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鲍魏涛材料科学基础考试试卷参考带答案 本文简介：材料科学基础试卷(一)一、概念辨析题（说明下列各组概念的异同。任选六题，每小题3分，共18分）1晶体结构与空间点阵2热加工与冷加工3上坡扩散与下坡扩散4间隙固溶体与间隙化合物5相与组织6交滑移与多滑移7金属键与共价键8全位错与不全位错9共晶转变与共析转变二、画图题（任选两题。每题6分，共12分）1在
鲍魏涛材料科学基础考试试卷参考带答案 本文内容：
材料科学基础试卷(一)
一、概念辨析题（说明下列各组概念的异同。任选六题，每小题3分，共18分）
1
晶体结构与空间点阵
2
热加工与冷加工
3
上坡扩散与下坡扩散
4
间隙固溶体与间隙化合物
5
相与组织
6
交滑移与多滑移
7
金属键与共价键
8
全位错与不全位错
9
共晶转变与共析转变
二、画图题（任选两题。每题6分，共12分）
1
在一个简单立方晶胞内画出［010］、［120］、［210］晶向和（110）、（112）晶面。
2
画出成分过冷形成原理示意图（至少画出三个图）。
3
综合画出冷变形金属在加热时的组织变化示意图和晶粒大小、内应力、强度和塑性变化趋势图。
4
以“固溶体中溶质原子的作用”为主线，用框图法建立与其相关的各章内容之间的联系。
三、简答题（任选6题，回答要点。每题5分，共
30
分）
1
在点阵中选取晶胞的原则有哪些？
2
简述柏氏矢量的物理意义与应用。
3
二元相图中有哪些几何规律？
4
如何根据三元相图中的垂直截面图和液相单变量线判断四相反应类型？
5
材料结晶的必要条件有哪些？
6
细化材料铸态晶粒的措施有哪些？
7
简述共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。
8
晶体中的滑移系与其塑性有何关系？
9
马氏体高强度高硬度的主要原因是什么？
10
哪一种晶体缺陷是热力学平衡的缺陷，为什么？
四、分析题（任选1题。10分）
1
计算含碳量w=0.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后，组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对含量。
2
由扩散第二定律推导出第一定律，并说明它们各自的适用条件。
3
试分析液固转变、固态相变、扩散、回复、再结晶、晶粒长大的驱动力及可能对应的工艺条件。
五、某面心立方晶体的可动滑移系为(111)
[110].（15分）
(1)
指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量.
(2)
如果滑移由纯刃型位错引起,试指出位错线的方向.
(3)
如果滑移由纯螺型位错引起,试指出位错线的方向.
(4)
在(2),(3)两种情况下,位错线的滑移方向如何?
(5)
如果在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试确定单位刃型位错和螺型位错
线受力的大小和方向。（点阵常数a=0.2nm)。
六、论述题（任选1题，15分）
1
试论材料强化的主要方法、原理及工艺实现途径。
2
试论固态相变的主要特点。
3
试论塑性变形对材料组织和性能的影响。
材料科学基础试卷(一)参考答案
一、概念辨析题（说明下列各组概念的异同。每小题3分，共18分）
（评分标准：给出每个概念的定义各得1分，说明异同得1分）
1
晶体结构与空间点阵
异：点的属性、数目、有无缺陷；同：描述晶体中的规律性。
2
热加工与冷加工
异：热加工时发生回复、再结晶与加工硬化；冷加工只发生加工硬化；
同：发生塑性变形。
3
上坡扩散与下坡扩散
异：扩散方向；
同：驱动力－化学位梯度。
4
间隙固溶体与间隙化合物
异：结构与组成物的关系；
同：小原子位于间隙位置。
5
相与组织
异：组织具有特定的形态；
同：都是材料的组成部分。
6
交滑移与多滑移
异：多个滑移系的滑移；
同：交滑移中滑移系具有相同的滑移方向。
7
异：电子共用范围不同,金属键中电子属所有原子共用,共价键中属若干原子共用.
同：成键方式为电子共用.
8
异：柏氏矢量与点阵常数的关系不同.
同：都是线缺陷,即位错.
9
异：共晶转变为从液相转变,共析转变为从固相转变.
同：在恒温下转变产物为两个固相.
