2022年《材料科学基础》练习题集

1、材料科学基础复习题第 1 章 原子结构与结合键一、判定题：4、金属键具有明显的方向性和饱和性；（ F ）5、共价键具有明显的方向性和饱和性；（ T ）6、组成固溶体的两组元完全互溶的必要条件是两组元的电负性相同；两组元的晶体结构相同（ F ）7、工程材料的强度与结合键有确定的关系,结合键 强度和熔点越低；能越高 的材料,通常其弹性模量、（F ）8、晶体中配位数和致密度之间的关系是配位数越大,致密度越小；（F ）二、选择题：1、具有明显的方向性和饱和性；A、金属键 B、共价键C、离子键 D、化学键2、以下各种结合键中,结合键能最大的是；A、离子键、共价键 B、金属键C、分子键 D、化学键3、以下

2、各种结合键中,结合键能最小的是；A、离子键、共价键 B、金属键C、分子键 D、化学键5、已知铝元素的电负性为 1.61 ,氧元素的电负性为 3.44 ,就 Al 2O3中离子键结合的比例为；A、28% B、45% C、57% D、68% 6、以下关于结合键的性质与材料性能的关系中,是不正确的； P54 A、结合键能是影响弹性模量的主要因素,结合键能越大,材料的弹性模量越大；B、具有同类型结合键的材料,结合键能越高,熔点也越高；C、具有离子键和共价键的材料,塑性较差；D、随着温度上升,金属中的正离子和原子本身振动的幅度加大,导电率和导热率都会增加；（应当是自由电子的定向运动加剧）7、组成固溶体的

3、两组元完全互溶的必要条件是；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；、配位数越小,致密度越大、两者之间无直接关系11、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 BC、配位数越大,致密度越小 D三、填空题：2、构成陶瓷化合物的两种元素的电负性差值越大,就化合物中离子键结合的比例越大；a,单位晶胞原子数为 2 、原子半径为3、体心立方结构的晶格常数为1 a ,配位数为 8 ；4、面心立方结构的晶格常数为 a,原子半径为 a ,配位数为 12 ；5、通常把平稳距离下的原子间的相互作用能量定义为原子的；6、材料的结合键准备其

4、弹性模量的高低,氧化物陶瓷材料以 离子键 键为主,结合键 强 故其弹性模量 高；金属材料以 金属 键为主,结合键故其弹性模量；高分子材料的分子链上是 键,分子链之间是 键,故其弹性模量；第 3 章 晶体结构（原子的规章排列）一、名词说明：1、阵点2、晶胞3、配位数4、致密度二、填空题：1、面心立方结构的晶格常数为a,单位晶胞原子数为、原子半径为；a ,配位数为；a,原子半径为 a ,配位数为2、体心立方结构的晶格常数为3、下图中表示的晶向指数是,晶面指数是；4、绝大多数金属的晶体结构都属于体心立方、面心立方和密排六方三种典型的紧密结构；三、判定题：1、晶体结构的配位数越大,致密度越大；（T ）

5、2、面心立方晶体结构的原子最密排晶向族为 ；（ F ）T 3、面心立方晶体结构的晶胞中的原子数为 4；（ T ）4、室温下,纯铁的晶体结构为体心立方晶格,纯铜的晶体结构为面心立方晶格；（T ）纯铁在 912C 以上是面心立方晶格 ,以下是体心立方晶格（ ）5、纯铁加热到 912 C时,从体心立方晶格变为面心立方晶格,体积会膨胀 ；（T）F6、体心立方结构的晶格常数为a,就原子半径r2a；（ F ）47、面心立方晶格的配位数为8；（F 四、选择题：2 1、晶体中配位数和致密度之间的关系是；、配位数越小,致密度越大A、配位数越大,致密度越大 BC、配位数越大,致密度越小 DD、两者之间无直接关系2

