材料科學(xué)基礎(chǔ)試題及答案

1、第一章原子排列與晶體結(jié)構(gòu)1 . fcc結(jié)構(gòu)的密排方向是 ,密排面是 ,密排面的堆垛順序是 ,致密度 為,配位數(shù)是 ，晶胞中原子數(shù)為 ,把原子視為剛性球時，原子的半徑 r與點陣常數(shù)a的關(guān)系是；bcc結(jié)構(gòu)訴:秘方向是 ,密排面是 ,致密度為,配位數(shù)是 ，晶胞中原子數(shù)為 ，原子的半徑r與點陣常數(shù)a的關(guān)系 是; hcp結(jié)構(gòu)的密排方向是 ,密排面是 ,密排面的堆垛順序是 , 致密度為 ,配位數(shù)是 ,晶胞中原子數(shù)為 ,原子的半徑r與點陣常數(shù)a 的關(guān)系是。2 . al的點陣常數(shù)為 0.4049nm,其結(jié)構(gòu)原子體積是 ,每個晶胞中八面體間隙數(shù) 為,四面體間隙數(shù)為。3 .純鐵冷卻時在912名發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變是從

2、 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?結(jié)構(gòu)，配位數(shù), 致密度降低，晶體體積 ,原子半徑發(fā)生 。4 .在面心立方晶胞中畫出(112)晶面和112晶向，指出 110中位于(111)平面上的 方向。在hcp晶胞的(0001)面上標(biāo)出(1210)晶面和彳2彳0晶向。5 .求11 1和20彳兩晶向所決定的晶面。6在鉛白1 (100)平面上，1mm2有多少原子？已知鉛為fcc面心立方結(jié)構(gòu)，其原子半徑r=0.175 m0-6mmo第二章合金相結(jié)構(gòu)一、填空1) 隨著溶質(zhì)濃度的增大，單相固溶體合金的強度 ,塑性,導(dǎo)電性，形成間隙固溶體時，固溶體的點陣常數(shù) 。2) 影響置換固溶體溶解度大小的主要因素是(1) ; (2) ;(3) ; (

3、4) 和環(huán)境因素。3) 置換式固溶體的不均勻性主要表現(xiàn)為 和。4) 按照溶質(zhì)原子進入溶劑點陣的位置區(qū)分，固溶體可分為 和。5)無序固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w時，合金性能變化的一般規(guī)律是強度和硬度,塑性,導(dǎo)電性。6)間隙固溶體是 ，間隙化合物二、 問答1、分析氫，氮，碳，硼在 a-fe和？fe中形成固溶體的類型，進入點陣中的位置和固溶 度大小。已知元素的原子半徑如下：氫：0.046nm ,氮：0.071nm,碳：0.077nm,硼：0.091nm ,ot-fe： 0.124nm, -fe : 0.126nm。2、簡述形成有序固溶體的必要條件。第三章純金屬的凝固1.填空1.在液態(tài)純金屬中進行均質(zhì)形核時

4、，需要 起伏和 起伏。2液態(tài)金屬均質(zhì)形核時， 體系自由能的變化包括兩部分， 其中 自由能是形核的阻 力，是形核的動力；臨界晶核半徑 k與過冷度&t關(guān)系為,臨界形核功 gk等于。3 動態(tài)過冷度是指。4在工廠生產(chǎn)條件下，過冷度增大，則臨界晶核半徑 ,金屬結(jié)晶冷卻速度越快， n/g比值,晶粒越。5.獲得非晶合金的基本方法是 。二、問答1根據(jù)凝固理論，試述細化晶粒的基本途徑。2試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點。3簡述液態(tài)金屬結(jié)晶時，過冷度與臨界晶核半徑，形核功及形核率的關(guān)系。4 銅的熔點 tm=1356k，熔化熱 可hm=1628j/cm 2, cr=177x 10 7j/cm ,點陣常數(shù) a=

5、0.3615nm。 求銅 5=100 時均勻形核的臨界核心半徑。5:何謂過冷，過冷度，動態(tài)過冷度，它們對結(jié)晶過程有何影響？6 根據(jù)冷卻速度對金屬凝固后組織的影響，現(xiàn)要獲得微晶，非晶，亞穩(wěn)相，請指出其凝固 時如何控制。7、簡述純金屬凝固時潤濕角 0、雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)對異質(zhì)形核的影響。第四章二元合金相圖與合金凝固一、填空1 .固溶體合金凝固時，除了需要結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏外，還要有 起伏。2 .按液固界面微觀結(jié)構(gòu)，界面可分為 和。3 .液態(tài)金屬凝固時，粗糙界面晶體的長大機制是 ,光滑界面晶體的長大機制是和。4在一般鑄造條件下固溶體合金容易產(chǎn)生 偏析，用 熱處理方法可以消除。5液態(tài)金屬凝固

