材料科学基础测试题

《材料科学基础》试卷Ⅲ一、填空题(20分，每空格1分)1.相律是在完全平衡状态下，系统的、和温度压力之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式：。2.二元系相图是表示合金系中合金的与、间关系的图解。3.晶体的空间点阵分属于大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称、、。4.合金铸锭的宏观组织包括、和三部分。5.．在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过的方式进行的。此外还有和等方式。6.成分过冷区从小到大，其固溶体的生长形态分别为，和。二、单项选择题(30分，每题1.5分)1.A.B二组元形成共晶系，则（）A.具有共晶成分的合金铸造工艺性能最好B.具有亚共晶成分的合金铸造工艺性能最好C.具有过共晶成分的合金铸造工艺性能最好D.不发生共晶转变的合金铸造工艺性能最好2.简单立方晶体的致密度为（）A.100%B.65%C.52%D.58%3.运用区域熔炼方法可以（）A.使材料的成分更均匀B.可以消除晶体中的微观缺陷C.可以消除晶体中的宏观缺陷D.可以提高金属的纯度4.能进行攀移的位错可能是（）。A.肖克利位错B.弗兰克位错C.螺型全位错D.前三者都不是5.欲通过形变和再结晶方法获得细晶粒组织，应避免：（）A.在临界形变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6.实际生产中金属冷却时()。A.理论结晶温度总是低于实际结晶温度;B.理论结晶温度总是等于实际结晶温度;C.理论结晶温度总是高于实际结晶温度;D.实际结晶温度和理论结晶温度没关系.7.相互作用参数Ω的物理意义是：（）A.Ω0表示固溶体内原子偏聚B.Ω0表示固溶体内原子短程有序C.Ω0表示固溶体内原子完全无序D.Ω0表示固溶体内原子偏聚8.单晶体的临界分切应力值与()有关。A.外力相对于滑移系的取向B.拉伸时的屈服应力C.晶体的类型和纯度D.拉伸时的应力大小9.fcc晶体中存在一刃型全位错，其伯氏矢量为]011[21，滑移面为（111），则位错线方向平行于（）。A.[111]B.]211[C.[100]D.[110]10．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：（）A.阻碍原子的移动，减慢扩散过程B.对扩散过程无影响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11．凝固的热力学条件为：（）A.形核率B.系统自由能增加C.能量守衡D.过冷度12．下列有关固体扩散的说法中，正确的是：（）A.原子扩散的驱动力是存在浓度梯度B.空位扩散是指间隙固溶体中溶质原子从一个间隙跳到另一个间隙C.晶界上点着畸变交大，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13．纯金属均匀形核时，（）A.当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力低，因此，形核率低；B.当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力高，因此，形核率低；C.当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力高，因此，形核率低；D.当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力低，因此，形核率低；14.在三元系中出现两相平衡时，若要计算两相的百分数，则：（）A.在垂直截面上运用杠杆定理计算B.在水平截面上运用杠杆定理计算C.在投影面上运用杠杆定理计算D.在水平截面上运用重心法则计算5.金属镁的单晶体处于软取向时塑变量可达100%-200%，但其多晶体的塑性很差，其主要原因是：()A.镁多晶体的晶粒通常较粗大B.镁多晶体通常存在裂纹C.镁滑移系通常较少D.因为镁是BCC结构，所以脆性大16.层错和不完全位错之间的关系是：()A.层错和不完全位错交替出现B.层错和不完全位错能量相同C.层错能越高，不完全位错伯氏矢量的模越小D.