材料科學(xué)基礎(chǔ)作業(yè)題

1、第一章 原子結(jié)構(gòu)與鍵合1、說明量子力學(xué)中有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的玻爾模型和幾率波模型。2、給出下列離子的電子組態(tài)：Fe2+, Fe3+, Cu+, Ba2+, Br-, S2-。3、對于K+Cl-離子對，吸引能EA和排斥能ER分別表示為： 計算平衡距離r0和結(jié)合能E0。（提示：凈能對原子間距r的微分為0時，r= r0。r的單位為nm）4、凈能有時可表示為其中，r為離子間距，C，D和r為常數(shù)。試推出結(jié)合能E0對于平衡距離r0的表達(dá)式。5、計算下列化合物中，離子鍵的百分含量：TiO，ZnTe，CsCl，InSb，MgCl。6、下列物質(zhì)含有何種鍵：黃銅（brass）、橡膠（rubber）、金剛石（diamon

2、d）、SiO2、單晶Si、NaCl。7、 HF （hydrogen fluoride）的分子量小于 HCl （hydrogen chloride），為什么HF具有比HCl更高的沸點。8、畫出下列物質(zhì)單體單元的結(jié)構(gòu)圖： （1）聚乙烯（polyethylene PV）； （2）聚四氟乙烯（polytetrafluorethylene PTFE）； （3）聚苯乙烯（polystyrene PS）； （4）聚甲基丙烯酸甲酯 俗有機(jī)玻璃（polymethyl methacrylate PMMA）。9、（1）計算聚乙烯結(jié)構(gòu)單元的分子量； （2）聚乙烯的數(shù)均分子重量為1,000,000 g/mol，計算其數(shù)

3、均聚合度。10、兩種聚四氟乙烯樣品的密度及其晶化率如下：i) 2.144 g/cm3, 51.3%; ii) 2.215 g/cm3, 74.2%. 計算晶態(tài)聚四氟乙烯和非晶態(tài)聚四氟乙烯的密度。11、簡述高分子鏈結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征以及與性能的定性關(guān)系。第二章 固體結(jié)構(gòu)1、鋯（Zr，Zirconium）具有HCP結(jié)構(gòu)，密度為6.51 g/cm3，（a）計算晶胞體積；（b）如果c/a為1.593，計算c和a。2、銠（Rh，Rhodium）的原子半徑為0.1345 nm，密度為12.41 g/cm3。判定其晶體結(jié)構(gòu)屬于FCC，還是BCC？3、在立方晶胞中畫出下列晶向：4、在立方晶胞中畫出下列晶面：5、確

4、定下圖中晶向和晶面的指數(shù)。6、計算比較FCC中100、110、111晶向的線密度。7、計算比較BCC中（100）、（110）晶面的面密度。8、確定FCC鉑（Platinum，Pt）的（113）晶面的一級衍射角（即n=1），X射線波長為0.1542 nm。9、說明原子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)的差別。10、解釋為什么多晶材料的性質(zhì)通常是各項同性。11、解釋以下基本概念合金、相、固溶體、極限電子濃度、電子化合物、超結(jié)構(gòu)。12、試比較間隙固溶體、間隙相和間隙化合物的結(jié)構(gòu)和性能特點。7、FeAl為電子化合物，計算其電子濃度，畫出晶胞及（112）面的原子排列圖。13、下列合金相為何種類型FeCo、 Cr7C3 、M

5、g2Pb、 WC 、FeAl、Cu3Al、Fe4N、Fe3C。第三章 缺陷第三章 缺陷1、解釋以下基本概念肖脫基空位、弗侖克爾空位、刃型位錯、螺型位錯、柏氏矢量、位錯密度、位錯的滑移及攀移、弗蘭克-瑞德源、湯普森四面體、位錯反應(yīng)、擴(kuò)展位錯、表面能、界面能、重整位置點陣、失配度、對稱傾側(cè)晶界、非共格晶界。2、計算Fe在 850o 時，每立方米體積中的空位數(shù)。 已知Fe在850o 時的空位形成能、密度及原子重量分別為1.08 eV/atom、7.65 g/cm3、55.85 g/mol。3、如圖，在晶體的滑移面上有一柏氏矢量為b的位錯環(huán)，并受到一均勻切應(yīng)力t。（1）分析該位錯環(huán)各段位錯的結(jié)構(gòu)類型；

