材料科學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題與答案

1、1. 離子鍵、共價(jià)鍵、分子鍵和金屬鍵的特點(diǎn)，并解釋金屬鍵結(jié)合的固體材料的密度比離子鍵或共價(jià)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般情況下不顯示各向異性？何謂空間點(diǎn)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、-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(jiàn)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(diǎn)和性能。何謂間隙固溶體？它與間隙相、間隙

2、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，求Cu的晶格常數(shù)，并計(jì)算1mm3Cu的原子數(shù)。7. 已知Al相對(duì)原子質(zhì)量Ar（Al），原子半徑，求Al晶體的密度。8 bcc鐵的單位晶胞體積，在912時(shí)是3；fcc鐵在相同溫度時(shí)其單位晶胞體積是3。當(dāng)鐵由bcc轉(zhuǎn)變?yōu)閒cc時(shí)，其密度改變的百分比為多少？9. 何謂金屬化合物？常見(jiàn)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13晶向。在面心立方晶胞中畫出（012）和（13）晶面。11. 設(shè)晶面（152）和（034）屬六方晶系

3、的正交坐標(biāo)表述，試給出其四軸坐標(biāo)的表示。反之，求（）及（22）的正交坐標(biāo)的表示。（練習(xí)），上題中均改為相應(yīng)晶向指數(shù)，求相互轉(zhuǎn)換后結(jié)果。12.在一個(gè)立方晶胞中確定6個(gè)表面面心位置的坐標(biāo)，6個(gè)面心構(gòu)成一個(gè)正八面體，指出這個(gè)八面體各個(gè)表面的晶面指數(shù)，各個(gè)棱邊和對(duì)角線的晶向指數(shù)。13. 寫出立方晶系的110、100、111、112晶面族包括的等價(jià)晶面，請(qǐng)分別畫出。14. 在立方晶系中的一個(gè)晶胞內(nèi)畫出（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110，101晶向和（102）晶面，并確定（102）晶面與六方晶胞交線的晶向指數(shù)。16.在立方晶系的一個(gè)晶胞內(nèi)同時(shí)畫出位于（1

4、01），（011）和（112）晶面上的11晶向。17. 在1000，有WC為1.7%的碳溶于fcc鐵的固溶體，求100個(gè)單位晶胞中有多少個(gè)碳原子？（已知：，）18. r-Fe在略高于912時(shí)點(diǎn)陣常數(shù)a，-Fe在略低于912時(shí)，求：（1）上述溫度時(shí)-Fe和-Fe的原子半徑R；（2）-Fe-Fe轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化率；（3）設(shè)-Fe-Fe轉(zhuǎn)變時(shí)原子半徑不發(fā)生變化，求此轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化率，與（2）的結(jié)果相比較并加以說(shuō)明。19（1）計(jì)算fcc結(jié)構(gòu)的（111）面的面間距（用點(diǎn)陣常數(shù)表示）；（2）以幾何關(guān)系上驗(yàn)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bc

5、c，由x射線測(cè)得此晶體的（111）面間距為，已知bcc鐵的，fcc鐵的，試問(wèn)此晶體屬何結(jié)構(gòu)？20. 試證明密排六方的晶格常數(shù)之間關(guān)系：c/a。21. 比較概念：晶體與非晶體，空間點(diǎn)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(jià)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20和1020之間，由于熱膨脹bcc鐵的晶格常數(shù)增加0.51%，而密度減少2.0%，假設(shè)在20時(shí)，此金屬中每1000個(gè)單位晶胞中有1個(gè)空位，試估計(jì)在1020時(shí)每1000個(gè)單位晶胞中有多少個(gè)部位？2.Cu晶體空位形成能 Ev=1.4410-

6、19J/atcm，材料常數(shù)A=1，k=1.3810-23J/k，計(jì)算：（1）在500下，每立方米Cu中的空位數(shù)目；（2）500下的平衡空位濃度。Ar(Cu)=63.54g/mol, 500=8.96106g/cm3。3. 在800時(shí)1010個(gè)原子中有1個(gè)原子具有足夠能量可在固體內(nèi)移動(dòng)；而在900時(shí)，109個(gè)原子中就有1個(gè)原子實(shí)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移面，該晶體的ABCD表面有一圓形標(biāo)記，它與滑移面相交，標(biāo)記左側(cè)有一根位錯(cuò)線，試問(wèn)當(dāng)刃、螺位錯(cuò)線從晶體的左側(cè)滑移至右側(cè)時(shí)，表面的標(biāo)記發(fā)生什么變化？并指出刃、螺位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力方向。4題圖15題圖26題圖3

7、7題圖45.已知位錯(cuò)環(huán)ABCD的柏氏矢量為b，外應(yīng)力和，如下圖2所示，求：（1）位錯(cuò)環(huán)各邊是什么位錯(cuò)？（2）設(shè)想在晶體中怎樣才能得到這個(gè)位錯(cuò)？（3）在足夠大的切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？（4）在足夠大的正應(yīng)力作用下，位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？6.在圖3晶體二維圖形，晶格間距a，含正刃位錯(cuò)和負(fù)刃位錯(cuò)，則：（1）圍繞兩個(gè)位錯(cuò)作柏氏回路，b=？；（2）圍繞單個(gè)作柏氏回路，b =？（表明方向和強(qiáng)度）7.方形晶體中有兩根刃型位錯(cuò)，如下圖4：（1）當(dāng)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(shí)，位錯(cuò)易于向何種方向攀移？（2）加上怎樣的外力，才能使

