山东大学材料科学基础试题库.docx
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山东大学材料科学基础试题库
《材料科学基础》试题库
名词解释
1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体
2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变
3、晶面族、晶向族4、有限固溶体、无限固溶体5、晶胞
6、二次渗碳体7、回复、再结晶、二次再结晶8、晶体结构、空间点阵
9、相、组织10、不平衡共晶、伪共晶、离异共晶11、临界变形度
12、淬透性、淬硬性13、固溶体置换固溶体间隙固溶体
14、均匀形核、非均匀形核15、成分过冷16、共析(共析)(包晶)反应
17、临界晶核18、枝晶偏析19、钢的退火,正火,淬火,回火20、反应扩散
21、临界分切应力22、调幅分解23、二次硬化24、上坡扩散
25、负温度梯度
30、柏氏矢量
描述位错特征的一个重要矢量,它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向,也是位错扫过后晶体相对滑动的量。
31、柯氏气团
32、动态再结晶
33、交滑移攀移
34、相组织
35、线缺陷
36、热加工冷加工
37、全位错不全位错
38、位错反应
39、相律
40、相图
描述各相平衡存在条件或共存关系的图解,也可称为平衡时热力学参量的几何轨迹。
41、点阵畸变
在局部范围,原子偏离其正常的点阵位置,造成点阵畸变。
42、过冷度
相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变,平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度。
43、形变织构
多晶形变过程中出现的晶体学取向择优的现象。
44、二次再结晶
再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。
45、滑移系
晶体中一个滑移面及该面上的一个滑移方向的组合称一个滑移系。
46、孪生
晶体受力后,以产生孪晶的方式进行的切变过程。
47、刃型位错和螺型位错模型
将晶体上半部切开,插入半个晶面,再粘合起来;这样,在相当于刃端部为中心线的附近一定范围,原子发生有规则的错动。
其特点是上半部受压,下半部受拉。
这与实际晶体中的刃型位错造成的情景相同,称刃型位错模型。
同样,将晶体的前半部切开,以刃端为界使左右两部分沿上下发生一个原子间距的相对切变,再粘合起来,这时在已切动和未切动交界线附近,原子错动情况与真实的螺位错相似,称螺型位错模型。
48、晶界与界面能
晶界是成分结构相同的同种晶粒间的界面。
界面上的原子处在断键状态,具有超额能量。
平均在界面单位面积上的超额能量叫界面能。
49、形变织构
多晶形变过程中出现的晶体学取向择优现象。
50、二次再结晶
再结晶结束后正常长大过程被抑制而发生少数晶粒异常长大的现象。
51、淬透性与淬硬性:
淬透性指合金淬成马氏体的能力,主要与临界冷却有关,大小用淬透层深度表示。
而淬硬性指淬火后能达到的最高硬度。
主要与钢中的碳含量有关。
(1)滑移临界分切应力
(2)金属键(3)中间相(4)布喇菲点阵(5)再结晶温度(6)滑移系(7)位错(8)二次再结晶(9)偏析(10)马氏体相变
1,滑移临界分切应力:
滑移系开动所需的最小分切应力;它是一个定值,与材料本身的性质有关,与外力取向无关。
2,金属键:
自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。
3,中间相:
合金中组元之间形成的、与纯组元结构不现的相。
在相图的中间区域。
4,布喇菲点阵:
除考虑晶胞外形外,还考虑阵点位置所构成的点阵。
或:
除考虑旋转对称性外,还考虑平移对称性,经有心化后构成的全部阵点。
5,再结晶温度:
形变金属在一定时间内刚好完成再结晶的最低温度。
6,滑移系:
晶体中一个可滑移面及该面上一个滑移晶向合称一个滑移系。
7,位错:
是晶体内的一种线缺陷,其特点是沿一条线方向原子有规律地发生错排,这种缺陷用一线方向和一个柏氏矢量共同描述。
8,二次再结晶:
不规则结晶结束后,正常长大过程被抑制而发生的少数晶粒反常长大的现象。
9,偏析:
合金中化学成分的不均匀性。
10,马氏体相变:
其过程遵循无扩散、切变方式的相转变。
