《材料科学基础》习题与思考题.doc

材料科学基础教程复习题与思考题一、选择与填空1-1下列组织中的哪一个可能不是亚稳态，即平衡态组织？ a)马氏体+残余奥氏体 b)上贝氏体 c)铁素体+珠光体 d)奥氏体+贝氏体1-2下列组织中的哪一个可能不是亚稳态？ a) 铁碳合金中的马氏体 b) 铁碳合金中的珠光体+铁素体c) 铝铜合金中的+GPZ d) 铁碳合金中的奥氏体+贝氏体1-3单相固溶体在非平衡凝固过程中会形成成分偏析： a)若冷却速度越大，则成分偏析的倾向越大；b)若过冷度越大，则成分偏析的倾向越大；c)若两组元熔点相差越大，则成分偏析的倾向越小；d)若固相线和液相线距离越近，则成分偏析的倾向越小。1-4有两要平等右螺旋位错，各自的能量都为E1，当它们无限靠近时，总能量为 。 a) 2E1 b) 0 c) 4E11-13两根具有反向柏氏矢量的刃型位错在一个原子面间隔的两个平行滑移面上相向运动以后，在相遇处 。a) 相互抵消 b) 形成一排间隙原子 c) 形成一排空位1-15位错运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体做相对滑动的方向 。a) 随位错线运动方向而改变 b) 始终是柏氏矢量方向 c) 始终是外力方向1-16位错线张力是以单位长度位错线能量来表示，则一定长度位错的线张力具有 量纲。a) 长度的 b) 力的 c) 能量的1-17位错线上的割阶一般通过 形成。a) 位错的交割 b) 共格界面 c) 小角度晶界1-7位错上的割阶一般通过 形成。a) 孪生 b) 位错的交滑移 c) 位错的交割1-23刃形位错的割阶部分 。a) 为刃形位错 b) 为螺形位错 c) 为混合位错1-24面心立方晶体中Frank不全位错最通常的运动方式是 。a) 沿111面滑移 b) 沿垂直于111的面滑移 c) 沿111面攀移1-25位错塞积群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1-26面心立方晶体中关于Shcockley分位错的话，正确的是 。 a) Shcockley分位错可以是刃型、螺型或混合型; b) 刃型Shcockley分位错能滑移和攀移; c) 螺型 Shcockley分位错能交滑移。1-27汤普森四面体中罗-罗向量、不对应罗-希向量、希-希向量分别有 个。a)12，24，8，12 b)24，24，8，12 c)12，24，8，6132 ，位错滑移的派纳力越小。a) 相邻位错的距离越大 b) 滑移方向上的原子间距越大 c)位错宽度越大133层错和不全位错之间的关系是 。a)层错和不全位错交替出现； b) 层错和不全位错能量相同； c)层错能越高，不全位错柏氏矢量模越小； d)不全位错总是出现在层错和完整晶体的交界处。134位错交割后原来的位错线成为折线，若 。a) 折线和原来位错线的柏氏矢量相同，则称之为扭折，否则称之为割阶；b) 折线和原来位错线的柏氏矢量不同，则称之为扭折，否则称之为割阶；c) 折线在原来的滑移面上，则称之为扭折；折线和原来的滑移面垂直称之为割阶；d) 折线在原来的滑移面上，则称之为割阶；折线和原来的滑移面垂直称之为扭折。1-18在单相组织中存在着大小不等的晶粒，在长大过程中会发生 。a) 小晶粒将移向大晶粒一方，直至晶粒大小相等；b) 界面将移向小晶粒一方，最后小晶粒将消失；c) 大小晶粒借吞并相邻晶粒同时长大。