材料科學(xué)基礎(chǔ)考研復(fù)習(xí)及答案

1、 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(jiàn)晶向等。3. 寫(xiě)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）的方向及鐵(bcc,a=0.286nm)的方向,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），（1

2、10）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. 設(shè)圖1-18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

3、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(huà)出位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)出晶體后，滑移方向及滑移量。12. 設(shè)圖1-19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) 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(huà)出柏氏矢量

4、b的方向并計(jì)算出其大小。2) 在晶胞中畫(huà)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(xiě)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. 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(xiě)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F-R位錯(cuò)源的數(shù)目。2) 計(jì)算具有這種F-R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

5、，求晶界上位錯(cuò)之間的距離。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(jiàn)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)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

6、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？ 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,Zn,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?/p>

7、摩爾分?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

8、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) 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=70000Mp

9、a）。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. 一有機(jī)化合物，其成分為，。試寫(xiě)出可能的化合物名稱。14. 畫(huà)出丁醇的4種可能的異構(gòu)體。15. 一普通聚合物具有作為單體，其平均分子質(zhì)量為60000u（取其各元素相對(duì)原子質(zhì)量為。1) 求其單體的質(zhì)量；2) 其聚合度為多少？16. 聚氯乙烯被溶在有機(jī)溶劑中，設(shè)其C- C鍵長(zhǎng)為0.154nm,且鏈中鍵的數(shù)目。1) 分子質(zhì)量為28500g的分子，其均方根的長(zhǎng)度為多少？2) 如果均方根的長(zhǎng)度只有中的一半，則分子質(zhì)量為多少？17. 一聚合材料

10、含有聚氯乙烯，其1個(gè)分子中有900個(gè)單體。如果每一個(gè)分子均能被伸展成直線分子，則求此聚合物可得到理論上的最大應(yīng)變?yōu)槎嗌伲ㄔO(shè)C- C鍵中每1鍵長(zhǎng)是0.154nm）？18. 有一共聚物ABS，每一種的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均相同，則單體的比為多少（A丙烯晴；B丁二烯；S苯乙烯）？19. 尼龍-6是的縮合聚合物。1) 給出此分子的結(jié)構(gòu)。2) 說(shuō)明縮合聚合是如何發(fā)生的。3) 當(dāng)每摩爾的形成時(shí)，所放出的能量為多少？已知不同的鍵：C-O，H-N，C-N，H-O，其鍵能（kJ/mol）分別為360，430，305，500。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(kāi)裂或破碎

11、？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。 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Lm1.88103J/cm3，比表面能1.44105 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. 鑄件組織有何特點(diǎn)？6. 液體金屬凝

12、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。14. 指出下列概念的錯(cuò)誤

13、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，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

14、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)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

15、、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(shù)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(shù)枝晶，后者也呈樹(shù)枝晶。(17) 人們是無(wú)法觀察到極純金屬的樹(shù)枝狀生長(zhǎng)過(guò)程，所以關(guān)于樹(shù)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(shù)枝狀。(19) 純金屬結(jié)晶時(shí)若呈垂直方式長(zhǎng)大，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)

16、，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(shù)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。1.在Al-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R310-4 cm/s，溫度梯度G30/cm，擴(kuò)散系數(shù)D310-5cm2/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

17、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：4Mg-Ni系的一個(gè)共晶反應(yīng)為：設(shè)w1NiC1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430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(huà)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

18、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(+)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(jiàn)圖4-32 Cu-Zn相圖，圖中有多少三相平衡，寫(xiě)出它們的反應(yīng)式。分析含wZn=0.40的Cu-Zn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

19、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) Fe-0.002 C的鋼內(nèi)存在哪些相?(2) 寫(xiě)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(jiàn)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；(2

20、) 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Cu-Ag合金(WCu0.075，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

21、，且其中的含Cu量wCu0.02(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)Fe-Fe3C相圖寫(xiě)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4-34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

22、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) 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Ni

23、-Cu合金鑄件，結(jié)晶后薄處易形成樹(shù)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

