2022年材料科学基础习题与参考答案 .docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章 材料的结构一、说明以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、其次相强化;二、填空题1、材料的键合方式有四类,分别是(),(),(),();2、金属原子的特点是最外层电子数(),且与原子核引力(),因此这些电子极简单脱离原子核的束缚而变成();3、我们把原子在物质内部呈()排列的固体物质称为晶体,晶体物质具有以下三个特点,分别是(),(),();4、三种常见的金属晶格分别为(),()和();5、体心立方晶格中,晶胞原子数为(),原子半径与晶格
2、常数的关系为(),配位数是(),致密度是(),密排晶向为(),密排晶面为(),晶胞中八面体间隙个数为(),四周体间隙个数为(),具有体心立方晶格的常见金属有();6、面心立方晶格中,晶胞原子数为(),原子半径与晶格常数的关系为(),配位数是(),致密度是(),密排晶向为(),密排晶面为(),晶胞中八面体间隙个数为(),四周体间隙个数为(),具有面心立方晶格的常见金属有();7、密排六方晶格中,晶胞原子数为(),原子半径与晶格常数的关系为(),配位数是(),致密度是(),密排晶向为(),密排晶面为(),具有密排六方晶格的常见金属有();8、合金的相结构分为两大类,分别是()和();9、固溶体依据
3、溶质原子在晶格中所占的位置分为()和(),依据固溶度分为()和(),依据溶质原子与溶剂原子相对分布分为()和();10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有()、()、()、();名师归纳总结 第 1 页,共 14 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 11、金属化合物(中间相)分为以下四类,分别是(),(),(),();12、金属化合物(中间相)的性能特点是:熔点()、硬度()、脆性(),因此在合金中不作为()相,而是少量存在起到其次相()作用;13、CuZn、Cu 5Zn 8、 Cu3Sn 的电子浓度分别为(),(),();14、假如用 M 表示金
4、属,用 X 表示非金属, 间隙相的分子式可以写成如下四种形式,分别是(),(),(),();15、Fe3C 的铁、碳原子比为(),碳的重量百分数为(),它是()的主要强化相;三、作图表示出立方晶系(123)、( 0)、( 421)等晶面和 02 、 11 、346 等晶向;四、立方晶系的 111 晶面构成一个八面体,试作图画出该八面体,并注明各晶面的晶面指数;五、某晶体的原子位于正方晶格的结点上,其晶格常数a=b,;今有一晶面在X 、Y、Z 坐 标轴上的截距分别为5 个原子间距、2 个原子间距和3 个原子间距,求该晶面的晶面指数;六、体心立方晶格的晶格常数为 出 面间距最大的晶面;七、已知面心
5、立方晶格的晶格常数为 并指出面间距最大的晶面;a,试求出( 100)、( 110)、( 111)晶面的面间距大小,并指a,试求出( 100)、( 110)、( 111)晶面的面间距大小,八、试从面心立方晶格中绘出体心正方晶胞,并求出它的晶格常数;九、证明抱负密排六方晶胞中的轴比 c/a=1.633. ;十、试证明面心立方晶格的八面体间隙半径r=0.414R, 四周体间隙半径r=0.225R; 体心立方晶格的八面体间隙半径; 晶向的 r=0.154R, 晶向的 r=0.633R; 四周体间隙半径r=0.291R, R 为原子半径 ;名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 14 页
6、精选学习资料 - - - - - - - - - 十一、a)设有一钢球模型,球的直径不变,当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时,试运算其体积膨胀;b)经 x 射线测定,在 912时, -Fe 的晶格常数为 0.3633nm, -Fe 的晶格常数为0.2892nm, 当由 -Fe 转变为 -Fe 时,试求其体积膨胀 ,并与 a相比较 ,说明其差别的缘由 .;十二、 已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为 0.286nm 和 0.3607nm, 分别求 1cm 3 中铁和铜的原子数. 十三、试运算体心立方晶格100 、110 、111 等晶面的原子密度和100、110、111等晶向的原子密度,并指出其
