中南大學-材料科學基礎(chǔ)-課后習題答案

1、22 表面，體積自由能2幾LmTGk163TmLm第一章 原子排列與晶體結(jié)構(gòu)r a1.110，(111) ， ABCABC，0.74， 12 ,4，4； 111 ， (110)3ra_ _0.68 , 8 , 24；1120， (0001)，ABAB ，0.74ar12 ，6 ，2。2.0.01659nm，4，8。3.FCC ， BCC ，減少，降低，膨脹，收縮 。4.解答：見圖 1-15.解答：設(shè)所決定的晶面為(hkl ),晶面指數(shù)與面上的直線uvw之間有 hu+kv+lw=O，故 有：h+k-l=0,2h-l=0。可以求得(hkl ) = ( 112)。V2r a6 解答：Pb 為 fee

2、 結(jié)構(gòu)，原子半徑R 與點陣常數(shù) a 的關(guān)系為4，故可求得 a =0.4949X10-6mm 貝 9( 100)平面的面積 S= a2= 0.244926011X0-12口吊，口吊，每個(100)面上 的原子個數(shù)為 2。112s=4.08X10。第二章合金相結(jié)構(gòu)一、 填空1)提高，降低，變差，變大。2)(1)晶體結(jié)構(gòu);(2)元素之間電負性差；(3)電子濃度 ；(4)元素之間尺寸差別3)存在溶質(zhì)原子偏聚和短程有序。4)置換固溶體和間隙固溶體。5)提高，降彳氐，降彳氐。6)溶質(zhì)原子溶入點陣原子溶入溶劑點陣間隙中形成的固溶體，非金屬原子與金屬原子半徑的比值大于 0.59 時形成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的化合物。二、

3、問答1、解答：a-Fe 為 bee 結(jié)構(gòu)，致密度雖然較小，但是它的間隙數(shù)目多且分散，間隙半徑 很小，四面體間隙半徑為0.291Ra，即 R= 0.0361 nm，八面體間隙半徑為 0.154Ra，即 R=0.0191 nm。氫，氮，碳，硼由于與 a-Fe 的尺寸差別較大，在 a-Fe 中形成間隙固溶體，固溶 度很小。a-Fe 的八面體間隙的110方向 R=0.633 Ra,間隙元素溶入時只引起一個方向上的點陣畸變，故多數(shù)處于 a-Fe 的八面體間隙中心。B 原子較大，有時以置換方式溶入 a-Fe。由于 g-Fe 為 fee 結(jié)構(gòu)，間隙數(shù)目少，間隙半徑大，四面體間隙半徑為0.225 Ra，即 R

4、=0.028nm，八面體間隙半徑為 0.414 Ra，即 R= 0.0522nm。氫，氮，碳，硼在 g-Fe 中也 是形成間隙固溶體，其固溶度大于在 a-Fe 中的固溶度，氫，氮，碳，硼處于 g-Fe 的八面體間隙中心。2、簡答：異類原子之間的結(jié)合力大于同類原子之間結(jié)合力；合金成分符合一定化學式；低 于臨界溫度(有序化溫度)。第三章純金屬的凝固1.填空1.結(jié)構(gòu)和能量。2所以 1 mm 上的原子個數(shù)6.3 晶核長大時固液界面的過冷度。4 減少，越大，細小。5.快速冷卻。二、問答1解答： 凝固的基本過程為形核和長大，形核需要能量和結(jié)構(gòu)條件，形核和長大需要過冷度。細化晶粒的基本途徑可以通過加大過冷度

5、，加入形核劑，振動或攪拌。2解答：根據(jù)金屬結(jié)晶過程的形核和長大理論以及鑄錠的散熱過程，可以得出通常鑄錠組織的特點為最外層為細小等軸晶，靠內(nèi)為柱狀晶，最內(nèi)層為粗大等軸晶。2 Tmr3 解答：液態(tài)金屬結(jié)晶時，均勻形核時臨界晶核半徑K與過冷度 vT 關(guān)系為6.16 ?飛3LmT 2。異質(zhì)形核時固相質(zhì)點可作為晶核長大，其臨LmT臨界形核功 vG 等于GkGk界形核功較小，B為液相與非均勻形核核心的潤濕角。3coscos343甫LmT22 3coscos3Gk4N C expGkkT），其中N為形核率，C 為常數(shù),形核率與過冷度的關(guān)系為：G、AG 分別表示形核時原子擴散激活能和臨界形核功。在通常工業(yè)凝固