成分过冷再结晶 空间点阵 间隙相 成分过冷 反应扩散 连续脱溶上坡扩散 不连续脱熔 加工硬化 伪共晶
非均质形核——依靠外来夹杂或型壁界面所提供的异质界面非自发地形核,称为异质形核,或非均质形核。
成分过冷——由固—液界面前方溶质的再分配引起的过冷。
定向凝固——又称定向结晶,是使金属或合金在熔体中定向生长晶体的一种工艺方法。
选择
1、在柯肯达尔效应中,标记漂移主要原因是扩散偶中_____。
A、两组元的原子尺寸不同B、仅一组元的扩散C、两组元的扩散速率不同
2、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
3、铸铁与碳钢的区别在于有无_____。
A、莱氏体B、珠光体C、铁素体
4、原子扩散的驱动力是_____。
A、组元的浓度梯度B、组元的化学势梯度C、温度梯度
5、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
6、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子,这样的缺陷称为_____。
A、肖脱基缺陷B、弗兰克尔缺陷C、线缺陷
7、理想密排六方结构金属的c/a为_____。
A、1.6B、2×√(2/3)C、√(2/3)
8、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
9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度,其值范围是_____。
(其中Ko是平衡分配系数)
A、1 10、面心立方晶体的孪晶面是_____。 A、{112}B、{110}C、{111} 11、形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的_____。 A、1/3B、2/3C、3/4 12、金属结晶过程中(): a、临界晶核半径越大,形核越易;b、临界晶核形成功越大,形核越易; c、过冷度越大,形核越易;d、均质形核比非均质形核容易。 13、三元相图中(): a、垂直截面图上可应用杠杆定律;b、垂直截面图上三相区域为直边三角形; c、四相共晶反应平面在成份投影图上为曲边四边形;d、四相反应为等温反应。 14、 1下列对金属键描述正确的是: A无方向性和饱和性B有方向性和饱和性 C有方向性无饱和性D无方向性有饱和性 2下列对晶体与非晶体描述正确的是: A晶体有熔点和性能的各向异性;非晶体有熔点和性能的各向同性 B晶体有熔点和性能的各向异性;非晶体没有熔点,性能为各向同性 C晶体没有熔点和性能的各向异性;非晶体有熔点,性能为各向同性 D晶体有熔点和性能的各向异性;非晶体也有熔点和性能的各向异性 3金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种,它们的晶胞中原子数分别为: A4;2;6B6;2;4C4;4;6D2;4;6 4关于间隙固溶体与间隙化合物说法正确的是: A二者在结构方面不同B二者力学性能相近 C二者结合键相同D二者物理性能相近 5柏氏矢量是表示位错特征的矢量,但它不能用于: A判断位错性质B表示位错的能量C判断位错反应D表示位错密度 6晶界不包括: A大角度晶界B小角度晶界C孪晶界D表面 7下列对液-固粗糙界面描述正确的是: A微观粗糙,宏观平整B微观粗糙,宏观粗糙 C微观平整,宏观粗糙D微观平整,宏观平整 8能得到非晶态合金的技术是: A定向凝固技术B尖端形核技术C急冷凝固技术D垂直提拉技术 9合金与纯金属结晶的不同点是: A需要过冷B需要能量起伏C需要成分起伏D需要结构起伏 10下列不属于Fe-Fe3C相图中的组成相是: A铁素体B奥氏体C渗碳体D石墨 11Fe-Fe3C相图的组元是: AFe和Fe3CBFe和CC铁素体和Fe3CD奥氏体和Fe3C 12随含碳量的提高,热轧钢力学性能的变化规律是: A强度、硬度升高,塑性、韧性降低 B强度、硬度升高,塑性、韧性升高 C强度先升后降D强度先降后升 13下列不属于铸锭中宏观偏析的是: A正常偏析B枝晶偏析C反常偏析D比重偏析 14晶体塑性变形时,不能通过刃型位错进行: A单滑移B多滑移C交滑移D晶体转动 15晶粒大小对金属的性能有重要影响。 