材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)習(xí)題

fcc結(jié)構(gòu)的密排方向 ，密排面 ，密排面的堆垛順序 ，致密為 ，配位數(shù)是 晶胞中原子數(shù)為 ，把原子視為剛性球時(shí)，原子的半徑r點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是 ；bc結(jié)構(gòu)的密排方向是 ，密排面是 致密度為 ,配位數(shù)是 ,晶胞中原子數(shù)為 ，原子的半徑r與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系是；hcp結(jié)構(gòu)的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛順序是，致密度為，配位數(shù)是,，晶胞中原子數(shù)為，原子的半r與點(diǎn)陣常a的關(guān)系是。Al的點(diǎn)陣常數(shù)為0.4049nm，其結(jié)構(gòu)原子體積是 純鐵冷卻時(shí)在912℃發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變是從 求[111]和[201] 在鉛的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知鉛為fcc一、填

1）隨著溶質(zhì)濃度的增大，單相固溶體合金的強(qiáng) ，塑 ，導(dǎo)電 ，形成隙固溶體時(shí)，固溶體的點(diǎn)陣常 2）影響置換固溶體溶解度大小的主要因素是（ （2） （4） 置換式固溶體的不均勻性主要表現(xiàn) 按照溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑點(diǎn)陣的位置區(qū)分，固溶體可分 6）間隙固溶體 ，間隙化合 二 問1、分析氫，氮，碳，硼在a-Fe和g-Fe中形成固溶體的類型，進(jìn)入點(diǎn)陣中的位置和固a-Fe：0.124nm，g-Fe：0.126nm2、簡(jiǎn)述形成有序固溶體的必要條件 填在液態(tài)純金屬中進(jìn)行均質(zhì)形核時(shí)，需 起伏 起伏 是形核的動(dòng)力；臨界晶核半徑rK與過冷度ΔT關(guān)系為 ΔGK等于 動(dòng)態(tài)過冷度是 在工廠生產(chǎn)條件下，過冷度增大，則臨界晶核半 ，金屬結(jié)晶冷卻速度越快 ，晶粒 獲得非晶合金的基本方法 二、問試根據(jù)凝固理論，分析通常鑄錠組織的特點(diǎn)簡(jiǎn)述液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)，過冷度與臨界晶核半徑，形核功及形核率的關(guān)系v求銅vT=100e時(shí)均勻形核的臨界核心半徑。5：何謂過冷，過冷度，動(dòng)態(tài)過冷度，它們對(duì)結(jié)晶過程有何影響7、簡(jiǎn)述純金屬凝固時(shí)潤(rùn)濕角θ、雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)對(duì)異質(zhì)形核的影響一、填固溶體合金凝固時(shí)，除了需要結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏外，還要 起伏按液固界面微觀結(jié)構(gòu)，界面可分 在一般鑄造條件下固溶體合金容易產(chǎn) 偏析 熱處理方法可以消除液態(tài)金屬凝固時(shí)，若溫度梯度dT/dX>0（正溫度梯度下其固、液界面 狀 狀靠近共晶點(diǎn)的亞共晶或過共晶合金，快冷時(shí)可能得到全部共晶組織，這稱 固溶體合金凝固時(shí)，溶質(zhì)分布的有效分配系數(shù)ke= ，當(dāng)凝固速率很大時(shí)ke趨 在二元相圖中，L1→a+L2 轉(zhuǎn)變，而反應(yīng)a２＋b稱 反應(yīng)，a+b?g稱 