材料科学基础复习题(1)

一、 单项选择，请在题中空格处填写正确答案。

1. 图中 ______ 段位错线为刃型位错，且额外半排原子面处于垂直于纸面朝上的位置。 A DC B CB C BA D AD

2. 实际晶体强度远远低于理论强度的原因，是由于实际晶体中存在大量的 A. 晶界 B.亚晶界 C. 空位 D. 位错 3. 方法不能获得过饱和点缺陷。 A 高温淬火 B 冷变形 C 辐照 D 退火 4. 不属于面缺陷。 A 相界面 B 位错 C 堆垛层错 D 亚晶界 5. 不属于点缺陷。 A 空位 B 孪晶界 C 置换原子 D 间隙原子 6. 属于线缺陷。 A 堆垛层错 B 孪晶界 C 位错 D 间隙原子

7. 利用 观察位错有一定的局限性，它只能观察在表面露头的位错，而在晶体内部

的位错则无法显示。 A 缀饰法 B 透射电镜 C 蚀坑 D 场离子显微镜观测方法

8. 图中晶面上有—位错环，其柏氏矢量b垂直于滑移面，该位错环在切应力作用下的运动

特征为_____。

A 在位错环平面上攀移 B 在位错环平面上滑移 C 沿通过位错环的圆柱面滑移

D 不能确定

9. 如图所示垂直于纸面的位错，位错正向朝纸面外，在图示切应力作用下向左运动。其柏

氏矢量方向朝 。 A 上 B 下 C 左 D 右

10. 由派-纳力的公式可知，_____。 A 滑移阻力随柏氏矢量的大小呈直线上升 B 滑移阻力随滑移面的面间距呈指数下降 C 滑移阻力随柏氏矢量的大小呈指数下降 D 滑移阻力随滑移面的面间距呈指数上升

一名词解释 1、 致密度：表示晶胞中原子所占体积与晶胞体积的比值，是衡量原子排列紧密程度的参数，

致密度越大，晶体中原子排列越紧密，晶体结构越致密。

2、 相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构、成分基本相同、并有明确界面与其他部

分相分开的均匀组成部分。

3、 固溶体：指以合金某一组元为溶剂，在其晶格中溶入其他组元原子（溶质）后所形成的

一种合金相，其特征是仍保持溶剂晶格类型，结点上或间隙中含有其他组元原子。 4、 离异共晶：成分点靠近共晶转变线两端的亚共晶和过共晶合金，结晶后组织中初晶量多，

共晶体数量少，而且共晶体中与初晶相同的一相与初晶结合在一起，将共晶体中另一相推至晶界，造成的共晶体两相分离的非平衡组织。

5、 平衡分配系数：固溶体合金在结晶过程中具有选分结晶的特点。因此在一定温度下平衡

时，固相成分与液相成分之比称为平衡分配系数。该参数反映了溶质在固液两相中的分配系数及溶质对合金熔点的影响程度。

6、 反应扩散：在固态扩散的过程中，如果渗入元素在金属中溶解度有限，随着扩散原子增

多，当渗入原子的浓度超过饱和溶解度时则形成不同于原相的固液体或中间相，从而使金属表层分为出现新相和不出现新相的两层，这种通过扩散而形成新相的过程称为反应扩散。

7、 固溶强化：当形成固溶体后，溶剂晶格中因溶有溶质原子而产生晶格畸变，溶质原子的

应力场会与位错产生交互作用而阻碍位错运动，增大了位错运动的阻力，使得临界分切应力远比纯金属打，滑移系开动比纯金属困难，使材料的塑性变形抗力提高，硬度、强度上升，而塑性、韧性下降的现象称为固溶强化。

8、 退火：将金属及其合金加热至相变温度以上，保温一段时间，然后以较为缓慢的速度冷

却，以获得近于平衡组织的热处理工艺称为退火。

9、 淬透性：是钢在淬火时能获得马氏体组织的倾向（即钢被淬透的能力） 10、 柏氏矢量：用来描述位错引起晶格畸变的物理量。该矢量的模是位错的强度，表示

晶格总畸变的大小，其方向表示晶格点畸变的方向。一般情况下，该矢量越大，晶体畸变的程度越大。 11、 成分过冷：固溶体合金凝固时，由于液相中溶质的分布发生变化，合金熔点也发生