24、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(shù)枝狀組織。20讀出圖4-3

25、5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(xiě)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) 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。22. 成分為wCr0.18，wC0.01的不銹鋼，其成分點(diǎn)在Fe-C-Cr相圖1150截面上的點(diǎn)P處（見(jiàn)圖4-37），該合金在此溫度下各平衡相相對(duì)量為多少？23. 三元相圖的垂直截面與二元相圖有何不同？為什么二

26、元相圖中何以應(yīng)用杠桿定律而三元相圖的垂直截面中卻不能？24. 已知圖4-38為A-B-C三元?jiǎng)蚓鄨D的等溫線的投影圖，其中實(shí)線和虛線分別表示終了點(diǎn)的大致溫度，請(qǐng)指出液、固兩相成分變化軌跡。25. 已知A-B-C三元系富A角液相面與固相面投影，如圖4-39所示。(1) 寫(xiě)出ET相變的三條單變量線所處三相區(qū)存在的反應(yīng)；(2) 寫(xiě)出I和II平衡凝固后的組織組成；(3) 圖中什么成分的合金平衡凝固后由等變量的初晶與三相共晶體(+AmBn+APCq)共組成?(4) 什么成分的合金平衡凝固后是由等變量的二相共晶體(+AmBn)共，(+AqCq)共和，三相共晶體(+AmBn+ApCq)共組成?26利用圖4-

27、29分析4Crl3不銹鋼(wC=0.0004，WCr0.13)和Crl3型模具鋼(wC0.02，wCr0.13)的凝固過(guò)程及組織組成物，并說(shuō)明其組織特點(diǎn)。27圖4-40為Pb-Bi-Sn相圖的投影圖。(1) 寫(xiě)出點(diǎn)P，E的反應(yīng)式和反應(yīng)類型；(2) 寫(xiě)出合金Q(WBi0.70，wSn0.20)的凝固過(guò)程及室溫組織；(3) 計(jì)算合金室溫下組織的相對(duì)量。28圖4-41是Fe-C-N系在565下的等溫截面圖。(1) 請(qǐng)?zhí)畛湎鄥^(qū)；(2) 寫(xiě)出45號(hào)鋼氮化時(shí)的滲層組織。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210-8mol/(m2s),鐵箔兩側(cè)氫濃度

28、分別為310-6mol/m3和810-8 mol/m3，若D=2.210-6m2/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，已知其濃度分布曲線為若M=51010mol/m2,D=410-9m2/s;求距表明8m處硼濃度達(dá)到1.71010 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

29、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10-10s-1和10-9s-1，濃度梯度為1032原子/m4,計(jì)算A,B原子通過(guò)標(biāo)志界面的通量和標(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

30、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5-5轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度向何方移動(dòng)？14. 三元系發(fā)生

31、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(jiàn)，F(xiàn)e中原子擴(kuò)散系數(shù)要小于Fe中的擴(kuò)散系數(shù)。1鋅單晶體試樣的截面積A78.5 mmz，經(jīng)拉伸試驗(yàn)測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)如表6-1所示。試回答下列問(wèn)題

32、：(1) 根據(jù)表6-1中每一種拉伸條件的數(shù)據(jù)求出臨界分切應(yīng)力k，分析有無(wú)規(guī)律。(2) 求各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(shuō)明取向因子對(duì)屈服應(yīng)力的影響。表6-1 鋅單晶體拉伸試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)屈服載荷N620252184148174273525/( )8372.56248.530.517.65/( )25.5263466374.882.52低碳鋼的屈服點(diǎn)與晶粒直徑d的關(guān)系如表6-2中的數(shù)據(jù)所示，d與，是否符合霍爾配奇公式?試用最小二乘法求出霍爾配奇公式中的常數(shù)。表6-2 低碳鋼屈服極限與晶粒直徑d/m400501052s/(kPa)861211802423453拉伸銅單晶體

