材料科学基础考试复习题

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1、单项选择题：1 .高分子材料中的 (A)氢键2 .属于物理键的是 (A)共价键C-H化学键属于(B)离子键(B)范德华力(C)共价键(C)离子键3.化学键中通过共用电子对形成的是 (A)共价键 (B)离子键 (C)金属键4.面心立方晶体的致密度为 。(A) 100%(B) 68%(C) 74%5.体心立方晶体的致密度为O(A) 100%(B) 68%(C) 74%6.密排六方晶体的致密度为O(A) 100%(B) 68%(C) 74%7 .以下不具有多晶型性的金属是 。(A)铜(B)镒(C)铁8 . fcc、bcc、hcp三种单晶材料中，形变时各向异性行为最显著的是 。(A) fcc(B) b

2、cc(C) hcp9 . 与过渡金属最容易形成间隙化合物的元素是 。(A)氮(B)碳(C)硼10 . 面心立方晶体的挛晶面是 。(A) 112(B) 110(C) 11111 .以下属于正常价化合物的是 。(A) Mg2Pb(B) Cu5Sn(C) Fe3c12 .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)肖特基缺陷(B)弗仑克尔缺陷(C)线缺陷13 .原子迁移到间隙中形成空位-间隙对的点缺陷称为 。(A)肖脱基缺陷(B) Frank缺陷(C)堆垛层错14 .刃型位错的滑移方向与位错线之间的几何关系是？(A)垂直(B)平行(C)交叉15 .能进行攀移的位错必然是 。(A)刃

3、型位错(B)螺型位错(C)混合位错16 .以下材料中既存在晶界、又存在相界的是(A)挛晶铜(B)中碳钢(C)亚共晶铝硅合金17 .大角度晶界具有 个自由度。(A) 3(B) 4(Q 518 .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19 .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20 .固体中原子和分子迁移运动的各种机制中，得到实验充分验证的是(A)间隙机制(B)空位机制(C)交换机制21 .原子扩散的驱动力是 。(4.2非授课内容)(A)组元的浓度梯度(B)组元的化学势梯度(C)温度梯度22 . A和A

4、-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) A、B两组元的扩散速率相同23 .下述有关自扩散的描述中正确的为 。(A)自扩散系数由浓度梯度引起(B)自扩散又称为化学扩散(C)自扩散系数随温度升高而增加24 .在弹性极限e范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为(A)包申格效应(B)弹性后效(C)弹性滞后25 .塑性变形产生的滑移面和滑移方向是(A)晶体中原子密度最大的面和原子间距最短方向(B)晶体中原子密度最大的面和原子间距最长方向(C)晶体中原子密度最小的面和原子间距最短方向26 .

5、bcc、fcc、hcp三种典型晶体结构中， 具有最少的滑移系，因此具有这种晶体结构的材料塑性最差。(A) bcc(B) fcc(C) hcp27 . ,位错滑移的派-纳力越小。(A)位错宽度越大(B)滑移方向上的原子间距越大(C)相邻位错的距离越大28 . Cottrell气团理论对应变时效现象的解释是：(A)溶质原子再扩散到位错周围(B)位错增殖的结果(C)位错密度降低的结果29 .已知Cu的Tm=1083 C,则Cu的最低再结晶温度约为 。(A)200 C(B)270 C(C) 350C30 .已知Fe的Tm=1538 C,则Fe的最低再结晶温度约为 。(A)350 C(B)450 C(C

6、) 550C31 .位错缠结的多边化发生在形变合金加热的 阶段。(A)回复(B)再结晶(C)晶粒长大32 .形变后的材料再升温时发生回复与再结晶现象，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33 .形变后的材料在低温回复阶段时其内部组织发生显著变化的是 。(A)点缺陷的明显下降(B)形成亚晶界(C)位错重新运动和分布34 .由于晶核产生于高畸变能区域，再结晶在 部位不易形核。(A)大角度晶界和挛晶界(B)相界面(C)外表面35 .纯金属材料的再结晶过程中，最有可能在以下位置首先发生再结晶形核(A)小角度晶界(B)挛晶界(C)外表面36 .对于变形程度较小的

