南昌大学材料科学基础2014年期末复习题

单项选择题：

第1章 原子结构与键合

1. 高分子材料中的C-H化学键属于 。 （A）氢键 （B）离子键 （C）共价键 2. 属于物理键的是 。 （A）共价键 （B）范德华力 （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 第2章 固体结构

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 。 （A）100% （B）68% （C）74% 6. 密排六方晶体的致密度为 。 （A）100% （B）68% （C）74% 7. 以下不具有多晶型性的金属是 。 （A）铜 （B）锰 （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）bcc （C）hcp

9. 以下元素中一般与过渡金属容易形成间隙相的元素是 。 （A）氢 （B）碳 （C）硼

10. 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

11. 面心立方晶体的孪晶面是 。 （A）{112} （B）{110} （C）{111} 12. 以下属于正常价化合物的是 。 （A）Mg2Pb （B）Cu5Sn （C）Fe3C

第3章 晶体缺陷

13. 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

14. 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 15. 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

16. 的位错线与滑移矢量必然相互平行。 （A）刃型位错 （B）螺型位错 （C）混合位错 17. 能进行攀移的位错必然是 。 （A）刃型位错 （B）螺型位错 （C）混合位错 18. 以下材料中只存在晶界、不存在相界的是 （A）孪晶铜 （B）中碳钢 （C）亚共晶铝硅合金

19. 在硅、镉等晶体中可观察到 这种主要的位错增殖机制。 （A）交滑移增殖 （B）弗兰克-里德源 （C）攀移增殖 20. 小角度晶界两端晶粒的位向差通常小于 度。

（A）2 （B）3 （C）10 21. 大角度晶界具有____________个自由度。

（A）3 （B）4 （C）5

第4章 固体中原子及分子的运动

22. 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 23. 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 24. 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

25. 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

26. A和A-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

27. 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

第5章 材料的形变和再结晶

28. 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 29. 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

30. 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）hcp 31. ，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

32. 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 33. 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）350?C

34. 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）550?C

35. 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

36. 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

37. 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

38. 由于晶核产生于高畸变能区域，再结晶在___________部位不易形核。 （A）大角度晶界和孪晶界 （B）相界面 （C）外表面 39. 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）孪晶界 （C）外表面

40. 对于变形程度较小的金属，其再结晶形核机制为 。 （A）晶界合并 （B）晶界迁移 （C）晶界弓出

41. 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 42. 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

43. 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 44. 在纯铜基体中添加铝或锡、镍等微量合金元素属于 。 （A）复合强化 （B）析出强化 （C）固溶强化 45. 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）固溶强化

第6章 单组元相图及纯晶体的凝固

46. 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

47. 以下材料中，结晶过程中以非小平面方式生长的是 。 （A）金属锗 （B）透明环己烷 （C）氧化硅

48. 以下材料中，结晶过程中以小平面方式生长的是 。 （A）金属锗 （B）铜镍合金 （C）金属铅 49. 氧化物晶须通常是以 方式结晶长大的。 （A）连续长大 （B）二维形核生长 （C）借螺型位错生长

50. 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）1/4

51. 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

52. 形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的2/3，不足的需要依靠液相的 来补

充。

（A）结构起伏 （B）能量起伏 （C）温度梯度 53. 金属液凝固时不能有效降低晶粒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 54. 金属液凝固时可有效降低晶粒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）增大铸件壁厚

第7章 二元系相图及其合金的凝固

55. 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

56. 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 57. 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 （C）包晶转变 58. 以下恒温转变中属于共晶式的是 。 （A）包析转变 （B）偏晶转变 （C）合晶转变 59. 以下恒温转变中属于包晶式的是 。 （A）偏晶转变 （B）熔晶转变 （C）合晶转变 60. 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 61. 以下同时具有方向性和饱和性的结合键的是 。 （A）共价键 （B）离子键 （C）金属键

多项选择题：

第1章

1. 以下同时具有方向性和饱和性的结合键的是 。 （A）共价键 （B）离子键 （C）氢键 （D）金属键 （E）范德华力 第2章

2. 为了最能反映点阵的对称性，选取晶胞的原则包括 。 （A）选取的平行六面体应与宏观晶体具有同样的对称性； （B）平行六面体内的边长尽可能相等；

（C）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多；

（D）当平行六面体的棱角存在直角时，直角的数目应最多； （E）在满足上条件，晶胞应具有最小的体积。 A、C、D、E

3. 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 各向异性

4. 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

5. 以下具有多晶型性的金属是 。

E）（

（A）铜 （B）铁 （C）锰 （D）钛 （E）钴

6. 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）铬 （E）铍

7. 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）密排六方 第3章 晶体缺陷

8. 晶体中点缺陷的形成原因有 。 （A）温度起伏 （B）高温淬火 （C）冷变形加工 （D）高能粒子辐照 （E） 掺杂

9. 晶体缺陷中属于面缺陷的有 。 （A）层错 （B）外表面 （C）孪晶界 （D）相界 （E）空位

第4章 固体中原子及分子运动

10. 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

第6章

11. 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

12. 以下说法中， 说明了非均匀形核与均匀形核之间的差异。 （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