33、時(shí)，若拉力軸的方向?yàn)?01，106Pa。求(111)面上柏氏矢量b=的螺型位錯(cuò)線上所受的力(aCu0.36nm)。4給出位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻力與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系式。說(shuō)明為什么晶體滑移通常發(fā)生在原子最密排的晶面和晶向。5對(duì)于面心立方晶體來(lái)說(shuō)，一般要有5個(gè)獨(dú)立的滑移系才能進(jìn)行滑移。這種結(jié)論是否正確?請(qǐng)說(shuō)明原因及此結(jié)論適用的條件。6什么是單滑移、多滑移、交滑移?三者滑移線的形貌各有何特征?7已知純銅的111滑移系的臨界切應(yīng)力rc為1 MPa，問(wèn)；(1) 要使()面上產(chǎn)生101)方向的滑移，則在001方向上應(yīng)施加多大的應(yīng)力?(2) 要使()面上產(chǎn)生110方向的滑移呢?8證明體心立方金屬產(chǎn)生孿生變形時(shí)，孿晶面

34、沿孿生方向的切應(yīng)變?yōu)?.707。9試比較晶體滑移和孿生變形的異同點(diǎn)。10 用金相分析如何區(qū)分“滑移帶”、“機(jī)械孿晶”、“退火孿晶”。11 試用位錯(cuò)理論解釋低碳鋼的屈服。舉例說(shuō)明呂德斯帶對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響及防止辦法。12 纖維組織及織構(gòu)是怎樣形成的?它們有何不同?對(duì)金屬的性能有什么影響?13 簡(jiǎn)要分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、固熔強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化在本質(zhì)上有何異同。14 鎢絲中氣泡密度(單位面積內(nèi)的氣泡個(gè)數(shù))由100個(gè)/cm2增至400個(gè)/cm2時(shí)，拉伸強(qiáng)度可以提高1倍左右，這是因?yàn)闅馀菘梢宰璧K位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。試分析氣泡阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的機(jī)制和確定切應(yīng)力的增值r。15 陶瓷晶體塑性變形有何特點(diǎn)?16 為什么陶瓷實(shí)際的

35、抗拉強(qiáng)度低于理論的屈服強(qiáng)度，而陶瓷的壓縮強(qiáng)度總是高于抗拉17 強(qiáng)度?18 已知燒結(jié)氧化鋁的孔隙度為5時(shí)，其彈性模量為370 GPa，若另一燒結(jié)氧化鋁的彈性模量為270 GPa，試求其孔隙度。19 為什么高聚物在冷拉過(guò)程中細(xì)頸截面積保持基本不變?將已冷拉高聚物加熱到它的玻理化轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)，冷拉中產(chǎn)生的形變是否能回復(fù)?20 銀紋與裂紋有什么區(qū)別?1設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方法，確定在一定溫度( T )下再結(jié)晶形核率N和長(zhǎng)大線速度G （若N和G都隨時(shí)間而變）。2金屬鑄件能否通過(guò)再結(jié)晶退火來(lái)細(xì)化晶粒?3固態(tài)下無(wú)相變的金屬及合金，如不重熔，能否改變其晶粒大小?用什么方法可以改變?4說(shuō)明金屬在冷變形、回復(fù)、再結(jié)晶及

36、晶粒長(zhǎng)大各階段晶體缺陷的行為與表現(xiàn)，并說(shuō)明各階段促使這些晶體缺陷運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是什么。5將一鍥型銅片置于間距恒定的兩軋輥間軋制，如圖74所示。(1) 畫(huà)出此銅片經(jīng)完全再結(jié)晶后晶粒大小沿片長(zhǎng)方向變化的示意圖；(2) 如果在較低溫度退火，何處先發(fā)生再結(jié)晶?為什么?6圖75示出。黃銅在再結(jié)晶終了的晶粒尺寸和再結(jié)晶前的冷加工量之間的關(guān)系。圖中曲線表明，三種不同的退火溫度對(duì)晶粒大小影響不大。這一現(xiàn)象與通常所說(shuō)的“退火溫度越高，退火后晶粒越大”是否有矛盾?該如何解釋?7假定再結(jié)晶溫度被定義為在1 h內(nèi)完成95再結(jié)晶的溫度，按阿累尼烏斯(Arrhenius)方程，NN0exp()，GG0exp()可以知道，再

