

A单相区中B两相区中C三相平衡水平线上

67.从高温下激冷得到非晶态，以下说法正确的是_____。

A．微粒在三维空间中周期性排列B.属于亚稳态C.是自由能最低状态

68.稳定扩散是指在垂直扩散方向的任一平面上，单位时间内通过该平面单位面积的粒子数。

A随时间而变化B不随时间而变化

C随位置而变化DA或B

69.在相同条件下，非均匀成核与均匀成核比较，非均匀成核。

A晶核数目更多              B晶核大小更均匀 

C需要更大的过冷度         D均不对

70.晶体的表面扩散系数Ds、界面扩散系数Dg和体积扩散系数Db之间存在

的关系。

ADs> Dg> Db        BDb< Dg< Ds 

CDg> Ds> Db       DDg< Ds< Db

71.如下图所示为成分等边三角形，图中S点对应的合金中，组元A的百分含量为_____。

简答题

1.在fcc中，位错反应

能否进行？

给出理由。

2.在铝单晶体中（fcc结构），位错反应

能否进行？

给出理由。

3.在立方单胞中分别画出（111）、（010）、（112）、[111]、[112]等晶面和晶向。

4.什么是置换固溶体？

影响置换固溶体溶解度的因素有哪些？

形成无限固溶体的条件是什么？

5.说明影响扩散系数的因素有哪些？

并简单说明。

6.请比较二元共晶转变与包晶转变的异同。

7.浓度差会引起扩散，扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行?

为什么?

8.什么是过冷度？

过冷度对形核率有什么影响？

9.在立方单胞中分别画出（100）、（010）、（111）、（120）、（102）晶面。

10.凝固的基本过程是什么？

列出纯金属结晶的三个条件。

11.凝固的基本过程是什么？

试列举三种可以细化晶粒的方法。

12.为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形5％后于650℃退火1h，组织反而粗化；增大冷变形量至80％，再于650℃退火1h仍然得到粗大晶粒。

试分析其原因。

综合题

1.在立方晶胞中画出（111）、（110）、（123）晶面以及[111]、[110]晶向。

2.a）画出面心立方晶体中的（111）晶面和该面上可能的<110>方向；

b）画出体心立方晶体中的（101）晶面和该面上可能的<111>方向；

c）计算上述晶面的面间距。

3.作图表示立方晶体的晶面（123）、（421）及[102]和[211][346]晶向。

4.某面心立方晶体的可动滑移系为（11

）[

10]。

（1）请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量；

（2）若滑移由刃位错引起，试指出位错线的方向；

（3）请指出在

（2）的情况下，位错线的运动方向；

（4）假设在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试计算单位刃位错线受力的大小（取点阵常数为a＝0.2nm）。

5.画出Fe-Fe3C相图，写出Fe-Fe3C相图等温反应式，判断含碳0.4%的铁碳合金在室温的组织组成并计算组织组成物的相对含量。

6.请绘制出Fe-Fe3C相图，并分析1.6wt.%C合金平衡状态下的结晶过程，并说明室温下的相组成和组织组成。

7.画出Fe-Fe3C相图，写出Fe-Fe3C相图等温反应式，判断含碳0.4%的铁碳合金在室温的组织组成并计算组织组成物的相对含量。

8.请根据所附二元共晶相图分析解答下列问题：

（1）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；

（2）如果希望得到共晶组织和5%的β初的合金，求该合金的成分；

（3）分析在快速冷却条件下，I、II两合金获得的组织有何不同。