6、條件下形核率隨 過冷度增大而增大。4 解答：在金屬凝固時，可以近似認為LM=vHm,根據(jù)均勻形核時臨界晶核半徑K與過冷2 Tmr度 vT 關(guān)系為5： 解答：LmT，可以計算得到 r = 0.79x107cm= 0.79nm。.過冷是指金屬結(jié)晶時實際結(jié)晶溫度Tn 比理論結(jié)晶溫度 Tm 低的現(xiàn)象。過冷度 T 指 Tm 與 Tn 的差值。動態(tài)過冷度指晶核長大時的過冷度。金屬形核和長大都需要過冷， 過冷度增大通常使形核半徑、形核功減少，形核過程容易，形核率增加，晶粒細化。6 解答：冷卻速度極大影響金屬凝固后的組織。冷卻快一般過冷度大，使形核半徑、形核功減少，形核過程容易，形核率增加，晶粒細化，冷卻非常

7、快時可以得到非晶，在 一般工業(yè)條件下快速冷卻可以得到亞穩(wěn)相。7、 解答：純金屬凝固時潤濕角 0。，形核功為 0，固相粒子促進形核效果最好；潤濕角 180,異質(zhì)形核功等于均勻形核功，固相粒子對形核無促進作用；潤濕角 0 0, A 為材料常數(shù)，k = 1.38X10-23J/K , Ev 為空 高溫淬火后由于高濃度空位被保留至低溫，對低EV）kT, Al 的空位形成能為 0.76eV = 0.76X（1.602 J ）,k= 1.38X10-23J/K，系數(shù) A=1。計算可得 27e （300K）時空位濃度 C1= 1.7 ,627e 時空位濃度為 C2= 5.54X10-5，故從 27e 升溫到

8、 627e 時空位濃度增加5 解答：平衡空位濃度x10X10-13-19C Aexp(_Gbbx（x2y2）2松比。故位置 1 位錯受斥力，位置 2 位錯處于亞穩(wěn)平衡，偏離該位置則遠離或運動到與原點處位錯 垂直的地方。位置 3 處第二個位錯處于與原點處位錯垂直的上方，處于穩(wěn)定態(tài)。7、解答：位錯是晶體中的缺陷，對材料有許多重要影響。1） 對變形影響。通過位錯運動完成塑性變形；2） 對性能影響，與第二相粒子，通過切過或繞過機制強化材料，冷加工中位錯密度增加也能強化材料，或通過形成科垂爾氣團強化材料，以及位錯運動中相互交截，或形成割階、面角位錯等使材料強化；3） 對再結(jié)晶中的晶核形成機制有影響； 是

9、優(yōu)先擴散通道。第七章金屬塑性變形一 名詞固溶強化：固溶體中的溶質(zhì)原子溶入基體金屬后使合金變形抗力提高，應(yīng)力-應(yīng)變曲線升高，塑性下降的現(xiàn)象；應(yīng)變時效：具有屈服現(xiàn)象的金屬材料在受到拉伸等變形發(fā)生屈服后，在室溫停留或低溫加熱后重新拉伸又出現(xiàn)屈服效應(yīng)的情況；孿生：金屬塑性變形的重要方式。晶體在切應(yīng)力作用下一部分晶體沿著一定的晶面（孿晶面）和一定的晶向（孿生方向）相對于另外一部分晶體作均勻的切變，使相鄰兩部分的晶體取向不同，以孿晶面為對稱面形成鏡像對稱，孿晶面的兩邊的晶體部分稱為孿晶。形成孿晶的過程稱為孿生；臨界分切應(yīng)力：金屬晶體在變形中受到外力使某個滑移系啟動發(fā)生滑移的最小分切應(yīng)力；變形織構(gòu)：多晶體中

