材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)習(xí)題

1、第一章原子排列與晶體結(jié)構(gòu)1 . fcc結(jié)構(gòu)的密排方向是 ,密排面是 ,密排面的堆垛順序是 ,致密度 為,配位數(shù)是 ，晶胞中原子數(shù)為 ,把原子視為剛性球時(shí)，原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是；bcc結(jié)構(gòu)訴:秘方向是 ,密排面是 ,致密度為,配位數(shù)是，晶胞中原子數(shù)為 ,原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是; hcp結(jié)構(gòu)的密排方向是 ,密排面是 ,密排面的堆垛順序是 , 致密度為 ,配位數(shù)是 ,晶胞中原子數(shù)為 ,原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a 的關(guān)系是。2 . Al的點(diǎn)陣常數(shù)為0.4049nm,其結(jié)構(gòu)原子體積是 ,每個(gè)晶胞中八面體間隙數(shù)為,四面體間隙數(shù)為。3 .純鐵冷卻時(shí)在912C發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變是從 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變

2、為 結(jié)構(gòu)，配位數(shù),致密度 ,晶體體積 ,原子半徑發(fā)生 。4 .在面心立方晶胞中畫出(112)晶面和112晶向，指出 110中位于(111)平面上的 方向。在hcp晶胞的(0001)面上標(biāo)出(彳2彳0)晶面和彳2彳0晶向。5 .求11 1和20彳兩晶向所決定的晶面。6 在鉛白1 (100)平面上，1mm2有多少原子？已知鉛為 fcc面心立方結(jié)構(gòu)，其原子半徑 R=0.175 M0-6mmo第二章合金相結(jié)構(gòu)1、 填空1) 隨著溶質(zhì)濃度的增大，單相固溶體合金的強(qiáng)度 ,塑性,導(dǎo)電性,形成間隙固溶體時(shí)，固溶體的點(diǎn)陣常數(shù) 。2) 影響置換固溶體溶解度大小的主要因素是(1) ; (2) ;(3) ; (4)

3、和環(huán)境因素。3) 置換式固溶體的不均勻性主要表現(xiàn)為 和。4) 按照溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑點(diǎn)陣的位置區(qū)分，固溶體可分為 和。5)無序固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w時(shí)，合金性能變化的一般規(guī)律是強(qiáng)度和硬度,塑性,導(dǎo)電性。6)間隙固溶體是 ，間隙化合物2、 問答1、分析氫，氮，碳，硼在 a-Fe和？Fe中形成固溶體的類型，進(jìn)入點(diǎn)陣中的位置和固溶 度大小。已知元素的原子半徑如下：氫：0.046nm ,氮：0.071nm,碳：0.077nm,硼：0.091nm ,ot-Fe： 0.124nm, -Fe : 0.126nm。2、簡述形成有序固溶體的必要條件。第三章純金屬的凝固1.填空1.在液態(tài)純金屬中進(jìn)行均質(zhì)形核時(shí)，需要

4、 起伏和 起伏。2液態(tài)金屬均質(zhì)形核時(shí)， 體系自由能的變化包括兩部分， 其中 自由能是形核的阻 力，是形核的動(dòng)力；臨界晶核半徑 k與過冷度AT關(guān)系為,臨界形核功 A Gk等于°3 動(dòng)態(tài)過冷度是指。4在工廠生產(chǎn)條件下，過冷度增大，則臨界晶核半徑 ,金屬結(jié)晶冷卻速度越快， N/G比值,晶粒越。5.獲得非晶合金的基本方法是 。問答1根據(jù)凝固理論，試述細(xì)化晶粒的基本途徑。2試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點(diǎn)。3簡述液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)，過冷度與臨界晶核半徑，形核功及形核率的關(guān)系。4 銅的熔點(diǎn) Tm=1356K，熔化熱 可Hm=1628J/cm 2, cr=177X 10 7j/cm ,點(diǎn)陣常數(shù)

