材料科學(xué)基礎(chǔ)試題及答案

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)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912發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變是從 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)

2、變?yōu)?結(jié)構(gòu)，配位數(shù), 致密度降低，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(1210)晶面和彳2彳0晶向。5 .求111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，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，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 -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 ,-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，需要 起

4、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 叱與過冷度 T關(guān)系為，臨界形核功 Gk 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 Hm=1628J/cm 2, =177 X 10 7j/cm ,點(diǎn)陣常數(shù) a=0.3615nm

5、。 求銅T=100 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八雜質(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/d

6、X>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 8. 在二元相圖中， Li +L2叫 反應(yīng)， 一L+ 稱為 轉(zhuǎn)變，而反應(yīng) i 2 + 稱為 反應(yīng)， + 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

7、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)esCii是從 中析出的，F(xiàn)e3Ciii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）的合金在平衡冷卻時的相變過程，計(jì)算室溫下的相組成與組織

8、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（Al）初晶+（ + ）共晶，其中 初晶占80%,則此合金中Ni組元的含量是多少？7）繪出1500時Al-Ni合金系的自由能 一成分曲線示意圖。I H 1口11 IfMii300r圖4-12*0l Zlw y k"-仁門 rji *niJL，AUTZ'ii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）相為何種晶體結(jié)構(gòu)？2）計(jì)算212c時Cu-90%Sn合金在Te溫度時（共晶反應(yīng)前）

9、的平衡分配系數(shù)。3） Cu-13.47%Sn合金在正常條件下凝固后，相的晶界上出現(xiàn)少量 相，其原因何在?如何消除相？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450c時各相自由能-成分曲線示意圖。圖4-33 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

10、衡相圖回答下列問題：1） 寫出下列FesCu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）0.4770 c停留一段時間P+F900 cA+F0.77680 cP剛達(dá)到770 cA1.0700 cP+Fe3c

11、 n剛達(dá)到770 cA+Fe3c8)畫出1200c時各相的自由能-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 成物相對含量。2）試分析不同冷卻速度對下圖中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和（Bi）

12、，其中 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+ + （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的相變過程和1100c時的平衡組織。2 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

13、-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 , 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。YAli *1%圖5-2A、B、C分別形成固溶3如圖53是A-B-C三元系合金凝固時各相區(qū)，界面的投影圖,1）寫出PP , E1P和E2P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。圖5 3二二冷中舉U4 圖5 4為Fe-W-C三元系的液相面投影圖。寫出 ei一 1085C, P1f1335C, P2-1380C 單變量線的三相平衡反應(yīng)和

14、 1700 C, 1200 C, 1085 c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 5時的四相平衡反應(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。寫出這個三元相圖中四相反應(yīng)式。7 分

15、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

16、 .在鋁單晶體中（fcc結(jié)構(gòu)），aa aa1 10a2H a1211） 位錯反應(yīng)26+ 6能否進(jìn)行？寫出反應(yīng)后擴(kuò)展位錯寬度的表aa1 10達(dá)式和式中各符號的含義；若反應(yīng)前的2是刃位錯，則反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯能進(jìn)行何種aa1 10運(yùn)動？能在哪個晶面上進(jìn)行運(yùn)動？若反應(yīng)前的2是螺位錯，則反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯能進(jìn)行何種運(yùn)動？aab a101b 0112）若（1, 1, 1）面上有一位錯 2,與（111）面上的位錯2 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。a21 164) 如果兩擴(kuò)展位錯運(yùn)動，

17、當(dāng)它們在兩個滑移面交線AB相遇時，兩領(lǐng)先不全位錯為a 一 121若能，求新位錯柏氏矢量；分析新形成位和6,兩領(lǐng)先位錯能否發(fā)生反應(yīng),錯為何種類型位錯，能否自由滑移，對加工硬化有何作用。3Es螺旋位錯的能量公式為空nR(b)4r0。若金屬材料亞晶尺寸為R=10-310-4cm, ro約為10-8cm,銅的 G= 4X 106N/cm2, b= 2.5X10 8cm。(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？高溫淬火對低溫擴(kuò)散速度有何影響？5已知Al的空位形成能為0.76eV，問從27升溫到627時空位濃度增加多少倍(取系數(shù) A=1 )6在

