材料科學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題與答案

1、百度文庫第二章思考題與例題1 .離子鍵、共價鍵、分子鍵和金屬鍵的特點，,并解釋金屬鍵結(jié)合的固體材料的密度比離子 鍵或共價鍵固體高的原因？2 .從結(jié)構(gòu)、性能等方面描述晶體與非晶體的區(qū)別。3 .何謂理想晶體？何謂單晶、多晶、晶粒及亞晶？為什么單晶體成各向異性而多晶體一股 情況下不顯示各向異性？何謂空間點陣、晶體結(jié)構(gòu)及晶胞？晶胞有哪些重要的特征參數(shù)？4 .比較三種典型晶體結(jié)構(gòu)的特征。（Al、o-Fe、Mg三種材料屬何種晶體結(jié)構(gòu)？描述它們的 晶體結(jié)構(gòu)特征并比較它們塑性的好壞并解釋。）何謂配位數(shù)？何謂致密度？金屬中常見的三種 晶體結(jié)構(gòu)從原子排列緊密程度等方面比較有何異同？5 .固溶體和中間相的類型、特點

2、和性能。何謂間隙固溶體？它與間隙相 間隙化合物之間 有何區(qū)別？（以金屬為基的）固溶體與中間相的主要差異（如結(jié)構(gòu)、鍵性、性能）是什么？6 .已知Cu的原子直徑為A,求Cu的品格常數(shù)，并計算1mm3Cu的原子數(shù)。7 .已知Al相對原子質(zhì)量Ar （Al）=,原子半徑丫虧求Al晶體的密度。8 bcc鐵的單位晶胞體積，在912c時是；fcc鐵在相同溫度時其單位晶胞體積是。當鐵由 bcc轉(zhuǎn)變?yōu)閒cc時，其密度改變的百分比為多少？9 .何謂金屬化合物？常見金屬化合物有幾類？影響它們形成和結(jié)構(gòu)的主要因素是什么？ 其性能如何？10 .在面心立方晶胞中畫出012和123晶向。在面心立方晶胞中畫出（012）和（12

3、3） 晶面。11 .設(shè)晶面（152）和（ 034）屬六方品系的正交坐標表述，試給出其四軸坐標的表示。反 之，求（12彳3）及（2彳彳2）的正交坐標的表示。（練習(xí)），上題中均改為相應(yīng)品向指數(shù)，求相 互轉(zhuǎn)換后結(jié)果。12 .在一個立方晶胞中確定6個表面面心位置的坐標，6個面心構(gòu)成一個正八面體，指出這 個八面體各個表面的晶面指數(shù)，各個棱邊和對角線的晶向指數(shù)。13 .寫出立方品系的%110、100、111、112晶面族包括的等價晶面,請分別畫出。14 .在立方品系中的一個晶胞內(nèi)回出（111）和（112）晶面，并寫出兩晶面交線的晶向指 數(shù)。15在六方晶系晶胞中畫出1120, 1彳01晶向和（10彳2）晶面

4、，并確定（101 2）晶面與 六方晶胞交線的晶向指數(shù)。16 .在立方晶系的一個晶胞內(nèi)同時畫出位于（101）, （011）和（112）晶面上的11彳晶向。17 .在1000c，有亞。為的碳溶于fcc鐵的固溶體，求100個單位晶胞中有多少個碳原子？（已知：Ar（Fe尸，Ar（C）=）百度文庫18 . r-Fe在略高于912c時點陣常數(shù)a=, o-Fe在略低于912c時a二,求：（1）上述溫度時 丫Fe和o-Fe的原子半徑R; （2） yFe- o-Fe轉(zhuǎn)變時的體積變化率；（3）設(shè)丫Fe-o-Fe轉(zhuǎn)變時原 子半徑不發(fā)生變化，求此轉(zhuǎn)變時的體積變化率，與Y 2）的結(jié)果相比較并加以說明。19 . （1）計

5、算fcc結(jié)構(gòu)的（111）面的面間距（用點陣常數(shù)表示）；（2）以幾何關(guān)系上驗證 所得結(jié)果；（3）欲確定一成分為18%Cr, 18%Ni的不銹鋼晶體在室溫下的可能結(jié)構(gòu)是 fcc還是 bcc,由x射線測得此晶體的（111）面間距為，已知bcc鐵的a=, fcc鐵的a=,試問此晶體屬 何結(jié)構(gòu)？20 .試證明密排六方的品格常數(shù)之間關(guān)系：c/a=。21 .比較概念：晶體與非晶體，空間點陣和晶體結(jié)構(gòu)，相和組織，固溶體和中間相，間隙 固溶體和置換固溶體，電子化合物和正常價化合物，間隙固溶體和間隙化合物、間隙相和間隙 化合物。/第三章思考題與例題1 .空位數(shù)隨溫度升高而增加，在20c和1020c之間，由于熱膨脹

6、bcc鐵的品格常數(shù)增加, 而密度減少,假設(shè)在20c時，此金屬中每1000個單位晶胞中有1個空位，試估計在1020c 時每1000個單位晶胞中有多少個部位？2 . Cu 晶體空位形成能 Ev= X10-19J/atcm,材料常數(shù) A=1 , k=X10-23J/k,計算：（1）在 500c 下，每立方米Cu中的空位數(shù)目；（2）500C下的平衡空位濃度。Ar（Cu尸mol, 500cCu = X106g/cm3o3 .在800c時1010個原子中有1個原子具有足夠能量可在固體內(nèi)移動； 而在900c時，109 個原子中就有1個原子實現(xiàn)上述情況，試求其激活能（J/原子）？4.在圖1中的陰影面為晶體的滑

