东南大学材料科学基础习题
(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。
东南大学材料科学基础习题2+答案
习题21、立方点阵单胞轴长为a，给出简单立方、体心立方、面心立方这三种点阵的每一个阵点的最近邻、次近邻的点数，求出最近邻、次近邻的距离。
2、某正交晶系单胞中，在如下位置有单原子存在：①(0, 1/2, 0)，(1/2, 0, 1/2)两种位置都是同类原子；②([1/2, 0,0])，(0, 1/2, 1/2)上是A 原子，(0, 0, 1/2)，(1/2, 1/2, 0)是B 原子。
问上两种晶胞各属于哪一种布喇菲点阵？3、Fig.1 shows a unit cell of a hypothetical metal. (a) To which crystal system does this unit cell belong? (b) What would this crystal structure be called? (c) Calculate the density of the material, given that its atomic weight is 141 g/mol.Fig.1 Fig. 24、The unit cell for uranium has orthorhombic symmetry, with a, b, and c lattice parameters of 0.286, 0.587 and 0.495 nm, respectively. If its density, atomic weight, and atomic radius are 19.05 g/cm3, 238.03 g/mol, and 0.1385 nm, respectively, compute the atomic packing factor.5、Three different crystallographic planes for a unit cell of a hypothetical metal are shown in Fig.2. The circles represent atoms. (a) To what crystal system does the unit cell belong? (b) What would this crystal structure be called? (c) If the density of this metal is 18.91 g/cm3, determine its atomic weight.1、立方点阵单胞轴长为a，给出简单立方、体心立方、面心立方这三种点阵的每一个阵点的最近邻、次近邻的点数，求出最近邻、次近邻的距离。
东南大学材料科学基础习题
x Dt
Cs=1%，C0=0.1%，Cx=0.45%，x=0.05带入后 可以得到
erf
0.05 2 Dt
0.6111
查表求得 t=5.2h
同样可以求得（2）
（3）课堂上已讲过 x Dt
4.870℃渗碳与927℃渗碳相比，优点是热处理产品 晶粒细小，淬火变形小，
问：
1. 870℃渗碳需要多少时间才能获得与927℃渗碳10小 时相同的渗层厚度？（已知D0、Q，忽略不同温度下 碳在奥氏体铁中的溶解度差别）；
θ+η
θ+η’
2.根据有关数据画二元相图
画出坐标（C%---T） 汇出三相平衡反应，并给出反应类型 连接相应点
3.分析含碳量0.2%和1.5%的铁碳合金按亚稳系统从
液态平衡冷却到室温的转变过程。用冷却曲线说 明各阶段的组织，并画出各合金在730℃和720℃ 显微组织的示意图。
0.2%C
扩散习题
1. 一个封闭钢管，外径为1.16cm，内径为0.86cm，长度为 10cm。管内为渗碳气氛，管外为脱碳气氛。在1000℃保温 100h 后（达到平稳态扩散），共有3.60g 碳逸出钢管。钢管 的碳浓度分布如下所示：
r/cm 0.553 0.540 0.527 0.516
w(C)/% 0.28 0.46 0.65 0.82
3. 列式说明Fe-Fe3C-Fe3P三元系中的合金在下列温度范 围内发生哪些无液相参与的三相平衡转变：
1）1005~745℃；2）950~745℃；3）745~725℃
4. 请说明发生相图所示的包共晶转变后，哪个成分范围 内的合金仍有液相？并说明这些合金继续冷却时还会 发生哪些转变。
1.三元系液相面的投影图 2.由液相直接结晶出的单一 固体 液相线划分的区域 3.课上讲过，注意题目的本 意应该是两四相平衡反应之 间的三相平衡转变 4. L—＋Fe3P