18、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6-2所示1, 2, 3,問它們在滑移面上受力方向如何？7、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，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，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“固溶體，B晶體結(jié)構(gòu)是fcc,形成3固溶體, A與B形成 相，其晶體結(jié)構(gòu)是hcp：1) 指出，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

19、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COS COS =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。A手；上屈服意;d=/64mm 時竄越住,J3裝盒找屬310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)

20、生的組織性能的變化。12圖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，其屈服點(diǎn) s=100MNms=250MNm-2。d=1/16mm時，根據(jù)霍爾一配奇公式求其s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，退火攣晶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)

21、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，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 70 ,150 , 300 ,各保溫一小時后空 冷，純鋁的熔點(diǎn)為 660。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)

22、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=（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

23、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Ni卡通過MgO向Ta中擴(kuò)散， 此時Ni+在MgO中的擴(kuò)散系數(shù)為 D=9X 10-12cm2/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，并求出要擴(kuò)散走 1mm厚的Ni層 需要的時間。3、對含碳0.1%齒輪氣體滲碳強(qiáng)化，滲碳?xì)夥蘸?1.2%,在齒輪表層下 0.2cm處碳含量為 0.45%時齒輪達(dá)到最佳性能。已知鐵為FCC結(jié)構(gòu)，C在Fe中的Do=0.23,激活能 Q =32900c

24、al/mol ,誤差函數(shù)如表 10 1。1）試設(shè)計(jì)最佳滲碳工藝；2）在滲碳溫度不變，在 1000 c時滲碳，要將滲碳厚度增加1倍，即要求在其表面下0.4cm處滲碳后碳含量為 0.45%所需滲碳時間。xx表10-12而？與erf（ 2 JDT ）的對應(yīng)值xxxxxx2而？erf（ 2<dT ）2aerf（ 2而）2瓜erf（布）0.00.00000.70.67781.40.95230.10.11250.80.74211.50.96610.20.22270.90.79691.60.97630.30.32861.00.82471.70.98380.40.42841.10.88021.80.98

25、910.50.52051.20.91031.90.99280.60.60391.30.93402.00.99534 一塊厚度10毫米，含碳量0.77%的鋼在強(qiáng)脫碳?xì)夥罩屑訜岬?00C,然后緩慢冷卻，試指出試樣從表面到心部的組織分布。5 一塊用作承載重物的低碳鋼板，為提高其表面硬度采用表面滲碳，試分析：1）滲碳為什么在-Fe中進(jìn)行而不在 -Fe中進(jìn)行，即滲碳溫度選擇要高于727 ,為什么?2） 滲碳溫度高于1100會出現(xiàn)什么問題？6銅-鋅基單相固溶體進(jìn)行均勻化處理，試討論如下問題：1）在有限時間內(nèi)能否使枝晶偏析完全消失？2）將此合金均勻化退火前進(jìn)行冷加工，對均勻化過程是加速還是無影響？說明理由。

26、7原子擴(kuò)散在材料中的應(yīng)用8何謂上坡擴(kuò)散，舉兩個實(shí)例說明金屬中上坡擴(kuò)散現(xiàn)象。9、簡述固溶體合金的擴(kuò)散機(jī)制6.7.8.9.10.110 , (111), ABCABC-3 r 一 a8,2,4a r -2。0.01659nm3 ,4,8FCC , BCC ,減少解答：見圖1-1解答：設(shè)所決定的晶面為（第一章原子排列與晶體結(jié)構(gòu)2r a,0.74 , 12 , 4 ,4; 111, (110)1120, (0001), ABAB , 0.74, 12,降低，膨脹，收縮0.68hkl）,晶面指數(shù)與面上的直線 uvw之間有hu+kv+lw=0 ,故h+k-l=0,2h-l=0 。可以求得(hkl) = (