不完全位错总是出现在层错和完整晶体的交界处17．凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下那种方法？（）A.加入形核剂B.减小液相的过冷度C.对液相进行搅拌18．菲克第一定律表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.压力19.立方晶体中（110）和（211）面同属于（）晶带。A.[110]B.[100]C.[211]D.]111[20.在A-B二元固溶体中，当A-B对的能量小于A-A和B-B对的平均能量，该固溶体最易形成为（）固溶体A.无序B.有序C.偏聚态D.间隙三、简答题（20分）1.试述孪生和滑移的异同，比较它们在塑性过程中的作用。（10分）2.分析位错的增值机制。（5分）3.请简述回复的机制及其驱动力。（5分）四、计算题(30分，每题10分)1、氧化镁（MgO）具有NaCl型结构，即具有O2-离子的面心立方结构。问：（1）若其离子半径2Mgr=0.066nm，2Or＝0.140nm，则其原子堆积密度为多少？（2）如果2Mgr/2Or＝0.41，则原子堆积密度是否改变？2.Al-Cu合金相图如图所示，设分配系数K和液相线斜率均为常数，试求：(1)ω(Cu)=1%固溶体进行缓慢的正常凝固，当凝固分数为50%时所凝固出的固体成分；(2)经过一次区域熔化后在x=5处的固体成分，取熔区宽度l=0.5；(3)测得铸件的凝固速率R=3×10-4cm/s，温度梯度G=30℃/cm，扩散系数3×10-5cm/s时，合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。3.有一合金试样其晶界能为0.5J/m2，在退火前原始晶粒直径为2.16×10-3cm，屈服强度为108MPa。对该合金在700℃退火2小时后其屈服强度降低为82MPa。在退火过程中保温1小时时测得该合金放出热量为0.021J/cm3，继续保温1小时测得该合金又放出热量0.014J/cm3。求如果该合金只在700℃保温1小时后的屈服强度。（已知合金单位体积内界面面积Sv与晶粒直径d之间的关系为Sv=2/d，且放出的热量完全由于晶粒长大、晶界总面积减少所致。）《材料科学基础》试卷Ⅲ答案一、填空题(20分，每空格1分)1.相律是在完全平衡状态下，系统的相数、组元数和温度压力之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式：f=C-P+2。2.二元系相图是表示合金系中合金的相与温度、成分间关系的图解。3.晶体的空间点阵分属于7大晶系，其中正方晶系点阵常数的特点为a=b≠c,α=β=γ=900，请列举除立方和正方晶系外其他任意三种晶系的名称三斜、单斜、六方、菱方、正交（任选三种）。4.合金铸锭的宏观组织包括表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区三部分。5.．在常温和低温下，金属的塑性变形主要是通过滑移的方式进行的。此外还有孪生和扭折等方式。6.成分过冷区从小到大，其固溶体的生长形态分别为平面状，胞状和树枝状。二、单项选择题(30分，每题1.5分)1.A.B二组元形成共晶系，则（A）A.具有共晶成分的合金铸造工艺性能最好B.具有亚共晶成分的合金铸造工艺性能最好C.具有过共晶成分的合金铸造工艺性能最好D.不发生共晶转变的合金铸造工艺性能最好2.简单立方晶体的致密度为（C）A.100%B.65%C.52%D.58%3.运用区域熔炼方法可以（D）A.使材料的成分更均匀B.可以消除晶体中的微观缺陷C.可以消除晶体中的宏观缺陷D.可以提高金属的纯度4.能进行攀移的位错可能是（B）。A.肖克利位错B.弗兰克位错C.螺型全位错D.前三者都不是5.欲通过形变和再结晶方法获得细晶粒组织，应避免：（A）A.在临界形变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6.实际生产中金属冷却时(C)。A.理论结晶温度总是低于实际结晶温度;B.理论结晶温度总是等于实际结晶温度;C.理论结晶温度总是高于实际结晶温度;D.实际结晶温度和理论结晶温度没关系.7.相互作用参数Ω的物理意义是：（A）A.Ω0表示固溶体内原子偏聚B.Ω0表示固溶体内原子短程有序C.Ω0表示固溶体内原子完全无序D.