材料科學(xué)基礎(chǔ)試題庫(kù)選題

材料科學(xué)基礎(chǔ)試題庫(kù)選題Ch1習(xí)題及思考題1．名詞解釋晶體液晶非晶體長(zhǎng)程有序短程有序等同點(diǎn)空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)基元晶體結(jié)構(gòu)晶體點(diǎn)陣空間格子布拉菲點(diǎn)陣單胞(晶胞)點(diǎn)陣常數(shù)晶系2．體心單斜和底心正方是否皆為新點(diǎn)陣？3．繪圖說(shuō)明面心正方點(diǎn)陣可表示為體心正方點(diǎn)陣。4．試證明金剛石晶體不是布拉菲點(diǎn)陣，而是復(fù)式面心立方點(diǎn)陣。金剛石晶體屬于立方晶系，其中碳原子坐標(biāo)是（000）、（01/21/2）、（1/21/20）、（1/201/2）、（1/41/41/4）、（3/41/43/4）、（1/43/43/4）、（3/43/41/4）。5．求金剛石結(jié)構(gòu)中通過(guò)（0，0，0）和（3/4，3/4，1/4）兩碳原子的晶向，及與該晶向垂直的晶面。6．畫(huà)出立方晶系中所有的｛110｝和｛111｝。7．寫(xiě)出立方晶系中屬于｛123｝晶面族的所有晶面和屬于〈110〉晶向族的所有晶向。8．畫(huà)出立方晶系中具有下列密勒指數(shù)的晶面和晶向：（130）、（211）、（131）、（112）、（321）晶面和[210]、[111]、[321]、[121]晶向。9．試在完整的六方晶系的晶胞中畫(huà)出（1012）晶面和[1120]、[1101]，并列出｛1012｝晶面族中所有晶面的密勒指數(shù)。10．點(diǎn)陣平面（110）、（311）和（132）是否屬于同一晶帶？如果是的話，試指出其晶帶軸，另外再指出屬于該晶帶的任一其它點(diǎn)陣平面；如果不是的話，為什么？11．求（121）和（100）決定的晶帶軸與（001）和（111）所決定的晶帶軸所構(gòu)成的晶面的晶面指數(shù)。12．計(jì)算立方晶系[321]與[120]夾角，（111）與（111）之間的夾角。13．寫(xiě)出鎳晶體中面間距為0.1246nm的晶面族指數(shù)。鎳的點(diǎn)陣常數(shù)為0.3524nm。14．1）計(jì)算fcc結(jié)構(gòu)的（111）面的面間距（用點(diǎn)陣常數(shù)表示）；2）欲確定一成分為18%Cr，18%Ni的不銹鋼晶體在室溫下的可能結(jié)構(gòu)是fcc還是bcc，由X射線測(cè)得此晶體的（111）面間距為0.21nm，已知bcc鐵的a=0.286nm，fcc鐵的a=0.363nm，試問(wèn)此晶體屬何種結(jié)構(gòu)？Ch2.1-2習(xí)題及思考題1．分別說(shuō)明什么是過(guò)渡族金屬、鑭系金屬和錒系金屬？2．什么是一次鍵、二次鍵？它們分別包括哪些鍵？3．什么是離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵？它們有何特性，并給予解釋。4．什么是分子鍵？什么是氫鍵？5．試述結(jié)合鍵的多重性。6．晶體結(jié)合鍵與其性能有何關(guān)系？7．元素周期表中的元素可分為哪幾大類？每一類結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？8．什么是配位數(shù)？什么是致密度？9．常見(jiàn)金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪三大類？在這些晶胞中，分別說(shuō)明晶胞中的原子數(shù)目、原子半徑和點(diǎn)陣常數(shù)的關(guān)系、配位數(shù)和致密度。10．HCP六方晶體點(diǎn)陣是不是一種獨(dú)立的布拉菲點(diǎn)陣？11．什么是同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？12．簡(jiǎn)述FCC和HCP的密排結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并比較二者的異同點(diǎn)。13．試說(shuō)明FCC、BCC、HCP晶體結(jié)構(gòu)中間隙的種類、位置、大小及多少。14．影響金屬原子半徑的因素有哪些？并說(shuō)明如何影響。15．鐵的點(diǎn)陣常數(shù)是2.86埃，原子量是55.84，用阿佛伽德羅常數(shù)(6.023×1023)計(jì)算其密度。16．