5、a=0.3615nm。 求銅 5=100 £時(shí)均勻形核的臨界核心半徑。5:何謂過冷，過冷度，動(dòng)態(tài)過冷度，它們對(duì)結(jié)晶過程有何影響？6 根據(jù)冷卻速度對(duì)金屬凝固后組織的影響，現(xiàn)要獲得微晶，非晶，亞穩(wěn)相，請(qǐng)指出其凝固 時(shí)如何控制。7、簡述純金屬凝固時(shí)潤濕角 0、雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)對(duì)異質(zhì)形核的影響。第四章二元合金相圖與合金凝固一、填空1 .固溶體合金凝固時(shí)，除了需要結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏外，還要有 起伏。2 .按液固界面微觀結(jié)構(gòu)，界面可分為 和。3 .液態(tài)金屬凝固時(shí)，粗糙界面晶體的長大機(jī)制是 ,光滑界面晶體的長大機(jī)制是和。4在一般鑄造條件下固溶體合金容易產(chǎn)生 偏析，用 熱處理方法可以消除

6、。5液態(tài)金屬凝固時(shí)，若溫度梯度dT/dX>0 （正溫度梯度下），其固、液界面呈 狀,dT/dX<0時(shí)（負(fù)溫度梯度下），則固、液界面為 狀。6.靠近共晶點(diǎn)的亞共晶或過共晶合金，快冷時(shí)可能得到全部共晶組織，這稱為 c7固溶體合金凝固時(shí)，溶質(zhì)分布的有效分配系數(shù)ke=,當(dāng)凝固速率很大時(shí) ke趨8. 在二元相圖中，Li-O+L2叫 反應(yīng)，Pf L+u 稱為 轉(zhuǎn)變，而反應(yīng) ai_ c（2 + p稱為 反應(yīng),o+ y稱為 反應(yīng)。9 Fe-Fe3c相圖中含碳量小于 為鋼，大于 為鑄鐵；鐵碳合金室溫平衡組織均由 和 兩個(gè)基本相組成；根據(jù)溶質(zhì)原子的位置， 奧氏體其晶體結(jié)構(gòu)是,是 固溶體，鐵素體是 ,其

7、晶體結(jié)構(gòu)是 ,合金平衡結(jié)晶時(shí)，奧氏體的最大含量是 ;珠光體的含碳量是 ,它是由 和 組成的兩相混合物； 萊氏體的含碳量是 ;在常溫下，亞共析鋼的平衡組織是,過共析鋼的平衡組織是 ,亞共晶白口鑄鐵的平衡組織是,萊氏體的相組成物是 ,變態(tài)萊氏體的相組成物是 , Fe3CI是從 中析出的，F(xiàn)%Cii是從 中析出的，F(xiàn)e3Cm是從 中析出的，它們的含碳量為 , Fe3c主要性能特點(diǎn)是 , A共析反應(yīng)后的生成物稱 為。2問答1 如圖4-1所示為Ni-Al相圖1）填出相圖中各相區(qū)的平衡相；2）指出圖中的穩(wěn)定化合物和不穩(wěn)定化合物；3）寫出圖中存在的恒溫反應(yīng)，指明反應(yīng)類型；4）指出含Ni 30%（重量）的合金

8、在平衡冷卻時(shí)的相變過程，計(jì)算室溫下的相組成與組織 組成，并計(jì)算出其中組織組成物的百分?jǐn)?shù)。5）試說明含Ni89% （重量）的Ni-Al合金其平衡凝固與非平衡凝固后的顯微組織的不同。6）設(shè)X合金平衡凝固完畢時(shí)的組織為a （Al ）初晶+（u+P）共晶，其中0初晶占80%,則此合金中Ni組元的含量是多少？7）繪出1500名時(shí)Al-Ni合金系的自由能 一成分曲線示意圖。圖4-1圖4-22 根據(jù)Cu-Sn相圖（圖4-2）, Cu為fcc結(jié)構(gòu)?；卮鹣铝袉栴}：1） 口相為何種晶體結(jié)構(gòu)？2）計(jì)算212c時(shí)Cu-90%Sn合金在Te溫度時(shí)（共晶反應(yīng)前）的平衡分配系數(shù)。3） Cu-13.47%Sn合金在正常條件下