37、結(jié)晶溫度將是G和向的函數(shù)。(1) 確定再結(jié)晶溫度與G0，N0，Qg，Qn的函數(shù)關(guān)系；(2) 說(shuō)明N0，G0，Qg，Q0的意義及其影響因素。8為細(xì)化某純鋁件晶粒，將其冷變形5后于650退火1 h，組織反而粗化；增大冷變形量至80，再于650退火1 h，仍然得到粗大晶粒。試分析其原因，指出上述工藝不合理處，并制定一種合理的晶粒細(xì)化工藝。9冷拉銅導(dǎo)線在用作架空導(dǎo)線時(shí)(要求一定的強(qiáng)度)和電燈花導(dǎo)線(要求韌性好)時(shí)，應(yīng)分別采用什么樣的最終熱處理工藝才合適?10 試比較去應(yīng)力退火過(guò)程與動(dòng)態(tài)回復(fù)過(guò)程位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有何不同。從顯微組織上如何區(qū)分動(dòng)、靜態(tài)回復(fù)和動(dòng)、靜態(tài)再結(jié)晶?11 某低碳鋼零件要求各向同性，但在熱加工

38、后形成比較明顯的帶狀組織。請(qǐng)?zhí)岢鰩追N具體方法來(lái)減輕或消除在熱加工中形成帶狀組織的因素。12 為何金屬材料經(jīng)熱加工后機(jī)械性能較鑄造狀態(tài)為佳?13 燈泡中的鎢絲在非常高的溫度下工作，故會(huì)發(fā)生顯著的晶粒長(zhǎng)大。當(dāng)形成橫跨燈絲的大晶粒時(shí)，燈絲在某些情況下就變得很脆，并會(huì)在因加熱與冷卻時(shí)的熱膨脹所造成的應(yīng)力下發(fā)生破斷。試找出一種能延長(zhǎng)鎢絲壽命的方法。14 Fe-Si鋼(Wsi為0.03)中，測(cè)量得到MnS粒子的直徑為0.4m，每1 mm2內(nèi)的粒子數(shù)為2105個(gè)。計(jì)算MnS對(duì)這種鋼正常熱處理時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響(即計(jì)算奧氏體晶粒尺寸)。15 判斷下列看法是否正確。(1) 采用適當(dāng)?shù)脑俳Y(jié)晶退火，可以細(xì)化金屬

39、鑄件的晶粒。(2) 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶僅發(fā)生在熱變形狀態(tài)，因此，室溫下變形的金屬不會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。(3) 多邊化使分散分布的位錯(cuò)集中在一起形成位錯(cuò)墻，因位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的疊加，使點(diǎn)陣畸變?cè)龃蟆?4) 凡是經(jīng)過(guò)冷變形后再結(jié)晶退火的金屬，晶粒都可得到細(xì)化。(5) 某鋁合金的再結(jié)晶溫度為320，說(shuō)明此合金在320以下只能發(fā)生回復(fù)，而在320以上一定發(fā)生再結(jié)晶。(6) 20#鋼的熔點(diǎn)比純鐵的低，故其再結(jié)晶溫度也比純鐵的低。(7) 回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大三個(gè)過(guò)程均是形核及核長(zhǎng)大過(guò)程，其驅(qū)動(dòng)力均為儲(chǔ)存能。(8) 金屬的變形量越大，越容易出現(xiàn)晶界弓出形核機(jī)制的再結(jié)晶方式。(9) 晶粒正常長(zhǎng)大是大晶粒吞食小晶粒，反常長(zhǎng)大