7、移面，該晶體的 ABCD表面有一圓形標記，它與滑移面 相交，標記左側(cè)有一根位錯線，試問當刃、螺位錯線從晶體的左側(cè)滑移至右側(cè)時，表面的標記 發(fā)生什么變化？并指出刃、螺位錯滑移的切應(yīng)力方向。4題圖1| 5題圖26題圖37題圖45 .已知位錯環(huán)ABCD的柏氏矢量為b,外應(yīng)力p和如下圖2所示，求：（1）位錯環(huán)各 邊是什么位錯？ （2）設(shè)想在晶體中怎樣才能得到這個位錯？ （3）在足夠大的切應(yīng)力p作用下， 位錯環(huán)將如何運動？ （ 4）在足夠大的正應(yīng)力 作用下，位錯環(huán)將如何運動？6 .在圖3晶體二維圖形，晶格間距a,含正刃位錯和負刃位錯，則：（1）圍繞兩個位錯作 柏氏回路，b=? ; （2）圍繞單個作柏氏回

8、路，b =?（表明方向和強度）7 .方形晶體中有兩根刃型位錯，如下圖 4: （1）當周圍晶體中：（a）空位多于平衡值；（b）百度文庫空位少于平衡值；（c）間隙原子多于平衡值；（d）間隙原子少于平衡值時，位錯易于向何種方 向攀移？ （2）加上怎樣的外力，才能使這兩根位錯線通過純攀移而相互靠攏？8 .簡單立方晶體中（100）面上有一位錯，b =0 1 0, bb畫一方形位錯環(huán)，并在這個平 面上畫出柏氏矢量（沿對角線方向）及位錯線方向（順時針），據(jù)此指出位錯環(huán)各段的性質(zhì)，并示意畫出晶體滑移后的結(jié)果。10 .在實際晶體中存在有哪幾類缺陷？各有什么特征？ 11 .何謂刃型位錯和螺型位錯？全面比較兩者有何

9、異同？何謂柏氏矢量？如何用柏氏矢量 來判斷位錯類型？12 .兩個相同符合的的刃型位錯，在同一滑移面相遇；它們會排斥還是會吸引？13 .試說明晶體中位錯運動的方式一一滑移，攀移及交滑移的條件，過程和結(jié)果，并闡述 如何確定位錯滑移運動的方向？在刃型位錯與螺型位錯的滑移運動中，滑移方向與柏氏矢量、 切應(yīng)力及位錯線的位向關(guān)系是什么？14 .晶界在金屬材料中所起的作用有哪些？當金屬熔化時，是先在晶界還是先在晶粒中心 熔化，為什么？15 .試分別描述位錯增殖的F-R源機制和雙交滑移機制。如果進行雙交滑移的那段螺形位錯 的長度為50nm,而位錯的柏氏矢量為，試求實現(xiàn)位錯增殖所必需的切應(yīng)力（G=40Gpa）1

10、6 .何謂小角度晶界？有哪些類型？原子排列上有什么特征？17 . 一個位錯環(huán)能否各部分都是螺位錯？能否各部分都是刃位錯？為什么？18 .在刃型位錯與螺型位錯的滑移運動中，滑移方向與柏氏矢量、切應(yīng)力及位錯線的位向 關(guān)系是什么？19 .何謂割階、扭折？割階或扭折的長短和位向如何？割階或扭折的柏氏矢量如何？產(chǎn)生 割階或扭折后位錯應(yīng)變能的增加量如何？割階或扭折對原位錯線運動有何影響？20 .舉例或畫圖說明什么是小角度晶界的位錯模型？描述大角度晶界有何模型？其含義是 什么？ 、21 .點缺陷分幾種？它們對周圍原子排列有何影響？何謂空位平衡濃度？其影響因素是什/ 么？這些缺陷對金屬性能有何影響？22 .繪

11、圖說明用柏氏回路方法求出位錯的柏氏矢量，并說明柏氏矢量的物理意義及用柏氏 矢量如何確定位錯性質(zhì)？23 .名詞區(qū)別：刃型位錯和螺型位錯，割價和扭折，交滑移和多滑移，滑移和攀移，晶界、 相界和李晶界，共格相界、非共格相界和平共格相界，小角度晶界和大角度晶界第四章思考題與例題1 .設(shè)有一條內(nèi)徑為30mm的厚壁管道，被厚度為的鐵膜隔開，通過向管子一端向管內(nèi)輸入 氮氣，以保持膜片一側(cè)氮氣濃度為1200mol/m3,而另一側(cè)的氮氣濃度為100mol/m3。如在700c 下測得通過管道的氮氣流量為M0-4mol/s,求此時氮氣在鐵中的擴散系數(shù)。2 .簡要說明在金屬或合金中的晶粒內(nèi)部，原子擴散的機理是什么？百

12、度文庫3 . Cu-Al組成的互擴散偶發(fā)生擴散時，標志面會向哪個方向移動？4 .設(shè)純Cr和純Fe組成的擴散偶，擴散1小時后Matano平面移動了 X10-3cm。已知Cc尸時， ?C/?x=126/cm,互擴散系數(shù)D=x 10-9cm2/s,試求Matano平面移動速度和Cr、Fe的本征擴散系 數(shù)Dcr、DFe。（實驗測得Matano平面移動距離的平方與擴散時間之比為常數(shù)。）5 .工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常采用滲碳的方法來提高鋼鐵零件的表面硬度。 表面含碳量越高，鋼的硬 度越高。例如將含碳量的鋼置于亞$二%的氣氛中滲碳，滲碳溫度為927c，保溫10h,已知碳在T Fe中的Dc=x 10-7 cm2s-1,

13、求：（1）距表面x=cm處的碳濃度%）；（2）若已知滲層某處的碳濃度為 % 時，求x值cm）。/6 .對于同一擴散系統(tǒng)、擴散系數(shù) D與擴散時間t的乘積為常數(shù)。例如：已知 Cu在Al中 擴散系數(shù)D,在500c和600分別為X10-14m2s-1和X10-13m各1,假如一個工件在600cC需要 處理10h,若在5009處理時，要達到同樣的效果，需要多少小時？z7.對于鋼鐵材料進行滲碳處理時 M與1的關(guān)系是txx2。例如：假設(shè)對Wc=%的鋼件進行 滲碳處理，要求滲層mm處的碳濃度為，滲碳氣體濃度為 Wc=%，在950進行滲碳，需要7小時， 如果將層深厚度提高到mm，需要多長時間？8鋼在進行滲碳處理

