中南大學(xué)-材料科學(xué)基礎(chǔ)-課后習(xí)題答案

1、22 表面，體積自由能2幾LmTGk163TmLm第一章 原子排列與晶體結(jié)構(gòu)r a1.110，(111) ， ABCABC，0.74， 12 ,4，4； 111 ， (110)3ra_ _0.68 , 8 , 24；1120， (0001)，ABAB ，0.74ar12 ，6 ，2。2.0.01659nm，4，8。3.FCC ， BCC ，減少，降低，膨脹，收縮 。4.解答：見圖 1-15.解答：設(shè)所決定的晶面為(hkl ),晶面指數(shù)與面上的直線uvw之間有 hu+kv+lw=O，故 有：h+k-l=0,2h-l=0。可以求得(hkl ) = ( 112)。V2r a6 解答：Pb 為 fee

2、 結(jié)構(gòu)，原子半徑R 與點(diǎn)陣常數(shù) a 的關(guān)系為4，故可求得 a =0.4949X10-6mm 貝 9( 100)平面的面積 S= a2= 0.244926011X0-12口吊，口吊，每個(gè)(100)面上 的原子個(gè)數(shù)為 2。112s=4.08X10。第二章合金相結(jié)構(gòu)一、 填空1)提高，降低，變差，變大。2)(1)晶體結(jié)構(gòu);(2)元素之間電負(fù)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，降彳氐，降彳氐。6)溶質(zhì)原子溶入點(diǎn)陣原子溶入溶劑點(diǎn)陣間隙中形成的固溶體，非金屬原子與金屬原子半徑的比值大于 0.59 時(shí)形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物。二、

3、問答1、解答：a-Fe 為 bee 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= 0.0361 nm，八面體間隙半徑為 0.154Ra，即 R=0.0191 nm。氫，氮，碳，硼由于與 a-Fe 的尺寸差別較大，在 a-Fe 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(shí)只引起一個(gè)方向上的點(diǎn)陣畸變，故多數(shù)處于 a-Fe 的八面體間隙中心。B 原子較大，有時(shí)以置換方式溶入 a-Fe。由于 g-Fe 為 fee 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 Ra，即 R

4、=0.028nm，八面體間隙半徑為 0.414 Ra，即 R= 0.0522nm。氫，氮，碳，硼在 g-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 g-Fe 的八面體間隙中心。2、簡(jiǎn)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1.填空1.結(jié)構(gòu)和能量。2所以 1 mm 上的原子個(gè)數(shù)6.3 晶核長(zhǎng)大時(shí)固液界面的過冷度。4 減少，越大，細(xì)小。5.快速冷卻。二、問答1解答： 凝固的基本過程為形核和長(zhǎng)大，形核需要能量和結(jié)構(gòu)條件，形核和長(zhǎng)大需要過冷度。細(xì)化晶粒的基本途徑可以通過加大過冷度

5、，加入形核劑，振動(dòng)或攪拌。2解答：根據(jù)金屬結(jié)晶過程的形核和長(zhǎng)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(diǎn)為最外層為細(xì)小等軸晶，靠?jī)?nèi)為柱狀晶，最內(nèi)層為粗大等軸晶。2 Tmr3 解答：液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)，均勻形核時(shí)臨界晶核半徑K與過冷度 vT 關(guān)系為6.16 ?飛3LmT 2。異質(zhì)形核時(shí)固相質(zhì)點(diǎn)可作為晶核長(zhǎng)大，其臨LmT臨界形核功 vG 等于GkGk界形核功較小，B為液相與非均勻形核核心的潤(rùn)濕角。3coscos343甫LmT22 3coscos3Gk4N C expGkkT），其中N為形核率，C 為常數(shù),形核率與過冷度的關(guān)系為：G、AG 分別表示形核時(shí)原子擴(kuò)散激活能和臨界形核功。在通常工業(yè)凝固