6、、面心立方晶体结构的原子最密排晶向族为；A、111 B、 C、110 D、 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：A、4；2；6 B 、6；2；4 C、4；4；6 D、2；4；6 4、室温下,纯铝的晶体结构为 晶格；A、简洁立方 B、体心立立 C、面心立方 D 、密排六方五、简答与运算题：1、试画出立方晶系中具有以下密勒指数的 2、试画出立方晶系中具有以下密勒指数的010、110、121、312晶面；111、123、110和211晶向；3、画出立方晶系中具有以下密勒指数的晶面和晶向：2 1 1 、3 3 1 晶面和1 1 3、 123 晶向；和2、

7、（6%）画出立方晶系中具有以下密勒指数的晶面和晶向： 112、 110晶面10 1、10 1、0 1 1 晶向,并写出以下各图中所标的晶面或晶向指数；、 122晶面和3、（6%）画出立方晶系中具有以下密勒指数的晶面和晶向：201 02 1晶向,并写出以下各图中所标的晶面或晶向指数；并在图中画出 1 1 2晶面和11 2晶4、（6%）写出以下各图中所标的晶面或晶向指数,向；3 5、试运算面心立方（ FCC）晶体的晶格致密度；6、试运算体心立方（ BCC）晶体的晶格致密度； 第 3 章 晶体缺陷（原子的不规章排列）一、名词说明：1、点缺陷：原子排列不规章的区域在空间三个方向尺寸都很小,主要指空位、

8、间隙原 子、置换原子等；（书： +杂质或者溶质原子）2、线缺陷：原子排列的不规章区域在空间一个方向上的尺寸很大,而在其余两个方向 上的尺寸很小；如位错；3、面缺陷：原子排列不规章的区域在空间两个方向上的尺寸很大,而另一方向上的尺 寸很小；如晶界和亚晶界；4、亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内,晶格位向也并非完全一样,而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块,它们相互镶嵌而成晶粒,称亚晶粒；-？5、亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界；6、刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成；滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线（刀刃位错线）；假如相对滑移的结果上半部分多出

9、一半原子面,余外半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口,故称“ 刃 型位错” ；7、单晶体：假如一块晶体,其内部的晶格位向完全一样,就称这块晶体为单晶体；8、多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“ 多晶体”；9、柏氏矢量 （上课时：反映位错区畸变的方向与程度；书：借助一个规定的矢量揭示 位错的本质 P33）10、置换固溶体：溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部分原子而组成的固溶体称置换固 溶体；（P74）4 11、间隙固溶体：溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体,即间隙固溶体；二、判定题：1、位错的密度可以用柏氏矢量表示；.螺旋位错的柏氏矢量与其位错线平行；（ F ）2、刃型位错的柏氏矢

10、量与其位错线垂直,（T ）3、金属中点缺陷的存在使其电阻率增大；（T ）4、在晶体滑移过程中,由于位错不断移出滑移面,位错密度随形变量的增加而削减；（ F）5、小角度晶界的晶界能比大角度晶界的晶界能高；（ F ）三、选择题：B；1、下图中, 2 表示的点缺陷是A、弗兰克尔空位 B、肖脱基空位 C、复合空位 D、置换原子2、在晶体滑移过程中B；A、由于位错不断移出滑移面,位错密度随形变量的增加而削减 B、由于位错的增殖,位错密度随形变量的增加而增高 C、由于晶界不断吸取位错,位错密度随形变量的增加而削减 D、由于位错的消逝（移出滑移面）和增殖的共同作用,位错的密度基本不变 4、位错运动方向处处垂

11、直于位错线, 在运动中是可变的, 晶体做相对滑动的方向 C ；、始终是柏氏矢量方向 A、随位错线运动方向而转变 BC、始终是外力的方向 D、垂直于柏氏矢量方向5、单晶体的临界分切应力值与 C 有关；、拉伸时的屈服应力A、外力相对于滑移系的取向 BC、晶体的类型和纯度 D、拉伸时的应变大小6、面心立方晶体结构的滑移系是；A、111 B、110 5 C、110 D、110 ；、 7、体心立方晶体结构的原子最密排晶向族为A、111 B、 C、110 D8、下图中, 5 表示的点缺陷是；A、弗兰克尔空位B、肖脱基空位C、复合空位D、置换原子9、单晶体产生塑性变形时,主要取决于滑移面上的；A、正应力B、