7、金属，其再结晶形核机制为 。(A)晶界合并(B)晶界迁移(C)晶界弓出37 .再结晶晶粒长大的过程中，晶粒界面的不同曲率是造成晶界迁移的直接原因，晶界总是向着方向移动(A)曲率中心(B)曲率中心相反(C)曲率中心垂直38 .开始发生再结晶的标志是：(A)产生多变化(B)新的无畸变等轴小晶粒代替变形组织(C)晶粒尺寸显著增大39 .在纯铜基体中添加微细氧化铝颗粒属于 。(A)复合强化(B)析出强化(C)固溶强化40 .在纯铜基体中添加铝或锡、馍等微量合金元素属于 。(A)复合强化(B)析出强化(C)固溶强化41 .在纯铝的凝固过程中添加Al-Ti-B细化剂属于。（A）复合强化（B）晶粒细化（C）

8、固溶强化42 .凝固时在形核阶段，只有核胚半径等于或大于临界尺寸时才能成为结晶的核心，当形成的核胚半径 等于临界半径时，体系的自由能变化 。（A）大于零（B）等于零（C）小于零43 .以下材料中，结晶过程中以非小平面方式生长的是 。（A）金属错（B）透明环己烷（C）氧化硅44 .以下材料中，结晶过程中以小平面方式生长的是 。（A）金属错（B）铜馍合金（C）金属铅45 .形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的。(A) 1/3(B) 2/3(C) 1/446 .铸锭凝固时如大部分结晶潜热可通过液相散失时，则固态显微组织主要为（A）树枝晶（B）柱状晶（C）胞状晶47 .凝固时不能有效降低晶粒

9、尺寸的是以下哪种方法?（A）加入形核剂（B）减小液相过冷度（C）对液相实施搅拌48 .对离异共晶和伪共晶的形成原因，下述说法正确的是 。（A）离异共晶只能经非平衡凝固获得（B）伪共晶只能经非平衡凝固获得（C）形成离异共晶的原始液相成分接近共晶成分49 .在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则用于 （A）单相区中（B）两相区中（C）三相平衡水平线上O（C）包晶转变50 .二元系合金中两组元部分互溶时，不可能发生（A）共晶转变（B）匀晶转变51 .任一合金的有序结构形成温度 无序结构形成温度。（A）低于（B）高于（C）可能低于或高于多项选择题：1 .以下同时具有方向性和饱和性的结合键的是 。

10、（A）共价键 （B）离子键 （C）氢键（D）金属键 （E）范德华力2 .晶体区别于其它固体结构的基本特征有 。（A）原子呈周期性重复排列（B）长程有序（C）具有固定的熔点（D）各向同性（E）各向异性3 .具有相同配位数和致密度的晶体结构是 。（A）面心立方（B）体心立方（C）简单立方（D）底心立方 （E）密排六方4 .以下具有多晶型性的金属是 。（A）铜（B）铁（C）镒（D）钛（E）钻5 .以下 等金属元素在常温下具有密排六方晶体结构。（A）镁（B）锌（C）镉（D）铭（E）镀6 .铁具有多晶型性，在不同温度下会形成 等晶体结构。（A）面心立方（B）体心立方（C）简单立方（D）底心立方 （E）密

11、排六方7 .晶体中点缺陷的形成原因有 。（A）（B）（C）（D）（E）温度起伏，高温淬火、冷变形加工、高能粒子辐照8 .晶体缺陷中属于面缺陷的有 。（A）层错（B）外表面 （C）挛晶界 （D）相界（E）空位9 .影响扩散的主要因素有 。(A)温度(B)固溶体类型(C)晶体结构(D)晶体缺陷(E)化学成分10 .关于均匀形核，以下说法正确的是 。(A)体积自由能的变化只能补偿形成临界晶核表面所需能量的三分之二(B)非均匀形核比均匀形核难度更大(C)结构起伏是促成均匀形核的必要因素(D)能量起伏是促成均匀形核的必要因素(E)过冷度 T越大，则临界半径越大11 .以下说法中， 说明了非均匀形核与均匀

