材料科學基礎習題集綜述綜述分析

1、材料科學基礎習題集第1章原子結構與鍵合概念與名詞：分子，原子；主量子數(shù)n，軌道角動量量子數(shù)I，磁量子數(shù)m,自旋角動量量子數(shù) s；能量最低原理，Pauli不相容原理，Hund規(guī)則；元素，元素周期表，周期，族；結合鍵，金屬鍵，離子鍵，共價鍵，范德華力，氫鍵；第2章固體結構概念與名詞:晶體，非晶體；晶體結構，空間點陣，陣點，晶胞，7個晶系，14種布拉菲點陣；宏觀對稱元素，微觀對稱元素，點群，空間群；極射投影，極點，吳氏網，標準投影；晶向指數(shù)，晶面指數(shù)，晶向族，晶面族，晶帶軸，共價面，晶面間距；面心立方，體心立方，密排立方，多晶型性，同素異構體；點陣常數(shù)，晶胞原子數(shù)，配位數(shù)，致密度，四面體間隙，八面體

2、間隙；合金，相，固溶體，中間相，短程有序參數(shù)a，長程有序參數(shù)S ；置換固溶體，間隙固溶體，有限固溶體，無限固溶體，無序固溶體，有序固溶體；正常價化合物，電子化合物，電子濃度，間隙相，間隙化合物，拓撲密堆相；離子晶體，NaCI型結構，閃鋅礦型結構，纖鋅礦型結構，硅酸鹽SiO 4 4-四面體;共價晶體，金剛石結構；聚集態(tài)結構，球晶，纓狀微束模型，折疊鏈模型，伸直鏈模型；玻璃，玻璃化轉變溫度U V W 與u v t w 之間的互換關系：TJ -u V -v t, W w否相接觸？ b）每個單位晶胞內有幾個離子？c）各離子的配位數(shù)是多少？d） p和K？晶帶定律：心心 I -立方晶系晶面間距計算公式六方

3、晶系晶面間距計算公式:電子濃度計算公式:戌100-成+ &W01 假定有一個晶向BC,通過坐標原點 O作直線與BC平行，在直線上任取一點P, P點在三個坐標軸上的坐標分別為 Xa=a/2,Yb=b/2,Zc=c, 求晶相BC的晶相指數(shù)，并畫岀晶向BG2. 已知一個晶向在四軸上坐標分別為OX=a OY=-1/2b , OU=-1/2d , OZ=0求該晶向的晶向指數(shù)，并畫岀該晶向。3. 四方晶系，a=b、c=1/2a，一個晶面在 X、丫、Z軸上的截距分別為2a,3b,6c,求該晶面的晶面指數(shù)，并用圖表示。4. 在四軸定向的六方晶體中，一個晶面在四個結晶軸上截距分別為b、-d、g,求該晶面 的晶面

4、指數(shù)，并畫岀該晶面。5. 已知晶面（100）和（010）在晶向001上，求二個晶面之間的另一個晶面指數(shù)。6. 求晶向001與010所決定的晶面指數(shù)。2+2-7. 已知Mn半徑為0.067nm, O -離子半徑為0.140nm,計算MnC晶體結構的堆積系數(shù)。8. CaF2的密度為3.18g/cm 3, Ca的相對原子質量為 40.08 , F的相對原子質量為19.00 ,求CaH的晶格常數(shù)。9. 金剛石的晶格常數(shù) a=0.3568nm ,碳的相對原子質量為12,試求金剛石的p與碳原子半徑rc10. 計算面心立方結構的四面體間隙的間隙半徑，用間隙半徑與原子半徑比rB/r a表示間隙的大 小。11.

5、 計算面心立方結構金屬的致密度（堆積系數(shù)）k以及（110）晶面間距do12. 銅為FCC結構，原子半徑為 0.127nm，原子質量為63.54g/mol,試計算：（1 ）銅的體積密度；（2） （110）晶面間距。（12分）13. 某金屬為立方晶系結構，密度2.6g/cm 3,原子量87.627g/mol ,點陣常數(shù)為 0.608nm，每一陣點對應一個原子，計算：（1）該金屬晶胞中含有的原子數(shù)，確定其晶體結構；（2） （110）晶面間距。14. 計算說明立方晶系中（210）、（110）以及（210）晶面是否屬于一個晶帶？若是，寫岀其晶 帶軸指數(shù)。15. 已知面心立方（FCC結構Fe的點陣常數(shù) a

6、=0.365nm , Fe的原子量為 55.847g/mol，求：（1） 面心立方（FCC結構的Fe密度；（2） （100）晶面間距。16. Al 2C3的密度為3.8g/cm 3,試計算a）1mm3中存在多少原子？b）1g中含有多少原子？17. Mn的同素異構體有一為立方結構，其晶格常數(shù)為0.632nm ,p為7.26g/cm3 , r為0.112nm ,問Mn晶胞中有幾個原子，其致密度為多少？18. 銫與氯的離子半徑分別為0.167nm ,0.181 nm,試問a）在氯化銫內離子在 100或111方向是19. 金剛石為碳的一種晶體結構，其晶格常數(shù)a=0.357nm ,當它轉換成石墨(=2.