γ-Fe在略高于910℃時(shí)的點(diǎn)陣常數(shù)α=0.3633nm，α-Fe在略低于910℃時(shí)α=0.2892nm，求：⑴上述溫度時(shí)γ-Fe何和α-Fe的原子半徑R；⑵γ-Fe→α-Fe時(shí)的體積變化率；⑶設(shè)γ-Fe→α-Fe轉(zhuǎn)變時(shí)的原子半徑不發(fā)生變化，求此轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化率，與⑵的結(jié)果相比較并加以說(shuō)明。17．鈦冷卻到880℃發(fā)生b.c.c→h.c.p相變時(shí)體積收縮了3.3%，已知h.c.p結(jié)構(gòu)的鈦點(diǎn)陣常數(shù)a為0.2956nm，c為0.4638nm，求：⑴b.c.c結(jié)構(gòu)的鈦的點(diǎn)陣常數(shù)；⑵b.c.c→h.c.p轉(zhuǎn)變時(shí)的原子半徑有何變化？18．已知金剛石晶胞中最鄰近的原子間距為0.1544nm，試求出金剛石的點(diǎn)陣常數(shù)a，配位數(shù)P和致密度K。19．舉例說(shuō)明亞金屬晶體結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)。Ch2.3習(xí)題及思考題1.簡(jiǎn)述純金屬作為結(jié)構(gòu)材料合金化的目的2.名詞解釋合金組元相組織固溶體化合物3.固溶體是如何分類的?4.影響置換固溶體溶解度的因素有哪些?它們是如何影響的?5.什么是間隙固溶體?形成間隙固溶體有何條件?6.C原子可與α-Fe形成間隙固溶體,請(qǐng)問(wèn)C占據(jù)的是八面體間隙還是四面體間隙?為什么.7.什么是固溶強(qiáng)化和有序強(qiáng)化?8.化合物有何特點(diǎn)?常見(jiàn)化合物有哪幾種?9.什么是正常價(jià)化合物?并簡(jiǎn)述其結(jié)合鍵、穩(wěn)定性和性能特點(diǎn).10.電子化合物有哪幾種類型?其性能有何特點(diǎn).11.說(shuō)明γ黃銅型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn).12.描述具有砷化鎳結(jié)構(gòu)的相的特點(diǎn).13.列表說(shuō)明受原子尺寸因素控制的中間相的形成條件.14.間隙相有何特點(diǎn)?性能如何?有何用途?15.常見(jiàn)間隙相有哪幾種?原子位置如何?16.間隙化合物結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)?常見(jiàn)類型有哪些?17.描述Fe3C結(jié)構(gòu)特點(diǎn).18.說(shuō)明Cr23C6的性能與一般用途19.什么是拓樸密堆相?20.黃銅是指以Cu-Zn為基的合金,為什么常用黃銅的含Zn量控制在50%以內(nèi)?21.具有NiAs結(jié)構(gòu)的相有何特點(diǎn)?22.比較無(wú)限固溶體和有限固溶體的形成條件?23.間隙固溶體、間隙相和間隙化合物有何異同點(diǎn)?24.在NaCl型、立方ZnS型、CaF2型和M4X型的間隙相中,若金屬原子以FCC排布,請(qǐng)問(wèn)非金屬原子應(yīng)該如何排布?25.描述或繪圖說(shuō)明Cu3Au型、CuAuⅠ型、CuAuⅡ型和CuPt型的超結(jié)構(gòu)原子排列特點(diǎn).26.描述或繪圖說(shuō)明CuZn(β黃銅)型、Fe3Al和FeAl型的超結(jié)構(gòu)原子排列特點(diǎn)27.什么是反相疇和反相疇界?影響有序化轉(zhuǎn)變的因素有哪些?Ch2-4習(xí)題及思考題1．請(qǐng)問(wèn)材料分別按化學(xué)組成、狀態(tài)及用途是如何分類的？2．陶瓷材料的組成相有哪些？它們各起什么作用？3．陶瓷材料如何分類？其生產(chǎn)過(guò)程可分為哪幾步？4．什么是負(fù)離子配位多面體？常見(jiàn)負(fù)離子配位多面體有哪些？并畫(huà)出陶瓷材料中最常見(jiàn)的兩個(gè)負(fù)離子配位多面體。5．舉例說(shuō)明在離子晶體中，正、負(fù)離子是如何排列的？正離子的配位數(shù)主要取決于什么？（即鮑林第一規(guī)則的實(shí)質(zhì)是什么？）6．當(dāng)負(fù)離子配位多面體共用頂點(diǎn)、棱和面時(shí)，離子晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性如何？（即請(qǐng)解釋鮑林第三規(guī)則）7．MX組成的離子晶體通常有哪四種晶體結(jié)構(gòu)？并說(shuō)出其離子排列特征。該類離子晶體的結(jié)構(gòu)與離子半徑一般有什么關(guān)系？8．畫(huà)出螢石和金紅石的晶體結(jié)構(gòu)；說(shuō)明β-方石英晶體結(jié)構(gòu)中原子排列特征。