材料科學(xué)基礎(chǔ)經(jīng)典習(xí)題及答案【精選文檔】

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)經(jīng)典習(xí)題及答案【精選文檔】第一章 材料科學(xué)基礎(chǔ)1。作圖表示立方晶體的晶面及晶向.2。在六方晶體中,繪出以下常見晶向等。3.寫出立方晶體中晶面族100，110，111，112等所包括的等價(jià)晶面.4.鎂的原子堆積密度和所有hcp金屬一樣，為0.74。試求鎂單位晶胞的體積。已知Mg的密度，相對(duì)原子質(zhì)量為24。31，原子半徑r=0。161nm。5.當(dāng)CN=6時(shí)離子半徑為0。097nm，試問(wèn)：1） 當(dāng)CN=4時(shí),其半徑為多少？2） 當(dāng)CN=8時(shí)，其半徑為多少?6. 試問(wèn)：在銅（fcc，a=0。361nm）的100方向及鐵（bcc，a=0。286nm)的100&g

2、t;方向，原子的線密度為多少？7.鎳為面心立方結(jié)構(gòu)，其原子半徑為。試確定在鎳的(100），（110）及（111）平面上1中各有多少個(gè)原子。8。 石英的密度為2。65.試問(wèn)：1) 1中有多少個(gè)硅原子（與氧原子)？2) 當(dāng)硅與氧的半徑分別為0。038nm與0。114nm時(shí),其堆積密度為多少（假設(shè)原子是球形的)？9.在800時(shí)個(gè)原子中有一個(gè)原子具有足夠能量可在固體內(nèi)移動(dòng)，而在900時(shí)個(gè)原子中則只有一個(gè)原子，試求其激活能（J/原子）。10。若將一塊鐵加熱至850，然后快速冷卻到20。試計(jì)算處理前后空位數(shù)應(yīng)增加多少倍(設(shè)鐵中形成一摩爾空位所需要的能量為104600J）。11

3、.設(shè)圖118所示的立方晶體的滑移面ABCD平行于晶體的上、下底面.若該滑移面上有一正方形位錯(cuò)環(huán)，如果位錯(cuò)環(huán)的各段分別與滑移面各邊平行，其柏氏矢量bAB。1） 有人認(rèn)為“此位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)移出晶體后，滑移面上產(chǎn)生的滑移臺(tái)階應(yīng)為4個(gè)b,試問(wèn)這種看法是否正確?為什么？2）指出位錯(cuò)環(huán)上各段位錯(cuò)線的類型，并畫出位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)出晶體后，滑移方向及滑移量。12.設(shè)圖119所示立方晶體中的滑移面ABCD平行于晶體的上、下底面。晶體中有一條位錯(cuò)線段在滑移面上并平行AB，段與滑移面垂直。位錯(cuò)的柏氏矢量b與平行而與垂直。試問(wèn)：1） 欲使段位錯(cuò)在ABCD滑移面上運(yùn)動(dòng)而不動(dòng),應(yīng)對(duì)晶體施加怎樣的應(yīng)力？2）

4、0;在上述應(yīng)力作用下位錯(cuò)線如何運(yùn)動(dòng)?晶體外形如何變化？13.設(shè)面心立方晶體中的為滑移面,位錯(cuò)滑移后的滑移矢量為。1）  在晶胞中畫出柏氏矢量b的方向并計(jì)算出其大小。2) 在晶胞中畫出引起該滑移的刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的位錯(cuò)線方向,并寫出此二位錯(cuò)線的晶向指數(shù)。14.    判斷下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行。1）     2)    3）    4）     15.   

5、若面心立方晶體中有b=的單位位錯(cuò)及b=的不全位錯(cuò)，此二位錯(cuò)相遇產(chǎn)生位錯(cuò)反應(yīng)。1)   問(wèn)此反應(yīng)能否進(jìn)行？為什么？2）   寫出合成位錯(cuò)的柏氏矢量，并說(shuō)明合成位錯(cuò)的類型.16.  若已知某晶體中位錯(cuò)密度。1)  由實(shí)驗(yàn)測(cè)得F-R位錯(cuò)源的平均長(zhǎng)度為,求位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)中FR位錯(cuò)源的數(shù)目。2）   計(jì)算具有這種FR位錯(cuò)源的鎳晶體發(fā)生滑移時(shí)所需要的切應(yīng)力。已知Ni的Pa,。17.已知柏氏矢量b=0.25nm，如果對(duì)稱傾側(cè)晶界的取向差=1°及10°,求晶界上位錯(cuò)之

6、間的距離。從計(jì)算結(jié)果可得到什么結(jié)論？18.    由n個(gè)刃型位錯(cuò)組成亞晶界，其晶界取向差為0。057°。設(shè)在形成亞晶界之前位錯(cuò)間無(wú)交互作用，試問(wèn)形成亞晶界后，畸變能是原來(lái)的多少倍（設(shè)形成亞晶界后,）？19。    用位錯(cuò)理論證明小角度晶界的晶界能與位向差的關(guān)系為。式中和A為常數(shù)。20。 簡(jiǎn)單回答下列各題。1）  空間點(diǎn)陣與晶體點(diǎn)陣有何區(qū)別?2)  金屬的3種常見晶體結(jié)構(gòu)中，不能作為一種空間點(diǎn)陣的是哪種結(jié)構(gòu)？3）  原子半徑與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)

7、降低時(shí)原子半徑如何變化？4） 在晶體中插入柱狀半原子面時(shí)能否形成位錯(cuò)環(huán)？5) 計(jì)算位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受力的表達(dá)式為,其中是指什么？6) 位錯(cuò)受力后運(yùn)動(dòng)方向處處垂直于位錯(cuò)線，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是可變的，晶體作相對(duì)滑動(dòng)的方向應(yīng)是什么方向？7)位錯(cuò)線上的割階一般如何形成?8)界面能最低的界面是什么界面？9） “小角度晶界都是由刃型位錯(cuò)排成墻而構(gòu)成的”這種說(shuō)法對(duì)嗎？答案1有關(guān)晶面及晶向附圖2.1所示。2 見附圖2。2所示。3  100（100)十（010)+（001)，共3個(gè)等價(jià)面.110（110）十（）+(101）+()+（011）+（)，共6個(gè)等價(jià)面。1

8、11(111）+（）+()+（），共4個(gè)等價(jià)面。共12個(gè)等價(jià)面。4 單位晶胞的體積為VCu0。14 nm3（或1.4×10-28m3）5（1）0.088 nm；（2)0.100 nm.6Cu原子的線密度為2。77×106個(gè)原子/mm。Fe原子的線密度為3.50×106個(gè)原子/mm。71.6l×l013個(gè)原子/mm2；1。14X1013個(gè)原子/mm2;1。86×1013個(gè)原子/mm2。8（1) 5。29×1028個(gè)矽原子/m3；   （2) 0.33。99。 0。4×1018/個(gè)原子.101.06