反應(yīng)9 3C相圖中含碳量小于 為鋼，大于 為鑄鐵；鐵碳合金室溫平衡組織均由 和 兩個(gè)基本相組成根據(jù)溶質(zhì)原子的位置奧氏體其晶體結(jié)是 是 固溶體鐵素體是 其晶體結(jié)構(gòu)是 合金衡結(jié)晶時(shí)，奧氏體的最大含量是 ；珠光體的含碳量是 由 中析出的，F(xiàn)e3CII是從 中析出的，F(xiàn)e3CIII是從 ，F(xiàn)e3C主要性能特點(diǎn)是 ，A共析反應(yīng)后的生成物稱 224-1所示為Ni-Al相填出相圖中各相區(qū)的平衡相指出圖中的穩(wěn)定化合物和不穩(wěn)定化合物寫出圖中存在的恒溫反應(yīng)，指明反應(yīng)類型指出含Ni30%(重量)的合金在平衡冷卻時(shí)的相變過程，計(jì)算室溫下的相組成與組織試說明含Ni89%（重量Ni-Al合金其平衡凝固與非平衡凝固后的顯微組織的不同設(shè)X合金平衡凝固完畢時(shí)的組織為a（Al）初晶+(a+b)共晶，其中a初晶占80%，則此合金中Ni組元的含量是多少？ 2，Cua相為何種晶體結(jié)構(gòu)計(jì)算212Cu-90%Sn合金在TE溫度時(shí)（共晶反應(yīng)前）的平衡分配系數(shù)Cu-13.47%Sn合金在正常條件下凝固后，a相的晶界上出現(xiàn)少量b相，其原因何在？分析Cu-70%Sn合金平衡凝固過程，并計(jì)算共晶反應(yīng)剛完畢時(shí)相組成物和組織組成畫出Cu-Sn系合金在450℃時(shí)各相自由能---成分曲線示意圖 4-3Mg-Y相Y=5%wt時(shí)的合金K在室溫時(shí)的平衡組織已知Mghcp結(jié)構(gòu)，試計(jì)算Mg晶胞的致密度指出提高合金K強(qiáng)度的可能方簡(jiǎn)述圖中Y=10%wt之合金可能的強(qiáng)化方法試說明純Al和鋁－銅單相固溶體結(jié)晶的異同4-4的鐵碳亞穩(wěn)平衡相圖回答下列問題寫出下列Fe3CII含量最多的合金；珠光體含量最多的合金萊氏體含量最多的合金指出此二元系中比較適合做變形合金和鑄造合金的成分范圍如何提高壓力加工合金的強(qiáng)度標(biāo)注平衡反應(yīng)的成分及溫度，寫出平衡反應(yīng)式分析Fe-1%C合金的平衡凝固過程，并計(jì)算室溫下其中相組成物和組織組成物的百分析Fe-1%C合金在亞穩(wěn)冷卻轉(zhuǎn)變和淬火冷卻轉(zhuǎn)變后組織的差異根據(jù)Fe-Fe3C狀態(tài)圖確定下列三種鋼在給定溫度下的顯微組織（填入表中） 770℃停留一段時(shí)間 剛達(dá)到 剛達(dá)到 6：A為金屬元素，B為非金屬元素，形成二元相圖如圖4-成物相對(duì)含量。試分析不同冷卻速度對(duì)下圖中Ⅰ合金凝固后顯微組織的影響Ⅰ合金在工業(yè)條件冷凝后如對(duì)合金進(jìn)行擴(kuò)散退火，應(yīng)如何確定退火溫度7液界面的形態(tài)。8：根據(jù)Pb-Bi相圖（4－6）回答下列問題把空相區(qū)填上相的名稱設(shè)X合金平衡凝固完畢時(shí)的相組成物為b和(Bi)，其中b80%，則X合金中Bi組元設(shè)Y合金平衡凝固完畢時(shí)的組織為(Bi)初晶+[b+（Bi）]相等，則此合金中Pb組元的含量是多少Pb-30%Bi合金非平衡凝固后室溫下組織與平衡凝固組織有何不同第五 三元合金相 根據(jù)Fe－C－Si3.5%Si變溫截面圖（5－1，寫出含0.8%CFe-C-Si三元合在平衡冷卻時(shí)的相變過程和1100℃時(shí)的平衡組織5－2為Cu-Zn-Al合金室溫下的等溫截面和2%Al在圖中標(biāo)出X合金（Cu-30%Zn-10%Al）的成分點(diǎn)Cu-20%Zn-8%Al和Cu-25%Zn-6%Al合金中室溫下各相的百分含量其中α相成分點(diǎn)為Cu-22.5%Zn-3.45%Al，γ相成分點(diǎn)為Cu-18%Zn-11.5%Al。分析圖中Y合金的凝固過程 ％如圖5－3是A-B-C三元系合金凝固時(shí)各相區(qū)，界面的投影圖，A、B、C分別形成固體α、β、γ寫出