9、凝固后，a相的晶界上出現(xiàn)少量 P相，其原因何在?如何消除P相？4）分析Cu-70%Sn合金平衡凝固過程，并計(jì)算共晶反應(yīng)剛完畢時(shí)相組成物和組織組成物的相對(duì)含量。5）畫出Cu-Sn系合金在450c時(shí)各相自由能-成分曲線示意圖。圖3 如圖4-3為Mg-Y相圖1） 填相區(qū)組成，寫出相圖上等溫反應(yīng)及Y=5%wt時(shí)的合金K在室溫時(shí)的平衡組織。2） 已知Mg為hcp結(jié)構(gòu)，試計(jì)算 Mg晶胞的致密度；3） 指出提高合金K強(qiáng)度的可能方法4） 簡述圖中Y=10%wt之合金可能的強(qiáng)化方法。4試說明純Al和鋁一銅單相固溶體結(jié)晶的異同。5根據(jù)4-4的鐵碳亞穩(wěn)平衡相圖回答下列問題:1) 寫出下列Fe3Cii含量最多的合金；

10、珠光體含量最多的合金；萊氏體含量最多的合金。2) 指出此二元系中比較適合做變形合金和鑄造合金的成分范圍。3) 如何提高壓力加工合金的強(qiáng)度。4) 標(biāo)注平衡反應(yīng)的成分及溫度，寫出平衡反應(yīng)式。5) 分析Fe-1%C合金的平衡凝固過程，并計(jì)算室溫下其中相組成物和組織組成物的百分含量，6) 分析Fe-1%C合金在亞穩(wěn)冷卻轉(zhuǎn)變和淬火冷卻轉(zhuǎn)變后組織的差異。7) 根據(jù)Fe-Fe3c狀態(tài)圖確定下列三種鋼在給定溫度下的顯微組織(填入表中)圖 4-60.4770 c停留一段時(shí)間P+F900 cA+F0.77680 cP剛達(dá)到770 cA1.0700 cP+Fe3c n剛達(dá)到770 cA+FegC8)畫出1200c時(shí)

11、各相的自由能-成分曲線示意圖。6: A為金屬元素，B為非金屬元素，形成二元相圖如圖4-5:1)畫出n合金平衡冷卻曲線以及平衡結(jié)晶后組織示意圖，計(jì)算其室溫下相組成物及組織組 成物相對(duì)含量。2)試分析不同冷卻速度對(duì)下圖中I合金凝固后顯微組織的影響。3) I合金在工業(yè)條件冷凝后如對(duì)合金進(jìn)行擴(kuò)散退火，應(yīng)如何確定退火溫度。7:簡述典型金屬凝固時(shí)，固/液界面的微觀結(jié)構(gòu)，長大機(jī)制，晶體在正溫度梯度下、負(fù)溫度 梯度下成長時(shí)固/液界面的形態(tài)。8:根據(jù)Pb-Bi相圖(圖46)回答下列問題：1)把空相區(qū)填上相的名稱。2)設(shè)X合金平衡凝固完畢時(shí)的相組成物為P和(Bi)，其中P相占80%,則X合金中Bi組元的含量是多少

12、？3)設(shè)Y合金平衡凝固完畢時(shí)的組織為 (Bi)初晶+P+ (Bi)共晶，且初晶與共晶的百分含量 相等，則此合金中 Pb組元的含量是多少？4) Pb-30%Bi合金非平衡凝固后室溫下組織與平衡凝固組織有何不同。第五章 三元合金相圖1 根據(jù)Fe- C-Si的3.5%Si變溫截面圖(51),寫出含0.8%C的Fe-C-Si三元合金在平衡冷卻時(shí)的相變過程和1100c時(shí)的平衡組織。1500 *3-圖5 12 圖5 2為Cu-Zn-Al合金室溫下的等溫截面和2%Al的垂直截面圖，回答下列問題：1) 在圖中標(biāo)出 X合金(Cu-30%Zn-10%Al )的成分點(diǎn)。2) 計(jì)算Cu-20%Zn-8%Al和 Cu-

