材料科學(xué)導(dǎo)論習(xí)題解答

1、材料科學(xué)導(dǎo)論作業(yè)第一章材料科學(xué)概論1. 氧化鋁既牢固又堅(jiān)硬而且耐磨，為什么不用來制造榔頭？答因?yàn)锳l2O3的耐震性不佳，且脆性較高，不適合做榔頭的材料。2. 將下列材料按金屬、陶瓷、聚合物或復(fù)合材料進(jìn)行分類：黃銅、氯化鈉、環(huán)氧樹脂、混凝土、鎂合金、玻璃鋼、瀝青、碳化硅、鉛-錫焊料、橡膠、紙杯答金屬有黃銅、鉛-錫焊料、鎂合金。陶瓷有氯化鈉、碳化硅。聚合物有環(huán)氧樹脂、橡膠、瀝青、紙杯。復(fù)合材料有混凝土、玻璃鋼。3. 下列用品選材時(shí)，哪些力學(xué)性能和物理性能具有特別重要性：汽車曲柄軸、電燈泡燈絲、剪刀、汽車擋風(fēng)玻璃、電視機(jī)熒光屏答汽車曲柄軸的疲勞壽命最為重要。 電燈泡燈絲的熔點(diǎn)需高，其發(fā)光性能要強(qiáng)。

2、剪刀的刀刃的硬度要強(qiáng)。 汽車擋風(fēng)玻璃的光的穿透性要強(qiáng)。 電視機(jī)熒光屏光學(xué)的顏色及其他穿透性各種光學(xué)特性極重要。4. 什么是納米材料？納米材料有哪些效應(yīng)？請(qǐng)舉例說明。答 通常把粒子尺寸小于0.1m（10nm）的顆粒稱為納米材料納米材料有以下效應(yīng)： 小尺寸效應(yīng) 表面效應(yīng) 量子尺寸效應(yīng) 宏觀量子隧道效應(yīng)舉例略第二章原子結(jié)構(gòu)1. 原子序數(shù)為12的Mg有三個(gè)同位素：78.70%的Mg原子有12個(gè)中子，10.13%的Mg原子有13個(gè)中子，11.17%的Mg原子有14個(gè)中子，計(jì)算Mg的原子量。答M = 0.7870×(12+12)+0.1013×(12+13)+0.1117×(

3、12+14) = 24.3247 g/mol2. 試計(jì)算原子N殼層內(nèi)的最大電子數(shù)，若K、L、M和N殼層中所有的能級(jí)都被填滿，試確定該原子的原子序數(shù)。答N殼層內(nèi)最大電子數(shù)為2×42 = 32。但考慮能級(jí)交錯(cuò)：N殼層內(nèi)剛剛達(dá)到最大電子數(shù)時(shí)的電子排布為：1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f14，該原子的原子數(shù)為70。(本題目書上原解：N殼層中電子最多有2+6+10+14 = 32個(gè)，K、L、M、N殼層中電子共有2+8+18+32 = 60個(gè)，故原子序數(shù)為60。)3. 試計(jì)算原子O殼層內(nèi)的最大電子數(shù)，并定出K、L、M、N和Q殼層中所有能級(jí)都被填滿時(shí)

4、的原子序數(shù)。答O殼層內(nèi)最大電子數(shù)為2×52 = 50。但考慮能級(jí)交錯(cuò)：O殼層內(nèi)剛剛達(dá)到最大電子數(shù)時(shí)的電子排布為：1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d105g18，該原子的原子數(shù)為130。(本題目書上原解：O殼層中電子最多有2+6+10+14+18 = 50個(gè)，K、L、M、N、O殼層中電子共有2+8+18+32+50 = 110個(gè)，故原子序數(shù)為110。)4. 試說明四種原子結(jié)合力并舉例說明。答金屬鍵：由金屬中的自由電子與金屬正離子相互作用所構(gòu)成的鍵合稱為金屬鍵。其基本特點(diǎn)是電子的共有化，無飽和性，無方向性。

5、例如：Hg、Al、Fe、W。 離子鍵：金屬原子將最外層家電子給予非金屬原子成為帶正電的正離子，非金屬原子得到價(jià)電子后成為帶負(fù)電的負(fù)離子，正負(fù)離子依靠靜電引力結(jié)合在一起。其基本特點(diǎn)是以離子而不是以原子為結(jié)合單元。大多數(shù)鹽類、堿類和金屬氧化物主要以離子鍵的方式結(jié)合，例如：NaCl、MgO。 共價(jià)鍵：共價(jià)鍵是由兩個(gè)或多個(gè)電負(fù)性相差不大的原子間通過共用電子對(duì)而形成的化學(xué)鍵。共價(jià)鍵有方向性和飽和性。氫分子中兩個(gè)氫原子的結(jié)合是最典型的共價(jià)鍵。其它例如：Si、C(金剛石)。 范德華(Van der Waals)力：包括靜電力、誘導(dǎo)力和色散力，沒有方向性和飽和性。例如：Ar、Cl2。P36 習(xí)題2. 1s22

6、s22p63s23p63d74s2 過渡元素Co 1s22s22p63s23p6 惰性元素 Ar 1s22s22p5 鹵素元素F 1s22s22p63s2 堿土元素 Mg 1s22s22p63s23p63d24s2 過渡元素Ti 1s22s22p63s23p64s1 堿金屬K3. 鑭系稀土族元素的電子排列特點(diǎn)是1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f1145s25p66s2，這些元素的核外電子依次填入4f態(tài)，而外層電子數(shù)沒有變化，因此這些元素具有幾乎相同的化學(xué)性質(zhì)，將他們劃為一組元素而放入周期表的一格。5. 氫鍵的本質(zhì)與范德華力一樣，也是靠原子（或分子、原子團(tuán)）的偶極吸引