9、×1014倍。11(1） 這種看法不正確。在位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)移出晶體后,滑移面上、下兩部分晶體相對(duì)移動(dòng)的距離是由其柏氏矢量決定的。位錯(cuò)環(huán)的柏氏矢量為b，故其相對(duì)滑移了一個(gè)b的距離。(2) A'B為右螺型位錯(cuò)，CD'為左螺型位錯(cuò)；BC為正刃型位錯(cuò)，DA為負(fù)刃型位錯(cuò).位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)移出晶體后滑移方向及滑移量如附圖2。3所示。12(。1)應(yīng)沿滑移面上、下兩部分晶體施加一切應(yīng)力0,的方向應(yīng)與de位錯(cuò)線平行。（2）在上述切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)線de將向左(或右)移動(dòng)，即沿著與位錯(cuò)線de垂直的方向(且在滑移面上）移動(dòng)。在位錯(cuò)線沿滑移面旋轉(zhuǎn)360°后，在晶體表面沿柏氏矢量方向產(chǎn)生寬度為一

10、個(gè)b的臺(tái)階。13(1)，其大小為,其方向見附圖2。4所示.（2） 位錯(cuò)線方向及指數(shù)如附圖2.4所示。14（1） 能。幾何條件：b前b后；能量條件：b前2b后2(2) 不能。能量條件：b前2b后2，兩邊能量相等。（3） 不能。幾何條件：b前a/6557，b后a/611¯1，不能滿足。(4) 不能。能量條件：b前2a2   b后2，即反應(yīng)后能量升高。15（1） 能夠進(jìn)行。因?yàn)榧葷M足幾何條件：b前b后,又滿足能量條件：b前2b后2(2） b合;該位錯(cuò)為弗蘭克不全位錯(cuò)。16(1)假設(shè)晶體中位錯(cuò)線互相纏結(jié)、互相釘扎,則可能存在的位錯(cuò)源數(shù)目個(gè)Cm3.（2） Ni1.95×10

11、7 Pa。17當(dāng)1°,D14 nm；10°，D1.4 nm時(shí)，即位錯(cuò)之間僅有56個(gè)原子間距，此時(shí)位錯(cuò)密度太大，說(shuō)明當(dāng)角較大時(shí),該模型已不適用。18畸變能是原來(lái)的0.75倍 (說(shuō)明形成亞晶界后，位錯(cuò)能量降低）. 19設(shè)小角度晶界的結(jié)構(gòu)由刃型位錯(cuò)排列而成,位錯(cuò)間距為D。晶界的能量由位錯(cuò)的能量E構(gòu)成,設(shè)l為位錯(cuò)線的長(zhǎng)度，由附圖2.5可知，由位錯(cuò)的能量計(jì)算可知，取RD (超過(guò)D的地方，應(yīng)力場(chǎng)相互抵消)，r0b和b/D代入上式可得：式中20(1)晶體點(diǎn)陣也稱晶體結(jié)構(gòu)，是指原子的具體排列；而空間點(diǎn)陣則是忽略了原子的體積，而把它們抽象為純幾何點(diǎn)。(2） 密排六方結(jié)構(gòu).（3) 原

12、子半徑發(fā)生收縮.這是因?yàn)樵右M量保持自己所占的體積不變或少變 原子所占體積VA原子的體積（4/3r3+間隙體積，當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)減小時(shí)，即發(fā)生間隙體積的增加，若要維持上述方程的平衡,則原子半徑必然發(fā)生收縮。(4） 不能。因?yàn)槲诲e(cuò)環(huán)是通過(guò)環(huán)內(nèi)晶體發(fā)生滑移、環(huán)外晶體不滑移才能形成。(5) 外力在滑移面的滑移方向上的分切應(yīng)力。（6） 始終是柏氏矢量方向。(7) 位錯(cuò)的交割。(8） 共格界面。(9) 否，扭轉(zhuǎn)晶界就由交叉的同號(hào)螺型位錯(cuò)構(gòu)成。第二章1.說(shuō)明間隙固熔體與間隙化合物有什么異同。2。有序合金的原子排列有何特點(diǎn)？這種排列和結(jié)合鍵有什么關(guān)系？為什么許多有序合金在高溫下變成無(wú)序?3。已知Cd，Z

13、n，Sn，Sb等元素在Ag中的固熔度(摩爾分?jǐn)?shù))極限分別為,，它們的原子直徑分別為0.3042nm，0.314nm，0.316nm，0.3228nm,Ag為0.2883nm。試分析其固熔度(摩爾分?jǐn)?shù)）極限差別的原因，并計(jì)算它們?cè)诠倘鄱龋柗謹(jǐn)?shù)）極限時(shí)的電子濃度。4.試分析H、N、C、B在Fe和Fe中形成固熔體的類型、存在位置和固溶度（摩爾分?jǐn)?shù))。各元素的原子半徑如下：H為0.046nm，N為0。071nm，C為0。077nm，B為0。091nm，F(xiàn)e為0。124nm， Fe為0.126 nm。5.金屬間化合物AlNi具有CsCl型結(jié)構(gòu)，其點(diǎn)陣常數(shù) a=0.2881nm,試計(jì)算其密度（Ni的相

14、對(duì)原子質(zhì)量為58.71，Al的相對(duì)原子質(zhì)量為26.98).6.ZnS的密度為4.1，試由此計(jì)算兩離子的中心距離。7。碳和氮在Fe中的最大固熔度（摩爾分?jǐn)?shù)）分別為，。已知C、N原子均位于八面體間隙，試分別計(jì)算八面體間隙被C、N原子占據(jù)的百分?jǐn)?shù)。8。為什么只有置換固熔體的兩個(gè)組元之間才能無(wú)限互溶，而間隙固熔體則不能？9。計(jì)算在NaCl內(nèi),鈉離子的中心與下列各離子中心的距離（設(shè)和的半徑分別為0。097nm和0.181nm)。1)最近鄰的正離子；2)  最近鄰的離子；3）次鄰近的離子；4）第三鄰近的離子；5)最鄰近的相同位置。10.  某固熔體中含有氧化鎂為，。1) &#

15、160;      試問(wèn)之質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？2）        假設(shè)MgO的密度為3。6，LiF的密度為2.6，那么該固溶體的密度為多少?11.  非晶形材料的理論強(qiáng)度經(jīng)計(jì)算為G/6G/4,其中G為剪切模量.若=0.25,由其彈性性質(zhì)試估計(jì)玻璃（非晶形材料）的理論強(qiáng)度（已知E=70000Mpa）.12.  一陶瓷絕緣體在燒結(jié)后含有1（以容積為準(zhǔn)）的孔，其孔長(zhǎng)為13.7mm的立方體。若在制造過(guò)程中，粉末可以被壓成含有24的孔，則模子的尺寸應(yīng)該是多少？13。&#

16、160; 一有機(jī)化合物，其成分為,，。試寫出可能的化合物名稱。14。  畫出丁醇的4種可能的異構(gòu)體。20。  試述硅酸鹽結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)和類型.21。  為什么外界溫度的急劇變化可以使許多陶瓷器件開裂或破碎？22.  陶瓷材料中主要結(jié)合鍵是什么？從結(jié)合鍵的角度解釋陶瓷材料所具有的特殊性能。答案1  其比較如附表2。1所示.附表2。1  間隙固溶體與間隙化合物的比較類    別間隙固熔體間隙化合物相 同 點(diǎn)一般都是由過(guò)渡族金屬與原子半徑較小的C，N，H，O，B等非金屬元素所組成 不同點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)屬于固

