材料結(jié)構(gòu)學(xué)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.晶體與非晶體的根本區(qū)別在于（）A.外形是否規(guī)則B.是否具有各向異性C.內(nèi)部原子排列是否有序D.能否被切割答案：C。晶體的原子排列是長(zhǎng)程有序的，而非晶體原子排列是無(wú)序的，這是二者的根本區(qū)別。外形規(guī)則不是晶體的本質(zhì)特征，有些非晶體也可加工成規(guī)則外形；各向異性只是晶體的一種性質(zhì)，并非所有晶體都有明顯各向異性；能否被切割與晶體和非晶體的本質(zhì)無(wú)關(guān)。2.面心立方晶體的原子配位數(shù)是（）A.4B.6C.8D.12答案：D。面心立方晶體中，每個(gè)原子周圍最近鄰且等距離的原子有12個(gè)，所以其原子配位數(shù)是12。3.位錯(cuò)是一種（）A.點(diǎn)缺陷B.線缺陷C.面缺陷D.體缺陷答案：B。位錯(cuò)是晶體中原子排列的一種線缺陷，它是晶體中已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界線。4.固溶體的強(qiáng)度和硬度往往比組成它的純金屬（）A.高B.低C.相等D.無(wú)法比較答案：A。固溶強(qiáng)化是一種重要的強(qiáng)化方式，溶質(zhì)原子的溶入會(huì)引起晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而使固溶體的強(qiáng)度和硬度比組成它的純金屬高。5.金屬結(jié)晶時(shí)，冷卻速度越快，其實(shí)際結(jié)晶溫度將（）A.越高B.越低C.越接近理論結(jié)晶溫度D.不受影響答案：B。冷卻速度越快，過(guò)冷度越大，實(shí)際結(jié)晶溫度就越低，過(guò)冷度是實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度的差值。6.鐵素體是（）A.碳在αFe中的間隙固溶體B.碳在γFe中的間隙固溶體C.碳在δFe中的間隙固溶體D.碳與鐵的金屬化合物答案：A。鐵素體是碳溶解在αFe中形成的間隙固溶體，具有體心立方晶格。7.共析鋼的含碳量為（）A.0.0218%B.0.77%C.2.11%D.4.3%答案：B。共析鋼是指含碳量為0.77%的鋼，在共析轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。8.馬氏體的硬度主要取決于（）A.含碳量B.合金元素含量C.冷卻速度D.轉(zhuǎn)變溫度答案：A。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量，含碳量越高，馬氏體硬度越高，合金元素等對(duì)其硬度也有影響，但不是主要因素。9.下列材料中，韌性最好的是（）A.高碳鋼B.中碳鋼C.低碳鋼D.鑄鐵答案：C。低碳鋼含碳量低，其組織中滲碳體含量少，鐵素體含量多，具有較好的韌性；高碳鋼含碳量高，硬度高但韌性差；鑄鐵一般脆性較大；中碳鋼的韌性介于低碳鋼和高碳鋼之間。10.鋁合金時(shí)效強(qiáng)化的主要原因是（）A.固溶強(qiáng)化B.第二相強(qiáng)化C.細(xì)晶強(qiáng)化D.位錯(cuò)強(qiáng)化答案：B。鋁合金時(shí)效強(qiáng)化是通過(guò)過(guò)飽和固溶體在室溫或較高溫度下分解，析出細(xì)小彌散的第二相粒子，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而提高合金強(qiáng)度，屬于第二相強(qiáng)化。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.晶體缺陷包括（）A.點(diǎn)缺陷B.線缺陷C.面缺陷D.體缺陷答案：ABCD。晶體缺陷按照幾何特征可分為點(diǎn)缺陷（如空位、間隙原子等）、線缺陷（如位錯(cuò)）、面缺陷（如晶界、相界等）和體缺陷（如氣孔、夾雜等）。2.金屬的塑性變形方式主要有（）A.滑移B.孿生C.扭折D.蠕變答案：AB。金屬的塑性變形主要通過(guò)滑移和孿生兩種方式進(jìn)行。滑移是晶體中原子沿滑移面和滑移方向的相對(duì)滑動(dòng)；孿生是晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定晶面和晶向發(fā)生切變。扭折是在特殊情況下的一種變形方式，不是主要的；蠕變是在長(zhǎng)時(shí)間恒定載荷作用下的緩慢變形，不屬于主要的塑性變形方式。3.影響金屬再結(jié)晶溫度的因素有（）A.變形程度B.純度C.加熱速度D.原始晶粒尺寸答案：ABCD。變形程度越大，再結(jié)晶溫度越低；金屬純度越高，再結(jié)晶溫度越低；加熱速度越快，再結(jié)晶溫度越高；原始晶粒尺寸越小，再結(jié)晶溫度越低。