7、力結(jié)合起來的，但是氫鍵中氫原子起了關(guān)鍵作用。當(dāng)H原子與一個(gè)電負(fù)性很強(qiáng)的原子（或原子團(tuán)）結(jié)合成分子時(shí)，氫原子的一個(gè)電子轉(zhuǎn)移至該原子殼上；分子的氫離子則實(shí)質(zhì)上是裸露的質(zhì)子，對(duì)另一個(gè)電負(fù)性很強(qiáng)的原子表現(xiàn)出吸引，這樣氫原子便將兩個(gè)電負(fù)性很強(qiáng)的原子結(jié)合起來，形成氫鍵。6. 1）金屬元素有較高的相對(duì)原子質(zhì)量2）金屬鍵的結(jié)合方式?jīng)]有方向性，所以金屬原子總是趨于密集排列，得到原子排列結(jié)構(gòu)；而對(duì)于共價(jià)鍵，相鄰原子的個(gè)數(shù)要受到共價(jià)鍵樹木的限制，離子鍵結(jié)合，則要滿足正、負(fù)離子間電荷平衡的要求。9. 單相組織是指具有單一相的組織，即所有的晶粒的化學(xué)組成相同，晶體結(jié)構(gòu)也相同。兩相組織指具有兩相，兩個(gè)相的晶粒尺度不同。采

8、用金相顯微鏡或電子顯微鏡才能觀測(cè)清楚晶粒的形貌特征，稱為顯微組織。顯微組織是材料的四級(jí)結(jié)構(gòu)，主要隨組成和加工工藝而變化，它是影響材料機(jī)械性能的重要因素。材料的組織包括粒徑的大小、形狀、分布及其相對(duì)量等特征，比如單相多晶材料的強(qiáng)度很低，而多相組織可以增加彌散相的個(gè)數(shù)，大幅提高材料的強(qiáng)度。11原子結(jié)構(gòu)（一級(jí)結(jié)構(gòu)）決定了原子的結(jié)合方式，并影響材料的化學(xué)、物理性質(zhì)。原子結(jié)合鍵（二級(jí)結(jié)構(gòu)）決定了結(jié)合力的大小，并影響材料的物理和力學(xué)性能。原子排列方式（三級(jí)結(jié)構(gòu)）決定了材料的形態(tài)，影響材料的物理力學(xué)性能，并與加工工藝有關(guān)。顯微組織結(jié)構(gòu)（四級(jí)結(jié)構(gòu)）決定了材料機(jī)械性能如強(qiáng)度、塑性等、主要由加工工藝來決定。第三章

9、固體材料的晶體結(jié)構(gòu)1. 面心立方鎳的原子半徑是1.243 Å，試計(jì)算：（a）鎳的點(diǎn)陣參數(shù)，（b）鎳的密度。答（a） （b）2. 體心立方鉬的點(diǎn)陣參數(shù)是3.1468 Å，試計(jì)算鉬的原子半徑。答 3. 鉻的點(diǎn)陣參數(shù)是2.8844 Å，密度是7.19 g/cm3，通過適當(dāng)計(jì)算確定鉻是簡單立方、體心立方還是面心立方結(jié)構(gòu)。答 所以鉻為面心立方結(jié)構(gòu)。4. 試確定圖中所示方向的密勒指數(shù)。答方向A：0，1，1 1，0，1 = -1，1，0，故為；方向B：0，1，0 1，0，1 = -1，1，-1，故為；方向C：1，0，1/2 1/2，1，0 = 1/2，-1，1/2，故為；方向D

10、：0，1，1/2 1，0，0 = -1，1，1/2，故為。方向A：0，0，1 1，1，1 = -1，-1，0，故為；方向B：1，2/3，0 0，0，1 = 1，2/3，-1，故為；方向C：1/2，0，0 1，1，3/4 = -1/2，-1，-3/4，故為；方向D：1/2，1，1 0，1，0 = 1/2，0，1，故為102。5. 在立方系中繪出110、111晶面族所包括的晶面以及（112）、的晶面。答 （圖略）（圖略）（圖略）（圖略）6. 試比較間隙固溶體、間隙相和間隙化合物的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)。答間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體成為間隙固溶體。當(dāng)溶質(zhì)原子半徑很小，使溶質(zhì)與溶劑的

11、原子半徑差r > 41%時(shí)，溶質(zhì)原子就可能進(jìn)入溶劑晶格間隙中而形成間隙固溶體。溶質(zhì)原子通常是原子半徑小于0.1 mm的一些非金屬元素。溶質(zhì)原子引起溶劑點(diǎn)陣畸變，點(diǎn)陣常數(shù)變大，畸變能升高。因此，間隙固溶體都是有限固溶體，而且溶解度很小。原子半徑較小的非金屬元素如C，H，N，B等可與金屬元素（主要是過度族金屬）形成間隙相或間隙化合物。這主要取決于非金屬(X)和金屬(M)原子半徑的比值rX/rM；當(dāng)rX/rM < 0.59時(shí)，形成具有簡單晶體結(jié)構(gòu)的相，稱為間隙相；當(dāng)rX/rM > 0.59時(shí)，形成具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的相，通常稱為間隙化合物。間隙相具有比較簡單的晶體結(jié)構(gòu)，如FCC，HC

12、P，少數(shù)為BCC或簡單六方結(jié)構(gòu)，與組元的結(jié)構(gòu)均不相同。間隙相可以用化學(xué)分子式表示。間隙相不僅可以溶解其組成元素，而且間隙相之間還可以相互溶解。間隙相中原子間結(jié)合鍵為共價(jià)鍵和金屬鍵，即使大于非金屬組元的原子數(shù)分?jǐn)?shù)大于50%時(shí)，仍具有明顯的金屬特性，而且間隙相具有極高的熔點(diǎn)和硬度，同時(shí)其脆性也很大，是高合金鋼和硬質(zhì)合金中的重要強(qiáng)化相。間隙化合物的晶體結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，原子間結(jié)合鍵位共價(jià)鍵和金屬鍵。間隙化合物也具有很高的熔點(diǎn)和硬度，脆性較大，也是鋼中重要的強(qiáng)化相之一。但與間隙相相比，間隙化合物的熔點(diǎn)和硬度以及化學(xué)穩(wěn)定性都要低一些。7. 簡述陶瓷材料的相組成及常見相結(jié)構(gòu)。答陶瓷材料中的相組成較為復(fù)雜，常見

