材料科學(xué)與基礎(chǔ)習(xí)題集

1、材料科學(xué)與基礎(chǔ)習(xí)題集1含12.3wt% Mn、1.34wt%C的奧氏體鋼，其點(diǎn)陣常數(shù)為 0.3624nm, 密度為7.83g/cm3， 已知 C、 Fe、 Mn 的原子量分別為 12，55.84， 54.92，試計(jì)算此奧氏體鋼晶胞內(nèi)的實(shí)際原子數(shù)，并分析C、 Mn 在此奧氏體鋼的固溶方式。2 分別計(jì)算面心立方、體心立方、簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)中（ 100） 、 （ 110） 、（ 111）面上的原子密度和面間距，并歸納原子密度與面間距間的定性關(guān)系，獲得不同結(jié)構(gòu)的密排面。3當(dāng)Fe從fcc結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閎cc結(jié)構(gòu)時(shí)，a）按晶體的鋼球模型，若球的直徑不變，計(jì)算其體積膨脹多少？b）經(jīng)x射線衍射測(cè)定在 912c時(shí)，-F

2、e的a=0.2892nm, 丫-Fe勺 a=0.3633nm,計(jì)算從丫-F籟變?yōu)?Fe寸，其體積膨脹為多少？與 a）相比，說明導(dǎo)致差別的原因。4 已知元素的原子半徑如下：碳-0.077nm ， -Fe-0.124nm， -Fe-0.126nm?；卮鹨韵聠栴}： 定性分析碳在-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。 滲碳的目的是進(jìn)一步提高鋼制品表面的性能，請(qǐng)根據(jù)已有知識(shí)分析滲碳的理想溫度范圍。5 Zn原子的摩爾分?jǐn)?shù)為3%的Cu-Zn合金是固溶體，銅的原子半徑為 0.128nm, Zn的原子半徑為0.133nm。假設(shè)點(diǎn)陣常數(shù)隨Zn原子加入呈線性變化，求此合金的密度。6

3、CsI晶體具有體心立方結(jié)構(gòu)，且Cs在(000)位置，I在(1/2 1/2 1/2) 位置，若Cs和I的原子(離子)半徑分別為0.172nm和0.227nm,求 它的致密度。7 CuZn具有體心立方結(jié)構(gòu)，具 Zn與Cu原子之比為46： 54,在 450c時(shí)若有90%白(1/2 1/2 1/2)位置被銅原子占據(jù)，問有多少百 分?jǐn)?shù)的(0 0 0位置被銅原子占據(jù)？(注意：CuZn屬固溶體？化合物？)8根據(jù)表1中的原子半徑數(shù)據(jù)，定性分析以表中各元素為合金元素與銅形成的合金在屈服強(qiáng)度上有什么差異合金元素ZnAlSnNiSiBe原子半徑 (r)0.13320.14320.15090.12430.11760.

4、1140(r-roui) / rou+4.2%+12.0%+18.1%-2.7%-8.0%-10.8%.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)？能否出現(xiàn)三 相共存區(qū)？為什么？. 一塊厚鋼板，w(C)=0.1%,在930c滲碳，表面碳濃度保持 w(C)=1%,設(shè)擴(kuò)散系數(shù)與濃度無(wú)關(guān)，且 D=0.738exp-58.98(kJ/mol)/RT (cm2?s-1)。問距表面 0.05cm 處碳濃度 w(C)升至 0.45%所需要的時(shí)間。若在距表面0.1cm處獲得同樣的濃度(0.45%)所需時(shí)間又是多少？導(dǎo)出在擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)時(shí)，在同一溫 度下滲入距離和時(shí)間關(guān)系的一般表達(dá)式。.上題中，問要在什么溫度

5、下滲碳才能在上題求出距表面0.05cm處獲得碳濃度w(C為0.45%所需要的相同時(shí)間內(nèi)使距表面0.1cm處獲 得0.45%的碳濃度?.根據(jù)圖1所示Fe-Off圖：分析純鐵在1000c空氣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間放置 后，其氧化層不同深度中的物相特征。圖1圖2. 一塊厚度為d的薄板，在T1溫度下兩側(cè)的濃度分別為w1, w0 （w1w0）,當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，給出擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)隨濃度增加而增加，擴(kuò)散系數(shù)隨濃度增加而減小等三種情況 下濃度分布示意圖。.上題中，若 d=2mm, w1=1.4%, w0=0.15%。在T1 溫度下w1 和 w0 濃度的擴(kuò)散系數(shù)分別為 Dw1=7.7X 10-11m2?s-1

6、, Dw0=2.5X 10- 11m2?s-1。問板的兩側(cè)表面的濃度梯度的比值為多大 ？設(shè)亞=0.8%三 p =60kg/m3,問擴(kuò)散流量為多少？（設(shè)擴(kuò)散系數(shù)隨濃度線性變化）.工業(yè)純鐵在927c下滲碳，設(shè)工件表面很快達(dá)到滲碳飽和（1.3% 的碳），然后保持不變，同時(shí)碳原子不斷向工件內(nèi)部擴(kuò)散。求滲碳 10h后滲碳層中碳濃度分布的表達(dá)式。.圖2為一內(nèi)外徑分別為和r2的純鐵球殼，其外壁維持某擴(kuò)散組元 濃度C2,內(nèi)壁維持某擴(kuò)散組元濃度C1,試給出穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散條件下球殼 中擴(kuò)散組元濃度隨半徑的分布表達(dá)式。.試分析下列哪些材料學(xué)過程（現(xiàn)象）與原子擴(kuò)散有關(guān)：A柯肯達(dá)爾效應(yīng)B成分過冷C成分均勻化D固態(tài)相變形核E蠕