17、熔體相,保持熔劑的晶格類型屬于金屬化合物相，形成不同于其組元的新點(diǎn)陣表達(dá)式用、等表示用化學(xué)分子式MX,M2X等表示機(jī)械性能強(qiáng)度、硬度較低，塑性、韌性好高硬度、高熔點(diǎn)，甥性、韌性差2  有序固熔體，其中各組元原子分別占據(jù)各自的布拉菲點(diǎn)陣稱為分點(diǎn)陣，整個(gè)固熔體就是由各組元的分點(diǎn)陣組成的復(fù)雜點(diǎn)陣,也叫超點(diǎn)陣或超結(jié)構(gòu).這種排列和原子之間的結(jié)合能（鍵)有關(guān)。結(jié)合能愈大，原子愈不容易結(jié)合.如果異類原子間結(jié)合能小于同類原子間結(jié)合能，即EAB < (EAA十EBB）/2,則熔質(zhì)原子呈部分有序或完全有序排列。有序化的推動(dòng)力是混合能參量（mAB1/2（EAA+EBB)m < 0,而有序化的阻

18、力則是組態(tài)熵；升溫使后者對(duì)于自由能的貢獻(xiàn)(TS)增加，達(dá)到某個(gè)臨界溫度以后，則紊亂無(wú)序的固熔體更為穩(wěn)定,有序固熔體消失，而變成無(wú)序固熔體。3在原子尺寸因素相近的情況下，上述元素在Ag中的固熔度（摩爾分?jǐn)?shù))受原子價(jià)因素的影響，即價(jià)電子濃度e/a是決定固熔度（摩爾分?jǐn)?shù)）的一個(gè)重要因素。它們的原子價(jià)分別為2，3，4，5價(jià)，Ag為1價(jià)，相應(yīng)的極限固熔度時(shí)的電子濃度可用公式cZA（1一xB)ZBxB計(jì)算。式中，ZA，ZB分別為A，B組元的價(jià)電子數(shù)；xB為B組元的摩爾分?jǐn)?shù)。上述元素在固溶度(摩爾分?jǐn)?shù))極限時(shí)的電子濃度分別為1。43，1.42，1.39，1。31.4-Fe為體心立方點(diǎn)陣，致密度雖然較小,但是

19、它的間隙數(shù)目多且分散，因而間隙半徑很?。簉四=0.291,R0。0361nm；r八0。154，R0.0191nm。H，N，C，B等元素熔人。-Fe中形成間隙固熔體，由于尺寸因素相差很大,所以固熔度（摩爾分?jǐn)?shù)）都很小.例如N在-Fe中的固熔度（摩爾分?jǐn)?shù)）在590時(shí)達(dá)到最大值，約為WN0。1/l02，在室溫時(shí)降至WN0.001/l02;C在-Fe中的固溶度（摩爾分?jǐn)?shù)）在727時(shí)達(dá)最大值，僅為WC0。02l8/10-2，在室溫時(shí)降至WC0.006/102.所以，可以認(rèn)為碳原子在室溫幾乎不熔于-Fe中,微量碳原子僅偏聚在位錯(cuò)等晶體缺陷附近。假若碳原子熔入。Fe中時(shí)，它的位置多在Fe的八面體間隙中心，因

20、為。Fe中的八面體間隙是不對(duì)稱的，形為扁八面體，100方向上間隙半徑r0。154R，而在110方向上，r0.633R，當(dāng)碳原子熔入時(shí)只引起一個(gè)方向上的點(diǎn)陣畸變。硼原子較大,熔人間隙更為困難,有時(shí)部分硼原子以置換方式熔人。氫在Fe中的固熔度（摩爾分?jǐn)?shù))也很小，且隨溫度下降時(shí)迅速降低。以上元素在Fe.中的固熔度(摩爾分?jǐn)?shù))較大一些。這是因?yàn)镕e具有面心立方點(diǎn)陣，原子堆積致密,間隙數(shù)目少,故間隙半徑較大:rA0.414,R0。0522nm；r四0.225，R0。0284 nm。故上述原子熔入時(shí)均處在八面體間隙的中心.如碳在-Fe中最大固熔度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為WC2.1l/102；氮在Fe中的最大固熔度(

21、質(zhì)量分?jǐn)?shù)）約為WN2.8/102。5密度5.97 gcm3。6 兩離子的中心距離為0。234 nm。7碳原子占據(jù)10。2的八面體間隙位置；氮原子占據(jù)12。5的八面體間隙位置.8這是因?yàn)樾纬晒倘垠w時(shí),熔質(zhì)原子的熔入會(huì)使熔劑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變，從而使體系能量升高.熔質(zhì)與熔劑原子尺寸相差越大，點(diǎn)陣畸變的程度也越大，則畸變能越高，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越低，熔解度越小.一般來(lái)說(shuō),間隙固熔體中熔質(zhì)原子引起的點(diǎn)陣畸變較大，故不能無(wú)限互溶,只能有限熔解。9 （1）0.278 nm；(2)0。393 nm（3）0。482 nm;（4）0。622 nm；(5）0。393 nm。10(1)WLi+16/102，WM

22、g2+24/1020,WF-44/10-2，WO216/10-2(2）該固熔體的密度2。9 gcm3。11故理論強(qiáng)度介于之間，即49007000 MPa12模子的尺寸l15.0 mm。13故可能是丙酮。14              畫出丁醇(C4H9OH）的4種可能的異構(gòu)體如下：20硅酸鹽結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn):（1）硅酸鹽的基本結(jié)構(gòu)單元是Si04四面體，硅原子位于氧原子四面體的間隙中。硅氧之間的結(jié)合鍵不僅是純離子鍵，還有相當(dāng)?shù)墓矁r(jià)鍵成分.（2)每一個(gè)氧最多只能被兩個(gè)Si

23、04四面體所共有.（3)Si04四面體可以是互相孤立地在結(jié)構(gòu)中存在，也可以通過(guò)共頂點(diǎn)互相連接.（4）SiO-Si的結(jié)合鍵形成一折線。硅酸鹽分成下列幾類：(1）含有有限硅氧團(tuán)的硅酸鹽；(2）鏈狀硅酸鹽；(3)層狀硅酸鹽；(4)骨架狀硅酸鹽。21因?yàn)榇蠖鄶?shù)陶瓷主要由晶相和玻璃相組成,這兩種相的熱膨脹系數(shù)相差較大，由高溫很快冷卻時(shí)，每種相的收縮不同，所造成的內(nèi)應(yīng)力足以使陶瓷器件開裂或破碎.22陶瓷材料中主要的結(jié)合鍵是離子鍵及共價(jià)鍵。由于離子鍵及共價(jià)鍵很強(qiáng)，故陶瓷的抗壓強(qiáng)度很高，硬度極高。因?yàn)樵右噪x子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，外層電子處于穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，不能自由運(yùn)動(dòng)，故陶瓷材料的熔點(diǎn)很高，抗氧化性好，耐高溫

24、，化學(xué)穩(wěn)定性高。第三章1。試述結(jié)晶相變的熱力學(xué)條件、動(dòng)力學(xué)條件、能量及結(jié)構(gòu)條件。2。如果純鎳凝固時(shí)的最大過(guò)冷度與其熔點(diǎn)（tm1453)的比值為0。18，試求其凝固驅(qū)動(dòng)力。(H-18075J/mol）3. 已知Cu的熔點(diǎn)tm1083,熔化潛熱Lm1.88×103J/cm3，比表面能1.44×105 J/cm3。（1）    試計(jì)算Cu在853均勻形核時(shí)的臨界晶核半徑.（2)已知Cu的相對(duì)原子質(zhì)量為63。5，密度為8。9g/cm3,求臨界晶核中的原子數(shù)。4。 試推導(dǎo)杰克遜（K。A.Jackson）方程5. 鑄件組織有何