9．畫(huà)出Cu2O（赤銅礦的主要成分）離子晶體結(jié)構(gòu)。10．說(shuō)出剛玉結(jié)構(gòu)特征。11．比較在α-Al2O3、FeTiO3（鈦鐵礦的主要成分）、LiSb03三種離子晶體中離子排列的異同點(diǎn)。12．簡(jiǎn)述CaTiO3（灰鈦石的主要成分）晶體結(jié)構(gòu)特征。13．什么是硅酸鹽材料？舉例說(shuō)明硅酸鹽礦物化學(xué)式的兩種表達(dá)方法。14．說(shuō)明硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的主要規(guī)律。15．按照硅氧四面體在空間的組合情況，硅酸鹽結(jié)構(gòu)可以分成＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿幾種方式。硅酸鹽晶體就是由一定方式的硅氧結(jié)構(gòu)單元通過(guò)其它＿＿＿＿聯(lián)系起來(lái)而形成的。16．以鋯英石Zr[SiO4]和鎂橄欖石Mg2[SiO4]為例說(shuō)明島狀硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)特征。17．為什么說(shuō)綠寶石結(jié)構(gòu)（其結(jié)構(gòu)式為Be3Al2[Si6O18]）可以成為離子導(dǎo)電的載體18．每個(gè)硅氧四面體通過(guò)＿＿＿＿個(gè)公共的＿＿＿＿連接起來(lái)，形成一維空間無(wú)限伸展的鏈狀結(jié)構(gòu)，即＿＿＿＿。兩條相同的＿＿＿＿通過(guò)尚未公用的＿＿＿＿可以形成＿＿＿＿。19．層狀結(jié)構(gòu)的基本單元是由＿＿＿＿的某一個(gè)面,在平面上彼此以其節(jié)點(diǎn)連接成向二維空間無(wú)限延伸的＿＿＿＿節(jié)環(huán)的硅氧層.硅氧層的化學(xué)式應(yīng)是＿＿＿＿.20．層狀結(jié)構(gòu)中的硅氧層有兩類,一類是所有活性氧＿＿＿＿,另一類是活性氧＿＿＿＿.大部分層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物是由復(fù)網(wǎng)層(雙四面體)構(gòu)成的.復(fù)網(wǎng)層是由活性氧相對(duì)著的兩層硅氧層通過(guò)＿＿＿＿聯(lián)系起來(lái)而組成的.對(duì)于某些礦物,在復(fù)網(wǎng)層與復(fù)網(wǎng)層之間可以有層間＿＿＿＿存在。21．葉蠟石A12O3·4SiO2·H2O(分子式)的結(jié)構(gòu)式為A12[Si4O10](OH)2，請(qǐng)說(shuō)明其結(jié)構(gòu)特征。22．葉臘石與蒙脫石、莫來(lái)石、滑石及白云母結(jié)構(gòu)有何關(guān)聯(lián)？23．架狀結(jié)構(gòu)中每一個(gè)氧都是＿＿＿,整個(gè)結(jié)構(gòu)就是由＿＿＿連接成的三維骨架.石英族(即硅石)晶體屬于架狀結(jié)構(gòu),通式為＿＿＿,它有3種基本結(jié)構(gòu):＿＿＿,＿＿＿和＿＿＿,每一種都有2種或3種變體.24．α-石英，β-石英,β-鱗石英和β-方石英結(jié)構(gòu)上有何不同？25．晶體與非晶體在X射線衍射圖和電子衍射圖上衍射結(jié)果有何不同？并給予解釋。26．試用無(wú)規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)描述玻璃的結(jié)構(gòu)。27．影響玻璃生成的因素有哪些？玻璃中常加有哪些調(diào)整劑？并簡(jiǎn)單說(shuō)明其作用。28．什么是玻璃陶瓷？說(shuō)明其性能及制造工藝特點(diǎn)，并舉例說(shuō)明其應(yīng)用。29．什么是金屬玻璃？簡(jiǎn)述其性能特點(diǎn)及應(yīng)用。30．非晶態(tài)材料的制備方法可分為哪三類？Ch2-5習(xí)題及思考題1．名詞解釋：高分子化合物單體鏈節(jié)聚合度ABS塑料加聚反應(yīng)均聚反映共聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)共縮聚反應(yīng)均縮聚反應(yīng)2．試比較加聚反應(yīng)與縮聚反應(yīng)的特點(diǎn)。3．簡(jiǎn)述高分子化合物的基本性質(zhì)。4．舉例說(shuō)明高聚物常見(jiàn)的改性途徑。5．熟悉高聚物的分類，了解高聚物的命名。6．簡(jiǎn)述高聚物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及研究高聚物結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)容。