二、画图题（任选两题。每题6分，共12分）
1
在一个简单立方晶胞内画出［010］、［120］、［210］晶向和（110）、（112）晶面。
图略；每个指数各计1分，指数规范性1分。(参考聂金凤图)
2
画出成分过冷形成原理示意图（至少画出三个图）。(参考”聂金凤”图)
图略：每个图各计2分。
3
综合画出冷变形金属在加热时的组织变化示意图和晶粒大小、内应力、强度和塑性变化趋势图。(参考”张耕”图)
图略：组织示意图计2分，每个指标各计1分。
三、简答题（任选6题，回答要点。每题5分，共
30
分）
1
在点阵中选取晶胞的原则有哪些？
反映对称性；相等的棱和角最多；直角最多；体积最小。
（每条计1分；叙述计1分）
2
简述柏氏矢量的物理意义与应用。
代表位错；判断位错类型；表示晶体滑移的方向与大小；守+恒性及其推论。
（每条计1分）
3
二元相图中有哪些几何规律？
相区接触法则；三相区是一条水平线…；三相区中间是由它们中相同的相组成的两相区；单相区边界线的延长线进入相邻的两相区。
（每条计1分；叙述计1分）
4
如何根据三元相图中的垂直截面图和液相单变量线判断四相反应类型？
图略。
（垂直截面图部分2.5分，单变量线部分2.5分。）
5
材料结晶的必要条件有哪些？
过冷；结构起伏；能量起伏；成分起伏（合金）。
（每项计各1分，叙述1分）
6
细化材料铸态晶粒的措施有哪些？
提高过冷度；变质处理；振动与搅拌。
（每项各计1.5分，叙述0.5分）
7
简述共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。
(1)
伪共晶-非共晶合金得到的完全共晶组织;
条件:
冷却速度快,合金成分位于共晶点附件.
(2)
不平衡共晶-共晶线以外的合金得到的共晶组织;
条件:
冷却速度快,合金成分位于共晶线以外端点附近
(3)
离异共晶-两相分离的共晶组织;
条件:
不平衡条件下,合金成分位于共晶线以外端点附近;平衡条件下,合金成分位于共晶线以内端点附近.
8
晶体中的滑移系与其塑性有何关系？
(1)
一般滑移系越多,塑性越好;
(2)
与滑移面密排程度和滑移方向个数有关;
(3)
与同时开动的滑移系数目有关.
9
马氏体高强度高硬度的主要原因是什么？
固溶强化;
细晶强化;
相变强化.
(要求简要论述)
10
哪一种晶体缺陷是热力学平衡的缺陷，为什么？
是点缺陷.
因为在一定浓度点缺陷存在的情况下晶体的能力可达到最低状态.
四、分析题（任选1题。10分）
1
计算含碳量w=0.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后，组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对含量。
分别为10.6%,3.10%和86.30%。
（计算过程1分，每个结果各计3分。）
2
由扩散第二定律推导出第一定律，并说明它们各自的适用条件。
略。(参考聂金凤推导)
五、某面心立方晶体的可动滑移系为(111)
[110].（15分）－每小题3分。
(1)
指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量.
a[110]/2.
(2)
如果滑移由纯刃型位错引起,试指出位错线的方向.
[112]
(3)
如果滑移由纯螺型位错引起,试指出位错线的方向.
[110]
(4)
在(2),(3)两种情况下,位错线的滑移方向如何?
分别平行和垂直于柏士矢量－具体指数。
(5)
如果在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试确定单位刃型位错和螺型位错
线受力的大小和方向。（点阵常数a=0.2nm)。
方向：垂直于位错线－具体指数。
结果：9.9＊10-11MN/m
六、论述题（任选1题，15分）
1
试论材料强化的主要方法及其原理。
固溶强化.