12、切应力 C 、正应力或切应力 D 、正应力和切应力四、填空题：1、晶体缺陷依据其几何特点可将其分为 点缺陷、面缺陷 和线缺陷三种类型；位错属于 线 缺陷,分为 螺型 位错、刃型 位错、混合位错三种类型；滑移、 攀移 是位错运动的两种方式；2、金属塑性变形的主要方式是 滑移,其次是 孪生 和；滑移是沿着 滑移面 面和 滑移方向 方向进行的；（P191）3、对于刃型位错线,柏氏矢量 柏氏矢量,其攀移运动方向垂直 于位错线,其滑移运动方向 平行 于于柏氏矢量,其滑移运动方向 于柏氏矢量；对于螺旋位错线,柏氏矢量 于位错线,其滑移运动方向 于柏氏矢量,其交滑移运动方向 于柏氏矢量；对于混合位错线,柏氏

13、矢量 于位错线,其滑移运动方向 于柏氏矢量；柏氏矢量的方向就是晶体滑移的方向；答：垂直；平行；垂直；平行；平行；垂直；垂直；即不垂直也不平行；垂直；4、面心立方晶体的一个最密排面是（111）,该面上的三个最密排方向分别为111、；五、简答与运算题：1、试写出下图中各种点缺陷的名称；6 1.6 置换原子2 肖脱基空位3 空位缺陷 异类原子的间隙原子4 缺陷 空位5 弗兰克尔空位5、（5%）设有两个 相晶粒与一个 相晶粒相交于一公共晶棱,形成一三叉晶界；相所张的二面角为 90,且界面能0.3J/m2, 求 相与 相相界的界面能；第 5 章 固体材料中的原子扩散一、名词说明：3、稳态扩散4、非稳态扩

14、散5、反应扩散7、扩散激活能8、柯肯达尔效应二、判定题：1、一般来说,在相同的温度下在铁中渗碳速度比在铁中渗铬的速度快；（ ）2、晶体结构对扩散有确定的影响,在致密度较大的晶体结构中,原子的扩散系统较大；（ ）3、原子扩散不行能从浓度低的区域向浓度高的区域扩散；4、菲克第确定律适用于稳态扩散,菲克其次定律只适用于非稳态扩散；（ ）（ ）5、冷变形金属中存在大量的空位、位错等晶体缺陷,这些缺陷阻碍原子的移动,减缓扩散过程；（ ）6、晶界上原子排列纷乱,不存在空位,所以空位机制扩散的原子在晶界处无法扩散；（ ）7、陶瓷晶体的变形除了与结合键的本性有关外,仍与晶体的滑移系少、位错的柏氏矢量大有关；（

15、 ）8、渗碳处理常常在钢的奥氏体区域进行,是由于奥氏体的激活能比铁素体的激活能大,7 相同温度下奥氏体的扩散系数大比铁素体扩散系数大；（ ）9、晶体结构对扩散有确定的影响,在致密度较大的晶体结构中,原子的扩散系数较大（ ）4、问题：填隙型固溶体中溶质浓度越高,就溶质所占的间隙越多；这样是否会导致供扩散的空余间隙越少,使扩散系数下降？答案：填隙型固溶体中溶质浓度是很有限的,其数目比晶体中的间隙位置总数要小几个数量级；在填隙原子四周的间隙位置可看成都是空的,并不会导致扩散系数下降；二、填空题：1、菲克第确定律JDC中,J 为,D 为；x三、选择题：1、以下关于固体材料中的影响原子扩散的因素表达中,

16、不正确选项A、温度是影响扩散速率的最主要因素,温度越高,扩散进行得越快B、原子结合键能越大,扩散激活能越高,扩散越快铁中的扩散系数比C、晶体点阵的致密度越高,扩散系数越小,912 C时碳原子在在 铁中的大；D、原子沿晶界、表面、位错等晶体缺陷扩散速度较完整的晶体点阵内扩散快；在温度较低时,通常由于在完整晶体点阵内的扩散速度较慢,因此,沿晶体缺陷的短路扩散更为明显；2、影响扩散系数的变化有多种因素,以下论述中正确选项；A、溶剂原子的熔点越高,原子键结合力大,扩散系数越小B、溶质原子在元素周期表中离溶剂原子越近,扩系数越大C、相同温度下,- 铁的自扩散系数大于- 铁的自扩散系数D、温度越高,扩散系

