材料科學(xué)基礎(chǔ)典型習(xí)題

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ) 習(xí)題課第1章1.作圖表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和-1 0 2、-2 1 1、3 4 6 等晶向xzy-102-211(123)(421)346(0-1-2)xzyxzyxzyxzyxzy3.某晶體的原子位于正方晶格的節(jié)點(diǎn)上，其晶格常數(shù)a=bc，c=2/3a。今有一晶面在X、Y、Z坐標(biāo)軸上的截距分別是5個(gè)原子間距，2個(gè)原子間距和3個(gè)原子間距，求該晶面的晶面參數(shù)。解：X、Y、Z方向的基矢量為a，b，c 則X軸的截距為5，Y軸的截距為2，Z軸截距為3，取截距的倒數(shù)，分別為 1/5，1/2，1/3化為最小簡單整數(shù)分別為6,15,10

2、故該晶面的晶面指數(shù)為（6 15 10） 4.體心立方晶格的晶格常數(shù)為a，試求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面間距，并指出面間距最大的晶面解：（1 0 0）面間距為a/2，（1 1 0）面間距為2a/2，（1 1 1）面間距為3a/6三個(gè)晶面晶面中面間距最大的晶面為（1 1 0）m=1 h+k+l=偶數(shù)m=2 h+k+l=奇數(shù)222)(lkhmadhkl(1 0 0)(1 1 0)(1 1 1)5.面心立方晶格的晶格常數(shù)為a，試求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面間距，并指出面間距最大的晶面解：（1 0 0）面間距為a/2，（1 1 0）面間距為

3、2a/4，（1 1 1）面間距為3a/3三個(gè)晶面晶面中面間距最大的晶面為（1 1 1）222)(lkhmadhklm=1 h, k, l全為奇數(shù)m=2 h, k, l不全為奇數(shù)(1 0 0)(1 1 0)(1 1 1)D C b A B15.有一正方形位錯(cuò)線，其柏式矢量如圖所示，試指出圖中各段線的性能，并指出任性位錯(cuò)額外串排原子面所在的位置。AD為正刃型位錯(cuò)；BC為負(fù)刃型位錯(cuò)；DC為右螺型位錯(cuò)；AB為左螺型位錯(cuò)；AD段額外半原子面垂直直面向里；BC段額外半原子面垂直直面向外。第3章3.有兩個(gè)形狀、尺寸均相同的Cu-Ni合金鑄件，其中一個(gè)鑄件的wNi=90%，另一個(gè)鑄件的wNi=50%，鑄后自然

4、冷卻。問凝固后哪一個(gè)鑄件的偏析嚴(yán)重？為什么？找出消除偏析的措施。答：合金在凝固過程中的偏析與溶質(zhì)原子的再分配系數(shù)有關(guān)，再分配系數(shù)為k0=C/CL。對(duì)一給定的合金系，溶質(zhì)原子再分配系數(shù)與合金的成分和原子擴(kuò)散能力有關(guān)。根據(jù)Cu-Ni合金相圖，在一定成分下凝固，合金溶質(zhì)原子再分配系數(shù)與相圖固、液相線之間的水平距成正比。當(dāng)wNi=50% 時(shí)，液相線與固相線之間的水平距離更大，固相與液相成分差異越大；同時(shí)其凝固結(jié)晶溫度比wNi=90%的結(jié)晶溫度低，原子擴(kuò)散能力降低，所以比偏析越嚴(yán)重。一般采用在低于固相線100200的溫度下，長時(shí)間保溫的均勻化退火來消除偏析。A ssessed C u-N i phase

5、 diagram. L iquidus and solidus are obtained from the experimental data of71B as, 71F ee, and 71Sch. T he low -temperature portion of the diagram is obtained fromthermodynamic modeling.6.鉍和銻在液態(tài)和固態(tài)時(shí)均能彼此無限互溶，wBi=50%的合金在520時(shí)開始凝固出成分為wSb=87%的固相。wBi=80%的合金在400時(shí)開始凝固出成分為wSb=64%的固相。根據(jù)上述條件，要求：1)繪出Bi-Sb相圖，并標(biāo)出各

6、線和各相區(qū)的名稱；2）從相圖上確定wSb=40%合金的開始結(jié)晶終了溫度，并求出它在400時(shí)的平衡相成分及其含量。解：1）相圖如圖所示； 2）從相圖讀出結(jié)晶開始溫度和結(jié)晶終了溫度分別為495，350固、液相成分wSb(L) =20%, wSb(S)=64%固、液相含量：%5 .54%10020644064LA ssessed B i-Sb phase diagram.%5 .45%100)1 (LS7.根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出概略的二元共晶相圖：組元A的熔點(diǎn)為1000，組元B的熔點(diǎn)為700；wB=25%的合金在500結(jié)晶完畢，并由73-1/3%的先共晶相與26-2/3%的(+)共晶體所組成；wB=5

7、0%的合金在500結(jié)晶完畢后，則由40%的先共晶相與60%的(+)共晶體組成，而此合金中的相總量為50%。解：3173)()(%25)()()(BBB%40)()(%50)()()(BBB%50)()(%50)(BBB%5)(B%95)(B%80)()(BT/1000700500ABL+ L+ LwB585 958.組元A的熔點(diǎn)為1000，組元B的熔點(diǎn)為700，在800時(shí)存在包晶反應(yīng)：(wB=5%)+L(wB=50%) (wB=30%)；在600時(shí)存在共晶反應(yīng)：L(wB=80%) (wB=60%)+ (wB=95%)；在400時(shí)發(fā)生共析反應(yīng)： (wB=50%) (wB=2%) + (wB=97