Ω0表示固溶体内原子偏聚8.单晶体的临界分切应力值与(C)有关。A.外力相对于滑移系的取向B.拉伸时的屈服应力C.晶体的类型和纯度D.拉伸时的应力大小9.fcc晶体中存在一刃型全位错，其伯氏矢量为]011[21，滑移面为（111），则位错线方向平行于（B）。A.[111]B.]211[C.[100]D.[110]10．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：（D）A.阻碍原子的移动，减慢扩散过程B.对扩散过程无影响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11．凝固的热力学条件为：（D）A.形核率B.系统自由能增加C.能量守衡D.过冷度12．下列有关固体扩散的说法中，正确的是：（D）A.原子扩散的驱动力是存在浓度梯度B.空位扩散是指间隙固溶体中溶质原子从一个间隙跳到另一个间隙C.晶界上点着畸变交大，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13．纯金属均匀形核时，DA.当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力低，因此，形核率低；B.当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力高，因此，形核率低；C.当过冷度很小时，原子可动性低，相变驱动力高，因此，形核率低；D.当过冷度很小时，原子可动性高，相变驱动力低，因此，形核率低；14.在三元系中出现两相平衡时，若要计算两相的百分数，则：（B）A.在垂直截面上运用杠杆定理计算B.在水平截面上运用杠杆定理计算C.在投影面上运用杠杆定理计算D.在水平截面上运用重心法则计算5.金属镁的单晶体处于软取向时塑变量可达100%-200%，但其多晶体的塑性很差，其主要原因是：(C)A.镁多晶体的晶粒通常较粗大B.镁多晶体通常存在裂纹C.镁滑移系通常较少D.因为镁是BCC结构，所以脆性大16.层错和不完全位错之间的关系是：(D)A.层错和不完全位错交替出现B.层错和不完全位错能量相同C.层错能越高，不完全位错伯氏矢量的模越小D.不完全位错总是出现在层错和完整晶体的交界处17．凝固时不能有效降低晶粒尺寸的是以下那种方法？（B）A.加入形核剂B.减小液相的过冷度C.对液相进行搅拌18．菲克第一定律表述了稳态扩散的特征，即浓度不随（B）变化。A.距离B.时间C.温度D.压力19.立方晶体中（110）和（211）面同属于（D）晶带。A.[110]B.[100]C.[211]D.]111[20.在A-B二元固溶体中，当A-B对的能量小于A-A和B-B对的平均能量，该固溶体最易形成为（B）固溶体A.无序B.有序C.偏聚态D.间隙三、简答题（20分）1.试述孪生和滑移的异同，比较它们在塑性过程中的作用。（10分）答：相同点：a.宏观上，都是切应力作用下发生的剪切变形；（1分）b.微观上，都是晶体塑性变形的基本形式，是晶体一部分沿一定晶面和晶向相对另一部分的移动过程；（1分）c.不改变晶体结构。（1分）不同点：a.晶体中的取向滑移：晶体中已滑移部分与未滑移部分的位向相同。孪生：已孪生部分和为孪生部分的位向不同，且两者之间具有特定的位向关系。（1分）b.位移的量滑移：沿滑移方向上原子间距的整倍数，且在一个滑移面上的总位移较大。孪生：原子的位移小于孪生方向的原子间距，一般为孪生方向原子间距的1/n。（1分）c.变形方式滑移：不均匀切变孪生：均匀切变（1分）d.对塑性变形的贡献滑移：对塑性变形的贡献很大，即总变形量大。孪生：对晶体塑性变形有限，即总变形量小。（1分）e.变形应力滑移：有确定的临界分应力。孪生：所需临界分切应力一般高于滑移所需的临界分切应力。（1分）f.变形条件滑移：一般情况先发生滑移变形孪生：当滑移变形难以进行时，或晶体对称性很低、变形温度较低、加载速率较高时。（1分）g.变形机制滑移：全位错运动的结果。孪生：不全位错运动的结果。（1分）2.分析位错的增值机制。（5分）2.答：若某滑移面上有一段刃位错AB，它的两端被位错网节点钉住不能运动。（1分）现沿位错b方向加切应力，使位错沿滑移面向前滑移运动，形成一闭合的位错环和位错环内的一小段弯曲位错线。（2分）只要外加应力继续作用，位错环便继续向外扩张，同时环内的