6、條件下形核率隨 過冷度增大而增大。4 解答：在金屬凝固時(shí)，可以近似認(rèn)為L(zhǎng)M=vHm,根據(jù)均勻形核時(shí)臨界晶核半徑K與過冷2 Tmr度 vT 關(guān)系為5： 解答：LmT，可以計(jì)算得到 r = 0.79x107cm= 0.79nm。.過冷是指金屬結(jié)晶時(shí)實(shí)際結(jié)晶溫度Tn 比理論結(jié)晶溫度 Tm 低的現(xiàn)象。過冷度 T 指 Tm 與 Tn 的差值。動(dòng)態(tài)過冷度指晶核長(zhǎng)大時(shí)的過冷度。金屬形核和長(zhǎng)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(xì)化。6 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(xì)化，冷卻非常

7、快時(shí)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(shí)潤(rùn)濕角 0。，形核功為 0，固相粒子促進(jìn)形核效果最好；潤(rùn)濕角 180,異質(zhì)形核功等于均勻形核功，固相粒子對(duì)形核無(wú)促進(jìn)作用；潤(rùn)濕角 0 0, A 為材料常數(shù)，k = 1.38X10-23J/K , Ev 為空 高溫淬火后由于高濃度空位被保留至低溫，對(duì)低EV）kT, Al 的空位形成能為 0.76eV = 0.76X（1.602 J ）,k= 1.38X10-23J/K，系數(shù) A=1。計(jì)算可得 27e （300K）時(shí)空位濃度 C1= 1.7 ,627e 時(shí)空位濃度為 C2= 5.54X10-5，故從 27e 升溫到

8、 627e 時(shí)空位濃度增加5 解答：平衡空位濃度x10X10-13-19C Aexp(_Gbbx（x2y2）2松比。故位置 1 位錯(cuò)受斥力，位置 2 位錯(cuò)處于亞穩(wěn)平衡，偏離該位置則遠(yuǎn)離或運(yùn)動(dòng)到與原點(diǎn)處位錯(cuò) 垂直的地方。位置 3 處第二個(gè)位錯(cuò)處于與原點(diǎn)處位錯(cuò)垂直的上方，處于穩(wěn)定態(tài)。7、解答：位錯(cuò)是晶體中的缺陷，對(duì)材料有許多重要影響。1） 對(duì)變形影響。通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)完成塑性變形；2） 對(duì)性能影響，與第二相粒子，通過切過或繞過機(jī)制強(qiáng)化材料，冷加工中位錯(cuò)密度增加也能強(qiáng)化材料，或通過形成科垂?fàn)枤鈭F(tuán)強(qiáng)化材料，以及位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)中相互交截，或形成割階、面角位錯(cuò)等使材料強(qiáng)化；3） 對(duì)再結(jié)晶中的晶核形成機(jī)制有影響； 是

9、優(yōu)先擴(kuò)散通道。第七章金屬塑性變形一 名詞固溶強(qiáng)化：固溶體中的溶質(zhì)原子溶入基體金屬后使合金變形抗力提高，應(yīng)力-應(yīng)變曲線升高，塑性下降的現(xiàn)象；應(yīng)變時(shí)效：具有屈服現(xiàn)象的金屬材料在受到拉伸等變形發(fā)生屈服后，在室溫停留或低溫加熱后重新拉伸又出現(xiàn)屈服效應(yīng)的情況；孿生：金屬塑性變形的重要方式。晶體在切應(yīng)力作用下一部分晶體沿著一定的晶面（孿晶面）和一定的晶向（孿生方向）相對(duì)于另外一部分晶體作均勻的切變，使相鄰兩部分的晶體取向不同，以孿晶面為對(duì)稱面形成鏡像對(duì)稱，孿晶面的兩邊的晶體部分稱為孿晶。形成孿晶的過程稱為孿生；臨界分切應(yīng)力：金屬晶體在變形中受到外力使某個(gè)滑移系啟動(dòng)發(fā)生滑移的最小分切應(yīng)力；變形織構(gòu)：多晶體中