6、（2）分析各段位錯線的受力情況；（3）在 t 的作用下，該位錯環(huán)將如何運(yùn)動？4、面心立方晶體中，在（111）面上的單位位錯在（111）面上分解為兩個肖克萊不全位錯，請寫出該位錯反應(yīng)，并證明所形成的擴(kuò)展位錯的寬度由下式給出：（G切變模量，g 層錯能）5、判斷下列位錯反應(yīng)能否進(jìn)行？若能進(jìn)行，試在晶胞上作出矢量圖。6、試分析在（111）面上運(yùn)動的柏氏矢量為 的螺型位錯受阻時，能否通過交滑移轉(zhuǎn)移到 面中的某個面上繼續(xù)運(yùn)動？為什么？7、根據(jù)晶粒的位相差及結(jié)構(gòu)特點，晶界有哪些類型？有何特點屬性？8、直接觀察鋁試樣，在晶粒內(nèi)部位錯密度為 5 x 1013/m2，如果亞晶間的角度為5o，試估算界面上的位錯間距

7、（鋁的晶格常數(shù)為 a = 2.8 x 10-10 m）。第五章 二元相圖1. 合金系統(tǒng)的自由度F的含義是：（單選）A、可以使合金狀態(tài)改變的因素數(shù)；B 、保持合金平衡狀態(tài)不變的前提下，可以獨立改變的因素數(shù)；C 、夠使系統(tǒng)發(fā)生變化的最大因素數(shù)。  2. 自由度F= 0的含義是：（單選）A、任何因素的變化都會造成系統(tǒng)平衡狀態(tài)的變化；B、沒有任何因素可以引起系統(tǒng)狀態(tài)變化；C、這樣的系統(tǒng)狀態(tài)不存在。3. 純金屬凝固時，(多選)A、冷卻曲線(溫度-時間)是水平的；B、系統(tǒng)自由度F = 0；C、純金屬凝固是在恒溫下進(jìn)行的。  4. 在平衡條件下，100C的純水處于（單選）A、液態(tài)；B、氣

8、態(tài)；C、氣、液二相共存狀態(tài)。5、下列說法哪些是正確的？(多選) A、溫度高于液相線的合金為液態(tài)；B、溫度低于液相線的合金為固態(tài)；C、溫度低于固相線的合金為固態(tài); D、溫度高于固相線的合金為液態(tài)。6、非平衡凝固的勻晶合金一般會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？。（單選）A 、組織、成分均勻化；B 、成分不均勻，出現(xiàn)樹枝狀偏析；C 、與平衡凝固的合金組織、成分一樣，沒有區(qū)別。7、在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。（單選）A 是              

9、0;  B 否8、發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的液相，其成分一定是共晶成分。（單選） A 是                 B 否9、根據(jù)Pb-Sn相圖，應(yīng)用杠桿定律計算40%Sn合金的共晶組織中的a相占全部合金的相對量。（單選）A、22.16%；B、45.5%；C、40%提示：40%Sn合金由初生的a相（先共晶a）和共晶體組成，共晶體又由a相和b相組成（見示意圖）。10、勻晶、共晶和包晶轉(zhuǎn)變有何共同特點？（單選）A、這三個轉(zhuǎn)變都是在恒溫下