6、時，若溫度梯度dt/dx0 （正溫度梯度下），其固、液界面呈 狀,dt/dx w1%圖5-2a、b、c分別形成固溶3如圖53是a-b-c三元系合金凝固時各相區(qū)，界面的投影圖,1）寫出pp，e1p和e2p單變量線的三相平衡反應(yīng)式。2）寫出圖中的四相平衡反應(yīng)式。3）說明o合金凝固平衡凝固所發(fā)生的相變。圖5 34圖5 4為fe-w-c三元系的液相面投影圖。寫出 ei- 1085c, pl1335c, p2-1380c 單變量線的三相平衡反應(yīng)和 1700 c, 1200 c, 1085 c的四相平衡反應(yīng)式。i, ii, iii三個合 金結(jié)晶過程及室溫組織，選擇一個合金成分其組織只有三元共晶。5 如圖5

7、 5為fe-cr-c系含13%cr的變溫截面1 ）大致估計2cr13不銹鋼的淬火加熱溫度（不銹鋼含碳量0. 2 % ,含cr量13%）2）指出cr13模具鋼平衡凝固時的凝固過程和室溫下的平衡組織（ cr13鋼含碳量2%）3 ）寫出（1 ）區(qū)的三相反應(yīng)及7 9 5s時的四相平衡反應(yīng)式。圖5 5圖566如圖5- 6所示，固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖的濃度三角形上的投影圖，試分析iv區(qū)及vi區(qū)中合金之凝固過程。寫出這個三元相圖中四相反應(yīng)式。7 分析如圖5 7所錄的三元相圖，該合金中e點成分為27pb18sn55bi, 丫相成分取100% bi。1）指出這個三元系的初晶面，寫出四相平衡反應(yīng)式；2）分析該

8、三元合金系中 1, 2, 3, 4合金平衡結(jié)晶過程；3）要配制一個初晶為 丫，具有三元共晶而無二元共晶且丫/三元共晶=0.5的合金，計算該合金的成分。第六章 空位與位錯一、名詞解釋空位平衡濃度，位錯，柏氏回路，p-n力，擴展位錯，堆垛層錯，弗蘭克-瑞德位錯源，奧羅萬機制，科垂耳氣團，面角位錯，鈴木氣團，多邊形化 二、問答1 fcc晶體中，層錯能的高低對層錯的形成、擴展位錯的寬度和擴展位錯運動有何影響？層錯能對金屬材料冷、熱加工行為的影響如何？2 .在鋁單晶體中（fcc結(jié)構(gòu)），aa a一110 211 a1211） 位錯反應(yīng)2 t6+ 6能否進行？寫出反應(yīng)后擴展位錯寬度的表a-1 10達式和式中

9、各符號的含義；若反應(yīng)前的2 是刃位錯，則反應(yīng)后的擴展位錯能進行何種a-1 10運動？能在哪個晶面上進行運動？若反應(yīng)前的 2是螺位錯，則反應(yīng)后的擴展位錯能進行何種運動？aab二101b=一0112） 若（1, 1, 1）面上有一位錯2 ，與011）面上的位錯2 發(fā)生反應(yīng)，如圖61。寫出位錯反應(yīng)方程式，說明新位錯的性質(zhì)，是否可動。3） 寫出（111）與（111）兩個滑移面上兩全位錯所分解為肖克萊不全位錯的兩個反 應(yīng)式。4） 如果兩擴展位錯運動，當(dāng)它們在兩個滑移面交線ab相遇時，兩領(lǐng)先不全位錯為a2ttl a1216 和6,兩領(lǐng)先位錯能否發(fā)生反應(yīng)，若能，求新位錯柏氏矢量；分析新形成位錯為何種類型位錯

10、，能否自由滑移，對加工硬化有何作用。圖6- 1（0）es =3 8螺旋位錯的能量公式為 6210-8cm,銅的 g=4x 106n/cm；（1）試估算esgb2 r in4nro。若金屬材料亞晶尺寸為b= 2.5 x 10 8cmo(b)r=10-310-4cm, ro約為（2）估算cu中長度為1個柏氏矢量的螺型位錯割階的能量。4平衡空位濃度與溫度有何關(guān)系？高溫淬火對低溫擴散速度有何影響？5已知al的空位形成能為 0.76ev,問從27名升溫到627s時空位濃度增加多少倍 （取系數(shù) a=1 ）6在一個刃型位錯附近放置另一個與之平行同號的另一個刃型位錯，其位置如圖6-2所示1, 2, 3,問它們

11、在滑移面上受力方向如何？1圖627、位錯對金屬材料有何影響？第七章金屬塑性變形一 名詞解釋固溶強化，應(yīng)變時效，攣生，臨界分切應(yīng)力，變形織構(gòu)二問答1單相合金的冷塑性變形與純金屬的室溫塑性變形相比，有何特點。2金屬晶體塑性變形時，滑移和攣生有何主要區(qū)別？3 a-b二元系中，a晶體結(jié)構(gòu)是bcc,形成a固溶體，b晶體結(jié)構(gòu)是fcc,形成3固溶體, a與b形成“相，其晶體結(jié)構(gòu)是 hcp：1) 指出a, p,n三個相的常見滑移系；2) 繪出它們單晶變形時應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖，試解釋典型低層錯能面心立方單晶 體的加工硬化曲線，并比較與多晶體加工硬化曲線的差別。4簡述冷加工纖維組織、帶狀組織和變形織構(gòu)的成因及對