原理:晶格畸变、柯氏气团，阻碍位错运动；方法：固溶处理、淬火等。
细晶强化：原理：晶界对位错滑移的阻碍作用。方法：变质处理、退火等。
弥散强化：原理：第二相离子对位错的阻碍作用；方法：形成第二硬质相如球化退火、变质处理等。
相变强化：原理：新相为高强相或新相对位错的阻碍。方法：淬火等。
加工硬化；原理：形成高密度位错等。方法：冷变形等。
答案略。每个要点3分。
2
试论固态相变的主要特点。（参考聂金凤试卷）
答案略。每个要点3分。
3
试论塑性变形对材料组织和性能的影响。（参考姜程程试卷）
组织：纤维组织、形变织构、位错胞；
性能：加工硬化、物性变化
每个要点3分。
《材料科学基础》考试试卷（第一套）
课程号
6706601060
考试时间
120
分钟
适用专业年级（方向）：
材
料
科
学
与
工
程
专
业
2006
级
考试方式及要求：
闭
卷
考
试
题
号
一
二
三
四
五
六
总分
得
分
阅卷人
一、
名词解释（简短解释，每题2分，共20分）
空间点阵
线缺陷
吸附
渗碳体组织
固态相变
稳态扩散
形核率
调幅分解
霍尔-配奇方程
平衡凝固
二、选择题（只有一个正确答案，每题1分，共10分）
1、弯曲表面的附加压力△P
总是(
)
曲面的曲率中心。
A.指向
B.背向
C.平行
D.垂直
2、润湿的过程是体系吉布斯自由能(
)的过程。
A.升高
B.降低
C.不变
D.变化无规律
3、一级相变的特点是，相变发生时，两平衡相的(
)相等，但其一阶偏微分不相等。
A.熵
B.体积
C.化学势
D.热容
4、固溶体合金的凝固是在变温下完成的，形成于一定温度区间，所以在平衡凝固条件下所得到的固溶体晶粒(
)
A.成分内外不均匀
B.不同温度下形成的各晶粒成分是不同的
C.晶粒内外，晶粒形成不分先后，同母液成分是一致的
5、强化金属材料的各种手段，考虑的出发点都在于(
)
A.制造无缺陷的晶体或设置位错运动的障碍
B.使位错增殖
C.使位错适当的减少
6、既能提高金属的强度，又能降低其脆性的手段是(
)
A.加工硬化
B.
固溶强化
C.
晶粒细化
7、根据显微观察，固液界面有两种形式，即粗糙界面与光滑界面，区分两种界面的依据是值大小(
)
A.
α=1为光滑界面
C.
α>=5为光滑界面
8、渗碳处理常常在钢的奥氏体区域进行，这是因为(
)
A.
碳在奥氏体中的扩散系数比在铁素体中大
B.
碳在奥氏体中的浓度梯度比在铁素体中大
C.
碳在奥氏体中的扩散激活能比在铁素体中小
9、界面能最低的相界面是(
)
A.
共格界面
B.
孪晶界
C.
小角度晶界
10、铁碳合金组织中的三次渗碳体来自于(
)
A．奥氏体；
B．铁素体；
C．二次渗碳体
三、简述题（每题4分，共20分）
1、固-固相变与液-固相变有什么区别。
2、为什么非均匀形核比均匀形核更容易？
3、解释回复的定义，回复阶段具有哪些特点？
4、分析影响晶界迁移率的主要因素。
5、写出立方晶系的{321}晶面族和﹤112﹥晶向族中的全部等价晶面和晶向的具体指数。
四、请画出片状马氏体显微组织示意图。（5分）
五、请写出面心立方、体心立方、密排六方金属晶体中密排面上单位位错的柏氏矢量。（5分）
六、综合题（40分）
1、试从晶界的结构特征和能量特征分析晶界的特点。（10分）
2、请分别计算面心立方晶体（fcc）中（100）、（110）、（111）晶面的面密度。假设晶胞点阵常数为a。（10分）
(在一个晶胞内计算，面密度指面上所含原子个数与该面面积比值)
3、有一70MPa应力作用在fcc晶体的[001]方向上，求作用在（111）[10]和（111）[10]滑移系上的分切应力。（10分）
4、假定均匀形核时形成边长为a的立方体形晶核，单位体积吉布斯自由能为ΔGv，单位面积界面能为σ。（10分）
①求临界晶核边长。
②求临界晶核形成功。
③求临界晶核形成功与界面能的关系。
材料科学基础总结
一、
名词解释
1、空间点阵：由周围环境相同的阵点在空间排列的三维列阵称为空间点阵。
