材料結(jié)構(gòu)與性能思考題

1、材料結(jié)構(gòu)與性能思考題第一章 金屬及合金的晶體結(jié)構(gòu)1重要名詞 晶體 非晶體 單晶體 多晶體 晶粒 晶界 各向異性 假等向性（偽各向同性） 空間點陣 陣點（結(jié)點） 晶胞 簡單晶胞（初級晶胞） 布拉菲點陣 晶系 晶面 晶面指數(shù) 晶向 晶向指數(shù) 密勒指數(shù) 晶面族 晶向族 晶帶 晶帶軸 面間距 配位數(shù) 致密度 點陣常數(shù) 面心立方（A1） 體心立方(A2) 密排六方(A3) 同素異構(gòu)現(xiàn)象 四面體間隙 八面體間隙 多晶型性(同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變) 原子半徑 合金 相 固溶體 間隙固溶體 置換固溶體 有限固溶體 無限固溶體 電子濃度 無序分布 偏聚 短程有序 短程有序參數(shù) 維伽定律 中間相 金屬間化合物 正常價化合物

2、 電子化合物(Hume-Rothery相) 間隙相 間隙化合物 拓撲密堆相(TCP相) PHACOMP方法 超結(jié)構(gòu)（有序固溶體，超點陣） 長程有序度參數(shù) 反相疇（有序疇）2試述晶體的主要特征。3畫出立方晶系中的下列晶面和晶向：(100), (111), (110), (123), (130), (121), (225), 112, 312, 。畫出六方晶系中的下列晶面：(0001), (110), (101)。4畫出立方晶系(110)面上的11方向，(112)上的11方向。在其(111)面上有幾個<110>方向？5計算面心立方、體心立方、密排六方點陣晶胞的晶胞內(nèi)原子數(shù)、致密度。其中

3、原子的配位數(shù)是多少？6面心立方和密排六方點陣的原子都是最密排的，為什么它們形成了兩種點陣？7畫圖計算面心立方和體心立方點陣的四面體、八面體間隙的半徑rB與原子半徑rA之比。8銅的面心立方點陣常數(shù)為3.608Å，計算其（122）晶面間距。9立方晶系中晶面指數(shù)和晶向指數(shù)有什么關(guān)系？10寫出立方晶系112晶面組的全部晶面和<123>晶向族的全部晶向。11已知點陣常數(shù)a=2 Å，b=6 Å, c=3 Å, 并已知晶面與三坐標(biāo)軸的截距都是6 Å，求該晶面的指數(shù)。12若g-Fe晶胞中的八面體間隙都被C原子填滿，試計算C原子的原子百分數(shù)和重量百分

4、數(shù)。另外，這樣的事情能否發(fā)生，為什么？13試畫出面心立方點陣中(001), (011) 和（111）晶面的原子排列，并標(biāo)出原子間距。14判斷下列晶向是否屬于相應(yīng)的晶面或平行于該晶面：11與(111)；110與(11)；210與(101)。15下列晶向是否是兩個晶面的交線？(1)11與(111)及(10)；(2)10與(111)及(11)；(3)01與(111)及(1)。16銀屬面心立方點陣，若其原子半徑為1.44 Å，求其晶格常數(shù)，并根據(jù)其原子量求其密度。17a-Fe® g-Fe轉(zhuǎn)變發(fā)生在910，該溫度下其點陣常數(shù)分別為2.892 Å和3.633 Å，試

5、求轉(zhuǎn)變前后的體積變化。若轉(zhuǎn)變前后原子半徑未變化，體積變化又有多大？18. Al和Ag均屬面心立方點陣，已知rAg= 1.441Å, rAl=1.428Å, 它們在固態(tài)下是否可能無限互溶，為什么？19固溶體的溶解度主要取決于哪些因素？20碳原子在g-Fe晶胞中存在于什么位置？碳原子溶入后其點陣常數(shù)如何變化？為什么？碳原子溶入a-Fe中又如何？21計算含1-wt%C的g-Fe中多少個晶胞中溶入一個碳原子？22中間相一般具有什么特點？23以黃銅為例說明什么是電子化合物及電子化合物的類型。24電子化合物為什么可以具有一定的成分范圍？ 25試述間隙固溶體、間隙相、間隙化合物的異同。2