10、位向不同的晶粒經(jīng)過塑性變形后晶粒取向變成大體一致，形成晶粒的擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向后的晶體結(jié)構(gòu)稱為變形織構(gòu)，織構(gòu)在變形中產(chǎn)生，稱為變形織構(gòu)。二問答1 簡(jiǎn)答：純金屬變形主要借助位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，通過滑移和孿生完成塑性變形，開動(dòng)滑移系需要 臨界切應(yīng)力，晶體中還會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)；單相合金的基本變形過程與純金屬的基本過程是一樣的， 但會(huì)出現(xiàn)固溶強(qiáng)化，開動(dòng)滑移系需要臨界切應(yīng)力較大，還有屈服和應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。2 簡(jiǎn)答：滑移時(shí)原子移動(dòng)的距離是滑移方向原子間距的整數(shù)倍，孿生時(shí)原子移動(dòng)的距離不 是孿生方向原子間距的整數(shù)倍；滑移時(shí)滑移面兩邊晶體的位向不變，而孿生時(shí)孿生面兩邊的晶體位向不同，以孿晶面形成鏡像對(duì)稱； 滑移時(shí)需要的臨界分切

11、應(yīng)力小，孿生開始需要的臨界分切應(yīng)力很大，孿生開始后繼續(xù)切變時(shí)需要的切應(yīng)力小，故孿生一般在滑移難于進(jìn)行時(shí)發(fā)生。3簡(jiǎn)答：1）a的滑移系為110 , b 相的常見滑移系為111 , h 相的常見滑移 系為（0001） o2）它們單晶變形時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖如圖。典型的面心立方單晶體的加工硬化曲線可以分為三個(gè)階段。當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到晶體的臨界分切應(yīng)力時(shí)，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線近似為直線， 稱為易滑移階段，此時(shí)加工硬化率很小，滑移線細(xì)長(zhǎng)， 分布均勻；隨后加工硬化率顯著增加，稱為線性硬化階段， 滑移系在幾組相交的滑移系上發(fā)生，位錯(cuò)彼此交截，滑移線較短；第三階段稱為拋物線硬化階段，加工硬化隨應(yīng)變?cè)黾佣鴾p少，出現(xiàn)許多碎

12、斷滑移帶，滑移帶端部出現(xiàn)交滑移痕跡。多晶體加工硬化曲線一般不出現(xiàn)易滑移的第一階段，而加工硬化率明顯高于單晶體。4 簡(jiǎn)答：冷加工纖維組織是純金屬和單相合金在冷塑性變形時(shí)和變形度很大的條件下，各 晶粒伸長(zhǎng)成纖維狀；帶狀組織是復(fù)相合金在冷塑性變形和變形度大的條件下第二相被破碎或 伸長(zhǎng)，沿變形方向成帶狀分布而形成的；變形織構(gòu)是金屬和合金在在冷塑性變形時(shí)晶粒發(fā)生擇優(yōu)取向而形成的。上述冷加工纖維組織、帶狀組織和變形織構(gòu)都使材料的性能具有方向性，即在各個(gè)方向上的Fx2 2 2d）（X y）, G 為切彈性模量，b,b為兩刃型位錯(cuò)的柏氏矢量，V為泊性能不均，對(duì)使用性能有不良影響， 但少數(shù)金屬材料，如用作變壓器

13、的硅鋼片，各向異性能 更好滿足使用要求。5 簡(jiǎn)答：金屬材料經(jīng)熱加工后機(jī)械性能較鑄造態(tài)好的主要原因是熱加工時(shí)的高溫、大變形量使氣泡、疏松和微裂紋得到機(jī)械焊合，提高了材料的致密性，消除了鑄造缺陷，同時(shí)改善夾雜物和脆性相的形態(tài)、大小和分布，使枝晶偏析程度減弱，合金成分均勻性提高，熱加工中形成合理的加工流線，熱加工還可使金屬顯微組織細(xì)化，這些都可以提高金屬材料的性6 簡(jiǎn)答：金屬材料經(jīng)冷加工后，強(qiáng)度增加，硬度增加，塑性降低的現(xiàn)象稱為加工硬化。產(chǎn)生加工硬化的各種可能機(jī)制有滑移面上平行位錯(cuò)間的交互作用的平行位錯(cuò)硬化理論，以及滑移面上位錯(cuò)與別的滑移面上位錯(cuò)林切割產(chǎn)生割階的林位錯(cuò)強(qiáng)化理論。加工硬化在實(shí)際生產(chǎn)中用