13、25%Zn-6%Al合金中室溫下各相的百分含量，其中“相成分點(diǎn)為 Cu-22.5%Zn-3.45%Al , 丫相成分點(diǎn)為 Cu-18%Zn-11.5%Al。3) 分析圖中Y合金的凝固過程。Y812162024。wt%6Cu,W1%圖5-2A、B、C分別形成固溶3如圖53是A-B-C三元系合金凝固時(shí)各相區(qū)，界面的投影圖,1）寫出PP', E1P和E2 P'單變量線的三相平衡反應(yīng)式。2）寫出圖中的四相平衡反應(yīng)式。3）說明O合金凝固平衡凝固所發(fā)生的相變。W的星分!KCG104圖5 4為Fe-W-C三元系的液相面投影圖。寫出 ei- 1085C, Pl1335C, P2-1380C 單

14、變量線的三相平衡反應(yīng)和 1700 C, 1200 C, 1085 c的四相平衡反應(yīng)式。I, II, III三個(gè)合 金結(jié)晶過程及室溫組織，選擇一個(gè)合金成分其組織只有三元共晶。5 如圖5 5為Fe-Cr-C系含13%Cr的變溫截面1 ）大致估計(jì)2Cr13不銹鋼的淬火加熱溫度（不銹鋼含碳量0. 2 % ,含Cr量13%）2）指出Cr13模具鋼平衡凝固時(shí)的凝固過程和室溫下的平衡組織（ Cr13鋼含碳量2%）3 ）寫出（1 ）區(qū)的三相反應(yīng)及7 9 5s時(shí)的四相平衡反應(yīng)式。圖5 5圖566如圖5- 6所示，固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖的濃度三角形上的投影圖，試分析IV區(qū)及VI區(qū)中合金之凝固過程。寫出這個(gè)三元

15、相圖中四相反應(yīng)式。寫!1圖5-77 分析如圖5 7所示的三元相圖，該合金中E點(diǎn)成分為27Pb18Sn55Bi, 丫相成分取100% Bi。1）指出這個(gè)三元系的初晶面，寫出四相平衡反應(yīng)式；2）分析該三元合金系中1, 2, 3, 4合金平衡結(jié)晶過程；3）要配制一個(gè)初晶為 丫，具有三元共晶而無二元共晶且丫/三元共晶=0.5的合金，計(jì)算該合金的成分。第六章空位與位錯(cuò)一、名詞解釋空位平衡濃度，位錯(cuò)，柏氏回路，P-N力，擴(kuò)展位錯(cuò)，堆垛層錯(cuò)，弗蘭克-瑞德位錯(cuò)源，奧羅萬機(jī)制，科垂耳氣團(tuán)，面角位錯(cuò)，鈴木氣團(tuán)，多邊形化二、問答1 fcc晶體中，層錯(cuò)能的高低對(duì)層錯(cuò)的形成、擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度和擴(kuò)展位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有何影響？層錯(cuò)能

16、對(duì)金屬材料冷、熱加工行為的影響如何？2 .在鋁單晶體中（fcc結(jié)構(gòu)），aa a一110 211 a1211） 位錯(cuò)反應(yīng)2 t 6+ 6能否進(jìn)行？寫出反應(yīng)后擴(kuò)展位錯(cuò)寬度的表a1 10達(dá)式和式中各符號(hào)的含義；若反應(yīng)前的2是刃位錯(cuò)，則反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯(cuò)能進(jìn)行何種a -1 10運(yùn)動(dòng)？能在哪個(gè)晶面上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)？若反應(yīng)前的2 是螺位錯(cuò)，則反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯(cuò)能進(jìn)行何種運(yùn)動(dòng)？a -ab =-101b =-0112） 若（1, 1, 1）面上有一位錯(cuò)2,與（111）面上的位錯(cuò)2 發(fā)生反應(yīng)，如圖61。寫出位錯(cuò)反應(yīng)方程式，說明新位錯(cuò)的性質(zhì)，是否可動(dòng)。3） 寫出（111）與（111）兩個(gè)滑移面上兩全位錯(cuò)所分解為肖克萊不全位