10、進(jìn)行的；B、這三個轉(zhuǎn)變的反應(yīng)相中都有液相，而生成相都是固相；C、這三個轉(zhuǎn)變都不是恒溫轉(zhuǎn)變。11、共晶和共析轉(zhuǎn)變有何共同特點？（多選）A、都是由一個相同時轉(zhuǎn)變成二個相； B、都是恒溫轉(zhuǎn)變； C、生成相都是固相。12、共析與包析轉(zhuǎn)變有何不同？（單選）A、都是固態(tài)轉(zhuǎn)變；B、都是恒溫轉(zhuǎn)變；C、共析轉(zhuǎn)變是由一個固相轉(zhuǎn)變成二個固相，包析轉(zhuǎn)變則相反。13、熔晶與偏晶轉(zhuǎn)變都是恒溫轉(zhuǎn)變嗎？（單選）A  是             B  否14、在分析相圖時可以將穩(wěn)定化合物看

11、作一個組元，從而將復(fù)雜相圖分成若干個簡單相圖。你認(rèn)為分析復(fù)雜相圖時這是必須的嗎？（單選）A  是             B  否1、說明下列基本概念工業(yè)純鐵、碳鋼、鑄鐵、包晶轉(zhuǎn)變、共晶轉(zhuǎn)變、共析轉(zhuǎn)變、a-Fe、鐵素體、g-Fe、奧氏體、一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、珠光體、萊氏體。2、下列說法正確的是：（多選） A、鐵素體是碳溶解于-Fe中形成的固溶體，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)； B、 滲碳體是碳溶解于-Fe中形成的固溶體，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)； C

12、、奧氏體是碳溶解于-Fe中形成的固溶體，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)。3、亞共析鋼的含碳量范圍是：（單選） A、0.0218% 0.77%C；B、0.77% 2.11%C；C、2.11% 4.3%C。4、共析鋼的室溫組織是：（單選） A、珠光體P +二次滲碳體Fe3CII；B、珠光體P（100%）； C 萊氏體Ld (100%)。5、計算1148共晶轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時萊氏體中滲碳體Fe3C的相對量。（單選） A、52%；B、60%；C、48%。6、計算室溫時萊氏體中滲碳體Fe3C的相對量(室溫鐵素體的含碳量看作0)。 （單選） A、48.23%C；B、52.77%C；C、64.47%。7、隨著含碳量的增高，

13、亞共析鋼的。 （單選）A 強(qiáng)度、硬度升高，塑性下降；B 塑性升高，強(qiáng)度、硬度下降；C 強(qiáng)度、硬度和塑性都升高。8、對于過共析鋼，含碳量越高。（單選）A 鋼的強(qiáng)度、硬度越高，塑性越低；B 鋼的強(qiáng)度、硬度越低，塑性越高；C 鋼的硬度越高，強(qiáng)度和塑性越低。第六章 擴(kuò)散與凝固一、 概念結(jié)構(gòu)起伏、能量起伏、過冷度、晶胚、臨界晶核、臨界形核功、均勻形核、非均勻形核、光滑界面、粗糙界面；質(zhì)量濃度、自擴(kuò)散、互擴(kuò)散、下坡擴(kuò)散、上坡擴(kuò)散、穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、擴(kuò)散系數(shù)、擴(kuò)散通量、柯肯達(dá)爾效應(yīng)。二、選擇題第六章 凝固與擴(kuò)散1、金屬液體在熔點溫度保溫，則(c)a 需要很長時間才能結(jié)晶；  b 到熔點溫度就會

14、結(jié)晶；  c 永不結(jié)晶。2、下述哪些現(xiàn)象結(jié)晶時出現(xiàn)？（多選） a 在低于熔點的溫度下結(jié)晶才能進(jìn)行；b 結(jié)晶時有熱量放出；  c 液態(tài)金屬冷卻到熔點時就開始結(jié)晶。3、形成臨界晶核時需要的形核功由什么提供？（單選）  a由外界加熱提供；  b由能量起伏提供；  c由體積自由能提供。4、臨界晶核有可能繼續(xù)長大，也有可能消失（熔化）。  a  是   b  否5、在相同過冷度的條件下，（下述說法哪些正確？）（多選）  a 非均勻形核比均勻形核的形核率高；  b 均勻形核與非均勻形核具