变化，即使实际温度分布不变，固液界面前沿的过冷度也会发生变化。所以固溶体合金的过冷度是由变化着的合金的熔点与实际温度分布两个方面的因素共同决定的。这种因液相成分变化而形成的过冷称为成分过冷。 12、 配位数：是反映原子排列紧密程度的物理量之一，指晶格中任一原子周围与其最近

邻且等距离的原子数目。一般配位数越大，晶体排列结构越致密。 13、 临界分切应力：晶体中的某个滑移系是否发生滑移，决定于力在滑移面内沿滑移方

向上的分切应力，它是使滑移系开动的最小分切应力。材料的临界分切应力取决于材料

的本身性质，但和温度以及材料的纯度等也有关系。 14、 中间相：指合金组元间相互作用，当超过固溶体的固溶极限时可形成晶格结构和特

性完全不同于任一组元的具有金属特性的新相。由于在相图中往往处于中间部位，因此又称为中间相。 15、 枝晶偏析：是材料的一种微观偏析，即固溶体在非平衡冷却条件下，匀晶转变后新

得的固溶体晶粒内部的成分是不均匀的，先结晶的内核含较多的高熔点的组元原子，后结晶的外缘含较多的低熔点的组元原子，而通常固溶体晶体以树枝晶方式长大，这样，枝干含高熔点组元较多，枝间含低熔点组元原子多，造成同一晶粒内部成分的不均匀现象。 16、 动态再结晶：在金属塑性变形过程中发生的再结晶，即形变硬化与再结晶软化同时

进行的过程。这样可以不断形成位错密度很低的新晶粒，得到的组织细小，综合力学性能好。 二填空

1、典型金属的晶体结构有（fcc）（bcc）和（hcp），其配位数相应为（12）（8）和（12）。 2、置换固溶体的溶解度与原子尺寸因素、（电负性）、电子浓度因素和（晶体结构）有关。 3、当过冷液体中出现一个晶胚时，总的自由能变化△G可写为（?G?πr??4，πr）当d△G/dr=0时，所得的r值称为（临界晶核半径）其大小决定于（过冷度）和（比表面能），r*变小意味着形核数目（增多）。

4、根据相律三元系最大平衡相数为（4）此时自由度为（零）在相图上表现为（平面） 5、位错在滑移面上的运动称为（滑移），作垂直滑移面的运动称为（攀移）螺旋位错不能进行（攀移）

6、面心立方金属的滑移面是（{111}），滑移方向是（＜110＞）可组成（12）个滑移系。 7、扩散第一定律适用于稳态扩散，其数学表达式可写成（J=-Ddc/dx）。扩散通量的单位是

2

（1/cm·s），符号为（负号）表示扩散由高浓度向低浓度方向进行。 8、溶质原子半径与溶剂原子半径相近的可形成（置换）固溶体，两者半径相差较大时是（间隙）固溶体，铁素体是一种（间隙）固溶体。 9、奥氏体形核时不仅需要（结构）起伏、（能量）起伏，此外还需要（成分）起伏。