14、來(lái)控制和改變金屬材料的性能，特別是對(duì)不能熱處理強(qiáng)化的合金和純金屬尤為重要，可以進(jìn)行熱處理強(qiáng)化的合金，加工硬化可以進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)度；加工硬化是實(shí)現(xiàn)某些工件和半成品加工成型的主要因素；加工硬化也會(huì)帶來(lái)塑性降低，使變形困難的影響，還會(huì)使材料在使用過程中尺寸不穩(wěn)定，易變形，降低材料耐蝕性。7 簡(jiǎn)答：可有 8 個(gè)滑移系同時(shí)產(chǎn)生滑移 （可以通過計(jì)算 fee 的滑移系與001方向的夾角得 到此結(jié)果）。開動(dòng)其中一個(gè)滑移系至少要施加的拉應(yīng)力為9 簡(jiǎn)答：第二相在冷塑性變形過程中的作用一般是提高合金強(qiáng)度，但還取決于第二相的種類數(shù)量顆粒大小形狀分布特點(diǎn)及與基體結(jié)合界面結(jié)構(gòu)等，對(duì)塑性變形影響復(fù)雜。第二相強(qiáng)度高于基體

15、但有一定塑性， 其尺寸、含量與基體基本接近， 則合金塑性是兩相的變形能力平均 值。第二相硬、脆，合金變形只在基體中進(jìn)行，第二相基本不變形；第二相均勻、彌散分布 在固溶體基體上，可以對(duì)合金產(chǎn)生顯著強(qiáng)化作用。10 簡(jiǎn)答：織構(gòu)由晶粒擇優(yōu)取向形成,變形織構(gòu)對(duì)再結(jié)晶織構(gòu)形成有主要影響，織構(gòu)造成材料性能各向異性。各向異性在不同情況需要避免或利用?？棙?gòu)控制可以通過控制合金元素的 種類和含量、雜質(zhì)含量、變形工藝（如變向軋制）和退火工藝等多種因素的配合。11 簡(jiǎn)答：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主要有晶粒被拉長(zhǎng)，形成纖維組織，冷變形程度很高時(shí)， 位錯(cuò)密度增高，形成位錯(cuò)纏結(jié)和胞狀組織， 發(fā)生加工

16、硬化， 變形金屬中出現(xiàn)殘余應(yīng)力，金屬在單向塑性變形時(shí)出現(xiàn)變形織構(gòu)。12 簡(jiǎn)答： 1）屈服現(xiàn)象是由溶質(zhì)原子與位錯(cuò)交互作用產(chǎn)生氣團(tuán)產(chǎn)生的，在外力作用下使 位錯(cuò)掙脫溶質(zhì)原子的釘扎, 材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，曲線 2 在位錯(cuò)脫離釘扎后溶質(zhì)原子來(lái)不及重 新聚集形成氣團(tuán)，故無(wú)屈服現(xiàn)象；曲線 3 在出現(xiàn)屈服后時(shí)效再加載，溶質(zhì)原子可以重新聚集 形成氣團(tuán)，故又出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；2）屈服現(xiàn)象使金屬材料在拉伸和深沖過程中變形不均勻，造成工件表面不平整?？梢酝ㄟ^加入與溶質(zhì)原子形成穩(wěn)定化合物的其它元素，減少間隙溶質(zhì)原子含量， 減少氣團(tuán)，消除或減輕屈服現(xiàn)象，或在深沖之前進(jìn)行比屈服伸長(zhǎng)范圍稍大的預(yù)變形，使位錯(cuò)掙脫氣團(tuán)的釘扎， 然后盡