8、這兩根位錯(cuò)線通過(guò)純攀移而相互靠攏？8.簡(jiǎn)單立方晶體中（100）面上有一位錯(cuò)，=00，/ 001，問(wèn)：（1）若在（001）面上有一個(gè)=010，/100的位錯(cuò)與之相割，結(jié)果如何？（2）若在（001）面上有一個(gè)=100，/ 001的位移與之相割，結(jié)果如何？（3）交割反應(yīng)的結(jié)果對(duì)位錯(cuò)進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)有何影響？9. 畫一方形位錯(cuò)環(huán)，并在這個(gè)平面上畫出柏氏矢量（沿對(duì)角線方向）及位錯(cuò)線方向（順時(shí)針），據(jù)此指出位錯(cuò)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(shí)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(cuò)和螺型位錯(cuò)？全面比較兩者有何異同？何謂柏氏矢量？如何用柏氏矢量來(lái)判斷位錯(cuò)類型？12. 兩個(gè)

9、相同符合的的刃型位錯(cuò)，在同一滑移面相遇；它們會(huì)排斥還是會(huì)吸引？13. 試說(shuō)明晶體中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式滑移，攀移及交滑移的條件，過(guò)程和結(jié)果，并闡述如何確定位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)的方向？在刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)中，滑移方向與柏氏矢量、切應(yīng)力及位錯(cuò)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(dāng)金屬熔化時(shí)，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(cuò)增殖的F-R源機(jī)制和雙交滑移機(jī)制。如果進(jìn)行雙交滑移的那段螺形位錯(cuò)的長(zhǎng)度為50nm，而位錯(cuò)的柏氏矢量為，試求實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)增殖所必需的切應(yīng)力（G=40Gpa）16. 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(gè)位錯(cuò)環(huán)能

10、否各部分都是螺位錯(cuò)？能否各部分都是刃位錯(cuò)？為什么？18. 在刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)中，滑移方向與柏氏矢量、切應(yīng)力及位錯(cuò)線的位向關(guān)系是什么？19. 何謂割階、扭折？割階或扭折的長(zhǎng)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(cuò)應(yīng)變能的增加量如何？割階或扭折對(duì)原位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)有何影響？20. 舉例或畫圖說(shuō)明什么是小角度晶界的位錯(cuò)模型？描述大角度晶界有何模型？其含義是什么？21. 點(diǎn)缺陷分幾種？它們對(duì)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(duì)金屬性能有何影響？22. 繪圖說(shuō)明用柏氏回路方法求出位錯(cuò)的柏氏矢量，并說(shuō)明柏氏矢量的物理意義及用柏氏矢量如何確定位錯(cuò)性質(zhì)

11、？23. 名詞區(qū)別：刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)，割價(jià)和扭折，交滑移和多滑移，滑移和攀移，晶界、相界和孿晶界，共格相界、非共格相界和半共格相界，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(kāi)，通過(guò)向管子一端向管內(nèi)輸入氮?dú)?，以保持膜片一?cè)氮?dú)鉂舛葹?200mol/m3，而另一側(cè)的氮?dú)鉂舛葹?00mol/m3。如在700下測(cè)得通過(guò)管道的氮?dú)饬髁繛?.810-4mol/s，求此時(shí)氮?dú)庠阼F中的擴(kuò)散系數(shù)。2. 簡(jiǎn)要說(shuō)明在金屬或合金中的晶粒內(nèi)部，原子擴(kuò)散的機(jī)理是什么？3. Cu-Al組成的互擴(kuò)散偶發(fā)生擴(kuò)散時(shí)，標(biāo)志面會(huì)向哪個(gè)方向移動(dòng)？4.設(shè)純Cr和純Fe組成的擴(kuò)散偶

12、，擴(kuò)散1小時(shí)后Matano平面移動(dòng)了1.5210-3cm。已知CCr時(shí)，C/x=126/cm，互擴(kuò)散系數(shù)D=1.4310-9cm2/s，試求Matano平面移動(dòng)速度和Cr、Fe的本征擴(kuò)散系數(shù)DCr、DFe。（實(shí)驗(yàn)測(cè)得Matano平面移動(dòng)距離的平方與擴(kuò)散時(shí)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(lái)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0.2%的鋼置于Ws=1.3%的氣氛中滲碳,滲碳溫度為927,保溫10h,已知碳在Fe中的Dc=2.2110-7 cms-1,求：(1)距表面處的碳濃度(1.0265%)；(2)若已知滲層某處的碳濃度為0.65%時(shí),求x值)。6

13、. 對(duì)于同一擴(kuò)散系統(tǒng)、擴(kuò)散系數(shù)D與擴(kuò)散時(shí)間t的乘積為常數(shù)。例如：已知Cu在Al中擴(kuò)散系數(shù)D，在500和600C分別為4.810-14ms-1和5.310-13ms-1,假如一個(gè)工件在600C需要處理10h,若在500C處理時(shí),要達(dá)到同樣的效果,需要多少小時(shí)？7. 對(duì)于鋼鐵材料進(jìn)行滲碳處理時(shí),x與t的關(guān)系是tx。例如：假設(shè)對(duì)Wc=0.25%的鋼件進(jìn)行滲碳處理,要求滲層處的碳濃度為0.8%,滲碳?xì)怏w濃度為Wc=1.2%,在950C進(jìn)行滲碳,需要7小時(shí),如果將層深厚度提高到,需要多長(zhǎng)時(shí)間？8 鋼在進(jìn)行滲碳處理時(shí)，表面很快達(dá)到較高濃度，然后逐步向中間擴(kuò)散，設(shè)在1000時(shí)，測(cè)得工件離表面1mm和2mm之

14、間的碳濃度（原子濃度）從5at.%降到4at.%，試計(jì)算碳原子在該區(qū)域的流量（-Fe在1000時(shí)密度為3，擴(kuò)散系數(shù)=（2.010-5m2/s）exp(-142000J/mol)/RT）,以原子/m2s為單位。9. 一塊0.1%C鋼在930滲碳，滲到的地方碳的濃度達(dá)到0.45%。在t0的全部時(shí)間，滲碳?xì)夥毡３直砻娉煞譃?%，假設(shè)=2.010-5exp(-140000/ RT) (m2/s), （1）計(jì)算滲碳時(shí)間；（2）若將滲層加深一倍，則需多長(zhǎng)時(shí)間？（3）若規(guī)定0.3%C作為滲碳層厚工的量度，則在930滲碳10小時(shí)的滲層厚度為870滲碳10小時(shí)的多少倍？10. 含0.85%C的普碳鋼加熱到900