2、晶体结构：由实际原子、离子、分子或各种原子集团，按一定规律的具体排列方式称为晶体结构，或称为晶体点阵。
3、晶格常数：（为了便于分析晶体中的粒子排列，可以从晶体的点阵中取一个具有代表性的基本单元作为点阵的基本单元，称为晶胞。）晶格常数就是指晶胞的边长。
4、晶向指数：（在晶格中，穿过两个以上结点的任一直线，都代表晶体中一个原子阵列在空间的位向，称为晶向。）为了确定晶向在晶体中的相对取向，需要一种符号，这种符号称为晶向指数。
5、晶面指数：（在晶格中，由结点组成的任一平面都代表晶体的原子平面，称为晶面）为了确定晶面在晶体中的相对取向，需要一种符号，这种符号称为晶面指数。
6、晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族。
7、配位数：每个原子周围最近邻且等距离的原子的数目称为配位数。
8、致密度：计算单位晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比，比值称为致密度。
9、各向异性：晶体的某些物理和力学性能在不同方向上具有不同的数值，此为晶体的各向异性。
10、晶体缺陷：通常把晶体中原子偏离其平衡位置而出现不完整性的区域称为晶体缺陷。
11、点缺陷：在三维方向上尺寸都有很小的缺陷。
12、线缺陷：在两个方向上尺寸很小、令一个尺寸上尺寸较大的缺陷。（指各种类型的位错，是晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象）
13、面缺陷：在一个方向上尺寸很小，令两个方向上尺寸较大的缺陷。
14、刃型位错：位错线与滑移方向垂直的位错。
15、螺型位错：位错线与滑移方向平行的位错。
16、混合型位错：位错线与滑移方向既不垂直也不平行而成任意角度的位错。
17、位错的滑移：在切应力的作用下，位错沿滑移面的运动称为位错的滑移。
18、位错的攀移：刃型位错在正应力的作用下，位错垂直于滑移面的运动。
19、单位位错：柏氏矢量的模等于该晶向上原子的间距的位错则为单位位错。
20、部分位错：柏氏矢量的模小于该晶向上原子的间距的位错则为部分位错。
21、扩展位错：两个肖克莱部分位错中间夹一层错，这样的位错组态称为扩展位错。
22、肖克莱部分位错：层错区与完整晶体区的交线。
23、弗克莱部分位错：层错区与右半部分完整晶体之间的边界。
24、上坡扩散：扩散由低浓度向高浓度进行而导致成分偏析或形成第二相的扩散。
25、下坡扩散：扩散由高浓度向低浓度进行而导致成分均匀的扩散。
26、原子扩散：扩散中只形成固溶体而无其它新相形成的扩散。
27、反应扩散：扩散中有新相形成的扩散。
28、自扩散：在均匀的固溶体或纯金属中原子的扩散，此种扩散不伴有浓度的变化。
29、互扩散：在不均匀的固溶体中异类原子的相对扩散，此种扩散伴有浓度的变化。
30、体扩散：通过均匀介质的扩散。
31、扩散能量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散物质流量。
32、过冷现象：纯金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。
33、过冷度：理论结晶温度Tm与实际结晶温度Tn之间的温度差△T=Tm-Tn，称为过冷度。
34、热过冷：液体的过冷度完全取决于实际温度的分布，这种过冷称为热过冷，也称热温过冷。
35、动态过冷：固—液界面要继续向液体中移动，就必须在固—液界面前沿液体中有一定的过冷，这种过冷称为动态过冷。
36、相起伏：高温下原子热运动较为剧烈，近程有序原子团只能维持短暂的时间即消散，而新的原子团又同时出现，时聚时散，此起彼伏。这种结构不稳定的现象称为相起伏。
37、晶胚：过冷液体中尺寸较大的短程规则排列结构称为晶胚。
38、临界晶核：半径为Rk的晶胚称为临界晶核。（Rk为临界晶核的半径）
39、形核率（N）：指单位时间、单位体积内所形成的晶核数目。
40、伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。
