材科基考点精讲(第5讲 扩散)
材基习题及答案
第三章 作业与习题的解答 一、作业： 2、纯铁的空位形成能为105 kJ/mol 。将纯铁加热到850℃后激冷至室温（20℃），假设高温下的空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。(e 31.8=6.8X1013） 6、如图2-56，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。 （1）分析该位错环各段位错的结构类型。 （2）求各段位错线所受的力的大小及方向。 （3）在τ的作用下，该位错环将如何运动？ （4）在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定 不动，其最小半径应为多大？ 解： （2）位错线受力方向如图，位于位错线所在平面，且于位错垂 直。 （3）右手法则（P95）：（注意：大拇指向下，P90图3.8中位错 环ABCD 的箭头应是向内，即是位错环压缩）向外扩展（环扩大）。 如果上下分切应力方向转动180度，则位错环压缩。 (4) P103-104： 2sin 2d ?τd T s b = θRd s =d ； 2/sin 2 θ?d d = ∴ τ ττkGb b kGb b T R ===2 注：k 取0.5时，为P104中式3.19得出的结果。 7、在面心立方晶体中，把两个平行且同号的单位螺型位错从相距100nm 推进到3nm 时需要用多少功（已知晶体点阵常数a=0.3nm,G=7﹡1010Pa ）？ (31002100 32ln 22ππGb dr w r Gb ==?； 1.8X10-9J ） 8、在简单立方晶体的（100）面上有一个b=a[001]的螺位错。如果
它(a)被（001）面上b=a[010]的刃位错交割。(b)被（001）面上b=a[100]的螺位错交割，试问在这两种情形下每个位错上会形成割阶还是弯折？ （（a ）：见P98图3.21， NN ′在（100）面内，为扭折，刃型位错；(b)图3.22，NN ′垂直（100）面，为割阶，刃型位错） 9、一个 ]101[2- =a b 的螺位错在（111）面上运动。若在运动过程中遇 到障碍物而发生交滑移，请指出交滑移系统。 对FCC 结构：（1 1 -1）或写为（-1 -1 1） 10、面心立方晶体中，在（111）面上的单位位错]101[2-=a b ，在（111） 面上分解为两个肖克莱不全位错，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： γπ242 b G d s ≈ 应为 γπ242a G d s ≈ （G 为切变模量，γ为层错能） （P116式3.33，两个矢量相乘的积=|b1|˙|b2|˙cos(两矢量夹角) 11、在面心立方晶体中，（111）晶面和）（- 111晶面上分别形成一个扩展位错： （111）晶面：]211[6]112[6]110[2----+→a a a =A+B )111(- 晶面：]211[6]211[6]011[2a a a +→-=C+D 两个扩展位错在各自晶面上滑动时，其领先位错相遇发生位错反应，求出新位错的柏氏矢量；用图解说明上述位错反应过程；分析新位错的组
武汉大学《880材料科学基础》考研真题详解
武汉大学《880材料科学基础》考研真题详解 2021年武汉大学《880材料科学基础》考研全套 目录 ?全国名校材料科学基础考研真题汇编（含部分答案） 说明：本科目考研真题不对外公布（暂时难以获得），通过分析参考教材知识点，精选了有类似考点的其他院校相关考研真题，以供参考。 2．教材教辅 ?石德珂《材料科学基础》（第2版）配套题库【名校考研真题＋章节题库＋模拟试题】 说明：以上为本科目参考教材配套的辅导资料。 ? 试看部分内容
名校考研真题 导论 １．试举例分析材料加工过程对材料使用性能的影响。[中南大学2007研] 答：材料加工过程对材料使用性能有重要而复杂的影响，材料也必须通过合理的工艺流程才能制备出具有实用价值的材料来。通过合理和经济的合成和加工方法，可以不断创制出许多新材料或改变和精确控制许多传统材料的成分和结构，可以进一步发掘和提高材料的性能。 材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状，而且是控制材料成分和结构的必要手段。如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能，冷轧硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。 2．任意选择一种材料，说明其可能的用途和加工过程。[中南大学2007研] 答：如Al-Mg合金。作为一种可加工、不可热处理强化的结构材料，由于具有良好的焊接性能、优良的耐蚀性能和塑性，在飞机、轻质船用结构材料、运输工业的承力零件和化工用焊接容器等方面得到了广泛的应用。 根据材料使用目的，设计合金成分，考虑烧损等情况进行配料，如A15Mg合金板材，实验室条件下可在电阻坩埚炉中750℃左
材科基实验报告