10、位向不同的晶粒經(jīng)過塑性變形后晶粒取向變成大體一致，形成晶粒的擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向后的晶體結(jié)構(gòu)稱為變形織構(gòu)，織構(gòu)在變形中產(chǎn)生，稱為變形織構(gòu)。二問答1 簡答：純金屬變形主要借助位錯運動，通過滑移和孿生完成塑性變形，開動滑移系需要 臨界切應(yīng)力，晶體中還會發(fā)生扭轉(zhuǎn)；單相合金的基本變形過程與純金屬的基本過程是一樣的， 但會出現(xiàn)固溶強化，開動滑移系需要臨界切應(yīng)力較大，還有屈服和應(yīng)變時效現(xiàn)象。2 簡答：滑移時原子移動的距離是滑移方向原子間距的整數(shù)倍，孿生時原子移動的距離不 是孿生方向原子間距的整數(shù)倍；滑移時滑移面兩邊晶體的位向不變，而孿生時孿生面兩邊的晶體位向不同，以孿晶面形成鏡像對稱； 滑移時需要的臨界分切

11、應(yīng)力小，孿生開始需要的臨界分切應(yīng)力很大，孿生開始后繼續(xù)切變時需要的切應(yīng)力小，故孿生一般在滑移難于進行時發(fā)生。3簡答：1）a的滑移系為110 , b 相的常見滑移系為111 , h 相的常見滑移 系為（0001） o2）它們單晶變形時應(yīng)力-應(yīng)變曲線示意圖如圖。典型的面心立方單晶體的加工硬化曲線可以分為三個階段。當切應(yīng)力達到晶體的臨界分切應(yīng)力時，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線近似為直線， 稱為易滑移階段，此時加工硬化率很小，滑移線細長， 分布均勻；隨后加工硬化率顯著增加，稱為線性硬化階段， 滑移系在幾組相交的滑移系上發(fā)生，位錯彼此交截，滑移線較短；第三階段稱為拋物線硬化階段，加工硬化隨應(yīng)變增加而減少，出現(xiàn)許多碎

12、斷滑移帶，滑移帶端部出現(xiàn)交滑移痕跡。多晶體加工硬化曲線一般不出現(xiàn)易滑移的第一階段，而加工硬化率明顯高于單晶體。4 簡答：冷加工纖維組織是純金屬和單相合金在冷塑性變形時和變形度很大的條件下，各 晶粒伸長成纖維狀；帶狀組織是復(fù)相合金在冷塑性變形和變形度大的條件下第二相被破碎或 伸長，沿變形方向成帶狀分布而形成的；變形織構(gòu)是金屬和合金在在冷塑性變形時晶粒發(fā)生擇優(yōu)取向而形成的。上述冷加工纖維組織、帶狀組織和變形織構(gòu)都使材料的性能具有方向性，即在各個方向上的Fx2 2 2d）（X y）, G 為切彈性模量，b,b為兩刃型位錯的柏氏矢量，V為泊性能不均，對使用性能有不良影響， 但少數(shù)金屬材料，如用作變壓器

13、的硅鋼片，各向異性能 更好滿足使用要求。5 簡答：金屬材料經(jīng)熱加工后機械性能較鑄造態(tài)好的主要原因是熱加工時的高溫、大變形量使氣泡、疏松和微裂紋得到機械焊合，提高了材料的致密性，消除了鑄造缺陷，同時改善夾雜物和脆性相的形態(tài)、大小和分布，使枝晶偏析程度減弱，合金成分均勻性提高，熱加工中形成合理的加工流線，熱加工還可使金屬顯微組織細化，這些都可以提高金屬材料的性6 簡答：金屬材料經(jīng)冷加工后，強度增加，硬度增加，塑性降低的現(xiàn)象稱為加工硬化。產(chǎn)生加工硬化的各種可能機制有滑移面上平行位錯間的交互作用的平行位錯硬化理論，以及滑移面上位錯與別的滑移面上位錯林切割產(chǎn)生割階的林位錯強化理論。加工硬化在實際生產(chǎn)中用