41、离异共晶：两相分离的共晶称为伪共晶。
42、枝晶偏析（晶内偏析）：固溶体不平衡结晶时，由于从液体中先后结晶出来的固相成分不同，结果使一个晶粒内部化学成分不均匀，这种现象称为枝晶偏析，又称晶内偏析。
43、正偏析：先凝固的外层溶质含量低于后凝固的内层，这种偏析称为正偏析。
44、负偏析（反偏析）：对于K0＜1的合金铸锭，在其表层的一定范围内，先凝固的外层溶质含量反而比后凝固的内层溶质含量高，这种偏析称为负偏析，或称为反偏析。
45、密度偏析：铸锭上、下区域之间存在的成分差别称为密度偏析。
46、宏观偏析：沿长度方向存在的溶质偏析现象称为宏观偏析。
47、平衡分配系数（K0）：在一定温度下，液、固两平衡相中溶质浓度的比值称为平衡分配系数。
48、有效分配系数：
49、成分过冷：由于液相成分改变而形成的过冷称为成分过冷。
50、临界分切应力：单晶体单向拉伸时开始滑移所需要的最小分切应力。
51、滑移系：一个滑移面和其上的滑移方向组成一个滑移系。
52、双滑移：晶体在切应力的作用下，两组滑移系或多组滑移系在不同滑移面上同时或交替并沿着各自的滑移面上的滑移方向滑移从而形成双滑移。（刃型位错和螺型位错均可形成双滑移）
53、交滑移：晶体在切应力的作用下，两组滑移系或多组滑移系在不同滑移面上同时或交替沿同一滑移方向进行的滑移称为交滑移。（只有螺型位错才能形成交滑移）
54、固溶强化：固溶体材料随溶质含量的提高其强度和硬度提高而其塑性和韧性稍下降的现象。
55、细晶强化：用细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。
56、加工硬化：随着变形量的增大，金属的强度和硬度显著提高而塑性和韧性明显下降的现象。
57、动态回复：冷变形金属在高温变形过程中产生的再结晶。
58、热加工：在再结晶温度以上的加工，加工后没有加工硬化的现象。
59、冷加工：在再结晶温度以下的加工，加工后有加工硬化的现象。
60、再结晶：经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒来取代变形晶粒的过程。
61、动态再结晶：冷变形金属在高温变形过程中产生的再结晶。
62、回复：指冷变形金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前（即再结晶）的微观结构及性能的变化过程。（该过程的驱动力是弹性畸变能的降低）
63、再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为再结晶温度。
64、固溶体：固态下一种组元（溶质）溶解在另一种组元（溶剂）中而形成的新相。（其特点是固溶体具有溶剂组元点阵的类型）
65、铁素体：碳在α—Fe中形成的间隙固溶体，通常用α或F表示。
66、奥氏体：碳溶入γ—Fe中形成的间隙固溶体，通常用γ或A表示。
67、渗碳体：即Fe3C，是一种间隙化合物，属于正交晶系。
68、莱氏体：共晶转变的产物（γ+Fe3C）称为莱氏体，用符号Ld表示。
69、珠光体：共析转变的产物（α+Fe3C）称为珠光体，用符号P表示。
70、白口铸铁：全部碳都以Fe3C形式存在时称为白口铸铁。
71、三次渗碳体：从铁素体中析出的Fe3C称为三次渗碳体。
72、直线法则：三元合金在某温度下处于两相平衡共存，合金成分与两个平衡相成分共线。
73、重心法则：三元合金在某温度下处于三相平衡共存，合金成分位于三个平衡相成分组成的三角形重心位置。
74、孪生：孪生是金属塑性变形中的一种较为常见的方式，在孪生过程中形成变形孪晶。、
75、孪生变形：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定晶面（孪晶面）和一定晶向（孪生方向）相对于另一部分作均匀的切变所产生的变形。
76、纤维组织：变形量很大时，各晶粒已不能分辨而成为一片如纤维状的条纹，称为纤维组织。
77、相：在一个系统中，具有同一种聚集状态的均匀部分成为相。（不同相之间有明显的界面分开）