14、時，表面很快達到較高濃度，然后逐步向中間擴散，設(shè)在1000c時，測得工件離表面1mm和2mm之間的碳濃度（原子濃度）從5at.%降到4at.%,試計算碳原子在 該區(qū)域的流量（什在1000c時密度為cm3,擴散系數(shù)Dc =（ X10-5m2/s） exp（-142000J/mol）/RT）, 以原子/m2 s為單位。9 . 一塊C鋼在930c滲碳，滲到的地方碳的濃度達到 %。在t0的全部時間，滲碳氣氛保持表面成分為1%,假設(shè)Dc =X10-5exp（-140000/ RT） （m2/s）, （1）計算滲碳時間；（2）若將滲層加深一倍，則需多長時間？ （ 3）若規(guī)定C作為滲碳層厚工的量度，則在 9

15、30c滲碳10小 時的滲層厚度為870c滲碳10小時的多少倍？10 .含C的普碳鋼加熱到900c在空氣中保溫1小時后外層碳濃度降到零。假如要求零件/ 外層的碳濃度為,表面應(yīng)車削去多少深度？ Dc =X10-7cm2/s/11 .鋼在較低溫度滲碳有一定優(yōu)越性，淬火變形小又可得到較細的晶粒，并能延長爐子的 壽命。某人設(shè)想將滲碳溫度從1000c降低到900C,而將滲碳時間延長10%,即獲得同樣結(jié)果。試分析這種設(shè)想是否正確。（已知Dc =140kJ/mol）。12 .擴散的驅(qū)動力是什么？固態(tài)金屬擴散的條件及影響擴散的因素有哪些？（固態(tài)金屬中 發(fā)生擴散需具備哪些條件？影響固態(tài)金屬擴散的條件有那些？）13

16、 . C在eFe中的擴散系數(shù)大于C在yFe中的擴散系數(shù)，為什么鋼鐵零件滲碳溫度一般選 擇在yFe相區(qū)中進行？若不在 yFe相區(qū)中進行會有什么結(jié)果？奧氏體中碳原子擴散與鐵原子 擴散系數(shù)有何區(qū)別？14 .何謂擴散系數(shù)？說明擴散系數(shù)常數(shù)及擴散激活能的物理意義及影響擴散的因素。15 .什么是科肯達爾效應(yīng)，解釋其產(chǎn)生原因，它對人們認識置換式擴散機制有什么作用。4百度文庫16 .試比較間隙擴散和空位擴散兩者 D表達式的區(qū)別。簡述置換原子和間隙原子的擴散機 制。說明為什么往鋼中滲金屬要比滲碳困難？17 .試說明滲碳為什么在奧氏體狀態(tài)下進行，而不在鐵素體狀態(tài)下進行？18 .能否說擴散定律實際只有一個，而不是兩

17、個？為什么？19 .區(qū)別概念：穩(wěn)態(tài)擴散和非穩(wěn)態(tài)擴散，自擴散和互（異）擴散，空位擴散和間隙擴散， 上坡擴散和下坡擴散，原子擴散和反應(yīng)擴散。/ 第5章思考題與例題1 .金屬塑性變形的主要方式有哪些？它們的含義及它們之間有何區(qū)別？2 .什么是單滑移、多滑移、交滑移？三者滑移線的形貌各有什么特征？位錯線和滑移線相 同嗎？為什么？3 .已知鋁為面心立方晶格，鐵為體心立方晶格，鎂為密排六方品格，試問哪種材料的塑性 最好？哪種材料的塑性最差？詳細說明之。4 .比較晶體滑移和學(xué)生變形的異同點。位錯線和滑移線相同嗎？為什么？、5 .為何理論臨界應(yīng)力遠遠大于實際測量的值？、6 .用位錯理論解釋低碳鋼產(chǎn)生屈服現(xiàn)象產(chǎn)

18、生的原因？對生產(chǎn)的影響，如何防止或消除？7 .簡述冷塑性變形對材料組織及性能的影響？多晶體塑性變形有何特點？試述低碳鋼產(chǎn) 生應(yīng)變時效的原因。8 .什么叫做二次再結(jié)晶？發(fā)生二次再結(jié)晶的條件有哪些？區(qū)別一次再結(jié)晶與二次再結(jié)晶。 如何區(qū)分冷、熱加工？動態(tài)再結(jié)晶的與靜態(tài)再結(jié)晶后的組織結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是什么？ 8.說明晶粒大小對金屬室溫材料強度和塑性的影響， 其原因是什么？結(jié)晶時哪些因素影響 晶粒度的大小？金屬中常見的細化晶粒的措施有哪些？9 .何謂滑移系？體心立方、面心立方及密排六方晶格（c/a接近或大于時）常溫的滑移系 是什么？試用位錯運動的點陣阻力與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系式說明晶體滑移通常發(fā)生在原子最密排

19、晶面和晶向的道理。10 .為什么常溫下金屬材料晶粒越細小， 不僅強度越高，而且塑性和韌性也越好？就自己的 所學(xué)，闡述金屬及合金中常見的細化晶粒的措施有哪些？為獲得細小的晶粒組織，應(yīng)根據(jù)什么 原則制定塑性變形及其退火工藝？11 .將經(jīng)過大量冷塑性變形（70%以上）的純金屬長棒一端浸入冷水中，另一端加熱至接 近熔點的高溫（如），過程持續(xù)一小時，然后完全冷卻，作出沿棒長度的硬度分布曲線（示意 圖），并作簡要說明。如果此金屬為純鐵時，又會有何情況出現(xiàn)？ /12 .金屬材料的強化方法（形變強化、細晶強化、固溶強化和彌散強化）有哪些？應(yīng)用位 錯理論分析他們的本質(zhì)上的異同點13 .在室溫下對Pb板進行彎折，