7．高聚物的大分子鏈?zhǔn)怯赡男┰亟M成的？高聚物的密度為什么一般僅有鋼鐵的1/4～1/7（即0.9～2.0g/cm3）。8．分別列舉均聚物與共聚物中常出現(xiàn)的鏈接方式或序列。9．說(shuō)明常見(jiàn)高聚物分子鏈的鍵接方式及其對(duì)聚合物性能的影響。10．什么是高分子鏈的構(gòu)型？乙烯類大分子鏈有哪三類常見(jiàn)的立體異構(gòu)？并舉例說(shuō)明不同立體異構(gòu)對(duì)其性能的影響。11．如何理解高聚物分子量的多分散性？高聚物的平均分子量及分子量分布寬窄對(duì)高聚物性能有何影響？12．什么是大分子鏈的柔性？影響大分子鏈的柔性有哪些因素？13．在高聚物大分子鏈中有哪些熱運(yùn)動(dòng)單元？這些熱運(yùn)動(dòng)單元與高聚物宏觀性狀有何關(guān)聯(lián)？14．簡(jiǎn)述高聚物中原子鍵合的種類及特點(diǎn)。15．非晶態(tài)高聚物一般包括＿＿、＿＿、＿＿以及＿＿。關(guān)于非晶態(tài)高聚物結(jié)構(gòu)的兩種代表性模型是＿＿模型和＿＿模型。16．怎樣理解晶態(tài)高聚物的結(jié)構(gòu)？17．什么是結(jié)晶度？影響結(jié)晶度的因素有哪些？結(jié)晶對(duì)高聚物性能有何影響？18．舉例說(shuō)明什么是高分子合金及其特性。Ch3習(xí)題及思考題1.計(jì)算當(dāng)壓力增加到500×105Pa時(shí)錫的熔點(diǎn)的變化時(shí),已知在105Pa下,錫的熔點(diǎn)為505K，熔化熱7196J/mol，摩爾質(zhì)量為118.8×10-3kg/mol，固體錫的體積質(zhì)量密度7.30×103kg/m，熔化時(shí)的體積變化為+2.7%。2.考慮在一個(gè)大氣壓下液態(tài)鋁的凝固，對(duì)于不同程度的過(guò)冷度，即：ΔT=1，10，100和200℃，計(jì)算：(a)臨界晶核尺寸；(b)半徑為r*的晶核個(gè)數(shù)；(c)從液態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)時(shí)，單位體積的自由能變化ΔG*（形核功）；(d)從液態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)時(shí)，臨界尺寸r*處的自由能的變化ΔGv。鋁的熔點(diǎn)Tm=993K，單位體積熔化熱Lm=1.836×109J/m3，固液界面比表面能δ=93mJ/m2，書(shū)中表6-4是121mJ/m2,原子體積V0=1.66×10-29m3。3.（a）已知液態(tài)純鎳在1.013×105Pa(1個(gè)大氣壓)，過(guò)冷度為319℃時(shí)發(fā)生均勻形核。設(shè)臨界晶核半徑為1nm，純鎳的熔點(diǎn)為1726K，熔化熱Lm=18075J/mol，摩爾體積V=6.6cm3/mol，計(jì)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(shí)體積變化ΔV=-0.26cm3/mol(1J=9.87×105cm3.Pa)。4.純金屬的均勻形核率可以下式表示式中A1035,exp(-Q/kT)10-2，ΔG*為臨界形核功，k為波耳茲曼常數(shù)，其值為1.38*10-23J/K（a）假設(shè)過(guò)冷度ΔT分別為20℃和200℃，界面能ζ=2×10-5J/cm2，熔化熱ΔHm=12600J/mol，熔點(diǎn)Tm=1000K，摩爾體積V=6cm3/mol，計(jì)算均勻形核率。（b）若為非均勻形核，晶核與雜質(zhì)的接觸角θ=60°，則如何變化？ΔT為多少？(c)導(dǎo)出r*與ΔT的關(guān)系式，計(jì)算r*=1nm時(shí)的ΔT/Tm。5.試證明在同樣過(guò)冷度下均勻形核時(shí)，球形晶核較立方晶核更易形成。6.證明任意形狀晶核的臨界晶核形成功ΔG*與臨界晶核體積V*的關(guān)系：,ΔGV——液固相單位體積自由能差。7．繪圖并推導(dǎo)純金屬的凝固驅(qū)動(dòng)力⊿G＝Lm⊿T/Tm。8．合金中相平衡的條件是什么？9．什么是相變？相變?cè)诓牧涎芯恐杏泻我饬x？10．什么是結(jié)晶？研究金屬和合金的結(jié)晶理論有何意義？11．名詞解釋：冷卻曲線過(guò)冷現(xiàn)象過(guò)冷度結(jié)構(gòu)起伏晶胚晶核晶粒晶界形核率長(zhǎng)大速度均勻形核非均勻形核能量起伏光滑界面粗糙界面12．純金屬液固轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力是什么？