7、25g/cm3)結構時，求其體積改變百分數(shù)？20. 標岀面心立方晶胞中(111 )面上各點的坐標，并判斷11是否位于(111)面上，然后計算1l方向上的線密度。21. 標岀具有下列密勒指數(shù)的晶面和晶向：a)立方晶系(421), (123) , (130), 211 , 311 ； b) 六方晶系(2111)，(1101)，(3212)，2111，1213。22. 在立方晶系中畫岀111晶面族的所有晶面，并寫岀 123晶面族和 221 晶向族中的全部等價晶面和晶向的密勒指數(shù)。23. 在立方晶系中畫岀以001為晶帶軸的所有晶面。24. 試證明在立方晶系中，具有相同指數(shù)的晶向和晶面必定相互垂直。25

8、. 試計算面心立方晶體的(100)，(110)，(111 )等晶面的面間距和面致密度，并指岀面間距 最大的面。26. 試證明理想密排六方結構的軸比c/a=1.633。27. Cr的晶格常數(shù) a=0.2884nm，密度為p =7.19g/cm 3，試確定此時 Cr的晶體結構。28. In具有四方結構，其相對原子質量 A=114.82，原子半徑r=0.1625nm，晶格常數(shù)a=0.3252nm ,c=0.4946nm ,密度p =7.286g/cm，試問In的單位晶胞內有多少個原子？ In致密度為多少？29. Mn的同素異構體有一為立方結構，其晶格常數(shù)為0.632nm ,p為7.26g/cm 3，

9、r為0.112nm ,問Mn晶胞中有幾個原子，其致密度為多少？30. a)按晶體的鋼球模型，若球的直徑不變，當Fe從fcc轉變?yōu)閎cc時，計算其體積膨脹多少？b)經x射線衍射測定在 912 C時，a -Fe的a=0.2892nm , 丫 -Fe的a=0.3633nm,計算從 丫 -Fe 轉變?yōu)閍 -Fe時，其體積膨脹為多少？與 a)相比，說明其差別原因。31. a)計算fcc和bcc晶體中四面體間隙及八面體間隙的大小(用原子半徑R表示)，并注明間隙中心坐標；b)指岀溶解在 丫 -Fe中C原子所處位置，若此類位置全部被C原子占據，那么問在此情況下，丫 -Fe能溶解C的質量分數(shù)為多少？而實際上碳在

10、鐵中的最大溶解質量分數(shù)是多少？兩者在數(shù)值上有差異的原因是什么？32. Cu-Zn和Cu-Sn組成固溶體最多可溶入多少原子數(shù)分數(shù)的Zn或Sn?若Cu晶體中固溶入 Zn的原子數(shù)分數(shù)為10%,最多還能溶入多少原子數(shù)分數(shù)的Sn?33. 含w（Mo）為12.3% , w（C）為1.34%的奧氏體鋼， 點陣常數(shù)為 0.3624nm ,密度為7.83g/cm 3, C,Fe, Mn的相對原子質量分別為12.01 , 55.85 , 54.94，試判斷此固溶體的類型。34. 滲碳體（FesC）是一種間隙化合物，它具有正交點陣結構，其點陣常數(shù)a=0.4514nm , b=0.508nm ,c=0.6734nm，

11、其密度 =7.66g/cm 3，試求FesC每單位晶胞中含 Fe原子與C原子的數(shù)目。35. MgO具有NaCI型結構。Mg+的離子半徑為 0.078nm , O的離子半徑為 0.132nm。試求 MgO的 密度（P）、致密度（K）。36. 銫與氯的離子半徑分別為0.167nm , 0.181 nm,試問a）在氯化銫內離子在 100或111方向是否相接觸？ b）每個單位晶胞內有幾個離子？c）各離子的配位數(shù)是多少？ d） p 和K?37. AI3+和O-的離子半徑分別為0.051 nm , 0.132nm，試求Al 2Q的配位數(shù)。第3章晶體缺陷概念和名詞點缺陷，線缺陷，面缺陷；空位，間隙原子，肖脫

12、基空位，弗蘭克爾空位；點缺陷的平衡濃度，熱平衡點缺陷，過飽和點缺陷，色心，電荷缺陷；刃型位錯，螺型位錯，混合位錯，全位錯，不全位錯；柏氏回路，柏氏矢量，柏氏矢量的物理意義，柏氏矢量的守恒性；位錯的滑移，位錯的交滑移，位錯的攀移，位錯的交割，割階，扭折； 位錯的應力場，位錯的應變能，線張力，滑移力，攀移力；位錯密度，位錯增殖，弗蘭克一瑞德位錯源，L-C位錯，位錯塞積；堆垛層錯，肖克萊不全位錯，弗蘭克不全位錯；位錯反應，幾何條件，能量條件；可動位錯，固定位錯，湯普森四面體；擴展位錯，層錯能，擴展位錯的寬度，擴展位錯束集，擴展位錯交滑移； 晶界，亞晶界，小角度晶界，對稱傾斜晶界，不對稱傾斜晶界，扭轉

13、晶界; 大角度晶界，“重合位置點陣”模型；晶界能，孿晶界，相界，共格相界，半共格相界，錯配度，非共格相界。點缺陷的平衡濃度:螺型位錯的應力場:AexpErkTfGbyxzzx2 22x yGbxyzzyc2 22x yIxxyyzzxyyx0刃型位錯的應力場:2D灶2x2y_2 2yD式中yy2y x2x2y2 2yzzv(XXyy)xyyxx22y2 2yzxyzzy位錯的應變能:位錯的線張力:作用于位錯的力:Gb(1v)Ee笑lnR k rkGb2Gb2r式中滑移力Fd攀移力Fy兩平行螺位錯間徑向作用力:兩平行刃型位錯間的交互作用力:F-R源開動的臨界切應力:擴展位錯的平衡寬度:對稱傾斜晶