25、特點(diǎn)?6。液體金屬凝固時(shí)都需要過(guò)冷，那么固態(tài)金屬熔化時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱,為什么？7。已知完全結(jié)晶的聚乙烯（PE）其密度為1。01g/cm3，低密度乙烯(LDPE)為0。92 g/cm3,而高密度乙烯（HDPE）為0.96 g/cm3，試計(jì)算在LDPE及HDPE中“資自由空間"的大小。8。欲獲得金屬玻璃，為什么一般選用液相線很陡,從而有較低共晶溫度的二元系？9。 比較說(shuō)明過(guò)冷度、臨界過(guò)冷度、動(dòng)態(tài)過(guò)冷度等概念的區(qū)別。10.分析純金屬生長(zhǎng)形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系。11.什么叫臨界晶核？它的物理意義及與過(guò)冷度的定量關(guān)系如何?12.簡(jiǎn)述純金屬晶體長(zhǎng)大的機(jī)制.13。試分析單晶體形成的基本條件

26、.14.指出下列概念的錯(cuò)誤之處,并改正。(1） 所謂過(guò)冷度，是指結(jié)晶時(shí)，在冷卻曲線上出現(xiàn)平臺(tái)的溫度與熔點(diǎn)之差；而動(dòng)態(tài)過(guò)冷度是指結(jié)晶過(guò)程中，實(shí)際液相的溫度與熔點(diǎn)之差。(2） 金屬結(jié)晶時(shí)，原子從液相無(wú)序排列到固相有序排列，使體系熵值減少,因此是一個(gè)自發(fā)過(guò)程。（3)  在任何溫度下，液體金屬中出現(xiàn)的最大結(jié)構(gòu)起伏都是晶胚。(4) 在任何溫度下，液相中出現(xiàn)的最大結(jié)構(gòu)起伏都是核.（5) 所謂臨界晶核,就是體系自由能的減少完全補(bǔ)償表面自由能的增加時(shí)的晶胚的大小.(6）  在液態(tài)金屬中,凡是涌現(xiàn)出小于臨界晶核半徑的晶胚都不能成核，

27、但是只要有足夠的能量起伏提供形核功，還是可以成核的。(7）測(cè)定某純金屬鑄件結(jié)晶時(shí)的最大過(guò)冷度，其實(shí)測(cè)值與用公式T=0.2Tm計(jì)算值基本一致.(8) 某些鑄件結(jié)晶時(shí)，由于冷卻較快，均勻形核率N1提高，非均勻形核率N2也提高，故總的形核率為N= N1 +N2。(9）若在過(guò)冷液體中，外加10 000顆形核劑，則結(jié)晶后就可以形成10 000顆晶粒。(10）從非均勻形核功的計(jì)算公式A非A均中可以看出,當(dāng)潤(rùn)濕角00時(shí)，非均勻形核的形核功最大。（11）為了生產(chǎn)一批厚薄懸殊的砂型鑄件，且要求均勻的晶粒度，則只要在工藝上采取加形核劑就可以滿足。（12)非均勻形核總是比均勻形核容易，因?yàn)榍罢呤且酝饧淤|(zhì)點(diǎn)

28、為結(jié)晶核心，不象后者那樣形成界面，而引起自由能的增加.(13）在研究某金屬細(xì)化晶粒工藝時(shí)，主要尋找那些熔點(diǎn)低、且與該金屬晶格常數(shù)相近的形核劑,其形核的催化效能最高。(14)純金屬生長(zhǎng)時(shí),無(wú)論液固界面呈粗糙型或者是光滑型，其液相原子都是一個(gè)一個(gè)地沿著固相面的垂直方向連接上去.(15）無(wú)論溫度如何分布，常用純金屬生長(zhǎng)都是呈樹枝狀界面。（16）氮化銨和水溶液與純金屬結(jié)晶終了時(shí)的組織形態(tài)一樣，前者呈樹枝晶，后者也呈樹枝晶。（17)人們是無(wú)法觀察到極純金屬的樹枝狀生長(zhǎng)過(guò)程，所以關(guān)于樹枝狀的生長(zhǎng)形態(tài)僅僅是一種推理。(18）液體純金屬中加入形核劑，其生長(zhǎng)形態(tài)總是呈樹枝狀。(19）純金屬結(jié)晶時(shí)若呈垂直方式長(zhǎng)大

29、，其界面時(shí)而光滑，時(shí)而粗糙，交替生長(zhǎng).(20)從宏觀上觀察，若液固界面是平直的稱為光滑界面結(jié)構(gòu)，若是金屬鋸齒形的稱為粗糙界面結(jié)構(gòu)。（21）純金屬結(jié)晶時(shí)以樹枝狀形態(tài)生長(zhǎng),或以平面狀形態(tài)生長(zhǎng)，與該金屬的熔化熵?zé)o關(guān)。(22)  金屬結(jié)晶時(shí),晶體長(zhǎng)大所需要的動(dòng)態(tài)過(guò)冷度有時(shí)還比形核所需要的臨界過(guò)冷度大。答案1分析結(jié)晶相變時(shí)系統(tǒng)自由能的變化可知,結(jié)晶的熱力學(xué)條件為G<0；由單位體積自由能的變化可知，只有T0，才有GB0。即只有過(guò)冷，才能使G<0。動(dòng)力學(xué)條件為液固界面前沿液體的溫度T<Tm（熔點(diǎn)),即存在動(dòng)態(tài)過(guò)冷.由臨界晶核形成功A1/3S可知，當(dāng)形成一個(gè)臨界晶核時(shí)，還有13的表

30、面能必須由液體中的能量起伏來(lái)提供。液體中存在的結(jié)構(gòu)起伏，是結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生晶核的基礎(chǔ).因此，結(jié)構(gòu)起伏是結(jié)晶過(guò)程必須具備的結(jié)構(gòu)條件。2  凝固驅(qū)動(dòng)力G一3253。5 Jmol.3  (1)rk9.03X1010 m;  (2)n=261個(gè)。4所謂界面的平衡結(jié)構(gòu)，是指在界面能最小的條件下，界面處于最穩(wěn)定狀態(tài)。其問(wèn)題實(shí)質(zhì)是分析當(dāng)界面粗糙化時(shí)，界面自由能的相對(duì)變化。為此，作如下假定：(1)    液、固相的平衡處于恒溫條件下；（2)    液、固相在界面附近結(jié)構(gòu)相同；（3)    只考慮組

31、態(tài)熵，忽略振動(dòng)嫡。設(shè)N為液、固界面上總原子位置數(shù)，固相原子位置數(shù)為n，其占據(jù)分?jǐn)?shù)為xn/N；界面上空位分?jǐn)?shù)為1一x，空位數(shù)為N(1一x)。形成空位引起內(nèi)能和結(jié)構(gòu)熵的變化，相應(yīng)引起表面吉布斯自由能的變化為形成N（1一x）個(gè)空位所增加的內(nèi)能由其所斷開的固態(tài)鍵數(shù)和一對(duì)原子的鍵能的乘積決定.內(nèi)能的變化為式中與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，稱為晶體學(xué)因子。其次，求熵變。由熵變的定義式，則有按striling近似式展開,當(dāng)N很大時(shí)，得S一kNxlnx+（1一x)In(1一x)最后，計(jì)算液固界面上自由能總的變化，即所以：令：所以：5在鑄錠組織中，一般有三層晶區(qū):（1）最外層細(xì)晶區(qū)。其形成是由于模壁的溫度較低,液體的過(guò)冷度交