15、有相同的臨界晶核半徑；  c 非均勻形核比均勻形核的形核功??；  d 非均勻形核比均勻形核的臨界晶核體積小。6 非均勻形核時，角越小，形核越容易。這是因為（下述說法哪些正確？）（多選）  a 臨界晶核的體積和表面積越小；  b 形核需要的過冷度越?。?#160; c 需要的形核功越小。 7、在負(fù)的溫度梯度下，晶體生長以平面狀前推進(jìn)。(單選)  a 是     b 否     c 不能確定8、形核率越高、晶體生長速率越小，最后得到的晶粒越細(xì)小。(單

16、選)a 是     b 否     c 不能確定9、快速凝固技術(shù)能獲得的新材料有：非晶態(tài)合金，超細(xì)晶態(tài)金屬或合金。a 是      b 否  10、單向凝固要求不僅具有正溫度梯度，而且溫度梯度要很大。a 是      b 否11、制取單晶體的技術(shù)關(guān)鍵是保證液體結(jié)晶時只有一個晶核。   a 是      b 否12、對于濃度不均勻

17、的固溶體中的擴(kuò)散，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散屬于互擴(kuò)散，溶劑（基體）原子的擴(kuò)散則屬于自擴(kuò)散。a 是        b 否13、在穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程中，擴(kuò)散組元的濃度C只隨距離x變化，而不隨時間t變化。a 是        b 否14、在非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程中，擴(kuò)散組元的濃度C也是只隨距離x變化，而不隨時間t變化。a 是        b 否15、擴(kuò)散系數(shù)D是描述擴(kuò)散速度的重要物理量，D值越大則擴(kuò)散越慢。a 是&

18、#160;       b 否16、已知Mg(鎂)在Al(鋁)中的擴(kuò)散常數(shù)D0 = 1.2×10-4 m2/s，擴(kuò)散激活能Q =131000 J/mol,  500時擴(kuò)散系數(shù)D = 1.8×10-13 m2/s，問400時Mg在Al中的擴(kuò)散系數(shù)D是多少？      a  8.1×10-15 m2/s    b  1.8×10-13 m2/s    c  2.

19、8×10-11 m2/s17、怎樣理解擴(kuò)散原子對基體造成的晶格畸變越大，擴(kuò)散則越容易。（單選）a 擴(kuò)散原子具有更低的能量，需要的擴(kuò)散激活能變大，擴(kuò)散系數(shù)變小，所以擴(kuò)散容易；b 擴(kuò)散原子具有更高的能量，需要的擴(kuò)散激活能變小，擴(kuò)散系數(shù)變大，所以擴(kuò)散容易；c 基體原子具有更高的能量，造成的勢壘變小，擴(kuò)散系數(shù)變小，所以擴(kuò)散容易。18、 在相同的溫度下，碳在-Fe中的擴(kuò)散比在-Fe中的擴(kuò)散更容易，速度更快。這主要是因為, （單選）a 碳原子在-Fe中固溶造成的晶格畸變更大; b 其它合金元素的影響所致；c 溫度對擴(kuò)散系數(shù)的影響所致。第七章 相變與熱處理1. 擴(kuò)散形的固態(tài)相變中如果新相是在加熱過

20、程中產(chǎn)生的，試分析轉(zhuǎn)變的速度與轉(zhuǎn)變溫度間是否還有極值關(guān)系？答案：不存在極值關(guān)系。因為隨加熱溫度的提高新相與母相的自由能差加大，同時擴(kuò)散的速度也加快。所以不存在極值關(guān)系。2. 根據(jù)馬氏體的轉(zhuǎn)變規(guī)律并聯(lián)系固態(tài)相變的TTT圖分析，馬氏體的轉(zhuǎn)變TTT圖是否也是C形？答案：馬氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線不會是C型。因為馬氏體轉(zhuǎn)變不是擴(kuò)散形相變。3. 根據(jù)貝氏體的轉(zhuǎn)變規(guī)律為了得到下貝氏體應(yīng)從哪幾方面進(jìn)行控制？答案：控制母相（奧氏體）中化學(xué)成分，要保證含碳量達(dá)到中碳或高碳水平，同時要控制轉(zhuǎn)變溫度較低。4. 請根據(jù)珠光體的轉(zhuǎn)變規(guī)律分析在Fe3C兩側(cè)形成鐵素體后有無可能鐵素體迅速的長大將Fe3C包圍起來？答案：因為鐵素體