13、的相有晶相、玻璃相和氣相。它們對(duì)陶瓷性能都有很大影響。晶相是陶瓷材料的主要組成相，常見結(jié)構(gòu)有氧化物結(jié)構(gòu)和硅酸鹽結(jié)構(gòu)。氧化物結(jié)構(gòu)包括AB型結(jié)構(gòu)(NaCl型)、AB2型結(jié)構(gòu)(金紅石型)、A2B3型結(jié)構(gòu)(剛玉型)以及其它一些結(jié)構(gòu)。硅酸鹽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是硅、氧離子組成四面體，硅離子位于四面體中心。硅氧四面體SiO44-之間又以共有頂點(diǎn)的氧離子相互連接起來。由于連接方式不同而形成多種硅酸鹽結(jié)構(gòu)，如島狀、環(huán)狀、鏈狀和層狀等。玻璃相是在陶瓷燒結(jié)時(shí)形成的一種非晶態(tài)物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)是由離子多面體（如硅氧四面體）構(gòu)成的無規(guī)則排列的空間網(wǎng)絡(luò)，如非晶態(tài)石英的結(jié)構(gòu)。玻璃相熱穩(wěn)定性差，在較低溫度下即開始軟化。玻璃相的作用是粘結(jié)分

14、散的晶相、降低燒結(jié)溫度、抑制晶相的粗化。氣相是指陶瓷中的氣孔，它是在陶瓷生產(chǎn)過程中形成并被保留下來的。氣孔的存在降低了陶瓷的密度，能吸收震動(dòng)，并進(jìn)一步降低了導(dǎo)熱系數(shù)。但也導(dǎo)致陶瓷強(qiáng)度下降，介電損耗增大，絕緣性降低。8. 簡述高分子材料的鍵結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)以及高、低分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的差異。答高分子材料的結(jié)構(gòu)主要包括二個(gè)微觀層次：高分子鏈結(jié)構(gòu)（分子內(nèi)結(jié)構(gòu)）和高分子鏈的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（分子間結(jié)構(gòu)）。高分子鏈的結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成、鍵接方式、空間構(gòu)型以及高分子鏈的長短、幾何形狀及其構(gòu)象。簡言之，高分子鏈結(jié)構(gòu)指的是單個(gè)分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，并可分為近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。近程結(jié)構(gòu)包括構(gòu)造與構(gòu)型。構(gòu)造是指鏈中的原

15、子種類和排列、取代基和端基的種類，單體單元的排列順序，支鏈的類型和長度等。構(gòu)型是指某一原子的取代基在空間的排列。因此，近程結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)為化學(xué)結(jié)構(gòu)，又稱一級(jí)結(jié)構(gòu)。遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)包括分子鏈的大小與形態(tài)、鏈的柔順性及其高分子鏈在各個(gè)環(huán)境中采取的構(gòu)象，又稱二級(jí)結(jié)構(gòu)。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指高聚物整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)及織態(tài)結(jié)構(gòu)。也就是高分子鏈間是如何堆砌的，又稱為三級(jí)結(jié)構(gòu)。高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與低分子物質(zhì)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的差別主要有：1）晶態(tài)高分子始終包含一定量的非晶相；2）高分子的結(jié)晶除與化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還強(qiáng)烈地依賴于外界條件，如溫度、壓力等；3）一個(gè)高分子鏈可以貫穿若干個(gè)晶胞，甚至可從結(jié)晶區(qū)到非晶

16、區(qū)再穿過晶區(qū)。習(xí)題 ：1. 單體就是合成聚合物的原料，即重復(fù)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)單元聚合物是指一種或多種簡單低分子化合物聚合而成的相對(duì)分子質(zhì)量和大的化合物，又稱高聚物。稱重復(fù)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)相同的單元叫鏈節(jié)。4. 影響柔順性的高分子結(jié)構(gòu)因素主要有以下兩個(gè)方面：1）主鏈結(jié)構(gòu)：主鏈全由單鍵組成時(shí)，分子鏈的柔順性最好。主鏈中含有芳雜環(huán)時(shí)，由于它不能旋轉(zhuǎn)，所以柔順性很低，而剛性較好，耐高溫。主鏈中含有孤立雙鍵時(shí)，柔順性增大2）側(cè)基性質(zhì)：極性的側(cè)基使分子間的作用力增大，內(nèi)旋受阻，柔順性降低，側(cè)基體積越大，內(nèi)旋受阻程度越大，側(cè)鏈的柔順性越低。側(cè)基分布的對(duì)稱性對(duì)柔順性的影響顯著。側(cè)基對(duì)稱分布能使主鏈間距增大，有利于內(nèi)旋，所

17、以柔順性增大。9. 線性聚合物的結(jié)構(gòu)是整個(gè)分子鏈呈細(xì)長線條狀，屬線性結(jié)構(gòu)，因而具有較好的彈性和塑性，易于加工成型和反復(fù)使用等特征。網(wǎng)狀聚合物即熱固性塑料，是由于在成型時(shí)線型分子鏈間產(chǎn)生嚴(yán)重交聯(lián)而形成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由于整個(gè)聚合物實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)由化學(xué)鍵固結(jié)起來的不規(guī)則網(wǎng)狀大分子，所以非常穩(wěn)定，從而具有較好的耐熱性、剛性和化學(xué)穩(wěn)定性，具有較高的硬度和彈性模量，但強(qiáng)度低，脆性大，材料不能進(jìn)行塑性加工和反復(fù)使用。彈性體一般具有很大的相對(duì)分子質(zhì)量，分子鏈段很大，具有很大的柔性，在使用條件下不結(jié)晶或結(jié)晶度很?。皇芰r(shí)分子鏈間要能相對(duì)滑移，變形小時(shí)可以他彈性恢復(fù)。由于其在線型分子鏈間形成了少量交聯(lián)，因而具有

