材料科学基础典型习题
材料科学基础经典习题及答案考试试题
2020届材料科学基础经典习题（后附详细答案）1.在Al-Mg 合金中，X M （=0.05，计算该合金中Mg 的质量分数（W M ）（已 知Mg 的相对原子质量为24.31，Al 为26.98）。
2. 已知Al-Cu 相图中，K = 0.16 , m ^3.2。
若铸件的凝固速率 R= 3X 10-4 cm/s ，温度梯度 G= 30C /cm ,扩散系数 D = 3X 10-5cm i /s ，求能 保持平面状界面生长的合金中 W U 的极值。
3. 证明固溶体合金凝固时，因成分过冷而产生的最大过冷度为:GD mw cu (1 K)R1 InR GK最大过冷度离液一固界面的距离为:K ―― 平衡分配系数；G ―― 温度梯度；D ――扩散系数；R 凝固速率。
Tmaxmw C 0cu (1 K) K C 0D, mw cu (1 K)R InR GDK式中m液相线斜率；w C 0cu合金成分;w Cu expC L c 0说明：液体中熔质分布曲线可表示为:4. Mg-Ni 系的一个共晶反应为:设w /Ni = C 为亚共晶合金，w/Ni =C 2为过共晶合金，这两种合金中的先共 晶相的质量分数相等，但C 合金中的a 总量为C 2合金中a 总量的2.5 倍，试计算C 和C 2的成分。
5. 在图4—30所示相图中，请指出： (1) 水平线上反应的性质； (2) 各区域的组织组成物； (3) 分析合金I , II 的冷却过程；(4)合金工，II 室温时组织组成物的相对量表达式6. 根据下列条件画出一个二元系相图，A 和B 的熔点分别是1000C和700C ，含W B =0.25的合金正好在500C 完全凝固，它的平衡组织 由73.3%的先共晶。
和26.7%勺(a + B )共晶组成。
而W B = 0.50的合金 在500C 时的组织由40%勺先共晶a 和60%勺(a + B )共晶组成，并且此 合金的a 总量为50%570 CLWNi0235（纯 Mg ）Mg z NiWNi0.546m 1 驹 A 从二疋和圉7. 图4-31为Pb-Sb相图。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学中，材料的基本组成单元是（）。
A. 分子B. 原子C. 离子D. 电子答案：B2. 金属的塑性变形主要是通过（）来实现的。
A. 弹性变形B. 位错运动C. 相变D. 断裂答案：B3. 在材料科学中，硬度的定义是（）。
A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗磨损的能力C. 材料抵抗压缩的能力D. 材料抵抗拉伸的能力答案：B4. 材料的热处理过程中，淬火的主要目的是（）。
A. 提高硬度B. 增加韧性C. 减少变形D. 提高导电性答案：A5. 以下哪种材料不属于复合材料？A. 碳纤维增强塑料B. 钢筋混凝土C. 不锈钢D. 玻璃钢答案：C二、填空题（每空1分，共20分）1. 材料的强度是指材料在受到______作用时，抵抗______的能力。
答案：外力；破坏2. 材料的断裂韧性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：裂纹存在；断裂3. 材料的疲劳是指材料在______作用下，经过______循环后发生断裂的现象。
答案：交变应力；多次4. 材料的导热性是指材料在______条件下，抵抗______的能力。
答案：温度梯度；热量传递5. 材料的电导率是指材料在单位电场强度下，单位时间内通过单位面积的______。
答案：电荷量三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述材料的弹性模量和屈服强度的区别。
答案：弹性模量是指材料在弹性范围内，应力与应变的比值，反映了材料抵抗形变的能力。
屈服强度是指材料在受到外力作用下，从弹性变形过渡到塑性变形时的应力值，反映了材料抵抗塑性变形的能力。
2. 描述材料的疲劳破坏过程。
答案：材料的疲劳破坏过程通常包括三个阶段：裂纹的萌生、裂纹的扩展和最终断裂。
在交变应力作用下，材料内部的微裂纹逐渐扩展，当裂纹扩展到一定程度，材料无法承受继续增加的应力时，就会发生断裂。
3. 什么是材料的热处理？请列举几种常见的热处理方法。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷2. 扩散3. 塑性变形4. 应力5. 比热容二、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种材料属于金属材料？A. 玻璃B. 塑料C. 陶瓷D. 铜2. 下列哪种材料属于陶瓷材料？A. 铁B. 铝C. 硅酸盐D. 聚合物3. 下列哪种材料属于高分子材料？A. 玻璃B. 钢铁C. 聚乙烯D. 陶瓷4. 下列哪种材料属于半导体材料？A. 铜B. 铝C. 硅D. 铁5. 下列哪种材料属于绝缘体？A. 铜B. 铝C. 硅D. 玻璃三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简述晶体结构的基本类型及其特点。
2. 请简述塑性变形与弹性变形的区别。
3. 请简述材料的热传导原理。
四、计算题（每题15分，共30分）1. 计算一个碳化硅晶体的体积。
已知碳化硅的晶胞参数：a=4.05 Å，b=4.05 Å，c=8.85 Å，α=β=γ=90°。
2. 计算在恒定温度下，将一个100 cm³的铜块加热100℃所需的热量。
已知铜的比热容为0.39J/(g·℃)，铜的密度为8.96 g/cm³。
五、论述题（每题20分，共40分）1. 论述材料科学在现代科技发展中的重要性。
2. 论述材料制备方法及其对材料性能的影响。
答案：一、名词解释（每题5分，共25分）1. 晶体缺陷：晶体在生长过程中，由于外界环境的影响，导致其内部结构出现不完整或不符合理想周期性排列的现象。