14、界:不對稱傾斜晶界:b2GbGbi b22sin 2sin三叉晶界界面能平衡公式:r1 2sin 3r21 v1 v cos2Gb-|b22 ryx b2xx b2x2 2 22 (1 v)(x y )Gbib22Gb1b2 y 3x2y2 (1 v) (x2 y2)2cos3r3 1sin 1 sin 21. 設Cu中空位周圍原子的振動頻率為1013s-1,/Em為0.15 10-18J, exp(/ Sm/k)約為1,試計算2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.在700K和室溫（27 C）時空位的遷移頻率。Nb的晶體結構為 bcc，其晶格常數(shù)為0.329

15、4nm ,密度為8.57g/cm 3,試求每106Nb中所含空 位數(shù)目。Pt的晶體結構為fee，其晶格常數(shù)為 0.3923nm，密度為21.45g/cm3，試計算其空位粒子數(shù)分 數(shù)。若fcc的Cu中每500個原子會失去一個，其晶格常數(shù)為0.3615nm，試求Cu的密度。由于H原子可填入-Fe的間隙位置，若每 200個鐵原子伴隨著一個H原子，試求-Fe理論的和實際的密度與致密度（已知-Fe a=0.286nm，仁=0.1241 nm , h=0.036nm ）。MgO的密度為3.58g/cm3,其晶格常數(shù)為0.42nm，試求每個MgO單位晶胞內所含的Schottky缺陷之數(shù)目。若在MgF2中溶入

16、LiF，則必須向MgF2中引入何種形式的空位（陰離子或陽離子）？相反， 若欲使LiF中溶入MgF2,則需向LiF中引入何種形式的空位（陰離子或陽離子）？若Fe2O3固溶于NiO中，其質量分數(shù) w（Fe2O3）為10%。此時，部分 3Ni2+被（2Fe3+口）取 代以維持電荷平衡。已知心.14nm，rNi2 0.069nm，論 0.064nm，求 1m3 中有多少個陽離子空位數(shù)？某晶體的擴散實驗中發(fā)現(xiàn)，在500 C時，1010個原子中有一個原子具有足夠的激活能可以跳岀其平衡位置而進入間隙位置；在600C時，此比例會增加到109。a）求此跳躍所需要的激活能？ b）在700 C時，具有足夠能量的原子

17、所占的比例為多少？某晶體中形成一個空位所需要的激活能為0.32 X 10-18J。在800 C時，1X 104個原子中有一個空位，在何種溫度時，103個原子中含有一個空位？已知Al為fcc晶體結構，其點陣常數(shù)a=0.405nm,在550C式的空位濃度為2X 10-6，計算這些空位平均分布在晶體中的平均間距。在Fe中形成1mol空位的能量為104.675kJ，試計算從20 C升溫至850 C時空位數(shù)目增加多 少倍？由600C降至300 C時，Ge晶體中的空位平衡濃度降低了六個數(shù)量級，試計算Ge晶體中的空位形成能。W在20 C時每1023個晶胞中有一個空位，從20C升至1020 C,點陣常數(shù)膨脹了

18、4 10-4淪而密度下降了 0.012%，求W的空位形成能和形成熵。Al的空位形成能（Ev）和間隙原子形成能（Ei）分別為0.76eV和3.0eV,求在室溫（20C）及500 C 時Al空位平衡濃度與間隙原子平衡濃度的比值。若將一位錯線的正向定義為原來的反向，此位錯的柏氏矢量是否改變？位錯的類型性質是否變化？ 一個位錯環(huán)上各點位錯類型是否相同？17. 有兩根左螺旋位錯線，各自的能量都為E1,當他們無限靠攏時，總能量為多少？18. 如圖3-1表示兩根純螺位錯，一個含有扭折，而另一個含有割階。從圖上所示的箭頭方向為位錯線的正方向，扭折部分和割階部分都為純刃型位錯。a）若圖示滑移面為fee的（111

19、）面，問這兩對位錯線段中（指割階和扭b）解釋含有割階的螺型位錯在折），那一對比較容易通過他們自身的滑移而去除？為什么?滑動時是怎樣形成空位的。19. 假定有一個b在【10晶向的刃型位錯沿著（100）晶面滑動，a）如果有另一個柏氏矢量在010方向，沿著（001 ）晶面上運動的刃型位錯，通過上述位錯時該位錯將發(fā)生扭折還是割階？b）如果有一個b方向為100，并在（001 ）晶面上滑動的螺型位錯通過上述位錯，試問它將 發(fā)生扭折還是割階？20. 有一截面積為1mm2，長度為10mm的圓柱狀晶體在拉應力作用下，a）與圓柱體軸線成45 的晶面上若有一個位錯線運動，它穿過試樣從另一面穿岀， 問試樣將發(fā)生多大的

20、伸長量（設b=2 10-10m） ? b）若晶體中位錯密度為1014m-2，當這些位錯在應力作用下，全部運動并走岀晶體，試計算由此而發(fā)生的總變形量（假定沒有新的位錯產生）。e）求相應的正應變。有兩個被釘扎住的刃型位錯A-B和C-D，他們的長度x相等，上面所需的切應力表達式。反，情況又如何?22.如圖3-3所示，在相距為h的滑移面上有兩個相互平行的同號刃型位錯 A、B。試求出位錯 B滑移通過位錯 A23.已知金晶體的 G=27GPa，晶體上有一直刃位b=0.2888nm，試作岀此位錯24.錯所產生的最大分切應力與距離關系圖，并計算當距離為，計算位錯2從其滑移面上x=處移m時的最大分切應力。兩根刃