12、形核之间的差异。(A)非均匀形核所需过冷度更小(B)均匀形核比非均匀形核难度更大(C) 一旦满足形核条件，均匀形核的形核率比非均匀形核更大(D)均匀形核试非均匀形核的一种特例(E)实际凝固过程中既有非均匀形核，又有均匀形核12 .晶体的长大方式有。(A)连续长大(B)不连续长大(C)平面生长(D)二维形核生长(E)螺型位错生长13 .控制金属的凝固过程获得细晶组织的手段有 。(A)加入形核剂(B)减小液相过冷度(C)增大液相过冷度(D)增加保温时间(E)施加机械振动14 .二元相图中，属于共晶方式的相转变有 。(A)共晶转变(B)共析转变(C)偏晶转变(D)熔晶转变(E)合晶转变15 .二元相

13、图中，属于包晶方式的相转变有 。(A)包晶转变(B)包析转变(C)合晶转变(D)偏晶转变(E)熔晶转变16 .二元相图必须遵循以下几何规律： 。(A)相图中的线条代表发生相转变的温度和平衡相的成分(B)两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一条线接界(C)两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开(D)二元相图中的三相平衡必为一条水平线(E)两相区与单相区的分界线与等温线相交时，其延长线应进入另一两相区内17 .构成匀晶合金的两种组元之间必须满足以下条件： 。(A)具有相同的晶体结构，晶格常数相近(B)具有相同的熔点(C)具有相同的原子价(D)具有相似的电负性(E)原子半

14、径差小于 15%18 .固溶体的平衡凝固包括 等几个阶段。(A)液相内的扩散过程(B)固相内的扩散过程(C)液相的长大(D)固相的继续长大(E)液固界面的运动判断题： 第一章1. 离子键的正负离子相间排列，具有方向性，无饱和性。 （错）2. 共价键通过共用电子对而成，具有方向性和饱和性。 （对）3. 同位素的原子具有相同的质子数和中子数。 （错）第二章4. 复杂晶胞与简单晶胞的区别是，除在顶角外，在体心、面心或底心上有阵点。 （对）5. 晶体结构的原子呈周期性重复排列，即存在短程有序。 （错）6. 立方晶系中，晶面族111 表示正八面体的面。 （对）7. 立方晶系中，晶面族110 表示正十二面

15、体的面。 （对）8. 晶向指数 和晶面指数（ h k l ） 中的数字相同时，对应的晶向和晶面相互垂直。 （对）9. 晶向所指方向相反，则晶向指数的数字相同，但符号相反。 （对）10. bcc 的间隙不是正多面体，四面体间隙包含于八面体间隙之中。 （对）11. 溶质与溶剂晶体结构相同是置换固溶体形成无限固溶体的必要条件。 （对）12. 非金属和金属的原子半径比值rx/rm0.59 时，形成间隙化合物，如氢化物、氮化物。 （错）13. 晶体中的原子在空间呈有规则的周期性重复排列； 而非晶体中的原子则是无规则排列的。 （对）14. 选取晶胞时，所选取的正方体应与宏观晶体具有同样的对称性。 （错）1

16、5. 空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，只有14 种类型，而实际存在的晶体结构是无限的。 （对）16. 形成置换固溶体的元素之间能无限互溶，形成间隙固溶体的元素之间只能有限互溶。 （错）17. 只有置换型固溶体的元素间有可能无限互溶，形成间隙固溶体的元素之间只能有限互溶。 （对）18. 间隙固溶体的溶解度不仅与溶质原子大小有关，还与晶体结构中间隙的形状、大小等有关。 （对）第三章19. 弗兰克缺陷是原子迁移到间隙中形成的空位- 间隙对。 （对）20. 位错线只能终止在晶体表面或界面上， 而不能中止于晶体内部。 （对）21. 滑移时，刃型位错的运动方向始终平行于位错线，而垂直于柏氏矢量。 （

17、错）22. 晶体表面一般为原子密度最大的面，其表面能与曲率有关：曲率越大，表面能越大。 （对）第四章23. 菲克定律描述了固体中存在浓度梯度时发生的扩散，即化学扩散。 （对）24. 温度越高，原子热激活能越大，扩散系数越大。 （对）25. 置换固溶体中溶质原子要高于间隙固溶体中的溶质原子的扩散速度。 （错）26. 由于晶体缺陷处点阵畸变较大，原子处于较高的能量状态，易于跃迁，故扩散激活能较小。 （对）第五章27. 滑移面和滑移方向总是晶体中原子密度最大的面和方向。 （对）28. 再结晶过程中显微组织重新改组，形成新的晶体结构，因此属于相变过程。 （错）29. 晶界本身的强度对多晶体的加工硬化贡