14、來控制和改變金屬材料的性能，特別是對不能熱處理強化的合金和純金屬尤為重要，可以進行熱處理強化的合金，加工硬化可以進一步提高材料的強度；加工硬化是實現(xiàn)某些工件和半成品加工成型的主要因素；加工硬化也會帶來塑性降低，使變形困難的影響，還會使材料在使用過程中尺寸不穩(wěn)定，易變形，降低材料耐蝕性。7 簡答：可有 8 個滑移系同時產(chǎn)生滑移 （可以通過計算 fee 的滑移系與001方向的夾角得 到此結(jié)果）。開動其中一個滑移系至少要施加的拉應(yīng)力為9 簡答：第二相在冷塑性變形過程中的作用一般是提高合金強度，但還取決于第二相的種類數(shù)量顆粒大小形狀分布特點及與基體結(jié)合界面結(jié)構(gòu)等，對塑性變形影響復(fù)雜。第二相強度高于基體

15、但有一定塑性， 其尺寸、含量與基體基本接近， 則合金塑性是兩相的變形能力平均 值。第二相硬、脆，合金變形只在基體中進行，第二相基本不變形；第二相均勻、彌散分布 在固溶體基體上，可以對合金產(chǎn)生顯著強化作用。10 簡答：織構(gòu)由晶粒擇優(yōu)取向形成,變形織構(gòu)對再結(jié)晶織構(gòu)形成有主要影響，織構(gòu)造成材料性能各向異性。各向異性在不同情況需要避免或利用。織構(gòu)控制可以通過控制合金元素的 種類和含量、雜質(zhì)含量、變形工藝（如變向軋制）和退火工藝等多種因素的配合。11 簡答：金屬和合金在冷塑性變形過程中發(fā)生的組織性能的變化主要有晶粒被拉長，形成纖維組織，冷變形程度很高時， 位錯密度增高，形成位錯纏結(jié)和胞狀組織， 發(fā)生加工

16、硬化， 變形金屬中出現(xiàn)殘余應(yīng)力，金屬在單向塑性變形時出現(xiàn)變形織構(gòu)。12 簡答： 1）屈服現(xiàn)象是由溶質(zhì)原子與位錯交互作用產(chǎn)生氣團產(chǎn)生的，在外力作用下使 位錯掙脫溶質(zhì)原子的釘扎, 材料出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，曲線 2 在位錯脫離釘扎后溶質(zhì)原子來不及重 新聚集形成氣團，故無屈服現(xiàn)象；曲線 3 在出現(xiàn)屈服后時效再加載，溶質(zhì)原子可以重新聚集 形成氣團，故又出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；2）屈服現(xiàn)象使金屬材料在拉伸和深沖過程中變形不均勻，造成工件表面不平整?？梢酝ㄟ^加入與溶質(zhì)原子形成穩(wěn)定化合物的其它元素，減少間隙溶質(zhì)原子含量， 減少氣團，消除或減輕屈服現(xiàn)象，或在深沖之前進行比屈服伸長范圍稍大的預(yù)變形，使位錯掙脫氣團的釘扎， 然后盡

17、快深沖。kCOS cos0.7904121.93(MN/m)加工流線：金屬內(nèi)部的少量夾雜物在熱加工中順著金屬流動的方向伸長和分布，形成一道一道的細線；動態(tài)再結(jié)晶：低層錯能金屬由于開展位錯寬，位錯難于運動而通過動態(tài)回復(fù)軟化，金屬在熱加工中由溫度和外力聯(lián)合作用發(fā)生的再結(jié)晶稱為動態(tài)再結(jié)晶。臨界變形度：再結(jié)晶后的晶粒大小與冷變形時的變形程度有一定關(guān)系，在某個變形程度時再結(jié)晶后得到的晶粒特別粗大，對應(yīng)的冷變形程度稱為臨界變形度。二次再結(jié)晶：某些金屬材料經(jīng)過嚴重變形后在較高溫度下退火時少數(shù)幾個晶粒優(yōu)先長大成為特別粗大的晶粒，周圍較細的晶粒逐漸被吞掉的反常長大情況。退火孿晶：某些面心立方金屬和合金經(jīng)過加工和