17、数越小3、固态金属中原子扩散的最快路径是；A、晶内扩散 B、晶界扩散 C、位错扩散 D、表面扩散4、铁可在某一相同的温度下渗碳或渗铬,一般来说；A、渗碳速度比渗铬快 B、渗铬速度比渗碳快C、渗碳速度与渗铬差不多 D、不好说5、原子扩散过程的驱动力是；A、组元的浓度梯度 B C、扩散的温度 D、扩散的时间、扩散的化学势梯度6、冷变形使金属中产生大量的空位、位错等晶体缺陷,对置换固溶体中的扩散过程而言,这些缺陷的存在将导致； B、对扩散过程无影响 A 、阻碍原子的移动,减慢扩散过程 C 、有时会加速扩散,有时会减弱扩散 D 、加速原子的扩散过程7、在柯肯达尔效应试验中,标记漂移主要缘由是扩散偶中

18、_ ；D、换位机制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D、标记物元素的扩散8、在置换型固溶体中,原子扩散的方式一般为 _P130_；A、原子互换机制B、间隙机制C、空位机制8 五、简答与运算题：1、纯铁在 917 C 扩散进行渗碳,在0.5mm 深处达到某一浓度需要10 小时；在同样的扩散气氛下、 1000 C经 16 小时在 1.0mm深度达到相同的浓度；试求碳原子在纯铁中的扩散激活能；（已知：R=8.314J/mol.K ,扩散方程的解为：CsC0erf2x）；CsCDt2、1000 C 时铝在硅中的扩散系数是2 10-13cm 2/s, 1100C 时就为

19、 2 10-12cm 2/s,试运算：（1）铝在硅中的扩散常数D0和激活能 Q值；（2）1200 C时铝在硅中的扩散系数；3、（6%）假如已测得 927 C和 1027 C碳在奥氏体中的扩散系数分别为 D927 C1.6 10-11m 2/s 和 D1027 C4.74 10-11m 2/s ,试求碳在奥氏体中扩散的激活能 Q值和 960 C时的扩散系数 D960 C；4、（6%）纯铁在 917 C 扩散进行渗碳,在0.5mm 深处达到某一浓度需要10 小时；在同样的扩散气氛下、 1000 C经 16 小时在 1.0mm深度达到相同的浓度；试求碳原子在纯 铁 中 的 扩 散 激 活 能 ； （

20、 已 知 ： R=8.314J/mol.K , 扩 散 方 程 的 解 为 ：CsC0erf2x）；CsCDt5、（5%）已知碳在奥氏体中扩散系数D=2 10-5exp-138 10 3/RTm 2/s,问在 927 C时使试样 1mm 处深度处碳浓度达到0.5所需时间；已知试样为纯铁,927 C时碳在奥,氏体中最大溶解度为1.3,R=8.314J/mol.K ,扩散方程的解为：CsCerf2xCsC0Dt误差函数如表 :第 4 章 相平稳与相图原理 一、名词说明：1、合金：由两种或两种以上金属元素；或金属与非金属元素熔炼、烧结或通过其方法 由化学键组合而成的具有金属特性的物质；2、同素异晶转

21、变：在固态下,同一种元素由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的转 变；3、组元：组成合金的最基本的、独立的物质称为组元；4、相：在金属或合金中,凡成分相同、结构、状态相同并与其它部分有界面分开的均 匀组成部分,均称之为相；9 5、相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图；6、固溶体：合金的组元之间以不同的比例混合,混合后形成的固相的晶格结构与组成 合金的某一组元的相同,这种相称为固溶体；7、金属间化合物：合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相,称为 金属间化合物；它的晶体结构不同于任一组元,用分子式来表示其组成；8、机械混合物：合金的组织由不同的相以不同的比例机械