78、玻璃相：一般指从液态凝固下来的，结构与液态连续的非晶态固体。
79、相平衡：在某一温度下，系统中的各个相经过很长时间也不互相转变，处于平衡状态，这种平衡称为相平衡。
80、匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。
81、杠杆定律：详见课本P115。
82、包晶转变：当有些液相合金凝固达到一定温度时，已结晶出来的一部分固相与剩余的液相发生反应生成另一种固相，这种转变称为包晶转变。
83、包晶偏析：因包晶转变的不完全性而产生的组织变化与成分偏析现象，称为包晶偏析。
84、间隙固溶体：溶剂元素占据溶质晶格间隙所形成的固溶体。（有限、无序的固溶体）
85、置换固溶体：溶剂元素占据溶质元素晶格结点位置所形成的固溶体。（无限固溶体）
86、间隙相：原子半径较小的非金属原子溶入原子半径较大的金属原子的间隙位置，所形成的结构不同于任一组元且具有简单晶体结构的金属化合物。
87、间隙化合物：尺寸很小的非金属元素C、N、B等与过渡族金属元素组成的化合物。
88、结晶：若凝固后的物质为晶体，则称之为结晶。
柏氏矢量:描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向，也使位错扫过后晶体相对滑动的量。
全位错:把柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错称为全位错
刃型位错
:晶体中的某一晶面，在其上半部有多余的半排原子面，好像一把刀刃插入晶体中，使这一晶面上下两部分晶体之间产生了原子错排，称为刃型位错
二、简答题
1、晶面与晶向、晶面与晶面、晶向与晶向平行、垂直的条件各是什么？
答：（1）晶向与晶向
平行条件：当一晶向［uvw］位于或平行于某一晶面（hkl）时，指数必满足hu＋kv＋lw=0；
垂直条件：指数相同的晶向或晶面必然垂直。
（2）晶面与晶面
平行条件：晶面指数相同或晶面指数相同而正负号相反的两个晶面必然平行；
垂直条件：晶面指数相乘得零的两个晶面必然垂直。
（3）晶向与晶向
平行条件：晶向指数相同或晶向指数相同而正负号相反的两个晶向必然平行；
垂直条件：晶向指数相乘得零的两个晶向必然垂直。
2、什么是晶带、晶带面和晶带轴？晶带面和晶带轴的位向关系是什么？
答：晶带是相交于同一晶向的一组晶面；晶带面是该组晶面；晶带轴是该晶向。
晶带轴与晶带面的关系是：令晶带轴表示为［uvw］，晶带面表示为（hkl），则有hu＋kv＋lw=0，
即晶带面与晶带轴平行。
3、如何已知晶带面求晶带轴，已知两个晶带轴求晶带面？
答：已知两个晶带面分别为（h1k1l1）和（h2k2l2），求晶带轴［uvw］
U=
k1
l2—k2
l1
V=
l1
h2—l2
h1
W=
h1
k2—h2
k1
已知两个晶带轴分别为［u1v1w1］和［u2v2w2］，求晶带面（hkl）
h=
v1
w2—v2
w1
k=
w1
u2—w2
u1
l=
u1
v2—u2
v1
4、在切应力的作用下，刃型位错滑移运动的方向与柏氏矢量、切应力及位错线的位向关系如何？
在正应力的作用下，螺型位错滑移运动的方向与柏氏矢量、切应力及位错线的位向关系如何？
答：刃型位错滑移运动方向与切应力和柏氏矢量平行，与位错线垂直；
螺型位错的滑移运动的方向与切应力、柏氏矢量以及位错线均垂直。
5、综述金属结晶的热力学条件、能量条件、结构条件以及动力学条件。
答：热力学条件：过冷是结晶的必要热力学条件；
能量条件：由热力学第二定律知，只有伴随着自由能降低的过程才能自发进行；
结构条件：相起伏是出现结晶的必要结构条件；
动力学条件：两相的自由能差值是两相间发生转变的驱动力。
6、为什么说过冷是结晶的热力学条件？
答：因为凝固过程一定要在低于熔点的温度时才能进行。过冷度越大，液态和固态的自由能差值也就越大，即相变驱动力越大
，所以凝固速度越快。这就从本质上说明了为什么液态金属结晶时一定需要过冷的原因。
7、试说明在正温度梯度下，为什么固溶体合金凝固时一定呈树枝状方式长大，而纯金属却得不到树枝状晶体？