40、是小晶粒吞食大晶粒。(10) 合金中的第二相粒子一般可阻礙再結(jié)晶，但促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大。(11) 再結(jié)晶織構(gòu)是再結(jié)晶過(guò)程中被保留下來(lái)的變形織構(gòu)。(12) 當(dāng)變形量較大、變形較均勻時(shí)，再結(jié)晶后晶粒易發(fā)生正常長(zhǎng)大，反之易發(fā)生反常長(zhǎng)大。(13) 再結(jié)晶是形核長(zhǎng)大過(guò)程，所以也是一個(gè)相變過(guò)程。1分析固態(tài)相變的阻力。2分析位錯(cuò)促進(jìn)形核的主要原因。3下式表示含n個(gè)原子的晶胚形成時(shí)所引起系統(tǒng)自由能的變化。式中：Gv 形成單位體積晶胚時(shí)的自由能變化；/ 界面能；Es 應(yīng)變能；a、b 系數(shù)，其數(shù)值由晶胚的形狀決定。試求晶胚為球形時(shí)，a和b的值。若Gv，/，Es均為常數(shù)，試導(dǎo)出球狀晶核的形核功G*。4A1-Cu合金的亞平

41、衡相圖如圖8-5所示，試指出經(jīng)過(guò)固溶處理的合金在T1，T2溫度時(shí)效時(shí)的脫溶順序；并解釋為什么穩(wěn)定相一般不會(huì)首先形成呢?5xCu0.046的Al-Cu合金(見(jiàn)圖4-9)，在550固熔處理后。相中含xCu0.02，然后重新加熱到100，保溫一段時(shí)間后，析出的相遍布整個(gè)合金體積。設(shè)粒子的平均間距為5 nm，計(jì)算：(1) 每立方厘米合金中大約含有多少粒子?(2) 假設(shè)析出后，相中的xCu0，則每個(gè)粒子中含有多少銅原子(相為fcc結(jié)構(gòu)，原子半徑為0.143 nm)?6連續(xù)脫熔和不連續(xù)脫熔有何區(qū)別?試述不連續(xù)脫熔的主要特征?7試述Al-Cu合金的脫熔系列及可能出現(xiàn)的脫熔相的基本特征。為什么脫溶過(guò)程會(huì)出現(xiàn)過(guò)

42、渡相?時(shí)效的實(shí)質(zhì)是什么?8指出調(diào)幅分解的特征，它與形核、長(zhǎng)大脫溶方式有何不同?9試說(shuō)明脫熔相聚集長(zhǎng)大過(guò)程中，為什么總是以小球熔解、大球增大方式長(zhǎng)大。10 若固態(tài)相變中新相以球狀顆粒從母相中析出，設(shè)單位體積自由能的變化為108J/m2，比表面能為1J/m2，應(yīng)變能忽略不計(jì)，試求表面能為體積自由能的1時(shí)的新相顆粒直徑。11 試述無(wú)擴(kuò)散型相變有何特點(diǎn)。12 若金屬B熔入面心立方金屬A中，試問(wèn)合金有序化的成分更可能是A3B還是A2B？試用20個(gè)A原子和B原子作出原子在面心立方金屬(111)面上的排列圖形。13 含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc0.003及wc0.012的甲5 mm碳鋼試樣，都經(jīng)過(guò)860加熱淬火，試說(shuō)明

43、淬火后所得到的組織形態(tài)、精細(xì)結(jié)構(gòu)及成分。若將兩種鋼在860加熱淬火后，將試樣進(jìn)行回火，則回火過(guò)程中組織結(jié)構(gòu)會(huì)如何變化?1增強(qiáng)體、基體和界面在復(fù)合材料中各起什么作用?2涂有碳化硅涂層的硼纖維增強(qiáng)鋁合金是一種耐高溫的輕質(zhì)航空、航天復(fù)合材料，纖維和基體的主要性能參數(shù)如表9-1所示。當(dāng)纖維體積分?jǐn)?shù)為0.40時(shí)，試計(jì)算復(fù)合材料的密度、縱向和橫向模量及縱向強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)。表9-1 硼纖維及鋁合金的某些性能參數(shù)材料密度g/cm3彈性模量GPa抗拉強(qiáng)度MPa熱膨脹系數(shù)10-6/硼纖維2.3637927598.30鋁合金2.706934523.43比較彌散增強(qiáng)、粒子(顆粒)增強(qiáng)和纖維增強(qiáng)的作用和機(jī)理。4簡(jiǎn)述復(fù)