27、112)。2r a6解I答：Pb為fcc結(jié)構(gòu)，原子半徑 R與點(diǎn)陣常數(shù) a的關(guān)系為 4,故可求得 a=0.4949 10-6mm。貝U （ 100）平面的面積S= a2= 0.244926011 X0-12mm2,每個（100）面上的原子個數(shù)為2。1 n所以1 mm 解答：根據(jù)金屬結(jié)晶過程的形核和長大理論以及鑄錠的散熱過程.可以得出通常鑄上的原子個數(shù)S = 4.08M012。第三章合金相結(jié)構(gòu)一、 填空1) 3降低，變差，變大。2) (1)晶體結(jié)構(gòu);(2)元素之間電負(fù)性差；(3)電子濃度；(4)元素之間尺寸差別3) 存在溶質(zhì)原子偏聚和短程有序。4) 置換固溶體和間隙固溶體。5) 提高 ，降低 ，降

28、低 。6) 溶質(zhì)原子溶入點(diǎn)陣原子溶入溶劑點(diǎn)陣間隙中形成的固溶體，非金屬原子與金屬原子半徑的比值大于 0.59時形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物。三、 問答1、解答： -Fe為bcc結(jié)構(gòu)，致密度雖然較小，但是它的間隙數(shù)目多且分散，間隙半徑 很小，四面體間隙半徑為0.291Ra,即R= 0.0361nm,八面體間隙半徑為 0.154Ra,即R=0.0191nm。氫，氮，碳，硼由于與-Fe的尺寸差別較大，在-Fe中形成間隙固溶體，固溶度很小。-Fe的八面體間隙的110方向R=0.633 Ra,間隙元素溶入時只引起一個方向上的 點(diǎn)陣畸變，故多數(shù)處于-Fe的八面體間隙中心。B原子較大，有時以置換方式溶入-Fe。由

29、于-Fe為fcc結(jié)構(gòu)，間隙數(shù)目少，間隙半徑大，四面體間隙半徑為0.225 Ra,即R=0.028nm,八面體間隙半徑為 0.414 Ra,即R=0.0522nm。氫，氮，碳，硼在 -Fe中也是形 成間隙固溶體，其固溶度大于在 -Fe中的固溶度，氫，氮，碳，硼處于 -Fe的八面體間隙 中心。2、簡答：異類原子之間的結(jié)合力大于同類原子之間結(jié)合力；合金成分符合一定化學(xué)式；低于臨界溫度(有序化溫度)O第三章純金屬的凝固2.1.填空結(jié)構(gòu)和能量。2345.表面，體積自由能2 TmLm TGk16 ?3Tm23Lm T 2 o晶核長大時固液界面的過冷度。減少，越大，細(xì)小?？焖倮鋮s。3 U液態(tài)金屬結(jié)晶時，均勻

30、形核時臨界晶核半徑rK與過冷度T關(guān)系為322 Tm16 oTmrGk- ?Lm T ,臨界形核功Gk等于3 Lm T晶 核 長 大， 其 臨 界 形O異質(zhì)形核時固相質(zhì)點(diǎn)可作為核 功 較 小2 3cos cos3 16 ?3Tm243 - Lm T2 3 cos43cosGk,。為液相與非均二、問答1 解密凝固的基本過程為形核和長大，形核需要能量和結(jié)構(gòu)條件，形核和長大需要過冷度。細(xì)化晶粒的基本途徑可以通過加大過冷度，加入形核劑，振動或攪拌。勻形核核心的潤濕角。GaGkN Cexp()形核率與過冷度的關(guān)系為：kT kT ，其中N為形核率，C為常數(shù)，A Ga、A Gk分別表示形核時原子擴(kuò)散激活能和臨

31、界形核功。在通常工業(yè)凝固條件下形 核率隨過冷度增大而增大。4 解答：在金屬凝固時,可以近似認(rèn)為Lm= Hm,根據(jù)均勻形核時臨界晶核半徑rK與過2 Tm r 冷度T關(guān)系為Lm T，可以計(jì)算得到r=0.79X 10 7cm=0.79nmo5： 解答：過冷是指金屬結(jié)晶日實(shí)際結(jié)晶溫度Tn比理論結(jié)晶溫度 Tm低的現(xiàn)象。過冷度AT指Tm與Tn的差值。動態(tài)過冷度指晶核長大時的過冷度。金屬形核和長大都需要過冷，過冷度增大通常使形核半徑、形核功減少，形核過程容易，形核率增加，晶粒細(xì)化。7 解答：冷卻速度極大影響金屬凝固后的組織。冷卻快一般過冷度大，使形核半徑、形核功減少，形核過程容易，形核率增加，晶粒細(xì)化，冷卻

