材料工艺学试卷

1一、名词解释（共5题，每题4分，共20分）1.晶胞：为说明点阵排列的规律和特点，可在点阵中取出一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。（4分）2.间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称为间隙固溶体。（4分）3.点缺陷：是最简单的晶体缺陷，它是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构正常排列的一种缺陷。（4分）4.平衡凝固：指固溶体在凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分的时间进行组元间的扩散的过程。（4分）5.纳米材料：指尺度（三维中至少有一维）为纳米级（小于100nm）或有它们为基本单元所组成的固体。（4分）1.空间点阵：阵点在空间呈周期性规则排列，并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵。（4分）2.上坡扩散：物质从低浓度区向高浓度区扩散，扩散的结果提高了浓度梯度，这样的扩散称为上坡扩散。（4分）3.均匀形核：新相晶核是在母相中均匀的生成的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂志粒子或外表面的影响。（4分）4.置换固溶体：当溶质原子溶入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子，这种固溶体称为置换固溶体。（4分）1.非平衡凝固是因为固溶体凝固过程中扩散不充分形成的。（√）2.在二元相图中，相邻相区的相数差为1（点接触情况除外）。（√）3.面心立方和密排六方结构是纯金属中最密集的结构。（√）4.固溶体中由于溶质原子的溶入，固溶体的强度和硬度降低。（×）5.金刚石属于面心立方结构，晶胞内共含有8个原子。（√）6.螺型位错的伯氏矢量与位错线垂直。（×）7.弹性变形是不可逆的永久变形。（×）8.Fe-Fe3C相图中的相就是-Fe，相就是-Fe。（×）9.晶体的滑移面和滑移方向一般都是晶体的原子密排面和密排方向。（√）10.位错的两种最基本的运动形式是滑移和攀移。（√）1.一根位错线具有唯一的伯氏矢量,但当位错线的形状发生改变时，伯氏矢量也会改变。（×）2.在温度和压力这两个条件变化下，单元系中最多只能有三相平衡。（√）3.面心立方和密排六方结构是纯金属中最密集的结构。（√）4.固溶体中由于溶质原子的溶入，固溶体的强度和硬度降低。（×）5.金刚石属于面心立方结构，晶胞内共含有8个原子。（√）6.刃型位错的伯氏矢量与位错线平行。（×）7.SiO2-Al2O3相图中，三相恒温转变L→SiO2+莫来石，属于包晶转变。（×）8.塑性变形是可逆变形。（×）9.晶体的滑移面和滑移方向一般都是晶体的原子密排面和密排方向。（√）10.位错的两种最基本的运动形式是滑移和攀移。（√）21.氯化铯(CsCl)为有序体心立方结构，它属于__c___。A.体心立方点阵B.面心立方点阵C.简单立方点阵2.简单立方点阵中(100)晶面间距__c___(320)晶面间距。A.小于B.等于C.大于3.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___b__。A.肖特基缺陷B.弗仑克尔缺陷C.线缺陷4.菲克第一定律描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5.在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为__c___。A.交换机制B.间隙机制C.空位机制6.原子扩散的驱动力是___b__。A.组元的浓度梯度B.组元的化学势梯度C.温度梯度7.在柯肯达尔效应中，标记漂移的主要原因是扩散偶中__c___。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8.铸铁和碳钢的区别在于有无__a___。A.莱氏体B.珠光体C.铁素体9.决定原子中电子能量以及与核的平均距离的是__a___。A.主量子数nB.轨道角动量量子数lC.磁量子数m10.晶体由许多晶粒组成，属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为____b_。A.表面B.晶界C.亚晶界1.金属的3种常见晶体结构中，_____不能看作一种空间点阵。A.面心立方结构B.体心立方结构C.密排六方结构2.在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要是通过_____方式进行。