7、最密排晶面和最密排晶向;的原子数,晶向的原子密度为单位长度上的原子数;)(提示:晶面的原子密度为单位面积上十四、试运算面心立方晶格100 、110 、111 等晶面的原子密度和100、110、111等晶向的原子密度,并指出其最密晶面和最密晶向;十五、求金刚石结构中通过(0,0,0)和( 3/4 ,3/4,1/3 )两碳原子的晶向,及与该晶向垂直的晶面;十六、求( 121)与( 100)打算的晶带轴与(面指数;001)和( 111)所打算的晶带轴所构成的晶面的晶1 11十七、运算立方系 321 与120 及( 111)与 之间的夹角;十八、为什么-Fe 的溶碳才能远大于-Fe 的溶碳才能?一、说
8、明以下基本概念其次章 晶体缺陷第 3 页,共 14 页名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 肖脱基空位、弗仑克尔空位、位错、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克- 瑞德源、派 - 纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、共格晶面、非共格晶面、内吸附 .二、填空题1、依据几何尺寸分类,晶体中存在三种缺陷,分别是(),(),););();2、晶体中点缺陷主要表现形式有(),()和(3、位错有两种基本类型,分别是(),();4、刃型位错的柏氏矢量与位错线(),螺型位错的
9、柏氏矢量与位错线()5、柏氏矢量代表晶体滑移的()和(),也表示位错线四周 (总量的大小;6、位错的运动有两种,分别是()和(),刃型位错的柏氏矢量与其垂直的位 错线所构成的平面称为(),对于一条刃型位错而言,该面是唯独的,故不行能产生()运动;7、体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格的单位位错的柏氏矢量分别可表示成()、()和(); .);8、面心立方晶体中有两种重要的不全位错,柏氏矢量分别为(),();9、晶体的面缺陷主要包括(),(),(),(),10、具有不同结构的两相之间的界面称为(),该界面有三种, 分别是()和();三. 指出下图各段位错的性质, 并说明刃型位错部分的多半原子
10、面.四、如右图 , 某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为 b 的位错环 , 并受到一匀称切应力1 分析该位错环各段位错的结构类型.第 4 页,共 14 页名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2 求各段位错线所受的力的大小及方向 . 3 在 的作用下 , 该位错环将如何运动 .4 在 的作用下 , 如使此位错环在晶体中稳固不动 , 其半径应为多少 .五、面心立方晶体中,在(111)面上的单位位错 b=a/2110 ,在( 111)面上分解为两个肖克莱不完全位错,请写出该位错反应,并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出:六、已知单位位错a/2 101
11、 能与肖克莱不完全位错a/612 1 相结合形成弗兰克不全位错,试说明:(1)新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量;(2)判定此位错反应能否进行?(3)这个位错为什么称固定位错?七、判定以下位错反应能否进行?如能进行,试在晶胞上作出矢量图;第三章 纯金属的凝固一、说明以下基本概念结晶、过冷、过冷度、结构起伏、能量起伏、匀称形核、非匀称形核、临界晶核半径、临界晶核形核功、形核率、变质处理、光滑界面、粗糙界面、树枝晶、柱状晶、等轴晶、单晶、非晶、微晶、准晶、多晶体;二、填空题1、金属结晶一般发生在理论结晶温度以下,这种现象称为(),理论结晶温度与实);第 5 页,共 14 页际结晶温度的差值叫做(),