44、合材料中的尺寸效應(yīng)。5比較連續(xù)纖維和短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的臨界體積分?jǐn)?shù)，說(shuō)明臨界體積分?jǐn)?shù)的意義。6說(shuō)明LLc，fu為纖維斷裂強(qiáng)度。設(shè)纖維呈伸長(zhǎng)狀態(tài)。16 鎳與wTh為0.01的Th形成合金，并制成粉末，然后擠壓成為所需形狀，再燒結(jié)成最終產(chǎn)品時(shí)，Th完全氧化。試計(jì)算這種Th-Ni材料會(huì)產(chǎn)生多少體積分?jǐn)?shù)的ThO2。已知ThO2的密度為9.86 g/cm3，Ni為8.98 g/cm3，Th為11.72 g/cm3。17 用顯微鏡觀察硼鋁單向復(fù)合材料垂直于纖維的截面，如圖91所示。發(fā)現(xiàn)纖維直徑為0.05mm，纖維間距為0.15mm，纖維呈正方形排列。試確定繃?yán)w維的體積分?jǐn)?shù)及縱向(纖維方向)的彈性模量。已

45、知鋁合金的彈性模量為69 GPa，強(qiáng)度為345 MPa。硼纖維彈性模量為400GPa，強(qiáng)度為3700 MPa。 1 有關(guān)晶面及晶向附圖2.1所示。2 見(jiàn)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。111(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1.410-28m3)5 (1)0.088 nm；(2)0.100 nm。6 Cu原子的線密度為2.77106個(gè)原子/mm。Fe原子的線密度為3.50106個(gè)原子/mm。7 1.6ll0

46、13個(gè)原子/mm2；1.14X1013個(gè)原子/mm2；1.861013個(gè)原子/mm2。8 (1) 5.291028個(gè)矽原子/m3； (2) 0.33。9 9. 0.410-18/個(gè)原子。10 1.061014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) AB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

47、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)生寬度為一個(gè)b的臺(tái)階。13 (1)，其大小為，其方向見(jiàn)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/b557，b后a/b111，不能滿足。(4) 不能。能量條件：b前2a2 b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

48、。(2) Ni1.95107 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) 原子

49、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。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

50、金屬元素所組成不同點(diǎn)晶體結(jié)構(gòu)屬于固熔體相，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

51、阻力則是組態(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

52、小，但是它的間隙數(shù)目多且分散，因而間隙半徑很小：r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/l0-2，在室溫時(shí)降至WN0.001/l0-2；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WC0.006/10-2。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

53、八面體間隙中心，因?yàn)椤?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)?Fe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/10-

54、2；氮在-Fe中的最大固熔度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))約為WN2.8/10-2。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 9 (1)0.278 nm；(2)0.393 nm(3)0.482 nm；(4)0.622 nm；(5)0.393 nm。10

55、 (1)WLi+16/10-2，WMg2+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(huà)出丁醇(C4H9OH)的4種可能的異構(gòu)體如下：15(1)單體質(zhì)量為12X2+1X2+35.5X297 gmol；(2)聚合度為 n60000/97620。16 (1)均方根據(jù)長(zhǎng)度4.65 nm；(2)分子質(zhì)量m7125 g。17 理論上的最大應(yīng)變?yōu)?380。18 單體的摩爾分?jǐn)?shù)為:X苯烯20/10-2，X丁二烯40/10-2，X丙烯晴40/10-

56、219（1）和（2）如下：(3)每摩爾的水(0.6X1024)形成時(shí)，需要消去0.6X1024的CO及NH鍵，同時(shí)形成06X1024的CN及HO鍵。凈能量變化為-15 kJmol。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)Si04四面體所共有。(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

57、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(kāi)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，化學(xué)穩(wěn)定性高。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G0，才有GB0。即只有過(guò)冷，才能使G0。動(dòng)力學(xué)條件為液固界面前沿液體的溫度TTm(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

58、界晶核時(shí)，還有13的表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)rk9.03X10-10 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

59、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(kāi)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(kāi)，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

60、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)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a