四川大学实验报告 实验一：普通光学金相显微镜的构造及使用 一、实验目的： （1）了解普通光学显微镜的构造，各主要部件及元件的效用。 （2）掌握正确的使用操作规程及维护方法。 （3）掌握一般金相显微样品的制备过程和基本方法。 （4）熟悉碳钢平衡组织的显微形貌特征及识别方法。 二、实验原理： （1）金相显微镜的主要结构与介绍： 显微镜的基本放大作用由焦距很短的物镜和焦距较大的目镜来完成的，物体位于物镜的前焦点外但很靠近焦点位置，物体经过物镜形成倒立的放大实像，这个像位于目镜的物方焦距内但很靠近焦点位置，作为目镜的物体，目镜将物镜放大的实像再放大成虚像，位于观察者的明视距离（距人眼250mm）处，供眼睛观察。 为了减少球面像差、色像差和像域弯曲等像差，金相显微镜的物镜和目镜都是由透镜组构成的复杂光学系统。显微镜的成像质量在很大程度上取决于物镜的质量，因此物镜的构造尤为复杂，根据对各种像差的校正程度不同，物镜可分为消色差物镜、复消色差物镜和平视场物镜等三大类。近年来，由于采用计算机技术，物镜的设计和制造都有了很大改进。 实际上，一方面，金相显微镜所观察的显微组织，往往几何尺寸很小，小至可与光波波长相比较，此时不能再近似地把光线看成直线传播，而要考虑衍射的影响。另一方面，显微镜中的光线总是部分相干的，因此显微镜的成像过程是个比较复杂的衍射相干过程。此外，由于衍射等因素的影响，显微镜的分辨能力和放大能力都受到一定限制，目前金相显微镜可观察的最小尺寸一般是0.2μm左右，有效放大倍数最大为1500~1600倍。 金相显微镜总的放大倍数为物镜与目镜放大倍数的乘积。放大倍数用符号“Х”表示，例如物镜放大倍数为20Х，目镜放大倍数为10Х，则显微镜的放大倍数为
材科基考点强化(第4讲 缺陷)
本章特点 本章的中心内容就是各种缺陷的分类，特性，相互作用以及对材料的影响。重点是位错的理解。 出题形式 本章内容试题的题型有选择题、简答题、此类试题的容量和难度都不会太大，以记忆知识为主，比较简单。但还有综合性质的计算题，这类题目难度较大，需要对于知识有更深入的掌握，理解和运用。 主要考点 考点1：晶体缺陷的分类 考点2：空位浓度的计算 考点3：点缺陷的分类和形成 考点4：点缺陷对于材料性能的影响 考点5：位错的一些基础知识:位错分类，柏氏矢量，滑移方式 考点6：位错的运动与增殖 考点7：位错的相互作用 考点8：扩展层错 考点9：位错应力场 考点10：位错与点缺陷和面缺陷的交互作用 考点11：全位错，不全位错 考点12：位错反应 考点13：面缺陷的分类 考点14：晶界 考点15：相界 考点1：晶体缺陷的分类 例1：什么是晶体缺陷按照晶体缺陷的几何组态，晶体缺陷可分为哪几类 例2：缺陷的特征是（）。 A．不随外界条件的改变而变动，也不会合并和消失 B．随着各种条件的改变而不断变动，它们运动，发展以及会产生交互作用、合并和消失。 C．随着各种条件的改变而不断变动，但不产生交互作用，不会合并和消失 考点2：空位浓度的计算 （1）已知温度T，求形成能。 例：由600℃降温到300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了6个数量级。试计算锗晶体中的空位形成能（玻尔兹曼常数k=×10-23J/K）。 （2）已知形成能，求温度T。 例：计算某金属的空位浓度比室温（300K）空位浓度大1000倍时的温度。已知Cu的空位形成能力为×1019J/mol。 （3）求点缺陷数目 例1：已知空位形成能是atom，铁的原子量是，铁的密度是cm3，阿伏加德罗常数N A=×1023，玻尔兹曼常数k=×10-5eV/atom-K，请计算1立方米的铁在850℃下的平衡数目。 例2：铝的密度是cm3，假设其中只有肖脱基空位，求空位浓度。（阿伏加德罗常数×1023，铝的原子量是，铝的点阵常数）
浙江大学工程训练作业题集锦
第二章工程材料+热处理（16/18） ×1. 低碳钢为了达到硬而耐磨，可采用淬火热处理工艺。 2. 在碳素钢中，为提高其性能，加入一种或多种合金元素，即成为合金钢。（正确） 3. 热处理工艺中淬硬性和淬透性的含义是一样的。（错） 4. 正火比退火过冷度大（冷却速度较快），获得的组织较细，因此正火的强度和硬度比退火高。（错误） 5. 焊接后为消除焊接应力，可采用退火工艺。（正确） 6. 造成热处理变形的主要原因，是淬火冷却时工件内部产生的内应力所致。（正确） 7. 为了获得优良的淬火质量，细而长的轴类零件、薄而平的零件，应垂直淬入冷却液中。（错误） 8. 金属材料的塑性，随温度的升高而降低。（错误） 9. 淬火加高温回火的工艺称为调质处理。（正确） 10. W18Cr4V是（）。A、工具钢 B、弹簧钢 C、不锈钢 D、耐热钢 11.调质的目的是（）。 A、提高硬度 B、降低硬度 C、改善切削性能D、获得良好综合力学性能 12.钳工实习时做的小锤头，热处理应采用（）。A、淬火+低温回火 B、正火 C、退火 D、淬火+高温回火 13.以下哪些不属于金属材料及热处理实践所需的仪器或设备 A、箱式电炉 B、邵氏硬度计 C、洛氏硬度计 D、维氏硬度计 14.铸造机床床身一般采用的材料是（） A、铸钢 B、可锻铸铁C、灰铸铁 D、球墨铸铁 15.制造轴、齿轮、连杆、曲轴等机械零件，一般应选用。 A、耐磨钢 B、低碳钢C、中碳钢 D、高碳钢 16.以下硬度值标示中，哪一项的写法是正确的。 A、HBS240 B、HRA80 C、55HRC D、HV800 17.选择材料时，应考虑哪些原则（）。 A、力学性能B、使用性能和工艺性能 C、化学性能 18.用碳素工具钢制造的刀具能否用于高速切削为什么 A、能，因硬度高 B、不能，因硬度低 C、能，因红硬性好 D、不能，因红硬性差 19.淬火后零件立即进行回火处理的目的是（）。 A、提高硬度 B、提高强度C、降低脆性，提高韧性 第三章铸造（/20） 1. 在造型时，舂砂太松（紧），则会产生气孔。（错误） 2. 分模造型适用于最大截面不在端部的铸件。（正确） 3. 