6、6試述短程有序和長程有序的關(guān)系。 27影響有序化的因素有哪些？28有序化對合金的性能有何影響？第二章 金屬的晶體缺陷1重要名詞 晶體缺陷 點缺陷 線缺陷 面缺陷 空位 間隙原子 弗蘭克爾缺陷 肖脫基空位 點缺陷平衡濃度 點缺陷的形成能 熱力學(xué)穩(wěn)定缺陷和熱力學(xué)不穩(wěn)定缺陷 過飽和點缺陷 位錯 柏氏矢量 位錯結(jié)點 刃型位錯 螺型位錯 混合型位錯 位錯密度 滑移 攀移 守恒運動和非守恒運動 位錯應(yīng)變能 作用在位錯上的力 位錯線張力 位錯間的力 位錯增殖 全位錯 不全位錯 單位位錯 堆垛層錯 抽出型層錯 插入型層錯 堆垛層錯能 肖克萊不全位錯 弗蘭克不全位錯 位錯反應(yīng) 擴展位錯 擴展位錯寬度 弗蘭克-瑞

7、德源 交滑移 位錯的雙交滑移增殖機制 晶界 相界 小角度晶界大角度晶界 對稱傾側(cè)晶界 不對稱傾側(cè)晶界 扭轉(zhuǎn)晶界 晶界能 重合位置點陣 孿晶 孿晶界 孿晶面 共格孿晶界 非共格孿晶界 表面 表面能2. 若鋁的空位形成能為0.75eV，間隙原子的形成能為3.0eV，假定二者的振動熵相等，試分別求出500和20時二者的平衡濃度之比，并解釋其比值的變化。3. 在鐵中形成1mol空位的能量為25000卡，試計算將其從20加熱到850時空位濃度增加了多少倍？若將其淬火至室溫，這些空位會出現(xiàn)什么情況？4. 刃型位錯、螺型位錯 、混合型位錯的特點是什么？試比較刃型位錯和螺型位錯的幾何形態(tài)和運動特點。5. 如何

8、求位錯的柏氏矢量？柏氏矢量有哪些特征？6. 受力時刃型位錯、螺型位錯如何運動？試說明他們的滑移方向、位錯運動方向、柏氏矢量、變形方向的關(guān)系。什么是守恒運動和非守恒運動？7. 位錯間為何有作用力？試分析刃型位錯之間和螺型位錯之間的作用力。8. 面心立方、體心立方點陣中單位位錯的點陣矢量是什么？9. 擴展位錯寬度與那些因素有關(guān)？10. 位錯反應(yīng)的條件是什么？試舉例說明。11. 試說明面心立方點陣中不全位錯的特點。12. 試說明弗蘭克-瑞德源使位錯增殖的機理并求出該位錯源啟動的臨界切應(yīng)力。13. 什么是雙交滑移？為何刃型位錯不能發(fā)生交滑移？14. 說明亞晶界的結(jié)構(gòu)，闡述“重合位置點陣模型”，說明晶界

9、的特點。15. 如圖所示，晶體受一均勻切應(yīng)力t的作用，某滑移面上有一柏氏矢量為b的圓形位錯環(huán)，(1)分析位錯環(huán)各段位錯線的結(jié)構(gòu)類型，并說明有無可能各部分都是刃型位錯或螺型位錯？(2)求各段位錯所受的力的大小并確定其方向。(3)在t的作用下該位錯環(huán)將如何運動？運動結(jié)果如何？(4)若在t的作用下該位錯環(huán)不動，其半徑最小應(yīng)多大？16. 假設(shè)在鎂晶體中由一個位錯源放出的位錯滑移到晶體表面，使晶體表面產(chǎn)生高度為10-4cm的滑移臺階，問有多少個位錯運動到了表面？（已知b=0.32nm）17. 一個正刃型位錯和一個負刃型位錯在水平和垂直方向都離開了兩個原子間距，畫出其二維圖形，(1)圍繞此二位錯作出柏氏回

10、路，找出其柏氏矢量。(2)圍繞兩個位錯分別作柏氏回路，分別找出其柏氏矢量，二者的柏氏矢量有何關(guān)系？18. 如圖，EFGH為半原子面，則HI, IJ, JK, KE各段位錯是什么類型的位錯？19. 從結(jié)構(gòu)條件和能量條件判斷下列位錯反應(yīng)能否進行：(1)®a110(2) a100 ®(3) a100 ®(4) (5) (6) ®a11020. 試討論面心立方點陣和簡單立方點陣中位錯的異同點。21. 晶體的滑移量與位錯運動的位移量是否成正比？為什么？22. 為什么刃型位錯不能交滑移，螺型位錯不能攀移？23. 圖中的平面為晶體的滑移面，虛線為位錯線，箭頭為位錯線的