2. 扩散：物质由高浓度区域向低浓度区域自发地移动的过程。
3. 塑性变形：材料在受到外力作用下，能够产生永久变形而不恢复原状的性质。
4. 应力：单位面积上作用于材料上的力。
5. 比热容：单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量。
二、选择题（每题2分，共20分）1. D2. C3. C4. C5. D三、简答题（每题10分，共30分）1. 晶体结构的基本类型及其特点：晶体结构的基本类型有立方晶系、四方晶系、六方晶系和单斜晶系。
(完整版)材料科学基础习题及答案
第一章材料的结构一、解释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、第二相强化.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（），因此这些电子极容易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（），四面体间隙个数为（ )，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( )，四面体间隙个数为（），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、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（）,按照固溶度分为（）和（），按照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（）、（）、（）、（）。
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，而是少量存在起到第二相（）作用。
13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为（），( )，( ）.14、如果用M表示金属，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。
材料科学基础习题及参考答案
材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业1.举例说明各种结合键的特点。
⑴金属键：电子共有化，无饱和性，无方向性，趋于形成低能量的密堆结构，金属受力变形时不会破坏金属键，良好的延展性，一般具有良好的导电和导热性。
⑵离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，以离子为结合单元，无方向性，无饱和性，正负离子静电引力强，熔点和硬度均较高。
常温时良好的绝缘性，高温熔融状态时，呈现离子导电性。
⑶共价键：有方向性和饱和性，原子共用电子对，配位数比较小，结合牢固，具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点，导电能力差。
⑷范德瓦耳斯力：无方向性，无饱和性，包括静电力、诱导力和色散力。
结合较弱。
⑸氢键：极性分子键，存在于HF，H2O，NF3有方向性和饱和性，键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。
2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
(213)3. 写出六方晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。
{1120}的等价晶面：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210){1012}的等价晶面：(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112) (1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120]1011<>的等价晶向：[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4立方点阵的某一晶面（hkl ）的面间距为M /，其中M 为一正整数，为晶格常数。
材料科学基础习题及答案
第一章 材料科学基础1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。
2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。
3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。
4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样，为。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=mg ρ，相对原子质量为，原子半径r=。
5.当CN=6时+Na 离子半径为，试问：1)当CN=4时，其半径为多少2)当CN=8时，其半径为多少6.试问：在铜（fcc,a=）的<100>方向及铁(bcc,a=的<100>方向,原子的线密度为多少7.镍为面心立方结构，其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。
试确定在镍的（100），（110）及（111）平面上12mm 中各有多少个原子。
8.石英()2SiO 的密度为3Mg/m 。
试问： 1)13m 中有多少个硅原子（与氧原子）2)当硅与氧的半径分别为与时，其堆积密度为多少（假设原子是球形的）9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动，而在900℃时910个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原子）。