32、大，因此形核率較高.（2)中間為柱狀晶區(qū)。其形成是由于模壁的溫度升高,晶核的成長(zhǎng)速率大于晶核的形核率，且沿垂直于模壁風(fēng)向的散熱較為有利。在細(xì)晶區(qū)中取向有利的晶粒優(yōu)先生長(zhǎng)為柱狀晶粒。(3）中心為等軸晶區(qū)。其形成是由于模壁溫度進(jìn)一步升高，液體過(guò)冷度進(jìn)一步降低，剩余液體的散熱方向性已不明顯，處于均勻冷卻狀態(tài)；同時(shí)，未熔雜質(zhì)、破斷枝晶等易集中于剩余液體中，這些都促使了等軸晶的形成。應(yīng)該指出，鑄錠的組織并不是都具有3層晶區(qū).由于凝固條件的不同，也會(huì)形成在鑄錠中只有某一種晶區(qū)，或只有某兩種晶區(qū).6固態(tài)金屬熔化時(shí)不一定出現(xiàn)過(guò)熱。如熔化時(shí)，液相若與汽相接觸，當(dāng)有少量液體金屬在固相表面形成時(shí)，就會(huì)很快復(fù)蓋在整個(gè)

33、表面(因?yàn)橐后w金屬總是潤(rùn)濕同一種固體金屬)，由附圖2。6表面張力平衡可知，而實(shí)驗(yàn)指出,說(shuō)明在熔化時(shí)，自由能的變化aG(表面）<o，即不存在表面能障礙,也就不必過(guò)熱。實(shí)際金屬多屬于這種情況。如果固體金屬熔化時(shí)液相不與汽相接觸,則有可能使固體金屬過(guò)熱，然而，這在實(shí)際上是難以做到的。7 LDPE的自由空間為；HDPE的自由空間為8金屬玻璃是通過(guò)超快速冷卻的方法，抑制液固結(jié)晶過(guò)程,獲得性能異常的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。玻璃是過(guò)冷的液體.這種液體的黏度大，原子遷移性小，因而難于結(jié)晶，如高分子材料（硅酸鹽、塑料等）在一般的冷卻條件下，便可獲得玻璃態(tài)。金屬則不然。由于液態(tài)金屬的黏度低，冷到液相線以下便迅

34、速結(jié)晶,因而需要很大的冷卻速度(估計(jì)>1010s)才能獲得玻璃態(tài)。為了在較低的冷速下獲得金屬玻璃，就應(yīng)增加液態(tài)的穩(wěn)定性,使其能在較寬的溫度范圍存在。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)液相線很陡從而有較低共晶溫度時(shí)，就能增加液態(tài)的穩(wěn)定性，故選用這樣的二元系（如Fe-B,FeC,hP，F(xiàn)eSi等）。為了改善性能,可以加入一些其他元素(如Ni，Mo,Cr，Co等）。這類金屬玻璃可以在10'一10s的冷速下獲得。9實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之間的溫度差，稱為過(guò)冷度（TTm一Tn)。它是相變熱力學(xué)條件所要求的，只有AT>0時(shí)，才能造成固相的自由能低于液相自由能的條件,液、固相間的自由能差便是結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力.

35、過(guò)冷液體中，能夠形成等于臨界晶核半徑的晶胚時(shí)的過(guò)冷度，稱為臨界過(guò)冷度(T*）.顯然，當(dāng)實(shí)際過(guò)冷度T<T時(shí),過(guò)冷液體中最大的晶胚尺寸也小于臨界晶核半徑,故難于成核；只有當(dāng)TT*時(shí)，才能均勻形核。所以，臨界過(guò)冷度是形核時(shí)所要求的。晶核長(zhǎng)大時(shí),要求液固界面前沿液體中有一定的過(guò)冷,才能滿足（dNdt）F>（dNdt)M，這種過(guò)冷稱為動(dòng)態(tài)過(guò)冷度(TkTm一Ti)，它是晶體長(zhǎng)大的必要條件。10純金屬生長(zhǎng)形態(tài)是指晶體宏觀長(zhǎng)大時(shí)界面的形貌.界面形貌取決于界面前沿液體中的溫度分布.（1）  平面狀長(zhǎng)大:當(dāng)液體具有正溫度梯度時(shí),晶體以平直界面方式推移長(zhǎng)大。此時(shí),界面上任何偶然的、小

36、的凸起伸入液體時(shí)，都會(huì)使其過(guò)冷度減小，長(zhǎng)大速率降低或停止長(zhǎng)大,而被周圍部分趕上，因而能保持平直界面的推移。長(zhǎng)大中晶體沿平行溫度梯度的方向生長(zhǎng)，或沿散熱的反方向生長(zhǎng)，而其他方向的生長(zhǎng)則受到抑制。（2）    樹枝狀長(zhǎng)大：當(dāng)液體具有負(fù)溫度梯度時(shí),在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液體時(shí)，由于前方液體有更大的過(guò)冷度,有利于晶體長(zhǎng)大和凝固潛熱的散失，從而形成枝晶的一次軸。一個(gè)枝晶的形成，其潛熱使鄰近液體溫度升高，過(guò)冷度降低，因此,類似的枝晶只在相鄰一定間距的界面上形成，相互平行分布.在一次枝晶處的溫度比枝晶間溫度要高，如附圖27(a）中所示的AA斷面上丁A丁n,這種負(fù)溫度梯

37、度使一次軸上又長(zhǎng)出二次軸分枝，如附圖2.7(b)所示。同樣，還會(huì)產(chǎn)生多次分枝。枝晶生長(zhǎng)的最后階段，由于凝固潛熱放出，使枝晶周圍的液體溫度升高至熔點(diǎn)以上,液體中出現(xiàn)正溫度梯度，此時(shí)晶體長(zhǎng)大依靠平界面方式推進(jìn)，直至枝晶間隙全部被填滿為止。11 根據(jù)自由能與晶胚半徑的變化關(guān)系，可以知道半徑r<rk的晶胚不能成核；r>rk的晶胚才有可能成核；而rrk的晶胚既可能消失，也可能穩(wěn)定長(zhǎng)大.因此，半徑為“的晶胚稱為臨界晶核。其物理意義是，過(guò)冷液體中涌現(xiàn)出來(lái)的短程有序的原子團(tuán)，當(dāng)其尺寸rrk時(shí)，這樣的原子團(tuán)便可成為晶核而長(zhǎng)大。臨界晶核半徑rk,其大小與過(guò)冷度有關(guān),則有12晶體長(zhǎng)大機(jī)制是指晶

38、體微觀長(zhǎng)大方式，它與液固界面結(jié)構(gòu)有關(guān)。具有粗糙界面的物質(zhì),因界面上約有50%的原子位置空著，這些空位都可接受原子，故液體原子可以單個(gè)進(jìn)入空位，與晶體相連接,界面沿其法線方向垂直推移，呈連續(xù)式長(zhǎng)大.具有光滑界面的晶體長(zhǎng)大，不是單個(gè)原子的附著,而是以均勻形核的方式,在晶體學(xué)小平面界面上形成一個(gè)原子層厚的二維晶核與原界面間形成臺(tái)階，單個(gè)原子可以在臺(tái)階上填充，使二維晶核側(cè)向長(zhǎng)大,在該層填滿后，則在新的界面上形成新的二維晶核，繼續(xù)填滿，如此反復(fù)進(jìn)行.若晶體的光滑界面存在有螺型位錯(cuò)的露頭，則該界面成為螺旋面,并形成永不消失的臺(tái)階，原子附著到臺(tái)階上使晶體長(zhǎng)大。13形成單晶體的基本條件是使液體金屬結(jié)晶時(shí)只產(chǎn)生