整模造型与分模造型相比，最大的特点是不会产生错箱缺陷。（正确） 4. 形状复杂的结构件可采用铸造方法来满足铸件的使用性能。（正确） 5. 大量生产中，为提高生产率，便于操作，常常用单一砂（指原砂）。（正确） 6. 错箱是指浇注期间金属溢出造成的缺陷。（错误）（合箱时上下砂箱未对准、未夹紧） 7. 零件、模样、铸件三者的尺寸与形状应该是一致的。（错误） 8. 型砂是制造砂型的主要成型材料。（正确） 9. 冒口也是将金属液引入的通道。（错误）（外浇口、直浇道、横浇道、内浇道） 10. 飞边和错箱属于铸件的表面缺陷。（错误） 11. 下列零件毛坯中，适宜采用铸造方法生产的是（） A、机床主轴B、机床床身 C、机床丝杠 D、机床齿轮 12. 分型面应选择在（）。 A、铸件受力面上 B、铸件加工面上C、铸件最大截面处 D、铸件的中间▲13. 为提高合金的流动性，常采用的方法是（）。 A、适当提高浇注温度 B、加大出气口 C、降低出铁温度 D、延长浇注时间 14. 以下哪项不是砂型铸造的翻砂工具。（） A、砂箱、舂砂锤、底板、模样、砂刀 B、冒口、浇注系统、通气针 C、起模针、砂勾、圆勺 D、水罐、筛子、铁锹、敲棒 ▲15. 型砂透气性差，主要易于产生以下（）缺陷。A、气孔 B、粘砂、硬皮 C、应力、变形 D、裂纹 16. 起模前，在模样周围刷水是为了 A、提高型砂的耐火性 B、增加型砂的湿强度和可塑性 C、提高型砂的流动性 D、提高型砂的退让性 17. 铸件中的重要加工面或支撑面如机床导轨面，在造型时其位置应设置 A、朝上 B、首选朝下，次选侧面 C、侧面 D、朝下 ▲18. 当合金的浇注温度过高时，铸件易产生的缺陷是（）。A、粘砂 B、溢料 C、气孔 D、砂眼 19. 金属型在浇注前，必须在型腔内喷刷涂料，它的作用主要是（）。 A、防止金属型开裂 B、保护金属型的工作表面和改善铸件表面质量 C、使金属液容易注入型腔
材料科学基础试题
第一章原子排列 本章需掌握的内容： 材料的结合方式：共价键，离子键，金属键，范德瓦尔键，氢键；各种结合键的比较及工程材料结合键的特性； 晶体学基础：晶体的概念，晶体特性（晶体的棱角，均匀性，各向异性，对称性），晶体的应用 空间点阵：等同点，空间点阵，点阵平移矢量，初基胞，复杂晶胞，点阵参数。 晶系与布拉菲点阵：种晶系，14种布拉菲点阵的特点； 晶面、晶向指数：晶面指数的确定及晶面族，晶向指数的确定及晶向族，晶带及晶带定律六方晶系的四轴座标系的晶面、晶向指数确定。 典型纯金属的晶体结构：三种典型的金属晶体结构：fcc、bcc、hcp； 晶胞中原子数、原子半径，配位数与致密度，晶面间距、晶向夹角 晶体中原子堆垛方式，晶体结构中间隙。 了解其它金属的晶体结构：亚金属的晶体结构，镧系金属的晶体结构，同素异构性 了解其它类型的晶体结构：离子键晶体结构：MgO陶瓷及NaCl，共价键晶体结构：SiC陶瓷，As、Sb 非晶态结构：非晶体与晶体的区别，非晶态结构 分子相结构 1. 填空 1. fcc结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______致密度为___________配位数是________________晶胞中原子数为___________，把原子视为刚性球时，原子的半径是____________；bcc结构的密排方向是_______，密排面是_____________致密度为___________配位数是________________ 晶胞中原子数为___________，原子的半径是____________；hcp结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______，致密度为___________配位数是________________，晶胞中原子数为 ___________，原子的半径是____________。 2. bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是________________。 3. Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是________________。 4. 在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是_________________。 5. 在fcc晶胞中，八面体间隙中心的坐标是____________。 6. 空间点阵只可能有___________种，铝晶体属于_____________点阵。Al的晶体结构是__________________， -Fe的晶体结构是____________。Cu的晶体结构是_______________， 7点阵常数是指__________________________________________。 8图1是fcc结构的(-1,1,0 )面，其中AB和AC的晶向指数是__________，CD的晶向指数分别 是___________，AC所在晶面指数是--------------------。
材科基考点精讲(第3讲 合金相)
第3讲合金相、离子晶体、共价晶体以及聚合物的晶体结构 主讲人：高山 网学天地 https://www.360docs.net/doc/7511237448.html,
网学天地（https://www.360docs.net/doc/7511237448.html, ） 版权所有 一、合金相晶体结构 基本概念：合金、合金相（相）、组织 合金相分类：固溶体，中间相 重点：各类固溶体的定义 固溶体与中间相的区别