，E￠

E￠ 單變量線的三相平衡反E￠ 寫出圖中的四相平衡反應(yīng)式 說明O合金凝固平衡凝固所發(fā)生的相變圖 圖45－4Fe-W-C三元系的液相面投影圖。寫出e1→1085℃，P1→1335℃，P2→1380℃單變量線的三相平衡反應(yīng)和1700℃，1200℃，1085℃的四相平衡反應(yīng)式。I，II，III三個(gè)合5－5Fe-Cr-C系含13%Cr的變溫截１）大致估計(jì)2Cr13不銹鋼的淬火加熱溫度（不銹鋼含碳量０.２％,Cr13％）２）指出Cr13模具鋼平衡凝固時(shí)的凝固過程和室溫下的平衡組織（Cr13鋼含碳2%）３）寫出（１）區(qū)的三相反應(yīng)及７９５e時(shí)的四相平衡反應(yīng)式圖 圖 5－6所示，固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖的濃度三角形上的投影圖，試分析IV區(qū)VI區(qū)中合金之凝固過程。寫出這個(gè)三元相圖中四相反應(yīng)式。27Pb18Sn55BγBi指出這個(gè)三元系的初晶面，寫出四相平衡反應(yīng)式分析該三元合金系中1，2，3，4合金平衡結(jié)晶過程要配制一個(gè)初晶為，具有三元共晶而無二元共晶且/三元共晶=0.5的合金，計(jì)算該合一、名詞解

第六 空位與位空位平衡濃度，位錯(cuò)，柏氏回路，P-N力，擴(kuò)展位錯(cuò)，堆垛層錯(cuò)，弗蘭克-瑞德位錯(cuò)源奧羅萬(wàn)機(jī)制，科垂耳氣團(tuán)，面角位錯(cuò)，鈴木氣團(tuán)，多邊形二、問答 fcc晶體中，層錯(cuò)能的高低對(duì)層錯(cuò)的形成擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度和擴(kuò)展位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有何影響？錯(cuò)能對(duì)金屬材料冷、熱加工行為的影響如何在鋁單晶體中（fcc結(jié)構(gòu)a位錯(cuò)反應(yīng)

[1

?

]+a

[12

能否進(jìn)行？寫出反應(yīng)后擴(kuò)展位錯(cuò)寬度的達(dá)式和式中各符號(hào)的含義；若反應(yīng)前的

[1

是刃位錯(cuò)，則反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯(cuò)能進(jìn)行何a[1運(yùn)動(dòng)？能在哪個(gè)晶面上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)？若反應(yīng)前的行何種運(yùn)動(dòng)

是螺位錯(cuò)則反應(yīng)后的擴(kuò)展位錯(cuò)能ab a2

b a2a ， 面上的位 發(fā)反應(yīng)，如圖6－1。寫出位錯(cuò)反應(yīng)方程式，說明新位錯(cuò)的性質(zhì)，是否可動(dòng)如果兩擴(kuò)展位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它們?cè)趦蓚€(gè)滑移面交線AB

，兩領(lǐng)先位錯(cuò)能否發(fā)生反應(yīng)，若能，求新位錯(cuò)柏氏矢量；分析新形成錯(cuò)為何種類型位錯(cuò)，能否自由滑移，對(duì)加工硬化有何作用螺旋位錯(cuò)的能量公式