10、晶体固液界面分为光滑界面和粗糙界面，按照长大速度由慢到快其长大方式依次为（二维晶核长大）（晶体缺陷长大）和（垂直长大）

11、马氏体是碳在（a-Fe）中的过饱和固溶体，淬火钢中马氏体的金相形态有两种，它们是（板条马氏体）和（针状马氏体）。

12、位错的两种基本类型为（刃型位错）和（螺型位错），其中刃型位错的位错的位错线方向与柏氏矢量的关系为（垂直）。

13、马氏体型不锈钢的典型钢号是（1Cr13），奥氏体不锈钢的典型钢号是（1Cr18Ni9Ti），铁素体不锈钢是（1Cr17）。

14、上坡扩散室指扩散原子从（低浓度）向（高浓度）的扩散，产生上坡扩散的原因是合金系中存在着（化学为梯度）。

4332?4?315、在均匀形核时，设晶核的形状为边长是a的立方体，则临界晶核边长为（），临2?Gv32?3界形核功为（）（已知δΔＧｖ）

?G2v16、多晶体塑性变形的特点是（不等时）性、（协调）性和（不均匀）性。

17、多晶体中的晶界有大角与小角晶界之分，通常大角与小角晶界的鉴定角度是（10），其角度的含义是（相邻晶粒的位向差）。对于小晶界按其特征又划分为（扭转）（倾侧）和（重合）等多种类型。

18、根据相律，三元系最大平衡相数为（4），此时自由度（0），在相图上表现为（水平面）。 19、扩散第一定律只适合于（稳态）条件，第一定律所表达的基本含义是：在（

dc?0）dt的条件下，制药浓度梯度存在就会有扩散发生，而且扩散通量与浓度梯度成（正比）变化。扩散流动方向是由（高）浓度向（低）浓度。 20、固溶体合金结晶过程中遵循形核和核长大规律，但它不同于纯金属的是形核时还额外需要（成分）起伏，它也是在（变温）过程中进行的，同时在结晶过程中海始终伴随着（异质原子/溶质原子）的扩散。

21、晶体长大方式与（界面结构）有关，而晶体长大形态与（界面结构）有关，同时也与界面前沿的（温度梯度）分布有关。

22、单晶体在发生塑性变形时，常见的方式有（滑移）、（孪生）和（扭折）。

23、动态回复与动态再结晶是指在高温下进行形变，即变形过程中（形变硬化与软化）同时进行。

24、冷变形后，再结晶后晶粒度大小的控制与（冷变形度）、原始晶粒尺寸、（再结晶温度）和杂质等有关。

25、晶体在外力作用下内部运动着的位错会产生交截现象，即产生割阶与就这，其长度与相交截位错的（柏氏矢量的模）相同，而如果割阶的滑移与主位错线的滑移不一致，主位错线会拖拽割阶产生攀移运动，从而产生（割阶硬化）。 26、（11）金属塑性变形过程中发生孪生后，孪晶面两边的晶体位向呈现（对称关系），并且晶体是（均匀）切变的。 27、（13）冷塑变金属低温回复时，主要是（点缺陷的消失），高温回复时，主要是发生（多边形化）。 28、（15）动态回复与动态再结晶是指在变形过程中（软化与形变硬化）同时进行 三判断