21、位錯的b大小相等且相互垂直（如圖 3-4所示）且具有相同的 b大小和方向（圖 3-2）。每個位錯都可看作 F-R位錯源。試分析在其增值過程中兩者間的交互作用。若 能形成一個大的位錯源，使其開動的e多大？若兩位錯 b相至x=a處所需的能量。a4-10125. 已知Cu晶體的點陣常數(shù) a=0.35nm ,切變模量G=4 x 10 MPa，有一位錯b 2，其位錯線方向為101，試計算該位錯的應變能。26. 在同一滑移面上有兩根相平行的位錯線，其柏氏矢量大小相等且相交成角，假設兩柏氏矢量相對位錯線呈成對配置（圖3-5），試從能量角度考慮，在什么值時兩根位錯線相吸或相斥。27. 圖3-6所示某晶體滑移面

22、上有一柏氏矢量為 分析各段位錯線所受力的大小并確定其方向; 其最小半徑為多大？28. 試分析在fee中，下列位錯反應能否進行 新位錯能否在滑移面上運動？b的位錯環(huán)并受到一均勻切應力的作用，a）b）在作用下，若要使它在晶體中穩(wěn)定不動，?并指出其中三個位錯的性質類型？反應后生成的aaa-101 121 11126329.試證明fee中兩個肖克萊不全位錯之間的平衡距離dsds可近似由下式給岀Gb224 r兩不全位錯之間的平衡距離aa _112 21130. 已知某fee的堆垛層錯為0.01J/m2,G為7 1Q10Pa, a=0.3nm，=0.3，試確定6 和631. 在三個平行的滑移面上有三根平行

23、的刃型位錯線A、B、C （圖3-7）其柏氏矢量大小相等，AB被釘扎不能動，a）若無其它外力，僅在 A、B應力場作用下， 位錯C向哪個方向運動？b）指岀位錯向上述方向運動，最終在何處停下 ？如圖3-8所示，離晶體表面 丨處有一螺位錯1,相對應 的在晶體外有一符號相反的鏡像螺位錯2,如果在離表面1/2處加以同號螺位錯 3,試計算加至螺位錯 3上的力， 并指岀該力將使位錯3向表面運動還是向晶體內部運動；如果位錯3與位錯1的符號相反，則結果有何不同（所有位錯的柏氏矢量都為b ）？33. 銅單晶的點陣常數(shù)a=0.36nm，當銅單晶樣品以恒應變速率進行拉伸變形時，3秒后，試樣的真應變?yōu)?%，若位錯運動的平

24、均速度為4 10-3em/s，求晶體中的平均位錯密度。34. 銅單晶中相互纏結的三維位錯網絡結點間平均距離為D，a）計算位錯增殖所需的應力；b）如果此應力決定了材料的剪切強度，為達到G/100的強度值，且已知 G=50GPa，a=0.36nm ,D應為何值？ c）計算當剪切強度為 42MPa時的位錯密度 。35. 試描述位錯增殖的雙交滑移機制。如果進行雙交滑移的那段螺型位錯長度為100 nm,而位錯的柏氏矢量為0.2 nm ,試求實現(xiàn)位錯增殖所必需的切應力（ G=40GPa ）。36. 在Fe晶體中同一滑移面上有三根同號且 b相等的直刃型位錯線A、B、C,受到分切應力 x的作用，塞積在一個障礙

25、物前（圖 3-9），試計算岀該三根 位錯線的間距及障礙物受到的力（已知G=80GPa, x=200MPa , b=0.248nm ）。b丄和b卜交錯排列而構成的。試證37. 不對稱傾斜晶界可看成由兩組柏氏矢量相互垂直的刃位錯明兩組刃型位錯距離為DUb_sin , Dh sinD38.證明公式2si n2也代表形成扭轉晶界的兩個平行螺型位錯之間的距離，這個扭轉晶界是繞晶界的垂直線轉動了角而形成。39. 在鋁試樣中，測得晶粒內部密度為5 109/cm2。假定位錯全部集中在亞晶界上，每個亞晶粒b -101的截面均為正六邊形。亞晶間傾斜角為5，若位錯全部為刃型位錯，2 ，柏氏矢量的大小等于 2 10-

26、10 m,試求亞晶界上的位錯間距和亞晶的平均尺寸。40. Ni晶體的錯排間距為 2000nm，假設每一個錯排都是由一個額外的（110）原子面所產生的，計算其小傾角晶界的角。41. 若由于嵌入一額外的（111 ）面，使得 -Fe內產生一個傾斜1的小角度晶界，試求錯排間 的平均距離。42. 設有兩個晶粒與一個 B相晶粒相交于一公共晶棱，并形成三叉晶界，已知B相所張的兩面角為100，界面能為0.31Jm-2，試求相與B相的界面能B。D43. 證明一維點陣的-B相界面錯配可用一列刃型位錯完全調節(jié)，位錯列的間距為式中B為B相的點陣常數(shù)，為錯配度。第4章 固體中原子及分子的運動概念與名詞:質量濃度，密度，