17、快深沖。kCOS cos0.7904121.93(MN/m)加工流線：金屬內(nèi)部的少量夾雜物在熱加工中順著金屬流動(dòng)的方向伸長(zhǎng)和分布，形成一道一道的細(xì)線；動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：低層錯(cuò)能金屬由于開展位錯(cuò)寬，位錯(cuò)難于運(yùn)動(dòng)而通過動(dòng)態(tài)回復(fù)軟化，金屬在熱加工中由溫度和外力聯(lián)合作用發(fā)生的再結(jié)晶稱為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。臨界變形度：再結(jié)晶后的晶粒大小與冷變形時(shí)的變形程度有一定關(guān)系，在某個(gè)變形程度時(shí)再結(jié)晶后得到的晶粒特別粗大，對(duì)應(yīng)的冷變形程度稱為臨界變形度。二次再結(jié)晶：某些金屬材料經(jīng)過嚴(yán)重變形后在較高溫度下退火時(shí)少數(shù)幾個(gè)晶粒優(yōu)先長(zhǎng)大成為特別粗大的晶粒，周圍較細(xì)的晶粒逐漸被吞掉的反常長(zhǎng)大情況。退火孿晶：某些面心立方金屬和合金經(jīng)過加工和

18、再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的孿晶組織。2 問答1 簡(jiǎn)答：再結(jié)晶是一種組織轉(zhuǎn)變，從變形組織轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)畸變新晶粒的過程，再結(jié)晶前后組 織形態(tài)改變，晶體結(jié)構(gòu)不變；固態(tài)相變時(shí)，組織形態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)都改變；晶體結(jié)構(gòu)是否改變 是二者的主要區(qū)別。2 簡(jiǎn)答：變形度較小時(shí)以晶界弓出機(jī)制形核，變形度大的高層錯(cuò)能金屬以亞晶合并機(jī)制形 核，變形度大的低層錯(cuò)能金屬以亞晶長(zhǎng)大機(jī)制形核。冷變形度很小時(shí)不發(fā)生再結(jié)晶， 晶粒尺寸基本保持不變，在臨界變形度附近方式再結(jié)晶 晶粒特別粗大，超過臨界變形度后隨變形度增大， 晶粒尺寸減少，在很大變形度下，加熱溫 度偏高，少數(shù)晶粒發(fā)二次再結(jié)晶，使部分晶粒粗化。3 簡(jiǎn)答：燈泡中 W 絲在高溫下工作，晶粒長(zhǎng)

19、大后在熱應(yīng)力作用下破斷，延長(zhǎng)鎢絲壽命的方 法可以加入第二相質(zhì)點(diǎn)阻止晶粒在加熱時(shí)長(zhǎng)大，如加入ThO2 顆粒；或在燒結(jié)中使制品中形成微細(xì)的空隙也可以抑制晶粒長(zhǎng)大，如加入少量 K、Al、Si 等雜質(zhì)，在燒結(jié)時(shí)汽化形成極小的氣泡。4 簡(jiǎn)答：戶外用的架空銅導(dǎo)線要求一定的強(qiáng)度可以進(jìn)行回復(fù)退火，只去應(yīng)力，保留強(qiáng)度；戶內(nèi)電燈用花線可以進(jìn)行再結(jié)晶退火，軟化金屬，降低電阻率。5 簡(jiǎn)答：1）純鋁經(jīng) 90%變形后在 70e，150e，300e 保溫后空冷的組織示意圖如圖。2）純鋁試樣強(qiáng)度、硬度以 70e 退火后最高，150e 退火試樣的強(qiáng)度、硬度次之，300e 保 溫后強(qiáng)度、硬度最低，而塑性則以 70e 退火后最低，