18、献不大，而多晶体加工硬化的主要原因来自晶界两侧晶粒的位向差。 （对）30. 聚合型合金的抗变形能力取决于两相的体积分数。 （错）31. 塑性变形会使金属的导电性升高，抗腐蚀性下降。 （错）32. 原子密度最小的晶面上面间距最大、点阵阻力最小。 （错）33. 孪生临界切应力比滑移的大得多，只有在滑移很难进行的条件下才会发生。 （对）34. 变形孪晶的生长过程分为形核、长大两个阶段，一般形核容易，长大比较难。 （错）35. 再结晶晶粒长大的驱动力是来自晶界移动后体系总的自由能的降低。 （对）36. 塑性加工产生硬化与位错间的交互作用及密度增加有关。 （对）37. 微观内应力的作用范围与晶粒尺寸为同

19、一数量级。 （对）第六章38. 由于均匀形核需要的过冷度很大，所以液态金属多为非均匀形核。 （对）39. 形核过程中，表面自由能是液固相变的驱动力，而体积自由能是其阻力。 （错）40. 粗糙界面的材料一般只有较小的结晶潜热，所以生长速率较高。 （对）第七章41. 固溶体非平衡凝固情况下，固相内组元扩散比液相内组元扩散慢得多，故偏离固相线的程度大得多。（对） 四、名词解释1. 结合键2. 空间点阵将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点，即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的阵列，即空间点阵。3. 晶带轴所有平行或相交于同一直线的这些晶面构成一个晶轴，此直线称为晶带轴。4. 多晶型性固态金属在

20、不同的温度和压力条件下具有不同晶体结构的特性。5. 固溶体以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其它组元原子所形成的均匀混合的固态溶体，继续保持溶体的晶体结构类型。6. 中间相两组元 A 和 B 组成合金时，除了可以形成以 A 为基或以 B为基的固溶体外，所形成的晶体结构与 A、 B 两组元均不相同的新相，称为中间相。7. 间隙相和化合物由过渡族金属与C、 N、 H、 B 等原子半径较小的非金属元素形成的金属化合物8. 固溶强化9. 弥散强化对于两相合金来说，第二相粒子均匀分布在基体相上时，将会对基体相产生明显的强化作用。10. 滑移在外加切应力的作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑

21、移面上，不断地作少量的位移（小于一个原子间距） 。11. 交滑移当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移的过程。是滑移的一种特殊方式。12. 亚晶界每个晶粒有时由位向稍有差异的亚晶粒组成，相邻亚晶粒间的界面。13. 孪晶指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成对称的位相关系，这两个晶体就称为孪晶。14. 多系滑移15. 应变时效16. 回复冷变形金属在退火时发生组织性能变化的早期阶段，在此阶段内物理和力学性能的回复程度是随温度和时间变化的。17. 再结晶过程18. 加工硬化金属材料在受到外力作用持续变形的过程中，随着变形的增加，强度硬度增

22、加，而塑韧性下降的现象。19. 均匀形核新相晶核在目相中均匀地生成，即晶核由一些原子团直接形核，不受杂质粒子或外表面的影响的形核过程。20. 非均匀形核新相优先在目相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核。21. 过冷度晶体材料的实际凝固凝固温度低于理论凝固温度的差值，用 T 表示。22. 连续长大粗糙界面情况下，液固界面的固相一侧上一半的原子位置空着，液相原子较容易进入这些位置与固相结合，晶体便以连续方式向液相中生长。23. 负温度梯度液相温度随液固界面的距离增大而降低的温度梯度情况。24. 树枝状生长25. 匀晶转变26. 包晶转变27. 平衡凝固28. 非平衡凝固29.