17、錯(cuò)的兩個(gè)反應(yīng)式。4） 如果兩擴(kuò)展位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它們在兩個(gè)滑移面交線AB相遇時(shí)，兩領(lǐng)先不全位錯(cuò)為a 2111 a1216 和6,兩領(lǐng)先位錯(cuò)能否發(fā)生反應(yīng)，若能，求新位錯(cuò)柏氏矢量；分析新形成位錯(cuò)為何種類型位錯(cuò)，能否自由滑移，對(duì)加工硬化有何作用。(0)Gb2REs = ln3螺旋位錯(cuò)的能量公式為4nr0。若金屬材料亞晶尺寸為R=10-310-4cm, r0約為10-8cm,銅的 G= 4X 106N/cm2, b= 2.5X10 8cmo（1）試估算Es（2）估算Cu中長度為1個(gè)柏氏矢量的螺型位錯(cuò)割階的能量。4平衡空位濃度與溫度有何關(guān)系？高溫淬火對(duì)低溫?cái)U(kuò)散速度有何影響？5已知Al的空位形成能為 0.76

18、eV,問從278升溫到627s時(shí)空位濃度增加多少倍 （取系數(shù)A=1 ）6在一個(gè)刃型位錯(cuò)附近放置另一個(gè)與之平行同號(hào)的另一個(gè)刃型位錯(cuò)，其位置如圖6-2所示1, 2, 3,問它們在滑移面上受力方向如何？7、位錯(cuò)對(duì)金屬材料有何影響?138 .面心立方晶體中，把2個(gè)平行的同號(hào)螺位錯(cuò)從100nm推近到8nm作功多少？已知a=0.3nm, G=7X 1010Pa。9 .已知BCC鐵的密度為7.87g/cm3,求一個(gè)鐵晶胞中包含的空位數(shù)為多少？每cm3中包含的空位數(shù)是多少？（鐵的點(diǎn)陣常數(shù)為2.866X 10-8cm,鐵原子的摩爾質(zhì)量為 55.847g）10計(jì)算室溫（25C）時(shí)銅的空位濃度，并求在多少溫度下銅的

19、空位濃度為室溫的1000倍？已知銅中產(chǎn)生1摩爾空位多需要的熱量是83600J。已知，F(xiàn)CC銅的點(diǎn)陣常數(shù)為 0.3615nm第七章 金屬塑性變形一 名詞解釋固溶強(qiáng)化，應(yīng)變時(shí)效，攣生，臨界分切應(yīng)力，變形織構(gòu) 二問答1單相合金的冷塑性變形與純金屬的室溫塑性變形相比，有何特點(diǎn)。2金屬晶體塑性變形時(shí)，滑移和攣生有何主要區(qū)別？3 A-B二元系中，A晶體結(jié)構(gòu)是bcc,形成a固溶體，B晶體結(jié)構(gòu)是fcc,形成3固溶體, A與B形成刈相，其晶體結(jié)構(gòu)是 hcp：1） 指出民”三個(gè)相的常見滑移系；2） 繪出它們單晶變形時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖，試解釋典型低層錯(cuò)能面心立方單晶體的加工硬化曲線，并比較與多晶體加工硬化曲線的

20、差別。4簡述冷加工纖維組織、帶狀組織和變形織構(gòu)的成因及對(duì)金屬材料性能的影響。5為什么金屬材料經(jīng)熱加工后機(jī)械性能較鑄造態(tài)好。6何為加工硬化？列出產(chǎn)生加工硬化的各種可能機(jī)制。（不必說明），加工硬化現(xiàn)象在工業(yè)上有哪些作用？7鋁單晶體拉伸時(shí)，其力軸為001, 一個(gè)滑移系的臨界分切應(yīng)力為0.79MN/m2,取向因子9簡要說明第二相在冷塑性變形過程中的作用。直鷺發(fā)/高居3 聚13<«£COS COS =0.41,試問有幾個(gè)滑移系可同時(shí)產(chǎn)生滑移？開動(dòng)其中一個(gè)滑移系至少要施加多大 的拉應(yīng)力？10討論織構(gòu)的利弊及控制方法。11敘述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。12圖