15、在空氣中保溫1小時(shí)后外層碳濃度降到零。假如要求零件外層的碳濃度為0.8%，表面應(yīng)車削去多少深度？=1.110-7cm2/s11. 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(xì)的晶粒，并能延長(zhǎng)爐子的壽命。某人設(shè)想將滲碳溫度從1000降低到900，而將滲碳時(shí)間延長(zhǎng)10%，即獲得同樣結(jié)果。試分析這種設(shè)想是否正確。（已知=140kJ/mol）。12. 擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是什么？固態(tài)金屬擴(kuò)散的條件及影響擴(kuò)散的因素有哪些？（固態(tài)金屬中發(fā)生擴(kuò)散需具備哪些條件？影響固態(tài)金屬擴(kuò)散的條件有那些？）13. C在-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)大于C在-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)，為什么鋼鐵零件滲碳溫度一般選擇在-Fe相區(qū)中進(jìn)行？若不在-

16、Fe相區(qū)中進(jìn)行會(huì)有什么結(jié)果？奧氏體中碳原子擴(kuò)散與鐵原子擴(kuò)散系數(shù)有何區(qū)別？14. 何謂擴(kuò)散系數(shù)？說(shuō)明擴(kuò)散系數(shù)常數(shù)及擴(kuò)散激活能的物理意義及影響擴(kuò)散的因素。15什么是科肯達(dá)爾效應(yīng)，解釋其產(chǎn)生原因，它對(duì)人們認(rèn)識(shí)置換式擴(kuò)散機(jī)制有什么作用。16. 試比較間隙擴(kuò)散和空位擴(kuò)散兩者D表達(dá)式的區(qū)別。簡(jiǎn)述置換原子和間隙原子的擴(kuò)散機(jī)制。說(shuō)明為什么往鋼中滲金屬要比滲碳困難？17. 試說(shuō)明滲碳為什么在奧氏體狀態(tài)下進(jìn)行，而不在鐵素體狀態(tài)下進(jìn)行？18. 能否說(shuō)擴(kuò)散定律實(shí)際只有一個(gè)，而不是兩個(gè)？為什么？19. 區(qū)別概念：穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散和非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，自擴(kuò)散和互（異）擴(kuò)散，空位擴(kuò)散和間隙擴(kuò)散，上坡擴(kuò)散和下坡擴(kuò)散，原子擴(kuò)散和反應(yīng)擴(kuò)散。第5

17、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(cuò)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，鎂為密排六方晶格，試問(wèn)哪種材料的塑性最好？哪種材料的塑性最差？詳細(xì)說(shuō)明之。4. 比較晶體滑移和孿生變形的異同點(diǎn)。位錯(cuò)線和滑移線相同嗎？為什么？5. 為何理論臨界應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際測(cè)量的值？6. 用位錯(cuò)理論解釋低碳鋼產(chǎn)生屈服現(xiàn)象產(chǎn)生的原因？對(duì)生產(chǎn)的影響，如何防止或消除？6. 簡(jiǎn)述冷塑性變形對(duì)材料組織及性能的影響？多晶體塑性變形有何特點(diǎn)？試述低碳鋼產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效的原因。7. 什么叫

18、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(dòng)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(shuō)明晶粒大小對(duì)金屬室溫材料強(qiáng)度和塑性的影響，其原因是什么？結(jié)晶時(shí)哪些因素影響晶粒度的大?。拷饘僦谐Ｒ?jiàn)的細(xì)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1.633時(shí)）常溫的滑移系是什么？試用位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻力與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系式說(shuō)明晶體滑移通常發(fā)生在原子最密排晶面和晶向的道理。晶粒越細(xì)小，不僅強(qiáng)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(jiàn)的細(xì)化晶粒的措施有哪些？為獲得細(xì)小的晶粒組織，應(yīng)根據(jù)

19、什么原則制定塑性變形及其退火工藝？11將經(jīng)過(guò)大量冷塑性變形（70%以上）的純金屬長(zhǎng)棒一端浸入冷水中，另一端加熱至接近熔點(diǎn)的高溫（如0.9Tm），過(guò)程持續(xù)一小時(shí)，然后完全冷卻，作出沿棒長(zhǎng)度的硬度分布曲線（示意圖），并作簡(jiǎn)要說(shuō)明。如果此金屬為純鐵時(shí)，又會(huì)有何情況出現(xiàn)？12金屬材料的強(qiáng)化方法（形變強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化）有哪些？應(yīng)用位錯(cuò)理論分析他們的本質(zhì)上的異同點(diǎn)13. 在室溫下對(duì)Pb板進(jìn)行彎折，越彎越硬，但如果放置一段時(shí)間再進(jìn)行彎折，Pb板又像最初一樣柔軟，這是為什么？（Tm(Pb)=327）14. 將一鍥型銅片置于間距恒定的兩軋輥間軋制，如右下圖。（1）畫出此銅片經(jīng)完全再結(jié)晶后晶粒沿

20、片長(zhǎng)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，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(wú)氧商導(dǎo)電率銅）冷撥變形后強(qiáng)度可提高2倍以上，若許用應(yīng)力的安全系數(shù)取2，試計(jì)算OFHC銅零件在130下制作的使用壽命。（已知A=10121/min，, t為完成50%再結(jié)晶所需的時(shí)間。）17. 已知含30%Zn的黃銅在400的恒溫下完成再結(jié)晶需要1小時(shí)，而在390完成再結(jié)晶需要2小時(shí)，計(jì)算再結(jié)晶的激活能；在420恒溫下完成再結(jié)晶需多少時(shí)間？17. 鋼絲繩吊工件，隨工件放入1000爐中加熱，加熱完畢，吊出時(shí)繩斷原