39、一個(gè)核心（或只有一個(gè)核心能夠長(zhǎng)大）并長(zhǎng)大成單晶體。14(1)在冷卻曲線上出現(xiàn)的實(shí)際結(jié)晶溫度與熔點(diǎn)之差液-固界面前沿液態(tài)中的溫度與熔點(diǎn)之差。(2)使體系自由能減小(3)在過(guò)冷液體中，液態(tài)金屬中出現(xiàn)的(4)在一定過(guò)冷度（>厶了)下(5)就是體系自由能的減少能夠補(bǔ)償23表面自由能（6）不能成核，即便是有足夠的能量起伏提供，還是不能成核.（7)測(cè)定某純金屬均勻形核時(shí)的有效過(guò)冷度（8）那么總的形核率NN2。（9）則結(jié)晶后就可以形成數(shù)萬(wàn)顆晶粒。(10）非均勻形核的形核功最小.（11)則只要在工藝上采取對(duì)厚處加快冷卻(如加冷鐵）就可以滿足。(12)因?yàn)榍罢呤且酝饧淤|(zhì)點(diǎn)為基底,形核功?。?3）主要尋找那

40、些熔點(diǎn)高，且(14）若液固界面呈粗糙型，則其液相原子(15)只有在負(fù)溫度梯度條件下，常用純金屬(16)結(jié)晶終了時(shí)的組織形態(tài)不同，前者呈樹枝晶（枝間是水)，后者呈一個(gè)個(gè)（塊狀）晶粒。(17）生長(zhǎng)過(guò)程，但可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法，如把正在結(jié)晶的金屬剩余液體倒掉，或者整體淬火等進(jìn)行觀察,所以關(guān)于樹枝狀生長(zhǎng)形態(tài)不是一種推理。（18）其生長(zhǎng)形態(tài)不會(huì)發(fā)生改變。（19）其界面是粗糙型的.（20）平直的稱為粗糙界面結(jié)構(gòu)鋸齒形的稱為平滑界面結(jié)構(gòu)。(21）因還與液固界面的結(jié)構(gòu)有關(guān),即與該金屬的熔化熵有關(guān)。（22)增加，但因金屬的過(guò)冷能力小，故不會(huì)超過(guò)某一極大值(23)動(dòng)態(tài)過(guò)冷度比形核所需要的臨界過(guò)冷度小。第四章1.在Al

41、-Mg合金中，xMg=0。05,計(jì)算該合金中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wMg）(已知Mg的相對(duì)原子質(zhì)量為24.31,Al為26。98）。2已知Al-Cu相圖中，K0.16，m3。2。若鑄件的凝固速率R3×104 cm/s，溫度梯度G30/cm，擴(kuò)散系數(shù)D3×105cm2/s，求能保持平面狀界面生長(zhǎng)的合金中WCu的極值.3證明固溶體合金凝固時(shí)，因成分過(guò)冷而產(chǎn)生的最大過(guò)冷度為:最大過(guò)冷度離液固界面的距離為：式中m 液相線斜率；wC0Cu - 合金成分;K - 平衡分配系數(shù)；G 溫度梯度；D 擴(kuò)散系數(shù);R - 凝固速率。說(shuō)明:液體中熔質(zhì)分布曲線可表示為：4MgNi系的一個(gè)共晶反應(yīng)為：設(shè)w1

42、NiC1為亞共晶合金,w2Ni=C2為過(guò)共晶合金，這兩種合金中的先共晶相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等,但C1合金中的總量為C2合金中總量的2。5倍，試計(jì)算C1和C2的成分。5在圖4-30所示相圖中，請(qǐng)指出：（1）   水平線上反應(yīng)的性質(zhì);(2）   各區(qū)域的組織組成物；（3)   分析合金I，II的冷卻過(guò)程；（4)   合金工，II室溫時(shí)組織組成物的相對(duì)量表達(dá)式。6根據(jù)下列條件畫出一個(gè)二元系相圖，A和B的熔點(diǎn)分別是1000和700，含wB=0。25的合金正好在500完全凝固,它的平衡組織由73.3%的先共晶。和26。7%的（+）

43、共晶組成.而wB0.50的合金在500時(shí)的組織由40的先共晶和60%的（+）共晶組成，并且此合金的總量為50.7圖4-31為Pb-Sb相圖.若用鉛銻合金制成的軸瓦，要求其組織為在共晶體基體上分布有相對(duì)量為5%的（Sb）作為硬質(zhì)點(diǎn),試求該合金的成分及硬度(已知（Pb)的硬度為3HB，（Pb）的硬度為30HB)。8參見圖432 Cu-Zn相圖，圖中有多少三相平衡,寫出它們的反應(yīng)式。分析含wZn=0。40的CuZn合金平衡結(jié)晶過(guò)程中主要轉(zhuǎn)變反應(yīng)式及室溫下相組成物與組織組成物.9計(jì)算含碳wC=0。04的鐵碳合金按亞穩(wěn)態(tài)冷卻到室溫后,組織中的珠光體、二次滲碳體和萊氏體的相對(duì)量;并計(jì)算組織組成物珠光體中滲

44、碳體和鐵素體、萊氏體中二次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體的相對(duì)量.10根據(jù)顯微組織分析，一灰口鐵內(nèi)石墨的體積占12%，鐵素體的體積占88，試求Wc為多少(已知石墨的密度G2.2g/cm3,鐵素體的密度7.8g/cm3)。11汽車擋泥板應(yīng)選用高碳鋼還是低碳鋼來(lái)制造？12當(dāng)800時(shí)，（1）   Fe0。002 C的鋼內(nèi)存在哪些相?(2)   寫出這些相的成分；(3)   各相所占的分率是多少？13根據(jù)Fe-Fe3C相圖（見圖4-33），（1)   比較wC0.004的合金在鑄態(tài)和平衡狀態(tài)下結(jié)晶過(guò)程和室溫組織有何不同；（

45、2）   比較wc0.019的合金在慢冷和鑄態(tài)下結(jié)晶過(guò)程和室溫組織的不同;（3)   說(shuō)明不同成分區(qū)域鐵碳合金的工藝性.14550時(shí)有一鋁銅合金的固熔體，其成分為xC0。02。此合金先被淬火，然后重新加熱到100以便析出。此(CuAl2:）相發(fā)展成許多很小的顆粒彌散分布于合金中，致使平均顆粒間距僅為5。0nm。(1)   請(qǐng)問(wèn)1mm3合金內(nèi)大約形成多少個(gè)顆粒？（2）   如果我們假設(shè)100時(shí)中的含Cu量可認(rèn)為是零，試推算每個(gè)9顆粒內(nèi)有多少個(gè)銅原子（已知Al的原子半徑為0。143 nm）。15如果有某CuAg合金(W