32、非?？鞎r可以得到非晶，在 一般工業(yè)條件下快速冷卻可以得到亞穩(wěn)相。7、 解答： 純金屬凝固時潤濕角。=0° ,形核功為0,固相粒子促進(jìn)形核效果最好；潤濕角。=180。，異質(zhì)形核功等于均勻形核功，固相粒子對形核無促進(jìn)作用；潤濕角0° < 0 <180° ,形核功比均勻形核的形核功小，。越小，固相粒子促進(jìn)形核效 果越好。雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)與晶核相同或相近時，促進(jìn)形核效果好，當(dāng)兩者結(jié)構(gòu)不相同時，一般對促進(jìn)形核效果差或不促進(jìn)形核。雜質(zhì)粒子的表面成凹形時，促進(jìn)形核效果好，成平面狀時次之，凸形時最差。第四章二元合金相圖與合金凝固一、填空1 .成分2 .光滑界面，粗糙

33、界面3 .垂直長大機(jī)制，二維平面長大 ，依靠晶體缺陷長大4 枝晶，均勻化退火5平直狀，樹枝。6 . _偽共晶_。koR-7 k0(1k°) e。，1 o8 . 共晶，熔晶，偏析，包析9 0.0218% , 4.3% ; P 和 Fe3c ; FCC, 間隙，間隙固溶體，BCC , 2.11% ; 0.77 ,珠光體和滲碳體；4.3% ; P+F, P+Fe3c , Ld , A+ Fe3c , P+Fe3c +Fe3Cii ,液相，A , F ,6.69 ,硬、脆，P 。2問答1解餐1)見圖中標(biāo)注。兩相區(qū)由相鄰的兩個單相區(qū)所構(gòu)成。水平線代表三相區(qū)， 見3)中的恒溫反應(yīng)式。2)穩(wěn)定化合

34、物為8、e ,不穩(wěn)定化合物為3、丫。3) 1455 C, L+ 8 e ,包晶反應(yīng)；1387 C, L - £ + Ni ,共晶反應(yīng)；1135C, L + 8 丫，包晶反應(yīng)；855C, L+ T - 3 ,包晶反應(yīng)；640C, L - Al + 3 ,共晶反應(yīng)；L丫； 855C, L+丫 3,包晶反應(yīng);4) Ni 30%(重量)的合金在平衡冷卻時的相變過程:L3; 640C, L Al + 3,共晶反應(yīng)；Al%室溫下相組成為 Al + 3 ,42 3042100%28.6%,3 =1-Al%=71.4%。%室溫下組織組成為3+(Al +3 )共晶，3 %=28.6%。300.0542

35、 0.05100% 71.4%,(Al + 3 )共晶=1-5)含Ni89% (重量)的Ni-Al合金其平衡凝固日室溫組織為Ni和Ni中析出的e ,非平衡凝固后會出現(xiàn)非平衡共晶組織，即為6) X合金平衡凝固完畢時的組織Ni和少量的1387c反應(yīng)生成的L (e+ Ni)共晶。初晶占80%,則(+ )共晶=20%,設(shè)此合金中 Ni組元的含量是80% X,0.05 X0.057)1500時Al-Ni合金系的自由能100%，可以求得 X=0.01%。一成分曲線示意圖如圖。解答:1)相晶體結(jié)構(gòu)與Cu的結(jié)構(gòu)保持一致，為fcc結(jié)構(gòu);2)3)k0共晶反應(yīng)前的平衡分配系數(shù)CSCL60.9 0.6199.3Cu-