网学天地（https://www.360docs.net/doc/7511237448.html, ） 版权所有 （一）基本概念 1.合金（alloy ）：两种或两种以上的金属或金属与非金属经冶炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组元—组成合金的基本单元。组元可以是金属和非金属，也可以是化合物。 2. 组织（structure ）：材料中的直观形貌，可以用肉眼观察到，也可以借助于放大镜、显微镜观察到的微观形貌。分为：①宏观组织，肉眼或是30倍放大镜所呈现的形貌；②显微组织，显微镜观察而呈现的形貌。 3.相（phase ）：合金中具有同一聚集状态，同一化学成分、同一晶体晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。
网学天地（https://www.360docs.net/doc/7511237448.html, ） 版权所有 ()?????????????????????????????????????? 无限固溶体按固溶度分有限固溶体置换式固溶体按溶质原子无序固溶体按原子排列所占位置固溶体的程序性分有序固溶体间隙固溶体：有限固溶体一次固溶体初级固溶体按基体类型二次固溶体（二）固溶体 1. 固溶体的定义 固溶体：溶质原子以原子态溶入溶剂点阵中组成的单一均匀固态溶体称为固溶体；其最大特点是保持了原溶剂的晶体结构。 2. 固溶体的分类
材科基作业题
石墨是由二维石墨层一片片沿其法线方向以ABABAB …方式重叠而成，片层间距相等，且为l 0=0.336nm 。每层碳原子构成正六角形网状结构，片层投影如下图所示（注：实心点代表A 层原子，空心点代表B 层原子）。碳原子与碳原子的最近距离a =0.142nm 。 （1） 画出石墨片层（二维）的Brivais 空间点阵，并确定其点阵矢量； （2） 确定石墨晶体的Brivais 点阵类型及点阵常数大小。 （3） 比较石墨片层的晶胞与原胞的异同。 解：（1）石墨片层的Bravais 空间点阵如下图红虚线所示，其中a 1和a 2为点阵矢量。如两原子间距离为a ，则点阵矢量可表示为（i,j 为单位矢量）： 10 22cos3033sin 6022a a j j a ai a j ai j ===+= （2）若考虑对称性，则石墨为六方晶胞，其点阵常数大小为： 00.1420.246a nm === 00220.3360.672c l nm ==?= 0090,120αβγ=== （3）石墨片层的晶胞（黄色）与原胞（浅兰色）分别如下图所示。 j i
3. 推导出正六变形点阵的倒易点阵矢量，并确定其倒易点阵的空间点阵类型。 解：设正六边形的变长为a ，建立如图所示的直角坐标系，正六边形的原胞矢量可以写为： 122a a i j a ai =+= （1） 其点阵常数间的关系为设其倒易点阵矢量为： 111222b x i y j b x i y j =+=+ 则由公式：1122211211 0a b a b a b a b ?=?=?=?= 可得： 1211b j b j a a =+=+ (2) 将（1）式和（2）式进行比较，可知两组点阵矢量具有完全相同的形式，由（2）矢量所构成的倒易点阵仍是正六边形。 注：原胞矢量的写法不唯一。 1. 有一工件需要使用到1000℃以上， （1）采用铁合金材料可能会出现什么问题？ （2）试计算由于铁晶型转变所造成的体积变化。 （3）假设单轴应变为体积应变的1/3，铁的弹模量为210GPa,试计算所产生的应力大小。 （已知：BCC 铁的晶格常数为0.2863nm ，FCC 铁晶格常数为0.3591nm ） 111222111222)1022)02)02 0)12 a i j x i y j x a x i j x i y j a a y i x i y j y a i x i y j ?+=?=?????=+=????????=+=????=??+=?? (+)（(+)（()（() （i
材料科学基础实验指导书
《材料科学基础》实验指导书 （试用） 院系： 班级： 姓名： 学号： 大连理工大学 年月日
实验目录 实验一金相显微镜的使用及金相试样制备方法（2学时）实验二金属材料的硬度（2学时）实验三 Sn-Pb二元平衡相图测试（2学时）实验四金相定量分析方法（2学时）实验五 Fe-C合金平衡组织观察（2学时）实验六材料弹性及塑性变形测定（2学时）实验七碳钢试样的制备及测试综合性实验（4学时）实验八金属塑性变形及回复再结晶设计性实验（6学时）实验九金属凝固组织及缺陷的观察（2学时）
实验一金相显微镜的使用及金相试样制备方法 一、实验目的 1）了解光学显微镜的原理及构造，熟悉其零件的作用。 2）学会正确操作和使用金相显微镜。 3）掌握金相试样的制备过程和基本方法。 二、实验设备与材料 实验设备：x-1型台式光学显微镜，磨样机、抛光机、砂轮机 实验材料：碳钢标准样品 三、实验内容 1.通过本次实验使学生了解光学显微镜并熟悉光学显微镜的构造和使用方法； 2.要求每个学生会实际操作光学显微镜，观察金相样品并测定其放大倍数。 3.演示并初步认识金相试样的制备过程及方法 四、实验报告撰写 撰写实验报告格式要求： 一、实验名称 二、实验目的 三、实验内容 包括：1. 光学显微镜的构造及其零部件的作用 2. 使用光学显微镜观察标准样品的收获 3. 概述金相试样制备过程及方法 四、个人体会与建议