18、高的彈性。11 高彈性是指在材料經(jīng)受很大的變形量時(shí)也能彈性恢復(fù)。一般來說，對(duì)線型聚合物進(jìn)行少量的交聯(lián)，可使之充分表現(xiàn)出高彈性，若交聯(lián)度過深，則其彈性降低，脆性增大。191）線型聚乙烯是鏈狀結(jié)構(gòu)，屬熱塑性塑料，其結(jié)構(gòu)簡單，規(guī)整度高，對(duì)稱性好，所以結(jié)晶度高。而支化聚乙烯屬支鏈結(jié)構(gòu)，破壞分子的規(guī)整排列，鏈接構(gòu)的對(duì)稱性被打亂，所以其結(jié)晶能力下降。2）全同立構(gòu)聚丙烯的結(jié)晶度高是因?yàn)榈纫?guī)聚合物結(jié)晶能力強(qiáng)，側(cè)基在空間排列是規(guī)整的，而無規(guī)聚丙烯的側(cè)基排列混亂。3）線型聚乙烯和全同立構(gòu)聚丙烯的不規(guī)則聚合物，雖然它們每個(gè)單體均聚時(shí)結(jié)晶度高，但在形成無規(guī)共聚時(shí)，大分子排列沒有規(guī)則，所以結(jié)晶度低。第四章晶體材料的缺陷

19、1. 如附圖所示，試求某一晶格參數(shù)為2.5 Å的立方金屬刃型位錯(cuò)的Burgers矢量的Miller指數(shù)及其長度。答因?yàn)槭且粋€(gè)刃型位錯(cuò)，所以：b垂直(220)，所以b的方向必為110。 2. 如附圖所示，寫出在FCC金屬的滑移方向的晶向指數(shù)。答由上圖知上滑移方向必為密堆積方向或或或或110或011。3. 實(shí)際晶體中存在哪幾類缺陷。答 根據(jù)晶體缺陷的幾何特征，可將它們分為四種基本缺陷類型：點(diǎn)缺陷、線缺陷(位錯(cuò))、面缺陷和體缺陷。 (1)點(diǎn)缺陷：點(diǎn)缺陷是指在三維尺度上不超過幾個(gè)原子直徑大小的哪些微小的缺陷，也就是說，微小的點(diǎn)缺陷可以涉及一個(gè)原子，也可以是幾個(gè)原子范圍內(nèi)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的局部缺陷。

20、主要有兩種基本類型： 空位和間隙原子 (2)線缺陷：線缺陷是指晶體中二維尺度方向很小但在第三維尺度方向上存在較大的缺陷。位錯(cuò)是理想空間點(diǎn)陣中存在的一種最典型缺陷。 (3)面缺陷：面缺陷是指晶體中一維尺度很小而其它二維尺度很大的缺陷。晶體的面缺陷包括晶體的外表面和內(nèi)界面兩類，其中的內(nèi)界面包括晶界、亞晶界、孿晶界、堆垛層錯(cuò)和相界等。 (4)體缺陷：如果在任意方向上缺陷區(qū)的尺寸可以與晶體或晶粒的線度相比，那么這種缺陷稱為體缺陷。例如：空洞、雜質(zhì)、氣泡、亞結(jié)構(gòu)、沉淀相等。這些缺陷和基質(zhì)晶體已經(jīng)不屬于同一物相，是異相缺陷。4. 闡述位錯(cuò)理論的重要性，并舉例在工程中的應(yīng)用。答 陶瓷材料和聚合物材料雖然比較

21、脆，但也有滑移面的存在。金屬材料的變形主要是通過滑移實(shí)現(xiàn)的，位錯(cuò)對(duì)于理解金屬材料的一些力學(xué)行為特別有用。而位錯(cuò)理論可以解釋材料的各種性能和行為，特別是變形、損傷和斷裂機(jī)制，相應(yīng)的學(xué)科為塑性力學(xué)、損傷力學(xué)和斷裂力學(xué)。另外，位錯(cuò)對(duì)晶體的擴(kuò)散和相變等過程也有較大影響。首先，滑移解釋了金屬的實(shí)際強(qiáng)度與根據(jù)金屬鍵理論預(yù)測(cè)的理論強(qiáng)度低得多的原因。此外，金屬材料拉伸斷裂時(shí)，一般沿450截面方向斷裂而不會(huì)沿垂直截面的方向斷裂，原因在于材料在變形過程中發(fā)生了滑移。其次，滑移賦予了金屬材料的延性。如果材料中沒有位錯(cuò)，鐵棒就是脆性的，也就不可能采用各種加工工藝，如鍛造等將金屬加工成有用的形狀。第三，通過干預(yù)位錯(cuò)的運(yùn)

22、動(dòng)，進(jìn)行合金的固溶強(qiáng)化，控制金屬或合金的力學(xué)性能。把障礙物引入晶體就可以阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，造成固溶強(qiáng)化。如板條狀馬氏體鋼( F12鋼)等。 第四，晶體成型加工過程中出現(xiàn)硬化，這是因?yàn)榫w在塑性變形過程中位錯(cuò)密度不斷增加，使彈性應(yīng)力場不斷增大，位錯(cuò)間的交互作用不斷增強(qiáng)，因而位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)變得越來越困難。 第五，含裂紋材料的疲勞開裂和斷裂、材料的損傷機(jī)理以及金屬材料的各種強(qiáng)化機(jī)制都是以位錯(cuò)理論為基礎(chǔ)。習(xí)題3 利用空位和間隙原子的擴(kuò)散效應(yīng)進(jìn)行材料的表面成分的改性，提高材料的加工工藝，空位還可引起電阻率的增加，使材料的密度下降，體積膨脹。從高溫快速冷卻時(shí)保留的空位聚集成空位片或與其他晶體缺陷相互作用，可以提高