36、13.47%Sn合金在正常條件下凝固后,由于固相平均成分線相對于固相線下移，在合相。這些少量相金凝固過程中剩余少量液相出現(xiàn)非平衡結(jié)晶，發(fā)生包晶反應(yīng)而出現(xiàn)少量 可以通過均勻化退火消除。4) Cu-70%Sn 合金平衡凝固過程為L - e , L92.4+ e 38.2一刀 59.0, L一刀，L99.3一刀 60.9+ (Sn),刀一共晶反應(yīng)剛完畢時相組成物為Y相組成物的相對含量為:+ (Sn),組織組成物為+ + (刀+Sn)100 70100% 76.7%,(Sn )100 60.91% 23.3%99 3 70%100% 76.3%,和組織組成物的相對含量: = 23.7%。+Sn)共晶

37、= 1刀99.3 60.9(刀5)合金在450c時各相自由能-成分曲線示意圖如圖所示。3解答： 1)相區(qū)填寫如圖所示。相圖中各等溫反應(yīng)如下：935 C： L+ 3 ( Y) e ； 780 C： L+ e 8 ; 776 C ： 3 ( Y) - £ + a ( Y);635 C： L+ 丫 ；557C： L (Mg) +丫。Y=5%wt時的合金K在室溫時的平衡組織為(Mg)固溶體。2)Mg為hcp結(jié)構(gòu)，因?yàn)閞= a/2, 一個hcp晶胞中有6個原子，設(shè),則致密度為3)4)V atomVcell提高合金Y=10%wt31、3(6 1a a) c220.74K強(qiáng)度的可能方法有細(xì)化晶粒，

38、加工硬化。之合金可能的強(qiáng)化方法有細(xì)化晶粒，加工硬化和固溶時效。4解答： 相同點(diǎn)：均需要形核與長大，形核要滿足一定熱力學(xué)條件，形成一定臨界晶核 半徑，即需要能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏。不同點(diǎn)：固溶體合金形核除需要能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏外， 還需要成分起伏，非平衡結(jié)晶 時產(chǎn)生偏析，一般會產(chǎn)生成分過冷， 凝固過程是在一個溫度區(qū)間進(jìn)行， 而純金屬凝固在等溫 進(jìn)行。5 解答： 1） 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 的合金成分分別為含碳量 2.11%, 0.77%, 4.3%。2）二元系中比較適合做變形合金和合金為單相固溶體，適合作為鑄造合金的成分范圍為含有較多共晶體的合金。

39、故在含碳量小于 2.11%的合金可以經(jīng)過加熱得到單相合金適合作為變形合金，含碳量大于 4.3%的合金有共晶反應(yīng)適合作為鑄造合金。3）提高壓力加工合金的強(qiáng)度的方法主要有加工硬化，合金元素固溶產(chǎn)生的固溶強(qiáng)化，細(xì)化 晶粒強(qiáng)化，熱處理強(qiáng)化，第二相強(qiáng)化，彌散質(zhì)點(diǎn)的彌散強(qiáng)化。4）平衡反應(yīng)的成分及溫度，反應(yīng)式為 1495C, L0.53+8 0.09 Ao”,包晶反應(yīng);1148C, L4.3A2.11 +Fe3C,共晶反應(yīng);727 C , Ao.77Fo.0218+Fe3C,共析反應(yīng);5）凝固過程：935 C ：室 溫 下 相L 丫，丫 一 Fe3c n , 丫 一 F+ Fe3c n ( P)組 成 為

40、F + Fe3Cn , 其F%6.63 16.63 0.0008100% 84.9%,Fe3C% 1-F%15.1%;室溫下組織組成為P%+ Fe3Cn ,其中6）亞穩(wěn)轉(zhuǎn)變后組織為 變）。6.69 16.69 0.7798.1%,Fe3Cn %= 1 P%= 1.9%。P+ Fe3Cn ,淬火冷卻后 C在Fe中形成過飽和固溶體（馬氏體相7）三種鋼在給定溫度下的顯微組織如表。8） 1200 c時各相的自由能-成分曲線示意圖如圖。6：解答： 1） n合金的平衡冷卻曲線和組織如圖；室溫下相組成物為“ +3,其中90 8090 580 50100% 11.8%,3 = 1 - a %= 88.2%,組