工程材料东南大学课后答案
工程材料东南大学课后答案【篇一：东南大学2015春学期《工程材料学基础》在线作业3答案】一、单选题（共 5 道试题，共 25 分。
）a. 再结晶退火b. 淬火回火c. 淬火时效正确答案：c2. 7、亚共析钢的正常淬火加热温度是（）。
a. ac1+30~50℃b. ac3+30~50℃c. accm+30~50℃正确答案：b3. 2．下述几种变形铝合金系中属于锻造铝合金的是（）a. al-mn和al-mgb. al-cu-mgc. al-mg-si-cu正确答案：c4. 10、完全退火主要适用于（）。
a. 亚共析钢b. 过共析钢c. 共析钢正确答案：a5. 6、铝合金经固溶处理后在室温放置或较高温度下保温，随时间延长，其强度、高，塑性、韧性下降的现象，称为（）a. 固溶强化b. 时效强化c. 弥散强化正确答案：b15春学期《工程材料学基础》在线作业3硬度升二、判断题（共 15 道试题，共 75 分。
）1. 12、金属化合物具有较高的熔点、硬度和较大的脆性。
a. 错误b. 正确正确答案：b2. 10、材料的凝固过程即结晶过程。
a. 错误b. 正确正确答案：a3. 3、凡是铁-碳合金称之为钢。
（）a. 错误b. 正确正确答案：a4. 1.石墨化是指铸铁中碳原子析出形成石墨的过程。
（）a. 错误b. 正确正确答案：b5. 11、工业用钢按化学成分分为碳钢和合金钢两大类。
（）a. 错误b. 正确正确答案：b6. 31、热处理只适用于固态下发生相变的材料。
（）a. 错误b. 正确正确答案：b7. 7. 铸铁可以通过再结晶退火使晶粒细化，从而提高其机械性能。
（）a. 错误b. 正确正确答案：a8. 14、随含碳量增加，铁碳合金中渗碳体的含量先增加后减少。
a. 错误b. 正确正确答案：a9. 12、二组元在液体和固态下均发生无限互溶时构成二元匀晶相图。
a. 错误b. 正确正确答案：b10. 22. 钢中铁素体与奥氏体的本质区别在于含碳量不同。
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]。
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。
的等价晶面：的等价晶面：的等价晶向：的等价晶向：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。
该晶面的面法线与a，b，c轴的夹角分别为119.0、43.3和60.9度。
请据此确定晶面指数。
h:k:l=cosα:cosβ:cosγ5.Cu具有FCC结构，其密度为8.9g/cm3，相对原子质量为63.546，求铜的原子半径。
=> R=0.128nm。
6. 写出溶解在γ-Fe中碳原子所处的位置，若此类位置全部被碳原子占据，那么试问在这种情况下，γ-Fe能溶解多少重量百分数的碳？而实际上在γ-Fe中最大的溶解度是多少？两者在数值上有差异的原因是什么？固溶于γ-Fe中的碳原子均处于八面体间隙中，且γ-Fe中的八面体间隙有4个，与一个晶胞中Fe原子个数相等，所以：C wt%=12/(12+56)×100%=17.6%实际上C在γ-Fe中的最大溶解度为2.11%两者数值上有较大差异，是因为此固溶体中，碳原子尺寸比间隙尺寸大，会引起点阵晶格畸变，畸变能升高，限制了碳原子的进一步溶解。
材料科学基础03B卷
东南大学考试卷课程名称材料科学基础适用专业材料科学与工程考试学期考试形式闭卷满分100 考试时间分钟共页得分材料科学基础（Ⅱ）期终考试试卷（ B 卷）学号：姓名：得分：一、选择题（请在下列各题的备选答案中选择最合适的一个答案，共32分）1、在晶体滑移过程中，(1) 由于位错不断移出滑移面，位错密度随形变量的增加而减少；(2) 由于位错的增殖，位错密度随形变量的增加而增高；(3) 由于晶界不断吸收位错，位错密度随形变量的增加而减少；(4) 由于位错的消失（移出滑移面）和增殖的共同作用，位错的密度基本不变。
2、柯垂尔（Cottrell）气团是(1) 由于空位在位错芯区域的聚集而形成；(2) 由于溶质原子在位错芯区域的聚集而形成；(3) 由于位错的交割而形成；(4) 由于溶质原子聚集在层错而形成。
3、分散（颗粒）强化的效果和(1) 颗粒的体积百分数有关，颗粒的体积百分数越低，强化效果越好；(2) 颗粒的大小有关，颗粒越小，强化效果越好；(3) 颗粒的硬度有关，颗粒越软，越容易被位错切割，强化效果就越好；(4) 颗粒的晶体结构有关，颗粒的致密度越高，强化效果越好。