1-5在单相组织中存在着大小不等的晶粒，由界面曲率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) 大小晶粒吞并相邻晶粒，同时长大；c) 晶界将移向小晶粒一方，最后小晶粒将消失。1-6界面能量最低的相界面是 。a) 共格界面 b) 孪晶界面 c) 小角度界面1-8许多面心立方金属，在 过程中会形成孪晶。a) 塑性变形 b) 从高温急冷到室温 c) 再结晶退火1-11 在具有FCC、BCC、HCP三种晶体结构的材料中，塑性变形时最容易生成孪晶的是 。a) FCC b) BCC c) HCP1-55经过冷塑性变形和再结晶过程，在下列何种情况下必定会得到粗大的晶粒组织是 。a)在临界变形量进行塑性变形加工 b)大变形量 c)较长的退火时间 d)较高的退火温度1-56对面心立方晶体而言，表面能最低的晶面是 。a) (100) b) (110) c) (111) d) (121)1-56经冷变形后的金属在回复过程中，位错会发生 。a)增殖 b)大量消失 c)部分重排 d)无变化1-57位错上的割阶是在 过程中形成的。a)交滑移 b)复滑移 c)孪生 d)交割1-9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。1-14 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。1-28原子的扩散具有结构敏感性。因此，在多晶金属和合金中有 。（Q为扩散激活能，下标体积、晶界、表面分别代表体扩散、晶界扩散和表面扩散）a) Q体积Q晶界Q表面 b) Q表面 Q体积Q晶界 c) Q晶界Q表面Q体积1-31Cu-Al合金和Cu焊接成的扩散偶发生柯肯达尔效应，其原始标记面向Cu-Al合金一侧漂移，则两元素的扩散通量关系为 。a) JCuJAl bJCuJAl cJCuJAl136原子扩散过程的驱动力是 。a) 组元的浓度梯度 b) 组元的化学势梯度 c) 扩散的温度 d) 扩散的时间1-48下列过程与晶体中空位迁移过程关系不大的是：a)形变孪晶 b)自扩散 c)回复 d)位错攀移1-49下列有关固体中扩散的说法中，正确的是 。a) 原子扩散的驱动力是存在着浓度梯度；b) 空位扩散是指间隙固溶体中溶质原子从一个空位间隙跳到另一个空位间隙；c) 晶界上点阵畸变较大，因而原子迁移阻力较大，所以比晶内的扩散系数要小；d) 成分均匀的材料中也存在着扩散。1-10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1-29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1-30复相合金中，当一相为脆性相分布在另一相基体上时，对材料的强韧性比较有利的组织形态是 。a)一相呈网状分布在另一相晶界上； b)一相以颗粒状弥散分布在另一相基体上； c)一相以大块状分布在另一相基体上。1-12如下说法哪个是正确的， 。a) 形成点缺陷所引起的熵的变化使晶体能量增加；b) 晶体总是倾向于降低点缺陷的浓度；c) 当点缺陷浓度达到平衡值时，晶体自由能最低。1-21金属中点缺陷的存在使热导率 。a) 增大 b) 减小 c) 不受影响1-22过饱和点缺陷（如淬火空位、辐照缺陷） 金属的屈服强度。a) 降低 b) 提高 c) 不改变1-19单晶体的临界分切应力与 有关。a) 外力相对于滑移系的取向 b) 拉伸时的屈服应力 c) 金属的类型与纯度1-20在金相试样表面上几组交叉滑移线的产生是由于 。