20、越彎越硬，但如果 放置一段時間再進行彎折，Pb板又像最初一樣柔軟，這 是為什么？ （ Tm（Pb）=327C）14 .將一鍥型銅片置于間距恒定的兩軋輾間軋制，如5百度文庫右下圖。（1）畫出此銅片經(jīng)完全再結(jié)晶后晶粒沿片長方向的變化示意圖。（2）如果在較低溫度退火，何處先發(fā)生再結(jié)晶？為什么？15 .用冷撥銅絲制作導(dǎo)線，冷撥后應(yīng)如何處理,乂為什么？如果用冷撥銅絲制作電燈用的花 導(dǎo)線呢？16 . OFHC銅（無氧商導(dǎo)電率銅）冷撥變形后強度可提高 2倍以上，若許用應(yīng)力的安全系 數(shù)取2,試計算OFHC銅零件在130c下制作的使用壽命。（已知A=10121/min, Q 1.5 104K ,R為完成50%再

21、結(jié)晶所需的時間。）17 .已知含30%Zn的黃銅在400c的恒溫下完成再結(jié)晶需要1小時，而在390c完成再結(jié) 品需要2小時，計算再結(jié)晶的激活能；在 420c恒溫下完成再結(jié)晶需多少時間？18 .鋼絲純吊工件，隨工件放入1000c爐中加熱，加熱完畢，吊出時純斷原因？19 .再結(jié)晶形核地點有什么特點或特征？那些地點有可能是優(yōu)先的形核地點？/ 19.再結(jié)晶與重結(jié)晶（如同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變）的主要區(qū)別是什么？金屬鑄件能否通過再結(jié)晶來 細化晶粒？20 .影響再結(jié)晶溫度的因素有哪些？影響再結(jié)晶后晶粒的大小的因素有哪些？在生產(chǎn)中如 何控制再結(jié)晶晶粒的大?。?1 .厚度為40mm厚的鋁板，軋制成一側(cè)為20mm另一側(cè)仍保

22、持為40mm的楔形板，經(jīng) 再結(jié)晶退火后，畫出從20mm的一側(cè)到40mm 一側(cè)的截面的組織示意圖。并說明。22 .加熱對冷變形金屬的組織和性能有何影響？23 .簡述回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大及二次在結(jié)晶過程？說明冷變形金屬在加熱時，回復(fù)過 程的機制及組織性能的變化。24 .何謂再結(jié)晶溫度？生產(chǎn)中實用的再結(jié)晶溫度如何確定？影響再結(jié)晶溫度的因素有哪 些？25 .鴇板在1100c加工變形和錫板在室溫加工變形時，它們的組織和性能會有怎樣的變 化？熱加工會造成哪些組織缺陷？26 .區(qū)別名詞：滑移和學(xué)生，軟位向和硬位向，幾何硬化和幾何軟化，沉淀強化和彌散強/ 化，纖維組織與帶狀組織，靜態(tài)回復(fù)與動態(tài)回復(fù)，第一類殘

23、余應(yīng)力、第二類殘余應(yīng)力和第三類殘余應(yīng)力，靜態(tài)再結(jié)晶和動態(tài)再結(jié)晶，正常長大和異常長大，冷加工和熱加工，重結(jié)晶、再 結(jié)晶和二次再結(jié)晶。第6、7章思考題與例題/1 .簡述金屬結(jié)晶過程的熱力學(xué)條件、 動力學(xué)條件、能量條件和結(jié)構(gòu)條件。為什么需要這些 條件？冷卻速度與過冷度的關(guān)系是什么？能否說過冷度越大，形核率越高，為什么？2 .何謂正溫度梯度和負溫度梯度。何謂粗糙界面和光滑界面。分析純金屬生長形態(tài)與溫度 梯度的關(guān)系。（簡述純金屬枝晶的形成條件和長大過程。）3 .在同樣的負溫度梯度下，為什么 Pb結(jié)晶出樹狀晶，而Si結(jié)晶平面卻是平整的？4 .何謂均勻形核？何謂非均勻形核？試比較二者有何異同？何謂異質(zhì)形核？

24、敘述異質(zhì)形6百度文庫核的必要條件。選擇什么樣的異相質(zhì)點可以大大促進結(jié)晶過程？5 .指出形核過程的驅(qū)動力和阻力分別是什么？比較均勻形核和非均勻形核的臨界形核功 大小和形核率的大小，說明造成兩者差異的原因。6 .液態(tài)金屬凝固時都需要過冷，為什么？那么固態(tài)金屬熔化是否會出現(xiàn)過熱？為什么？7 .固、液界面的微觀結(jié)構(gòu)有哪些類型？用什么判據(jù)來判斷固、液界面的性質(zhì)？金屬的液、 固界面屬于哪類？對其凝固過程有何影響？8 .為什么要生產(chǎn)合金？與純金屬相比，合金有哪些優(yōu)越性? 固溶體的結(jié)晶和純金屬的結(jié) 晶有什么不同？9 .二元勻晶相圖、共晶相圖與合金的力學(xué)性能和工藝性能存在什么關(guān)系？10 .為什么鑄造合金常選用接

25、近共晶成分的合金？要進行壓力加工的合金常選用單相固溶 體合金？11 .何謂成分過冷（用示意圖進行說明）？說明形成成分過冷的臨界條件是什么？說明成 分過冷對合金組織的影響。說明成分過冷對金屬結(jié)晶時晶體生長形態(tài)有何影響？12 .何謂枝晶偏析？其影響因素有哪些？它對合金性能有何影響？如何消除？13 .何謂選擇結(jié)晶？為什么用區(qū)域熔煉方法可以提純金屬？14 .什么是二元合金的非平衡共晶？離異共晶？偽共品？它們各在什么條件下易出現(xiàn)？ 15 .何謂相？為什么不能把共晶體成為相？16 .試說明共晶成分的Al-Si合金在快冷條件下得到亞共晶組織 a4a +9i的原因是什么？17 .何謂共晶反應(yīng)？包晶反應(yīng)？試用相