13. 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 14. 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

第7章

15. 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

16. 二元相图中，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

17. 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

第4章

4. 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t>0

的全部时间，渗碳气氛保持表面成分为1%，假设 D=2.0×10-5exp(-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930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？ 解：

(a) 由Fick第二定律得：

t 1.0×104(s) （ 5分）

(b) 由关系式x?ADt，得：x1?AD1t1，x2?AD2t2

两式相比，得：

当温度相同时，D1=D2,于是得：

（ 5分）

（c）

因为： t930=t870, D930=1.67×10-7(cm2/s) D870=0.2×exp(-140000/8.314×1143) =8.0×10-8(cm2/s)

所以： （倍）（ 5分）

5. 在950℃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。计算为达到次要求至少要渗碳多少时间？

6. 一块含0.1%C的碳钢在930℃、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???s?(?s??0)erf(x) 2Dtx) 2Dt解：由Fick第二定律得： ???s?(?s??0)erf(即

?s??x?erf()

?s??02Dtx1x22Dt22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

2Dt1? （5分）

2?x2故 t2?t1???x?1??0.08???11????28.16(小时) （10分，不准确扣1分） ?0.05???要在0.08cm深度达到同样的渗碳深度，需28.16小时。

7. 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700℃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。

解：由 D=D0exp(-Q/RT)，lgD?lgD0?lgD?lgD0?QlgeRTQ11?lgD??(?)lgeRT1T2Q1?,(因为lnD?2.3lgD) 2.3RT700?C时，多晶体银扩散激能:Q?10.72?(?12)??1(1.10?10?3?1.30?10?3)lgeRQ1?122.4kJ(注：图中的扩散激活单位是“卡”）单晶体银的扩散激活能:Q?8?（?14）??2lge(0.8?10?3?1.39?10?3)RQ2?194.5kJ

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。

8. 有两种激活能分别为E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的扩散反应。温度从25℃升高到

600℃时，这两种扩散的扩散系数有何变化，并对结果作出评述。已知R=8.31 J/K。 解： 由

得：

对于温度从298K提高到873K，扩散速率D分别提高4.6×109和9.5×1028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大。

第5章

9. 已知H70黄铜（30%Zn）在400℃的恒温下完成再结晶需要1小时，而在390℃完成再

结晶需要2小时，试计算在420℃恒温下完成再结晶需要多少时间？

?Q?v?Aexp???RT??，而再结晶速率和产生某一体解：再结晶是一热激活过程，故再结晶速率

1?Q?1??Aexp???v?tRT??。 t，故积分数所需的时间t成反比，即?Q?1t11???exp?????RT2T1???t2???? 两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时，ln两边取对数

t1Q?11??????t2R?T2T1? t1Q?11??????t3R?T3T1? ln同理有

已知t1=1小时，t2=2小时，代入上式可得t3=0.26（小时）

10. 铁的回复激活能为88.9 kJ/mol，如果经冷变形的铁在400℃进行回复处理，使其残留加

工硬化为60%需160分钟，问在450℃回复处理至同样效果需要多少时间？已知R=8.314 J/(mol﹒K)。 解：同上题，有

?Q?1t11?? ?ex?p???????t2?R?T2T1??故 t2?t1160??59(min) ?Q?1?88.9?11??1??exp???R?T2?T1???exp???8.31?723?873???????????

11. 已知单相黄铜400℃恒温下完成再结晶需要1小时，而350℃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/(mol﹒K)。

?Q?v?Aexp???RT??，而再结晶速率和产生某一体解：再结晶是一热激活过程，故再结晶速率

1?Q?1??Aexp???v??RT?。 t，故t积分数所需的时间t成反比，即?Q?1t11???exp?????RT2T1???t2???? 两个不同的恒定温度产生同样程度的再结晶时，t1t2?76.57(KJ/mol) 故 Q?R11?T1T2

12. 已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的?-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和

196MPa，问平均晶粒直径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多少？ c

ln解：根据Hall-Petch公式：

解得

∴

13. 已知条件：v=0.3, GCu=48300MPa，Ga-Fe=81600MPa，

2G2?w2G2?a?P?N?exp(?)?exp[?] 1?vb1?v(1?v)b指出Cu与a-Fe两晶体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<110>

a2a因此，d{111}=，b<110>=

23Fe：滑移面为{110}，滑移方向<111>

因此，d{110}=a3a，b<111>= 222G2?d2G2?d?exp[?]?90.45MPa ?Fe?exp[?]?152.8MPa 1?v(1?v)b1?v(1?v)b ?Cu第6章