為什么說(shuō)過(guò)冷度越大這個(gè)相變的驅(qū)動(dòng)力也越大？13．試說(shuō)明與氣態(tài)金屬相比，液態(tài)金屬的性質(zhì)更接近于固態(tài)金屬。14．液態(tài)金屬的結(jié)晶過(guò)程是與的過(guò)程。15．證明均勻形核的臨界形核功等于表面能的1/3。16．能否說(shuō)明過(guò)冷度⊿T越大，相變的形核率就越大，為什么？17．晶核長(zhǎng)大的動(dòng)力學(xué)條件是什么？長(zhǎng)大機(jī)制有哪幾種？長(zhǎng)大速度如何？18．推導(dǎo)相律f＝C－P＋2。Ch4習(xí)題及思考題1.固溶體合金的相圖如圖所示，試根據(jù)相圖確定：(a)成分為40%B的合金首先凝固出來(lái)的固體成分；(b)若首先凝固出來(lái)的固體成分含60%B，合金的成分為多少？(c)成分為70%B的合金最后凝固的液體成分；(d)合金成分為50%B，凝固到某溫度時(shí)液相含有40%B，固體含有80%B，此時(shí)液體和固體各占多少分?jǐn)?shù)？2.指出下列相圖中的錯(cuò)誤，并加以改正。3.Mg-Ni系的一個(gè)共晶反應(yīng)為507℃L(23.5Wt.%Ni)α(純鎂)+Mg2Ni(54.6Wt.%Ni)設(shè)C1為亞共晶合金，C2為過(guò)共晶合金，這兩種合金中的先共晶相的重量分?jǐn)?shù)相等，但C1合金中的α總量為C2合金中的α總量的2.5倍，試計(jì)算C1和C2的成分。4.組元A和B在液態(tài)完全互溶，但在固態(tài)互不溶解，且形成一個(gè)與A、B不同晶體結(jié)構(gòu)的中間化合物，由熱分析測(cè)得下列數(shù)據(jù)：含B量（wt%.%）,液相線溫度（℃）,固相線溫度（℃）0,—,100020,900,75040,765,75043,—,75050,930,75063,—,104080,850,64090,—,640100,—,800（a）畫(huà)出平衡相圖，并注明個(gè)區(qū)域的相、各點(diǎn)的成分及溫度，并寫(xiě)出中間化合物的分子式（原子量A=28，B=24）。（b）100kg的含20wt.%B的合金在800℃平衡冷卻到室溫，最多能分離出多少純A。5.一種由SiO2-45%Al2O3(wt%)構(gòu)成的耐高溫材料被用來(lái)盛裝熔融態(tài)的鋼（1600℃）。(a)在此情況下有多少百分率的耐熱材料會(huì)熔化？（共晶成分10wt%Al2O3）(b)選用該耐高溫材料是否正確？（實(shí)際使用，液相不能超過(guò)20%）6．畫(huà)出Fe—Fe3C相圖，并寫(xiě)出各關(guān)鍵點(diǎn)的溫度及習(xí)慣標(biāo)注的字母、表明各相區(qū)。7．畫(huà)出含碳3.5%的鐵碳合金的冷卻曲線并表明其組織變化示意圖；在室溫下，它由什么相組成，各相的比例是多少？在室溫下，它由什么組織組成，各組成物比例是多少？8．在Fe－Fe3C相圖中，分別畫(huà)出1148℃、800℃、727℃、700℃時(shí)各相的自由能-成分曲線。9．說(shuō)明固溶體的平衡凝固過(guò)程是：形核→相界平衡→擴(kuò)散破壞平衡→長(zhǎng)大→相界平衡。10．分別畫(huà)出液相完全混合、部分混合和完全混合時(shí)固溶體不平衡凝固過(guò)程中的溶質(zhì)分布情況。11．名詞解釋：枝晶偏析(晶內(nèi)偏析)勻晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變偽共晶離異共晶包晶轉(zhuǎn)變擴(kuò)散退火(均勻化退火)熔晶轉(zhuǎn)變偏晶轉(zhuǎn)變合晶轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變包析轉(zhuǎn)變鐵素體奧氏體滲碳體珠光體萊氏體定向凝固區(qū)域熔煉12．什么是成分過(guò)冷？它對(duì)液-固界面的形貌有何影響？13．共晶合金是如何形核和長(zhǎng)大的？14．簡(jiǎn)述鑄錠的組織及其形成機(jī)理。15．鑄錠中常見(jiàn)的缺陷有哪些？16．為什么高分子混合時(shí)不太易達(dá)到分子量級(jí)的混合？17．簡(jiǎn)述高分子合金化的方法和特點(diǎn)。18．青銅（Cu-Sn）和黃銅（Cu-Zn）相圖如圖所示：（a）敘述Cu-10%Sn合金的不平衡冷卻過(guò)程并指出室溫時(shí)的金相組織；（b）比較Cu-10%Sn合金鑄件和Cu-30%Zn合金鑄件的鑄造性能及鑄造組織；說(shuō)明Cu-10%Sn合金鑄件中有許多分散砂眼的原因；（c）分別含2%Sn、11%Sn和15%Sn的青銅合金，哪一種可進(jìn)行壓力加工，哪種可利用鑄造法來(lái)制造機(jī)件？