46、Cu0.075，WAg0。925) 1000g，請(qǐng)?zhí)岢鲆环N方案，可從該合金內(nèi)提煉出100g的Ag，且其中的含Cu量wCu<0。02（假設(shè)液相線和固相線均為直線)。16已知和滲碳體相平衡的Fe，其固溶度方程為：假設(shè)碳在奧氏體中的固熔度方程也類似于此方程,試根據(jù)FeFe3C相圖寫出該方程。17一碳鋼在平衡冷卻條件下，所得顯微組織中，含有50%的珠光體和50的鐵素體，問(wèn)：（1）   此合金中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少?（2）   若該合金加熱到730，在平衡條件下將獲得什么組織?（3）   若加熱到850,又將得到什么組織?18利用相律判斷圖

47、434所示相圖中錯(cuò)誤之處。19指出下列概念中錯(cuò)誤之處，并更正。(1）固熔體晶粒內(nèi)存在枝晶偏析，主軸與枝間成分不同，所以整個(gè)晶粒不是一個(gè)相。(2） 盡管固熔體合金的結(jié)晶速度很快,但是在凝固的某一個(gè)瞬間,A、B組元在液相與固相內(nèi)的化學(xué)位都是相等的。（3) 固熔體合金無(wú)論平衡或非平衡結(jié)晶過(guò)程中，液固界面上液相成分沿著液相平均成分線變化；固相成分沿著固相平均成分線變化。(4）在共晶線上利用杠桿定律可以計(jì)算出共晶體的相對(duì)量。而共晶線屬于三相區(qū)，所以杠桿定律不僅適用于兩相區(qū)，也適用于三相區(qū)。（5)固熔體合金棒順序結(jié)晶過(guò)程中，液固界面推進(jìn)速度越快，則棒中宏觀偏析越嚴(yán)重。（6） 

48、 將固熔體合金棒反復(fù)多次“熔化一凝固”，并采用定向快速凝固的方法，可以有效地提純金屬。（7)         從產(chǎn)生成分過(guò)冷的條件可知，合金中熔質(zhì)濃度越高，成分過(guò)冷區(qū)域小，越易形成胞狀組織。（8）厚薄不均勻的NiCu合金鑄件,結(jié)晶后薄處易形成樹枝狀組織，而厚處易形成胞狀組織.（9)不平衡結(jié)晶條件下,靠近共晶線端點(diǎn)內(nèi)側(cè)的合金比外側(cè)的合金易于形成離異共晶組織。（10）具有包晶轉(zhuǎn)變的合金，室溫時(shí)的相組成物為。，其中相均是包晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物.(11)用循環(huán)水冷卻金屬模，有利于獲得柱狀晶區(qū)，以提高鑄件的致密性。(12)鐵

49、素體與奧氏體的根本區(qū)別在于固熔度不同，前者小而后者大.(13)（13)727是鐵素體與奧氏體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度。(14）在Fe-Fe3C系合金中，只有過(guò)共析鋼的平衡結(jié)晶組織中才有二次滲碳體存在。(15）凡是碳鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程都具有共析轉(zhuǎn)變，而沒(méi)有共晶轉(zhuǎn)變;相反，對(duì)于鑄鐵則只有共晶轉(zhuǎn)變而沒(méi)有共析轉(zhuǎn)變。（16）無(wú)論何種成分的碳鋼，隨著碳含量的增加，組織中鐵素體相對(duì)量減少,而珠光體相對(duì)量增加。（17）含碳wC0。043的共晶白口鐵的顯微組織中，白色基體為Fe3C,其中包括Fe3CI、Fe3CII、Fe3CIII、Fe3C共析和Fe3C共晶等。（18)觀察共析鋼的顯微組織，發(fā)現(xiàn)圖中顯示滲碳體片層密集程

50、度不同。凡是片層密集處則碳含量偏多,而疏稀處則碳含量偏少.（19） 厚薄不均勻的鑄件，往往厚處易白口化。因此,對(duì)于這種鑄件必須多加碳、少加硅.（20) 用Ni-Cu合金焊條焊接某合金板料時(shí)，發(fā)現(xiàn)焊條慢速移動(dòng)時(shí),焊縫易出現(xiàn)胞狀組織，而快速移動(dòng)時(shí)則易于出現(xiàn)樹枝狀組織.20讀出圖435濃度三角形中，C，D，E，F(xiàn),G,H各合金點(diǎn)的成分.它們?cè)跐舛热切沃兴幍奈恢糜惺裁刺攸c(diǎn)？21。在圖4-36的濃度三角形中;(1)   寫出點(diǎn)P，R，S的成分；（2）   設(shè)有2kg P，4kg R,2kg S,求它們混熔后的液體成分點(diǎn)X；(3) 

51、  定出wC0。08，A、B組元濃度之比與S相同的合金成分點(diǎn)Y；（4)   若有2Kg P，問(wèn)需要多少何種成分的合金Z才能混熔得到6Kg的成分R的合金。答案1.        wMg=0.0456。2.        。3.    設(shè)純?nèi)軇┙M元A的熔點(diǎn)為TA，液相線與固相線近似為直線，則離界面距離x處液相線溫度TL為：      

52、;  但在x處液相的實(shí)際溫度T如附圖2.8所示，應(yīng)為：因?yàn)槿苜|(zhì)分布而產(chǎn)生的成分過(guò)冷為:令，得：將（4)代入(3）得：4。  C1合金成分為wMg0。873,wNi0.127;C2合金成分為wMg0。66,wNi0。3685.  （1)高溫區(qū)水平線為包晶線,包晶反應(yīng)：Lj+kn中溫區(qū)水平線為共晶線,共晶反應(yīng)：Ldg+h（2）各區(qū)域組織組成物如圖430中所示(3）I合金的冷卻曲線和結(jié)晶過(guò)程如附圖2。9所示。    12，均勻的液相L.    23勻晶轉(zhuǎn)變，L不斷結(jié)晶出相.   &

53、#160;33，發(fā)生包品反應(yīng)L+。    34，剩余液相繼續(xù)結(jié)晶為。    4,凝固完成，全部為.    45，為單一相，無(wú)變化.    56，發(fā)生脫溶轉(zhuǎn)變II。室溫下的組織為+II。  II合金的冷卻曲線和結(jié)晶過(guò)程如附圖2。10所示.  12，均勻的液相L。  23,結(jié)晶出初,隨溫度下降相不斷析出，液相不斷減少。  33，剩余液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變L+。  34，II，II，室溫下的組織為.初+（+）共+II  (4)室

54、溫時(shí)，合金I、II組織組成物的相對(duì)量可由杠桿定律求得。合金I： 合金II:第五章1。  能否說(shuō)擴(kuò)散定律實(shí)際上只要一個(gè)，而不是兩個(gè)？2。要想在800下使通過(guò)Fe箔的氫氣通氣量為2×10-8mol/(m2·s)，鐵箔兩側(cè)氫濃度分別為3×10-6mol/m3和8×10-8 mol/m3，若D=2。2×10-6m2/s,試確定：（1)    所需濃度梯度;(2）    所需鐵箔厚度3。  在硅晶體表明沉積一層硼膜，再在1200下保溫使硼向硅晶體中擴(kuò)散，已

55、知其濃度分布曲線為若M=5×1010mol/m2，D=4×10-9m2/s；求距表明8m處硼濃度達(dá)到1。7×1010 mol/m3所需要的時(shí)間。 4.若將鋼在870下滲碳，欲獲得與927下滲碳10h相同的滲層厚度需多少時(shí)間（忽略927和870下碳的溶解度差異）？若兩個(gè)溫度下都滲10h，滲層厚度相差多少？ 5。CuAl組成的互擴(kuò)散偶發(fā)生擴(kuò)散時(shí)，標(biāo)志面會(huì)向哪個(gè)方向移動(dòng)？6。設(shè)A,B元素原子可形成簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣固溶體,點(diǎn)陣常數(shù)a0。3nm，若A,B原子的跳動(dòng)頻率分別為1010s-1和10-9s1,濃度梯度為1032原子/m4,計(jì)算A,B原子通過(guò)標(biāo)志界面