21、是低碳相，在它向縱向長大時必向Fe3C片前端的奧氏體中排碳，這就給Fe3C片的縱向長大創(chuàng)造了條件，所以Fe3C片馬上也向縱向長大，因此不可能發(fā)生包圍現(xiàn)象。在轉(zhuǎn)變規(guī)律的說明中我們已經(jīng)強(qiáng)調(diào)Fe3C片與鐵素體片同時向縱向長大。5. 分析比較共析鋼的CCT圖與TTT圖有何差別？說明了什么？答案：對比可以知道： 兩種曲線均為C形，說明等溫冷卻轉(zhuǎn)變與連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變機(jī)理與動力學(xué)規(guī)律均類似。 CCT曲線比TTT曲線向右下移動且沒有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域。 在CCT曲線上有許多的冷卻曲線，表明了冷卻的速度，末端表明了以此冷速冷卻后的硬度值。   碳與合金元素對CCT曲線的影響規(guī)律與對TTT曲線的

22、影響規(guī)律基本一致，也是曲線向右下方移動，表明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變比等溫轉(zhuǎn)變的孕育期更長。6. 回火溫度與性能有什么關(guān)系？為什么有這種關(guān)系？答案：性能變化的規(guī)律是：隨回火溫度的上升，強(qiáng)度與硬度下降，塑性與韌性上升。因為在回火過程中發(fā)生的轉(zhuǎn)變主要是碳以碳化物的形式從馬氏體中析出，基體向鐵素體轉(zhuǎn)變的過程。顯然隨回火溫度的提高，碳的擴(kuò)散能力增加，碳從馬氏體中析出的就多，基體就越接近鐵素體，組織也就越接近平衡組織，馬氏體的強(qiáng)化效果就越弱，因此硬度也就越低。7. 請說明在時效過程中為什么一般均是先出現(xiàn)亞穩(wěn)過渡相而不直接形成穩(wěn)定相？答案：因為穩(wěn)定相與基體的濃度差較大，溶質(zhì)原子必須充分的擴(kuò)散才能達(dá)到成分要求。為了保證

23、高硬度時效的溫度一般較低，所以在短時間內(nèi)難于充分?jǐn)U散。而亞穩(wěn)相與基體的濃度差較少，因此較易通過擴(kuò)散來形核與長大。另一方面形成亞穩(wěn)相時所需要的界面能也較小，所以一般均是先出現(xiàn)亞穩(wěn)過渡相。第八章 形變、回復(fù)、再結(jié)晶一、概念彈性變形、彈性后效、彈性滯后、泊松比、屈服強(qiáng)度、塑性變形、滑移、滑移系、滑移帶、滑移線、臨界分切應(yīng)力、施密特因子、派-納力、孿生、固溶強(qiáng)化、加工硬化、彌散強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、Hall-Petch公式、應(yīng)變時效、形變織構(gòu)、殘余應(yīng)力、回復(fù)、再結(jié)晶、多邊化、晶粒長大、二次再結(jié)晶、弓出形核、再結(jié)晶溫度。二、計算題1、 設(shè)一長度為10mm的鋁合金試樣承受6000 N的拉伸載荷，且其屈服極限145MPa，波桑比0.33，試計算試樣承載后的直徑。答案：拉伸后的直徑d1=9.9964 mm。2、 設(shè)采用細(xì)化晶粒的方法來強(qiáng)化低碳鋼。它的i=