23、枝晶偏析固溶体通常以树枝状生长方式结晶，非平衡凝固导致先结晶的枝干和后结晶的枝间的成分不同，故称为枝晶偏析。30. 共晶转变由液相同时结晶出两种固相的过程称为共晶转变。该转变为恒温转变。31. 伪共晶32. 离异共晶五、简答题：1 .原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 答：1、化学键包括：金属键：电子共有化，既无饱和性又无方向性离子键：以离子而不是以原子为结合单元，要求正负离子相间排列，且无方向性，无饱和性共价键：共用电子对；饱和性；配位数较小，方向性2、物理键如范德华力，系次价键，不如化学键强大3、氢键：分子间作用力，介于化学键与物理键之间，具有饱和性2 .试从晶体结构的角度，说明间隙固

24、溶体、间隙相及间隙化合物之间的区别。答：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体成为间隙固溶体。形成间隙固溶体的溶质原子通常是原子半径小于0.1nm的非金属元素，如 H、B、C、N、。等。间隙固溶体保持溶剂的晶体结构，其成分可在一定固溶度极限值内波动，不能用分子式表示。（2分）间隙相和间隙化合物属于原子尺寸因素占主导地位的中间相。也是原子半径较小的非金属元素占据晶格的间隙，然而间隙相、间隙化合物的晶格与组成他们的任一组元晶格都不相同，其成分可在一定范围内波动。组成它们的组元大致都具有一定的原子组成比，可用化学分子式来表示。（2分）当rB/rA0.59时，形成间隙化合物，其结构为复杂的晶体结构。

25、（2分）3 .简述晶体中产生位错的主要来源。答：晶体中的位错来源主要可有以下几种。1） .晶体生长过程中产生位错。其主要来源有：（2分）由于熔体中杂质原子在凝固过程中不均匀分布使晶体的先后凝固部分成分不同，从而点阵常数也有差异，可能形成位错作为过渡；由于温度梯度、浓度梯度、机械振动等的影响，致使生长着的晶体偏转或弯曲引起相邻晶块之间有位相差，它们之间就会形成位错；晶体生长过程中由于相邻晶粒发生碰撞或因液流冲击，以及冷却时体积变化的热应力等原因会使晶 体表面产生台阶或受力变形而形成位错。2） .由于自高温较快凝固及冷却时晶体内存在大量过饱和空位，空位的聚集能形成位错。（1分）3） .晶体内部的某

26、些界面（如第二相质点、挛晶、晶界等）和微裂纹的附近，由于热应力和组织应力的作用，往往出现应力集中现象，当此应力高至足以使该局部区域发生滑移时，就在该区域产生位错。（1分）4 .简述晶界具有哪些特性？答：5 .对于同一种晶体，它的表面能与晶界能（相同的面积）哪一个较高？为什么？答：对于同一种晶体，晶界能比表面能高（2分）。推导如下：假设晶体的理想光滑的两个等面积平面合拢，会形成一个晶体内界面，该界面的能量相当于两个外表面之和，且理想状态下破坏该界面结合所需要白能量相当于键合能。即相同面积下，E晶界E完整晶体键合能2倍E表面（2分）6 .举例说明影响固体中原子和分子扩散的因素有哪几方面。 答：7

27、. 简述金属材料经过塑性变形后，可能会发生哪些方面性能的变化。 答：（1）加工硬化：塑性变形后，性能上最为突出的变化是强度（硬度）显著提高，塑性迅速下降。（1分）（2）腐蚀速度：塑变使扩散过程加速，腐蚀速度加快（1分）（3）密度：对含有铸造缺陷（如气孔、疏松等）的金属经塑性变形后可能使密度上升（1分）（4）弹性模量：塑变使弹性模量升高（1分）（5）电阻率：塑性变形使金属的电阻率升高。变化程度因材质而异。（1分）（6）另外，塑性变形还会引起电阻温度系数下降、导磁率下降、导热系数下降。（1分）8 .简述再结晶过程中的晶界弓出形核机制。（分）答：变形量较小（20%）的多晶体，其再结晶核心往往以晶界弓

28、出方式形成，或称应变导致的晶界迁移，凸 出形核机制。变形度较小时，多晶粒间变形不均匀性而导致多晶粒内位错密度不同。为了降低系统的自 由能，通过晶界迁移，原来平直的晶界会向位错密度大的晶粒内凸出，通过吞食畸变亚晶的方式形成无 畸变的再结晶晶核。9 .工业生产中怎样确定纯金属的再结晶温度？举例说明影响再结晶温度的因素有哪些。10 .金属的退火处理包括哪三个阶段？简述这三个阶段中晶粒大小、结构的变化。退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。回复是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构 和性能变化的阶段；再结晶是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程；晶粒长大是指再结 晶结束之后晶粒的继续