Ch5習(xí)題及思考題1．在三元相圖中，常用的成分三角形有哪些？2．材料相圖的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法包括哪些？3．名詞解釋：杠桿定律直線法則重心法則4．三元相圖：⑴熟悉立體模型，能夠想象出各個(gè)點(diǎn)、線、面及區(qū)（包括單相區(qū)、兩相區(qū)、三相區(qū)及四相區(qū)）所處的空間位置及代表的意義；⑵垂直截面及其用途；⑶畫(huà)出各溫度下的水平截面；⑷熟悉液相面投影圖及液相面等溫投影圖；⑸畫(huà)出組織區(qū)分圖、冷卻曲線及室溫下各區(qū)的組織。5．在三元合金相圖中，常見(jiàn)的四相平衡轉(zhuǎn)變有哪幾種類型？分別在立體模型、投影圖及垂直截面圖上畫(huà)出各四相平衡轉(zhuǎn)變的位置特征，并寫(xiě)出各四相平衡轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式及其轉(zhuǎn)變前后的三相平衡反應(yīng)式。6．實(shí)際三元相圖應(yīng)用舉例：要求看懂圖。7．某三元合金K在溫度為t1時(shí)分解為B組元和液相，兩個(gè)相的相對(duì)量WB/WL=2。已知合金K中A組元和C組元的重量比為3，液相含B量為40%，試求合金K的成分。8．已知A、B、C三組元固態(tài)完全不互溶，成分為80％A、10％B、10％C的O合金在冷卻過(guò)程中將進(jìn)行二元共晶反應(yīng)和三元共晶反應(yīng)，在二元共晶反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，該合金液相成分(a點(diǎn))為60％A、20％B、20％C，而三元共晶反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的液相成分(E點(diǎn))為50％A、10％B、40％C。(a)試計(jì)算A初％、(A+B)%和(A+B+C)%的相對(duì)量。(b)寫(xiě)出右圖中I和P合金的室溫平衡組織。9．成分為40%A、30%B和30%C的三元系合金在共晶溫度形成三相平衡，三相成分如下：(b)試估計(jì)在同一溫度，α相和β相的成分同上，但各占50%時(shí)合金的成分。10．Cu-Sn-Zn三元系相圖在600℃時(shí)的部分等溫截面如上圖示：（a）請(qǐng)?jiān)诖藞D中標(biāo)出合金成分點(diǎn)P點(diǎn)（Cu-32%Zn-5%Sn），Q點(diǎn)（Cu-40%Zn-6%Sn）和T點(diǎn)（Cu-33%Zn-1%Sn）,并指出這些合金在600℃時(shí)由那些平衡相組成。（b）若將5kgP合金、5kgQ合金和10kgT合金熔合在一起，則新合金的成分為多少？11．根據(jù)圖中的合金X，在四相反應(yīng)前為Q+R+U三相平衡，四相反應(yīng)后為U+Q+V三相平衡。試證明該反應(yīng)為R→Q+U+V類型反應(yīng)。12．根據(jù)圖中的合金X，在四相反應(yīng)前為Q+R+U三相平衡，四相反應(yīng)后為U+Q+V三相平衡。試證明該反應(yīng)為R+Q→U+V類型反應(yīng)。作業(yè)11.純金屬晶體中主要的點(diǎn)缺陷類型有哪些？并試述它們產(chǎn)生的途徑。2.銀的空位形成能為1.76×10-19，試計(jì)算600℃和300℃時(shí)1cm3銀晶體中所包含的平衡空位數(shù)（銀的密度為10.5g/cm3，原子量為107.9）3.某晶體的長(zhǎng)度（L）和晶格常數(shù)（a）隨溫度變化關(guān)系如右圖所示：（1）說(shuō)明為何高溫時(shí)⊿L/L＞⊿a/a（2）證明在較高溫度時(shí)晶體的平衡濃度可表示為：CV=3（⊿L/L—⊿a/a）作業(yè)21.指出圖1各段位錯(cuò)的性質(zhì)，并說(shuō)明刃型位錯(cuò)部分的多余半原子面。2.在面心立方晶體中，畫(huà)出（111）面上的b=a/2[101]和b=a/2[011]。3.如圖2所示，某晶體的滑移面上有一柏氏矢量為b的位錯(cuò)環(huán)，并受到一均勻切應(yīng)力τ的作用。1）分析該位錯(cuò)環(huán)各段位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)類型；2）在τ的作用下，該位錯(cuò)環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？4.