27、擴散，自擴散，互擴散，間隙擴散，空位擴散，下坡擴散，上坡擴散，穩(wěn)態(tài)擴散，非穩(wěn) 態(tài)擴散，擴散系數(shù)，互擴散系數(shù)，擴散通量，柯肯達爾效應，體擴散，表面擴散，晶界擴散J1.dD - dx(x,t)2.erf( x )3.2、DtA. Dt5.D D1X2D24.D(i)dx)1xd0DkTBi(17.& Dpd2DDexp(6.9.晉)ln XjQ)RTio.1. 有一硅單晶片，厚0.5mm,其一端面上每107個硅原子包含兩個鎵原子，另一個端面經處理后含鎵的濃度增高。試求在該面上每107個硅原子需包含幾個鎵原子，才能使?jié)舛忍荻瘸蔀?X 1026原子/m3m硅的點陣常數(shù)為 0.5407nm。2. 在一個

28、富碳的環(huán)境中對鋼進行滲碳，可以硬化鋼的表面。已知在1000 C下進行這種滲碳熱處理，距離鋼的表面1mm處到2mm處，碳含量從 5at%減到4at%。估計在近表面區(qū)域進入鋼的碳原子的流入量J(atoms/m 2s)。( 丫 -Fe在1000C的密度為 7.63g/cm 3,碳在丫 -Fe中的擴散常數(shù) D0=2.0 X 10-5m7s,激活能 Q=142kJ/mol )。3. 為研究穩(wěn)態(tài)條件下間隙原子在面心立方金屬中的擴散情況，在厚0.25mm的金屬薄膜的一個端面(面積1000mm2)保持對應溫度下的飽和間隙原子，另一端面為間隙原子為零。測得下列數(shù)據：溫度(K)薄膜中間隙原子的溶解度(kg/m3)

29、間隙原子通過薄膜的速率(g/s)122314. 40.0025113619. 60.0014計算在這兩個溫度下的擴散系數(shù)和間隙原子在面心立方金屬中擴散的激活能。4. 一塊含0.1%C的碳鋼在930 C滲碳，滲到 0.05cm的地方碳的濃度達到0.45%。在t0的全部時間，滲碳氣氛保持表面成分為1%，假設De =2.0 X 10-5exp(-140000/RT)(m2/s)，(a) 計算滲碳時間；(b) 若將滲層加深一倍，則需多長時間？(c) 若規(guī)定0.3%C作為滲碳層厚度的量度，則在930 C滲碳10小時的滲層厚度為870 C滲碳10小時的多少倍？5. 含0.85%C的普碳鋼加熱到 900C在

30、空氣中保溫 1小時后外層碳濃度降到零。(a) 推導脫碳擴散方程的解，假定t0時，x=0處，p =0。(b) 假如要求零件外層的碳濃度為0.8%，表面應車去多少深度？ ( De =1.1 X 10-7cm2/s)6. 在950 C下對純鐵進行滲碳，并希望在0.1mm的深度得到0.9wt%的碳含量。假設表面碳含量保持在1.20wt%，擴散系數(shù) DY-Fe=10-10m7s。計算為達到此要求至少要滲碳多少時間。7. 設純鉻和純鐵組成擴散偶，擴散1小時后，Mata no平面移動了 1.52 x 10-3cm。已知摩爾分數(shù)_CCcr=0.478時， X =126/cm，互擴散系數(shù) D =1.43 x 1

31、0-9 cm2/s，試求Mata no面的移動速度和鉻、 鐵的本征擴散系數(shù) Dcr，Dreo (實驗測得 Mata no面移動距離的平方與擴散時間之比為常數(shù)。)8. 有兩種激活能分別為E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的擴散反應。觀察在溫度從25 C升高到600C時對這兩種擴散的影響，并對結果作岀評述。9. 碳在a -Ti中的擴散速率在以下溫度被確定：測量溫度擴散系數(shù)d( m/s)736 C2X 10-13782 C5X 10-13835 C1.3 X 10-12(a) 試確定公式D=Dexp(-Q/RT)是否適用；若適用，則計算岀擴散常數(shù)De和激活能Q。(b) 試求岀500

32、 C下的擴散速率。10. 丫鐵在925C滲碳4h，碳原子躍遷頻率為1.7X 109/s,若考慮碳原子在丫鐵中的八面體間隙躍遷，(a) 求碳原子總遷移路程sI(b) 求碳原子總遷移的均方根位移-R2若碳原子在20C時的躍遷頻率為r =2.1 X 10-9/s，求碳原子在 4h的總遷移路程和均方根位移。11. 根據實際測定lgD與1/T的關系圖，計算單晶體銀和多晶體銀在低于700 C溫度范圍的擴散激活能，并說明兩者擴散激活能差異的原因。翼度/C9008007006005004504003500.80LOO1201.40t 60(1/Tx 10312 Q體積，試畫岀其InD相對溫度倒數(shù) 1/T華裔的

33、臨界分切應力:s cos cosPeierls-Nabarro 力:2G exp 1 v1 vb2G exp 1 vHall-Petch 公式:Kd彌散強化關系式:Gb聚合型合金強化關系式：s 1 1221加工硬化關系式：0 2Gb 2lnt回復動力學：A QRTln1再結晶動力學：tln A RTDlim4r在潔凈的極限平均晶粒直徑12. 對于體積擴散和晶界擴散， 假定擴散激活能 Q晶界 的曲線，并指岀約在哪個溫度范圍內，晶界擴散起主導作用第5章材料的形變和再結晶概念與名詞:彈性變形，彈性模量，包申格效應，彈性后效，彈性滯后，粘彈性; 塑性變形，滑移，滑移系，滑移帶，滑移線，交滑移，雙交滑移

