材料科学基础 复习题及部分答案(2)

（A）铜 （B）铁 （C）锰 （D）钛 （E）钴

5. 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

6. 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

7. 晶体中点缺陷的形成原因有 。 （A） （B） （C） （D） （E）

温度起伏， 高温淬火、冷变形加工、高能粒子辐照

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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 13. 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

14. 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

15. 二元相图中，属于包晶方式的相转变有 。

6

（E）合晶转变

（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

16. 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

（B）两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一条线接界 （C）两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开 （D）二元相图中的三相平衡必为一条水平线

（E）两相区与单相区的分界线与等温线相交时，其延长线应进入另一两相区内

17. 构成匀晶合金的两种组元之间必须满足以下条件： 。 （A）具有相同的晶体结构，晶格常数相近 （B）具有相同的熔点 （C）具有相同的原子价 （D）具有相似的电负性 （E）原子半径差小于15%

18. 固溶体的平衡凝固包括 等几个阶段。 （A）液相内的扩散过程 （B）固相内的扩散过程 （C）液相的长大 （D）固相的继续长大 （E）液固界面的运动

（A） （B） （C） （D） （E）

判断题： 第一章

1. 离子键的正负离子相间排列，具有方向性，无饱和性。 2. 共价键通过共用电子对而成，具有方向性和饱和性。 3. 同位素的原子具有相同的质子数和中子数。 第二章 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

复杂晶胞与简单晶胞的区别是，除在顶角外，在体心、面心或底心上有阵点。 （对） 晶体结构的原子呈周期性重复排列，即存在短程有序。 （错） 立方晶系中，晶面族{111}表示正八面体的面。 （对） 立方晶系中，晶面族{110}表示正十二面体的面。 （对）

晶向指数和晶面指数 ( h k l )中的数字相同时，对应的晶向和晶面相互垂直。 （对） 晶向所指方向相反，则晶向指数的数字相同，但符号相反。 （对） bcc的间隙不是正多面体，四面体间隙包含于八面体间隙之中。 （对） 溶质与溶剂晶体结构相同是置换固溶体形成无限固溶体的必要条件。 （对）

非金属和金属的原子半径比值rx/rm>0.59时，形成间隙化合物，如氢化物、氮化物。 （错） 晶体中的原子在空间呈有规则的周期性重复排列；而非晶体中的原子则是无规则排列的。 （对） 选取晶胞时，所选取的正方体应与宏观晶体具有同样的对称性。 （错）

空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，只有14种类型，而实际存在的晶体结构是无限的。（对） 形成置换固溶体的元素之间能无限互溶，形成间隙固溶体的元素之间只能有限互溶。 （错） 只有置换型固溶体的元素间有可能无限互溶，形成间隙固溶体的元素之间只能有限互溶。 （对） 间隙固溶体的溶解度不仅与溶质原子大小有关，还与晶体结构中间隙的形状、大小等有关。 （对）

（错）

（对） （错）

第三章

7

19. 弗兰克缺陷是原子迁移到间隙中形成的空位-间隙对。 （对）

20. 位错线只能终止在晶体表面或界面上， 而不能中止于晶体内部。 （对） 21. 滑移时，刃型位错的运动方向始终平行于位错线，而垂直于柏氏矢量。 （错） 22. 晶体表面一般为原子密度最大的面，其表面能与曲率有关：曲率越大，表面能越大。

第四章

23. 菲克定律描述了固体中存在浓度梯度时发生的扩散，即化学扩散。 （对） 24. 温度越高，原子热激活能越大，扩散系数越大。 （对）

25. 置换固溶体中溶质原子要高于间隙固溶体中的溶质原子的扩散速度。 （错）

26. 由于晶体缺陷处点阵畸变较大，原子处于较高的能量状态，易于跃迁，故扩散激活能较小。 （对） 第五章

27. 滑移面和滑移方向总是晶体中原子密度最大的面和方向。 （对）

28. 再结晶过程中显微组织重新改组，形成新的晶体结构，因此属于相变过程。

29. 晶界本身的强度对多晶体的加工硬化贡献不大，而多晶体加工硬化的主要原因来自晶界两侧晶粒的

位向差。 （对）

30. 聚合型合金的抗变形能力取决于两相的体积分数。 （错） 31. 塑性变形会使金属的导电性升高，抗腐蚀性下降。 （错） 32. 原子密度最小的晶面上面间距最大、点阵阻力最小。 （错）