21、因？18. 再結(jié)晶形核地點(diǎn)有什么特點(diǎn)或特征？那些地點(diǎn)有可能是優(yōu)先的形核地點(diǎn)？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(guò)再結(jié)晶來(lái)細(xì)化晶粒？ 19. 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??？20. 厚度為40mm 厚的鋁板，軋制成一側(cè)為20mm 另一側(cè)仍保持為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(shuō)明。21. 加熱對(duì)冷變形金屬的組織和性能有何影響？22.簡(jiǎn)述回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大及二次在結(jié)晶過(guò)程？說(shuō)明冷變形金屬在加熱時(shí)，回復(fù)過(guò)程的機(jī)制及組織性能的變化。

22、23. 何謂再結(jié)晶溫度？生產(chǎn)中實(shí)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？24. 鎢板在1100加工變形和錫板在室溫加工變形時(shí)，它們的組織和性能會(huì)有怎樣的變化？熱加工會(huì)造成哪些組織缺陷？25. 區(qū)別名詞：滑移和孿生，軟位向和硬位向，幾何硬化和幾何軟化，沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化，纖維組織與帶狀組織，靜態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)回復(fù)，第一類殘余應(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(dòng)態(tài)再結(jié)晶，正常長(zhǎng)大和異常長(zhǎng)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(jiǎn)述金屬結(jié)晶過(guò)程的熱力學(xué)條件、動(dòng)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(guò)冷度的關(guān)系是什么？

23、能否說(shuō)過(guò)冷度越大，形核率越高，為什么？2. 何謂正溫度梯度和負(fù)溫度梯度。何謂粗糙界面和光滑界面。分析純金屬生長(zhǎng)形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系。（簡(jiǎn)述純金屬枝晶的形成條件和長(zhǎng)大過(guò)程。）3. 在同樣的負(fù)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？敘述異質(zhì)形核的必要條件。選擇什么樣的異相質(zhì)點(diǎn)可以大大促進(jìn)結(jié)晶過(guò)程？5. 指出形核過(guò)程的驅(qū)動(dòng)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(shuō)明造成兩者差異的原因。6. 液態(tài)金屬凝固時(shí)都需要過(guò)冷，為什么？那么固態(tài)金屬熔化是否會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱？為什么？7. 固、

24、液界面的微觀結(jié)構(gòu)有哪些類型？用什么判據(jù)來(lái)判斷固、液界面的性質(zhì)？金屬的液、固界面屬于哪類？對(duì)其凝固過(guò)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?jiǎng)蚓鄨D、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近共晶成分的合金？要進(jìn)行壓力加工的合金常選用單相固溶體合金？11. 何謂成分過(guò)冷（用示意圖進(jìn)行說(shuō)明）？說(shuō)明形成成分過(guò)冷的臨界條件是什么？說(shuō)明成分過(guò)冷對(duì)合金組織的影響。說(shuō)明成分過(guò)冷對(duì)金屬結(jié)晶時(shí)晶體生長(zhǎng)形態(tài)有何影響？12. 何謂枝晶偏析？其影響因素有哪些？它對(duì)合金性能有何影響？如何消除？13. 何謂選

25、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？偽共晶？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(shuō)明共晶成分的Al-Si合金在快冷條件下得到亞共晶組織+（+Si）的原因是什么？17. 何謂共晶反應(yīng)？包晶反應(yīng)？試用相律分析說(shuō)明只有在共晶點(diǎn)和包晶點(diǎn)時(shí)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=700）、B（Tm=500），液態(tài)互溶，固態(tài)部溶，Max.5%B和25%A（質(zhì)量）0時(shí)，則為2%B及5%A（質(zhì)量）。二者在750形成A2B化合物，A與B原子量分別為30與5

26、0；在450和320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AB相圖，并標(biāo)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(duì)量為5%的（Sb）作為硬質(zhì)點(diǎn)，試求滿足要求的合金成分及硬度已知（Pb）的硬度3HB，（Sb）的硬度為30HB 23.一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(wèn)：(a)此鋼中的碳含量；（b）此合金加熱到730，平衡條件下將獲何種顯微組織？（c）若加熱到850，又將得何組織？（d）室溫下相的相對(duì)含量分別是多少？24. Mg-Ni系一共晶反應(yīng)(純Mg)+Mg2Ni（下標(biāo)為Niwt%）。設(shè)C1為亞

27、共晶合金，C2為過(guò)共晶合金，這兩種合金中先共晶相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，但C1合金中的總量為C2合金中總量的倍，試計(jì)算C1及C2的成分。25. A（Tm=1000），B（Tm=700），含WB=25%的合金正好在500完全凝固其平衡組織為73.33%的先共晶相和26.67%的（+）共晶；而WB=50%的合金在500的組織由40%的先共晶和60%的（+）共晶組成，此時(shí)合金中的總的總量為50%。畫出此AB二元相圖。26. 鑄錠（件）組織有什么特點(diǎn)？為什么會(huì)形成這種組織？27. 根據(jù)凝固理論，試述工業(yè)中細(xì)化鑄件晶粒有哪些途徑（措施）？簡(jiǎn)要細(xì)化晶粒的機(jī)理。28. 區(qū)別概念：均勻形核與非均勻形核，熱過(guò)冷和成分過(guò)

28、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(fù)溫度梯度，平面長(zhǎng)大和樹枝長(zhǎng)大，共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)，相組成物和組織組成物，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(diǎn)、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(biāo)出A1、A3、Acm線并說(shuō)明該線的意義。2. 簡(jiǎn)述Fe-Fe3C相圖中三條水平線上進(jìn)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(shuō)明鐵碳合金在固態(tài)

29、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(shuō)明理由。（3）比較DA與DF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(jì)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0.20%C、0.6

30、0%C、0.77%C、1.2%C、3.2%、4.3%和4.7%鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及組織轉(zhuǎn)變，并計(jì)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(duì)含量，并畫出冷卻曲線及室溫組織示意圖。8.結(jié)合Fe-Fe3C相圖說(shuō)明，（1）說(shuō)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(jì)算含碳量為1.0%，1.4%的合金室溫平衡組織中二次滲碳體的相對(duì)量。（4）求共晶白口鐵Ld組織中P、Fe3C、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