29、长大。 （5分）在回复阶段，由于不发生大角度晶界的迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维 状或扁平状，从光学显微组织上几乎看不出变化。在再结晶阶段，首先是在畸变度大的区域产生新的无 畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等 轴晶粒为止。最后，在晶界表面能的驱动下，新晶粒互相吞食而长大，从而得到一个在该条件下较为稳 定的尺寸，称为晶粒长大阶段。 （5分）11 .图示并分析金属材料凝固组织中树枝晶的生长过程。（画出液固界面附近的负温度梯度）在负温度梯度情况下，金属凝固过程中液固界面上产生的结晶潜热可通过液相散失，如果部分的相界面 生

30、长凸出到前面的液相中，则处于过冷度更大的液相中，使凸出部分的生长速度增大而进一步伸向液相 中。此时，液固界面就不可能保持平面状而是形成许多伸向液相的分枝，同时有可能在这些晶枝上长出 二次枝晶臂。这种方式即为树枝晶生长方式。12 .金属型浇铸的铸锭的宏观组织一般分为哪几个区，分析其形成原因？答：a.表层细晶区当液态金属注人锭模中后，型壁温度低，与型壁接触的很薄一层熔液产生强烈过冷，而且型壁可作为非均匀形核的基底，因此，立刻形成大量的晶核，这些晶核迅速长大至互相接触，形成 由细小的、方向杂乱的等轴晶粒组成的细晶区。b.柱状晶区随着“细晶区壳形成，型壁被熔液加热而不断升温，使剩余液体的冷却变慢，并且

31、由于结晶时释放潜热，故细晶区前沿液体的过冷度减小，形核变得困难，只有细晶区中现有的晶体向液体中生长。在这种情况下，只有一次轴（即生长速度最快的晶向）垂直于型壁（散热最快方向）的晶体才能得到优 先生长，而其他取向的晶粒，由于受邻近晶粒的限制而不能发展，因此，这些与散热相反方向的晶体择优生长而形成柱状晶区。各柱斗晶的生长方向是相同的C.中心等轴晶区柱状晶生长到一定程度，由于前沿液体远离型壁，散热困难，冷速变慢，而且熔液中的温差随之减小，这将阻止柱状晶的快速生长，当整个熔液温度降至熔点以下时，熔液中出现许多品 核并沿各个方向长大，就形成中心等轴晶区。13 .与平衡凝固相比较，固溶体的非平衡凝固有何特

32、点？（1）非平衡凝固的固相平均成分线和液相平均成分线与平衡凝固的固相线、液相线不同，冷却速度越快，偏离固、液相线越严重；反之，冷却速度越慢，越接近，表明凝固速度越接近平衡凝固条件。（2）先结晶部分总是富高熔点组元，后结晶的部分是富低熔点组元。（3）非平衡凝固总是导致凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温度。14 . 试分析包晶反应不平衡组织的形成过程。实际生产中的冷速较快，包晶反应所依赖的固体中原子扩散往往不能充分进行，导致包晶反应的不完全性，即在低于包晶温度下，将同时存在参与转变的液相和 相，其中液相在继续冷却过程中可能直接结晶出 相或参与其他反应，而 相仍保留在 相芯部，形成包晶反应的非平衡组

33、织。六、计算题：第2章1. 金刚石为碳的一种晶体，为复杂面心立方结构，晶胞中含有8个原子，其晶格常数 a=0.357nm,当它转换成石墨 (2 =2.25g/cm3)结构时，求其体积改变百分数？解：金刚石为复杂面心立方结构，每个晶胞含有8个碳原子8 123金刚石的伤度为： 3 3.503(g / cm )0.357 10 76.023 1023对于单位质量1g碳为金刚石结构时，体积为：v1=1/ 1=0.285(cm3)转变为石墨结构时，体积为：v2=1/ 2=0.444(cm3)故金刚石转变为石墨结构时体积膨胀：v2 V1 100% 55.8%v1答：第3章2. 在Fe中形成1mol空位需要