4、强化金属材料的各种手段，考虑的出发点都在于：(1) 制造无缺陷的晶体或设置位错运动的障碍；(2) 使位错增殖；(3) 适当减少位错。
5、再结晶过程包含晶粒的形核与长大：(1) 形核与长大的驱动力都来源于形变储存能；(2) 形核与长大的驱动力都来源于晶界能；(3) 形核的驱动力来源于储存能，长大的驱动力来源于晶界能；(4) 形核的驱动力来源于晶界能，长大的驱动力来源于储存能；(5) 形核与长大的驱动力都有赖于外部提供能量。
6、A与B为同种材料经相同变形后的两批试样，不同的是A试样经过了回复，对这两批材料而言：(1) A试样的再结晶温度较高；(2) B试样的再结晶温度较高；(3) A试样与B试样具有相同的再结晶温度；(4) 两试样的再结晶温度不好比较。
东南大学2019-2020学年第一学期材料学基础试卷C
东南大学2019-2020学年第一学期材料学基础试卷B所有答案必须做在答案题纸上，做在试题纸上无效！一、简答题（每题 10 分，共 50 分）1.原子的结合键有哪几种？各有什么特点？2.面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？3.立方晶系中，若位错线方向为，试说明该位错属于什么类型。
4.请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。
5.试从扩散系数公式说明影响扩散的因素。
二、作图计算题（每题 15 分，共 60 分）1.在面心立方晶体中，分别画出(101)、[110]和，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？2.已知Al 为面心立方晶体，原子半径为r A。
若在 Al 晶体的八面体间隙中能溶入最大的小原子半径为r B，请计算r B 与r A 的比值是多少。
3.A-B 二元合金中具有共晶反应如下：若共晶反应刚结束时，α和β相的相对含量各占 50%，试求该合金的成分。
4.已知铜的临界分切应力为 1Mpa，问要使面上产生[101]方向的滑移，应在[001]方向上施加多大的力？三、综合分析题（每题 20 分，共 40 分）1.按下列条件绘出 A-B 二元相图：（1）A 组元（熔点600℃）与B 组元（熔点500℃）在液态时无限互溶；（2）固态时，A 在B 中的最大固溶度为w A=0.30，室温时为w A=0.10；而B 在固态下不溶于A；（3）300℃时发生共晶反应。
在A-B 二元相图中，分析w B=0.6 的合金平衡凝固后，在室温下的相组成物及组织组成物，并计算各相组成物的相对含量。
2.请绘出下列 Fe-C 合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图，并标注各组织。
（腐蚀剂均为 3%硝酸酒精）东南大学2019-2020学年第一学期材料学基础试卷B答案（评分参考卷）所有答案必须做在答案题纸上，做在试题纸上无效！一、简答题（每题 10 分，共 60 分）1．离子键：正负离子相互吸引；键合很强，无方向性；熔点、硬度高，固态不导电，导热性差。
东南大学材料科学基础习题4+答案
东南大学材料科学基础习题4+答案习题41、纯金属晶体中主要的点缺陷是什么，试述其产生的可能途径？2、由600℃至300℃时，锗晶体中的平衡空位浓度下降了六个数量级，试计算锗晶体中的空位形成能。
3、一个位错环能否各部分都是螺位错?能否各部分都是刃位错?为什么?4、面心立方晶体中有[011]位错，其方向为[211]，分解成Shockly不全位错，写出该反应的反应式，并说明该反应成立的理由。
5、简单立方晶体(100)面有1个b=[0?10]的刃位错， (a)在(001)面有1个b=[010]的刃位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？ (b)在(001)面有1个b=[100]的螺位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？1、纯金属晶体中主要的点缺陷是什么，试述其产生的可能途径？2、由600℃至300℃时，锗晶体中的平衡空位浓度下降了六个数量级，试计算锗晶体中的空位形成能。
3、一个位错环能否各部分都是螺位错?能否各部分都是刃位错?为什么?4、面心立方晶体中有[011]位错，其方向为[211]，分解成Shockly不全位错，写出该反应的反应式，并说明该反应成立的理由。