20、150e 退火試樣的居中，300e 保溫后 塑性最好；工業(yè)純金屬的再結(jié)晶溫度一般可用T再=（0.30.4 ） T熔估計(jì)，故純鋁的再結(jié)晶溫度為100e 左右，在 70C保溫合金只是發(fā)生回復(fù)，顯微組織仍保持加工狀態(tài)，強(qiáng)度。硬度最高， 塑性差，組織為纖維組織；150e 加熱發(fā)生再結(jié)晶，強(qiáng)度、硬度下降，塑性好，300e 保溫后發(fā)生晶粒長(zhǎng)大，強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步下降，塑性很好。13 簡(jiǎn)答：根據(jù)霍爾一配奇公式:s121000k （）22500k4和kd12，則按照題意有:可以解得(丄)SS=50+25X16回復(fù)與再結(jié)晶S0 = 50, k = 25,故可求得當(dāng)12-2=150 MNm。d=1/16m m 時(shí)，

21、根據(jù)霍爾一配奇公式求得第八章1 名詞變形織構(gòu)：多晶體中位向不同的晶粒經(jīng)過塑性變形后晶粒取向變成大體一致，形成晶粒的擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向后的晶體結(jié)構(gòu)稱為變形織構(gòu)，織構(gòu)在變形中產(chǎn)生，稱為變形織構(gòu)；再結(jié)晶織構(gòu)是具有變形織構(gòu)的金屬經(jīng)過再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的織構(gòu)，位向于原變形織構(gòu)可能相同或不同，但常與原織構(gòu)有一定位向關(guān)系。再結(jié)晶全圖：表示冷變形程度、退火溫度與再結(jié)晶后晶粒大小的關(guān)系（保溫時(shí)間一定）的圖。冷加工與熱加工：再結(jié)晶溫度以上的加工稱為熱加工，低于再結(jié)晶溫度又是室溫下的加工稱為冷加工。帶狀組織：多相合金中的各個(gè)相在熱加工中可能沿著變形方向形成的交替排列稱為帶狀組 織；7 簡(jiǎn)答：可計(jì)算得到三種純金屬的再結(jié)

22、晶溫度大約為純鈦:550C，純鋁：100C,純鉛低于 0C。金屬的軋制開坯溫度要在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行，故工業(yè)純鈦、純鋁和純鉛鑄錠的軋 制開坯溫度可分別取 200C,800C，室溫即可。開坯后在室溫軋制，鉛的塑性最好，鋁的塑性也較好，鈦的塑性最差。在室溫下純鋁和純鉛可以連續(xù)軋制，并獲得很薄的帶材，但純鈦不能繼續(xù)軋制，要獲得很薄的帶材需要在再結(jié)晶溫度以上反復(fù)進(jìn)行軋制。18 簡(jiǎn)答：晶粒大小對(duì)金屬材料的室溫力學(xué)性能可用Hall Petch 公式s 0kd2描述，晶粒越細(xì)小，材料強(qiáng)度越咼；咼溫下由于晶界產(chǎn)生粘滯性流動(dòng)，發(fā)生晶粒沿晶界的相對(duì) 滑動(dòng)，并產(chǎn)生擴(kuò)散蠕變，晶粒太細(xì)小金屬材料的高溫強(qiáng)度反而降低。生產(chǎn)

23、中可以通過選擇合適的合金成分獲得細(xì)小晶粒，利用變質(zhì)處理，振動(dòng)、攪拌，加大過冷度等措施細(xì)化鑄錠晶粒，利用加工變形細(xì)化晶粒，合理制訂再結(jié)晶工藝參數(shù)控制晶粒長(zhǎng)大。9 簡(jiǎn)答：固溶強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化，加工硬化，第二相強(qiáng)化，相變（熱處理）強(qiáng)化等。10 簡(jiǎn)答固溶強(qiáng)化的可能位錯(cuò)機(jī)制主要是溶質(zhì)原子氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)的釘扎，增加了位錯(cuò)滑移阻力。如溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的彈性交互作用的科垂?fàn)枤鈭F(tuán)和斯諾克氣團(tuán)，溶質(zhì)原子與擴(kuò)展位錯(cuò)交互作用的鈴木氣團(tuán)使層錯(cuò)寬度增加，位錯(cuò)難于束集，交滑移困難；溶質(zhì)原子形成的偏聚和短程有序，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)通過時(shí)破壞了偏聚和短程有序使得能量升高，增加位錯(cuò)的阻力，以及溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的靜電交互作用對(duì)位錯(cuò)滑移產(chǎn)生的阻力使材料