12、金屬材料性能的影響。5為什么金屬材料經(jīng)熱加工后機械性能較鑄造態(tài)好。6何為加工硬化？列出產(chǎn)生加工硬化的各種可能機制。(不必說明)，加工硬化現(xiàn)象在工業(yè)上有哪些作用？7鋁單晶體拉伸時，其力軸為001, 一個滑移系的臨界分切應(yīng)力為0.79mn/m2,取向因子cosmos九=0.41,試問有幾個滑移系可同時產(chǎn)生滑移？開動其中一個滑移系至少要施加多大 的拉應(yīng)力？名直生裒總混s3容學(xué)恚is中瑾活29簡要說明第二相在冷塑性變形過程中的作用。10討論織構(gòu)的利弊及控制方法。11敘述金屬和合金在冷塑性變形過程中發(fā)生的組織性能的變化。12圖7 1所示低碳鋼的三條拉伸曲線，1塑性變形；2 去載后立即再 后時效再加載。試

13、回答下列問題：1) 解釋圖示曲線2無屈服現(xiàn)象和曲線 3的屈服現(xiàn)象。2) 屈服現(xiàn)象對金屬變形制件表面質(zhì)量有何影響，如何改善表面質(zhì)量。13 退火純 fe,其晶粒 尺寸 d=1/4mm 時，其屈服 點 as=100mnmos=250mnm-2。d=1/16mm時，根據(jù)霍爾一配奇公式求其as為多少？第八章 回復(fù)與再結(jié)晶1名詞變形織構(gòu)與再結(jié)晶織構(gòu)， 再結(jié)晶全圖，冷加工與熱加工，帶狀組織，加工流線，動態(tài)再結(jié)晶, 臨界變形度，二次再結(jié)晶，退火攣晶2問答1再結(jié)晶與固態(tài)相變有何區(qū)別？2簡述金屬冷變形度的大小對再結(jié)晶形核機制和再結(jié)晶晶粒尺寸的影響。3燈泡中w絲在高溫下工作，發(fā)生顯著晶粒長大性能變脆，在熱應(yīng)力作用下

14、破斷， 試找出兩種延長鴇絲壽命的方法？4戶外用的架空銅導(dǎo)線(要求一定的強度)和戶內(nèi)電燈用花線，在加工之后可否采用相同 的最終熱處理工藝？為什么？5純鋁經(jīng)90%冷變形后，取三塊試樣分別加熱到70名，150 , 300 ,各保溫一小時后空冷，純鋁的熔點為 660 ；。1）分析所得組織，畫出示意圖；2）說明它們強度、硬度的高低和塑性方面的區(qū)別并簡要說明原因。7今有工業(yè)純鈦、純鋁和純鉛鑄錠，試問如何選擇它們的軋制開坯溫度？開坯后，將它們 在室溫（20c）進行軋制，它們的塑性誰好誰壞？為什么？它們在室溫下可否連續(xù)軋制下去？ 鈦、鉛、鋁分別怎樣才能軋成很薄的帶材？已知：工業(yè)純金屬的再結(jié)晶溫度 t再=（0.

15、3-0.4） t熔，鈦熔點1672 c, 883c以下為hcp, 883c以上為bcc；鋁熔點為 660c , fcc結(jié)構(gòu)（面心立方）；鉛熔點為 327 c , fcc結(jié)構(gòu)（面 心立方）。8試說明晶粒大小對金屬材料室溫及高溫力學(xué)性能的影響，在生產(chǎn)中如何控制材料的晶粒 度。9如何提高固溶體合金的強度10 試用位錯理論解釋固溶強化，彌散強化，以及加工硬化的原因。第九章表面與界面1名詞正吸附，晶界能，小角度晶界，晶界偏析2問答1試說明界面對復(fù)合材料結(jié)合強度的影響。2試述晶界的特性。3分析晶界能的變化。4 分析影響晶界遷移的因素第十章原子擴散1、簡要說明影響溶質(zhì)原子在晶體中擴散的因素。2、ni板與ta

16、板中有0.05mm厚mgo板作為阻擋層，1400c時ni卡通過mgo向ta中擴散， 此時ni+在mgo中的擴散系數(shù)為 d=9x 10-12cm2/s, ni的點陣常數(shù)為3.6x 10 8cmo問每秒 鐘通過mgo阻擋層在2x 2cm2的面積上擴散的 ni+數(shù)目，并求出要擴散走 1mm厚的ni層 需要的時間。3、對含碳0.1%齒輪氣體滲碳強化，滲碳氣氛含碳 1.2%,在齒輪表層下 0.2cm處碳含量為 0.45%時齒輪達到最佳性能。已知鐵為fcc結(jié)構(gòu)，c在fe中的do=0.23,激活能 q =32900cal/mol ,誤差函數(shù)如表 10 1。1）試設(shè)計最佳滲碳工藝；2）在滲碳溫度不變，在 10