ES

Gbln

R10-8cm，銅的G＝4×106N/cm2，b＝2.5×10－8cm估算Cu中長(zhǎng)度為1個(gè)柏氏矢量的螺型位錯(cuò)割階的能量平衡空位濃度與溫度有何關(guān)系？高溫淬火對(duì)低溫?cái)U(kuò)散速度有何影響已知Al的空位形成能為0.76eV27e627e時(shí)空位濃度增加多少（取系在一個(gè)刃型位錯(cuò)附近放置另一個(gè)與之平行同號(hào)的另一個(gè)刃型位錯(cuò)其位置如圖6－21，2，3，問它們?cè)诨泼嫔鲜芰Ψ较蛉绾?3217、位錯(cuò)對(duì)金屬材料有何影響面心立方晶體中，把2個(gè)平行的同號(hào)螺位錯(cuò)從100nm推近到8nm作功多少?a=0.3nm，G=7×1010Pa已知BCC鐵的密度為7.87g/cm3，求一個(gè)鐵晶胞中包含的空位數(shù)為多少？每cm3中包含的空位數(shù)是多少？（鐵的點(diǎn)陣常數(shù)為2.866×10-8cm,鐵原子的摩爾質(zhì)量為55.847g）10計(jì)算室溫（25℃）時(shí)銅的空位濃度，并求在多少溫度下銅的空位濃度為室溫的1000倍？已知銅中產(chǎn)生1摩爾空位多需要的熱量是83600J。已知，F(xiàn)CC銅的點(diǎn)陣常數(shù)為0.3615nm 固溶強(qiáng)化，應(yīng)變時(shí)效，孿生，臨界分切應(yīng)力，變形織 問單相合金的冷塑性變形與純金屬的室溫塑性變形相比，有何特點(diǎn)金屬晶體塑性變形時(shí)，滑移和孿生有何主要區(qū)別A-B二元系中，A晶體結(jié)構(gòu)是bcc，形成固溶體，B晶體結(jié)構(gòu)是fcc，形成β固溶體AB形成h相，其晶體結(jié)構(gòu)指出a，b，h三個(gè)相的常見滑移系體的加工硬化曲線，并比較與多晶體加工硬化曲線的差別。簡(jiǎn)述冷加工纖維組織、帶狀組織和變形織構(gòu)的成因及對(duì)金屬材料性能的影響何為加工硬化？列出產(chǎn)生加工硬化的各種可能機(jī)制（不必說明上有哪些作用？0010.79MN/COl=0.41試問有幾個(gè)滑移系可同時(shí)產(chǎn)生滑移？開動(dòng)其中一個(gè)滑移系至少要施加多大的拉應(yīng)力？簡(jiǎn)要說明第二相在冷塑性變形過程中的作用討論織構(gòu)的利弊及控制方法敘述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7－1所示低碳鋼的三條拉伸曲線，1－塑性變形；2－去載后立即再行加載；3－去載解釋圖示曲線23的屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象對(duì)金屬變形制件表面質(zhì)量有何影響，如何改善表面質(zhì)量退火純Fed=1/4mmss=100MNm-2d=1/64mm第八 回復(fù)與再結(jié)變形織構(gòu)與再結(jié)晶織構(gòu)再結(jié)晶全圖，冷加工與熱加工，帶狀組織，加工流線，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨界變形度，二次再結(jié)晶，退火孿再結(jié)晶與固態(tài)相變有何區(qū)別簡(jiǎn)述金屬冷變形度的大小對(duì)再結(jié)晶形核機(jī)制和再結(jié)晶晶粒尺寸的影響燈泡中W絲在高溫下工作，發(fā)生顯著晶粒長(zhǎng)大性能變脆，在熱應(yīng)力作用下破斷，試找出戶外用的架空銅導(dǎo)線（要求一定的強(qiáng)度）的最終熱處理工藝？為什么？