41、織組成為 3 + ( a + 3 )共晶,2)3)90 50100% 75%,(a + 3)共晶%= 1 3%= 25%;I合金在平衡凝固時室溫組織為“ + 3 n ,工業(yè)條件冷卻時出現(xiàn)少量非平衡共晶組 織，室溫組織為a + 3 n +少量（a + 3）共晶?？梢愿鶕?jù)相圖估計(jì)，在共晶溫度下盡可能高的溫度進(jìn)行退火。7：1）金屬固液界面的微觀結(jié)構(gòu)為粗糙界面，長大機(jī)制為垂直長大方式，在正溫度梯度下固液界面保持平直，在負(fù)溫度梯度下成長時固/液界面不穩(wěn)定，結(jié)晶后容易長成樹枝狀晶。8: 解答:1）相區(qū)填充如圖；80%100 x 100%2)設(shè)X合金中Bi組元的含量是x,依題意有100 41.8，可以解得x

42、= 53.44,即Bi組元的含量是 53.44%。100 y50% - 100%3)設(shè)Y合金中Bi組元的含量是V,依題意有共晶含量100 56.1,可以解得y= 78.15,即Pb組元的含量是 21.85%。4) Pb-30%Bi合金平衡凝固過程為 La, L+”一3, L 3, 3 Bi ,室溫下平衡組織為 3+ Bi,非平衡凝固下由于 L + a 3包晶反應(yīng)很難進(jìn)行完全， 故在3晶粒內(nèi)部會保留部分 a ,室溫下組織為3 +殘留a + Bi °第五章三元合金相圖1 解答：0.8%C的Fe-C-Si三元合金在平衡冷卻時的相變過程為L a, L a-T ,L y , 1100 時的平衡

43、組織為丫。2 解答： 1) Cu-30%Zn-10%Al合金的成分點(diǎn)見圖中 X點(diǎn)。2) Cu-20%Zn-8%Al合金，位于a + 丫兩相區(qū)邊界線上，由a + 丫兩相組成。Cu-25Zn-6Al合金位于a+丫的三相區(qū)中，由a +丫的三相區(qū)組成，可以從圖中讀出各相成分點(diǎn)：a: Cu-22.6Zn-3.45Al, 丫： Cu-18Zn-11.5Al, 3： Cu-30Zn-4Al11.5-8故 Cu-20Zn-8Al 合金中 a %= 11.5 3.45 X 100%= 43.50%r%= 1 a %= 56.5%25-20 Cu 25Zn 6Al 合金中 =30 20 x 100 % =50%a

44、%=(1-)X 43.5%=21.75%, 丫 =(1-) X 56.5%=28.25%3) Y合金凝固過程：L a , L a + 3, 3 a3 解答：1) p P ： L+ a - 3E1P ： L-3 +rE2P : L-a+T2) L+ a 3 + Y3) O 合金凝固過程：L - a ,L+ a 3 ,L+ a 3 +丫，“，3, 丫 同析。4) 解答：e1 1085C： L - Fe2c+Y； P1 - 1335C： L+a 丫 ； 丫 2 - 1380 C： L+Fe 3W2一 a1700c L + WC+W刀1200 c L+ 刀一丫 +WC1085c L 丫 + Fe3C+

45、WC5 解餐 1) 2Cr13.不銹鋼的淬火加熱在丫相區(qū)，從圖上估計(jì)為1050c 1300C；2) 2%C, 13% Cr剛的平衡凝固過程為：Ly,L丫+C1；丫一 a + C3 (P)； a 一 C3； 室溫下組織為 C1 + P。3) 1區(qū)的三相反應(yīng)是：L+ 8 丫795c的四相平衡的反應(yīng)式：丫+ C1- a + C36解答：W區(qū)合金凝固過程為:L a,La + 3, a 3互析；VI區(qū)合金凝固過程為：L a ,L a + 3, L a + 3 +丫，隨后a , 3 , 丫同析;四相反應(yīng)式為：L - a + 3 + 丫7解答：四相反應(yīng)式為 137.4C時P點(diǎn)：Lp+ a 1 3 1 + 8