當(dāng)刃型位錯(cuò)周圍的晶體中含有：1）過(guò)飽和空位；2）過(guò)飽和間隙原子；3）低于平衡濃度的空位；4）低于平衡濃度的間隙原子等四種情形，該位錯(cuò)怎樣攀移。作業(yè)31.計(jì)算產(chǎn)生1cm長(zhǎng)的刃位錯(cuò)所需要的能量，并求出占該位錯(cuò)一半能量的區(qū)域半徑。(設(shè)r0=1nm,R=1cm,b=0.25nm,γ=1/3,G=50Gpa)2.試判斷下列位錯(cuò)反應(yīng)在面心立方晶體中能否進(jìn)行，并確定無(wú)外力作用時(shí)的反應(yīng)方向：(1)(2)(3)3.銅晶體中有一直刃位錯(cuò)，試作出由此位錯(cuò)所產(chǎn)生的最大切應(yīng)力與距離的關(guān)系曲線，并計(jì)算當(dāng)距離為1μm時(shí)的最大分切應(yīng)力。(銅晶體的G=50Gpa,γ=1/3,b=0.256nm)作業(yè)41.選擇題(1)計(jì)算位錯(cuò)受力的表達(dá)式?=ηb中的η是指______a.外力在滑移面的滑移方向上的分切應(yīng)力；b.外加切應(yīng)力；c.外力在位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向上的分切應(yīng)力。(2)在一塊晶體中有一根刃位錯(cuò)線L和一根相同長(zhǎng)度的螺位錯(cuò)線S,兩者的應(yīng)變能有以下關(guān)系:a.EL>Esb.EL<="">c.EL=Es(3)位錯(cuò)受力(運(yùn)動(dòng))方向處處垂直于位錯(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————d.也隨位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向而改變e.始終是柏氏矢量方向f.始終是外力方向2.在相距為l的兩滑移面上有兩個(gè)平行的異號(hào)刃位錯(cuò)，如圖所示，問(wèn)(1)要使兩位錯(cuò)在各自滑移面上作相向運(yùn)動(dòng)，需施加多大切應(yīng)力?方向如何？(2)要使兩位錯(cuò)在各自滑移面上作反向運(yùn)動(dòng)，需施加多大切應(yīng)力?方向如何？思考題.設(shè)有兩條交叉(正交但不共面)的位錯(cuò)線和,其柏氏矢量分別為和，且︱︱=︱︱=b。試求下述情況下兩位錯(cuò)間的交互作用(要求算出單位長(zhǎng)度位錯(cuò)線的受力?，總力F和總力距M):(1)兩個(gè)位錯(cuò)都是螺型；(2)兩個(gè)位錯(cuò)都是刃型；(3)一個(gè)是螺型，一個(gè)是刃型。作業(yè)51.方形晶體中有兩根刃型位錯(cuò)（如圖所示），（1）當(dāng)周圍晶體中:（a）空位多于平衡值；（b）空位少于平衡值；（c）間隙原子多于平衡值；（d）間隙原子少于平衡值時(shí)；位錯(cuò)分別易于向什么方向攀移？bb（2）加上怎樣的外力，才能使這兩根位錯(cuò)線通過(guò)純攀移而相互靠攏？2.銅單晶中相互纏結(jié)的三維位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)之間的平均距離為D，（1）計(jì)算位錯(cuò)增殖所需要的應(yīng)力η（提示：位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)中兩結(jié)點(diǎn)和它的之間的位錯(cuò)段可作為F-R源）（2）如果此應(yīng)力決定了材料的剪切強(qiáng)度，為達(dá)到G/100的強(qiáng)度值，D應(yīng)為何值？（已知G=50GPa，a＝0.36nm）（3）計(jì)算當(dāng)剪切強(qiáng)度為42MPa時(shí)的位錯(cuò)密度ρ（對(duì)于三維位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，ρ＝2/D2）3.在FCC晶體的滑移面上有一擴(kuò)展位錯(cuò)A和封閉位錯(cuò)環(huán)B，如圖所示。組成擴(kuò)展位錯(cuò)的兩條Shockley分位錯(cuò)的柏氏失量分別為及，位錯(cuò)環(huán)的柏氏失量為＝。問(wèn)（1）A和B的層錯(cuò)有無(wú)差別？為什么？（2）假定A和B的形狀和尺寸不變且都向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，在位錯(cuò)掃過(guò)的滑移面上下的原子是如何運(yùn)動(dòng)的？BA作業(yè)61.在湯普森四面體中計(jì)算＝AB+CB及=AB+BC的位錯(cuò)能量，并指出哪一個(gè)反應(yīng)易于進(jìn)行，上述反應(yīng)是否釋放能量。