实验二金属材料的硬度 一．实验目的 1.了解布氏、洛氏、维氏硬度的测试原理。 2.初步掌握各种硬度计的操作方法和使用注意事项。 二．实验设备和样品 1．布氏、洛氏、维氏硬度计 2．铁碳合金试样 三．实验内容和步骤 1.通过老师讲解，熟悉布氏和洛氏硬度计的原理、构造及正确的操作方法。 2.演示测定维氏硬度值，演示测定布氏和洛氏硬度值， 注：每个样品测量压痕数，由指导老师根据学生人数确定，保证每位学生可以操作硬度计1-2次。因为实验条件限制，所以不需要严格按照多次测量取平均值的要求进行实验。 四．实验报告内容 1．简述实验目的和步骤。 2．简要叙述布氏、洛氏、维氏硬度计的测量原理和特点。 3．写出测量步骤，附上实验结果。 4．总结各种硬度计的使用注意事项和使用体会。
06材料科学基础试卷A(答案)
装 订 线 装 订 线 内 不 要 答 题 学 号 姓 名 班 级 东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 课程名称： 材料科学基础 试卷： A 考试形式： 闭卷 授课专业： 材料科学与工程 考试日期： 2008年12月31日 试卷：共 4 页 一、填空题：（每空1分，共20分） 1、三元凝聚系统中最大相数是 4 。 2、某一氮气和氧气的混合物系统，其独立组元数是 2 ，相数是 1 。 3、下图为晶核的半径r 与△G 间的关系，现有不同温度的三条曲线，请指出哪条温度最高? T 1 。哪条温度最低? T 3 。 4、在单元系的p （压强）-T （温度）相图内，当高温相向低温相转变时体积 收缩，则根据克拉珀龙方程，相界线的斜率为 正 （填正、负或大 于零、小于零）。 5、测定某种晶体凝固时生长速度（υg ）与液固相界面前端动态过冷度（△T K ）的关系为υg 正比于△T K 2，则该晶体的长大属于 借螺型位错长大 方式。 6、一般金属在非均匀形核时，所需的过冷度是其结晶温度Tm 的0.02 倍。 7、高分子从熔体冷却结晶时，通常形成 球晶 。高分子的熔点随其晶 片厚度的增加而 增加 。 8、二元包晶合金中，有α相和β相两相，α相是初生相，其包晶转变式为βα→+L 9、调幅分解是经过 组元的上坡扩散 方式形成。 10、有效分配系数K e 表示液相的混合程度，其值范围是 K 0 主要考点 考点1：菲克第一定律 考点2：菲克第二定律 考点3：影响扩散速率的因素 考点4：扩散机制 考点5：上坡扩散 考点6：反应扩散 考点7：柯肯达尔效应 考点8：综合 考点1：菲克第一定律 例1（名词解释）：稳态扩散。 例2：写出菲克第一定律的数学表达式，并注明表达式中各参量的含义及单位。 例3：扩散第一定律的应用条件是什么？对于浓度梯度随时间变化的情况，能否应用用扩散第一定律？ 答：扩散第一定律应用条件为稳态扩散，即质量浓度不随时间而变化。非稳态扩散情况下通常也可应用扩散第一定律，但必须进行修正使之大致符合直线的情况下才可使用。 考点2：菲克第二定律 例1：考虑扩散系数为常量的半无限的一维扩散，保持扩散源的浓度为2C 不变；保持扩散介质中扩 散物质的初始浓度为1C ，且均匀分布。这时扩散介质中扩散物质的浓度随扩散时间和扩散距离的变 化可用下式来表示（ ）。 A ．( )2,1exp 2C C x t ??=-???? B ．( )112,()1exp C x t C C C ??=+--??? ? C ．( )1212,1exp 22C C C C C x t ??--=+-???? 例2：已知碳在γ-Fe 中的扩散常数50 2.010D -=? 2m /s ，扩散激活能314010J/mol Q =?，要想得到与在927℃时渗碳10h 的相同厚度，则在870℃渗碳需要多长时间？（忽略不同温度下碳在γ-Fe 中溶解度的不同） 例3：生产中，在930℃对20号钢零件进行气体渗碳，渗碳碳势为1.2%，零件的技术要求是渗碳层含碳量不低于0.6%。（1）渗碳2h 后，估算渗碳层的深度？（2）若要求渗碳层的深度达到0.5mm ，渗碳时间应为多少小时？（930℃时碳在γ-Fe 中的扩散系数为1221610m /s -?） C 胡赓祥《材料科学基础》（第3版）配套模拟试题及详解（二） 一、填空题（每题3分，共9分） 1．体心立方金属的滑移系是由_________滑移面和_________滑移方向组成的。 <> {110}111 【答案】； 2．根据晶体缺陷的几何特征，可将它们分为_________、_________、_________三类。 【答案】点缺陷；线缺陷；面缺陷 3．莱氏体是_________与_________的机械混合物。 【答案】奥氏体；渗碳体 二、名词解释（每题4分，共12分） 1．再结晶 答：冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况，这个过程称之为再结晶。 2．割阶 答：在位错的滑移运动过程中，若曲折线段垂至于位错的滑移面时，称之为割阶。 3．柯肯达尔效应 答：由于两种原子的扩散速率不同，导致了一种原子扩散出去的通量不等于另一种原子扩散进入的通量，进而导致标志面（Mo丝）移动的现象称之为柯肯达尔效应。 三、简答题（每题6分，共48分） 1．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？ 答：原子的结合键有： （1）离子键。其特点是：正负离子相互吸引；键合很强，无饱和性，无方向性；熔 点、硬度高，固态不导电，导热性差。（2）共价键。其特点是：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有饱和性，有方向性；熔点、硬度高，不导电，导热性有好有差。 （3）金属键。其特点是：金属正离子与自由电子相互吸引；键合较强，无饱和性，无方向性；熔点、硬度有高有低，导热导电性好。 （4）分子键。其特点是：分子或分子团显弱电性，相互吸引；键合很弱，无方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性差。 （5）氢键。其特点是：类似分子键，但氢原子起关键作用；键合弱，有方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性好。 2．简述柏氏矢量的物理意义与应用。答：（1）柏氏矢量的物理意义：①表征位错线的性质。据与位错线的取向关系可b v b v 确定位错线性质；②表征了总畸变的积累。围绕一根位错线的柏氏回路任意扩大或移动，b v 回路中包含的点阵畸变量的总累和不变，因而由这种畸变总量所确定的柏氏矢量也不改变；③表征了位错强度。同一晶体中大的位错具有严重的点阵畸变，能量高且不稳定。位b v b v 错的许多性质，如位错的能量，应力场，位错受力等，都与有关。 b v （2）柏氏矢量的应用：柏氏矢量可表示位错性质和取向，即晶体滑移方向。柏氏矢量越大，位错周围晶体畸变越严重。 3．一根多晶Zn （）棒和一根多晶镁（）棒受压缩变形，分析二/ 1.86c a =/ 1.62c a =者的变形特征，比较二者的塑性。（提示：从分析滑移和孪生入手） 答：多晶体压缩滑移转动，（0001）转向压缩面，产生织构。继续压缩，滑移越来越难。 对于Zn ：由于c /a ＝1.86，位于锐角区，宏观压力方向与微观孪生变形相适应，故可发生孪生。孪生之后改变位向可继续滑移，反复进行，故表现出较好的塑性。 对于Mg ：由于c /a ＝1.62，压力轴位于钝角区，宏观压力方向与微观孪生变形相反，故不可发生孪生。因此表现出较差的塑性。 4．根据凝固理论，简述细化晶粒的基本途径。 答：由凝固理论可知，结晶时单位体积中的晶粒数目Z 取决于形核率N 和晶体长大速率V g 两个因素，即ZN /V 。基本途径： （1）增加过冷度T 。T 增加，ZV g 都随之增加，但是N 的增长率大于V 的增长率。 因而N /V 的值增加，即Z 增多。（2）加入形核剂。加入形核剂后，可以促使过冷液体发生非均匀形核。即不但使非均匀形核所需的基底增多，而且使临界晶核半径减小，这都使晶核数目增加，从而细化晶粒。 实验报告 实验课程：材料科学基础 学生姓名： 学号： 专业班级： 年月日 实验一浇注和凝固条件对铸锭组织的影响 一、实验目的 1. 研究金属注定的正常组织。 2. 讨论浇注和凝固条件对铸锭组织的影响。 3. 初步掌握宏观分析方法。 二、实验内容说明 金属铸锭（件）的组织一般分为三个区域：最外层的细等轴晶区，中间的柱状晶区和心部的粗等轴晶区。最外层的细等轴晶区由于厚度太薄，对铸锭（件）的性能影响不大；铸锭中间柱状晶区和心部的粗等轴晶区在生产上有较重要的意义，因此认为地控制和改变这两个区域的相对厚度，使之有利于实际产品，有很大意义。 铸锭的组织（晶区的数目、相对厚度、晶粒形状的大小等）除与金属材料的性质有关外，还受浇注和凝固条件的影响。因此当给定某种金属材料时，可借变更铸锭的浇注凝固条件来改变三晶区的大小和晶粒的粗细，从而获得不同的性能。 本实验是通过对不同的锭模材料、模壁厚度、模壁温度、浇注温度及用变质处理和振动等方法浇注成的铝锭的宏观组织的观察，对铸锭的组织形成和影响因素进行初步的探讨，并对金属研究中经常要采用的宏观分析方法进行一次初步的实践。 本实验用以观察的铸锭样品浇注和凝固条件如后表： 三、实验步骤 1. 教师介绍金属宏观分析方法，讲解各样品浇注和凝固条件。 2. 学员轮流观察各种样品，结合已知的浇注和凝固条件分析各样品宏观组织的形成过程。 3. 描述所观察到的各样品的宏观组织。 四、实验报告要求 1. 叙述浇注正常组织的形成过程。 2. 逐一描绘各试样的宏观组织图，分析浇注和凝固条件对铸锭（件）组织的影响。 五、思考题 1. 简述宏观组织的特点及分析方法。 《材料科学基础》考研2021年考研考点归纳与考研 真题 第1章材料概论 1.1 考点归纳 一、材料的分类 工程材料按属性可分为四类：金属材料、陶瓷材料、高分子材料及由前三类相互组合而成复合材料； 按使用性能可分为两大类：主要利用其力学性能的结构材料和主要利用其物理性能的功能材料。 1．金属材料 （1）金属材料中包括两大类型：钢铁材料和有色金属。有色金属主要包括铝合金、钛合金、铜合金、镍合金等； （2）在有色金属中，铝及其合金用得最多，这主要是因为铝及其合金的以下特性： ①重量轻，只有钢的1/3； ②有好的导热性和导电性，在远距离输送的电缆中多用铝； ③耐大气腐蚀，可用来制作容器和包装品、建筑结构材料及导电材料。 2．陶瓷材料 （1）传统的陶瓷材料是由粘土、石英、长石等成分组成，主要作为建筑材料使用；（2）新型的结构陶瓷材料，其化学组成和制造工艺都大不相同，其成分主要是 A12O3、SiC、Si3N4等； （3）新型结构陶瓷在性能上的优点： ①重量轻； ②压缩强度高，可以和金属相比，甚至超过金属； ③熔点高，耐高温； ④耐磨性能好，硬度高； ⑤化学稳定性高，有很好的耐蚀性； ⑥电与热的绝缘材料。 （4）新型结构陶瓷在性能上的缺点： ①容易脆断； ②不易加工成形。 3．高分子材料 （1）高分子材料又称聚合物； （2）按用途可分为：塑料、合成纤维和橡胶三大类型； （3）塑料又分为：通用塑料和工程塑料。 4．