46、 199.5C 時 E 點(diǎn) LE3 2+8 2 +丫三兀系初晶面有8、a、3、丫的四個初晶面；2)三元合金中合金 1的結(jié)晶過程為：L丫，L丫 + 8 + 3;合金2的結(jié)晶過程為：L8, L8+3, L丫+8 + 3;合金3的結(jié)晶過程為：La, L S+a,L+a 3+8;合金4的結(jié)晶過程為：La, L+a 3 +8。3)由題意分析可知改合金成分位于丫(Bi)與E點(diǎn)的連線上，設(shè)其 Bi含量為x,100 x故有 50%= 100-55 x 100%,故 Bi 含量為 77.5%,Pb% 18即Pb%+Sn%=22.5%。由于成分線過 Bi的頂點(diǎn)，故所求合金中 Sn% 27可求得 Pb%=9%, S

47、n=13.5%。第六章 空位與位錯一、名詞解釋空位平衡濃度：金屬晶體中，空位是熱力學(xué)穩(wěn)定的晶體缺陷， 在一定的空位下對應(yīng)一定 的空位濃度，通常用金屬晶體中空位總數(shù)與結(jié)點(diǎn)總數(shù)的比值來表示。位錯：晶體中的一種原子排列不規(guī)則的缺陷，它在某一個方向上的尺寸很大，另兩個方向上尺寸很小。柏氏回路：確定柏氏族矢量的過程中圍繞位錯線作的一個閉合回路，回路的每一步均移動一個原子間距，使起點(diǎn)與終點(diǎn)重合。P-N力：周期點(diǎn)陣中移動單個位錯時，克服位錯移動阻力所需的臨界切應(yīng)力擴(kuò)展位錯：兩個不全位錯之間夾有層錯的位錯組態(tài)堆垛層錯：密排晶體結(jié)構(gòu)中整層密排面上原子發(fā)生滑移錯排而形成的一種晶體缺陷。弗蘭克-瑞德位錯源：兩個結(jié)點(diǎn)

48、被釘扎的位錯線段在外力的作用下不斷彎曲弓出后，互相鄰近的位錯線抵消后產(chǎn)生新位錯，原被釘扎錯位線段恢復(fù)到原狀，不斷重復(fù)產(chǎn)生新位錯的，這個不斷產(chǎn)生新位錯、被釘扎的位錯線即為弗蘭克-瑞德位錯源。Orowan機(jī)制：合金相中與基體非共格的較硬第二相粒子與位錯線作用時不變形，位錯繞過粒子，在粒子周圍留下一個位錯環(huán)使材料得到強(qiáng)化的機(jī)制?？拼?fàn)枤鈭F(tuán)：圍繞刃型位錯形成的溶質(zhì)原子聚集物，通常阻礙位錯運(yùn)動，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效果。鈴木氣團(tuán)：溶質(zhì)原子在層錯區(qū)偏聚，由于形成化學(xué)交互作用使金屬強(qiáng)度升高。面角位錯：在fcc晶體中形成于兩個111面的夾角上，由三個不全位錯和兩個層錯構(gòu) 成的不能運(yùn)動的位錯組態(tài)。多邊形化：連續(xù)彎曲的單

49、晶體中由于在加熱中通過位錯的滑移和攀移運(yùn)動，形成規(guī)律的位錯壁，成為小角度傾斜晶界，單晶體因而變成多邊形的過程。二、問答1解答：層錯能高,難于形成層錯和擴(kuò)展位錯，形成的擴(kuò)展位錯寬度窄，易于發(fā)生束集，容易發(fā)生交滑移，冷變形中線性硬化階段短，甚至被掩蓋，而拋物線硬化階段開始早，熱變形中主要發(fā)生動態(tài)恢復(fù)軟化； 層錯能低則反之，易于形成層錯和擴(kuò)展位錯， 形成的擴(kuò)展位錯 寬度較寬，難于發(fā)生束集和交滑移， 冷變形中線性硬化階段明顯， 熱變形中主要發(fā)生動態(tài)再 結(jié)晶軟化。2.解答： 1）對于位錯反應(yīng)，需要同時滿足能量條件和幾何條件，反應(yīng)才能進(jìn)行。a在 2110211 121 6+一 2(6)(21212) 2中