31、至1000時(shí)具有良好的鍛造性能，而含碳為4.0%的白口鑄鐵加熱至1000時(shí)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(shí)踐中有何指導(dǎo)意義？有何局限性？9. 計(jì)算當(dāng)室溫平衡相鐵素體占88.5%、滲碳體占11.5%時(shí)合金的含碳量。10.某工廠倉(cāng)庫(kù)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(wèn)此鋼材的含碳量是多少？11.設(shè)有1000g含1%C的奧氏體從1200緩慢冷至室溫，試求：（1）Fe3C開(kāi)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726

32、時(shí)兩相的重量；（5）室溫時(shí)珠光體與二次Fe3C的重量。12. 結(jié)合Fe-Fe3C相圖描述5%C的鐵碳合金平衡冷卻至室溫的過(guò)程，并計(jì)算其室溫組織中一次滲碳體、共晶滲碳體、二次滲碳體、共析滲碳體、三次滲碳體的重量分?jǐn)?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0.066nm，氧的離子半徑為0.140nm。（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(jì)算時(shí)必須使用離子半徑而不能使用原子半徑 (1) 氯化鈉（NaCl）晶體的結(jié)構(gòu)如圖2.52（P53）(2) 氧化鎂（MgO）與氯化鈉（NaCl）具有相同的結(jié)構(gòu)。每一晶

33、胞中含有4個(gè)Mg2+及4個(gè)O2-；1mol的Mg2+具有24.31g的質(zhì)量，1mol的O2-具有16.00g的質(zhì)量，則密度為例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(jià)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(jià)電子數(shù)來(lái)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(dāng)配位數(shù)為6時(shí)，其最小半徑比為0.41。解答：當(dāng)配位數(shù)為6時(shí)，其可能的最小半徑值如圖（a），第五和第六個(gè)離子正好位于中心原子的正上方和正下方如圖（b）；一個(gè)Mg2+最多被六個(gè)O2-包圍。由圖（a） 2（rR）2 =（2R）2（rR）2 =2R2CN=6時(shí)的r和R 之比為0.41。例3. 假

34、設(shè)在高壓時(shí)可將NaCl強(qiáng)迫變成CsCl，試問(wèn)體積改變的百分比是多少？（已知CN=6時(shí)，Na的離子半徑為0.097nm，氯的離子半徑為0.181nm）解答： NaCl和CsCl晶體的結(jié)構(gòu)如圖2.51、2.52（P53） CN=6時(shí)，NaCl點(diǎn)陣常數(shù)a33，其中含有4個(gè)NaCl。 CN=8時(shí)，由Ahrens的模型得到不同配位數(shù)時(shí)離子半徑之間的關(guān)系式如下： 此時(shí)，a33，其中僅有1個(gè)NaCl， 故 （收縮），求Cu的晶格常數(shù)，并計(jì)算1mm3Cu的原子數(shù)。解答：D（）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0.74。. 例5. 已知Al相對(duì)原子質(zhì)量Ar（Al）=26.9

35、7，原子半徑=0.143nm，求Al晶體的密度。解答 例6. bcc鐵的單位晶胞體積，在91233。當(dāng)鐵由bcc轉(zhuǎn)變?yōu)閒cc時(shí)，其密度改變的百分比為多少？解答 . 例7. （1）計(jì)算fcc結(jié)構(gòu)的（111）面的面間距（用點(diǎn)陣常數(shù)表示）；（2）以幾何關(guān)系上驗(yàn)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(cè)得此晶體的（111）面間距為0.21nm，已知bcc鐵的a=0.286nm，fcc鐵的a=0.363nm，試問(wèn)此晶體屬何結(jié)構(gòu)？ 解答 由立方晶系的面間距公式 （2） 先在一單位晶胞中作出垂直于（01）面的兩個(gè)（111）面，如圖所以，

36、兩個(gè)（111）面與（01）的交線如圖2所示。 交線長(zhǎng)度 ，由相似三角形 可知： （3）bcc鐵，fcc鐵，故，待定結(jié)構(gòu)為fcc . 例8. 在面心立方晶胞中畫出012和13晶向。在面心立方晶胞中畫出（012）和（13）晶面。解答：略例9. 設(shè)晶面（152）和（034）屬六方晶系的正交坐標(biāo)表述，試給出其四軸坐標(biāo)的表示。反之，求（）及（22）的正交坐標(biāo)的表示。解答 （參考P2122）（152） （034） （23） （23）（22） （22）（練習(xí)），上題中均改為相應(yīng)晶向指數(shù)，求相互轉(zhuǎn)換后結(jié)果。解答：152 034 22例10、在一個(gè)立方晶胞中確定6個(gè)表面面心位置的坐標(biāo)，6個(gè)面心構(gòu)成一個(gè)正八面體，

37、指出這個(gè)八面體各個(gè)表面的晶面指數(shù)，各個(gè)棱邊和對(duì)角線的晶向指數(shù)。（劉P511）解答： 面 棱 對(duì)角線 100 010 001Al、-Fe和Mg三種金屬晶體結(jié)構(gòu)的主要特征（每條1分，共5分）；金屬晶體結(jié)構(gòu)原子半徑晶胞內(nèi)原子個(gè)數(shù)配位數(shù)致密度-FeBCCR=280.68ZnHCPR=a/26120.74CuFCCR=4120.74Al塑性最好（滑移系12，方向3），-Fe次之（滑移系12，方向2）, Mg最差（滑移系3，方向3）（2分）第三章例題與思考題例題1.空位隨溫度升高而增加，在20和1020之間，由于熱膨脹bcc鐵的晶格常數(shù)增加0.51%，而密度減少2.0%，假設(shè)在20時(shí)，此金屬中每1000個(gè)