复合材料 （1）金属、聚合物、陶瓷自身都各有其优点和缺点，如把两种材料结合在一起，就产生了复合材料； （2）复合材料可分为三大类型：塑料基的复合材料、金属基和陶瓷基的复合材料；5．电子材料、光电子材料和超导材料 （1）电子材料是指在电子学和微电子学中使用的材料，主要包括半导体材料、介电功能材料和磁性材料等； （2）光电子材料； （3）超导材料。 二、材料性能与内部结构的关系 华中科技大学 材料科学与工程学院试卷(A) （闭卷） 考试科目：材料科学基础 班级：材料1101，1102，1103 考试日期：2013年11月26日 姓名：班级：学号： 评分 一、单项选择题(每题2分，共20分) 1．实际金属结晶时，通过控制形核率N和长大速率G的比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得粗大晶粒（ B ） （A）N/G很大（B）N/G很小（C）N和G接近（D）不确定 2．材料中能发生扩散的根本原因是（C ） （A）温度的变化（B）存在浓度梯度（C）存在化学势梯度（D）压力的变化 3．马氏体相变属于（ A ）。 （A）无扩散型相变。（B）扩散型相变。 （C）非共格相变。（D）扩散与非扩散混合型相变。 4．在SiO2七种晶型转变中，存在两种转变方式：一种为位移型转变，另一种为重构转变，位移转变需要的激活能（ B ）重构转变的激活能。 （A）大于（B）小于（C）等于（D）视具体情况而定 5．对于铁碳合金而言，铸铁和碳钢的区别在于有无（C ） （A）渗碳体（B）铁素体（C）莱氏体（D）珠光体 6．某金属凝固时的形核功为△G*，其临界形核表面能为σ。假设晶核为球形，则△G*和σ的关系为（ A ） （A）σ=3△G * （B）σ=1/3△G* （C）σ=△G * （D）σ=2△G* 7．下列材料中属于良好的绝缘体是：（ C ） （A）金属（B）单晶硅（C）绝大多数陶瓷（D）石墨 8．根据三元相图的垂直截面图，可以（ B ） （A ）分析相成分变化规律 （B ）分析材料的平衡凝固过程 （C ）用杠杠定律计算各相的相对含量 （D ）得到三元系投影图 9．当压力不变时，根据相律：（ C ） （A ）单元系中两相平衡反应可以在某个温度区间内进行 （B ）二元系中三相平衡反应可以在某个温度区间内进行 （C ）三元系中三相平衡反应可以在某个温度区间内进行 （D ）三元系中四相平衡反应可以在某个温度区间内进行 10．运用区域熔炼方法可以（ D ）。 （A ） 使材料成分更均匀。 （B ）可以消除晶体中的微观缺陷。 （C ）可以消除晶体中的宏缺陷。 （D ）可以提高金属的纯度。 二、液/固相变时，画出自由能变化△G 与晶胚r 之间的关系图，从能量的角度简述 晶体的形核过程。单组元液相和合金熔体在凝固时均可能形成树枝晶，它们的结晶过程有何不同。（10分） 在一定的过冷度下，液体中若出现一固态的晶体，该区域的能量将发生变化，一方面一定体积的液体转变为固体，体积自由能会下降，形成晶体形核的驱动力。另一方面增加了液－固相界面，增加了表面自由能，形成晶体形核的阻力。因此总的吉布斯自由能变化量为： 单组元液相在负的温度梯度下形成枝晶，而合金熔体 由于存在成分过冷现象，无论正温度梯度还是负的温度 梯度均可能形成枝晶。 3 2443 V G r G r ππσ?=?+ 材料科学基础实验课程教学大纲（实验课程类） 课程名称：材料科学基础实验 英文名称：Material Science Foundation Experiments 课程编号：1200303 面向专业：材料类各专业(金属材料、土木工程材料、电子信息材料、先进材料及成形) 学时学分：3周3学分 本大纲主撰人：王仕勤、庞超明（Tel：52090661，E—mail: wsqwyd@https://www.360docs.net/doc/7511237448.html,） 一、课程作用和具体目标 本实验课程面向全院材料类各专业（包括金属材料、土木工程材料、电子信息材料、先进材料及成形）学生开设，着重加强与“材料科学基础”课程相关的基本知识、基本理论、基本方法的学习和训练，它是“材料科学基础”课程中的重要环节。通过实验使学生进一步掌握材料晶体学基础理论；掌握相图的基本构成和应用；了解晶体缺陷对形变行为的作用；初步掌握材料实验的主要方法和操作技术，并能对测试结果进行综合评定。从而初步掌握材料研究的基本手段与方法，包括宏观分析方法与微观分析方法。使学生在实验技能和动手能力方面得到系统的训练，以培养从事科研活动严谨的工作作风，培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，提高学生的科研动手能力，为后续课程教学和实验教学打下坚实的基础。 三、教学管理模式与注意事项 1、学生必须完成全部“必做实验”。在此基础上，可根据自己的兴趣爱好、能力强弱和 时间多少，进行“选做实验”。 2、学生在实验前必须认真预习实验指导书等相关内容。教师在实验前作必要的讲解和辅 导。 3、学生应严格遵守实验室规章制度和安全规范，确保安全。 四、设备及器材配置 1、制样设备：砂轮机、切割机、镶嵌机、水磨机、抛光机、电解抛光仪等。 2、加热、温控及加工设备：热处理炉、坩埚电炉、烘箱、温度控制仪、离心机、小型轧 机、大型轧机等。 3、分析测试设备：拉伸机、抗折试验机、抗压试验机、硬度计、体视显微镜、金相显微 镜、荧光显微镜、反光显微镜、偏光显微镜、混凝土气孔分析显微镜。放大机、数码相机、计算机、打印机、分析天平、酸碱滴定管、U型管界面移动电泳仪、离心分离机、李氏瓶、稠度仪、试模、勃氏比表面仪、套筛、沥青延度仪、沥青软化点仪、不透水仪、沥青针入度计、直流稳压电源、水泥水化热测定仪等。 