17、00 c時滲碳，要將滲碳厚度增加1倍，即要求在其表面下 0.4cm處滲碳后碳含量為 0.45%所需滲碳時間。xx表10 12 jdt與erf( 2jdt )的對應(yīng)值xxxxxx2vd?erf( 2dt )2vd?erf( 2 dt )2jdterf( 2 dt )0.00.00000.70.67781.40.95230.10.11250.80.74211.50.96610.20.22270.90.79691.60.97630.30.32861.00.82471.70.98380.40.42841.10.88021.80.98910.50.52051.20.91031.90.99280.60.6

18、0391.30.93402.00.99534 一塊厚度10毫米，含碳量0.77%的鋼在強脫碳氣氛中加熱到800c,然后緩慢冷卻，試指出試樣從表面到心部的組織分布。5 一塊用作承載重物的低碳鋼板，為提高其表面硬度采用表面滲碳，試分析：1）滲碳為什么在 fe中進行而不在ct-fe中進行，即滲碳溫度選擇要高于 727名，為什么?2） 滲碳溫度高于1100名會出現(xiàn)什么問題？6銅-鋅基單相固溶體進行均勻化處理，試討論如下問題：1）在有限時間內(nèi)能否使枝晶偏析完全消失？2）將此合金均勻化退火前進行冷加工，對均勻化過程是加速還是無影響？說明理由。7原子擴散在材料中的應(yīng)用8何謂上坡擴散，舉兩個實例說明金屬中上坡

19、擴散現(xiàn)象。9、簡述固溶體合金的擴散機制6.7.8.9.10.110 , (111), abcabc-. 3r =a8,2,4ar = 一2。0.01659nm3 ,4,8fcc , bcc ,減少解答：見圖1-1解答：設(shè)所決定的晶面為(第一章 原子排列與晶體結(jié)構(gòu)2r = - a,0.74 , 12 , 4 ,4; 111, (110) , 0.681120 , (0001), abab , 0.74, 12 , 6,降低，膨脹，收縮 。hkl）,晶面指數(shù)與面上的直線 uvw之間有hu+kv+lw=0 ,故h+k-l=0,2h-l=0 ?？梢郧蟮?hkl) = (112)。2r = - a6解答

20、i_pb為fcc結(jié)構(gòu)，原子半徑 r與點陣常數(shù)a的關(guān)系為 4,故可求得a=0.4949 10-6mm。貝u （ 100）平面的面積s= a2= 0.244926011 x0-12mm2,每個（100）面上的原子個數(shù)為2。1ll ,2n12所以1 mm2上的原子個數(shù)s = 4.08m012。第三章合金相結(jié)構(gòu)一、填空1) 3降低，變差，變大。2) (1)晶體結(jié)構(gòu);(2)元素之間電負性差；(3)電子濃度；(4)元素之間尺寸差別3) 存在溶質(zhì)原子偏聚和短程有序 。4) 置換固溶體 和間隙固溶體 。5) 提高 ，降低 ，降低 。6) 溶質(zhì)原子溶入點陣原子溶入溶劑點陣間隙中形成的固溶體，非金屬原子與金屬原子

21、半徑的比值大于 0.59時形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物。三、 問答1、解答：o-fe為bcc結(jié)構(gòu)，致密度雖然較小，但是它的間隙數(shù)目多且分散，間隙半徑很小，四面體間隙半徑為0.291ra,即r= 0.0361nm,八面體間隙半徑為 0.154ra,即r=0.0191nm。氫，氮，碳，硼由于與 o-fe的尺寸差別較大，在 ofe中形成間隙固溶體，固溶 度很小。a-fe的八面體間隙的110方向r=0.633 ra,間隙元素溶入時只引起一個方向上的 點陣畸變，故多數(shù)處于ot-fe的八面體間隙中心。b原子較大，有時以置換方式溶入a-fe。由于fe為fcc結(jié)構(gòu)，間隙數(shù)目少，間隙半徑大，四面體間隙半徑為0.225

22、 ra,即r =0.028nm,八面體間隙半徑為 0.414 ra,即r= 0.0522nm。氫，氮，碳，硼在 y-fe中也是形 成間隙固溶體，其固溶度大于在 a-fe中的固溶度，氫，氮，碳，硼處于 fe的八面體間隙 中心。2、簡答：異類原子之間的結(jié)合力大于同類原子之間結(jié)合力；合金成分符合一定化學(xué)式；低 于臨界溫度(有序化溫度)。第三章純金屬的凝固2.填空1. 結(jié)構(gòu)和能量。3.2-2；tmc16二二 tmrgk 丁 22表面，體積自由能，lm t ,(lmat ) o3晶核長大時固液界面的過冷度。4減少，越大，細小。5.快速冷卻。二、問答1 解密凝固的基本過程為形核和長大，形核需要能量和結(jié)構(gòu)條

23、件，形核和長大需要過冷度。細化晶粒的基本途徑可以通過加大過冷度，加入形核劑，振動或攪拌。2 解答：根據(jù)金屬結(jié)晶過程的形核和長大理論以及鑄錠的散熱過程.可以得出通常鑄錠組織的特點為最外層為細小等軸晶，靠內(nèi)為柱狀晶，最內(nèi)層為粗大等軸晶。3 u液態(tài)金屬結(jié)晶時，均勻形核時臨界晶核半徑rk與過冷度 0t關(guān)系為3- 2-2-tm16二-tmr = -=lmat，臨界形核功wgk等于3 (lmt)。異質(zhì)形核時固相質(zhì)點可作為晶 核 長 大， 其 臨 界 形 核 功 較 小2 - 3cos【cos3 1 16二.二 3亡0為液相與非均43 lm t 2勻形核核心的潤濕角。.-：ga ;：gkn =c exp-(