a) 交滑移 b) 多系滑移 c) 单滑移135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。137在 情况下再结晶后若在更高文书保温还可能发生异常晶粒长大。a) 金属在临界变形量进行冷变形 b) 冷变形金属中存在着弥散分布的第二相微粒 c) 冷变形前的原始晶粒粗大 d) 冷变形金属纯度非常高138 14种布拉菲点阵 。a)按其对称性分类，可归结为七大晶系； b)按其点阵常数分类，可归结为七大晶系；c)按阵点所在位置分类，可归结为七大晶系； d)按其几何形状分类，可归结为七大晶系。1-39如果某一晶体中若干晶面同属于某晶带，则 。a)这些晶面必定是同族晶面 b)这些晶面必定相互平行c)这些晶面上原子排列相同 d)这些晶面之间的交线相互平行1-40与（113）和（112）同属一晶带的有：a)（12） b)（21） c)（110） d)（211）1-41晶体点阵的对称性越高，则 。a)独立的点阵常数越少 b)晶体中原子排列越紧密c)晶胞中原子越多 d)晶体结构越复杂1-42拓扑密排与几何密排相比 。a)几何密排的配位数高，致密度大 b)几何密排的配位数高，致密度小c)拓扑密排的配位数高，致密度大 d)拓扑密排的配位数高，致密度小1-43 TiC和CaO都具有NaCl型结构，但 。a) TiC属离子晶体，CaO属共价晶体 b) TiC属共价晶体，CaO属离子晶体c) TiC属间隙化合物，CaO属离子晶体 d) TiC属间隙相，CaO属离子晶体1-44引入点阵概念是为了 。a) 描述原子在晶胞中的位置 b) 描述晶体的对称性c) 描述晶体结构的周期性 d) 同时描述晶体结构的周期性和对称性1-45 A、B两晶体，如果 。a) 所属的空间点阵相同，则此两晶体的结构相同；b) 晶体结构相同，它们所属的空间点阵可能不同；c) 晶体结构相同，它们所属的空间点阵必然相同；d) 所属的空间点阵不同，两晶体的结构可能相同。1-46体心立方（BCC）晶体中间隙半径比面心立方（FCC）中的小，但BCC的致密度却比FCC低，这是因为 。a) BCC中原子半径小；b) BCC中的密排方向上的原子排列比FCC密排方向上的原子排列松散；c) BCC中的原子密排面110的数量太少；d) BCC中原子的配位数比FCC中原子配位数低。1-47组成固溶体的两组元完全互溶的条件是 。a) 两组元的电子浓度相同 b) 两组元的晶体结构相同c) 两组元的原子半径相同 d) 两组元电负性相同1-50晶体结构和空间点阵的相互关系是 。a) 空间点阵的每一个阵点代表晶体中的一个原子；b) 每一种空间点阵代表唯一的一种晶体结构；c) 晶体结构一定，它所属的空间点阵也唯一地确定；d) 每一种晶体结构可以用不同的空间点阵表示。1-51晶体中配位数和致密度之间的关系是 。a)配位数越大，致密度越大 b) 配位数越小，致密度越大c) 配位数越大，致密度越小 d) 两者之间无直接关系1-52间隙相和间隙固溶体的区别之一是 。a) 间隙相结构比间隙固溶体简单 b) 间隙相中的间隙原子尺寸比间隙固溶体中的大c) 间隙相的固溶度比间隙固溶体大 d) 间隙相的结构和其组元的结构不同1-53在离子晶体中 。a) 阳离子半径大于阴离子半径；b) 阴离子半径大于阳离子半径；c) 阳离子半径与阴离子半径相等；d) 阳离子半径可以大于阴离子半径，也可以小于阴离子半径。1-54硅氧四面体中的氧离子 。a) 只属于一个硅氧四面体； b) 可以被多个硅氧四面体共用；c) 只能被两个硅氧四面体共用； d) 可以被四个硅氧四面体共用。