晶粒越小, A金属的强度越高,塑性越好B金属的强度越高,塑性越差 C金属的强度越低,塑性越好D金属的强度越低,塑性越差 16对金属冷冲压成型时,有时会产生“制耳”,其形成原因是: A残余应力B变形织构C加工硬化D晶格畸变 17用于降低冷变形金属中的内应力的方法是: A低温回火B回复退火C再结晶退火D高温回火 18在热加工过程中,一般不发生: A动态回复B动态再结晶C静态再结晶D加工硬化 19固态相变比液-固相变困难的主要原因是: A固态相变的温度低B固态相变时有应变能的额外增加 C固态相变时没有扩散D固态相变时有界面自由能的升高 20用于调整低碳钢的硬度和改善其切削加工性能的热处理工艺是: A完全退火B球化退火C正火D回火 二、多项选择题(每题1分,共20分) 1下列对金属特性描述正确的是: A有良好的延展性B有良好的导电性 C有良好的导热性D具有金属光泽 2下列对空间点阵描述正确的是: A空间点阵中的点代表原子的中心B空间点阵中每一点周围的环境都相同 C有无限多种D可分属7个晶系 3固溶体材料中常见的组成相,下列描述正确的是: A固溶体的结构与溶剂相同B固溶体的溶质原子只能占据溶剂的间隙位置 C固溶体中的原子可形成有序分布D溶质原子的固溶度是有限的 4空位是晶体中一种典型的点缺陷,下列说法正确的是: A在点阵中形成拉应力场B在一定温度下没有一定的平衡浓度 C使电阻增大D可提高屈服强度 5位错是晶体中的线缺陷,实际上位错: A是晶体滑移区与未滑移区的边界B是一个管道状缺陷区 C可以在晶体内部中止D是一种热力学平衡的缺陷 6面缺陷包括: A表面B晶界C相界D溶质原子 7下列对金属结晶描述正确的是: A包括形核-长大两个过程B温度低于熔点才能进行 C需要能量起伏D需要结构起伏 8细化金属铸件晶粒的方法有: A提高过冷度B变质处理C振动和搅拌D高温慢速浇铸 9二元相图中有一些重要的几何规律,主要有: A相邻相区的相数差1B三相平衡区是一条水平线 C相图中两条水平线之间是两相区D单相区边界线的延长线应进入相邻的两相区 10共晶系合金在快速冷却条件下,可得到: A伪共晶组织B不平衡共晶组织 C离异共晶组织D包晶组织 11Fe-Fe3C相图中有三条水平线,它们表示的相变是: A合晶转变B包晶转变C共晶转变D共析转变 12常见的铸锭三区包括: A细晶区B等轴晶区C微晶区D柱状晶区 13金属塑性变形的主要方式有: A滑移B攀移C孪生D扭折 14多晶体塑性变形与单晶体塑性变形的不同之处是: A多晶体塑性变形不能以孪生的方式进行B多晶体塑性变形时有晶粒的阻碍作用 C多晶体塑性变形需要晶粒间的变形协调D多晶体的塑性变形能力较差 15金属的塑性变形将使其组织和性能发生变化,如: A晶粒被拉长B强度、硬度升高 C位错密度降低D抗蚀性下降 16为提高金属的强度,可采取下列措施: A固溶处理B弥散处理C制造单晶D细化晶粒 17再结晶退火常用于恢复冷变形金属的变形能力,下列描述正确的是: A再结晶可使冷变形金属恢复到变形前的状态B再结晶包括形核-长大两个过程 C再结晶使金属晶格类型发生了变化D再结晶的驱动力是变形储存能 18钢的渗碳在奥氏体中而不在铁素体中进行,是因为: A奥氏体中的间隙大B奥氏体的温度高 C奥氏体中碳的饱和溶解度大D奥氏体的间隙总量多 19描述奥氏体化后晶粒大小的参数主要有: A起始晶粒度B终了晶粒度C本质晶粒度D实际晶粒度 20马氏体高强度高硬度的主要原因是: A固溶强化B相变强化C时效强化D形变强化 选择题: (每题1分) 1. 当加热到A3温度,亚共析钢中的奥氏体转变为铁素体,这种转变可称为( )。 A.同素异晶转变 B.重结晶 D.再结晶 E.结晶 2. 若面心立方晶体的晶格常数为a,则其八面体间隙( )。 A. 是不对称的 B.是对称的C.位于面心和棱边中点D.位于体心和棱边中点 3.在912℃(其晶格常数为0.02464nm)转变为(其晶格常数为0.0486nm)时的休积( )。 A膨胀;B收缩;C不变;D不能确定 4.渗碳体是一种( ) A间隙相;B金属化合物;C间隙化合物D固溶体 5.六方晶系的[100]晶向指数,若改用四坐标轴的密勒指数标定,可表示为( )。 A;B;C;D=1负210; 6.晶面(110)和(1负11)所在的晶带,其晶带轴的指数为( ) A负112 B1负12 C02负1 D0负12 7.对于平衡状态下的亚共析钢,随着含碳量的增加,其 A.硬度,强度均升高 B。 硬度下降,塑性升高 C.塑性,韧性均下降 D。 强度塑性均不变 8.固溶体合金与共晶合金相比,固溶体合金通常具有如下特性 A.铸造性好 B。 锻造性好 C。 焊接性好 D。 机械加工性好 9.含碳量1%的碳钢平衡结晶到室温,则在室温下该合金中 A相组成物为铁素体和渗碳体 B。 