24、-+-) 形核率與過冷度的關(guān)系為：kt kt ，其中n為形核率，c為常數(shù)，a ga、a gk分別表示形核時原子擴散激活能和臨界形核功。在通常工業(yè)凝固條件下形 核率隨過冷度增大而增大。4 解答：在金屬凝固時,可以近似認為lm=hm,根據(jù)均勻形核時臨界晶核半徑rk與過-2-tmr 二冷度句t關(guān)系為lmt ,可以計算得到r= 0.79x 10 7cm=0.79nm。5： 解答： 過冷是指金屬結(jié)晶日實際結(jié)晶溫度tn比理論結(jié)晶溫度 tm低的現(xiàn)象。過冷度at指tm與tn的差值。動態(tài)過冷度指晶核長大時的過冷度。金屬形核和長大都需要過冷，過冷度增大通常使形核半徑、形核功減少，形核過程容易，形核率增加，晶粒細化

25、。7 解答：冷卻速度極大影響金屬凝固后的組織。冷卻快一般過冷度大，使形核半徑、形核功減少，形核過程容易，形核率增加，晶粒細化，冷卻非?？鞎r可以得到非晶，在 一般工業(yè)條件下快速冷卻可以得到亞穩(wěn)相。7、 解答：純金屬凝固時潤濕角0 =0 ,形核功為0,固相粒子促進形核效果最好；潤濕角0 =180 ,異質(zhì)形核功等于均勻形核功，固相粒子對形核無促進作用；潤濕角0 0 180 ,形核功比均勻形核的形核功小，。越小，固相粒子促進形核效果越好。雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)與晶核相同或相近時，促進形核效果好，當(dāng)兩者結(jié)構(gòu)不相同時， 一般對促進形核效果差或不促進形核。雜質(zhì)粒子的表面成凹形時，促進形核效果好，成平面狀時次之，

26、凸形時最差。第四章二元合金相圖與合金凝固一、填空1 .成分2 .光滑界面，粗糙界面3 .垂直長大機制，二維平面長大 ，依靠晶體缺陷長大4 枝晶，均勻化退火5平直狀，樹枝。6 . _偽共晶_。korl-7 k +(1-k)e d ,1 。8 . 共晶，熔晶，偏析，包析9 0.0218% , 4.3% ; p 和 fe3c ; fcc, 間隙，間隙固溶體，bcc , 2.11% ;0.77 ,珠光體和滲碳體；4.3% ; p+f, p+fe3c , ld , a+ fe3c , p+fe3c +fe3cu ,液相，a , f , 6.69 ,硬、脆，p。2問答1解餐1)見圖中標(biāo)注。兩相區(qū)由相鄰的兩

27、個單相區(qū)所構(gòu)成。水平線代表三相區(qū)， 見3)中的恒溫反應(yīng)式。2)穩(wěn)定化合物為8、e ,不穩(wěn)定化合物為 3、丫。3） 1455 c, l+ 8 e ,包晶反應(yīng)；1387 c, l- +ni ,共晶反應(yīng)；1135c, l + 8 丫，包晶反應(yīng)；855c, l+ t - 3 ,包晶反應(yīng)；640c, l al + 3 ,共晶反應(yīng)；4） ni 30%（重量）的合金在平衡冷卻時的相變過程：l 丫 ； 855c, l + 丫 3 ,包晶反應(yīng)；l 3;640c, l al+3,共晶反應(yīng)；42 -30al% = 100% =28.6%室溫下相組成為 ai + 3 ,42, 3 =1-al%=71.4% 。30-0

28、.05 ：%= 100% =71.4%室溫下組織組成為3 +（al + 3 ）共晶，42 -0.05, （al + 3 ）共晶=1-3 %=28.6%。5）含ni89% （重量）的ni-al合金其平衡凝固日室溫組織為ni和ni中析出的 ,非平衡凝固后會出現(xiàn)非平衡共晶組織，即為 ni和少量的1387c反應(yīng)生成的l （ +ni）共晶。6） x合金平衡凝固完畢時的組織a初晶占80%,則（a+p）共晶=20%,設(shè)此合金中ni組元80% j05 x 100%的含量是x,0.05，可以求得x=0.01%o7） 1500名時al-ni合金系的自由能 一成分曲線示意圖如圖。2解答：1） a相晶體結(jié)構(gòu)與cu的結(jié)

29、構(gòu)保持一致，為 fcc結(jié)構(gòu);2）共晶反應(yīng)前的平衡分配系數(shù)k0cscl60.9993=0.613） cu-13.47%sn合金在正常條件下凝固后，由于固相平均成分線相對于固相線下移，在合金凝固過程中剩余少量液相出現(xiàn)非平衡結(jié)晶，發(fā)生包晶反應(yīng)而出現(xiàn)少量p相。這些少量 p,l99.3 y 60.9+ (sn),相可以通過均勻化退火消除。4） cu-70%sn合金平衡凝固過程為l e , l92.4+ e 38.2一刀59.0, l 一刀n，刀一共晶反應(yīng)剛完畢時相組成物為y + （sn）,組織組成物為y + （刀+sn）% = 100 70 100% =76.7%,（sn ） =1 - =23.3%相組