6-1位错有 和 两种基本的运动方式，刃型位错由于多余的 ，因此它既能做 运动，也能做 运动，而螺型位错只能做 运动。在常温或低温下，位错的 运动非常困难，因为这种运动需要原子的 才能发生，显然，升高温度可以 这种运动。6-2刃型位错的滑移方向与柏氏矢量 ，与使该位错滑移的外分切应力 ；螺位错滑移方向与柏氏矢量 ，与使该位错滑移的外分切应力 。但是，无论什么位错在外应力作用下滑移时，其运动方向总是与位错线 ，就好像在位错线作用一个力，它的大小与 及 成正比，并指向 区。6-3冷变形金属的再结晶虽然是 与 过程，但是在这个过程中，金属的 不变化。6-4金属铸锭的组织从表面到心部一般由 、 、 三个晶区所组成。6-5螺位错的应力场只有 应力分量，无 应力分量；刃位错的应力场既有 应力分量，又有 应力分量。6-6外力作用在位错线上的力始终指向位错线的 方向，其大小与位错的 成正比，而位错的弹性应变能与位错的 成正比。6-7不全位错是 的边界线，面心立方金属中的肖克莱不全位错可以在滑移面上在做 运动，不能做 运动；弗兰克不全位错只能在层错面上做 运动，不能做 运动，运动导致层错区的扩大或缩小。6-8 位错不能发生交滑移，但可以在正应力作用下发生 运动，扩展位错在发生交滑移前必须先发生 。6-9金属在常温或低温下主要塑性变形方式是 ，其次是 。位错滑移方向总是指向 方向，位错的滑移面是 与 决定的平面，只有那些位错的滑移面与晶体的 面一致的位错才能做滑移运动。6-10再结晶的驱动力是 ，再结晶完成后的晶粒长大的驱动力是 。金属在高温下塑性变形时会发生 或 。6-11三元合金相图中的四相水平面与单相区交成 ，与三相区交成 。6-12位错的滑移面是由 和 决定的平面，刃型位错的滑移面有 个，螺型位错的滑移面理论上有 个，刃型位错既可以做 运动，又可以做 运动，但不能进行 运动，其易动性比螺位错的 。6-13不全位错是 与 不相等的位错，其位错线晶体中的 区和 区的交界线，在通常情况下，不全位错 单独滑移。二、回答与论述2-0简述“材料科学与工程（MSE）”的定义及其六面体五要素之间的关系。2-1陶瓷材料一般由哪些相组成？2-2布拉菲点阵一共有多少种？它们分属于哪几大晶类？铜属于哪种布拉菲点阵？2-3点阵平面（110）、（311）和（132）是否发球同一晶带？若是的话，试指出其晶带轴，另外再指出属于该晶带的任一其它点阵平面；若不是的话，为什么？2-4晶体的宏观对称元素有哪几种？并画图示意其中一种。2-5什么是固溶体？它是如何分类的？2-6晶体的微观对称元素有哪几种？并画图示意其中一种。2-7常见金属晶体结构中哪些是密排结构？它们能不能分别看作一种独立的布拉菲点阵？为什么？2-8什么是化合物？它可分为哪几类？2-9按照硅氧四面体在空间的组合情况，硅酸盐结构可以分成哪几类？2-10二元相图中的三相平衡反应为什么是在恒温下进行的？2-11三远相图中的四相平衡反应为什么是在恒温下进行的？2-12纯金属凝固和平衡凝固是否相同？说明两者的相同或不同之处。2-13单相固溶体正常凝固时是否会出现成分过冷？为什么？2-14判断下列位错反应能否进行：10+011 1102-15在面心立方晶体中有下述位错反应：10+21 11 判断该反应能否进行。2-16在室温下对铁板（其熔点为1538）和锡板（其熔点为232），分别进行来回弯折，随着弯折的进行，各会发生什么现象？为什么？2-17何谓上坡扩散？其产生的条件是什么？何谓柯肯达尔效应？2-18何谓超塑性？其产生的条件是什么？