24、強(qiáng)度升高。彌散強(qiáng)化也是通過阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)化材料，如位錯(cuò)繞過較硬、與基體非共格第二相的Orowan 機(jī)制和切割較軟、與基體共格的第二相粒子的切割機(jī)制。產(chǎn)生加工硬化的各種可能機(jī)制有滑移面上平行位錯(cuò)間的交互作用的平行位錯(cuò)硬化理論，以及滑移面上位錯(cuò)與別的滑移面上位錯(cuò)林切割產(chǎn)生割階的林位錯(cuò)強(qiáng)化理論。1 名詞正吸附：材料表面原子處于結(jié)合鍵不飽和狀態(tài)，以吸附介質(zhì)中原子或晶體內(nèi)部溶質(zhì)原子達(dá)到平衡狀態(tài)，當(dāng)溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子在表面濃度大于在其在晶體內(nèi)部的濃度時(shí)稱為正吸附； 晶界能：晶界上原子從晶格中正常結(jié)點(diǎn)位置脫離出來(lái)，弓 I 起晶界附近區(qū)域內(nèi)晶格發(fā)生畸變，與晶內(nèi)相比，界面的單位面積自由能升高，升高部分的能量為晶

25、界能；小角度晶界：多晶體材料中，每個(gè)晶粒之間的位向不同，晶粒與晶粒之間存在界面，若相鄰晶粒之間的位向差在 102之間，稱為小角度晶界；晶界偏聚：溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子在晶界或相界上的富集，也稱內(nèi)吸附，有因?yàn)槌叽缫蛩卦斐傻钠胶馄酆涂瘴辉斐傻姆瞧胶馄邸? 問答1 簡(jiǎn)答：復(fù)合材料由顆?；蚶w維與基體構(gòu)成，存在大量界面。按照顯微結(jié)構(gòu)，其界面層可以區(qū)分為基體與復(fù)合物的機(jī)械固體嚙合結(jié)合、形成化學(xué)反應(yīng)的化合層結(jié)合、形成完全或部分固溶體的結(jié)合幾種情況。結(jié)合層的結(jié)合面體積分?jǐn)?shù)越大， 結(jié)合層強(qiáng)度越高，基體與復(fù)合物之 間的結(jié)合鍵力越大，結(jié)合強(qiáng)度越高。2 簡(jiǎn)答：晶界具有晶界能，容易發(fā)生溶質(zhì)原子和雜質(zhì)原子的晶界偏聚，是原

26、子易擴(kuò)散通道，晶界在加熱時(shí)會(huì)發(fā)生遷移，晶界是相變等優(yōu)先形核的地方，晶界易受腐蝕，晶界增多在室溫下強(qiáng)化材料，在高溫下弱化材料強(qiáng)度，晶界處易于析出第二相，晶界容易使位錯(cuò)塞積，造成應(yīng)力集中，晶界上原子排列混亂。3 簡(jiǎn)答：一般金屬的晶界能與晶粒位向差有關(guān)，并隨位向差增大而增大，小角度晶界的晶 界能小于大角度晶界的晶界能，但大角度晶界能一般可以看成常數(shù)，約為(56)x10V/cm2。4簡(jiǎn)答：影響晶界遷移的因素主要有界面能、溶質(zhì)原子、第二相質(zhì)點(diǎn)數(shù)量、尺寸和溫度。界面能降低是晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力，與晶界曲率半徑成反比，與界面的表面能成正比，因 此大角度晶界遷移率總是大于小角度晶界的遷移率；溶質(zhì)原子阻礙晶界遷移；