4、各种耗材若干 五、考核与成绩评定 1、采用实验出勤情况、实验报告完成情况以及笔试考试情况综合考核。 2、成绩评定采用优秀、良好、中等、及格、不及格五档评定。(相应于百分制为：大于 等于90、80～89、70～79、60～69、小于60)。出勤情况占10％，实验报告占40％，笔试成绩占50%。 六、教材与参考资料 1、王仕勤、庞超明等材料科学基础实验. 南京：东南大学讲义，2006.6 2、秦鸿根编建筑材料试验指导书. 南京：东南大学讲义，2003.10 3、伍洪标主编无机非金属材料试验. 化学工业出版社，2002.6 4、硅酸盐物理化学实验指导书，南京：东南大学讲义 浙江大学材料科学与基础 习题与解答 第一章晶体结构 一、分别确定具有下述晶胞参数关系的晶胞可能属于哪些晶系： 1、； 2、a b c； 3、b c； 4、； 5、 解答：1、（正交、四方、立方）2、（三斜、单斜、正交）3、（三斜、单斜、正交、四方）4、（三斜、单斜、菱方）5、（正交、六方、四方、 立方） 二、设图1-11是立方晶系，试标出AF方向的晶向指数，并写出该晶向所属晶 向族中其它所有晶向指数。 解答：[11]，<111>=[111]、[11]、[11]、[1]、[11]、[1]、[1]、[] 三、一个正交晶系晶胞，在X、Y、Z三个晶轴上分别截a/2、4b和2c/3，连 接这三个截点作一个平面，试确定该平面的晶面指数；写出该晶胞包含 （111）晶面的晶面族中所有其它晶面。 解答：(816) 1 四、分别确定立方晶系和正交晶系中{110}晶面族中的所有晶面。与立方晶系 {110}晶面族对比，正交晶系不属于{110}晶面族而立方晶系中却包含在 {110}晶面族中的那些面，在正交晶系中分另属于什么晶族，请分类确定。 解答：立方：{110}=(110)+ (101)+(011)+(10)+ (01)+ (10)+(01)+ (10)+ (01)+ (0)+ (0)+(0)；正交：{110}=(110)+ (10)+ (10)+ (0)；{101}=(101)+ (10)+(01)+ (0)；{011}=(011)+ (01)+(01)+ (0) 五、在六方晶系中，有如右图中画出的一个晶面，试标定它的晶面指数。 解答：（20） 六、设两个晶面（152）和（034）是属于六方晶系的正交坐标表述，试给出在 描述六方晶胞中常用的四轴坐标下这两个晶面的晶面指数。若现在有两个晶面（23）、（22），试确定这两个晶面在正交坐标下的晶面指数。 解答：（152），（034），（23），（22） 2 材工《材料科学基础》实验指导书湖北工业大学材料科学与工程学院 2013.3 实验1 淬冷法研究相平衡 目的意义 在实际生产过程中，材料的烧成温度范围、升降温制度，材料的热处理等工艺参数的确定经常要用到专业相图。相图的制作是一项十分严谨且非常耗时的工作。淬冷法是静态条件下研究系统状态图（相图）最常用且最准确的方法之一。掌握该方法对材料工艺过程的管理及新材料的开发非常有用。 本实验的目的： 1.从热力学角度建立系统状态（物系中相的数目，相的组成及相的含量）和热力学条件（温度，压力，时间等）以及动力学条件（冷却速率等）之间的关系。 2.掌握静态法研究相平衡的实验方法之一──淬冷法研究相平衡的实验方法及其优缺点。 3.掌握浸油试片的制作方法及显微镜的使用，验证Na2O —SiO2系统相图。 基本原理 从热力学角度来看，任何物系都有其稳定存在的热力学条件，当外界条件发生变化时，物系的状态也随之发生变化。这种变化能否发生以及能否达到对应条件下的平衡结构状态，取决于物系的结构调整速率和加热或冷却速率以及保温时间的长短。 淬冷法的主要原理是将选定的不同组成的试样长时间地在一系列预定的温度下加热保温，使它们达到对应温度下的平衡结构状态，然后迅速冷却试样，由于相变来不及进行，冷却后的试样保持了高温下的平衡结构状态。用显微镜或X-射线物相分析，就可以确定物系相的数目、组成及含量随淬冷温度而改变的关系。将测试结果记入相图中相应点的位置，就可绘制出相图。 由于绝大多数硅酸盐熔融物粘度高，结晶慢，系统很难达到平衡。采用动态方法误差较大，因此，常采用淬冷法来研究高粘度系统的相平衡。 淬冷法是用同一组成的试样在不同温度下进行试验。样品的均匀性对试验结果的准确性影响较大。将试样装入铂金装料斗中，在淬火炉内保持恒定的温度，当达到平衡后把试样以尽可能快的速度投入低温液体中（水浴，油浴或汞浴），以保持高温时的平衡结构状态，再在室温下用显微镜进行观察。若淬冷样品中全为各向同性的玻璃相，则可以断定物系原来所处的温度（T1）在液相线以上。若在温度（T2）时，淬冷样品中既有玻璃相又有晶相，则液相线温度就处于T1和T2之间。若淬冷样品全为晶相，则物系原来所处的温度（T3）在固相线以下。改变温度与组成，就可以准确地作出相图。 淬冷法测定相变温度的准确度相当高，但必须经过一系列的试验，先由温度间隔范围较宽作起，然后逐渐缩小温度间隔，从而得到精确的结果。除了同一组成的物质在不同温度下的试验外，还要以不同组成的物质在不同温度下反复进行试验，因此，测试工作量相当大。实验器材 1．相平衡测试仪 实验设备包括高温炉、温度控制器、铂装料斗及其熔断装置等，如图1-1所示。 熔断装置为把铂装料斗挂在一细铜丝上，铜丝接在连着电插头的个两铁钩之间，欲淬冷时，将电插头接触电源，使发生短路的铜丝熔断，样品掉入水浴中淬冷。 2．偏光显微镜一套，如图1-2所示。材科基考点强化(第5讲扩散)
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