26、律分析說明只有在共晶點和包晶點時才能三相共 存？何謂共析轉(zhuǎn)變？它與共晶轉(zhuǎn)變有何異同？何謂包析轉(zhuǎn)變？它與包晶轉(zhuǎn)變有何異同？21 . A （Tm=700C）、B （Tm=500C）,液態(tài)互溶，固態(tài)部溶， B 和 25%A （質(zhì)量）0c時， 則為2%B及5%A （質(zhì)量）。二者在750c形成A2B化合物，A與B原子量分別為30與50;在 450c和320c分別發(fā)生液相成分為22%B及60%B （質(zhì)量）的共晶轉(zhuǎn)變。試畫出 A B相圖， 并標注相區(qū)。22 .下圖為Pb-Sb相圖，該合金制軸瓦，要求在組織中有共晶體基體上分布著相對量為5%的B （Sb）作為硬質(zhì)點，試求滿足要求的合金成分及硬度 已知a （Pb

27、）的硬度3HB, B （Sb） 的硬度為30HB23 .一塊碳鋼在平衡冷卻條件下顯微組織中含有 50%珠光體和50%鐵素體，問：（a）此鋼中 的碳含量；（b）此合金加熱到730C,平衡條件下將獲何種顯微組織？ （ c）若加熱到850C , 又將得何組織？ （ d）室溫下相的相對含量分別是多少？24 . Mg-Ni系一共晶反應(yīng)Lo.23s 57的 期屯Mg）+ （下標為Niwt%）。設(shè)Ci為亞共晶合金，C2 為過共晶合金，這兩種合金中先共品相的質(zhì)量分數(shù)相等，但/ Ci合金中的a總量為C2合金中a 總量的倍，試計算Ci及C2的成分。 /25 . A （Tm=1000C）, B （Tm=700C）,

28、含 WB=25%的合金正好在500c完全凝固其平衡組 織為的先共晶相之和的（a+$共晶；而 Wb=50%的合金在500c的組織由40%的先共晶a 和60%的（a+0共晶組成，此時合金中的總的 a總量為50%。畫出此A 一B二元相圖。百度文庫26 .鑄錠（件）組織有什么特點？為什么會形成這種組織？27 .根據(jù)凝固理論，試述工業(yè)中細化鑄件晶粒有哪些途徑 （措施）？簡要細化晶粒的機理。28 .區(qū)別概念：均勻形核與非均勻形核，熱過冷和成分過冷，結(jié)構(gòu)起伏（相起伏）、能量起伏和濃度起伏，晶胚和晶核，光滑界面和粗糙界面，正溫度梯度和負溫度梯度，平面長大和樹 枝長大，共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)，相組成物和組織組成物，

29、穩(wěn)定化合物和不穩(wěn)定化合物，一次滲 碳體、共晶滲碳體、二次滲碳體、共析滲碳體和三次滲碳體，萊氏體和低溫（變態(tài)）萊氏體 A1溫度、A3溫度和Acm溫度。關(guān)于Fe-Fe3c相圖例題與思考題1 .正確畫出Fe-Fe3c相圖，指出圖中各點、線的意義，分別按相組成及組織組成物填寫各 區(qū)。在相圖中標出Ai、A3、Acm線并說明該線的意義。2 .簡述Fe-FeC相圖中三條水平線上進行何種類型的反應(yīng)？寫出反應(yīng)式，并注出含碳量及 溫度。3 .說明鐵碳合金在固態(tài)下的基本相鐵素體 F、奧氏體A、滲碳體Fe3C的：（1）合金類 型及晶體結(jié)構(gòu)如何？性能如何？ （ 2）比較F與A的含碳量大小，并說明理由。（3）比較Da與D

30、f 的大小，試從晶體結(jié)構(gòu)因素分析其原因。4 .何謂一次滲碳體（先共晶滲碳體）、二次滲碳體（先共析滲碳體）、三次滲碳體？何謂 共晶滲碳體和共析滲碳體？在顯微鏡下它們的形態(tài)有何特征？鐵碳合金中二次滲碳體、三次滲碳體的最大可能含量是多少？5 .何謂珠光體？何謂萊氏體、變態(tài)（低溫）萊氏體？計算變態(tài)萊氏體中共晶滲碳體、二次 滲碳體和共析滲碳體的含量是多少？6 .何謂碳素鋼？何謂白口鑄鐵？按室溫平衡組織它們可分幾類？其各類組織如何？7 .分析含C、C、C、C、和鐵碳合金的結(jié)晶過程及組織轉(zhuǎn)變，并計算用杠 桿定律各合金在室溫下的組織組成物及相組成相對含量，并畫出冷卻曲線及室溫組織示意圖。8 .結(jié)合Fe-FaC

31、相圖說明，（1）說明鐵素體、奧氏體的最大、最小溶解度（含碳量）；（2） 鐵碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體的最大百分量是多少？ （ 3）計算含碳量為, %的合金室 溫平衡組織中二次滲碳體的相對量。（4）求共晶白口鐵Ld組織中P、Fe3Cn、Fe3c共晶和Fe3c共析 的百分含量。（5）為什么鑄鐵比鑄鋼的鑄造性能好？ （ 6）為什么冷沖壓用的薄鋼板多為08鋼 而很少使用T12鋼？ （7）為什么40鋼加熱至1000c時具有良好的鍛造性能，而含碳為 的白口 鑄鐵加熱至1000c時則不可鍛造？ （8）鋼和白口鐵平衡結(jié)晶室溫組織的本質(zhì)區(qū)別是什么？ （9） Fe-Fe3c相圖在生產(chǎn)實踐中有何指導(dǎo)意義？有何局

32、限性？/9 .計算當室溫平衡相鐵素體占、滲碳體占時合金的含碳量。10 .某工廠倉庫積壓了許多不知道化學(xué)成分的碳鋼 （退火狀態(tài)），現(xiàn)找出其中一根，經(jīng)金相 分析發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體+鐵素體，其中鐵素體占80%,問此鋼材的含碳量是多少？11 .設(shè)有1000/1%c的奧氏體從1200c緩慢冷至室溫，試求：（1） Fe3c開始形成的溫度； （2） Fe3c完全形成的溫度；（3）最后轉(zhuǎn)變的奧氏體成分；（4）在726c時兩相的重量；（5）室百度文庫溫時珠光體與二次Fe3c的重量。12 .結(jié)合Fe-FaC相圖描述5%C的鐵碳合金平衡冷卻至室溫的過程，并計算其室溫組織中一 次滲碳體、共晶滲碳體、二次滲碳體、共析滲