A.滑移B.孪生C.扭折3.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4.下列那种材料不属于亚稳态材料_____。A.纳米晶材料B.准晶C.非晶态玻璃5.影响固体扩散的最主要因素是_____。A.温度B.固溶体类型C.晶体结构6.在二元相图中，已结晶的固相与剩余液相反应形成另一固相的恒温转变称为_____。A.匀晶转变B.共晶转变C.包晶转变7.在柯肯达尔效应中，标记漂移的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8.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9.决定原子中电子能量以及与核的平均距离的是_____。A.主量子数nB.轨道角动量量子数lC.磁量子数m10.金属的颜色主要是由_____波长决定的。A.吸收B.发射C.透射3四、简答题（共2题，每题7分，共14分）1.根据凝固理论，简述细化晶粒的基本途径。答：根据凝固理论，晶粒的细化主要有以下途径：a.增加过冷度：过冷度越大，形核率越大。（3分）b.形核剂的作用：实际凝固都为非均匀形核，为了提高形核率，可加入人工形核剂。（2分）c.振动促进形核：对金属熔液凝固时施加振动或搅拌作用可得到细小的晶粒。（2分）2.原子间键合可分为化学键和物理键两大类，其中化学键包括哪几类？各自特点如何？答：化学键包括金属键、离子键和共价键。（1分）金属键的基本特点是电子的共有化，金属键既无饱和性又无方向性。（2分）离子键的基本特点是以离子而不是以原子为结合单元，离子键既无饱和性又无方向性。（2分）共价键的基本特点是核外电子云达到最大的重叠，形成“共用电子对”，有确定的方位，且配位数较小。（2分）1.简述晶体结构和空间点阵的区别。答：晶体结构和空间点阵是有区别的。空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，故它只能有14种类型。（3分）而晶体结构则是指晶体中实际质点的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此，实际存在的晶体结构是无限的。（3分）2.简述塑性变形对材料组织与性能的影响。答：塑性变形不但可以改变材料的外形和尺寸，而且能够使材料的内部组织和各种性能发生变化。（1）显微组织发生明显变化（1分）（2）亚结构发生变化（1分）（3）性能的变化：a.加工硬化b.物理和化学性能发生变化（2分）（4）形变织构：可影响材料的加工成型性和使用性能（1分）（5）塑性变形后存在残余应力（1分）3.简述晶体长大方式有哪些？答：晶体长大的方式有三种：a.连续长大：适用于粗糙界面。（2分）b.二维形核：适用于光滑界面。（2分）c.借螺型位错长大：适用于存在螺型位错的光滑界面。（2分）4五、综合题（共2题，每题8分，共16分）1.纯Al的晶体结构为面心立方结构，已知Al的相对原子质量为26.97，其原子半径为R=0.1430nm，求Al的点阵常数和密度。解：对于面心立方结构，点阵常数和原子半径的关系为：2a=4R（3分）所以点阵常数a＝22R＝22×0.1430＝0.4045nm。（2分）对于面心立方结构，每个晶胞中有4个原子，所以密度为：333723/701.2104045.010023.697.264cmgcmgvm（3分）2.下图为一匀晶相图，试根据相图确定：(1)成分为40%B的合金开始凝固出来的固体成分为多少？(2)若开始凝固出来的固体成分含60%B，合金的成分为多少？(3)成分为70%B的合金最后凝固的液体成分为多少？(4)合金成分为50%B，凝固到某温度时液相含有40%B，固相含有80%B，此时液体和固体各占多少分数？解：(1)在合金成分线与液相线交点作水平线，此水平线与固相线的交点处合金的成分即为刚开始凝固出来的固体成分，约为85％。（2分）（2）作固体成分为60%B处的水平线与液相线交点处的成分即为合金成分，约为15％。（2分）（3）原理同上，液体成分约为20％。（2分）（4）利用杠杆定律，液体含量为：(80-50)/(80-40)=75%，则固体的含量为25％。（2分）51.纯Ni的晶体结构为面心立方结构，已知Ni的相对原子质量为58.70，其原子半径为R=0.1243nm，试求Ni的点阵常数和密度解：对于面心立方结构，点阵常数和原子半径的关系为：2a=4R（3分）所以点阵常数a＝22R＝22×0.1243＝0.3516nm。（2分）对于面心立方结构，每个晶胞中有4个原子，所以密度为：333723/969.8103516.010023.670.584cmgcmgvm（3分）2.作图表示立方晶系的[111]，[010]晶向和(100)，(120)晶面。解：（每标出一项2分）