14. 已知条件：铝的熔点Tm=933K，单位体积熔化热Lm=1.836×109J/m3，固液界面比表

面能δ=93×10-3J/m2，原子体积V0=1.66×10-29m3。 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，即：ΔT=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ΔG*（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 ΔGv(形核功)。 将不同ΔT情况下得到的计算结果列表。 1℃ 10℃ 100℃ 200℃ r* /nm 94.5 9.45 0.945 0.472 26.5 N /个 2.12×108 2.12×105 2.12×102 ΔG*/ (J/m3) -1.97×106 -1.97×107 -1.97×108 -3.93×108 ΔGv/ J 3.43×10-15 3.43×10-17 3.43×10-19 0.87×10-19

第7章

15. 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。

解：对于Pb-40Sn合金：

97.5?4040?19w?????100%?73.2%，w?????100%?26.8%

97.5?1997.5?19对于Pb-70Sn合金：

97.5?7070?19w?????100%?35%，w?????100%?65%

97.5?1997.5?19

16. 根据所示Pb-Sn相图：(1)画出成分为w(Sn)=50%合金的冷却曲线及其相应的平衡凝固组织；（2）计

算该合金共晶反应后组织组成体的相对量和组成相的相对量；（3）计算共晶组织中的两相体积相对量，由此判断两相组织为棒状还是为层片状形态。在计算中忽略Sn在?相和Pb在?相中的溶解度效应，假定?相的点阵常数为Pb的点阵常数aPb=0.390nm，晶体结构为面心立方，每个晶胞4个原子；?相的点阵常数为?-Sn的点阵常数aSn=0.583nm，cSn=0.318nm，晶体点阵为体心四方，每个晶胞4个原子。Pb的原子量207，Sn的原子量为119。

1) 合金的冷却曲线及凝固组织如下图所示：

室温平衡组织：α初和(α+β)共+β

Ⅱ

2) 合金发生共晶反应后的组织组成体为α初和(α+β)共，各自的含量为

61.9?50α初%=61.9?19×100%?28%

(α+β)共%=1-α初%=72%

合金发生共晶反应后的相组成为α相和β相，各自的含量为

97.5?50α%=97.5?19×100%=60.5%

β%=1-α%=39.5%

3)α

3相的晶胞体积为：v1=aPb=0.390nm=0.0593 nm

3

3 33

每个晶胞中有4个原子，每个原子占据的体积为：0.0593/4=0.01483 nm β

2相的晶胞体积为：v2=aSncSn=0.5832×0.318 nm=0.10808 nm

3

233

每个晶胞4个原子，每个原子占据的体积为：0.10808/4=0.02702 nm 在共晶组织中，两相各自所占的质量分数分别为：

97.5?61.9α共%=97.5?19×100%=45.35%

β共%=1-α共%=54.65%

设共晶组织共有100g，则其中α=45.35g，β=54.65g

45.35α的体积为：207×NA×0.01483=0.00325NA

54.65β的体积为：119×NA×0.02702=0.01241NA

????=0.00325NA/(0.00325+0.01241) NA =20.75%

即：α相占共晶体总体积的20.75％。由于α相的含量小于27.6％，在不考虑层片的界面能时，该共晶组织应为棒状。

17. Mg-Ni系在506℃有一共晶反应为：L(23.5Wt.%Ni) ——>α(纯镁)+Mg2Ni(54.6Wt.%Ni) ，

如图所示。设C1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C1合金中的α 总量为C2合金中的α 总量的2.5倍，试计算C1和C2的成分。

506℃

23.5

54.6

Mg 质量比 Mg2Ni

解：C1和C2合金的先共晶相分别为α-Mg和Mg2Ni，

23.5?C1C2?23.5??Mg先??100%，Mg2Ni??100%

23.554.6?23.523.5?C1C2?23.5?根据题意有： （1）

23.554.6?23.5

C1和C2合金中的α 总量分别为α-Mg1和α-Mg2

54.6?C154.6?C2??Mg1??100%，??Mg2??100%

54.654.6根据题意有：54.6?C1?2.5?(54.6?C2) （2）

联立（1）、（2）两式可得：

C1=12.7%； C2=37.8%

18. 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。a 解：

2.11?0.77?100%?22.6% (1)?(c)=2.11%时，Fe3C?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。

6.69?4.3?0.5218 ?(c)=4.3%时，共晶中奥氏体的量为??6.69?2.112.11?0.77?0.5218?100%?11.8% 则Fe3C?6.69?0.77

(2) ?(c)=4.3%的冷却曲线如下图所示

L L—>?+Fe3C ?—>Fe3CⅡ 温度 ?—>?+Fe3C ?—>Fe3CⅢ

时间

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