8、%)根據(jù)這些數(shù)據(jù)畫出相圖。LL+ + + + L+ L+ T/100080070060040025030608095975wBBA第4章1.分析wC=0.2%，wC=0.6%，wC=1.2%的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻至室溫的轉(zhuǎn)變過程，用冷卻曲線和組織示意圖說明各階段的組織，并分別計(jì)算室溫下的相組成物及組織組成物的含量。答：對(duì)wC=0.2%的合金%3 .97%1000218. 069. 62 . 069. 6)(%67. 2%100)(1 ()(3CFe相組成：組織組成：%2 .76%1000218. 077. 02 . 077. 0)(F%8 .23%100)(1 ()(FP答：對(duì)wC=0.6%

9、的合金34454534%3 .91%1000218. 069. 66 . 069. 6)(%7 . 8%100)(1 ()(3CFe相組成：組織組成：%7 .22%1000218. 077. 06 . 077. 0)(F%3 .77%100)(1 ()(FP答：對(duì)wC=1.2%的合金%3 .82%1000218. 069. 62 . 169. 6)(%7 .17%100)(1 ()(3CFe相組成：組織組成：%7 .92%10077. 069. 62 . 169. 6)(P%3 . 7%100)(1 ()(3pCFe2.分析wC=3.5%，wC=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過程，畫

10、出冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)化示意圖，并分別計(jì)算室溫下的組織組成物及相組成物答：對(duì)wC=3.5%的合金%8 .47%1000218. 069. 65 . 369. 6)(%2 .52%100)(1 ()(3CFe相組成：組織組成：%5 .36%10011. 23 . 45 . 33 . 4)(A%3 . 8%5 .3677. 069. 677. 011. 2)(3CFe%4 .63%100)(1 ()(ALd%2 .28)(%5 .36)(3CFeP答：對(duì)wC=4.7%的合金%8 .29%1000218. 069. 67 . 469. 6)(%2 .70%100)(1 ()(3CFe相組成：組織組成：%

11、7 .16%1003 . 469. 63 . 47 . 4)(3ICFe%3 .83%100)(1 ()(3ICFeLd6.利用Fe-Fe3C相圖說明鐵碳合金的成分、組織和性能之間的關(guān)系力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度、塑性和沖擊韌性隨含碳量的變化；工藝性能：切削加工性、可鍛性和鑄造性等。(P121)成分與組織：第6章1.鋅單晶體試樣截面積A=78.5mm2，經(jīng)拉伸試驗(yàn)測得的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)求出臨界分切應(yīng)力并填入上表。2)求出屈服載荷下的取向因子，作出取向因子和屈服應(yīng)力的關(guān)系曲線，說明取向因子對(duì)屈服應(yīng)力的影響。屈服載荷/N620252184148174273525角/（）8372.5624

12、8.530.517.65角/（）25.5263466374.882.5k/MPa0.8690.8670.8670.8670.8670.8690.869coscos0.1100.2700.3700.4600.3910.2500.130s/MPa7.8983.2102.3441.8852.2173.4786.688由圖可知，取向因子越大，對(duì)應(yīng)屈服應(yīng)力越小第9章9.比較珠光體、索氏體、托氏體和回火馬氏體、回火索氏體、回火托氏體的組織和性能。 珠光體是由過冷奧氏體在A1550之間直接分解而得到的鐵素體與滲碳體組成的機(jī)械混合物。隨著溫度降低，奧氏體過冷度增大，鐵素體和滲碳體形核率增大，同時(shí)鐵、碳原子擴(kuò)散

13、速率隨溫度降低而降低，從而在較低的溫度下得到的鐵素體與滲碳體片層厚度將減小。 根據(jù)片間距大小可分為珠光體、索氏體和托氏體：珠光體(P)是在A1650溫度范圍內(nèi)形成的，它的片間距大約為0.61.0um; 索氏體( S )是 在650600范圍內(nèi)形成的，其片間距約為0.250.3um; 托氏體 ( T )是 在600550范圍內(nèi)形成的，其片間距極細(xì)，約為0.10.15um。 珠光體性能主要取決于珠光體的片間距，珠光體的硬度和斷裂強(qiáng)度都隨片間距的減小而增大(相界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用)；同時(shí)，片間距越小，滲碳體片越薄，越容易隨同鐵素體一起變形而不脆斷，增大了鋼的塑性變形能力，所以塑性和韌性也越好?；鼗瘃R氏體：在350以下回火時(shí)，馬氏體分解后形成的相和彌散的-碳化物組成的復(fù)相組織。但回火馬氏體的相仍呈過飽和，只是碳的過飽和度有所降低。由于它是兩相組織，較淬火馬氏體容易腐蝕，在金相顯微鏡下呈黑色針狀組織?；鼗瘃R氏體具有高硬度，且韌性比馬氏體高?；鼗鹜惺象w：當(dāng)回火溫度升高到400時(shí)，淬火M完全分解， 相達(dá)到平衡碳濃度，但相仍保持針狀外形，碳化物全部轉(zhuǎn)變?yōu)?碳化物。這種由針狀相和與其無共格聯(lián)系的細(xì)小粒狀與片狀滲碳體組成的機(jī)械混合物稱為回火托氏體?；鼗鹜惺象w的硬度比回火馬氏體低，韌性比回