11、運動方向，陰影部分為已滑移區(qū)，(1)試分析各圖中的位錯類型；(2)在外加切應(yīng)力作用下，當(dāng)位錯線掃過該滑移面時，晶體在什么方向上產(chǎn)生多大的變形？24. 如圖，刃型位錯AB, CD長度和方向相同，柏氏矢量也相同，兩端都被釘住，(1)畫出位錯線的逐步擴展過程；(2)在兩位錯環(huán)相遇處，位錯不能擴展，可以形成一個大位錯源，圖示此過程。25. 如圖，兩同號平行的刃型位錯處于平行的滑移面上，(1)當(dāng)b2位于，不同位置時，兩個位錯的相互作用力如何？(2)在外加切應(yīng)力t作用下，b1位于哪種位置時其運動速度快些？26. 面心立方晶體中有一位錯，它的滑移造成晶體沿(11)面和10方向切變a，(1)寫出此位錯的單位位

12、錯b，并圖示之；(2)若此位錯為刃型和螺型時，繪出位錯方向；(3)若此位錯為螺型，它可在哪些晶面交滑移？27. 將一位錯彎成半徑為r的圓環(huán)，已知b=0.3nm，G=4×104MPa，r=0.6mm，試計算沿b方向需加多大的切應(yīng)力t？第三章 金屬的凝固1重要名詞 結(jié)晶 熔化潛熱 熔化熵 結(jié)構(gòu)起伏（相起伏） 準(zhǔn)晶體模型 隨機密堆模型熱分析 過冷現(xiàn)象 過冷度 形核 長大 均勻形核 非均勻形核 晶胚 晶核 臨界晶核 臨界晶核半徑 臨界形核功 能量起伏 形核率 有效形核溫度 動態(tài)過冷度 正溫度梯度 負溫度梯度 光滑界面（小平面界面） 粗糙界面（非小平面界面） 樹枝晶 非晶態(tài)金屬 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

13、2. 解釋液態(tài)金屬與固態(tài)金屬有相似的結(jié)構(gòu)。3. 解釋G-T（自由能-溫度）曲線的變化趨勢和曲線形狀。4. 說明純金屬凝固的熱力學(xué)條件5. 當(dāng)球狀晶核在液態(tài)形成時，總自由能變化DG=4pr2s+pr3DGv, 其中r為球狀晶核的半徑，s為單位晶核面積的表面能，DGv為單位體積晶核形成時放出的體積自由能。求DG達到最大時的r*和DGv*，分析他們的物理意義。6. 分析純金屬均勻形核和非均勻形核的條件，并比較他們的過冷度，說明他們形核的難易。7. 在生產(chǎn)條件下，金屬結(jié)晶形核以那種方式為主？為什么？8. 試說明形核率與過冷度的關(guān)系。9. 金屬熔化為什么不需要過熱度？10. 說明動態(tài)過冷與晶體生長的關(guān)系

14、。11. 分析界面形貌與溫度梯度的關(guān)系。12. 試說明樹枝晶的形成原理，形成條件和形成過程。13. 晶粒度對金屬的性質(zhì)有什么影響？為什么用金屬型比砂型鑄鋁件的組織細密？從中分析控制鑄件結(jié)晶后晶粒大小的因素。第四章 二元相圖和合金的凝固1重要名詞 相 自由度 化學(xué)位 液相線 固相線 杠桿法則 公切線法則 相區(qū)接觸法則 勻晶轉(zhuǎn)變 成分起伏 枝晶偏析 平衡分配系數(shù) 宏觀偏析 有效分配系數(shù) 初始過渡區(qū) 區(qū)域熔煉 成分過冷 共晶轉(zhuǎn)變 共晶體 固溶線（溶解度曲線） 初生相 次生相（二次相） 亞共晶合金 過共晶合金 相組成物 組織組成物 偽共晶 非平衡共晶組織 離異共晶 包晶轉(zhuǎn)變 包晶轉(zhuǎn)變的不完全性 非平衡