23、材料的強(qiáng)度。第五章固體材料的凝固與顯微結(jié)構(gòu)1. 試解釋凝固與結(jié)晶、晶胚與形核的相互關(guān)系。答物質(zhì)從液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程叫凝固。凝固的物質(zhì)可以成為晶體，也可以是非晶體。若凝固后的物質(zhì)為晶體，則這種凝固稱為結(jié)晶。根據(jù)熱力學(xué)判斷，在過冷的液態(tài)金屬中，短程規(guī)則排列結(jié)構(gòu)越大，則越穩(wěn)定，那些尺寸比較大的短程規(guī)則排列結(jié)構(gòu)才有可能成為晶核。因此，把過冷液體中尺寸較大的短程規(guī)則排列結(jié)構(gòu)稱為晶胚。一定溫度下，最大的晶胚尺寸有一個(gè)極限值 rmax, 而且，液態(tài)金屬的過冷度越大，實(shí)際可能出現(xiàn)的最大晶胚尺寸也越大。在母相中形成等于或大于一定臨界尺寸大小的新相晶核的過程稱為形核。在過冷液態(tài)金屬中，依靠液體金屬本身能量的

24、變化獲得驅(qū)動(dòng)力，由晶胚直接成核的過程叫均勻形核；若晶胚是依附在其他物質(zhì)表面上形核的過程，叫做非均勻形核。晶胚成核的條件，就是晶胚尺寸必須大于臨界核半徑rc。2. 金屬材料結(jié)晶的熱力學(xué)條件和結(jié)構(gòu)條件是什么。答 金屬材料結(jié)晶的熱力學(xué)條件：T < Tm，GB < 0，即過冷。金屬材料結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件：結(jié)構(gòu)起伏（相起伏）和能量起伏。3. 哪些因素會(huì)影響金屬材料結(jié)晶時(shí)的非均勻形核率。答 非均勻形核的形核率，除主要受過冷度的影響外，還受液體內(nèi)懸浮著的固體質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)、數(shù)量、形貌及其物理因素的影響。a. 過冷度影響：由于非均勻形核的形核功小于均勻形核的形核功，即非均勻形核所需要的能量起伏比均勻形核小

25、得多，故凝固時(shí)的過冷度遠(yuǎn)低于均勻形核需要的過冷度。b.  固體雜質(zhì)的影響：相同過冷度下均勻形核和非均勻形核半徑完全一樣，但在曲率半徑相等的條件下，非均勻形核時(shí)所需要的晶胚體積與表面積要小得多，且隨角的減少而減少，潤濕角是判斷固體雜質(zhì)或界面是否能促進(jìn)晶胚成核及其促進(jìn)程度的關(guān)鍵。角大小主要取決于液體、晶核和固體雜質(zhì)之間比表面能的相對(duì)大小。c.固體雜質(zhì)表面形貌的影響：雜質(zhì)表面的形貌各種各樣，有凹凸面，有的是深孔。在這些基面上形核有不同的形核率。因此，凹面容易形核。d. 物理性能的影響：液相宏觀流動(dòng)會(huì)增加形核率，施加電場或磁場也能增加形核率。這是因?yàn)橐后w金屬中已凝固的核心(小晶體)

26、由于受到?jīng)_擊振動(dòng)而碎裂成幾個(gè)核心，或是模壁附近產(chǎn)生的晶核被沖刷走。此效果稱為晶核的機(jī)械增值。由于受到機(jī)械的作用，而使核心提前形成。4. 為什么大多數(shù)聚合物材料難于結(jié)晶。答聚合物從液態(tài)（熔體）轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，主要由其大分子鏈結(jié)構(gòu)所決定。一個(gè)巨型分子的運(yùn)動(dòng)不像金屬原子那樣可單獨(dú)行動(dòng)，因?yàn)樗婕皫装佟浊€(gè)原子，自由運(yùn)動(dòng)困難；還有一個(gè)是動(dòng)力學(xué)的遲緩，表現(xiàn)出特有的粘彈性行為。由于分子內(nèi)結(jié)合鍵在液體和固體中都是特定的，粘度大，分子鏈間纏結(jié)在一起，這就使得液體大分子不容易組合成晶體的排列。一般而言，大分子熔融液的凝固過程，即使在最有利的情況下也是很緩慢的，形成近程有序、長程無序的形貌，而且隨著凝固的進(jìn)行

27、，熔體的粘度變得越來越大，分子的擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)更加困難，結(jié)晶更難于達(dá)到。只有在結(jié)構(gòu)上是規(guī)則的分子，才能形成晶體。無序的分子，具有邊塊（如聚苯乙烯中的苯環(huán)側(cè)基）的分子及鏈分枝的分子、具有弧形基體的分子中的結(jié)晶的可能性都是很低的。第六章材料的力學(xué)性能1. 部件設(shè)計(jì)時(shí)，選取0.2(或s)還是選取b，應(yīng)以什么情況為依據(jù)？答部件設(shè)計(jì)時(shí)，0.2(或s)及b的選取應(yīng)以材料為依據(jù)。0.2(或s)為屈服強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度表征材料發(fā)生明顯塑性變形時(shí)的抗力。在拉伸過程中，出現(xiàn)載荷不增加而試樣還繼續(xù)伸長的現(xiàn)象稱為屈服。許多材料沒有明顯的屈服現(xiàn)象。因此，規(guī)定產(chǎn)生0.2%殘余伸長所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為條件屈服強(qiáng)度，記為0.2。b為抗拉

28、強(qiáng)度，試樣能承受的最大載荷除以試樣原始截面積所得的應(yīng)力，稱為抗拉強(qiáng)度?？估瓘?qiáng)度是材料在拉伸條件下能夠承受最大載荷時(shí)的相應(yīng)應(yīng)力值，表征了材料對(duì)最大均勻變形的抗力。脆性材料由于沒有明顯的s，強(qiáng)度設(shè)計(jì)常用s來計(jì)算。2. 與這兩個(gè)塑性指標(biāo)，哪個(gè)能更準(zhǔn)確地表達(dá)材料的塑性？為什么？答斷裂前材料發(fā)生塑性變形的能力叫塑性。常用塑性指標(biāo)有伸長率和斷面收縮率。材料的與值越大，說明塑性越好。兩者相比，用表示塑性更接近材料的真實(shí)應(yīng)變。3. 有一碳鋼制支架剛性不足，有人要用熱處理強(qiáng)化方法；有人要另選合金鋼；有人要改變零件的截面形狀來解決。哪種方法合理？為什么？答改變零件的截面形狀比較合理，因?yàn)椴牧蟿偠龋◤椥阅Ａ浚┮欢〞r(shí)