18、再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的孿晶組織。2 問答1 簡答：再結(jié)晶是一種組織轉(zhuǎn)變，從變形組織轉(zhuǎn)變?yōu)闊o畸變新晶粒的過程，再結(jié)晶前后組 織形態(tài)改變，晶體結(jié)構(gòu)不變；固態(tài)相變時，組織形態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)都改變；晶體結(jié)構(gòu)是否改變 是二者的主要區(qū)別。2 簡答：變形度較小時以晶界弓出機制形核，變形度大的高層錯能金屬以亞晶合并機制形 核，變形度大的低層錯能金屬以亞晶長大機制形核。冷變形度很小時不發(fā)生再結(jié)晶， 晶粒尺寸基本保持不變，在臨界變形度附近方式再結(jié)晶 晶粒特別粗大，超過臨界變形度后隨變形度增大， 晶粒尺寸減少，在很大變形度下，加熱溫 度偏高，少數(shù)晶粒發(fā)二次再結(jié)晶，使部分晶粒粗化。3 簡答：燈泡中 W 絲在高溫下工作，晶粒長

19、大后在熱應(yīng)力作用下破斷，延長鎢絲壽命的方 法可以加入第二相質(zhì)點阻止晶粒在加熱時長大，如加入ThO2 顆粒；或在燒結(jié)中使制品中形成微細的空隙也可以抑制晶粒長大，如加入少量 K、Al、Si 等雜質(zhì)，在燒結(jié)時汽化形成極小的氣泡。4 簡答：戶外用的架空銅導(dǎo)線要求一定的強度可以進行回復(fù)退火，只去應(yīng)力，保留強度；戶內(nèi)電燈用花線可以進行再結(jié)晶退火，軟化金屬，降低電阻率。5 簡答：1）純鋁經(jīng) 90%變形后在 70e，150e，300e 保溫后空冷的組織示意圖如圖。2）純鋁試樣強度、硬度以 70e 退火后最高，150e 退火試樣的強度、硬度次之，300e 保 溫后強度、硬度最低，而塑性則以 70e 退火后最低，

20、150e 退火試樣的居中，300e 保溫后 塑性最好；工業(yè)純金屬的再結(jié)晶溫度一般可用T再=（0.30.4 ） T熔估計，故純鋁的再結(jié)晶溫度為100e 左右，在 70C保溫合金只是發(fā)生回復(fù)，顯微組織仍保持加工狀態(tài)，強度。硬度最高， 塑性差，組織為纖維組織；150e 加熱發(fā)生再結(jié)晶，強度、硬度下降，塑性好，300e 保溫后發(fā)生晶粒長大，強度、硬度進一步下降，塑性很好。13 簡答：根據(jù)霍爾一配奇公式:s121000k （）22500k4和kd12，則按照題意有:可以解得(丄)SS=50+25X16回復(fù)與再結(jié)晶S0 = 50, k = 25,故可求得當12-2=150 MNm。d=1/16m m 時，

21、根據(jù)霍爾一配奇公式求得第八章1 名詞變形織構(gòu)：多晶體中位向不同的晶粒經(jīng)過塑性變形后晶粒取向變成大體一致，形成晶粒的擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向后的晶體結(jié)構(gòu)稱為變形織構(gòu)，織構(gòu)在變形中產(chǎn)生，稱為變形織構(gòu)；再結(jié)晶織構(gòu)是具有變形織構(gòu)的金屬經(jīng)過再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的織構(gòu)，位向于原變形織構(gòu)可能相同或不同，但常與原織構(gòu)有一定位向關(guān)系。再結(jié)晶全圖：表示冷變形程度、退火溫度與再結(jié)晶后晶粒大小的關(guān)系（保溫時間一定）的圖。冷加工與熱加工：再結(jié)晶溫度以上的加工稱為熱加工，低于再結(jié)晶溫度又是室溫下的加工稱為冷加工。帶狀組織：多相合金中的各個相在熱加工中可能沿著變形方向形成的交替排列稱為帶狀組 織；7 簡答：可計算得到三種純金屬的再結(jié)