答：因为固溶体合金凝固时，粗糙界面，在正温度梯度下凝固，由于前沿液相溶质分布变化，从而引起凝固温度变化而产生成分过冷使dT／dX＜0，因此呈树枝状长大并长成树枝晶。而纯金属凝固时，粗糙界面，也是在正温度梯度下进行，但是凝固时没有成分的变化，只受正温度梯度的控制，因此为平面长大，长成平面状，而得不到树枝晶。
8、分析亚共晶合金和过共晶合金白口铁无完全凝固时，初晶A呈树枝状的原因和一次渗碳体（Fe3C1）呈白条状的原因。
答：A初晶时为固溶体，各向异性生长不明显，粗糙界面，dT／dX＜0，成分过冷，所以呈树枝状生长；Fe3C1初晶时为间隙化合物，光滑界面，受各向异性的影响，长成有规则外形的组织。
9、冷变形金属回复与再结晶的驱动力是什么？晶粒长大阶段的驱动力是什么？
答：回复的驱动力是弹性畸变能的降低；
再结晶的驱动力主要是相邻晶粒间的畸变能差；
晶粒长大阶段的驱动力是晶粒长大后总的界面能的下降。
10、空位扩散比间隙扩散更难进行，为什么？（答案不确定）
答：因为与间隙扩散相比，空位扩散一般拥有更高的扩散激活能和更低的扩散系数。
11、根据凝固理论，试叙述工业中细化晶粒的基本措施及其机理。
答：（1）提高冷却速度——冷速增加，过冷度加大，形核率升高；
（2）变质处理——在液体中人为地加入形核剂来增加非自发形核数目的处理方法，变质处理可以达到显著细化晶粒的效果；
（3）使液体振动——机械振动、电磁搅拌、超声波振动等，可以使枝晶破碎。
12、试说明晶体生长形态与固相界面形貌、前沿液相温度梯度的关系。
答：固相界面形貌是影响晶体生长的内因，界面前沿液相的温度分布是影响晶体生长的外因。
在正温度梯度时，结晶潜热只能通过固相散出，相界面的推移速度受固相传热速度所控制；在负温度梯度时，相界面上产生的结晶潜热可通过固、液两相的两个方向散热，相界面的推移不再为固相的传热速度所控制。
13、判断位错能否反应的依据是什么？
答：（1）几何条件——即反应前各位错的柏氏矢量之和应该等于反应后的柏氏矢量之和；
（2）能量条件——即反应后各位错的总能量小于反应前各位错的总能量。
14、适用位错理论解释固溶强化。
答：固溶体的硬度、强度往往高于组成它的各组元，而塑性则较低，这种现象叫做固溶强化。
固溶强化的实质是溶质原子与位错的弹性交互作用、电交互作用和化学交互作用。其中最
主要的是溶质原子与位错的弹性交互作用阻碍了位错的运动。
15、对于纯金属的结晶能否说“过冷度越大，形核率越高”？
答：不能。
因为形核率受两个因素的影响，即形核功（△G*）因素和原子扩散因素。
①当△T较大时，△G*很小，但原子不易扩散，从而形核率较小；
②当△T较小时，原子扩散容易，但△G*很大，形核率也小；
③当△T适中时，形核率才较大，因此，金属的结晶、过冷度与形核率呈“山”形的关系。
（其中△G*代表形核功，△T代表过冷度。）
16、有一含碳量为2.0%的铁碳合金试样，室温组织中观察到少量莱氏体，试分析其原因，
答：共晶反应时，非平衡结晶，冷却速度快，固相线沿低于JE的线变化，液相线沿低于BC的线变化，在液相没完全消失前，会产生少量莱氏体。
17、综述铸锭组织三晶区的形成、组织特点及特性。
答：（1）细晶粒区
①形成过程：浇铸时，由于激冷，使△T↑，模壁促进非自发形核，在极端时间内形成大量晶核，晶核向各个方向长大，且相互阻碍，形成等轴细晶粒区。
②组织特点：组织致密，但很薄。
③性能特点：细晶粒区成分均匀、强度高。
（2）柱状晶区
①形成过程：随着细晶粒区的形成，使△T↓，N↑，且散热出现了方向性，垂直于模壁方向的散热快并择优长大。激冷区形成后，散热减慢，且使△T↓，重新形核困难，只有已结晶故乡的长大；纯金属常含有杂质，因此形成柱状晶区。
②组织特点：晶粒相互平行，组织致密，缺陷少，柱晶交界处含有杂质。
③性能特点：出现了方向性，在柱状晶交界处产生了脆弱面，裂纹易于扩散，但压力加工可以焊接。
（3）中心粗等轴区
①形成过程：形成理论包括成分过冷理论、籽晶卷入理论和枝状脱熔漂移理论。
②组织特点：
③性能特点：