29、，提高材料剛性的辦法主要是從零件設(shè)計(jì)上，提高零件的橫截面積或改變零件的截面形狀。從使用性能、工藝性能和性價(jià)比三方面來比較評(píng)價(jià)來看，應(yīng)選擇第三種方法。4. KIC和KI兩者有什么關(guān)系？在什么情況下， KI KIC？答KI為I型應(yīng)力強(qiáng)度因子，隨應(yīng)力的增大，當(dāng)KI增大到某一臨界值時(shí)，可使裂紋前沿某一區(qū)域內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力達(dá)到足以使材料分離，導(dǎo)致裂紋突然失穩(wěn)擴(kuò)展而發(fā)生斷裂，即KI KIC，其中KIC為材料固有的斷裂韌性，可由材料斷裂試驗(yàn)測(cè)得。KI與KIC的關(guān)系和拉伸試驗(yàn)中的應(yīng)力與s的關(guān)系有的類似。當(dāng)外加應(yīng)力增加到屈服應(yīng)力s時(shí)，試樣才開始發(fā)生明顯的塑性變形，是一個(gè)不斷變化的值；KI也是一個(gè)不斷變化的值；KIC是

30、材料固有的值。只有當(dāng)KI KIC時(shí)，材料才會(huì)失穩(wěn)斷裂。5. 結(jié)合物理和化學(xué)性能，各舉一例（實(shí)際使用機(jī)器和構(gòu)件）考慮該項(xiàng)性能指標(biāo)的意義。答（略）6. 簡述各種硬度的測(cè)定方法？并舉例說明如何測(cè)定金屬材料、陶瓷材料和高分子材料的硬度。答常用的測(cè)試方法有三種：壓痕法、回跳法和刻痕法。(1). 布氏硬度：布氏硬度的測(cè)定是把直徑為D的淬火鋼球，用載荷P壓入被測(cè)材料的表面，并保持一定時(shí)間后卸載，通過測(cè)量壓痕直徑d或計(jì)算壓痕表面積F來得到，其計(jì)算式為：HB = P/F = 2P/D(D - (D2 - d2)1/2)。(2). 洛氏硬度：洛氏硬度是用壓頭的壓痕深度來量度。根據(jù)所用壓頭和載荷不同，可分為HRC(

31、薄板或硬脆材料)、HRB(退火鋼及有色金屬)和HRA(淬火鋼等)三種。洛氏硬度可以直讀，操作方便，適用廣泛，可測(cè)量低硬度、高硬度材料。但洛氏硬度載荷大，標(biāo)尺不能統(tǒng)一，一般不宜測(cè)定硬而脆的薄層，硬薄層工件用維氏硬度衡量。(3). 維氏硬度：維氏硬度的壓頭為金剛石四棱錐體，兩對(duì)面的夾角為136°，通過測(cè)量壓痕對(duì)角線長度求出，HV1.8544P/d2。d為壓痕對(duì)角線長度，用此值查表得硬度值。陶瓷材料通常用維氏硬度和顯微硬度測(cè)定。(4).小載荷硬度(a) 維氏顯微硬度：維氏顯微硬度，簡稱顯微硬度，是用來測(cè)量組織中某一相微區(qū)的硬度。顯微硬度的壓頭和表示符號(hào)與維氏硬度相同，但所用的載荷更小，只有

32、幾克至幾百克(2g、5g、10g、50g、100g、200g)，并且長度以微米計(jì)量，其表達(dá)式為：HV 1854.4P/d2，(P的單位是g，d為m)，故有時(shí)稱為小載荷的維氏硬度。由于壓痕微小，需要做成金相樣品。主要適合于陶瓷材料的硬度測(cè)定。(b) 努氏硬度：努氏硬度是從維氏顯微硬度發(fā)展而來。主要差別：一是壓頭形狀為金剛石長棱形，兩個(gè)長棱夾角為172.5°，兩個(gè)短棱夾角為130°，試樣上長短對(duì)角線長度之比L/W為7.11倍的棱形壓痕；二是硬度值不是試驗(yàn)力F除以壓痕的表面積之商值，而是除以壓痕投影面積之商值。其定義為：HK1.451F/L2。L為實(shí)際壓痕對(duì)角線長度(m)，K為K

33、noop的縮寫，F(xiàn)為載荷(N)，其值在0.490319.61N之間。努氏硬度精度高，適用于無機(jī)材料，尤其是先進(jìn)陶瓷材料，硬度的測(cè)量比維氏硬度更精確些，樣品的表面光清潔度要求高。(c) 邵氏硬度：使用硬度計(jì)，在規(guī)定的試驗(yàn)條件下用標(biāo)準(zhǔn)彈簧壓力將硬度計(jì)上的壓針壓入試樣，以壓入深度轉(zhuǎn)換為硬度值，直接由硬度計(jì)讀出邵氏值HS。HS分為邵氏A和邵氏D。邵氏A適合于較軟的塑料如橡膠、泡沫塑料等，邵氏D適合于較硬的塑料。(d) 肖氏硬度：肖氏硬度又叫回跳硬度，是動(dòng)載試驗(yàn)法。其原理是將一定重量的具有金剛石圓頭或者鋼球的標(biāo)準(zhǔn)沖頭從一定高度h。，自由落體到試件表面，然后由于試件的彈性變形使沖頭回跳到某一高度h，用這兩

34、個(gè)高度的比值來計(jì)算肖氏硬度值KS。肖氏硬度無量綱，沖頭回跳高度越高，則試樣的硬度越高。(e) 莫氏硬度：陶瓷及其礦物材料常用的劃痕硬度稱為莫氏硬度。它只表示硬度從小到大的順序，不表示軟硬的程度。后面的材料可以劃破前面材料的表面。起初，莫氏硬度僅分為10級(jí)，1級(jí)最小，10級(jí)最硬。其相應(yīng)硬度的排序?yàn)椋?滑石，2石膏，3方解石，4螢石，5磷灰石，6正長石，7石英，8黃玉，9剛玉，10金剛石。后來，又出現(xiàn)了一些人工合成的高硬度陶瓷材料，莫氏硬度等級(jí)范圍擴(kuò)大，現(xiàn)分為15級(jí)。其順序?yàn)椋?滑石，2石膏，3方解石，4螢石，5磷灰石，6正長石，7 SiO2玻璃，8石英，9黃玉，10石榴石，11熔融氧化鋯，12