34、； 臨界分切應力，施密特因子，軟取向，硬取向，派-納力；孿生，孿晶面，孿生方向，孿晶，扭折；固溶強化，屈服現(xiàn)象，應變時效，加工硬化，彌散強化；形變織構，絲織構，板織構，殘余應力，點陣畸變，帶狀組織，流線； 回復，再結晶，晶粒長大，二次再結晶，冷加工，熱加工，動態(tài)再結晶; 儲存能，多邊化，回復激活能，再結晶激活能，再結晶溫度；弓岀形核，臨界變形量，再結晶織構，退火孿晶；虎克定律：Gr3再結晶晶粒大小與溫度之間的關系:n Q mDt2D；k2eRT t2.3.有一根長為5 m,直徑為用下，此線的總長度。一 Mg合金的屈服強度為發(fā)生塑性變形的最大載荷；已知燒結 AI2O3的孔隙度為3mm的鋁線，已知

35、鋁的彈性模量為70GPa,求在200N的拉力作180MPa， E為45GPa， a）求不至于使一塊 10mm 2mm的Mg板b）在此載荷作用下，該鎂板每mm的伸長量為多少？5%，其E=370GPa。若另一燒結 Al2O3的E=270GPa，試求其孔隙度。4.有一 Cu-30%Zn黃銅板冷軋25%后厚度變?yōu)?cm，接著再將此板厚度減少到0.6cm，試求總冷變形度，并推測冷軋后性能變化。5.有一截面為10mm 10mm的鎳基合金試樣，其長度為40mm，拉伸實驗結果如下:載荷（N）試計算其抗拉強度標距長度（mm）6.將一根長為20m，直徑為14mm的鋁棒通過孔徑為12.7mm的模具拉拔，求 a）這根

36、鋁棒拉43,10040.186,20040.2102，00040.4104，80040.8109，60041.6113，80042.4121，30044.0126，90046.0127，60048.0113，800 （破斷）50.2040.0b，屈服強度 0.2，彈性模量以及延伸率。拔后的尺寸；b）這根鋁棒要承受的冷加工率。7.確定下列情況下的工程應變e和真應變T，說明何者更能反映真實的變形特性:a）由L伸長至1.1L ； b）由h壓縮至0.9h ；C）由L伸長至2L;d）由h壓縮至0.5h。8.對于預先經過退火的金屬多晶體，其真實應力一應變曲線的塑性部分可近似表示為nk t，其中k和n為經驗

37、常數(shù)，分別稱為強度系數(shù)和應變硬化指數(shù)。若有種材料，其k值大致相等，而 nA=0.5，nB=0.2，則問a）那一種材料的硬化能力較高，為什9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.么？ b）同樣的塑性應變時， A和B哪個位錯密度高，為什么？c）導岀應變硬化指數(shù) n和應變硬化率d T 之間的數(shù)學公式有一 70MPa應力作用在fcc晶體的001方向上，求作用在（111）101和（111）110滑移系上的分切應力。有一 bcc晶體的（110） 111滑移系的臨界分切力為60MPa，試問在001和010方向必須施加多少的應力才會產生滑移？Zn單晶在拉伸之前的滑移方向與拉

38、伸軸的夾角為45，拉伸后滑移方向與拉伸軸的夾角為30，求拉伸后的延伸率。Al單晶在室溫時的臨界分切應力c =7.9 X 105Pa。若室溫下對鋁單晶試樣作為拉伸試驗時，拉伸軸為123方向，試計算引起該樣品屈服所需加的應力。Al單晶制成拉伸試棒 （其截面積為 9mm2）進行室溫拉伸，拉伸軸與001交成36.7，與011 交成19.1，與111交成22.2，開始屈服時載荷為20.40N，試確定主滑移系的分切應力。Mg單晶體的試樣拉伸時，三個滑移方向與拉伸軸分別交成38 、45、85,而基面法線與拉伸軸交成 60。如果在拉應力為 2.05MPa時開始觀察到塑性變形， 則Mg的臨界分切應 力為多少？M

39、gO為NaCI型結構，其滑移面為110，滑移方向為110，試問沿哪一方向拉伸 （或壓縮） 不能引起滑移？一個交滑移系包括一個滑移方向和包含這個滑移方向的兩個晶面，如bcc晶體的（101） 111（110），寫岀bcc晶體的其他三個同類型的交滑移系。fcc和bcc金屬在塑性變形時，流變應力與位錯密度的關系為0 Gb ，式中0為沒有干擾位錯時，使位錯運動所需的應力，也即無加工硬化時所需的切應力，G為切變模量，b為位錯的柏氏矢量， 為與材料有關的常數(shù)，為0.30.5。實際上，此公式也是加工硬化方法的強化效果的定量關系式。若Cu單晶體的0=700kPa，初始位錯密度0=105cm-2，則臨界分切應力為

40、多少？已知Cu的G=42 103MPa，b=0.256nm , 111 Cu單晶產生1%塑性變形所對應的=40MPa，求它產生1%塑性變形后的位錯密度。證明：bcc及fcc金屬產生孿晶時，孿晶面沿孿生方向的切變均為0.707。試指岀Cu和-Fe兩晶體易滑移的晶面和晶向，并求岀他們的滑移面間距，滑移方向上的原子間及點陣阻力。（已知 Gcu=48.3GPa, G -Fe=81.6GPa，v=0.3）.設運動位錯被釘扎以后，其平均間距1這種程度，作用在該晶體所產生的分切應力為 Cu單晶的位錯密度。設合金中一段直位錯線運動時受到間距為2（為位錯密度），又設Cu單晶已經應變硬化到14 MPa，已知 G=