冷，純鋁的熔點(diǎn)為660e。分析所得組織，畫出示意圖說明它們強(qiáng)度、硬度的高低和塑性方面的區(qū)別并簡(jiǎn)要說明原因（鈦、鉛、鋁分別怎樣才能軋成很薄的帶材883℃以上bcc；鋁熔點(diǎn)為660℃，fcc結(jié)構(gòu)（面心立方；鉛熔點(diǎn)為327℃，fcc結(jié)構(gòu)（面度。試用位錯(cuò)理論解釋固溶強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化，以及加工硬化的原因1第九 表面與界1正吸附，晶界能，小角度晶界，晶界偏22分析晶界能的變化分析影響晶界遷移的因素1、簡(jiǎn)要說明影響溶質(zhì)原子在晶體中擴(kuò)散的因素此時(shí)Ni＋在MgO中的擴(kuò)散系數(shù)D=9×10－12cm2/s，Ni的點(diǎn)陣常數(shù)3.6×10－8cm。問每秒鐘通過MgO阻擋層2×2cm2的面積上擴(kuò)散的Ni＋數(shù)目，并求出要擴(kuò)散走1mmNi層3、對(duì)含0.1％齒輪氣體滲碳強(qiáng)化，滲碳?xì)夥蘸?.2％，在齒輪表層0.2cm處碳含量0.45%時(shí)齒輪達(dá)到最佳性能。已知鐵為FCC結(jié)構(gòu)，C在Fe中的D0＝0.23，激活能32900cal/mol，誤差函數(shù)如表10－1試設(shè)計(jì)最佳滲碳工藝10001處滲碳后碳含量為0.45%所需滲碳時(shí)間xx2Dt)的對(duì)應(yīng)xxxxxx2erf(2Dt2 (2Dt2100.77%的鋼在強(qiáng)脫碳?xì)夥罩屑訜岬?00℃，然后緩慢冷卻，試一塊用作承載重物的低碳鋼板，為提高其表面硬度采用表面滲碳，試分析滲碳溫度高于1100e會(huì)出現(xiàn)什么問題銅-鋅基單相固溶體進(jìn)行均勻化處理，試討論如下問題在有限時(shí)間內(nèi)能否使枝晶偏析完全消失將此合金均勻化退火前進(jìn)行冷加工，對(duì)均勻化過程是加速還是無影響？說明理由何謂上坡擴(kuò)散，舉兩個(gè)實(shí)例說明金屬中上坡擴(kuò)散現(xiàn)象9、簡(jiǎn)述固溶體合金的擴(kuò)散機(jī)昆明理大學(xué)試?yán)ッ骼泶髮W(xué)試答案 專業(yè)班級(jí)：材料201級(jí) 一、填空：(0.5分18分123、界面遷移與原子運(yùn)動(dòng)方 相反（相同、相反速 相 （相同、相反4、晶界能的來源主要包括長(zhǎng)程應(yīng)變場(chǎng)的彈性能、晶界狹小區(qū)域內(nèi)原子相互作用的核心能化學(xué)鍵能三項(xiàng)5、熱力學(xué)穩(wěn)定的液－固界面微觀結(jié)構(gòu)主要有粗糙界面、和光滑界面（或平整型界面6、在不平衡凝固過程中，晶體中成分偏析的三種類型 宏觀偏析、胞狀偏析 樹枝狀偏析7、晶體的宏觀長(zhǎng)大方式主要有平面生長(zhǎng)方式和樹枝狀生長(zhǎng)方 金屬固態(tài)相變的三種基本變化是結(jié)構(gòu)，成 和有序 CA-F_<CA-C(<，>，≤，=)碳原子向F一側(cè)擴(kuò)散，有利于A固態(tài)相變的驅(qū)動(dòng)力為新相和母相的自由能差，阻力為界面能及彈性應(yīng)變能奧氏體核的長(zhǎng)大是依靠碳原 的擴(kuò)散，奧氏體(A)兩側(cè)界面向鐵素體(F)及滲碳體(C)推移來進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，由于溫度較高，存 的擴(kuò)散在成分相同的情況下,粒狀珠光體的強(qiáng)度和硬度比片狀的_較低,塑性_較好 