5、简单立方晶体(100)面有1个b=[0?10]的刃位错 (a)在(001)面有1个b=[010]的刃位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？ (b)在(001)面有1个b=[100]的螺位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？1、纯金属晶体中主要的点缺陷是什么，试述其产生的可能途径？2、由600℃至300℃时，锗晶体中的平衡空位浓度下降了六个数量级，试计算锗晶体中的空位形成能。
3、一个位错环能否各部分都是螺位错?能否各部分都是刃位错?为什么?4、面心立方晶体中有[011]位错，其方向为[211]，分解成Shockly不全位错，写出该反应的反应式，并说明该反应成立的理由。
5、简单立方晶体(100)面有1个b=[0?10]的刃位错 (a)在(001)面有1个b=[010]的刃位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？ (b)在(001)面有1个b=[100]的螺位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？1、纯金属晶体中主要的点缺陷是什么，试述其产生的可能途径？2、由600℃至300℃时，锗晶体中的平衡空位浓度下降了六个数量级，试计算锗晶体中的空位形成能。
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-5.20
6
求各点的斜率k,根据
dC q
d ln r D2rlt
可以求得
D q
2rltk
r / ×10-3m 5.53 5.40 5.27 5.16
D / ×10-11m2/s 2.68 2.64 2.56 3.00
r / ×10-3m 4.91 4.79 4.66 4.49
w(C)/ kg/m3 21.98 36.11 51.025 64.37
r / ×10-3m 4.91 4.79 4.66 4.49
w(C)/ kg/m3 85.565 94.2 103.62 111.47
5
作(C)~(lnr)曲线
C / kg.m-3
120 100
80 60 40 20
-5.40
D / ×10-11m2/s 4.10 4.60 5.75 7.53
7
作(C)~(D)曲线
D / m2s-1
8.0x10-11
7.0x10-11
6.0x10-11
5.0x10-11
4.0x10-11
3.0x10-11
2.0x10-11
20
40
60
80
100
120
C / kgm-3
8
2. 氢在金属中扩散较快，因此用金属容器贮存氢气 会存在渗漏。假设钢瓶内氢压力为p0，钢瓶放置 于真空中，其壁厚为h，并且已知氢在该金属中的 扩散系数为D，而氢在钢中的溶解度服从，其中k
η- η‘
θ+η
θ+η’
16
2.根据有关数据画二元相图
画出坐标（C%---T） 汇出三相平衡反应，并给出反应类型 连接相应点
17
18
3.分析含碳量0.2%和1.5%的铁碳合金按亚稳系统从
液态平衡冷却到室温的转变过程。用冷却曲线说 明各阶段的组织，并画出各合金在730℃和720℃ 显微组织的示意图。
1.32
0.516
0.82
0.449
1.42
dC q
d ln r D2rlt
C:kg/m3; r:m q:kg/m2.s D:m2/s l:m t:s
故C需转化为质量浓度，取钢的密度ρ=7.85g/cm3=7.85X103kg/m3,得到
r / ×10-3m 5.53 5.40 5.27 5.16
x
h
(2) 依据上式，减少氢扩散逸失即需要减小J，因此
可以采取的措施有：
a) 选择合适的容器材料，以减小D和k；
b) 降低容器内氢气压力p0； c) 增加容器壁厚h。
10
3.一块厚钢板，w(C)=0.1％，在930℃渗碳，表面碳 浓度保持w(C)=1％，设扩散系数为常数， D=0.738exp[-158.98(kJ/mol)/RT]（cm2⋅s-1）。
r/cm 0.491 0.479 0.466 0.449
w(C)/% 1.09 1.20 1.32 1.42
计算各个浓度下的扩散系数，画出浓度-扩散系数曲线。
2
3.1.2 稳态扩散方程
稳态扩散的实例
3.1 唯象理论
空心的薄壁圆筒渗碳
条件：
圆筒内外碳浓度保持恒定
管内为渗碳气氛，管外为脱碳气氛。 ）
问:
1. 距表面0.05cm 处碳浓度w(C)升至0.45％所需要的时间。
2. 若在距表面0.1cm 处获得同样的浓度（0.45%）所需时 间又是多少?