22、的混合在一起,称机械混合 物；9、固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度上升的现象称 为固溶强化；10、弥散强化：合金中以固溶体为主再有适量的金属间化合物弥散分布,会提高合金的 强度、硬度及耐磨性,这种强化方式为弥散强化；11、相组成物：合金的基本组成相；12、组织组成物：合金显微组织中的独立组成部分；13、共晶反应：指确定成分的液体合金,在确定温度下,同时结晶出成分和晶格均不相 同的两种晶体的反应；14、包晶反应：指确定成分的固相与确定成分的液相作用,形成另外一种固相的反应过 程；15、共析反应：由特定成分的单相固态合金,在恒定的温度下,分解成两个新的,具有 确定晶体结

23、构的固相的反应；16、铁素体（ F）：铁素体是碳在中形成的间隙固溶体,为体心立方晶格；由于碳在中的 溶解度 很小,它的性能与纯铁相近；塑性、韧性好,强度、硬度低；它在钢中一般呈 块状或片状；17、奥氏体（ A）：奥氏体是碳在中形成的间隙固溶体,面心立方晶格；因其晶格间隙尺 寸较大,故碳在中的溶解度较大；有很好的塑性；18、渗碳体（ Fe3C）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物；渗碳体具有 很高的硬度,但塑性很差,延长率接近于零；在钢中以片状存在或网络状存在于晶界；在莱氏体中为连续的基体,有时呈鱼骨状；19、珠光体（ P）：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物；铁素体和渗碳体呈层片状；珠

24、 光体有较高的强度和硬度,但塑性较差；20、莱氏体（ Ld）：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物；在莱氏体中,渗碳体是连续 分布的相,奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上；由于渗碳体很脆,所以莱氏体是塑性很差的组织；21、一次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体；22、二次渗碳体：从 A 中析出的称为二次渗碳体；23、三次渗碳体：从中析出的称为三次渗碳体；24、共晶渗碳体：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体；25、共析渗碳体：经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体；二、判定题）1、过共析钢中,网状渗碳体的存在使钢的硬度和塑性均上升；（2、共晶反应就是在

25、某一温度时,从确定浓度的液相中同时结晶析出两种不同的固相；（）3、共析反应就是由特定成分的单相固态合金,在恒定的温度下,分解成两个新的,具有确定晶体结构的固相的反应；（）二、填空题10 1、珠光体是 与 的机械混合物；珠光体的层片间距和力学性能与其形成温度有关,转变温度越低,珠光体的层片间距越,硬度、强度越,塑性、韧性越；2、铁碳合金中可能存在的渗碳体有五种,依据形成温度由高到低, 依次是：渗体、渗体、渗体、渗体、渗体；答：一次；共晶；二次；共析；三次；性3、铁素体是碳在-铁中的固溶体,与纯铁相比,其强度和硬度,塑性和韧,这是由于强化的结果；答： ；间隙；更高；更低；固溶；4、三元相图中,共晶

26、点是相平稳,自由度为；三、选择题、从铁碳合金相图中可知,共析钢所得到的室温平稳组织为； DD、铁素体 +渗碳体A 、铁素体B、珠光体C、铁素体 +珠光体2、从铁碳合金相图中可知,亚共析钢所得到的室温平稳组织为；D、铁素体 +渗碳体A 、铁素体B、珠光体C、铁素体 +珠光体3、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4、铁碳合金中,随着碳质量百分数的增加,硬度增加,塑性A、增加 B、减小C、不变、不确定五、相图题：6、（5%）试写出 T10 钢从液态平稳冷却到室温过程,在以下各温度下的组织和相组成物；（1）T=1400 C （2）T=1000 C （3）T=750 C （4）T=720 C 7、（5%）试 45 钢平稳冷却到在 727 C时,试用杠杆定律运算1 共析相变后组织中的先共析铁素体和珠光体各占多少；2 共析相变后铁素体相和渗碳体相各占多少；9、（7%）说明含碳两为 2.11%的铁碳合金自液态缓慢冷却至室温的结晶过程（不要求说明具体温度, 但经过相图上的每条线时都要说明变化）占的百分含量；并运算室温时各组织组成物所13、（3%）已知某铁