30、成物的相對含量為：100 -60.999 3 - 70%=. 100% =76.3%,和組織組成物的相對含量：99.3 -60.9（刀+sn）共晶= 1刀= 23.7%。5）合金在450c時各相自由能-成分曲線示意圖如圖所示。3解答： 1）相區(qū)填寫如圖所示。相圖中各等溫反應(yīng)如下：935c: l+ 3 （丫）一 e ； 780 c: l+ e 8 ; 776 c : 3 （丫）- e + a （丫）；635 c ： l+ e 丫 ；557c： l （mg） + 丫。y=5%wt時的合金k在室溫時的平衡組織為（mg）固溶體。2） mg為hcp結(jié)構(gòu)，因為r= a/2, 一個hcp晶胞中有6個原子，設(shè)

31、彳,則致密度為43 ： . vatomvcell6 一二r= 0.7431 3 、(6 黑 一a 乂 a) c2 23）提高合金k強度的可能方法有細化晶粒，加工硬化。4） y=10%wt之合金可能的強化方法有細化晶粒，加工硬化和固溶時效。4解答： 相同點：均需要形核與長大，形核要滿足一定熱力學(xué)條件，形成一定臨界晶核 半徑，即需要能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏。不同點：固溶體合金形核除需要能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏外， 還需要成分起伏，非平衡結(jié)晶 時產(chǎn)生偏析，一般會產(chǎn)生成分過冷， 凝固過程是在一個溫度區(qū)間進行， 而純金屬凝固在等溫 進行。5 解答：1） fe3cii含量最多的合金、珠光體含量最多的合金、萊氏體含量最

32、多的合金 的合金成分分別為含碳量 2.11%, 0.77%, 4.3%。2）二元系中比較適合做變形合金和合金為單相固溶體，適合作為鑄造合金的成分范圍為含有較多共晶體的合金。 故在含碳量小于 2.11%的合金可以經(jīng)過加熱得到單相合金適合作為變形合金，含碳量大于 4.3%的合金有共晶反應(yīng)適合作為鑄造合金。3）提高壓力加工合金的強度的方法主要有加工硬化，合金元素固溶產(chǎn)生的固溶強化，細化 晶粒強化，熱處理強化，第二相強化，彌散質(zhì)點的彌散強化。4）平衡反應(yīng)的成分及溫度，反應(yīng)式為1495 c , l0.53+ 5 0.09 ao.17,包晶反應(yīng)；1148c, l4.3-a2.11 + fe3c,共晶反應(yīng)；

33、727 c , a0.77fo.o218+fe3c,共析反應(yīng)；5）凝固過程：935c： l丫，丫 一fe3cn, 丫 一f+fe3cn （ p）室 溫 下相 組 成 為 f +fe3cn , 其 中f% = 6.63 1100% =84.9%,fe 3c% =1-f% =15.1%6.63 -0.0008;室溫下組織組成為 p+ fe3cn ,其中6.69 -16.69 -0.77= 98.1%fe3cn %= 1 p%= 1.9%。6）亞穩(wěn)轉(zhuǎn)變后組織為 p+ fe3cn ,淬火冷卻后 c在fe中形成過飽和固溶體（馬氏體相 變）。7）三種鋼在給定溫度下的顯微組織如表。8） 1200 c時各相的

34、自由能-成分曲線示意圖如圖。6：解答： 1） n合金的平衡冷卻曲線和組織如圖；室溫下相組成物為a + 3 ,其中90 -80：% =100% =11.8%90 -5,3=1“%= 88.2%,組織組成為 3 + （ “ + 3 ）共晶,80 -50%100% -75%90 50, （ a + 3 ）共晶%= 1- 3 %=25%;2） i合金在平衡凝固時室溫組織為a + 3 n ,工業(yè)條件冷卻時出現(xiàn)少量非平衡共晶組織，室溫組織為a + 3 n +少量（a + 3 ）共晶。3） 可以根據(jù)相圖估計，在共晶溫度下盡可能高的溫度進行退火。7：1）金屬固液界面的微觀結(jié)構(gòu)為粗糙界面，長大機制為垂直長大方式

35、，在正溫度梯度下固液界面保持平直，在負溫度梯度下成長時固/液界面不穩(wěn)定，結(jié)晶后容易長成樹枝狀晶。8： 解答:1）相區(qū)填充如圖；80% = 100 x 100%2)設(shè)x合金中bi組元的含量是x,依題意有100-41.8，可以解得x= 53.44,即bi組元的含量是 53.44%。100 - y50% =- 100%3)設(shè)y合金中bi組元的含量是v,依題意有共晶含量100 -56.1,可以解得y= 78.15,即pb組元的含量是 21.85%。4） pb-30%bi合金平衡凝固過程為 la, l+”一3, l3, bi,室溫下平衡組織為3 + bi,非平衡凝固下由于 l + a 3包晶反應(yīng)很難進行