3. 导出在扩散系数为常数时，在同一温度下渗入距离和 时间关系的一般表达式。
11
1. 利用fick第二定律误差函数解，
C
Cs
(Cs
C0 )erf
扩散习题
1
1. 一个封闭钢管，外径为1.16cm，内径为0.86cm，长度为 10cm。管内为渗碳气氛，管外为脱碳气氛。在1000℃保温 100h 后（达到平稳态扩散），共有3.60g 碳逸出钢管。钢管的 碳浓度分布如下所示：
r/cm 0.553 0.540 0.527 0.516
w(C)/% 0.28 0.46 0.65 0.82
经过一定的时间后，系统达到稳定态
1000℃保温100h 后（达到平稳态扩散）
此时圆筒内各点的碳浓度恒定
表中所列
则有：
Z r
3
3.1.2 稳态扩散方程
3、稳态扩散的实例
3.1 唯象理论
J q q ＝ D dC
At 2rlt
dr
其中：q为通过圆筒侧面的碳量；
r为圆筒半径， l为圆筒高度
r
由此可得： q D(2ltr) dC D(2lt) dC
dr
d ln r
dC q
d ln r D2lt
对于稳态扩散，q/t是常数，C 与r可测，l为已知值，
故作C与lnr的关系曲线，求斜率则得D.
4
r/cm
w(C)/%
r/cm
w(C)/%
0.553
0.28
0.491
1.09
0.540
0.46
0.479
1.20
0.527
0.65
0.466
2. 若渗层厚度测至碳含量0.3%处，试问870℃渗碳10小时 后所达到的渗层厚度为927℃渗碳同样时间所得厚度 的百分之几？
13
D D0 exp(Q / RT)
DT 1
D0
exp(
Q ) R T1
exp(Q T1 T 2)
DT 2
Q D0 exp( R T 2)
R T1T 2
由上题，x Dt
获得相同渗碳层深度，则
tT1 DT 2 tT 2 DT1
相同的渗碳时间，
xT1 xT 2
DT1
DT 2 带入D0和Q即可
14
二元相图习题
15
1.
1）Cu-Sn二元相图中的恒温转变？ 11个 见P238 2）20%Cu（不是20%Sn）平衡冷却热分析曲线
L
L-εL+ε- η
L- η L-θ+η
2
x Dt
Cs=1%，C0=0.1%，Cx=0.45%，x=0.05带入后可 以得到
erf
0.05 2 Dt
0.6111
查表求得 t=5.2h
同样可以求得（2）
（3）课堂上已讲过 x Dt
12
4.870℃渗碳与927℃渗碳相比，优点是热处理产品晶 粒细小，淬火变形小，
问：
1. 870℃渗碳需要多少时间才能获得与927℃渗碳10小时 相同的渗层厚度？（已知D0、Q，忽略不同温度下碳 在奥氏体铁中的溶解度差别）；
为常数，p为钢瓶与氢气接触处的氢压力。
1) 列出稳定状态下金属容器中的高压氢通过器壁 的扩散方程； 2) 提出减少氢扩散逸失的措施。
9
达到稳定状态后，可以认为钢瓶内部的氢浓度分 布不随时间发生变化，采用扩散第一定律。
(1) J D C
x
而钢瓶内壁：C k p0，钢瓶外壁C‘=0，
因此：J D C Dk p0