组织组成物是铁素体和二次渗碳体 C 珠光体含量为96% D铁素体总含量为85% 10为获得细小的晶粒的铝合金,可采用如下工艺 A 固溶处理 B 变质处理 C 调质处理 D 冷变形和中间退火 11.经冷变形的金属随后加热到一定温度将会发生回复再结晶,这是一个 A 低位错密度的晶粒取代高位错密度的晶粒的过程 B 也是一个形核和长大的过程 C是一个典型的固态相变的过程 D也是重结晶过程 12.下贝氏体是 A含碳量饱和的单相铁素体 B呈现竹叶状 C呈现羽毛状 D 含碳过饱和的片状铁素体和碳化物组成的复相组织 13铸铁和碳钢的主要区别在于组织中是否有 A渗碳体 B 珠光体 C 铁素体 D 莱氏体 14调幅分解是固溶体分解的一种特殊形式 A一种多晶形转变 B形核和长大的过程 C无形核的直接长大过程 D一种固溶体分解位成分不同而结构相同的两种固溶体 15碳渗入γ-Fe中形成间隙固溶体,成为 A铁素体B奥氏体C 马氏体 D索氏体 16通常情况下,随回火温度的升高,淬火钢的 A强度下降B硬度下降C塑性提高D韧性基本不变 17影响固溶度的主要因素有 A溶质和溶剂原子的原子半径差 B溶质和溶剂原子的电复性差 C溶质元素的原子价 D电子浓度 18具有光滑界面的物质在负的温度梯度下长大时 A以二维晶核方式长大 B以螺旋方式长大 C以垂直方式长大 D呈现树枝状结晶 19利用三元相图的变温界面图可以 A确定三元合金平衡相的成分 B定性分析三元合金的平衡结晶过程 C确定平衡相的含量 C应用杠杆定律和重心法则 20马氏体具有高强度的原因 A固溶强化B相变强化C时效强化 D细晶强化 三、判断正误(每小题1分,共10分) 正确的在括号内画“√”,错误的画“×” 1.金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。 () 2.作用在位错线上的力F的方向永远垂直于位错线并指向滑移面上的未滑移区。 () 3.只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶,间隙固溶体则不能。 () 4.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。 () 5.固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔGB<0、结构起伏和能量起伏。 () 6.三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。 () 7.物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。 () 8.塑性变形时,滑移面总是晶体的密排面,滑移方向也总是密排方向。 () 9.和液固转变一样,固态相变也有驱动力并要克服阻力,因此两种转变的难易程度相似。 () 10.除Co以外,几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使C曲线左移,从而增加钢的淬透性。 () (1)在钢中,随含碳量的增加,珠光体的相对量也不断增加。 () (2)钢中铁素体与奥氏体的本质区别在于含碳量不同。 () (3)平衡状态下,在碳钢中,随含碳量的增加,强度、硬度均随之增加。 () (4)珠光体是单相组织。 () (5)亚共析钢的基本相是铁素体和珠光体。 () (6)扩散是原子的定向移动。 () (7)金属铸件可通过再结晶退火细化晶粒。 () (8)再结晶虽包含形核和长大过程,但它不是一个相变过程。 () (9)点缺陷是热力学上平衡的缺陷()。 (10)一条弯曲位错线,其各部分的柏氏矢量都相同()。 (11)不平衡凝固时,固界面上固、液相的平衡不符合相图所表示的平衡关系。 () (12)只有在负温度梯度下,合金凝固才能形成树枝状晶。 () (13)在多晶体的塑性变形过程中,其各晶粒的变形是独立的。 () (14)热加工是指在高温状态下进行的加工过程。 () (15)材料中的晶粒越细,其强度越高,其塑性就越低。 () (16)原子的扩散只能由高浓度处向低浓度处进行。 () (17)固态相变时新相晶核往往优先在晶体缺陷处形成。 () (18)体心立方金属的滑移系总数比面心立方多,因而其塑性也比面心立方金属好。 () (19)一种材料中只能存在一种结合键。 () (20)可以利用三元相图的变温截面图,分析合金相和成分变化。 () 判断题: 1. 过冷度越大,形核率与线长大速率的比值越大,则获得的晶粒越细小。 ( ) (2分) 2. 金属以及合金由液态转变为固态的过程称为结晶,是一个典型的相变过程。 ( ) (2分) 3. 金属铸件可以通过再结晶退火来达到细化晶粒的目的。 4. 回复退火可以有效的消除冷变形金属的内应力。 5. 几乎所有的钢都会产生第一类回火脆性,若回火后采用快冷的方式可以避免此类脆性。 ( ) (2分) 1. 画出Fe-C相图,标明多相区的相,一次渗碳体,二次渗碳体,三次渗碳体,共晶渗碳体,共析渗碳体形成条件,组织结构,晶体结构有什么相同点和不同点? 合金中的二次渗碳体的最大含量多少? (15分) 2(20分)判断题 (1)属于同一种空间点阵的晶体可以具有不同的晶体结构 (2)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。 (3)致密度高的密排金属作为溶剂形成间隙固溶体时,其溶解度总比致密度低的金属小。 (4)非共晶成分的合金,经较快冷却而形成的全部共晶组织称为伪共晶。 (5)液态金属结晶时,形成临界晶核时体积自有能的减少只能补偿新增表面能的1/3. (6)单晶体的临界分切应力主要取决于晶体的类型及纯度,而与外力的大小和取向无关。 (7)强化金属材料的各种手段,其出发点都在于制造无缺陷的晶体或设置位错运动的障碍。 (8)一般情况下,高纯金属比工业纯度金属更容易发生再结晶。 (9)纯金属经同素异构转变后,会产生组织和结构方面的变化。 (10)调幅分解过程中发生溶质原子的上坡扩散。 6.(15分) (1)用晶向和晶面指数的组合写出面心立方,体心立方及密排六方金属的全部滑移系。 (2)在面心立方晶体的单位晶胞中画出一个滑移系,并标出晶面晶向指数。 3.在立方晶体中画出以下晶面和晶向: 【112】,【-210】,(102) (11-2) 6.分别列出对纯金属和合金可能采取的强化机制。 8.850摄氏度渗碳与950摄氏度渗碳相比,优点是热处理后产品晶粒细小。 a)计算上述两个温度下碳在r-Fe中的扩散系数,已知D0=2.0*10-5m2/sQ=140*103J/mol.。 b)850摄氏度渗碳需用多长时间才能获得950摄氏度渗碳5小时的渗层厚度(不同温度下碳在r-Fe中的溶解度的差别可忽略) 1.为什么过冷度是液态合金结晶的驱动力? 结晶过程的发生必须是液相的自由能高于固相的自由能,液相金属与固相金属自由能之差即为结晶的驱动力,要获得结晶过程所必需的驱动力,一定要使实际结晶的温度低于理论结晶温度,即要有一定的过冷度,才能满足热力学条件。 1.液态合金凝固时的热过冷和成分过冷有何区别? 成分过冷对单相合金晶体生长方式有何影响? 答题要点: 热过冷——液态凝固时所需过冷完全由传热所提供。 成分过冷: 凝固时由于溶质再分配造成固液界面前沿溶质浓度变化,引起理论凝固温度的改变而在液固界面前液相内形成的过冷。 成分过冷对单相合金晶体生长方式影响: (1)无“成分过冷”的平面生长。 当单相合金晶体生长条件符合: 界面前方不产生成分过冷。 界面将以平向生长方式生长。 宏观平坦的界面是等温的,以恒定的平衡成分向前推进。 获得成分完全均匀的单相固溶体柱状晶甚至单晶体。 (2)窄成分过冷区的胞状生长。 当单相合金晶体生长符合条件: 时,界面前方产生一个窄成分过冷区,晶体生长以胞状晶方式生长。 (3)较宽成分过冷区的柱状树枝晶生长。 随着界面前方成分过冷区加宽,凸起晶胞将向熔体伸展更远;原来胞晶抛物状界面逐渐变得不稳定。 晶胞生长方向开始转向优先的结晶生长方向,胞晶的横向也将受晶体学因素的影响而出现凸缘结构,当成分过冷加强时,凸缘上又会出现锯齿结构即二次枝晶。 将出现二次枝晶的胞晶称为胞状树枝晶,或柱状树枝晶。 (4)宽成分过冷区的自由树枝晶生长。 当固一液界面前方液体中成分过冷的最大值大于液体中非均质生核所需要的过冷度ΔT异时,在柱状枝晶生长的同时,界面前方这部分液体将发生新的形核过程,导致晶体在过冷的液体中自由成核生长,并长成树枝晶,这称为自由树枝晶,此后的凝固过程便是等轴晶不断向液体内部推进的过程。 1.在晶格常数为a的面心立方晶胞中,画出{111}晶面族的全部晶面并标出各自的晶面指数,计算面间距。 (12′) 3.含碳量为百分之3.5的铁-碳合金,在室温时由哪两个相组成? 各占的重量百分数是多少? 并计算室温时珠光体和莱氏体的百分含量。 (12′) 1.画出面心立方体的(111)和(100)面,计算面间距和面密度。 证实晶面的间距越大,原子面密度越高。 (15′) 6. (1).如果不考虑畸变能,第二相粒子在晶内析出是何形态? 在晶界
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