21、7 1所示低碳鋼的三條拉伸曲線，1塑性變形；2 去載后立即再 后時(shí)效再加載。試回答下列問題：1） 解釋圖示曲線2無屈服現(xiàn)象和曲線 3的屈服現(xiàn)象。2） 屈服現(xiàn)象對(duì)金屬變形制件表面質(zhì)量有何影響，如何改善表面質(zhì)量。13 退火純 Fe,其晶粒 尺寸 d=1/4mm 時(shí)，其屈服 點(diǎn) os=100MNm os=250MNm-2。d=1/16mm時(shí)，根據(jù)霍爾一配奇公式求其as為多少？應(yīng)工第八章回復(fù)與再結(jié)晶1名詞變形織構(gòu)與再結(jié)晶織構(gòu)，再結(jié)晶全圖，冷加工與熱加工，帶狀組織，加工流線，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，臨界變形度，二次再結(jié)晶，退火攣晶1再結(jié)晶與固態(tài)相變有何區(qū)別？2簡述金屬冷變形度的大小對(duì)再結(jié)晶形核機(jī)制和再結(jié)晶晶粒尺寸的

22、影響。3燈泡中W絲在高溫下工作，發(fā)生顯著晶粒長大性能變脆，在熱應(yīng)力作用下破斷， 試找出兩種延長鴇絲壽命的方法？4戶外用的架空銅導(dǎo)線（要求一定的強(qiáng)度）和戶內(nèi)電燈用花線，在加工之后可否采用相同 的最終熱處理工藝？為什么？5純鋁經(jīng)90%冷變形后，取三塊t羊分別加熱到 70s , 150s , 300名，各保溫一小時(shí)后空 冷，純鋁的熔點(diǎn)為 660力1）分析所得組織，畫出示意圖；2）說明它們強(qiáng)度、硬度的高低和塑性方面的區(qū)別并簡要說明原因。7今有工業(yè)純鈦、純鋁和純鉛鑄錠，試問如何選擇它們的軋制開坯溫度？開坯后，將它們 在室溫（20C）進(jìn)行軋制，它們的塑性誰好誰壞？為什么？它們在室溫下可否連續(xù)軋制下去？ 鈦

23、、鉛、鋁分別怎樣才能軋成很薄的帶材？已知：工業(yè)純金屬的再結(jié)晶溫度 T再=（0.3-0.4） T熔，鈦熔點(diǎn)1672 C, 883c以下為hcp, 883c以上為bcc；鋁熔點(diǎn)為 660C , fcc結(jié)構(gòu)（面心立方）；鉛熔點(diǎn)為 327 C , fcc結(jié)構(gòu)（面 心立方）。8試說明晶粒大小對(duì)金屬材料室溫及高溫力學(xué)性能的影響，在生產(chǎn)中如何控制材料的晶粒 度。9如何提高固溶體合金的強(qiáng)度10 試用位錯(cuò)理論解釋固溶強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化，以及加工硬化的原因。第九章表面與界面1名詞正吸附，晶界能，小角度晶界，晶界偏析2問答1試說明界面對(duì)復(fù)合材料結(jié)合強(qiáng)度的影響。2試述晶界的特性。3分析晶界能的變化。4 分析影響晶界遷移的因素。第十章 原子擴(kuò)散1、簡要說明影響溶質(zhì)原子在晶體中擴(kuò)散的因素。2、Ni板與Ta板中有0.05mm厚MgO板作為阻擋層，1400c時(shí)Ni卡通過MgO向Ta中擴(kuò)散， 此時(shí)Ni+在MgO中的擴(kuò)散系數(shù)為 D=9X 10T2cm2/s, Ni的點(diǎn)陣常數(shù)為3.6X 10 8cmo問每秒 鐘通過MgO阻擋層在2X 2cm2的面積上擴(kuò)散的 Ni+數(shù)目，