33. 孪生临界切应力比滑移的大得多，只有在滑移很难进行的条件下才会发生。 （对） 34. 变形孪晶的生长过程分为形核、长大两个阶段，一般形核容易，长大比较难。 （错） 35. 再结晶晶粒长大的驱动力是来自晶界移动后体系总的自由能的降低。 （对） 36. 塑性加工产生硬化与位错间的交互作用及密度增加有关。 （对） 37. 微观内应力的作用范围与晶粒尺寸为同一数量级。 （对） 第六章

38. 由于均匀形核需要的过冷度很大，所以液态金属多为非均匀形核。 （对） 39. 形核过程中，表面自由能是液固相变的驱动力，而体积自由能是其阻力。 （错） 40. 粗糙界面的材料一般只有较小的结晶潜热，所以生长速率较高。 （对） 第七章

41. 固溶体非平衡凝固情况下，固相内组元扩散比液相内组元扩散慢得多，故偏离固相线的程度大得多。

（对）

四、名词解释： 1. 结合键：

2. 空间点阵：将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点，即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成

规则的阵列，即空间点阵。

3. 晶带轴：所有平行或相交于同一直线的这些晶面构成一个晶轴，此直线称为晶带轴。 4. 多晶型性：固态金属在不同的温度和压力条件下具有不同晶体结构的特性。

5. 固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其它组元原子所形成的均匀混合的固态溶体，继

续保持溶体的晶体结构类型。

6. 中间相：两组元A和B组成合金时，除了可以形成以A为基或以B为基的固溶体外，所形成的晶体

结构与A、B两组元均不相同的新相，称为中间相。

7. 间隙相和化合物：由过渡族金属与C、N、H、B等原子半径较小的非金属元素形成的金属化合物 8. 固溶强化：通过溶入某种元素形成固熔体即使金属强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。

9. 弥散强化：对于两相合金来说，第二相粒子均匀分布在基体相上时，将会对基体相产生明显的强化

作用。

10. 滑移：在外加切应力的作用下，通过位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上，不断地作少

8

量的位移（小于一个原子间距）。

11. 交滑移：当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去

继续滑移的过程。是滑移的一种特殊方式。

12. 亚晶界：每个晶粒有时由位向稍有差异的亚晶粒组成，相邻亚晶粒间的界面。

13. 孪晶：指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成对称的位相关系，这两个晶体就称

为孪晶。

14. 多系滑移：外力下，滑移首先会发生在分切应力最大、且t≥ tc的滑移系上。但由于伴随晶体转动，

使空间位向变化，另一组原取向不利滑移系逐渐转向比较有利的取向，从而开始滑移，形成两组（或多组）滑移系同时进行或交替进行，称为多系滑移。

15. 应变时效：将低碳钢试样拉伸到产生少量预塑性变形后卸载，然后重新加载，试样不发生屈服现象，

但若产生一定量的塑性变形后卸载， 在室温停留几天或在低温（如200℃）时效几小时后再进行拉伸，此时屈服点现象重新出现，并且上屈服点升高，这种现象即应变时效。

16. 回复：冷变形金属在退火时发生组织性能变化的早期阶段，在此阶段内物理和力学性能的回复程度

是随温度和时间变化的。

17. 再结晶：随着温度上升，在变形组织的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并逐渐长大形成等轴晶

粒，从而取代纤维状变形组织的过程。

18. 加工硬化：金属材料在受到外力作用持续变形的过程中，随着变形的增加，强度硬度增加，而塑韧

性下降的现象。

19. 均匀形核：新相晶核在目相中均匀地生成，即晶核由一些原子团直接形核，不受杂质粒子或外表面

的影响的形核过程。

20. 非均匀形核：新相优先在目相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核。 21. 过冷度：晶体材料的实际凝固凝固温度低于理论凝固温度的差值，用?T表示。