10.若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J ）。
11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。
若该滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b ∥AB 。
1)有人认为“此位错环运动移出晶体后，滑移面上产生的滑移台阶应为4个b ,试问这种看法是否正确为什么2)指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后，滑移方向及滑移量。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料科学主要研究的是材料的哪些方面？A. 材料的加工方法B. 材料的微观结构C. 材料的性能D. 所有以上选项答案：D2. 金属材料的强度主要取决于其什么？A. 化学成分B. 微观结构C. 宏观尺寸D. 外部环境答案：B3. 以下哪个不是材料的力学性能？A. 硬度B. 韧性C. 导热性D. 弹性答案：C4. 陶瓷材料通常具有哪些特性？A. 高熔点B. 低热导率C. 低电导率D. 所有以上选项答案：D5. 聚合物材料的哪些特性使其在许多应用中受到青睐？A. 可塑性B. 轻质C. 良好的化学稳定性D. 所有以上选项答案：D二、填空题（每空1分，共10分）6. 材料的微观结构包括_______、_______和_______。
答案：晶粒、晶界、相界7. 材料的热处理过程通常包括_______、_______和_______。
答案：加热、保温、冷却8. 金属的塑性变形主要通过_______机制进行。
答案：位错滑移9. 材料的断裂韧性是指材料在_______条件下抵抗断裂的能力。
答案：受到冲击或应力集中10. 复合材料是由两种或两种以上不同_______的材料组合而成。
答案：性质三、简答题（每题10分，共30分）11. 简述金属的疲劳现象及其影响因素。
答案：金属疲劳是指金属在反复加载和卸载过程中，即使应力水平低于材料的屈服强度，也可能发生断裂的现象。
影响金属疲劳的因素包括应力幅度、加载频率、材料的微观结构、环境条件等。
12. 解释什么是相图，并说明其在材料科学中的重要性。
答案：相图是表示不同组分在特定条件下的相平衡状态的图形。
它在材料科学中的重要性体现在帮助科学家和工程师理解材料的相变行为，预测材料的性能，以及指导材料的加工和应用。
13. 描述聚合物材料的玻璃化转变温度（Tg）及其对聚合物性能的影响。
答案：玻璃化转变温度是聚合物从玻璃态转变为橡胶态的温度。
材料科学基础经典习题及答案
第一章 材料科学根底1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。
2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。
3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。
4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样，为。
试求镁单位晶胞的体积。
Mg 的密度3Mg/m 74.1=m g ρ，相对原子质量为，原子半径。
5.当CN=6时+Na 离子半径为，试问：1) 当CN=4时，其半径为多少？2) 当CN=8时，其半径为多少？6. 试问：在铜〔〕的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少？7.镍为面心立方构造，其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。
试确定在镍的〔100〕，〔110〕及〔111〕平面上12mm 中各有多少个原子。
8. 石英()2SiO 的密度为3Mg/m 。
试问： 1) 13m 中有多少个硅原子〔与氧原子〕？2) 当硅与氧的半径分别为与时，其堆积密度为多少〔假设原子是球形的〕？9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动，而在900℃时910个原子中那么只有一个原子，试求其激活能〔J/原子〕。
10.假设将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍〔设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J 〕。
11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。
假设该滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b ∥AB 。
1) 有人认为“此位错环运动移出晶体后，滑移面上产生的滑移台阶应为4个b ,试问这种看法是否正确？为什么？2)指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后，滑移方向及滑移量。
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固、液相成分wSb(L) =20%, wSb(S)=64% 固、液相含量：
L
64 64
40 20
100%
54.5%
S (1 L ) 100 % 45.5%
15.有一正方形位错线，其柏式矢量如图所示，试指出图中各段线的性 能，并指出任性位错额外串排原子面所在的位置。
AD为正刃型位错；
BC为负刃型位错；
D
DC为右螺型位错；
AB为左螺型位错；
AD段额外半原子面垂直直面向里；
A