36、完全，故在3晶粒內(nèi)部會保留部分a ,室溫下組織為 3 +殘留a + bi。第五章 三元合金相圖1 解答：0.8%c的fe-c-si三元合金在平衡冷卻時的相變過程為la,l+a 丫，l y , 1100c時的平衡組織為 丫 。2 解答：1) cu-30%zn-10%al合金的成分點見圖中 x點。2) cu-20%zn-8%al合金，位于 a +丫兩相區(qū)邊界線上，由 a + 丫兩相組成。cu-25zn-6al合金位于a + 0 +丫的三相區(qū)中，由a + 0 +丫的三相區(qū)組成，可以從圖中讀出各相成分點：a : cu-22.6zn-3.45al, 丫 ： cu-18zn-11.5al, 3 : cu-

37、30zn-4al11.5-8故 cu-20zn-8al 合金中 a %= 11.5 -3.45 x 100%= 43.50%丫 = 1- a %= 56.5%25-20cu 25zn 6al 合金中 = 30 20 x 100% =50%a%=(1- p )x 43.5%=21.75%, 丫 =(1- 0 ) x 56.5%=28.25%3) y合金凝固過程：l一民)l一 a +3 一 a4) 解答：1) p p ： l+ a - 3ep： l3 + 丫e2p l-a + t2) l+ a 3 + y3) o 合金凝固過程：l - a ,l+ a - 3,l+a 3 + y , a ,3, 丫

38、 同析。4) 解答：e1 1085c： l -fe2 c+丫 ； p1 1335c： l+a 丫 ； t 2 - 1380 c： l+fe 3w2一 a1700c l +wc +w r1200 c l+ 刀一丫 +wc1085c l- 丫 +fe3c+wc5 解餐 1) 2cr13.不銹鋼的淬火加熱在 丫相區(qū)，從圖上估計為 1050c 1300c；2） 2%c, 13% cr剛的平衡凝固過程為：l y,l 丫+ci;丫一 a+c3（p）; afc3；室溫下組織為 ci+p。3） 1區(qū)的三相反應(yīng)是：l+ 8 丫795c的四相平衡的反應(yīng)式：丫 +ci a + c36 解答：w區(qū)合金凝固過程為:l

39、a,l a + 3, a 3互析；vi區(qū)合金凝固過程為：l a ,l a + 3, l a+3 + 丫，隨后a , 3 , 丫同析;四相反應(yīng)式為：l a + 3 + 丫7 解答：四相反應(yīng)式為 137.4c時p點：lp+ a 1 3 1 + 8 18 9.5c 時 e 點 le 3 2+82 + 丫三兀系初晶面有8、a、3、丫的四個初晶面；2）三元合金中合金 1的結(jié)晶過程為：l 丫，l 丫 + 8 + 3;合金2的結(jié)晶過程為：l 8, l 8 + 3, l 丫 + 8 + 3;合金3的結(jié)晶過程為：l a, l s + a,l+a 3 + 8;合金4的結(jié)晶過程為：l a , l+ a 3 + 8。

40、3）由題意分析可知改合金成分位于丫（bi）與e點的連線上，設(shè)其 bi含量為x,100 -x故有 50%= 100-55 x 100%,故 bi 含量為 77.5%,pb% _ 18即pb%+sn%=22.5%。由于成分線過 bi的頂點，故所求合金中 sn% 27可求得 pb%=9%, sn=13.5%。第六章 空位與位錯一、名詞解釋空位平衡濃度：金屬晶體中，空位是熱力學(xué)穩(wěn)定的晶體缺陷，在一定的空位下對應(yīng)一定的空位濃度，通常用金屬晶體中空位總數(shù)與結(jié)點總數(shù)的比值來表示。位錯：晶體中的一種原子排列不規(guī)則的缺陷，它在某一個方向上的尺寸很大，另兩個方向上尺寸很小。柏氏回路：確定柏氏族矢量的過程中圍繞位錯

41、線作的一個閉合回路，回路的每一步均移動一個原子間距，使起點與終點重合。p-n力：周期點陣中移動單個位錯時，克服位錯移動阻力所需的臨界切應(yīng)力擴展位錯：兩個不全位錯之間夾有層錯的位錯組態(tài)堆垛層錯：密排晶體結(jié)構(gòu)中整層密排面上原子發(fā)生滑移錯排而形成的一種晶體缺陷。弗蘭克-瑞德位錯源：兩個結(jié)點被釘扎的位錯線段在外力的作用下不斷彎曲弓出后，互相鄰近的位錯線抵消后產(chǎn)生新位錯，原被釘扎錯位線段恢復(fù)到原狀，不斷重復(fù)產(chǎn)生新位錯的，這個不斷產(chǎn)生新位錯、被釘扎的位錯線即為弗蘭克-瑞德位錯源。orowan機制：合金相中與基體非共格的較硬第二相粒子與位錯線作用時不變形，位錯繞過粒子，在粒子周圍留下一個位錯環(huán)使材料得到強化