22、晶溫度大約為純鈦:550C，純鋁：100C,純鉛低于 0C。金屬的軋制開坯溫度要在再結(jié)晶溫度以上進行，故工業(yè)純鈦、純鋁和純鉛鑄錠的軋 制開坯溫度可分別取 200C,800C，室溫即可。開坯后在室溫軋制，鉛的塑性最好，鋁的塑性也較好，鈦的塑性最差。在室溫下純鋁和純鉛可以連續(xù)軋制，并獲得很薄的帶材，但純鈦不能繼續(xù)軋制，要獲得很薄的帶材需要在再結(jié)晶溫度以上反復(fù)進行軋制。18 簡答：晶粒大小對金屬材料的室溫力學性能可用Hall Petch 公式s 0kd2描述，晶粒越細小，材料強度越咼；咼溫下由于晶界產(chǎn)生粘滯性流動，發(fā)生晶粒沿晶界的相對 滑動，并產(chǎn)生擴散蠕變，晶粒太細小金屬材料的高溫強度反而降低。生產(chǎn)

23、中可以通過選擇合適的合金成分獲得細小晶粒，利用變質(zhì)處理，振動、攪拌，加大過冷度等措施細化鑄錠晶粒，利用加工變形細化晶粒，合理制訂再結(jié)晶工藝參數(shù)控制晶粒長大。9 簡答：固溶強化，細晶強化，加工硬化，第二相強化，相變（熱處理）強化等。10 簡答固溶強化的可能位錯機制主要是溶質(zhì)原子氣團對位錯的釘扎，增加了位錯滑移阻力。如溶質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用的科垂爾氣團和斯諾克氣團，溶質(zhì)原子與擴展位錯交互作用的鈴木氣團使層錯寬度增加，位錯難于束集，交滑移困難；溶質(zhì)原子形成的偏聚和短程有序，位錯運動通過時破壞了偏聚和短程有序使得能量升高，增加位錯的阻力，以及溶質(zhì)原子與位錯的靜電交互作用對位錯滑移產(chǎn)生的阻力使材料

24、強度升高。彌散強化也是通過阻礙位錯運動強化材料，如位錯繞過較硬、與基體非共格第二相的Orowan 機制和切割較軟、與基體共格的第二相粒子的切割機制。產(chǎn)生加工硬化的各種可能機制有滑移面上平行位錯間的交互作用的平行位錯硬化理論，以及滑移面上位錯與別的滑移面上位錯林切割產(chǎn)生割階的林位錯強化理論。1 名詞正吸附：材料表面原子處于結(jié)合鍵不飽和狀態(tài)，以吸附介質(zhì)中原子或晶體內(nèi)部溶質(zhì)原子達到平衡狀態(tài)，當溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子在表面濃度大于在其在晶體內(nèi)部的濃度時稱為正吸附； 晶界能：晶界上原子從晶格中正常結(jié)點位置脫離出來，弓 I 起晶界附近區(qū)域內(nèi)晶格發(fā)生畸變，與晶內(nèi)相比，界面的單位面積自由能升高，升高部分的能量為晶

25、界能；小角度晶界：多晶體材料中，每個晶粒之間的位向不同，晶粒與晶粒之間存在界面，若相鄰晶粒之間的位向差在 102之間，稱為小角度晶界；晶界偏聚：溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子在晶界或相界上的富集，也稱內(nèi)吸附，有因為尺寸因素造成的平衡偏聚和空位造成的非平衡偏聚。2 問答1 簡答：復(fù)合材料由顆?；蚶w維與基體構(gòu)成，存在大量界面。按照顯微結(jié)構(gòu)，其界面層可以區(qū)分為基體與復(fù)合物的機械固體嚙合結(jié)合、形成化學反應(yīng)的化合層結(jié)合、形成完全或部分固溶體的結(jié)合幾種情況。結(jié)合層的結(jié)合面體積分數(shù)越大， 結(jié)合層強度越高，基體與復(fù)合物之 間的結(jié)合鍵力越大，結(jié)合強度越高。2 簡答：晶界具有晶界能，容易發(fā)生溶質(zhì)原子和雜質(zhì)原子的晶界偏聚，是原