38、單位晶胞中有1個(gè)空位，試估計(jì)在1020時(shí)每1000個(gè)單位晶胞中有多少個(gè)空位？例題解答：T=20, 晶格常數(shù)為a，密度為,則在T=1020時(shí)，晶格常數(shù)為，密度為。設(shè)在1020時(shí)原子數(shù)為x， bcc鐵單位晶胞中有2個(gè)原子，假設(shè)晶格不變，則：此時(shí)每1000個(gè)單位晶胞中有2000-1989=11個(gè)空位。例題2.在500（773K）所做擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)指出，在1010個(gè)原子中有一個(gè)原子具有足夠的激活能可以跳出其平衡位置而進(jìn)入間隙位置，在600時(shí)，此比例會(huì)增加到109，問(wèn)：（1）此跳躍所需要的激活能？（2）在700（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)，得聯(lián)立，解得（2）注意：T的單位

39、3.在金屬中形成一個(gè)空位所需要的激活能為（或0.3210-18J）。在800時(shí)，1104個(gè)原子中有一個(gè)空位，問(wèn)在何種溫度下，1000個(gè)原子中含有1個(gè)空位？例題解答：據(jù)，（式）得 T=800=1073K 則：故4. Cu晶體空位形成能 Ev=1.4410-19J/atom，材料常數(shù)A=1，k=1.3810-23J/k，計(jì)算：（1）在500下，每立方米Cu中的空位數(shù)目；（2）500下的平衡空位濃度。（Ar(Cu)）=63.54g/mol, 500時(shí)=8.96106g/m3 ) 例題解答：先確定1m3體積內(nèi)Cu原子個(gè)數(shù)(1) 設(shè)空位數(shù)為nv 根據(jù)式(2) 即500，每106個(gè)原子中才有個(gè)空位。5.

40、在圖1.a)中的陰影面為晶體的滑移面，該晶體的ABCD表面有一圓形標(biāo)記，它與滑移面相交，標(biāo)記左側(cè)有一根位錯(cuò)線，試問(wèn)當(dāng)刃、螺位錯(cuò)線從晶體的左側(cè)滑移至右側(cè)時(shí)，表面的標(biāo)記發(fā)生什么變化？并指出刃、螺位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力方向。例題解答：根據(jù)位錯(cuò)的滑移原理，位錯(cuò)滑移掃過(guò)的區(qū)域內(nèi)晶體的上、下方相對(duì)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(cuò)的柏氏矢量垂直于位錯(cuò)線。當(dāng)刃型位錯(cuò)線從晶體中表面圓形標(biāo)記的左側(cè)滑移至右側(cè)時(shí)，圓形標(biāo)記相對(duì)于滑移面沿垂直于位錯(cuò)線方向錯(cuò)開(kāi)了一個(gè)原子間距，即b的模，其外形變化如下圖b)。刃位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力方向垂直于位錯(cuò)線。螺型位錯(cuò)的柏氏矢量平行于位錯(cuò)線。當(dāng)螺型位錯(cuò)線從晶體中

41、表面圓形標(biāo)記的左側(cè)滑移至右側(cè)時(shí)圓形標(biāo)記沿平行于位錯(cuò)線方向錯(cuò)開(kāi)了一個(gè)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(cuò)滑移的切應(yīng)力方向平行于位錯(cuò)線。6. 已知位錯(cuò)環(huán)ABCD的柏氏矢量為，外應(yīng)力和，如下圖2所示，求：（1）位錯(cuò)環(huán)各邊是什么位錯(cuò)？（2）設(shè)想在晶體中怎樣才能得到這個(gè)位錯(cuò)？（3）在足夠大的切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？（4）在足夠大的正應(yīng)力作用下，位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？例題解答：（1）AB為右螺位錯(cuò)，CD為左螺位錯(cuò)。BC為正刃位錯(cuò)，DA為負(fù)刃位錯(cuò)（2）在一個(gè)完整的晶體中有一個(gè)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

42、對(duì)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(gè)位錯(cuò)環(huán)。（3）在足夠大的切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)環(huán)上部將不斷沿x軸方向（即b的方向）運(yùn)動(dòng)，下部將沿x軸負(fù)方向（即b的反方向）運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)必然使位錯(cuò)環(huán)各個(gè)邊向位錯(cuò)環(huán)的外側(cè)運(yùn)動(dòng)，即AB、BC、CD和DA四段位錯(cuò)分別沿Z軸、X軸、Z軸、X軸方向運(yùn)動(dòng)、使位錯(cuò)環(huán)擴(kuò)大。（4）在足夠大的正應(yīng)力作用下，AB為右螺位錯(cuò)，CD為左螺位錯(cuò)，是不動(dòng)的。位錯(cuò)環(huán)的BC、DA是刃位錯(cuò)，將發(fā)生攀移，是多于半原子面擴(kuò)大。BC為正刃位錯(cuò)，多于半原子面在滑移面上方，則位錯(cuò)BC沿Y方向運(yùn)動(dòng)；DA為負(fù)刃

43、位錯(cuò)，多于半原子面在滑移面下方，則位錯(cuò)DA沿Y方向運(yùn)動(dòng)。則位錯(cuò)環(huán)的運(yùn)動(dòng)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(cuò)和負(fù)刃位錯(cuò)，（1）圍繞兩個(gè)位錯(cuò)作柏氏回路，=？；（2）圍繞單個(gè)作柏氏回路，=？（表明方向和強(qiáng)度）例題解答：（1）0，（2）正刃：方右，強(qiáng)度a；(右手定則食指-位錯(cuò)線；中指-；拇指多余半原子面)負(fù)刃：向左，強(qiáng)度a 8. 兩個(gè)相同符合的的刃型位錯(cuò)，在同一滑移面相遇；它們會(huì)排斥還是會(huì)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(cuò)，如下圖：（1）當(dāng)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