4.下列組織中，屬于珠光體類型組織的有（）A.珠光體B.索氏體C.托氏體D.貝氏體答案：ABC。珠光體、索氏體和托氏體都屬于珠光體類型組織，它們都是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，只是片層間距不同。貝氏體是另一種組織形態(tài)，與珠光體類型組織不同。5.熱處理工藝的三個(gè)階段是（）A.加熱B.保溫C.冷卻D.回火答案：ABC。熱處理工藝一般包括加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段，回火是淬火后進(jìn)行的一種熱處理工序，不屬于熱處理工藝的基本階段。三、判斷題（每題1分，共10分）1.單晶體具有各向異性，而多晶體具有各向同性。（）答案：√。單晶體由于其原子排列的方向性，在不同方向上的性能不同，具有各向異性；多晶體是由許多取向不同的單晶體組成，其宏觀性能表現(xiàn)為各向同性。2.晶體中的空位和間隙原子都是熱平衡缺陷。（）答案：√?？瘴缓烷g隙原子的存在與溫度有關(guān)，在一定溫度下，它們的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，屬于熱平衡缺陷。3.固溶體的強(qiáng)度和硬度總是比組成它的純金屬高。（）答案：×。一般情況下，固溶體通過(guò)固溶強(qiáng)化使強(qiáng)度和硬度比純金屬高，但當(dāng)溶質(zhì)原子含量過(guò)高時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)其他問(wèn)題導(dǎo)致性能下降，所以不是絕對(duì)的。4.金屬結(jié)晶時(shí)，過(guò)冷度越大，結(jié)晶速度越快。（）答案：√。過(guò)冷度越大，結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力越大，晶核形成率和長(zhǎng)大速度都增加，結(jié)晶速度也就越快。5.珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。（）答案：√。珠光體是由鐵素體和滲碳體交替排列形成的機(jī)械混合物，具有層片狀結(jié)構(gòu)。6.馬氏體轉(zhuǎn)變是一種非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。（）答案：√。馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中原子不發(fā)生擴(kuò)散，只是晶格的改組，屬于非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。7.回火可以消除淬火內(nèi)應(yīng)力，提高鋼的韌性。（）答案：√?；鼗鹗谴慊鸷蟊夭豢缮俚墓ば?，它可以消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，提高韌性。8.鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化效果可以通過(guò)提高時(shí)效溫度來(lái)無(wú)限提高。（）答案：×。時(shí)效溫度過(guò)高，會(huì)使析出相粗化，導(dǎo)致時(shí)效強(qiáng)化效果下降，所以不能通過(guò)提高時(shí)效溫度無(wú)限提高時(shí)效強(qiáng)化效果。9.熱加工能消除金屬中的殘余應(yīng)力。（）答案：√。熱加工過(guò)程中，金屬在高溫下發(fā)生塑性變形，同時(shí)原子具有較高的活動(dòng)能力，能夠使殘余應(yīng)力得到消除。10.金屬材料的硬度越高，其耐磨性就越好。（）答案：√。一般來(lái)說(shuō)，硬度是材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，硬度越高，材料抵抗磨損的能力越強(qiáng)，耐磨性越好。四、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述晶體與非晶體的區(qū)別。答：晶體與非晶體主要有以下區(qū)別：（1）原子排列：晶體內(nèi)部原子呈長(zhǎng)程有序排列，具有周期性和規(guī)律性；非晶體內(nèi)部原子排列無(wú)序，沒有長(zhǎng)程的周期性。（2）性能特點(diǎn)：晶體具有固定的熔點(diǎn)，在熔化過(guò)程中溫度保持不變；非晶體沒有固定熔點(diǎn)，在加熱時(shí)逐漸變軟，最后變成液體。晶體具有各向異性，在不同方向上的物理性能（如力學(xué)性能、電學(xué)性能等）不同；非晶體具有各向同性，其物理性能在各個(gè)方向上相同。（3）外形特征：晶體通常具有規(guī)則的幾何外形；非晶體一般沒有規(guī)則的外形，多為無(wú)定形狀態(tài)。