7、變F表面滲碳.試根據(jù)擴(kuò)散系數(shù)表達(dá)式分析影響擴(kuò)散過程的主要因素。 QD D 0 exp（-RT）.將細(xì)銅棒兩端固定，從100c冷去降U0C,問發(fā)生的內(nèi)應(yīng)力有多 大？已知銅的線膨脹系數(shù)=1.5Xl0-6/c,彈性模量E=1.103X1011 Pa）。.體心立方晶體可能的滑移面是110、112及123,若滑移方 向?yàn)?11,具體的滑移系是哪些？.鋁的臨界分切應(yīng)力為2.40 X 105 Pa,當(dāng)拉伸軸為001時(shí)，引起屈 服所需要的拉伸應(yīng)力是多大？. 一個(gè)簡(jiǎn)單立方晶系的雙晶，它們滑移系為100,雙晶體的 取向及力軸取向如圖1所示，問哪一個(gè)晶體首先滑移？在哪一個(gè)滑 移系滑移？（說明：對(duì)于I晶體，拉伸應(yīng)力垂

8、直于100與0-11 確定的平面， 對(duì)于II晶體，拉伸應(yīng)力垂直于001與100確定的平面）圖1表1.若面心立方晶體沿131軸拉伸，拉伸應(yīng)力為6.9X105Pa。試確 定（111）上各可能滑移系的分切應(yīng)力。.示意畫出單晶的應(yīng)力-應(yīng)變（。-丫）曲線，并表出各階段。鋁 （層錯(cuò)能約為200mJ/m2）和不銹鋼（層錯(cuò)能約為10mJ/m2）哪一 種材料形變第m階段開始得更早？這兩種材料滑移特征有什么區(qū) 別？.厚度為40mm的鋁板，軋制成一側(cè)為20mmi一側(cè)仍保持為40mml楔形板，經(jīng)再結(jié)晶退火后，畫出從20mml一側(cè)到40mrrr側(cè)的截面 的組織示意圖。并說明原因。.說明金屬冷變形程度的大小對(duì)再結(jié)晶形核機(jī)

9、制和再結(jié)晶晶粒尺寸的影響。.試分析晶界在材料塑性變形中的作用。.分析加工硬化現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、影響因素以及對(duì)材料后續(xù)加工和 使用有什么影響。.用一冷拉鋼絲繩吊裝一大型工件入爐，并隨工件一起加熱到 1000C,加熱完畢，再次吊裝該工件時(shí)，鋼絲繩發(fā)生斷裂。.表1是在不同溫度下保溫晶粒長(zhǎng)大實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的數(shù)據(jù)，如果忽略 了晶粒開始長(zhǎng)大時(shí)的尺寸，問晶粒界移動(dòng)速度是否和驅(qū)動(dòng)力成正 比。求出晶界遷移的激活能。.將經(jīng)過大冷變形量的純銅長(zhǎng)棒一端浸入冰水中，另外一端加熱至 900 C ,試分析2小時(shí)后該純銅棒沿長(zhǎng)度方向的組織和硬度分布。14.1. 一個(gè)位錯(cuò)環(huán)能否各部分都是螺位錯(cuò) ？能否各部分都是刃位錯(cuò)？為 什么？15

10、.2.拉伸試驗(yàn)的應(yīng)變速度一般是110-6s-1,設(shè)能動(dòng)的位錯(cuò)密度108cm- 2,計(jì)算位錯(cuò)的平均速度。b=0.3nm。16.3.為什么刃位錯(cuò)不能交滑移，螺位錯(cuò)不能攀移。17.4.為什么空位是熱力學(xué)穩(wěn)定缺陷，而位錯(cuò)是非熱力學(xué)穩(wěn)定缺陷。18.5.請(qǐng)判定下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行，若能夠進(jìn)行，在晶胞圖上做出矢量圖。(1)19.6.對(duì)工業(yè)名鋁、Al-5 % Cu合金、Al-5 % Al 2O3復(fù)合材料可能的強(qiáng)化 機(jī)制分別有哪些。20.7.簡(jiǎn)單立方晶體(100)面有1個(gè)b= 0 -1 0 的刃位錯(cuò)21.(a4(001)面有1 jb=010的刃位錯(cuò)和它相截，相截后2個(gè)位錯(cuò)產(chǎn) 生扭折還是割階？22.(b)在(001)面有1 jb=100的螺位錯(cuò)和它相截，相截后2個(gè)位錯(cuò)產(chǎn)31.生扭折還是割階？23.8.簡(jiǎn)單立方晶體(100)面有一個(gè)b=001的螺位錯(cuò)。24.(a法(001)面有1 jb=010的刃位錯(cuò)和它相截，相截后2個(gè)位錯(cuò)產(chǎn) 生扭折還是割階？25.(b)在(001)面有一個(gè)b=100的螺位錯(cuò)和它相截，相截后2個(gè)位錯(cuò)產(chǎn) 生扭折還是割階？26.9.下圖表示在同一直線上有柏氏矢量相同的 2個(gè)同號(hào)刃位錯(cuò)AB 和CD,距離為x,他們作F-R源開動(dòng)。.(a)畫出這2個(gè)F-R源增殖時(shí)的逐步過程，二者發(fā)生交互作用時(shí)， 會(huì)發(fā)生什么情況？.(b)若