56、的通量和標(biāo)志面移動(dòng)速度。7. 根據(jù)無(wú)規(guī)行走模型證明：擴(kuò)散距離正比于。8。將一根高碳鋼長(zhǎng)棒與純鐵棒對(duì)焊起來(lái)組成擴(kuò)散偶,試分析其濃度分布曲線隨時(shí)間的變化規(guī)律.9.以空位機(jī)制進(jìn)行擴(kuò)散時(shí)，原子每次跳動(dòng)一次相當(dāng)于空位反向跳動(dòng)一次，并未形成新的空位,而擴(kuò)散激活能中卻包含著空位形成能，此說(shuō)法是否正確？請(qǐng)給出正確解釋。10。 間隙擴(kuò)散計(jì)算公式為，為相鄰平行晶面的距離,為給定方向的跳動(dòng)幾率，為原子跳動(dòng)頻率；（1）計(jì)算間隙原子在面心立方晶體和體心立方晶體的八面體間隙之間跳動(dòng)的晶面間距與跳動(dòng)頻率;（2）給出擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算公式（用晶格常數(shù)表示）；（3）固熔的碳原子在925下，20下,討論溫度對(duì)擴(kuò)散系

57、數(shù)的影響。11。  為什么鋼鐵零件滲碳溫度一般要選擇相區(qū)中進(jìn)行？若不在相區(qū)進(jìn)行會(huì)有什么結(jié)果？12.  鋼鐵滲碳溫度一般選擇在接近但略低于FeN系共析溫度（500），為什么？13.對(duì)摻有少量Cd2+的NaCl晶體,在高溫下與肖脫基缺陷有關(guān)有關(guān)的Na+空位數(shù)大大高于與Cd2+有關(guān)的空位數(shù)，所以本征擴(kuò)散占優(yōu)勢(shì);低溫下由于存在Cd2+離子而造成的空位可使Na+離子的擴(kuò)散加速。試分析一下若減少Cd2+濃度,會(huì)使圖55轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度向何方移動(dòng)？14. 三元系發(fā)生擴(kuò)散時(shí),擴(kuò)散層內(nèi)能否出現(xiàn)兩相共存區(qū)域，三相共存區(qū)?為什么？15. 指出以下概念中的錯(cuò)誤.（1）如果固溶體中不存

58、在擴(kuò)散流，則說(shuō)明原子沒(méi)有擴(kuò)散。（2）因固體原子每次跳動(dòng)方向是隨機(jī)的，所以在沒(méi)有任何擴(kuò)散情況下擴(kuò)散通量為零。（3）晶界上原子排列混亂，不存在空位，所以空位機(jī)制擴(kuò)散的原子在晶界處無(wú)法擴(kuò)散。（4)間隙固溶體中溶質(zhì)濃度越高，則溶質(zhì)所占的間隙越多，供擴(kuò)散的空余間隙越少,即z值越小,導(dǎo)致擴(kuò)散系數(shù)下降。（5）    體心立方比面心立方的配位數(shù)要小，故由關(guān)系式可見，F(xiàn)e中原子擴(kuò)散系數(shù)要小于Fe中的擴(kuò)散系數(shù)。答案9此說(shuō)法不正確。固體中的宏觀擴(kuò)散流不是單個(gè)原子定向跳動(dòng)的結(jié)果，擴(kuò)散激活能也不是單個(gè)原子遷：移時(shí)每一次跳動(dòng)需越過(guò)的能壘，固體中原子的跳動(dòng)具有隨機(jī)性質(zhì),擴(kuò)散流是固體中擴(kuò)散物質(zhì)質(zhì)

59、點(diǎn)(如原子，離子）隨機(jī)跳動(dòng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果的宏觀體現(xiàn),當(dāng)晶體中的擴(kuò)散以空位機(jī)制進(jìn)行時(shí)，晶體中任何一個(gè)原子在兩個(gè)平衡位置之間發(fā)生跳動(dòng)必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件:（2） 該原子具有的能量必須高于某一臨界值Gf，即原子跳動(dòng)激活能，以克服阻礙跳動(dòng)的阻力；(3）該原子相鄰平衡位置上存在空位.根據(jù)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論,在給定溫度T下,晶體中任一原子的能量高于Gf 的幾率Pf,即晶體中能量高于Gf的原子所占原子百分?jǐn)?shù)為而晶體中的平衡空位濃度Cv，即任一原子平衡位置出現(xiàn)空位的幾率Pv，為顯然，某一瞬間晶體中原子發(fā)生一次跳動(dòng)的幾率為P也等于該瞬間發(fā)生跳動(dòng)原子所占的原子百分?jǐn)?shù)。其中QGfGv，就是空位擴(kuò)散機(jī)制的擴(kuò)散激活能

60、。11因Fe中的最大碳熔解度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))只有0.0218，對(duì)于含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0。0218的鋼鐵在滲碳時(shí)零件中的碳濃度梯度為零，滲碳無(wú)法進(jìn)行,即使是純鐵，在相區(qū)滲碳時(shí)鐵中濃度梯度很小，在表也不能獲得高含碳層；另外，由于溫度低，擴(kuò)散系數(shù)也很小，滲碳過(guò)程極慢，沒(méi)有實(shí)際意義。-Fe中的碳固溶度高，滲碳時(shí)在表層可獲得較高的碳濃度梯度使?jié)B碳順利進(jìn)行.12 原因是。-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)較-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)高。13轉(zhuǎn)折點(diǎn)向低溫方向移動(dòng)。14 三元系擴(kuò)散層內(nèi)不可能存在三相共存區(qū)，但可以存在兩相共存區(qū)。原因如下：三元系中若出現(xiàn)三相平衡共存，其二相中成分一定且不同相中同一組分的化學(xué)位相等,化學(xué)位

61、梯度為零,擴(kuò)散不可能發(fā)生。三元系在兩相共存時(shí)，由于自由度數(shù)為2，在溫度一定時(shí)，其組成相的成分可以發(fā)生變化，使兩相中相同組元的原子化學(xué)位平衡受到破壞，引起擴(kuò)散。15(1） 固體中即使不存在宏觀擴(kuò)散流,但由于原子熱振動(dòng)的遷移跳躍，擴(kuò)散仍然存在。純物質(zhì)中的自擴(kuò)散即是一個(gè)典型例證。（2) 原子每次跳動(dòng)方向是隨機(jī)的。只有當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，原子在任一跳動(dòng)方向上的跳動(dòng)幾率才是相等的。此時(shí)雖存在原子的遷移(即擴(kuò)散),但沒(méi)有宏觀擴(kuò)散流。如果系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)，系統(tǒng)中必然存在熱力學(xué)勢(shì)的梯度（具體可表示為濃度梯度、化學(xué)位梯度、應(yīng)變能梯度等)。原子在熱力學(xué)勢(shì)減少的方向上的跳動(dòng)幾率將大于在熱力學(xué)勢(shì)增大方向上的跳動(dòng)幾率。于是就出現(xiàn)了宏觀擴(kuò)散