35、剛玉，13碳化硅，14 碳化硼，15金剛石。7. 什么叫材料的I型斷裂？裂紋尖端的應(yīng)力場為什么是奇異性的？答材料在垂直于截面的應(yīng)力作用下發(fā)生的斷裂稱作I型斷裂，I型斷裂所受應(yīng)力方向在裂縫平面內(nèi)，與裂縫的發(fā)展方向垂直。由下圖看出，裂紋尖端的應(yīng)力存在奇異性，材料斷裂試驗(yàn)也證明，當(dāng)脆性材料中存在裂紋時(shí)，裂紋尖端就是一個(gè)應(yīng)力奇異場，形成應(yīng)力分布特殊的應(yīng)力場。從公式上，Irwin指出，應(yīng)力場強(qiáng)弱程度由應(yīng)力強(qiáng)度因子KI參數(shù)來控制，KI值大小與裂紋尺寸半長a、外加均勻拉伸應(yīng)力存在以下關(guān)系：，因此稱之為奇異性的。8. 化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕有哪些區(qū)別？并各舉一例說明。答腐蝕可分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和

36、物理腐蝕三種。耐腐蝕性是指金屬抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力?；瘜W(xué)腐蝕是指金屬材料與非電解質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)但不產(chǎn)生電流的破壞過程。例如，金屬在干噪氣體中的腐蝕（飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁、火焰筒的腐蝕）。電化學(xué)腐蝕是指金屬表面與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞過程。腐蝕過程必須有電極反應(yīng)并產(chǎn)生電流，即有一個(gè)陰極反應(yīng)和一個(gè)陽極反應(yīng)。金屬在大氣、海水、土壤、介質(zhì)中的腐蝕均屬于電化學(xué)腐蝕，這是最普遍、最常見的腐蝕形式。例如，鋼鐵生銹等。物理腐蝕是指由于單純的物理溶解而產(chǎn)生的腐蝕，如鋼鐵在液態(tài)鋅中的溶解等。9. 試述非晶態(tài)線性高聚物和晶態(tài)高聚物在不同溫度下的力學(xué)狀態(tài)。答(1) 線性非晶態(tài)高聚物的三種力學(xué)狀態(tài)：

37、線性非晶態(tài)高聚物在不同溫度下表現(xiàn)出三種物理狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。(a) 玻璃態(tài)：T < Tg時(shí)，變形曲線基本上是水平的，彈性模量較高，此時(shí)物體的變形符合虎克定律，應(yīng)力應(yīng)變呈線性關(guān)系，其斜率為直線。由于溫度低、分子動(dòng)能小，整個(gè)分子鏈或鏈段不能發(fā)生運(yùn)動(dòng)，分子處于凍結(jié)狀態(tài)，但比鏈段更小的結(jié)構(gòu)部分（鏈節(jié)、側(cè)基、原子等）在其平衡位置附近作小范圍的振動(dòng)。(b) 高彈態(tài)：T >Tg時(shí)，變形量很大，彈性模量顯著降低，但外力去除后變形可以回復(fù)，彈性是可逆的。高聚物表現(xiàn)為柔軟性而富彈性，具有橡膠的特性，處于所謂高彈態(tài)或橡膠態(tài)。此時(shí)，分子動(dòng)能增大，足以使分子鏈段運(yùn)動(dòng)，但還不能使整個(gè)大分子鏈運(yùn)動(dòng)。

38、此時(shí)分子鏈的柔性已大大增加，卷曲狀態(tài)的分子鏈可沿外力方向逐漸伸展，變形量可達(dá)1001000，這是高聚物所獨(dú)有的力學(xué)狀態(tài)。(c) 粘流態(tài)：溫度高于Tf后，變形迅速發(fā)展，高聚物開始產(chǎn)生粘性流動(dòng)，處于所謂粘流態(tài)，此時(shí)變形已不可逆。因分子的動(dòng)能增強(qiáng)，不僅鏈段運(yùn)動(dòng)，整個(gè)分子鏈也能運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生很大的不可逆的流動(dòng)變形，出現(xiàn)高聚物的粘性流動(dòng)。粘流態(tài)主要是與大分子鏈的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。(2) 晶態(tài)高聚物的力學(xué)狀態(tài)：聚合物結(jié)晶一般不完整，存在一定的非晶部分，也有玻璃化轉(zhuǎn)變。由于結(jié)晶部分的存在(結(jié)晶度大于40%)，在Tg以上，鏈段運(yùn)動(dòng)仍受到限制，模量下降不大。在Tm以上模量才迅速下降。若聚合物分子量很大，Tm < Tf

39、,則在Tm和Tf之間出現(xiàn)高彈態(tài)，若分子量小，Tm > Tf，則熔融之后轉(zhuǎn)變成粘流態(tài)。因此，結(jié)晶度和分子量對(duì)聚合物材料的物理狀態(tài)和性能有顯著影響。10. 什么是高分子材料的粘彈性？蠕變、應(yīng)力松弛和滯后內(nèi)耗的含義是什么？答大多數(shù)高聚物的高彈性是平衡高彈性，應(yīng)力與應(yīng)變同步發(fā)生。但有些高聚物如橡膠，特別在老化和低溫狀態(tài)下表現(xiàn)出與時(shí)間的依賴性，即應(yīng)變與應(yīng)力不同步，有些滯后。粘彈性是指高聚物的應(yīng)變不僅取決于應(yīng)力，而且取決于加載速率，或高聚物的應(yīng)力同時(shí)依賴于應(yīng)變和應(yīng)變速率的變形行為。蠕變是在應(yīng)力保持恒定的情況下，應(yīng)變隨時(shí)間的增長而增加的現(xiàn)象.高聚物受力變形后產(chǎn)生的應(yīng)力隨時(shí)間而逐漸衰減的現(xiàn)象叫應(yīng)力松弛。