41、40GPa，b=0.256nm，計算的第二相粒子的阻礙，試求證使位錯按繞過機制22.23.24.25.26.27.28.29.30.31.32.33.2T GbBln 繼續(xù)運動所需的切應力為：2 r2r ，式中T 線張力，b柏氏矢量，G 切變模量，ro第二相粒子半徑，B 常數(shù)。40鋼經球化退火后滲碳體全部呈半徑為10 m的球狀，且均勻地分布在Fe基礎上。已知Fe的切變模量 G=7.9 x 104Mpa，F(xiàn)e的點陣常數(shù)a=0.28nm ,試計算40鋼的切變強度。已知平均晶粒直徑為1mm和0.0625mm的-Fe的屈服強度分別為 112.7MPa和196MPa,問平均晶粒直徑為 0.0196mm的

42、純鐵的屈服強度為多少？已知工業(yè)純銅的屈服強度s =70MPa，其晶粒大小為 Na=18個/mm2，當Na=4025個/mm2時,s =95MPa。試計算 Na =260 個/mm2 時的 S ?現(xiàn)有一 6mm鋁絲需最終加工至0.5mm鋁材，但為保證產品質量，此絲材冷加工量不能超過85%，如何制定其合理加工工藝？鐵的回復激活能為 88.9 kJ/mol，如果經冷變形的鐵在400 C進行回復處理，使其殘留加工硬化為60%需160分鐘，問在450C回復處理至同樣效果需要多少時間？Ag冷加工后位錯密度為1012/cm2,設再結晶晶核自大角度晶界向變形基體移動，求晶界弓岀的最小曲率半徑（ Ag: G=3

43、0GPa，b=0.3nm ,=0.4J/m2）。已知純鐵經冷軋后在 527 C加熱發(fā)生50%的再結晶所需的時間為104s，而在727 C加熱產生50%再結晶所需時間僅為 0.1s，試計算要在105s時間內產生50%的再結晶的最低溫度為多少 度？假定將再結晶溫度定義為退火1小時內完成轉變量達95%的溫度，已知獲得95%轉變量所需t0.95要的時間t0.95：2.85 14NG3Qn,Qg式中N、g分別為在結晶的形核率和長大線速度：N Noe kT，G Ge kTa）根據上述方程導岀再結晶溫度Tr與G0、N0、Qg及Qn的函數(shù)關系；b）說明下列因素是怎樣影響G。、N0、Qg及Qn的：1）預變形度；

44、2）原始晶粒度；3）金屬純度。c）說明上述三因素是怎樣影響再結晶溫度的。已知Fe的Tm=1538 C，Cu的Tm=1083 C,試估算Fe和Cu的最低再結晶溫度。工業(yè)純鋁在室溫下經大變形量軋制成帶材后，測得室溫力學性能為冷加工態(tài)的性能。查表得知工業(yè)純鋁的 T再=150 C,但若將上述工業(yè)純鋁薄帶加熱至100 C,保溫16天后冷至室溫再測其強度，發(fā)現(xiàn)明顯降低，請解釋其原因。某工廠用一冷拉鋼絲繩將一大型鋼件吊入熱處理爐內，由于一時疏忽，未將鋼繩取岀，而是 隨同工件一起加熱至 860 C,保溫時間到了，打開爐門，欲吊岀工件時，鋼絲繩發(fā)生斷裂， 試分析原因。已知H70黃銅（30%Zn ）在400C的恒

45、溫下完成再結晶需要1小時，而在390 C完成再結晶需要2小時，試計算在 420 C恒溫下完成再結晶需要多少時間？34. 設有1cm3黃銅，在700C退火，原始晶粒直徑為2.16 10-3cm,黃銅的界面能為 0.5J/m2，由量熱計測得保溫 2小時共放岀熱量 0.035J，求保溫2小時后的晶粒尺寸。35. 設冷變形后位錯密度為1012/cm2的金屬中存在著加熱時不發(fā)生聚集長大的第二相微粒，其體積分數(shù)f=1%，半徑為1 m，問這種第二相微粒的存在能否完全阻止此金屬加熱時再結晶（已知 G=105MPa，b=0.3nm，比界面能=0.5J/m2）。36. W具有很高的熔點 仃m=3410 C），常被

46、選為白熾燈泡的發(fā)熱體。但當燈絲存在橫跨燈絲的大 晶粒，就會變得很脆，并在頻繁開關的熱沖擊下產生破斷。試介紹一種能延長燈絲壽命的方 法。37. Fe-3%Si合金含有 MnS粒子時，若其半徑為0.05 m,體積分數(shù)為0.01，在850 C以下退火過程中，當基體晶粒平均直徑為6 m時，其正常長大即行停止，試分析其原因。38. 工程上常常認為鋼加熱至760 C晶粒并不長大，而在870 C時將明顯長大。若鋼的原始晶粒1 1直徑為0.05mm，晶粒長大經驗公式為D D0 ct，其中D為長大后的晶粒直徑，D。為原始晶粒直徑，c為比例常數(shù)，t為保溫時間。已知 760C時，n=0.1，c=6 10-16； 8