50、，2a3(2)2(1212 gab 前一1102故反應(yīng)能進(jìn)行。1)(12)2b ,滿足能量條件；同時/、 a（1 1） 1102,滿足幾何條件，d擴(kuò)展位錯寬度G gbj錯能。若反應(yīng)前的則反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯只能在原滑移面上進(jìn)行滑移;a一1 102是刃位錯,a -a110若反應(yīng)前的2 是螺型位錯，反應(yīng)后形成的擴(kuò)展位錯可以進(jìn)行束集，與其相交面如（1彳1）面相交處束集，而后過渡到（111）面上進(jìn)行運(yùn)動，并有可能再次分解為擴(kuò)展位錯。aab - 101b - 0112）若（1, 1, 1）面上位錯 2與（111）面上的位錯2 相遇，它們之間能a a a 一101 011 110滿足能量條件和幾何條件，可以發(fā)

51、生位錯反應(yīng)，反應(yīng)式為：222,新位錯位于（001）面上，是純?nèi)行臀诲e，由于不在其滑移面111面上，為不可動位錯。3） （111）與（111）兩個滑移面上全位錯分解為肖克萊不全位錯的兩個反應(yīng)式為：（111）面上的位錯一101 21 1 112（111 ） 晶面上266a a a _a011 6121渣12a a -211a1214）如果兩擴(kuò)展位錯運(yùn)動分解后的兩個領(lǐng)先不全位錯為6 和6,兩領(lǐng)先位錯之a(chǎn)110間依據(jù)能量條件和幾何條件要求，可以判斷位錯反應(yīng)可以進(jìn)行。新位錯柏氏矢量為6新形成位錯為在（001）面上刃型位錯，牽制到其它兩個不全位錯和兩個層錯均不能運(yùn)動， 會引起冷加工中的加工硬化。3解答：1

52、）將各參數(shù)帶入公式中可以計(jì)算得到Es= 0.730.92Gb2；2 ） Cu中長度為1個柏氏矢量的螺型位錯割階的能量約為（1.7252.3） X 10 11J/cm2oC Aexp（）4解答：平衡空位濃度kT , A為材料常數(shù)，k= 1.38X 10 23 j/k, Ev為空位形成能。，即溫度越高，空位濃度越大。高溫淬火后由于高濃度空位被保留至低溫，對低 溫加熱擴(kuò)散有促進(jìn)作用。C Aexp（ EV）5 解答：平衡空位濃度kT , Al的空位形成能為 0.76eV = 0.76X （ 1.602 X10 19 J）, k= 1.38X 10 23 J/K,系數(shù) A=1。計(jì)算可得 27 （300K

53、）時空位濃度 C1 = 1.7X10 13, 627 時空位濃度為 C2 = 5.54X 10 5,故從 27 升溫到 627 時空位濃度增加C2 3.258 108C1倍。6解答：兩平行同號刃型位錯之間滑移面上的受一力:Gbb x （x2 y2）FxZ 7 /_22、22 （1 ）（x y） ,6為切彈性模量，b, b為兩刃型位錯的柏氏矢量，丫為泊松比。故位置1位錯受斥力，位置2位錯處于亞穩(wěn)平衡，偏離該位置則遠(yuǎn)離或運(yùn)動到與原點(diǎn)處位錯 垂直的地方。位置 3處第二個位錯處于與原點(diǎn)處位錯垂直的上方，處于穩(wěn)定態(tài)。7、解答：位錯是晶體中的缺陷,對材料有許多重要影響。1）對變形影響。通過位錯運(yùn)動完成塑性變形；2）對性能影響，與第二相粒子，通過切過或繞過機(jī)制強(qiáng)化材料，冷加工中位錯密度增加也 能強(qiáng)化材料，或通過形成科垂?fàn)枤鈭F(tuán)強(qiáng)化材料，以及位錯運(yùn)動中相互交截，或形成割階、面角位錯等使材料強(qiáng)化；3）對再結(jié)晶中的晶核形成機(jī)制有影響； 是優(yōu)先擴(kuò)散通道。第七章 金屬塑性變形一 名詞固溶強(qiáng)化：固溶體中的溶質(zhì)原子溶入基體金屬后使合金變形抗力提高，應(yīng)力-應(yīng)變曲線升高