40、例如，法蘭密封墊圈經(jīng)長時(shí)間后發(fā)生滲漏現(xiàn)象。與蠕變一樣，它也是大分子鏈在力的作用下，逐漸改變構(gòu)象和發(fā)生了位移。高聚物受周期載荷作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生拉伸和壓縮的循環(huán)應(yīng)變，如上圖所示。高聚物受載拉伸時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變沿ACB線變化，而卸載回縮時(shí)沿BDA變化，回縮是平衡的，伸張則達(dá)不到平衡。所以應(yīng)變落后于應(yīng)力，出現(xiàn)應(yīng)變滯后現(xiàn)象。由于應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的滯后，在重復(fù)加載時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)上一次變形還沒有回復(fù)，或分子鏈的構(gòu)象跟不上改變時(shí)，又施加了下一次載荷，造成分子間的內(nèi)摩擦，產(chǎn)生所謂的內(nèi)耗，變形儲(chǔ)存的彈性能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?chǔ)存的能量等于滯后回線ACBDA所包圍的面積。內(nèi)耗的存在會(huì)引起高聚物溫度的升高，加速老化，但內(nèi)耗能吸收震動(dòng)波，

41、有利于高聚物的減震性能。11. 陶瓷材料的力學(xué)性能有何特點(diǎn)并作簡要解釋。答(1) 剛度：陶瓷材料的化學(xué)鍵合是強(qiáng)大的離子鍵或是離子鍵與化學(xué)鍵的混合鍵，故具有很高的彈性模量，是各類材料中屬最高的。像金屬一樣，陶瓷材料的彈性模量對(duì)組織不敏感，但受氣孔率影響較大，同時(shí)隨溫度的提高會(huì)下降。(2) 硬度：與剛度一樣，硬度也取決于化學(xué)鍵的強(qiáng)度，所以陶瓷材料也是各類材料中硬度最高。這是陶瓷材料的最大特點(diǎn)。陶瓷的硬度隨溫度的升高而下降，但高溫下仍有較高的保留值。(3) 強(qiáng)度：陶瓷的強(qiáng)度也很高，是彈性模量的1/101/15，但實(shí)際強(qiáng)度在1/10001/100，甚至更低。陶瓷材料理論強(qiáng)度低的原因是組織中的晶界形態(tài)。

42、陶瓷晶界中存在晶粒間的局部分離或空隙現(xiàn)象，晶界上的原子鍵間被拉長，鍵強(qiáng)度被明顯，而且晶界上也因相同電荷的靠近產(chǎn)生的斥力產(chǎn)生裂縫。此外，陶瓷的實(shí)際強(qiáng)度受致密度、雜質(zhì)及其缺陷的影響較大。解決的辦法是改善晶界、消除缺陷、提高致密度。(4) 塑性：陶瓷在室溫下幾乎沒有塑性變形行為。塑性變形是在剪切應(yīng)力作用下由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起的密排原子面間的滑移變形。陶瓷晶體的滑移系很少，比金屬少得多。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需剪切應(yīng)力很大，接近于晶體的理論剪切強(qiáng)度。另外，共價(jià)鍵有明顯的方向性和飽和性，而離子鍵的同號(hào)離子接近斥力很大，所以由離子晶體和共價(jià)晶體構(gòu)成的陶瓷的塑性極其差。但在高溫時(shí)，原子的擴(kuò)散可以促進(jìn)陶瓷中的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，以及晶界

43、原子的遷移，這時(shí)陶瓷表現(xiàn)出一定的塑性。(5) 韌性和脆性：陶瓷材料是典型的脆性材料，受外力作用時(shí)在沒有塑性變形的情況下發(fā)生低應(yīng)力斷裂。韌性極其低。沖擊韌性在10kJ/m2以下。比金屬低一個(gè)數(shù)量級(jí)。由于陶瓷材料的斷裂韌性很低，它對(duì)表面狀態(tài)極其敏感。表面劃傷、界面等固有缺陷處類同微裂紋，是應(yīng)力集中點(diǎn)。一旦受力，由于材料沒有塑性變形，裂紋就會(huì)迅速擴(kuò)展。脆性是陶瓷材料作為結(jié)構(gòu)材料使用的最大障礙。改善其脆性的方法主要有：(a) 預(yù)防表面出現(xiàn)缺陷；(b) 表面施加壓應(yīng)力；(c) 纖維或顆粒增強(qiáng)進(jìn)行增韌。第七章固體材料的擴(kuò)散1. 試說明影響擴(kuò)散的因素。答(1) 溫度：擴(kuò)散系數(shù)D和溫度T的關(guān)系可用Arrhen

44、ius定律表示，即溫度升高，原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，擴(kuò)散系數(shù)很快地提高，擴(kuò)散變得容易。(2) 原子鍵力和晶體結(jié)構(gòu)：1）原子鍵力越強(qiáng)，擴(kuò)散激活能Q值越高，擴(kuò)散就越困難。2）晶體結(jié)構(gòu)：原子排列越緊密，原子間的結(jié)合力越強(qiáng)，擴(kuò)散激活能越高，擴(kuò)散系數(shù)越小。(3) 固溶體類型和濃度：1）固溶體類型：置換固溶體中的原子擴(kuò)散是通過空位實(shí)現(xiàn)的。因此，間歇擴(kuò)散機(jī)制所需的激活能明顯小于置換型擴(kuò)散。2）擴(kuò)散組元濃度某一組元的濃度梯度大，擴(kuò)散系數(shù)及其速度也大。(4) 晶體缺陷：晶體中點(diǎn)、線、面缺陷都會(huì)影響擴(kuò)散。位錯(cuò)像管道一樣，擴(kuò)散在位錯(cuò)處更容易進(jìn)行，其影響在濃度小時(shí)更突出。另外，原子沿晶界擴(kuò)散比晶內(nèi)擴(kuò)散要快得多。(5) 第三組元：第三組元對(duì)二元合金中組元擴(kuò)散的影響比較復(fù)雜。碳鋼中加入強(qiáng)碳化物元素