（4）形成條件：晶體的形成通常需要緩慢冷卻或特定的生長(zhǎng)條件，使原子有足夠時(shí)間排列成有序結(jié)構(gòu)；非晶體一般是在快速冷卻等情況下形成，原子來(lái)不及規(guī)則排列。2.說(shuō)明金屬塑性變形時(shí)加工硬化的產(chǎn)生原因及實(shí)際意義。答：加工硬化的產(chǎn)生原因：金屬在塑性變形時(shí)，位錯(cuò)之間會(huì)發(fā)生相互作用。隨著變形量的增加，位錯(cuò)密度不斷增大，位錯(cuò)之間的交割、纏結(jié)加劇。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到其他位錯(cuò)的阻礙，使得位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大，從而導(dǎo)致金屬的強(qiáng)度和硬度提高，產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。實(shí)際意義：（1）強(qiáng)化金屬：對(duì)于一些不能通過(guò)熱處理強(qiáng)化的金屬材料，加工硬化是一種重要的強(qiáng)化手段，可以提高金屬的強(qiáng)度和硬度，滿足工程上對(duì)材料力學(xué)性能的要求。（2）提高材料的使用安全性：在零件使用過(guò)程中，當(dāng)局部應(yīng)力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，會(huì)發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生加工硬化，使這部分材料的強(qiáng)度提高，阻止變形繼續(xù)擴(kuò)展，從而提高了材料的使用安全性。（3）便于金屬的壓力加工：在金屬壓力加工過(guò)程中，加工硬化可以使金屬的變形均勻分布，防止局部變形過(guò)大而導(dǎo)致破裂。例如，在軋制薄板時(shí)，加工硬化可以使薄板厚度均勻。3.簡(jiǎn)述鋼的淬火工藝及其目的。答：淬火工藝：將鋼加熱到臨界溫度Ac?或Ac?以上某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后以大于臨界冷卻速度的速度快速冷卻的熱處理工藝。目的：（1）提高硬度和耐磨性：通過(guò)淬火可以使鋼獲得馬氏體組織，馬氏體具有很高的硬度，從而提高鋼的硬度和耐磨性，滿足工具、模具等零件的使用要求。（2）獲得良好的綜合力學(xué)性能：淬火后再進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕鼗鹛幚?，可以使鋼獲得良好的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的配合，即良好的綜合力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于機(jī)械零件的制造。（3）提高某些特殊鋼的物理和化學(xué)性能：例如，一些不銹鋼通過(guò)淬火可以提高其耐腐蝕性；磁鋼通過(guò)淬火可以提高其磁性等。五、計(jì)算題（15分）已知鐵素體的密度ρ?=7.86g/cm3，滲碳體的密度ρ?=7.66g/cm3，計(jì)算含碳量為0.45%的碳鋼在室溫下鐵素體和滲碳體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和體積分?jǐn)?shù)。（鐵的相對(duì)原子質(zhì)量Ar(Fe)=55.85，碳的相對(duì)原子質(zhì)量Ar(C)=12.01）解：1.計(jì)算鐵素體和滲碳體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)根據(jù)杠桿定律，對(duì)于含碳量為0.45%的碳鋼，室溫下組織為鐵素體（F）和滲碳體（Fe?C）。鐵素體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)$w_F=\frac{6.690.45}{6.690.0218}\times100\%=\frac{6.24}{6.6682}\times100\%\approx93.6\%$滲碳體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)$w_{Fe?C}=1w_F=193.6\%=6.4\%$2.計(jì)算鐵素體和滲碳體的體積分?jǐn)?shù)設(shè)鐵素體的體積分?jǐn)?shù)為$V_F$，滲碳體的體積分?jǐn)?shù)為$V_{Fe?C}$。根據(jù)密度公式$ρ=\frac{m}{V}$，可得$V=\frac{m}{ρ}$。$V_F=\frac{\frac{w_F}{ρ_1}}{\frac{w_F}{ρ_1}+\frac{w_{Fe?C}}{ρ_2}}=\frac{\fra