33、碳體、三次滲碳體的重量分數(shù)。第一、二章 例題例1.氧化鎂（MgO）與氯化鈉（NaCl）具有相同的結(jié)構(gòu)。已知 Mg的離子半徑為，氧的 離子半徑為。（1）試求氧化鎂的晶格常數(shù)。（2）試求氧化鎂的密度。解答：氧化鎂為離子化合物，計算時必須使用離子半徑而不能使用原子半徑P53)0. 412nm（1）氯化鈉（NaCl）晶體的結(jié)構(gòu)如圖（a Z m；0 2）W 0.0660.14。（2）氧化鎂（MgO）與氯化鈉（NaCl）個O2-; 1mol的Mg2+具有的質(zhì)量,24.31 16.0044236.02 10233a具有相同的結(jié)構(gòu)。每一晶胞中含有 4個Mg2+及41mol的O2-具有的質(zhì)量，則密度為4(24.

34、31 16.00)373233.83g / cm(100.412)3 6.02 10例2.某一原子的配位數(shù)（CN）為此原子之鄰接原子的數(shù)目。以共價鍵結(jié)合的原子其最大 的配位數(shù)是由其原子所具有的價電子數(shù)來決定； 而離子鍵結(jié)合的原子其最大的配位數(shù)是受其離 子半徑比所限制。試證明當配位數(shù)為 6時，其最小半徑比為。解答：當配位數(shù)為6時，其可能的最小半徑值如圖（a）,第五和第六個離子正好位于中心原子的正上方和正下方如圖（b）; 一個Mg2+最多被六個O2-包圍。 由圖（a）2 （r+R） 2= （2R） 2、（r+R） 2=2R2（、21） Rr/R 0.41CN=6時的r和R之比為。/例3.假設(shè)在高壓

35、時可將NaCl強迫變成CsCl,試問體積改變的百分比是多少？（已知CN=6 時，Na的離子半徑為，氯的離子半徑為）/解答：NaCl和CsCl晶體的結(jié)構(gòu)如圖、（P53）/CN=6時，NaCl點陣常數(shù)/a 2（ Na Cl ） 2 （0.097 0.181） 0.556nma3二,其中含有4個NaCl。/CN=8時，由Ahrens的模型得到不同配位數(shù)時離子半徑之間的關(guān)系式如下：0-97 CN 8 CN 61.1 CN 4此時，Na 迪 0.10nm, rc1小 0.187nm0.97Cl0.97-3a2(Na2 3C1 ) a (0.10 0.187) 0.331nm3百度文庫a3=,其中僅有1個

36、NaCl,33V 0.036nm4 0.172nm故 3 16% （收縮）V0.172nm例4.已知Cu的原子直徑為A,求Cu的品格常數(shù)，并計算1mm3Cu的原子數(shù)解答：D （丫）為Cu的原子直（半）徑，n為1mm3Cu的原子數(shù)，晶胞體積a3,致密度為。Cu.fcc. a a 2 2、2D 2 2.56 3.6244V.”（2D）30.74n 8.43 1019 個n 34 D32例5.已知Al相對原子質(zhì)量Ar （Al）=,原子半徑丫 =，求Al晶體的密度。Al. fcc a 解答 Ar(Al)1 N0a342.2 0.143nm 0.405nm26.97g1237336.023 10(0.4

37、05 10 ) cm432.696g / cm例6. bcc鐵的單位晶胞體積，在912c時是；fcc鐵在相同溫度時其單位晶胞體積是。當鐵 由bcc轉(zhuǎn)變?yōu)閒cc時，其密度改變的百分比為多少？FebccfccAr(Fe) 55.85 2355.85g/6.02 10 0.02464 10 21cm355.85g/6.02 1023237.53g / cm0.0486 107.636 7.537.5321 3cm43一 7.636g/cm100% 1.4%例7. （1）計算fcc結(jié)構(gòu)的（111）面的面間距（用點陣常數(shù)表示）；（2）以幾何關(guān)系上驗 證所得結(jié)果；（3）欲確定一成分為18%Cr, 18%N

38、i的不銹鋼晶體在室溫下的可能結(jié)構(gòu)是fcc還是bcc,由x射線測得此晶體的（111）面間距為，已知bcc鐵的a=, fcc鐵的a=,試問此品 體屬何結(jié)構(gòu)？a解答由立方品系的面間距公式dm（2）先在一單位晶胞中作出垂直于（彳01）面的兩個（111）面，如圖所以，兩個（111）面與（101）的交線如圖2所示10百度文庫交線長度lJa2寸 a,由相似三角形22可知:|2、61 * 3(3) bcc 鐵，d1110.2860.165nm、3fcc 鐵，dm0.3630.21nm故，待定結(jié)構(gòu)為fcc .例8.在面心立方晶胞中畫出012和1 23晶向。在面心立方晶胞中畫出（012）和（123）晶面解答：略例

39、9.設(shè)晶面（152）和（ 034）屬六方品系的正交坐標表述，試給出其四軸坐標的表示 反之，求（1213）及（2彳彳2）的正交坐標的表示。解答 (參考P2122)(152)i (h k) (1 5)6(1562)(034)i (k h) (0 3)3(0334)(1213) (123)(21 12)(212)（練習(xí)），上題中均改為相應(yīng)品向指數(shù)，求相互轉(zhuǎn)換后結(jié)果解答：1521 322-(2 1 5)131(2 5 1) 3313(1 5)211034百度文庫1u -(2U V)31v (2V U )31t (U V)3w W 41-(2 0 3)1313(2 3 0) 212141(0 3)131

40、213U u t 1 ( 1) 0V v t 2 ( 1) 3033W w 32 112U u t 2(1) 3V v t 1 ( 1) 0302W w 2例10、在一個立方晶胞中確定6個表面面心位置的坐標，6個面心構(gòu)成一個正八面體，指出這個八面體各個表面的晶面指數(shù)，各個棱邊和對角線的晶向指數(shù)。（劉P5 - 11）解答:ABF/CDEABE/CDFADF / BCE(1 1 1) (111) (111)ADE/BCF (111)AB/DC 110 AD/BC 110 棱 BF / ED 101 AF/EC 011EA/CF 011 EB/DF 101對角線 DB 100 AC 010 EF 0