42、的機制?？拼?fàn)枤鈭F：圍繞刃型位錯形成的溶質(zhì)原子聚集物，通常阻礙位錯運動，產(chǎn)生固溶強化效果。鈴木氣團：溶質(zhì)原子在層錯區(qū)偏聚，由于形成化學(xué)交互作用使金屬強度升高。面角位錯：在fcc晶體中形成于兩個111面的夾角上，由三個不全位錯和兩個層錯構(gòu) 成的不能運動的位錯組態(tài)。多邊形化：連續(xù)彎曲的單晶體中由于在加熱中通過位錯的滑移和攀移運動，形成規(guī)律的位錯壁，成為小角度傾斜晶界，單晶體因而變成多邊形的過程。二、問答1解答：層錯能高,難于形成層錯和擴展位錯，形成的擴展位錯寬度窄，易于發(fā)生束集，容易發(fā)生交滑移，冷變形中線性硬化階段短，甚至被掩蓋，而拋物線硬化階段開始早，熱變形中主要發(fā)生動態(tài)恢復(fù)軟化；層錯能低則反之

43、，易于形成層錯和擴展位錯， 形成的擴展位錯寬度較寬，難于發(fā)生束集和交滑移， 冷變形中線性硬化階段明顯，熱變形中主要發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶軟化。22 +02) =a22.解答： 1）對于位錯反應(yīng)，需要同時滿足能量條件和幾何條件，反應(yīng)才能進行。aaa2, a、2, 2在2110t211+6121中,即二宮。+12eb后2 =(a)2(22 +12 +12)x2 =- 6322功前a功后，滿足能量條件；一 aa / _、b前=110 = eb后=(一2 1)26故反應(yīng)能進行。(12)/、 a(1 _1) = 1 102,滿足幾何條件,g ”也）d ubl、b2為不全位錯柏氏矢量,丫為層擴展位錯寬度2 m ,

44、 g為切彈性模量,a-1 10錯能。若反應(yīng)前的2是刃位錯，則反應(yīng)后的擴展位錯只能在原滑移面上進行滑移；a-110若反應(yīng)前的2是螺型位錯，反應(yīng)后形成的擴展位錯可以進行束集，與其相交面如（1 11）面相交處束集，而后過渡到（1 1 1）面上進行運動，并有可能再次分解為擴展位錯。a -ab = -101-b =-0112）若（1, 1, 1）面上位錯2與（ill）面上的位錯2 相遇，它們之間能a - a a 一101 011 = 110滿足能量條件和幾何條件，可以發(fā)生位錯反應(yīng)，反應(yīng)式為：222。新位錯位于（001）面上，是純?nèi)行臀诲e，由于不在其滑移面111面上，為不可動位錯。3） （lll）與（ll

45、l）兩個滑移面上全位錯分解為肖克萊不全位錯的兩個反應(yīng)式為：a10彳_a2彳彳-112（lll ）晶面上：266,（lll）面上的位錯aa 一 aa011 -a121 -112266與 2111 a彳 214）如果兩擴展位錯運動分解后的兩個領(lǐng)先不全位錯為6 和6,兩領(lǐng)先位錯之a(chǎn)110 間依據(jù)能量條件和幾何條件要求，可以判斷位錯反應(yīng)可以進行。新位錯柏氏矢量為6;新形成位錯為在（001）面上刃型位錯，牽制到其它兩個不全位錯和兩個層錯均不能運動， 會引起冷加工中的加工硬化。3解答：1）將各參數(shù)帶入公式中可以計算得到es= 0.730.92gb2；2） cu中長度為1個柏氏矢量的螺型位錯割階的能量約為（

46、1.7252.3） x 10 11j/cm2oc = aexp（ -v-）234解答：平衡空位濃度kt , a為材料常數(shù)，k= 1.38x 10 23 j/k, ev為空位形成能。，即溫度越高，空位濃度越大。高溫淬火后由于高濃度空位被保留至低溫，對低 溫加熱擴散有促進作用。c = aexp（ -曳）5 解答：平衡空位濃度kt , al的空位形成能為 0.76ev = 0.76x （ 1.602 x10 19 j）, k= 1.38x 10 23 j/k,系數(shù) a=1。計算可得 27名（300k）時空位濃度 c1 = 1.7x 1013, 627名時空位濃度為c2 = 5.54x 10 5,故從

47、 278升溫到 627名時空位濃度增加c2 =3.258 108c1倍。6解答：兩平行同號刃型位錯之間滑移面上的受力:gbb x （x2 - y2）fx = c /a t /. 2 _2、2.2n （1-v） （x +y ） , g為切彈性模量，b, b為兩刃型位錯的柏氏矢量，丫為泊 松比。故位置1位錯受斥力，位置2位錯處于亞穩(wěn)平衡，偏離該位置則遠離或運動到與原點處位錯 垂直的地方。位置 3處第二個位錯處于與原點處位錯垂直的上方，處于穩(wěn)定態(tài)。7、解答：位錯是晶體中的缺陷,對材料有許多重要影響。1）對變形影響。通過位錯運動完成塑性變形；2）對性能影響，與第二相粒子，通過切過或繞過機制強化材料，冷加工中位錯密度增加也 能強