15、包晶組織 鐵素體 高溫鐵素體 奧氏體滲碳體 萊氏體 珠光體 共析轉(zhuǎn)變 工業(yè)純鐵 碳鋼 白口鑄鐵 共析鋼 亞共析鋼 過共析鋼 共晶白口鑄鐵 亞共晶白口鑄鐵 過共晶白口鑄鐵 一次滲碳體 二次滲碳體 三次滲碳體 先共析鐵素體 變態(tài)萊氏體 共晶滲碳體 共析滲碳體 縮孔 疏松 氣孔（氣泡） 織構(gòu)（擇優(yōu)取向）2. 什么是相率？其表達式是什么？3. 試說明區(qū)域熔煉提純金屬的原因，是不是所有的金屬都可以用這種方法提純？為什么？4. 用示意圖說明什么叫成分過冷。影響成分過冷的因素有哪些？5. 已知某合金在溫度T1的自由能-溫度曲線如圖，試推測該溫度下不同成分合金的相組成。6. 指出下列相圖中的錯誤，并說明原因。

16、7. Pb-Sb相圖已給出，（1）試畫圖表示含2%, 8%, 11.2%, 50%Sb的合金的冷卻過程中的組織變化，給出其冷卻曲線；（2）共晶組織中a和b各占多少？若在顯微組織中初生的a和b各占一半，合金的成分如何？8. A-B二元共晶系，A的熔點為900，B的熔點為700，共晶成分為60%B，共晶溫度為500，以A為溶劑的a固溶體最大溶解度為30%B，以B為溶劑的b固溶體最大溶解度為15%A，（1）若a和b的溶解度在溫度下降時保持不變，試畫出二元相圖；（2）含40%B的合金在液相完全混合的情況下凝固時其k0、ke各為若干？9. 不在共晶線和包晶線上的合金什么時候能夠發(fā)生共晶和包晶反應(yīng)？10.

17、 根據(jù)Fe-Fe3C相圖，畫圖表示含碳0.01%，0.2%，0.77%，1.2%，3.0%，4.3%，5.0%的鐵碳合金的凝固過程，并計算室溫下這些合金的組織組成物和相組成物的含量。11. 計算室溫下含碳5.0%的鐵碳合金中共晶滲碳體、共析滲碳體和Fe3CI、Fe3CII、Fe3CIII的含量（室溫下碳在a-Fe中的最大溶解度為0.008%）。12. 一含碳2.0%的鐵碳合金的室溫組織中發(fā)現(xiàn)了少量變態(tài)萊氏體，試分析其原因。13. 一含碳2.2%的鐵碳合金的室溫組織為珠光體和厚網(wǎng)狀滲碳體，未發(fā)現(xiàn)變態(tài)萊氏體，試分析其原因。14. Fe-Fe3C相圖的三條水平線上發(fā)生了何種反應(yīng)？試分析其異同。15.

18、 試比較：(1)ES與PQ；(2)GS與BC；(3)GP與JE三組線在含義上的異同。16. 在727上下的萊氏體有何區(qū)別？17碳鋼和白口鑄鐵的根本區(qū)別是什么？18. 隨含碳量的增加，碳鋼和白口鑄鐵的組織有何規(guī)律性變化？19. 碳鋼中的含碳量對其機械性能有何影響？這種影響與組織有何關(guān)系？20. 在Fe-Fe3C相圖上標(biāo)明各區(qū)域的組織組成。第五章 固體金屬中的擴散1重要名詞 擴散第一定律 擴散第二定律 擴散通量 擴散系數(shù) 濃度梯度 化學(xué)位梯度跳動幾率 跳動頻率 間隙擴散 置換擴散 穩(wěn)態(tài)擴散 短路擴散 上坡擴散 空位擴散 位錯擴散 晶界擴散 柯肯達爾效應(yīng) 2. 擴散系數(shù)主要受哪些因素影響？如何影響？

19、3. 什么是擴散激活能？間隙擴散和置換擴散的激活能有何不同？為什么？4. 鋼中的合金元素如何影響碳的擴散速度？為什么合金元素的擴散速度比碳??？5. 相同溫度下，碳在g-Fe中的擴散系數(shù)比在a-Fe中小，但滲碳卻在g-Fe中進行，為什么？6. 一零件用10號鋼（含碳0.1%）制成，工作表面需較高硬度，決定采用表面滲碳。已知碳在g-Fe中的D0=2.0×10-5m2s-1, 擴散激活能Q=140×103J·mol-1, (1) 在1050滲碳2.4小時，若滲碳氣氛可保證表面層碳濃度為1.0%，求滲層中碳濃度與位置的函數(shù)關(guān)系；(2)繪制從表面到1mm深度處的碳濃度變化曲