41、01Al、a -Fe和Mg三種金屬晶體結(jié)構(gòu)的主要特征（每條 分，共 分）；金屬晶體結(jié)構(gòu)原子半徑晶胞內(nèi)原子個數(shù)配位數(shù)致密度a -FeBCC卜aZnHCPRCuFCCR J24 aAl塑性最好（滑移系12,方向3）,a -Fe次之（滑移系12,方向2）,Mg最差（滑移系3,方向3）（分）12百度文庫第三章例題與思考題例題1.空位隨溫度升高而增加，在20c和1020c之間，由于熱膨脹bcc鐵的品格常數(shù)增 加,而密度減少,假設(shè)在20c時，此金屬中每1000個單位晶胞中有1個空位，試估計在 1020c時每1000個單位晶胞中有多少個空位？例題解答：T=20 C ,晶格常數(shù)為a,密度為p則在T=1020C

42、時，晶格常數(shù)為，密度為 伊 設(shè)在1020c時原子數(shù)為x, bcc鐵單位晶胞中有2個原子，假設(shè)品格不變，則：（1000 2 1）/10200.98x原子/1000 （1.0051a）31000 a3,2011999原子/1000a3x 1989此時每1000個單位晶胞中有2000-1989=11個空位。例題2.在500c （773K）所做擴散實驗指出，在1010個原子中有一個原子具有足夠的激 活能可以跳出其平衡位置而進入間隙位置，在600c時，此比例會增加到109,問：（1）此跳躍所需要的激活能？ （ 2）在700c （973K）具有足夠能量的原子所占的比例為多少？、例題解答：（1）據(jù)C - A

43、exp（旦），得NRTAexpAexp聯(lián)立，解得Ev1.38 10 23 (500 273)Ev1.38 10 23 (600 273) ln A 2.92Ev 2.14 10 17 J/原子(2) lnC lnn ln ANERT2.922.14 10 171.38 10 23 (700 273)nC 6 10N注意：T的單位3.在金屬中形成一個空位所需要的激活能為（或X10-18J）。在800c時，1X04個原子中有個空位，問在何種溫度下，1000個原子中含有1個空位？/例題解答： 據(jù)C 口 Aexp（旦），（P75一式）得 /NRTnE.lnln A一t=800C=1073KWJ:NRT

44、,1,八0.32 10 18lnr ln A 1 1041.38 10 23 （800 273）13百度文庫InA 12.4一 1故 In 12.41 10000.32 10 1823 Z1.38 10 TT 1201K 928c4. Cu 晶體空位形成能 Ev= X10-19J/atom ,材料常數(shù) A=1 , k=X10-23J/k ,計算：(1)在 500 c 下，每立方米 Cu中的空位數(shù)目；(2) 500c下的平衡空位濃度。(Ar(Cu) ) =mol, 500c時Cu = x106g/m3 )例題解答： 先確定1m3體積內(nèi)Cu原子個數(shù)N 0 CuAr(Cu)6.023 1023 8.

45、96 106363.54m8.49 1028 個/m3nv設(shè)空位數(shù)為n Aexp(Nnv根據(jù)式EvRT)N exp -Ev-8.49 1028 expkT191.44 10 191.21023 個/m3Cvnv1.44 10 19exo23N 1.38 107731.38 10 23 (500 273)1.4 10 6即500C ,每106個原子中才有個空位。5 .在圖中的陰影面為晶體的滑移面，該晶體的 ABCD表面有一圓形標記，它與滑移面相 交，標記左側(cè)有一根位錯線，試問當刃、螺位錯線從晶體的左側(cè)滑移至右側(cè)時，表面的標記發(fā) 生什么變化？并指出刃、螺位錯滑移的切應(yīng)力方向。例題解答：根據(jù)位錯的滑

46、移原理，位錯滑移掃過的區(qū)域內(nèi)晶體的上、下方相對于滑移面發(fā) 生的位移與柏氏矢量一致，切應(yīng)力方向與柏氏矢量一致刃型位錯的柏氏矢量垂直于位錯線。 當刃型位錯線從晶體中表面圓形標記的左側(cè)滑移至右 側(cè)時，圓形標記相對于滑移面沿垂直于位錯線方向錯開了一個原子間距，即 b的模，其外形變 化如下圖b)0刃位錯滑移的切應(yīng)力方向垂直于位錯線。螺型位錯的柏氏矢量平行于位錯線。 當螺型位錯線從晶體中表面圓形標記的左側(cè)滑移至右 百度文庫側(cè)時圓形標記沿平行于位錯線方向錯開了一個原子間距，從正視圖上不能反應(yīng)其變化，可用立 體圖視表示，如下圖c）。螺位錯滑移的切應(yīng)力方向平行于位錯線。6 .已知位錯環(huán)ABCD的柏氏矢量為b ,

47、外應(yīng)力p和d如下圖2所示，求：（1）位錯環(huán) 各邊是什么位錯？ （ 2）設(shè)想在晶體中怎樣才能得到這個位錯？ （ 3）在足夠大的切應(yīng)力p作用 下，位錯環(huán)將如何運動？ （ 4）在足夠大的正應(yīng)力o作用下，位錯環(huán)將如何運動？例題解答：（1） AB為右螺位錯，CD為左螺位錯。BC為正刃位錯，DA為負刃位錯、（2）在一個完整的晶體中有一個正四棱柱貫穿晶體的上、下表面，它和滑移面 MNPQ相 交于ABCDA ,現(xiàn)在將ABCDA上部的柱體相對于下部柱體滑移 b,棱柱外的晶體不滑移，這 樣ABCDA是在滑移面MNPQ上滑移區(qū)（環(huán)內(nèi)）和未滑移區(qū)（環(huán)外）的交線，也是環(huán)的邊界， 因而是一個位錯環(huán)。（3）在足夠大的切應(yīng)力