44、子少于平衡值時(shí)，位錯(cuò)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(cuò)線通過(guò)純攀移而相互靠攏？例題解答：（1）晶體中刃型位錯(cuò)的正攀移（空位遷移到或間隙原子離開(kāi)多余半原子面下端，多余半原子面縮?。?huì)吸收空位或產(chǎn)生間隙原子，反之，負(fù)攀移（間隙原子遷移到或空位離開(kāi)多余半原子面下端，多余半原子面擴(kuò)大）會(huì)吸收間隙原子和放出空位，故（a）（d）兩種情況下位錯(cuò)易發(fā)生正攀移；(b) (c) 兩種情況下位錯(cuò)易發(fā)生負(fù)攀移（2）方形晶體受到如下圖所示的壓應(yīng)力時(shí)，會(huì)使這兩根位錯(cuò)線都發(fā)生正攀移而相互靠攏。10. 簡(jiǎn)單立方晶體中（100）面上有一位錯(cuò)，=00，/ 001，問(wèn)：（1）若在（001）面上有一個(gè)=010

45、，/ 100的位錯(cuò)與之相交割，結(jié)果如何？（2）若在（001）面上有一個(gè)=100，/ 100的位移與之相交割，結(jié)果如何？（3）交割反應(yīng)的結(jié)果對(duì)位錯(cuò)進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)有何影響？(上P15105.37)例題解答：（1）為兩相互平行的刃型位錯(cuò)的交割，請(qǐng)參考P86和圖3.18(b)（2）為兩相互垂直的刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的交割，請(qǐng)參考P86和圖（3）位錯(cuò)線產(chǎn)生的扭折繼續(xù)隨主位錯(cuò)線沿原來(lái)的滑移面運(yùn)動(dòng)，但在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于線張力的作用，扭折會(huì)變直（消失）。位錯(cuò)線產(chǎn)生的割階要繼續(xù)隨主位錯(cuò)線沿原來(lái)的滑移面運(yùn)動(dòng)，需更大的外力做功，提供割階隨位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)使之發(fā)生攀移（割階的那段位錯(cuò)的滑移面與原位錯(cuò)的滑移面不同，只能發(fā)生攀移）時(shí)所需

46、的空位或間隙原子形成能或遷移能。11. 在800時(shí)1010個(gè)原子中有1個(gè)原子具有足夠能量可在固體內(nèi)移動(dòng)；而在900時(shí)，109個(gè)原子中就有1個(gè)原子實(shí)現(xiàn)上述情況，試求其激活能（J/原子）？(劉P2013)解答：據(jù)公式，可知：12. 若將一塊鐵加熱至850，然后快冷至20，試計(jì)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P2014)解答：設(shè)850時(shí)空位濃度為C1，20時(shí)為C2據(jù)公式，可知：C1=Aexp（Q/8.311123）C2=Aexp（Q/8.31293）Q =1.046105J/mol C2/ C1 =1.061014或【設(shè)850時(shí)空位濃度為C1，

47、20時(shí)為C2則13、試說(shuō)明滑移，攀移及交滑移的條件，過(guò)程和結(jié)果，并闡述如何確定位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)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(tái)階攀移：純?nèi)形诲e(cuò)、正應(yīng)力、熱激活原子擴(kuò)散；多余半原子面的擴(kuò)大與縮小交滑移：純螺位錯(cuò)、相交位錯(cuò)線的多個(gè)滑移面；位錯(cuò)增殖位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)的方向，外力方向與一致時(shí)從已滑移區(qū)未滑移區(qū)。相反，從未滑移區(qū)已滑移區(qū)。14. 畫一方形位錯(cuò)環(huán)，并在這個(gè)平面上畫出柏氏矢量（沿對(duì)角線方向）及位錯(cuò)線方向（順時(shí)針），據(jù)此指出位錯(cuò)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(cuò)?；茣r(shí)，位錯(cuò)環(huán)擴(kuò)大，形成臺(tái)階15. 簡(jiǎn)單立方晶體中（100）面上有一位錯(cuò)，=00，/ 0

48、01，問(wèn)：若在（001）面上有一個(gè)=100，/ 100的位錯(cuò)與之相割，則會(huì)發(fā)生什么結(jié)果？此結(jié)果對(duì)位錯(cuò)進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)有何影響？(上P15105.37)解答：參考教材和例題16、判斷下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行：（1）（2）（3）（4） (劉P2119)【參考P101位錯(cuò)反應(yīng)的兩個(gè)條件】解答：根據(jù)位錯(cuò)反應(yīng)的兩個(gè)條件。 (1) 能（2）、（3）、（4）均不能。17. 金屬晶體中位錯(cuò)有哪幾種類型？如何用柏氏矢量來(lái)判斷位錯(cuò)類型？類型：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)判斷：可以根椐柏氏矢量與位錯(cuò)線的關(guān)系來(lái)判定位錯(cuò)類型，當(dāng)位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直時(shí)位錯(cuò)為刃型位錯(cuò)，當(dāng)位錯(cuò)線與柏氏矢量平行時(shí)位錯(cuò)為螺型位錯(cuò)，當(dāng)位錯(cuò)線與柏氏矢量既不平行也不垂直

49、時(shí)位錯(cuò)為混合位錯(cuò)。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0.1mm的鐵膜隔開(kāi)，通過(guò)向管子一端向管內(nèi)輸入氮?dú)?，以保持膜片一?cè)氮?dú)鉂舛葹?200mol/m3，而另一側(cè)的氮?dú)鉂舛葹?00mol/m3。如在70010-4mol/s，求此時(shí)氮?dú)庠阼F中的擴(kuò)散系數(shù)。例題解答：通過(guò)管道中鐵膜的氮?dú)馔繛?膜片兩側(cè)氮濃度梯度為：據(jù)Ficks First Law： 例2. 課本P124，例題例3. Cu-Al組成的互擴(kuò)散偶發(fā)生擴(kuò)散時(shí)，標(biāo)志面會(huì)向哪個(gè)方向移動(dòng)？ 例題解答：TAl（熔點(diǎn)）0的全部時(shí)間，滲碳?xì)夥毡３直砻娉煞譃?%，假設(shè)10-5exp(-140000/ RT) (m2/s),