34、的能量为 104.675J ,试计算从20c升温至850c时空位数目增加多少倍？ 已知 R=8.31 J/K 。解：空位在温度T时的平衡浓度为系数A一般在110之间，取A=1 ,则（倍）故 空位增加了答： 第 4章3. 一块含 0.1%C 的碳钢在 930渗碳，渗到 0.05cm 的地方碳的浓度达到 0.45% 。在 t0 的全部时间， 渗碳气氛保持表面成分为1%,假设D=2.0 M0-5exp(-140000/RT)(m2/s)。(a)计算渗碳时间(已知 erf(0.61)=0.61 );(b)若将渗层加深一倍，则需多长时间？(c)若规定0.3%C作为渗碳层厚度的量度，则在930c渗碳10小

35、时的渗层厚度为870c渗碳10小时的多少倍？解：(a)由Fick第二定律得：1.0 104(s)(5分)x2A . D2t2(b)由关系式 x ADt ,得：XiADiti ,两式相比，得：当温度相同时，Di=D2,于是得:5分c)=8.0 10-8(cm2/s)因为：t930=t870, D 930=1.67 10-7(cm2/s)所以:D870= 0.2 /xp(-140000/8.314 1143)(倍)(5分)答：4. 在950 c下对纯铁渗碳，希望在 0.1mm的深度得到 w1(c)=0.9%的碳含量。假设表面碳浓度保持在w2(c)=1.20% ,扩散系数D Fe=10-10m2/s

36、。计算为达到次要求至少要渗碳多少时间？5. 一块含0.1%C的碳钢在930C、1%碳浓度的气氛中进行渗碳处理，经过 11个小时后在0.05cm的地方碳的浓度达到0.45% ,若要在 0.08cm的深度达到同样的渗碳浓度，则需多长时间？已知x s(s0)erf(2.Dt)解：由Fick第二定律得：一x即erf ()s 02 * Dt.一. x 、5 ( s 0)erf ()2、Dt由题意可知，两种情况下渗碳前后浓度相同且渗碳温度相同，即x1x22-Dt；2-Dt；2,x2故 t2t111Xi（5分）20.080.0528.16（小时）(10分，不准确扣1分)答：要在0.08cm深度达到同样的渗碳

37、深度，需28.16小时。6 .根据实际测定lgD与1/T的关系图，计算单晶体银和多晶体银在低于700c温度范围的扩散激活能,并说明两者扩散激活能差异的原因。WO BOO TOO WD 加双4Mm*0 80L001.201.40 t .60（1/TJx luJ ,_ Q 1 ,解：由 D=D0exp(-Q/RT) , |g D |g D0 ,(因为lnD 2.3lgD)2.3R TQig d ig D0而幻Q 11ig d () igeR T| T 2700 C时，多晶体银扩散激能：10.72 ( 12)01(1.10 10 3 1.30 10 3)lgeQ1 122.4kJ(注：图中的扩散激活

38、单 位是“卡”) 单晶体银的扩散激活能：8 ( 14)鱼lge(0.8 10 3 1.39 10 3)Q2 194.5kJ答：由于单晶体的扩散是体扩散，而多晶体存在晶界，晶界的 短路”扩散作用，使扩散速率增大，从而 扩散激活能较小。7.的扩散反应。温度从25c升高到600c时，这R=8.31 J/K 。有两种激活能分别为 E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol两种扩散的扩散系数有何变化，并对结果作出评述。已知 解:得:答：对于温度从298K提高到873K,扩散速率D分别提高4.6 X09和9.5 X028倍，显示出温度对扩散速 率的重要影响。激活能越大时，扩散速率对温度的敏感性越

39、大。第5章8.已知H70黄铜（30%Zn ）在400c的恒温下完成再结晶需要1小时，而在390c完成再结晶需要小时，试计算在420 c恒温下完成再结晶需要多少时间？解：再结晶是一热激活过程，故再结晶速率的时间t成反比，即1 Aex) tv Aexp RT ,而再结晶速率和产生某一体积分数所需QRT两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时,t1t2expQ 11R T2 T1两边取对数lnt1t2Q 11R T2 T1t1 Q 11同理有t3 R T3 T1已知t1=1小时，t2=2小时，代入上式可得 t3=0.26 (小时) 答：9. 铁的回复激活能为 88.9 kJ/mol ,如果经冷变形的