二、名詞解釋：(2分22分晶界偏析：在平衡條件下，溶質(zhì)原子（離子）非均勻成核：熱壓燒結(jié)結(jié)推動(dòng)力的界面能，使燒結(jié)繼續(xù)進(jìn)行而達(dá)到高致密度穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散二次再結(jié)晶重構(gòu)型相變：上沒有明確的位向關(guān)系熱加工形變織構(gòu)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶三、問答題：(每題5分，共35分1、簡(jiǎn)要分析討論關(guān)于大角晶界的主要晶界結(jié)構(gòu)模型（5分目前對(duì)大角晶界提出的晶界結(jié)構(gòu)模型有：非晶模型：晶界是由非晶體粘合物構(gòu)成；島狀模型：小島內(nèi)原子排列整齊；晶界點(diǎn)缺陷模型：晶界有大量空位間隙原子；晶界結(jié)構(gòu)位錯(cuò)模型：晶界可以看作是由其中：較為成熟的是重合位置點(diǎn)陣模型和重復(fù)部分模型（結(jié)構(gòu)單元模型Coincident-siteeCSθ的2、簡(jiǎn)述鑄錠三個(gè)晶區(qū)的形成機(jī)理（5分35）合金系中，液相溫度梯度G低、凝固速度R大、合金成分（溶質(zhì)）濃度C0高、液相線斜率m大、平衡分配系數(shù)K0小易出現(xiàn)成分過冷。成分過冷的條件為1-K0K0DRGm ?C 1-K0K0DRGmⅠ：液相中溫度梯度較大，TD>T，無成分過冷，離開界面，液體內(nèi)部處于過熱狀態(tài)，固溶體晶體界面方式生長(zhǎng)。Ⅱ：液相中溫度梯度減小，產(chǎn)生小的成分過冷區(qū)，平界面不穩(wěn)定，界面偶然小凸起，進(jìn)入過冷液體，可生長(zhǎng)；但因過冷區(qū)窄，發(fā)展不成枝晶，形成胞狀界面，出現(xiàn)胞狀界面結(jié)構(gòu)，六角形。Ⅲ：液相中溫度梯度較平緩，成分過冷程度較大，液相在較大范圍內(nèi)處于過冷狀態(tài)，類似負(fù)溫度梯度條件，固溶體晶體以樹枝狀方式生長(zhǎng)，界面上偶然小凸起，進(jìn)入過冷液體，得到大的生長(zhǎng)速度，形成樹枝狀骨架，最后以平界面方式生長(zhǎng)填充枝晶間隙形成晶粒。4、列舉固態(tài)燒結(jié)初期各種可能的傳質(zhì)途徑（包括物質(zhì)來源、抵達(dá)部位、擴(kuò)散途徑，并分析哪幾種不會(huì)引起坯體的收縮和氣孔的消除（5分）可能的傳質(zhì)途徑擴(kuò)散途物質(zhì)來抵達(dá)部1表面擴(kuò)表頸2晶格擴(kuò)表頸3蒸發(fā)凝表頸4晶界擴(kuò)晶頸5晶格擴(kuò)晶頸6晶格擴(kuò)位頸表面擴(kuò)散和蒸發(fā)凝聚機(jī)制不會(huì)導(dǎo)致素坯的宏觀收縮和氣孔率降低因?yàn)轭w粒之間的中心距不變從體內(nèi)或晶界上傳質(zhì)時(shí)，才會(huì)引起收縮和氣孔的消除；簡(jiǎn)述馬氏體相變的主要特征（5分①切變共格和表面浮突現(xiàn)像②無擴(kuò)散性③具有特定的位相關(guān)系和慣習(xí)面④在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成相變可逆性簡(jiǎn)述金屬中殘余應(yīng)力的分類和特點(diǎn)，以及對(duì)金屬加工和使用的影響（5分預(yù)先產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，防止裂紋的萌生，