1、 层错是由于晶体点阵中局部存在多余的半原子面的结果。 2、 位错属于晶体缺陷，又属于线缺陷。√

3、 通常晶体中原子的扩散激活能愈高，其扩散系数愈大，扩散速度愉快。

4、 具有不同晶体点阵的材料具有不同的滑移系，因此其可形变的倾向也不同。√ 5、 位错密度愈高，相应位错的柏氏矢量愈大。

6、 包晶转变是指液相与一个固相相互作用，包覆原有固相形成的另一个新固相的转变。非

平衡结晶时指在实际冷却条件下，合金以较大速度冷却，偏离平衡条件的结晶，在非平衡条件下匀晶转变后新得的固溶体内部的成分是不均匀的。√

7、 金属凝固时通过固相形核和核长大两个过程进行的，在晶核长大过程中一般纯金属（如

Fe、Ni、Cu、Au等）的固液界面均保持光滑状态。√

8、 含碳量低于Fe-C相图中S点成分的钢，无论在何种成分及何种条件下均不可能获得完

全的珠光体组织。

9、 晶体由于在不同方向上原子规则排列的紧密程度不同，导致原子间距和原子间的结合力

不同，因而在不同方向上具有不同的性能。所以大多数金属及合金亦都表现出具有各向异性的特征。 四选择

1、 钢种的奥氏体：⑴可表示为溶有碳原子的γ-固溶体。⑵可表示为溶有碳原子a-固溶体。

⑶无论在室温还是高温下均具有良好的可塑性。⑷又有铁磁性。⑸具有顺磁性。135 2、 铁碳合金平衡相图：⑴含有包晶转变。⑵含有共晶转变。⑶含有匀晶转变。⑷含有包共

晶转变。⑸含有固溶体的脱溶析出转变。1235

3、 金属断裂的断口特征：⑴脆性断裂的一种断口形式是穿晶解理。⑵解理断口主要表现为

河流状花样。⑶依河流的走向可判断微区裂纹的扩展方向，即河流的汇集方向为裂纹的扩展方向。⑷有的材料齐韧性断裂的断口则呈现为舌形花样。⑸韧性断裂主要表现为沿晶韧窝断口形式。235 4、 固态扩散：⑴钢种铁原子的扩散属于异扩散，在不存在化学梯度时，则与浓度梯度有关。

⑵钢种合金元素的扩散属于异扩散，在不存在化学梯度时，则与浓度梯度有关。⑶扩散第一定律只适合于稳态扩散条件，因此用其不能处理钢在渗碳过程中碳的扩散系数的准确测定。⑷上坡扩散仅与扩散元素的化学梯度相关，而与浓度梯度无关。⑸位错的增值是通过原子扩散运动实现的。145 五简答

1、 结晶、重结晶和再结晶三者在概念上有何区别？ 解答：结晶—金属由液态转变为固态的过程称为凝固，由于固态金属是晶体故又把凝固称为结晶。

重结晶—指在固态状态下，物质由一种结构转变成另一种结构，这是一种固态相变过程。

再结晶—将冷压力加工以后的金属加热到一定温度后，在变形的组织中重新产生新的无畸变的等轴晶粒、性能恢复到冷压力加工前的软化状态的过程。在此过程中，仍然属于固态过程。

三者的区别于联系：结晶、重结晶发生相变过程，再结晶没有；结晶、重结晶和再结晶都是形核与长大的过程。发生结晶与重结晶的驱动力为反应相与生成相的自由能差，再结晶为储存能。再结晶后强度、硬度下降而塑韧性提高，而重结晶则属于同素异构转变。 2、 何谓成分过冷？成分过冷对晶体生长形态有何影响？

解答：固溶体合金凝固时，由于液相中溶质的分布发生变化，合金熔点也发生变化，即使实际温度分布不变，固液界面前沿的过冷度也会发生变化。所以固溶体合金的过冷度是由变化着的合金熔点与实际温度分布两方面的因素共同决定的。这种因液相成分变化而形成的过冷称为成分过冷。 固溶体结晶时，由于出现成分过冷对晶体生长的形态有很大影响，即使在正温度梯度下也会生成出胞状组织甚至出现树枝晶。即无成分过冷时，界面呈平直状向前推移；较小成分过冷时，界面呈胞状；较大成分过冷时，界面呈树枝状。

3、 试说明多晶体金属塑性变形时，晶粒越小强度越高、塑性越好的原因。

解答：多晶体金属塑性变形时，晶粒越小强度越高，塑性越好的原因是：由于晶粒细小，各晶粒中可供塞积位错的滑移面较短，塞积位错的数量n也少，由位错塞积引起的应力集中小而数目很多，在相同外力作用下，处于滑移有利方位的晶粒数量也会增多，使众多的晶粒参加滑移，滑移量分散在各个晶粒中，应力集中小，这样在金属变形时引起开裂的机会小，直至断裂之前，能获得较大的塑性变形量。

4、 简述固溶体合金与纯金属在结晶过程中的区别。

解答：纯金属在结晶时其界面是粗糙的，在正温度梯度下进行长大。由于晶体长大时通过固相模壁散热，固液界面是等温的，若取得动态过冷度界面就向前移动。如果界面局部有小的凸起伸向过热的液相中，小凸起将被熔化，界面一直保持平直，晶体以平面状长大。

固溶体结晶时会出现成分过冷，在固液界面前出现成分过冷区，此时界面如有任一小的

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