22. 连续长大：粗糙界面情况下，液固界面的固相一侧上一半的原子位置空着，液相原子较容易进入这

些位置与固相结合，晶体便以连续方式向液相中生长。

23. 负温度梯度：液相温度随液固界面的距离增大而降低的温度梯度情况。

24. 树枝状生长：在负温度梯度情况下，当部分相界面生长凸出到液相中，由于过冷度更大，使凸出部

分的生长速度增大而进一步伸向液体中，液固界面不能保持平面状而会形成许多伸向液体的分枝，同时这些晶枝上又可能会长出二次晶枝。晶体的这种生长方式称为树枝状生长。 25. 匀晶转变： 26. 包晶转变：

27. 平衡凝固：指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时间进行组元间的扩散，

以达到平衡相的成分。

28. 非平衡凝固：在实际工业生产中，合金溶液浇涛后的冷却速度较快，使凝固过程偏离平衡条件，称

为非平衡凝固。

29. 枝晶偏析：固溶体通常以树枝状生长方式结晶，非平衡凝固导致先结晶的枝干和后结晶的枝间的成

分不同，故称为枝晶偏析。

30. 共晶转变：由液相同时结晶出两种固相的过程称为共晶转变。该转变为恒温转变。

31. 伪共晶：在非平衡凝固条件下，由某些亚共晶或过共晶成分的合金在过冷条件下也能得全部的共晶

组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。

32. 离异共晶：在平衡凝固条件下应为单相固溶体的合金，在快速冷却条件下出现的少量共晶组织称为

非平衡共晶，或称为离异共晶。

第1章

1. 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？（ 分） 答：

9

1、化学键包括：

? 金属键：电子共有化，既无饱和性又无方向性

? 离子键：以离子而不是以原子为结合单元，要求正负离子相间排列，且无方向性，无饱和性 ? 共价键：共用电子对；饱和性；配位数较小，方向性 2、物理键如范德华力，系次价键，不如化学键强大

3、氢键：分子间作用力，介于化学键与物理键之间，具有饱和性

第2章

2. 试从晶体结构的角度，说明间隙固溶体、间隙相及间隙化合物之间的区别（ 分）

答：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体成为间隙固溶体。形成间隙固溶体的溶质原子通常是原子半径小于0.1nm的非金属元素，如H、B、C、N、O等。间隙固溶体保持溶剂的晶体结构，其成分可在一定固溶度极限值内波动，不能用分子式表示。（2分）

间隙相和间隙化合物属于原子尺寸因素占主导地位的中间相。也是原子半径较小的非金属元素占据晶格的间隙，然而间隙相、间隙化合物的晶格与组成他们的任一组元晶格都不相同，其成分可在一定范围内波动。组成它们的组元大致都具有一定的原子组成比，可用化学分子式来表示。（2分）

当rB/rA<0.59时，通常形成间隙相，其结构为简单晶体结构，具有极高的熔点和硬度；当rB/rA>0.59时，形成间隙化合物，其结构为复杂的晶体结构。（2分）

3. 试以表格形式归纳总结3种典型的晶体结构的晶体学特征。（ 分） 答：书上表

第3章

4. 简述晶体中产生位错的主要来源。（ 分）

5. 简述晶界具有哪些特性？c

6. 对于同一种晶体，它的表面能与晶界能（相同的面积）哪一个较高？为什么？（ 分） 答：对于同一种晶体，晶界能比表面能高（1分）。推导如下：

假设晶体的理想光滑的两个等面积平面合拢，会形成一个晶体内界面，该界面的能量相当于两个外表面之和，且理想状态下破坏该界面结合所需要的能量相当于键合能。即相同面积下，E晶界>E完整晶体键合能>2倍E表面（2分）

第4章

7. 简述影响固体中原子和分子扩散的因素有哪几方面。（ 分）

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