50、（1）計(jì)算滲碳時(shí)間；（2）若將滲層加深一倍，則需多長(zhǎng)時(shí)間？（3）若規(guī)定0.3%C作為滲碳層厚工的量度，則在930滲碳10小時(shí)的滲層厚度為870滲碳10小時(shí)的多少倍？ （上P47-9）解答：(1) (2) 由（3）)例7. 含0.85%C的普碳鋼加熱到900在空氣中保溫1小時(shí)后外層碳濃度降到零。假如要求零件外層的碳濃度為0.8%，表面應(yīng)車削去多少深度？ 10-7cm2/s，參考課本P124，公式（4.9） （上P47-10）解答：表面脫碳后： 例8. 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(xì)的晶粒，并能延長(zhǎng)爐子的壽命。某人設(shè)想將滲碳溫度從1000降低到900，而將滲碳時(shí)間延長(zhǎng)10%，

51、即獲得同樣結(jié)果。試分析這種設(shè)想是否正確。（已知C在中的Q=140kJ/mol）。（上P47-11）解答：當(dāng)，則有 即 t21 故設(shè)想不正確，應(yīng)延長(zhǎng)3倍以上。9. 固態(tài)金屬擴(kuò)散的條件及影響擴(kuò)散的因素有哪些？解答要點(diǎn)：（略）條件：溫度足夠高；時(shí)間足夠長(zhǎng)；擴(kuò)散原子要固溶；擴(kuò)散要有驅(qū)動(dòng)力；影響因素：溫度；固溶體類型；晶體結(jié)構(gòu)；晶體缺陷；化學(xué)成分；應(yīng)力等。第5章例題解答1. 金屬中常見(jiàn)的細(xì)化晶粒的措施有哪些？為什么常溫下金屬材料為什么晶粒越細(xì)小，不僅強(qiáng)度越高，而且塑性和韌性也越好例題解答：細(xì)化晶粒方法：（1）鑄態(tài)使用的合金：合理控制冶鑄工藝，如增大過(guò)冷度、加入變質(zhì)劑、進(jìn)行攪拌和振動(dòng)等。（2）對(duì)熱軋或冷變

52、形后退火態(tài)使用的合金：控制變形度、再結(jié)晶退火溫度和時(shí)間。（3）對(duì)熱處理強(qiáng)化態(tài)使用的合金：控制加熱和冷卻工藝參數(shù)利用相變重結(jié)晶來(lái)細(xì)化晶粒。常溫下金屬材料的晶粒越細(xì)，不僅強(qiáng)度、硬度越高，而且塑性、韌性也越好。原因是：材料在外力作用下發(fā)生塑性變形時(shí)，通常晶粒中心區(qū)域變形量較大，晶界及其附近區(qū)域變形量較小。因此在相同外力作用下，（1）大晶粒的位錯(cuò)塞積所造成的應(yīng)力集中促使相鄰的晶粒發(fā)生塑性變形的機(jī)會(huì)比小晶粒大得多，小晶粒的應(yīng)力集中小，則需要在較大的外加應(yīng)力下才能使相鄰的晶粒發(fā)生塑性變形；（2）細(xì)小晶粒的晶粒內(nèi)部和晶界附近的變形量較小，且變形均勻，相對(duì)來(lái)說(shuō)，因應(yīng)力集中引起開(kāi)裂的機(jī)會(huì)少，著使得在斷裂之前承受

53、較大的變形量，表現(xiàn)為有較高的塑性。2將經(jīng)過(guò)大量冷塑性變形（70%以上）的純金屬長(zhǎng)棒一端浸入冷水中，另一端加熱至接近熔點(diǎn)的高溫（如），過(guò)程持續(xù)一小時(shí)，然后完全冷卻，作出沿棒長(zhǎng)度的硬度分布曲線（示意圖），并作簡(jiǎn)要說(shuō)明。如果此金屬為純鐵時(shí)，又會(huì)有何情況出現(xiàn)？例題解答：（I） TT再，回復(fù)，硬度略下降（II）再結(jié)晶硬度下降較大（III）晶粒長(zhǎng)大進(jìn)一步下降沿棒長(zhǎng)度的硬度分布曲線示意如圖。在整個(gè)棒的長(zhǎng)度上，由于溫度不同，經(jīng)歷了回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)過(guò)程。（I） TT再，僅發(fā)生回復(fù)，硬度略下降；（II）發(fā)生再結(jié)晶，硬度下降較大，且隨溫度的升高，同樣1小時(shí)完成再結(jié)晶的體積百分?jǐn)?shù)增大，硬度隨之降低；（III

54、）晶粒長(zhǎng)大，晶界對(duì)位錯(cuò)的阻礙較小，故硬度進(jìn)一步下降。若純金屬為純鐵，因純鐵有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，在上述情況下，由于到達(dá)一定溫度會(huì)發(fā)生重結(jié)晶而使晶粒細(xì)化，故在第（III）區(qū)域后會(huì)有硬度回升的第（IV）區(qū)。3材料的強(qiáng)化方法有哪些？分析他們的本質(zhì)上的異同點(diǎn)材料常用的強(qiáng)化方式：固溶強(qiáng)化、沉淀（析出）強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、形變強(qiáng)化、相變強(qiáng)化。(1)固溶強(qiáng)化是由于溶質(zhì)原子造成了點(diǎn)陣畸變，其應(yīng)力場(chǎng)將與位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生彈性交互作用、化學(xué)交互作用和靜電交互作用，并阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。是通過(guò)合金化對(duì)材料進(jìn)行的最基本的強(qiáng)化方法。（2）沉淀（析出）強(qiáng)化是通過(guò)過(guò)飽和固溶體的時(shí)效處理而沉淀析出細(xì)小彌散、均勻分布的第二相微粒，第二相與位錯(cuò)相互作用；（3）彌散強(qiáng)化是通過(guò)粉末冶金方法加入細(xì)小彌散、均勻分布的硬質(zhì)第