20、線，若定義含碳量0.4%以上的區(qū)域為滲碳層，求該滲碳條件下的滲碳層深度(誤差函數(shù)值可查閱胡賡祥等或劉國勛主編的金屬學(xué))；（3）若滲碳溫度在900727之間，則滲碳時間難于確定，為什么？在727以下滲碳能否達到滲碳目的？為什么？7. 鋼加熱時，若表面含碳量下降到0，則脫碳后表層碳含量分布符合下式：C=C1erf(x/2),其中C為距表層Z處的含碳量，C1為鋼的原始含碳量，求T12鋼（含碳1.2%）在1000保溫10小時后的含碳量與距離曲線。第六章 金屬及合金的塑性變形1重要名詞 彈性變形 塑性變形 工程應(yīng)力 工程應(yīng)變 屈服極限 工程屈服強度s0.2 比例極限 彈性極限 抗拉強度 頸縮 真應(yīng)力 真

21、應(yīng)變 滑移線 滑移帶 滑移面 滑移方向 滑移系 取向因子 滑移的臨界分切應(yīng)力 單滑移 多滑移 交滑移 派-納力 位錯扭折 割階 固定位錯 位錯塞積 孿生 孿晶 孿晶面 孿生方向 孿生參數(shù) 細晶強化 呂德斯帶 柯垂?fàn)枤鈭F 纖維狀組織 胞狀亞結(jié)構(gòu) 加工硬化 形變織構(gòu) 內(nèi)應(yīng)力 儲存能 固溶強化 彌散強化 奧羅萬機制 2. 試說明工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線和真應(yīng)力-應(yīng)變曲線的異同。3. 以直徑為10.0mm的退火銅棒作拉伸試驗，在試棒出現(xiàn)頸縮前測得的載荷(kg)和工程應(yīng)變(%)為：643-0.10, 832-0.20, 942-0.30, 997-0.40, 1028-0.50；(1)根據(jù)上述數(shù)據(jù)分別求出真應(yīng)

22、變，工程應(yīng)力，真應(yīng)力。(2) 對比工程應(yīng)變和真應(yīng)變，工程應(yīng)力和真應(yīng)力，說明其數(shù)值間的變化規(guī)律。4. 三種典型晶體的滑移面、滑移方向各是什么？他們各有多少獨立的滑移系？這對他們的塑性有何影響？5. 鋁（面心立方）的臨界分切應(yīng)力為0.2MPa, 拉伸軸為001，已知111晶面的法線與001的夾角為54.70，問在多大應(yīng)力下鋁單晶開始發(fā)生塑性變形？6. 對Ag單晶加一拉伸力，拉伸軸與滑移面成34角，與滑移方向成67角，測得的屈服應(yīng)力為1.35MPa, 求Ag的臨界分切應(yīng)力。7滑移為什么總伴隨著晶面轉(zhuǎn)動？轉(zhuǎn)動的結(jié)果如何？8. 從派-納力的表達式說明滑移面和滑移方向分別是最密排面和最密排方向。9. 什么

23、叫孿生變形？金屬在什么情況下發(fā)生孿生變形？它與滑移有何不同？10. 為什么金屬晶粒越細，其機械性能越好？好在哪些方面？寫出Hall-Patch關(guān)系式，說明它的意義。11. 圖中給出的是多晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(1)比較A, B, C, D點的位錯密度。(2)當(dāng)應(yīng)力超過A點時發(fā)生的是什么現(xiàn)象？(3)當(dāng)應(yīng)力從B變化到C, D時，各發(fā)生什么現(xiàn)象？(4)用位錯理論解釋上述現(xiàn)象。(5)能否用此圖確定金屬的臨界分切應(yīng)力，為什么？12. 低碳鋼拉伸試驗時經(jīng)塑性變形卸載后放置一段時間再加載，屈服現(xiàn)象又重新出現(xiàn)，而且屈服應(yīng)力提高了，解釋這一現(xiàn)象。13. 金屬經(jīng)冷加工變形后的組織結(jié)構(gòu)和性能有哪些重要變化？14. 什么叫加工硬化？其重要意義是什么？單晶體加工硬化曲線分哪幾個階段？如何解釋？15. 什么叫形變織構(gòu)？在工業(yè)上有何意義？16. 什么叫殘余應(yīng)力？分哪幾類？