材料科學(xué)基礎(chǔ)試題.doc

材料科學(xué)基礎(chǔ)試題庫(kù)一 填空：1 固體中的結(jié)合鍵分為離子鍵，共價(jià)鍵和金屬鍵3種化學(xué)鍵以及分子鍵、氫鍵等物理鍵。 23 復(fù)合材料通常由基體、增強(qiáng)體以及它們之間形成的界面組成。4 么宏觀上完全相同，要么呈連續(xù)變化而沒(méi)有突變現(xiàn)象。5 擴(kuò)散是固體中質(zhì)量傳輸?shù)奈ㄒ煌緩健?一、判斷題：1. 勻晶合金在不平衡凝固時(shí)成分會(huì)發(fā)生偏析.。（T）2. 刃型位錯(cuò)有正負(fù)之分，他們之間有本質(zhì)區(qū)別。（F）3. 珠光體是奧氏體和滲碳體的片層狀混合物。（F）4. 因?yàn)榫w的排列是長(zhǎng)程有序的，所以其物理性質(zhì)是各向同性。（F）5. 陶瓷材料的金屬元素和非金屬元素主要通過(guò)共價(jià)鍵連接。（F）6. 單相組織一般具有良好的延展性，而共晶合金則具有良好的鑄造性能。（T）7. 擴(kuò)散是固體中質(zhì)量傳輸?shù)奈ㄒ煌緩?。（T）8. 在實(shí)際系統(tǒng)中，純金屬的凝固是非均勻形核。（T）9. 在空位機(jī)制中，原子的擴(kuò)散可以看作是空位的移動(dòng)。（T）10. 晶體長(zhǎng)大微觀界面為粗糙時(shí)，宏觀表現(xiàn)為光滑界面。（T）11. 熱膨脹的本質(zhì)是原子半徑的脹大。（F）12. 二元合金中不可能有四相共存。(F )13. 根據(jù)菲克定律，擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力是濃度梯度，因此擴(kuò)散總是向濃度低的方向進(jìn)行（F）14. 復(fù)合材料通常由基體、增強(qiáng)體以及它們之間形成的界面組成。 (T )15. 勻晶系是指二組元在液態(tài)、固態(tài)能完全互溶的系統(tǒng)。（T）16. 枝晶偏析不可以通過(guò)退火的方法消除。（F）17. 萊氏體和珠光體都是混合物。（T）18. 把一根導(dǎo)線反復(fù)的纏繞后其電阻將會(huì)增加。（T）19. 陶瓷的抗拉強(qiáng)度通常是抗壓強(qiáng)度的5-10倍。（F）20. 先共析滲碳體是間隙固溶體，其性質(zhì)硬而脆。（F）21. 在實(shí)際系統(tǒng)中，純金屬的凝固是均勻形核。（F）22. Fick第一定律表示通過(guò)某一截面的擴(kuò)散流量與垂直這個(gè)截面方向上濃度梯度成正比，其方向與濃度降落方向一致。（T）23. 臨界形核尺寸與其形狀有密切關(guān)系。（F）24. 高分子化合物的大分子由鏈節(jié)構(gòu)成，鏈節(jié)的重復(fù)次數(shù)稱為聚合度。（T）25. 縮聚反應(yīng)就是大分子變成小分子的反應(yīng)，不一定有副產(chǎn)物。 ( F)26. 將薄板在沖壓之前進(jìn)行一道微量冷軋工序，可以消除呂德斯帶。（T）27. 熱塑性聚合物應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系主要是由鏈段運(yùn)動(dòng)引起。（F）28. 晶體滑移的滑移是通過(guò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（T）29熱膨脹的本質(zhì)是原子間距離的增大。（T）30陶瓷的抗壓強(qiáng)度通常比抗拉強(qiáng)度高。（T）31兩相之間的自由能差值是發(fā)生相變的驅(qū)動(dòng)力。（T）選擇題：1屬于<100>晶向族的晶向是（ABC）（A）010 （B）010 （C）001 （D）1102體心立方結(jié)構(gòu)每個(gè)晶胞有（B）個(gè)原子。（A）3 （B）2 （C）6 （D）13不屬于正常價(jià)化合物的有（BD）（A）NaCl （B）CuZn3 （C）BaO （D）Fe3C4下列說(shuō)法正確的是（BC）（A） 過(guò)冷是凝固的動(dòng)力學(xué)條件。（B） 固相與液相的G-T曲線：液相總是更陡。（C） G非*=S/3 S表示晶胚表面積 表示單位界面自由能（D） 刃型位錯(cuò)可看成是插入一個(gè)半原子面，所以稱為面缺陷。5下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（CD）（A） Fick第一律是假定dc/dt=0，即各截面上濃度不隨時(shí)間變化。（B） 氣體A在B中擴(kuò)散，則Fick第二定律解為（Cs- Cx）/（Cx - Co）=erf（x/2dt）（C） 空位擴(kuò)散激活能小于間隙擴(kuò)散激活能。