BC段额外半原子面垂直直面向外。
C b
B
6.铋和锑在液态和固态时均能彼此无限互溶，wBi=50%的合金在520℃时开 始凝固出成分为wSb=87%的固相。wBi=80%的合金在400℃时开始凝固出成 分为wSb=64%的固相。根据上述条件，要求： 1)绘出Bi-Sb相图，并标出各线和各相区的名称； 2）从相图上确定wSb=40%合金的开始结晶终了温度，并求出它在400℃时 的平衡相成分及其含量。 解：1）相图如图所示；
解：X、Y、Z方向的基矢量为a，b，c 则X轴的截距为5，Y轴的截距为2，Z轴截距为3，取截距的倒数，分别为
1/5，1/2，1/3 化为最小简单整数分别为6,15,10 故该晶面的晶面指数为（6 15 10）
4.体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1） 晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面
T/℃ 1000
L+ α
800
α+ β α
L
L+ γ
L+ β
700
β
600
β+ γ
γ
400
A 25
α+ γ
30
50 60
wB
B 80 9597
材料科学基础
——习题课
第1章
1.作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、 [-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向
z
z
z
y
x
x
y
(123)
z
(0
[-102]
y x
[-211]
y x
[346]
3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=b≠c，c=2/3a。今有 一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3 个原子间距，求该晶面的晶面参数。
T/℃
1000
L L+ β
700
L+ α
α
500
β
A 5
B 85 95 wB
8.組元A的熔点为1000℃，組元B的熔点为700℃， 在800℃时存在包晶反应：α(wB=5%)+L(wB=50%) →β(wB=30%)； 在600℃时存在共晶反应：L(wB=80%) → β(wB=60%)+γ (wB=95%)； 在400℃时发生共析反应： β(wB=50%) → α(wB=2%) +γ (wB=97%) 根据这些数据画出相图。
7.根据下列实验数据绘出概略的二元共晶相图：組元A的熔点为1000℃， 組元B的熔点为700℃；wB=25%的合金在500℃结晶完毕，并由73-1/3%的 先共晶α相与26-2/3%的(α+β)共晶体所组成；wB=50%的合金在500℃结晶 完毕后，则由40%的先共晶α相与60%的(α+β)共晶体组成，而此合金中的 α相总量为50%。
一般采用在低于固相线100~200℃的温度下，长时间保温的均匀化退火来消除偏析。 A ssessed C u - N i p h ase d i ag r am . L iq u idu s an d solidu s ar e obt ain ed f r om t h e ex p er im en t al dat a of [71B as], [7 1F ee], an d [71Sch ]. T h e l o w - t em p er at u r e p o r t i o n o f t h e d i ag r am i s o b t ai n ed f r o m th er m ody n am ic m odelin g.
解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/2，（1 1 1）面间距为√3a/6 三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0）
d(hkl) m
a h2 k2 l2
m=1 h+k+l=偶数 m=2 h+k+l=奇数
(1 0 0)
(1 1 0)
(1 1 1)
5.面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1） 晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面
解：
(B( ) ) 25% 73 1
(B( ) ) (B )
3
(B( ) ) 50% 40% (B( ) ) (B ) (B ) 50% 50% (B ) (B )
(B ) 5%
(B( ) ) 80% (B ) 95%
3.有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的wNi=90%，另 一个铸件的wNi=50%，铸后自然冷却。问凝固后哪一个铸件的偏析严重？为 什么？找出消除偏析的措施。
答：合金在凝固过程中的偏析与溶质原子的再分配系数有关，再分配系数为k0=Cα/CL。对一给定 的合金系，溶质原子再分配系数与合金的成分和原子扩散能力有关。根据Cu-Ni合金相图，在一 定成分下凝固，合金溶质原子再分配系数与相图固、液相线之间的水平距成正比。当wNi=50% 时，液相线与固相线之间的水平距离更大，固相与液相成分差异越大；同时其凝固结晶温度比 wNi=90%的结晶温度低，原子扩散能力降低，所以比偏析越严重。
解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/4，（1 1 1）面间距为√3a/3
三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 1）
a
d(hkl) m
h2 k2 l2
m=1 h, k, l全为奇数 m=2 h, k, l不全为奇数
(1 0 0)
(1 1 0)
(1 1 1)
第3章