中南大學(xué) 材料科學(xué)基礎(chǔ) 課后習(xí)題VIP

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，原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是；bcc結(jié)構(gòu)的密排方向是，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. 純鐵冷卻時在912e發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變是從結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)，配位數(shù)，致密度降低，晶體體積

2、，原子半徑發(fā)生。4. 在面心立方晶胞中畫出晶面和晶向，指出110中位于（111）平面上的方向。在hcp晶胞的（0001）面上標(biāo)出晶面和晶向。5. 求和兩晶向所決定的晶面。6 在鉛的（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=0.175×10-6mm。第二章 合金相結(jié)構(gòu)一、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，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）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）

3、無序固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w時，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，間隙化合物是。二、 問答 1、分析氫，氮，碳，硼在a-Fe 和g-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，a-Fe：0.124nm，g-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，需要起伏和起伏。2 液態(tài)金屬均質(zhì)形核時，體系自由能的變化包括兩部分，其中自由能是形核的阻力，是形核的動力；臨界晶核半徑rK與

4、過冷度vT關(guān)系為，臨界形核功vGK等于。3 動態(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。二、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，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vHm=1628J/cm2，s=177×107J/cm，點(diǎn)陣常數(shù)a=0.3615nm。求銅vT=100e時均勻形核的臨界核心半徑。5：何謂過冷，過冷度，動態(tài)過冷度，它們對結(jié)晶過程有何影響？6 根據(jù)冷卻速度對金

5、屬凝固后組織的影響，現(xiàn)要獲得微晶，非晶，亞穩(wěn)相，請指出其凝固時如何控制。7、簡述純金屬凝固時潤濕角、雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)對異質(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，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，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。5 液態(tài)金屬凝固時，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（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

6、過共晶合金，快冷時可能得到全部共晶組織，這稱為。7 固溶體合金凝固時，溶質(zhì)分布的有效分配系數(shù)ke=，當(dāng)凝固速率很大時ke趨于。8. 在二元相圖中，L1a+L2叫反應(yīng)，bL+a稱為轉(zhuǎn)變，而反應(yīng)aab稱為反應(yīng)，a+b®g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，其晶體結(jié)構(gòu)是，合金平衡結(jié)晶時，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

7、是，變態(tài)萊氏體的相組成物是，F(xiàn)e3CI是從中析出的，F(xiàn)e3CII是從中析出的，F(xiàn)e3CIII是從中析出的，它們的含碳量為，F(xiàn)e3C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)的合金在平衡冷卻時的相變過程，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的組織為a（Al）初晶+(

8、a+b)共晶，其中a初晶占80%，則此合金中Ni組元的含量是多少？7） 繪出1500e時Al-Ni合金系的自由能成分曲線示意圖。2 根據(jù)Cu-Sn相圖（圖4-2），Cu為fcc結(jié)構(gòu)?；卮鹣铝袉栴}： 1）a相為何種晶體結(jié)構(gòu)？2）計(jì)算212時Cu-90%Sn合金在TE溫度時（共晶反應(yīng)前）的平衡分配系數(shù)。3）Cu-13.47%Sn合金在正常條件下凝固后，a相的晶界上出現(xiàn)少量b相，其原因何在？如何消除b相？4）分析Cu-70%Sn合金平衡凝固過程，并計(jì)算共晶反應(yīng)剛完畢時相組成物和組織組成物的相對含量。5）畫出Cu-Sn系合金在450時各相自由能-成分曲線示意圖。3 如圖4-3為Mg-Y相圖1）填相區(qū)組

9、成，寫出相圖上等溫反應(yīng)及Y=5%wt時的合金K在室溫時的平衡組織。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；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

10、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）含碳量溫度顯微組織溫度顯微組織0.4770停留一段時間P+F 900A+F 0.77680P 剛達(dá)到770A 1.0700P+Fe3C剛達(dá)到770A+Fe3C8) 畫出1200時各相的自由能-成分曲線示意圖。圖4-5 圖4-66：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含量。2）試分析不同冷卻速度對下圖中合金凝固后顯微組織的影響。3）合金在工業(yè)條件

11、冷凝后如對合金進(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，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的相組成物為b和(Bi)，其中b相占80%，則X合金中Bi組元的含量是多少？3） 設(shè)Y合金平衡凝固完畢時的組織為(Bi)初晶+b+（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圖81 根據(jù)FeCSi的3.5%Si變溫截面

12、圖（51），寫出含0.8%C的Fe-C-Si三元合金在平衡冷卻時的相變過程和1100時的平衡組織。2 圖52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-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，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。3 如圖53是A-B-C三元系合金凝固時各相區(qū)，界面的投影圖，A、B、C分別形成固溶體、。 1）寫出，和單變量線的三相平衡反應(yīng)式。 2）

13、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。4 圖54為Fe-W-C三元系的液相面投影圖。寫出e11085，P11335，P21380單變量線的三相平衡反應(yīng)和1700，1200，1085的四相平衡反應(yīng)式。I，II，III三個合金結(jié)晶過程及室溫組織，選擇一個合金成分其組織只有三元共晶。5 如圖55為Fe-Cr-C系含13%Cr的變溫截面）大致估計(jì)2Cr13不銹鋼的淬火加熱溫度（不銹鋼含碳量., 含Cr量13）指出Cr13模具鋼平衡凝固時的凝固過程和室溫下的平衡組織（Cr13鋼含碳量2%）寫出（）區(qū)的三相反應(yīng)及e時的四相平衡反應(yīng)式。6 如圖56所示，固態(tài)有限溶解的三元共晶相