47、70C時，n=0.2，c=2 10-8，求含 0.8% C 的鋼在上述兩溫 度下保溫1小時晶粒直徑。39. 簡述一次再結晶與二次再結晶的驅動力，并如何區(qū)分冷、熱加工？動態(tài)再結晶與靜態(tài)再結晶后的組織結構的主要區(qū)別是什么？第6章單組元相圖及純晶體凝固概念與名詞:凝固，結晶，近程有序，結構起伏，能量起伏，過冷度，均勻形核，非均勻形核，晶胚，晶核，亞穩(wěn) 相，臨界晶粒，臨界形核功，光滑界面，粗糙界面，溫度梯度，平面狀，樹枝狀，均聚物，結晶度，熔限, 球晶，晶片。VmdpdTexp( ktn)T=1，10，100 和 200 C，1. 考慮在一個大氣壓下液態(tài)鋁的凝固，對于不同程度的過冷度，即： 計算：臨界

48、晶核尺寸;(b) 半徑為r*的晶核個數(shù)；(c) 從液態(tài)轉變到固態(tài)時，單位體積的自由能變化G* (形核功)；(d) 從液態(tài)轉變到固態(tài)時，臨界尺寸r*處的自由能的變化 Gv。2. a )已知液態(tài)純鎳在1.013 X 105Pa(1個大氣壓)，過冷度為319 C時發(fā)生均勻形核。設臨界晶核半徑為1nm,純鎳的熔點為 1726K,熔化熱Lm=18075J/mol，摩爾體積 V=6.6cm3/mol，計算純鎳的液-固界面能和臨界形核功3. 計算當壓力增加到 500 X 105Pa時錫的熔點的變化時，已知在105Pa下，錫的熔點為505K，熔化33熱7196J/mol，摩爾質量為118.8 X 10-kg/

49、mol，固體錫的體積質量密度7.30 X 10 kg/m，熔化時的體積變化為+2.7%。4. 根據下列條件建立單元系相圖：組元A在固態(tài)有兩種結構A1和 A，且密度 A2A 1液體；(b) A1轉變到A2的溫度隨壓力增加而降低(c) A1相在低溫是穩(wěn)定相；(d) 固體在其本身的蒸汽壓1333Pa(10mmHg)下的熔點是8.2 C ;(e) 在1.013*10 5Pa(一個大氣壓)下沸點是 90 C ;(f) A1A2和液體在1.013*10 6Pa(10個大氣壓)下及40C時三相共存(假設升溫相變H0 )5. 考慮在一個大氣壓下液態(tài)鋁的凝固，對于不同程度的過冷度，即：T=1，10，100和20

50、0C，計算：臨界晶核尺寸；(b)半徑為r*的晶核個數(shù)；(c)從液態(tài)轉變到固態(tài)時，單位體積的自由能變化G(形核功)；(d)從液態(tài)轉變到固態(tài)時，臨界尺寸r*處的自由能的變化 Gvo鋁的熔點 T=993K，單位體積熔化熱Lm=1.836 X 109J/m3，固液界面比表面能S=93mJ/m2，書中2 _293表 6-4 是 121mJ/m,原子體積 W=1.66 X 10_ m。56. (a)已知液態(tài)純鎳在 1.013 X 10 Pa(1個大氣壓)，過冷度為319 C時發(fā)生均勻形核。設臨界 晶核半徑為1nm,純鎳的熔點為1726K，熔化熱Lm=18075J/mol，摩爾體積 V=6.6cm3/mol

51、，計算純 鎳的液-固界面能和臨界形核功。(b )若要在 2045K發(fā)生均勻形核，需將大氣壓增加到多少？已知凝固時體積變化353V=_0.26cm /mol(1J=9.87 X 10 cm .Pa)。7. 純金屬的均勻形核率可以下式表示?N Aexo(G )exp( Q ) kTkT352*、.23式中A 10 ,exp(_Q/kT)10_， G為臨界形核功，k為波耳茲曼常數(shù)，共值為1.38*10 _ J/K(a) 假設過冷度 T分別為20 C和200 C，界面能b =2X 10_5J/cm2,熔化熱 Hm=12600J/mol ,熔點Tm=1000K，摩爾體積 V=6cn1/mol，計算均勻形

52、核率 N(b) 若為非均勻形核，晶核與雜質的接觸角e =60 ，則N如何變化？ T為多少時?(c) 導岀*與4 T的關系式，計算 r*=1 nm時的 T/T m。8. 試證明在同樣過冷度下均勻形核時，球形晶核較立方晶核更易形成。9. 證明任意形狀晶核的臨界晶核形成功厶G與臨界晶核體積 V*的關系:Gv,G液固相單位體積自由能差。第7章二元系相圖及合金的凝固概念和名詞:非平衡凝固，液相線，固相線，固相平均成分線，液相平均成分線，初生相，共晶相律，平衡凝固，體(組織)，偽共晶，離異共晶，調幅分解，穩(wěn)相化合物，莫萊石，鐵素體，奧氏體，滲碳體，珠光體，萊氏體，A1溫度，A3溫度，Acm1溫度，正常凝固，區(qū)域熔煉，成分過冷，晶胞組織，樹枝狀組織，呈片狀 共晶，棒狀共晶，表層纟細晶區(qū)，柱狀晶區(qū)，中心等軸晶區(qū)。熔孔，疏松，偏析，高分子合金。1.2.3.4.5.WaXakokeArA XAArA XAArB XBrAWbArBWswLoko(1o1(1 ko)ek0XLkoko (1 ko)ek/DRmwo 1 k0D komwo 1&DkT