40、铁在400c进行回复处理，使其残留加工硬化为 60%需160分钟，问在450 c回复处理至同样效果需要多少时间？已知 R=8.314 J/(mo l . K)。一 一. t1Q 11解：同上题，有exp Q 11t2R T2 T1故t2t1expQ 11R T2 T116088.9 11exp8.31 723 87359(min)答:10 .已知单相黄铜400c恒温下完成再结晶需要1小时，而350c恒温时，则需要 3小时，试求该合金的再结晶激活能。已知 R=8.314 J/(mo l . K)。AQv Aexp解：再结晶是一热激活过程，故再结晶速率RT ,而再结晶速率和产生某一体积分数所需的时

41、间t成反比，即1 A exoQRT两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时,t1t2expQ 11R T2 T1,t1 lnQ Rt276.57(KJ/mol)11T1 T2答:112.7MPa和196MPa，问平均晶11 .已知平均晶粒直径为 1mm和0.0625mm的-Fe的屈服强度分别为粒直径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多少？c解：根据 Hall-Petch 公式：解得答：2G , 2 w、2G .2 a _12 .已知条件：v=0.3, Gcu=48300MPa ,Ga-Fe=81600MPa , PN exX ) exp1 v b 1 v (1 v)b指出Cu与a-Fe两晶体

42、易滑移的晶面和晶向，并分别求出它们的滑移面间距、滑移方向上的原子间距以 及点阵阻力。解:Cu：滑移面为111,滑移方向因此，d111= 皂，b=2a 32Fe：滑移面为110,滑移方向因此,Cud110= a2G exp 一1 v (13a ,b=a22 d 90.45MPa v)bFe2G 2 d ep1 v (1 v)b152.8MPa答: 第6章13 .已知条件：铝的熔点 Tm=933K ,单位体积熔化热 Lm=1.836 X 109J/m3,固液界面比表面能8=93 X10-3J/m2 ,原子体积 V0=1.66X 10-29m3。考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，

43、即：A T=1 , 10, 100和200K,计算：(a) 临界晶核尺寸；(b) 半径为r*的晶核个数；(c) 从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化AG* (形核功)；(d) 从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化A Gv(形核功)。将不同A T情况下得到的计算结果列表。1 C10C100 c200 cr* /nm94.59.450.9450.472N /个2.12X 1082.12X 1052.12X 10226.5A G*/ (J/m 3)-1.97 X 106-1.97 X 107-1.97X 108-3.93 X108A Gv/ J3.43 X 10-153.43 X 1

44、0-173.43 X 10-190.87X 10-1914. Pb-Sn二元合金的平衡相图如下图所示，已知共晶点为Sn%=61.9。试利用杠杆原理计算Pb-40Sn及Pb-70Sn两种合金共晶反应完成后，凝固组织中相和 相的成分百分比。4IX)u(Sn)/%, “ 钝镁)+Mg 2Ni(54.6Wt.%Ni)，如图所示。设Ci为亚共晶合金，C2为过共晶合金，这两种合金中的先共晶相的重量分数相等，但Ci合金中的色总量为C2合金中的&总量的2.5倍，试计算 Ci和C2的成分。Mg 2NiMg先23.5 C1100% ,Mg2NiC223.5d nno/23.554.6100 /o23.5根据题意有

45、：23.5 C1C223.5(1)23.554.623.5解：C1和C2合金的先共晶相分别为a-Mg和Mg2Ni ,C1和C2合金中的a总量分别为(2)根据题意有：54.6 C1 2.5 (54.6 C2)联立(1)、(2)两式可得:C1=12.7% ;C2=37.8%答：16. 根据铁碳合金相图，分别计算(c)=2.11% ,(c)=4.3%时的二次渗碳体的析出量，并画出 (c)=4.3%的冷却曲线。解：,_ _2,11 0.77 (1)=2.11%时，Fe3c 100% 22.6%6.69 0.77由铁碳相图可知奥氏体的成分为2.11%时，可得到最大的二次渗碳体析出量。(c)=4.3%时，共晶中奥氏体的量为6.69 4.3 0.52186.69 2.112 11 0 77则 Fe3c ,0.5218 100% 11.8%6.69 0.77(2) (c)=4.3%的冷却曲线如下图所示时间