14、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。寫出這個三元相圖中四相反應(yīng)式。圖57 7 分析如圖57所示的三元相圖，該合金中E點(diǎn)成分為27Pb18Sn55Bi，相成分取100Bi。1）指出這個三元系的初晶面，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）要配制一個初晶為，具有三元共晶而無二元共晶且/三元共晶=0.5的合金，計(jì)算該合金的成分。第六章空位與位錯一、名詞解釋空位平衡濃度，位錯，柏氏回路，P-N力，擴(kuò)展位錯，堆垛層錯，弗蘭克-瑞德位錯源，奧羅萬機(jī)制，科垂耳氣團(tuán)，面角位錯，鈴木氣團(tuán)，多邊形化二、問答1 fcc晶體中，層錯能的高低對層錯的形

15、成、擴(kuò)展位錯的寬度和擴(kuò)展位錯運(yùn)動有何影響？層錯能對金屬材料冷、熱加工行為的影響如何？2. 在鋁單晶體中（fcc結(jié)構(gòu)），1）位錯反應(yīng)®+能否進(jìn)行？寫出反應(yīng)后擴(kuò)展位錯寬度的表達(dá)式和式中各符號的含義；若反應(yīng)前的是刃位錯，則反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯能進(jìn)行何種運(yùn)動？能在哪個晶面上進(jìn)行運(yùn)動？若反應(yīng)前的是螺位錯，則反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯能進(jìn)行何種運(yùn)動？2）若（1，1，1）面上有一位錯，與面上的位錯發(fā)生反應(yīng)，如圖61。寫出位錯反應(yīng)方程式，說明新位錯的性質(zhì)，是否可動。3）寫出（111）與（111）兩個滑移面上兩全位錯所分解為肖克萊不全位錯的兩個反應(yīng)式。4）如果兩擴(kuò)展位錯運(yùn)動，當(dāng)它們在兩個滑移面交線AB相遇時，兩領(lǐng)先

16、不全位錯為和，兩領(lǐng)先位錯能否發(fā)生反應(yīng)，若能，求新位錯柏氏矢量；分析新形成位錯為何種類型位錯，能否自由滑移，對加工硬化有何作用。3 螺旋位錯的能量公式為。若金屬材料亞晶尺寸為R=10-310-4cm，r0約為10-8cm，銅的G4×106N/cm2，b2.5×108cm。（1）試估算Es（2）估算Cu中長度為1個柏氏矢量的螺型位錯割階的能量。4 平衡空位濃度與溫度有何關(guān)系？高溫淬火對低溫?cái)U(kuò)散速度有何影響？5 已知Al的空位形成能為0.76eV，問從27e升溫到627e時空位濃度增加多少倍（取系數(shù)A=1）6 在一個刃型位錯附近放置另一個與之平行同號的另一個刃型位錯，其位置如圖6

17、2所示1，2，3，問它們在滑移面上受力方向如何？123圖627、位錯對金屬材料有何影響？第七章金屬塑性變形一名詞解釋固溶強(qiáng)化，應(yīng)變時效，孿生，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，滑移和孿生有何主要區(qū)別？3 A-B二元系中，A晶體結(jié)構(gòu)是bcc，形成固溶體，B晶體結(jié)構(gòu)是fcc，形成固溶體，A與B形成h相，其晶體結(jié)構(gòu)是hcp：1）指出a，b，h三個相的常見滑移系；2）繪出它們單晶變形時應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖，試解釋典型低層錯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差別。4 簡述冷加工纖維組織、帶狀組織和變

18、形織構(gòu)的成因及對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，其力軸為001，一個滑移系的臨界分切應(yīng)力為0.79MN/m2，取向因子COSfCOSl=0.41,試問有幾個滑移系可同時產(chǎn)生滑移？開動其中一個滑移系至少要施加多大的拉應(yīng)力？9 簡要說明第二相在冷塑性變形過程中的作用。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71所示低碳鋼的三條拉伸曲線，1塑性變形；2去載后立即再行加載；3去載后時效再加載。

19、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)象對金屬變形制件表面質(zhì)量有何影響，如何改善表面質(zhì)量。圖7113 退火純Fe，其晶粒尺寸d=1/4mm時，其屈服點(diǎn)ss=100MNm-2；d=1/64mm時ss=250MNm-2。d=1/16mm時，根據(jù)霍爾配奇公式求其ss為多少？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，動態(tài)再結(jié)晶，臨界變形度，二次再結(jié)晶，退火孿晶2 問答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再結(jié)晶形核機(jī)制和再結(jié)晶晶粒尺寸的影響。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

20、，在熱應(yīng)力作用下破斷，試找出兩種延長鎢絲壽命的方法？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，取三塊試樣分別加熱到70e，150e，300e，各保溫一小時后空冷，純鋁的熔點(diǎn)為660e。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（20）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、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=（

21、）T熔，鈦熔點(diǎn)1672，883以下為hcp，883以上為bcc；鋁熔點(diǎn)為660，fcc結(jié)構(gòu)（面心立方）；鉛熔點(diǎn)為327，fcc結(jié)構(gòu)（面心立方）。8 試說明晶粒大小對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，1400時Ni通過MgO向Ta中擴(kuò)散，此時Ni在MgO中的擴(kuò)散系數(shù)為D=9×1012cm2/s，Ni的點(diǎn)陣常數(shù)為3.6×108cm。問每秒鐘通過MgO阻擋層在2×2cm2的面積上擴(kuò)散的Ni數(shù)目，并求出要擴(kuò)散走1mm厚