48、作用下，位錯環(huán)上部將不斷沿x軸方向（即b的方向）運動，下部將沿x軸負方向（即b的反方向）運動，這種運動必然使位錯環(huán)各個邊向位錯環(huán)的外側(cè)運 動，即AB、BC、CD和DA四段位錯分別沿一Z軸、+X軸、+Z軸、一X軸方向運動、使位 錯環(huán)擴大。（4）在足夠大的正應(yīng)力作用下，AB為右螺位錯，CD為左螺位錯，是不動的。位錯環(huán) 的BC、DA是刃位錯，將發(fā)生攀移，是多于半原子面擴大。BC為正刃位錯，多于半原子面在滑移面上方，則位錯BC沿-Y方向運動；DA為負刃位錯，多于半原子面在滑移面下方，則 位錯DA沿+Y方向運動。則位錯環(huán)的運動結(jié)果如圖。7 .在圖3晶體二維圖形，晶格間距a,含正刃位錯和負刃位錯，（1）圍

49、繞兩個位錯作柏氏 回路，b =? ; （2）圍繞單個作柏氏回路，b =?（表明方向和強度）15百度文庫例題解答：（1） 0, /（2）正刃：b方右，強度a；（右手定則食指-位錯線；中指-b ;拇指一多余半原子面）負刃：b向左，強度a8 .兩個相同符合的的刃型位錯，在同一滑移面相遇；它們會排斥還是會吸引？例題解答：排斥，因能量太高，只有排斥才降低能量9 .方形晶體中有兩根刃型位錯，如下圖：（1）當周圍晶體中：（a）空位多于平衡值；（b） 空位少于平衡值；（c）間隙原子多于平衡值；（d）間隙原子少于平衡值時，位錯易于向何種方 向攀移？ （ 2）加上怎樣的外力，才能使這兩根位錯線通過純攀移而相互靠攏

50、？例題解答：（1）晶體中刃型位錯的正攀移（空位遷移到或間隙原子離開多余半原子面下端，多余半原 子面縮?。湛瘴换虍a(chǎn)生間隙原子，反之，負攀移（ 間隙原子遷移到或空位離開多余半原 子面下端，多余半原子面擴大）會吸收間隙原子和放出空位，故（a） （d）兩種情況下位錯易 發(fā)生正攀移；（b） （c）兩種情況下位錯易發(fā)生負攀移/（2）方形晶體受到如下圖所示的壓應(yīng)力時，會使這兩根位錯線都發(fā)生正攀移而相互靠攏。10 .簡單立方晶體中（100）面上有一位錯，b =01 0, b b b b在800c時1010個原子中 有1個原子具有足夠能量可在固體內(nèi)移動；而在/ 900c時，109個原子中就有1個原子實現(xiàn)上

51、 述情況，試求其激活能（J/原子）？（劉P20-13）16百度文庫解答：據(jù)公式 C Aexp（ Q/RT）,可知:_ 10_ _ _10 Aexp( Q/8.31 1073一 9_ _一10 Aexp( Q/8.31 1173N_一 5Q 2.41 10 J/mol4.0 10 19 J/原子12.若將一塊鐵加熱至850C,然后快冷至20 C,試計算處理前后空位數(shù)應(yīng)增加多少倍?(設(shè)的中形成一摩爾空位所需要的能量為104600 了)。(劉P2-14)解答：設(shè)850c時空位濃度為Ci, 20c時為C2據(jù)公式 C/n Aexp( Q/RT),可知：NC1=Aexp ( Q/M123)C2=Aexp

52、( Q/ 293)/Q = X105J/mol- C2/ Ci = X1014或 【設(shè)850c時空位濃度為Ci, 20c時為C210 10 Aexp( Q/8.31 1073C10 9 Aexp( Q/8.31 1173j 1.62 1014則 Q 1.046 105 J/mol1C1 6.16 1013 C213、試說明滑移，攀移及交滑移的條件，過程和結(jié)果，并闡述如何確定位錯滑移運動的方向。解答：滑移：切應(yīng)力作用、切應(yīng)力大于臨界分切應(yīng)力；臺階攀移：純?nèi)形诲e、正應(yīng)力、熱激活原子擴散；多余半原子面的擴大與縮小交滑移：純螺位錯、相交位錯線的多個滑移面；位錯增殖位錯滑移運動的方向，外力方向與b一致時

53、從已滑移區(qū)一未滑移區(qū)。相反，從未滑移區(qū) 一 已滑移區(qū)。14 .畫一方形位錯環(huán)，并在這個平面上畫出柏氏矢量（沿對角線方向）及位錯線方向（順時針），據(jù)此指出位錯環(huán)各段的性質(zhì)，并示意畫出晶體滑移后的結(jié)果。/解答：均為混和型位錯。/滑移時，位錯環(huán)擴大，形成臺階15 .簡單立方晶體中（100 ） 面上有一位錯，b =0彳0,a 一 a 一 a101 6121a 一a11 1 3a zaa100a101 a10122a a嚴匚111a 一-111 6a100 a111 2111金屬晶體中位錯有哪幾種類型？如何用柏氏矢量來判斷位錯類型?17百度文庫類型：刃型位錯、螺型位錯判斷：可以根據(jù)柏氏矢量與位錯線的關(guān)系來判定位錯類型，當位錯線與柏氏矢量垂直時位 錯為刃型位錯，當位錯線與柏氏矢量平行時位錯為螺型位錯，當位錯線與柏氏矢量既不平行也 不垂直時位錯為混合位錯。第四章例題解答例1.設(shè)有一條內(nèi)徑為30mm的厚壁管道，被厚度為的鐵膜隔開，通過向管子一端向管內(nèi) 輸入氮氣，以保持膜片一側(cè)氮氣濃度為1200mol/m3,而另一側(cè)的氮氣濃度為100mol/m3。如在700c下測得通過管道的氮氣流量為x 10-4mol/s,求此時氮氣在鐵中的擴散系數(shù)。例題解答：通過管道中鐵膜的氮氣通量為2.8