2-19试从柏氏矢量、位错类型、位错线形状和可能的运动方式比较面心立方晶体全位错、弗兰克分位错、肖克莱分位错和面角位错的特点。2-20试比较单晶铜与多晶铜的加工硬化特性。2-21试比较单晶锌与多晶锌的塑性变形特性。2-22试述孪生与滑移的异同，比较它们在塑变过程中的作用。2-23选择结晶？什么是区域熔炼？何谓珠光体转变？请简述这一转变过程及其所得到的组织与性能。四、绘图与计算4-0根据铁碳平衡相图，回答下列问题。写出Fe-C合金在1495、1154、1148、738和727发生的三相平衡反应的反应式。4-1指出下图中各二元相图中的错误，说明为什么是错的，并在图上予以纠正。（缺图，在书中P24第十题）4-2在铜单晶体中（111）和（11）滑移面上各存在一个柏氏矢量为10和011的全位错，当它们分解为扩展位错时，其领先位错分别为和。1.求它们可能的位错分解反应。2.当两领先位错在各自的滑移面上运动相遇时，发生了新的位错反应。试写出其位错反应式，判断该反应能否自发进行？并分析该新生成的位错其位错特性和运动性质。3.已知铜单晶aa=0.36nm,切变模量G=4104MPa,层错能0.04J/m2，试求上述柏氏矢量为10的位错形成扩展位错的宽度。4-3写出下列晶面指数。（图在P78第七题和P81第七题）4-4什么是全位错及不全位错？为什么面心立方晶体中的全位错可以分解成两个不全位错及，试从几何条件和能量条件两个方面给以说明。4-5试分析在面心立方金属中（点阵常数为a），下列位错反应能否进行，并指出这些位错各属什么类型？反应后生成的新位错能否在滑移面上运动？4-6假定某立方晶体中的活动滑移系为（111）：1.给出引起滑移的单位位错的柏氏矢量，加以说明。2.若引起滑移的为刃型位错，指明位错线方向及其滑移方向。3.若引起滑移的为螺型位错，指明位错线方向及其滑移方向。五、判断与纠错5-1 扩展位错之间常夹有一片层错区，因此扩展位错是面缺陷。 （ ）5-2金属中点缺陷的存在使电阻率增大。 （ ）5-3经过冷变形后再结晶退火的金属，晶粒都可得到细化。 （ ）5-4两个相互平等的位错，一个为纯螺型，另一个为纯刃型，则这两个位错之间没有相互作用。 （ ）5-5在面心立方晶体结构的置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为空位机制。 （ ）5-6多边化使分散分布的位错集中在一起形成位错墙，因位错应力场的叠加，使点阵畸变增大。 （ ）5-7在合金中，第二相与基体之间界面能的大小决定了第二相的形貌和分布。 （ ）5-8晶粒长大过程就是晶界迁移过程，也就是晶界的平直化过程，所以只要晶界平直了，晶粒就不长大了。 （ ）5-9一个不含空位的完整晶体在热力学上是不稳定的。 （ ）5-10间隙固溶体中溶质浓度越高，则溶质所占据的间隙越多，供扩散的空位间隙越少，导致扩散系数下降。 （ ）5-11变形金属只有在通常定义的再结晶温度以上才能发生再结晶，此温度以下不可能发生再结晶。 （ ）5-12位错受力方向处处垂直于位错线，位错运动过程中，晶体发生相对滑动的方向始终是柏氏矢量方向。 （ ）5-13渗碳处理常常在钢的奥氏体区域进行，这是因为碳在奥氏体中的浓度梯度比在铁素体中的大。 （ ）5-14回复、再结晶及晶粒长大三个过程均是形核及核长大过程，其驱动力增色为变形储能。（ ）5-15由于陶瓷粉末烧结时难以避免的显微空隙，在随后成型过程中产生微裂纹，导致陶瓷的实际拉伸强度低于理论的屈服强度。 （ ）5-16晶体中的滑移和孪生都不改变原有的晶体结构，但孪生变形却使晶体的变形部分发生了位向变化。 （ ）5-17再结晶织构是再结晶过程中被保留下来的变形织构。 （ ）5-18一个位错环不可能处处都是螺位错，也不可能处处都是刃位错。 （ ）5-19陶瓷晶体的变形除与结合键的本性有关外，还与晶体的滑移系少、位错的柏氏矢量大有关。 （ ）5-20为了消除硫化物在钢中的热脆，其两面角要大。 （ ）5-21再结晶结束后发生晶粒长大时的驱动力主要来自高的总晶界能。 （ ）5-22扩散过程中，原子的流量直接正经于扩散时间。 （ ）5-23由于碳在奥氏体中的扩散系数比铁素体中大，故钢的渗碳处理常常在奥氏体相区进行。 （ ） 材料的化学组成（分）通过相结构而决定材料的性能。（ ）在氯化钠晶体中，NaCl这样的分子是不存在的。（ ）对离子化合物而言，不可将化学式与分子式和结构式混为一谈。（ ）金刚石与石墨都是碳的单质，但它们在硬度、光学性质与电学性质方面表现了巨大的分歧。（ ）在金刚石晶体中，每个碳原子可与相邻的四个碳原子公用4对价电子，形成一个庞大的无限分子（晶体）。（）在非金属元素单质中，原子一般先通过共价键形成一个有限的或无限的分子，然后再由范氏力把这些分子连成一个晶体。（）在非金属元素单质中，原子首先通过共价结合形成分子，然后再由分子通过分子间力形成晶体。（）A4型点阵结构相当于空间利用率（堆积密度）为34%的正四面体堆积。（ ）从堆积密度来看，A7型点阵结构近似地相当于空间利用率仅为52.4%的立方体堆积。（ ）惰性气体原子具有完整的电子层（构型），它们并不形成化学键，而是通过微弱的没有方向性的范氏力直接凝聚成晶体。因此，这类元素的单质和金属相仿，亦具有与圆球的最密堆集相应的结构。（ ）氦的晶体具有A3型式的结构，氖、氩、氪、氙均以A1型结构存在于晶体中。（ ）六、解释与辨析物质与物相，物相与组织物质与材料，材料科学与材料工程，结构与性能点阵与阵点，晶体结构与空间点阵，晶胞与晶格，晶带与晶轴，结构基元与点阵单位，基元与阵点，点阵与平移群。周期性与对称性，对称元素与对称操作，旋转轴与反映面，反演与反映，点群与空间群，相组成与相结构，固溶体合金与化合物合金，中间相与间隙相，间隙固溶体与间隙化合物，位错与层错，堆垛层错与扩展位错，位错反应与位错交割，位错的割结与扭折，位错的攀移与滑移，高分子链的构型与构象，高分子链的进程结构与远程结构，均聚物与共聚物半共格相界与非共格相界，重合位置点阵与超点阵（或重合位置点阵与大角度晶界）结晶体与非晶体，准晶与非晶，液晶、准晶与非晶，上坡扩散与下坡扩散，稳态扩散与非稳态扩散，互扩散与自扩散， 孪生与孪晶，滑移与孪生，交滑移与多滑移，丝织构与板织构，滑移、孪生与扭折，多滑移与交滑移，固溶强化与形变强化，细晶强化与弥散强化，丝织构与板织构，形变织构与再结晶织构，织构（texture）与（结构）组织（microstructure），相律与相图，凝固与结晶，晶胚与晶核，能量起伏、结构起伏与成分起伏，均匀形核与非均匀形核，过冷度与临界晶核半径，形核与长大，选择结晶与区域熔炼，过冷度与晶粒度，均匀化（扩散）退火与再结晶（软化）退火，组织组成物与相组成物，平衡结晶与非平衡结晶，共晶转变与共析转变，伪共晶与离异共晶，枝晶偏析与比重偏析，固溶体的脱溶转变与多形性转变，脱溶分解与调幅分解，珠光体、马氏体与贝氏体，托氏体与索氏体和珠光体，铁素体、奥氏体和莱氏体，中间相与渗碳体。七、绘图与标示（作图时必须在晶胞中标出基矢a,b,c）7-1.在立方晶胞中画出如下晶面和晶向：（021），（1）和10。7-2.在六方晶胞中画出（22）晶面。8