26、子易擴散通道，晶界在加熱時會發(fā)生遷移，晶界是相變等優(yōu)先形核的地方，晶界易受腐蝕，晶界增多在室溫下強化材料，在高溫下弱化材料強度，晶界處易于析出第二相，晶界容易使位錯塞積，造成應(yīng)力集中，晶界上原子排列混亂。3 簡答：一般金屬的晶界能與晶粒位向差有關(guān)，并隨位向差增大而增大，小角度晶界的晶 界能小于大角度晶界的晶界能，但大角度晶界能一般可以看成常數(shù)，約為(56)x10V/cm2。4簡答：影響晶界遷移的因素主要有界面能、溶質(zhì)原子、第二相質(zhì)點數(shù)量、尺寸和溫度。界面能降低是晶界遷移的驅(qū)動力，與晶界曲率半徑成反比，與界面的表面能成正比，因 此大角度晶界遷移率總是大于小角度晶界的遷移率；溶質(zhì)原子阻礙晶界遷移；

27、第二相質(zhì) 點數(shù)量越多、尺寸越小對晶界的遷移阻礙作用越大，溫度越高晶界遷移越快。第十章原子擴散1 簡答：影響擴散的因素主要有溫度，溫度越高，擴散越快；晶體缺陷如界面、晶界位錯 容易擴散；不同致密度的晶體結(jié)構(gòu)溶質(zhì)原子擴散速度不一樣，低致密度的晶體中溶質(zhì)原子擴散快，各向異性也影響溶質(zhì)原子擴散；在間隙固溶體中溶質(zhì)原子擴散容易；擴散原子性質(zhì)與基體金屬性質(zhì)差別越大，擴散越容易；一般溶質(zhì)原子濃度越高，擴散越快；加入其它組元與溶質(zhì)原子形成化合物阻礙其擴散。2 解答：Ni 為 fcc 結(jié)構(gòu)，一個晶胞中的原子個數(shù)為4,依題意有：在 Ni/MgO 界面鎳板一側(cè)的 Ni 的濃度Gi為 100%每 cm!中 Ni 原子

28、個數(shù)為：NNi/MgO=(4 原子 / 晶胞)/(3.6X10 cm)=8.57X10 原子 /cm ,在 Ta/MgO 界面 Ta 板一側(cè)的 Ni 的濃度 0%這種擴散屬于穩(wěn)態(tài)擴散，可以利用菲克第一定律 求解。22_ 324_ 3故濃度梯度為 dc/dx = (0 8.57X10 原子 /cm)/(0.05cm) =_ 1.71X10 原子/ (cm.cm), 則 Ni原子通過 MgC 層的擴散通量：J= D (dc/dx ) =_9X10 cm/sX( 1.71X10 原子/ ( cm.cm)=1.54X1013Ni 原子/ (cm.s)每秒鐘在 2X2cm2的面積上通過 MgC 層擴散的

29、 Ni 原子總數(shù) N 為N= JX面積=1.54X10 Ni 原子/ (cm.s)X4cm =6.16X10 Ni 原子/s。VN擴散走的原子每秒鐘從界面擴散走的 Ni 原子體積N總原子數(shù)，故13_ 223一 9 3V=( 6.16X10 Ni 原子 /s ) / (8.57X10 原子 /cm )= 0.72X10 cm/s ,用厚度 d 表示在該面積中每秒擴散的Ni 原子為一 9 32iod= V/面積=(0.72x10 cm/s ) / (2X2cm)= 1.8x10 cm/s,也就是說要將 1mm 厚的 Ni 層擴散掉，所需時間 t 為：t =( 1mm / (1.8x10 cm/s)

30、= 556000 秒=154 小時。3 解答：1)滲碳情況符合菲克第二定律的特殊解的應(yīng)用條件，可以利用菲克第二定律進行解決。CsCx(X )erf (-菲克第二定律特殊解公式：其中依題意有 Cs= 1.2 , G=0.1 , C=0.45 , x=0.2。1.2 0.450.71從表 10 1 可以得出誤差函數(shù)值，有- Dt, Dt = (0.1/0.71)任何滿足 Dt = 0.0198cm2關(guān)系的工藝均可，由于擴散與溫度、時間有關(guān)，D=Dexp(-Q/RT)，帶入 C 在 Fe 中的 D0= 0.23，激活能 Q= 32900cal/mol ,D=0.23exp(-32900cal/mol/1.987(cal/mol.K ) T)=0.23exp(-16558/T),因此由 Dt