27、第二相質(zhì) 點(diǎn)數(shù)量越多、尺寸越小對(duì)晶界的遷移阻礙作用越大，溫度越高晶界遷移越快。第十章原子擴(kuò)散1 簡(jiǎn)答：影響擴(kuò)散的因素主要有溫度，溫度越高，擴(kuò)散越快；晶體缺陷如界面、晶界位錯(cuò) 容易擴(kuò)散；不同致密度的晶體結(jié)構(gòu)溶質(zhì)原子擴(kuò)散速度不一樣，低致密度的晶體中溶質(zhì)原子擴(kuò)散快，各向異性也影響溶質(zhì)原子擴(kuò)散；在間隙固溶體中溶質(zhì)原子擴(kuò)散容易；擴(kuò)散原子性質(zhì)與基體金屬性質(zhì)差別越大，擴(kuò)散越容易；一般溶質(zhì)原子濃度越高，擴(kuò)散越快；加入其它組元與溶質(zhì)原子形成化合物阻礙其擴(kuò)散。2 解答：Ni 為 fcc 結(jié)構(gòu)，一個(gè)晶胞中的原子個(gè)數(shù)為4,依題意有：在 Ni/MgO 界面鎳板一側(cè)的 Ni 的濃度Gi為 100%每 cm!中 Ni 原子

28、個(gè)數(shù)為：NNi/MgO=(4 原子 / 晶胞)/(3.6X10 cm)=8.57X10 原子 /cm ,在 Ta/MgO 界面 Ta 板一側(cè)的 Ni 的濃度 0%這種擴(kuò)散屬于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，可以利用菲克第一定律 求解。22_ 324_ 3故濃度梯度為 dc/dx = (0 8.57X10 原子 /cm)/(0.05cm) =_ 1.71X10 原子/ (cm.cm), 則 Ni原子通過 MgC 層的擴(kuò)散通量：J= D (dc/dx ) =_9X10 cm/sX( 1.71X10 原子/ ( cm.cm)=1.54X1013Ni 原子/ (cm.s)每秒鐘在 2X2cm2的面積上通過 MgC 層擴(kuò)散的

29、 Ni 原子總數(shù) N 為N= JX面積=1.54X10 Ni 原子/ (cm.s)X4cm =6.16X10 Ni 原子/s。VN擴(kuò)散走的原子每秒鐘從界面擴(kuò)散走的 Ni 原子體積N總原子數(shù)，故13_ 223一 9 3V=( 6.16X10 Ni 原子 /s ) / (8.57X10 原子 /cm )= 0.72X10 cm/s ,用厚度 d 表示在該面積中每秒擴(kuò)散的Ni 原子為一 9 32iod= V/面積=(0.72x10 cm/s ) / (2X2cm)= 1.8x10 cm/s,也就是說要將 1mm 厚的 Ni 層擴(kuò)散掉，所需時(shí)間 t 為：t =( 1mm / (1.8x10 cm/s)

30、= 556000 秒=154 小時(shí)。3 解答：1)滲碳情況符合菲克第二定律的特殊解的應(yīng)用條件，可以利用菲克第二定律進(jìn)行解決。CsCx(X )erf (-菲克第二定律特殊解公式：其中依題意有 Cs= 1.2 , G=0.1 , C=0.45 , x=0.2。1.2 0.450.71從表 10 1 可以得出誤差函數(shù)值，有- Dt, Dt = (0.1/0.71)任何滿足 Dt = 0.0198cm2關(guān)系的工藝均可，由于擴(kuò)散與溫度、時(shí)間有關(guān)，D=Dexp(-Q/RT)，帶入 C 在 Fe 中的 D0= 0.23，激活能 Q= 32900cal/mol ,D=0.23exp(-32900cal/mol/1.987(cal/mol.K ) T)=0.23exp(-16558/T),因此由 Dt