（D） 氣體滲碳根據(jù)（B）中公式可以計(jì)算距表面任意深度的碳濃度。6固溶體的不平衡凝固可能造成（A）（A）晶內(nèi)偏析 （B）晶間偏析（C）集中縮孔 （D）縮松7屬于包晶反應(yīng)的是（A）（A）L+AB （B）L+BC+B（C）LA+B （D）A+BL8熱膨脹的本質(zhì)是（C）（A） 原子間平均距離隨溫度升高而減少。（B） 原子直徑增大。（C） 原子間平均距離溫度升高而增大。（D） 晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，點(diǎn)陣常數(shù)增大。9蠕變的正確說(shuō)法是（B）（A） 物體在恒定應(yīng)力作用下形變隨溫度升高逐漸增大的現(xiàn)象。（B） 物體在恒定應(yīng)力作用下形變隨時(shí)間逐漸增大的現(xiàn)象。（C） 物體在恒定應(yīng)力作用下變形很小。（D） 物體在恒定應(yīng)力下變形不規(guī)則。10HallPectch公式是（A）（A） s=0+kd-1/2 （B）s=0+kd-1/3-1/5 （C）s=0+kd （D）s=0+kd11以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是（B）（A）在一個(gè)系統(tǒng)中，具有同一聚集狀態(tài)的均勻部分稱為相。（B）同一相的結(jié)構(gòu)完全相同，不能有缺陷。（C）相成分可以有變化，但不能有突變。12. 以下哪些工藝應(yīng)用的原子擴(kuò)散的理論(ABC)（A）滲氮 （B）滲碳 （C）硅晶片摻雜 （D）提拉單晶硅13金屬的疲勞強(qiáng)度的影響因素主要有：(ABCD)（A）化學(xué)成分 （B）應(yīng)力集中 （C）表面狀態(tài) （D）環(huán)境14影響鑄錠性能主要晶粒區(qū)是（C）（A）表面細(xì)晶粒區(qū) （B）中心等軸晶 （C）柱狀晶粒區(qū) （D）三個(gè)區(qū)影響相同15面心立方結(jié)構(gòu)晶體的滑移系數(shù)目為：（A）（A）12 （B）8 （C）24 （D）1616晶態(tài)高聚物特性是：（AB）（A）不能完全結(jié)晶 （B）所有聚合物都可以結(jié)晶 （C）冷卻越快結(jié)晶越多17銀紋產(chǎn)生于：（AC）（A）玻璃態(tài)拉伸 （B）纖維束斷裂 （C）局部屈服 （D）裂紋擴(kuò)展18復(fù)合效應(yīng)指：（AC）（A）集合了原有組分性能 （B）改變了原有組分性能 （C）增添了新的性能2致密度為0.74的常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)是（BC）（A）BCC （B）FCC （C）密排六方 （D）以上全是3FCC結(jié)構(gòu)晶體中（100）面的面密度為（A）（A）2/a2 (B)1.41/a2 (C)4/（a33） (D)5/a24屬于正常價(jià)化合物的是（D）（A）相 （B）Fe3C （C）CuZn （D）NaCl5硅酸鹽的基本結(jié)構(gòu)單元是（C）（A）Si4O2- (B)Si2O76- (C)SiO44- (D)SiO42-7位錯(cuò)密度的單位是（D）（A）cm2 （B）cm-3 （C）cm （D）cm-28穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的條件是：c表示濃度，t表示時(shí)間，x表示路徑，假設(shè)（C）（A） dx/dt=0 (B) dt/dx=0 (C) dc/dt=0 (D) dc/dx=09下列說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是（BC）（A） 熱固性塑料是剛硬的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分子不易運(yùn)動(dòng)，在拉伸時(shí)表現(xiàn)為脆性。 （B） 復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)是指它綜合了原有組分的性能。 （C） 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的增強(qiáng)顆粒尺度為0.011m。 （D） 界面效應(yīng)導(dǎo)致復(fù)合材料各組分之間呈現(xiàn)出協(xié)同作用。10根據(jù)HallPectch公式可知（A）（A） 在常溫下,晶粒越細(xì),強(qiáng)度越大。 （B） 在常溫下,晶粒越細(xì),強(qiáng)度越小。 （C） 在常溫下,晶粒大小與強(qiáng)度無(wú)關(guān)。 （D） 在常溫下,晶粒越細(xì),沖擊韌性越高。11以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是（AB）（A） 脆性斷裂通常沿特定晶面進(jìn)行，作用的應(yīng)力垂直于該晶面。 （B） 陶瓷材料受外力失效主要是由組織缺陷引起的。12熱應(yīng)力的來(lái)源 （ABC）（A） 熱脹冷縮受到限制。 （B） 溫度梯度。 （C） 復(fù)合材料各相膨脹系數(shù)不一樣。 （D） -1/4物質(zhì)原子的熱運(yùn)動(dòng)。8對(duì)于冷變形小的金屬，再結(jié)晶核心形成的形核方式一般是（A）（E） 凸出形核（F） 亞晶直接形核長(zhǎng)大形核（G） 亞晶合并形核（H） 其他方式9一次世界大戰(zhàn)中，有很多黃銅彈殼因?yàn)楹暧^殘余應(yīng)力的存在而在使用過(guò)程中開(kāi)裂失效，最好采用下列哪種工藝加以解決（C）（E） 再結(jié)晶處理（F） 冷變形處理（G） 回復(fù)處理（H） 熱變形處理二 改錯(cuò)：1 刃型位錯(cuò)有正負(fù)之分，他們之間有本質(zhì)區(qū)別。改：刃型位錯(cuò)的正負(fù)之分是相對(duì)的，只在討論位錯(cuò)性質(zhì)時(shí)有用。2 過(guò)冷使固態(tài)金屬自由能低于液態(tài)金屬自由能，因此便發(fā)生結(jié)晶。改：過(guò)冷只是結(jié)晶的必要條件，結(jié)構(gòu)起伏(或相起伏)才是產(chǎn)生晶核的基礎(chǔ)。2 固熔體結(jié)晶的三要素是：能量起伏，結(jié)構(gòu)起伏和熔體過(guò)冷。改：固熔體結(jié)晶的三要素是：能量起伏，結(jié)構(gòu)起伏和成分起伏。3 根據(jù)菲克定律，擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力是濃度梯度，因此擴(kuò)散總是向濃度低的方向進(jìn)行。 改：擴(kuò)散的真正驅(qū)動(dòng)力是化學(xué)位梯度，因此擴(kuò)散總是朝化學(xué)位減小的方向進(jìn)行。三 簡(jiǎn)答：1 晶胞：能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元。2 晶體缺陷：晶體中原子偏離其平衡位置而出現(xiàn)不完整性的區(qū)域稱為晶體缺陷。 3 固熔體：固態(tài)下一種組元(熔質(zhì))熔解于另一種組元(熔劑)中而形成的新相。4 凝固與結(jié)晶：物質(zhì)從液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程稱為凝固，若凝固后的物質(zhì)為晶體，則這種凝固稱為結(jié)晶。四 畫圖：（10分）在簡(jiǎn)單立方晶胞中畫出（0 1 2），（1 1 1）晶面和<1 3 0>，<1 1 0>晶向。四、簡(jiǎn)答題：（共20分，每小題5分）1 晶體缺陷： 晶體中原子偏離其平衡位置而出現(xiàn)不完整性的區(qū)域稱為晶體缺陷。2 為什么三種典型晶體結(jié)構(gòu)的金屬塑性不同？ 滑移系的多少，滑移面原子密排程度及滑移方向數(shù)目決定了金屬塑性的好壞，密排六方滑移系少，塑性最差，體心立方的滑移系等于或多于面心立方，但滑移方向（2個(gè)）比面心立方（3個(gè)）少，滑移面的密排程度也較低，所以體心立方金屬的塑性又比面心立方金屬差。3 用等應(yīng)變理論解釋兩相都有較好塑性的兩相合金的強(qiáng)化作用。 合金塑性變形過(guò)程中，兩相應(yīng)變相等，平均流變應(yīng)力為：=11+22式中為體積分?jǐn)?shù)；為流變應(yīng)力。當(dāng)?shù)诙鄰?qiáng)于基相時(shí)，2>1，或2=1+，=11+2（1+）=1+2>1。合金得以強(qiáng)化。4. 包晶反應(yīng)速度非常緩慢的原因是：包晶反應(yīng)時(shí)，相依附于相表面形成，并很快將相包圍起來(lái)，從而使相與液相隔開(kāi)。欲繼續(xù)進(jìn)行包晶轉(zhuǎn)變，必須通過(guò)相層進(jìn)行原子擴(kuò)散，液相才能和相繼續(xù)相互作用生成相。固相中原子擴(kuò)散比液相中困難得多，所以包晶反應(yīng)預(yù)覽：速度非常緩慢。5. 