12、冷却速度越大,就()越大;2、金属结晶过程是一个不断()和()的过程,直至液体耗尽为止;如由一个晶核长成的晶体叫做(),多个晶核长成的晶体叫做(名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 3、要获得结晶过程所必需的驱动力,肯定要有(),过冷度(),液固两相自由能差值(),驱动力(),临界晶核半径 (),临界晶核形核功(),形核率(),结晶后()越细小;4、在过冷液体中,会显现很多尺寸不同的原子小集团称为(),只有当原子小集团的半径大于()时,才可作为晶核而长大;5、在形核时,系统总自由能变化是()降低和()增加的代数和,前者是形核的(),后者是形核
13、的();6、匀称形核时,临界晶核形核功与过冷度的关系可表达成(),它说明当形成临界尺寸晶核时,体积自由能补偿表面能的(),尚有()表面能没有得到补偿,需依靠();7、非匀称形核时,其形核功大小与润湿角 q 有关,当 q=00 时, G 非=(),当 q=900时, G 非=(),当 q=1800 时, G非=();说明润湿角 q 越小,对形核越();8、晶核长大与液固界面结构有关,一般粗糙界面以()方式长大;)方式长大,而光滑界面以9、为获得细晶粒,在金属结晶时通常采纳(),()和()等方法;10、金属铸锭一般由三个晶区组成,表面为(),中间为(),心部为();11、非匀称形核时临界球冠半径与
14、匀称形核临界晶核半径(),但非匀称形核的晶核体积比匀称形核时(),当过冷度相同时,形核率(),结晶后晶粒();12、金属结晶时形核方式有()和(),在实际铸造生产中常已()方式形核;三、 a )设为球形晶核,试证明匀称形核时,形成临界晶粒的 GK与其体积VK 之间的关系式为; b )当非匀称形核形成球冠形晶核时,其 GK与 V 之间的关系如何?四、假如临界晶核是边长为 aK 的正方体, 试求出其 GK与 aK 的关系; 为什么形成立方体晶核的 GK比球形晶核要大?五、为什么金属结晶时肯定要有过冷度?影响过冷度的因素是什么?固态金属熔化时是否会显现过热?为什么?名师归纳总结 - - - - -
15、- -第 6 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 六、试比较匀称形核与非匀称形核的异同点,说明为什么非匀称形核往往比匀称形核更简单进行;七、在其它条件相同时,试比较以下铸造条件下金属晶粒尺寸大小,并说明为什么? 1 、砂型铸造与金属型铸造 2 、铸薄壁件与铸厚壁件 3 、高温浇注与低温浇注 八、说明晶体成长外形与温度梯度的关系,分析在负温度梯度下,金属结晶出树枝晶的过程;九、简述三晶区形成的缘由及每个晶区的性能特点;十、为了得到发达的柱状晶区应当实行什么措施?为了得到发达的等轴晶区应当实行什么措施?其基本原理如何?十一、指出以下各题错误之处,并改正之;(1)所谓临
16、界晶核,就是体系自由能的削减完全补偿表面能增加时的晶胚大小;(2)在液态金属中,凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核,但是只要有足够的能 量起伏供应形核功,仍是可以形核;(3)无论温度分布如何,常用纯金属都是以树枝状方式生长;十二、何谓非晶态金属?简述几种制备非晶态金属的方法;非晶态金属与晶态金属的结构和性 能有什么不同?第四章 二元相图一、说明以下基本概念 组元、相、化学位、成分过冷、平稳安排系数、自由度、相律、同素异晶转变、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、熔晶转变、偏晶转变、合晶转变、组织、伪共 晶、离异共晶、枝晶偏析、比重偏析、正偏析、反偏析、区域偏析、区域提纯、
17、铁素体、奥 氏体、珠光体、莱氏体、变态莱氏体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体;二、填空题名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1、相律是表示平稳条件下,系统的自由度数、()数和()之间的关系,依据相律可知二元系最大的平稳相数是();2、在二元合金相图中,依据相律,两个单相区必定交于()点,两个单相区之间必定存在一个()相区,三相平稳时,系统的自由度等于(),说明转变()和三个相的()都是恒定的;3、二元合金相图杠杆定律只适用于()区,当二元系处于两相平稳时,可依据杠杆定律确定两平稳相的()和运算两平稳相的();4、
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