簡(jiǎn)述冷變形金屬在加熱過(guò)程的三個(gè)主要階段及性能的變化。答案要點(diǎn)：三個(gè)過(guò)程：回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大。6. 舉例說(shuō)明材料的化學(xué)成分、組織、性能之間的關(guān)系。 例舉碳鋼的化學(xué)成分、組織、性能之間的關(guān)系。7. 簡(jiǎn)述固溶強(qiáng)化的本質(zhì)。固溶強(qiáng)化的實(shí)質(zhì)是溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的彈性交互作用、電交互作用和化學(xué)交互作用。其中最主要的是溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的彈性交互作用阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，溶質(zhì)原子與位錯(cuò)彈性交互作用的結(jié)果，使得溶質(zhì)原子趨于聚集在位錯(cuò)的周圍，以減小畸變，降低體系能量，此即稱為柯氏氣團(tuán)?？率蠚鈭F(tuán)對(duì)位錯(cuò)有“釘扎”作用，為使位錯(cuò)掙脫氣團(tuán)的釘扎而運(yùn)動(dòng)或拖動(dòng)氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)，必須施加更大的外力。因此，固溶體合金的強(qiáng)度要高于純金屬。五 計(jì)算：（25分）根據(jù)圖1所列二元相圖，（1） 說(shuō)明室溫下合金的相和組織是什么？并計(jì)算相和組織組成物的相對(duì)含量。（2） 如果希望得到共晶組織加上相對(duì)量為5%的初合金，求該合金的成分。解：(1)：相為和；組織為和。w=(90-20)/(90-5)=82.4%w=1-82.4=17.6%(2):由(X-50)/(90-50)=5%解得：X=70%答：該合金成分為wB=70%。A 5 20 50 90 B四 分析：(10分)根據(jù)Fe-Fe3C相圖，比較wc=0.004的亞共析鋼在鑄態(tài)和平衡態(tài)下結(jié)晶過(guò)程和室溫組織有何不同。解：(1) 平衡態(tài)：首先析出；包晶反應(yīng)形成A；剩余液相結(jié)晶出A；從A相晶界析出先共析鐵素體F；剩余A共析反應(yīng)生成P；從F中析出Fe3C，但量少可忽略。室溫組織F+P。(2) 鑄態(tài)：首先析出；包晶反應(yīng)被抑制，剩余液相結(jié)晶出A；轉(zhuǎn)變?yōu)锳；先共析反應(yīng)被抑制或部分抑制；A共析轉(zhuǎn)變?yōu)镻；從F中析出Fe3C，但量少可忽略。室溫組織P(或含少量F)。預(yù)覽：FeFe3C三、分析題：1 已知A（熔點(diǎn)700）與B（熔點(diǎn)620）在液態(tài)時(shí)無(wú)限互溶，固態(tài)時(shí)B在A中的最大固溶度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為WB=26%，室溫時(shí)為WB=5%；但A在固態(tài)和室溫時(shí)均不溶于B。在280時(shí)，含WB=52%的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)。(15分)（1）試?yán)L出A-B合金相圖。（2）寫出共晶反應(yīng)式，并計(jì)算室溫下共晶體相組成物的相對(duì)含量。2根據(jù)Fe-Fe3C相圖(12分)（1）寫出反應(yīng)式 a共晶轉(zhuǎn)變 b.共析轉(zhuǎn)變 c.包晶轉(zhuǎn)變（2）計(jì)算珠光體中鐵素體與滲碳體的相對(duì)含量。（3）計(jì)算含碳量0.45%的鋼中組織組成物的相對(duì)含量。（4）畫出含碳0.20%的碳鋼結(jié)晶過(guò)程示意圖。解：1（1）A-B合金相圖如下：620OC 280C OA 5 26 52 B（2）L52% +BW=（100%-52%）/（100%-5%）100% =50.5%WB=1-W=49.5%預(yù)覽：2（1）（a）包晶轉(zhuǎn)變 L r-Fe +Fe3C（b）共析轉(zhuǎn)變：r-Fe -Fe +Fe3C （c）包晶轉(zhuǎn)變：L+-Fe r-Fe（2）p=（6.69-0.77）/6.69100%=88%Fe3Cp=100%-88%=12%（3）w=（0.77-0.45）/0.77-0.0218100%=42% wp=1-W=58%Fe Fe3C