2.估算Al、Cu和不銹鋼中擴(kuò)展位錯(cuò)的平衡寬度。已知三種材料的點(diǎn)陣常數(shù)α和剪切模量G分別是：αAl＝0.404nm，αCu＝0.361nm，α不銹鋼＝0.356nm，GAl=3×106N/cm2，GCu=5×106N/cm2，G不銹鋼＝10×106N/cm2，γAl＝0.20J/m2，γCu＝0.04J/m2，γ不銹鋼＝0.02J/m2。3.已知單位位錯(cuò)能與肖克萊不全位錯(cuò)相結(jié)合形成弗蘭克不全位錯(cuò)，試說(shuō)明：（1）新生成的弗蘭克不全位錯(cuò)的柏氏失量；（2）該位錯(cuò)為什么稱為固定位錯(cuò)。4.面心立方晶體中有位錯(cuò)沿方向排列，它分解為Shockley不全位錯(cuò)：（1）寫(xiě)出位錯(cuò)反應(yīng)式；（2）已知該晶體G＝45GPa，層錯(cuò)能γ＝0.045J/m2，求出該層錯(cuò)的平衡寬度。作業(yè)71.試比較Shockley位錯(cuò)、弗蘭克位錯(cuò)、壓桿位錯(cuò)的異同點(diǎn)。2.簡(jiǎn)述Thompson四面體的作用作業(yè)81.選擇題1）如果傾斜晶體中的位錯(cuò)的平均柏氏矢量不與晶界垂直則a.晶界能量較低；b.晶界會(huì)有長(zhǎng)程應(yīng)力；c.晶界位錯(cuò)構(gòu)成一種亞穩(wěn)定組態(tài)2）金屬的表面自由能，隨其結(jié)合鍵的增加而增加，所以a.高熔點(diǎn)金屬的表面自由能比低熔點(diǎn)金屬的要高些；b.表面自由能與溫度無(wú)關(guān)；c.表面自由能是各向同性2.直接觀察鋁試樣發(fā)現(xiàn)，在晶粒內(nèi)部位錯(cuò)密度ρ＝5×1013m－2，如亞晶粒間的角度為5°，試估算界面上的位錯(cuò)間距D和亞晶粒平均尺寸。（提示：假定全部位錯(cuò)都集中在亞晶界上，且每個(gè)亞晶粒均為正六邊形。已知鋁的晶格常數(shù)a＝2.8×10－10m）3.假定晶界轉(zhuǎn)矩為零，證明一個(gè)四線軸交點(diǎn)會(huì)分解為兩個(gè)三線軸交點(diǎn)，并指明何時(shí)會(huì)出現(xiàn)下圖Ⅰ和圖Ⅱ的情況。圖Ⅰ圖Ⅱ作業(yè)91.選擇題（1）為消除硫化物在鋼中的熱脆，其兩面角a.要大b.要小c.無(wú)影響（2）由擴(kuò)散考慮，與大角度晶界遷移率相比，小角度晶界的遷移率a．較低b.接近c(diǎn).較高（3）在單相組織中存在著大小不等的晶粒，由界面曲度驅(qū)動(dòng)界面移動(dòng)的規(guī)律可知a.小晶粒將移向大晶粒一方，直到晶粒大小相等；b.大小晶粒吞并相鄰晶粒，同時(shí)長(zhǎng)大；c.界面將移向小晶粒一方，最后小晶粒將消失；2.已知鉛黃銅中有α、β、（Pb）三相，平衡態(tài)下(Pb)相與α、β的交角如下圖（a）所示，問(wèn)：（1）在α、β的兩相黃銅中，β相的兩面角θ為多大（圖b）；（2）如果β相在α相的晶隅的平衡形貌特征4如何。ααAαα60°θ＝？β(Pb)90°δ120°β圖a圖b3.鉛、鉍均不溶于銅中，含鉍的銅不能熱軋（發(fā)生碎裂），含鉛的銅較難熱軋（有晶界開(kāi)裂傾向），而含鉛的黃銅則可以熱軋，不會(huì)開(kāi)裂。分別觀察其顯微組織（下圖a、b、c），說(shuō)明此組織的形成原因并解釋以上現(xiàn)象（提示：1.Bi的熔點(diǎn)為270℃，2.Pb的熔點(diǎn)為327℃，圖bPb在Cu中分布呈尖角狀）PbBiPb（a）含Bi的銅（b）含Pb的銅（c）含Pb的黃銅作業(yè)101.一塊含0.1％的碳鋼在930℃滲碳，滲到0.05cm的地方碳的濃度達(dá)到0.45％。在t﹥0的全部時(shí)間，滲碳?xì)夥毡３直砻娉煞譃?％，已知碳在γ鐵中的擴(kuò)散系數(shù)為1.61×10-12m2/s，a）.計(jì)算滲碳時(shí)間；b）.若將滲層加深一倍，則需要多長(zhǎng)時(shí)間？C）.若規(guī)定0.3％c作為滲碳層厚度的量度，則在930℃滲碳10小時(shí)的滲層厚度為870℃滲碳10小時(shí)的多少倍？2.有一渦輪葉片，采用定向凝固法制造。在平衡圖上，此葉片合金成分為C0，虛點(diǎn)線表示凝固期間固體的成分變化（固體內(nèi)擴(kuò)散很慢）問(wèn)：a）.葉片在T1溫度下做試驗(yàn)時(shí)發(fā)生劇烈破壞，其可能的原因是什么、b）對(duì)此有一工程師建議，在用于T1之前，先將此葉片T2溫度下長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散退火處理，該建議正確嗎？為什么？時(shí)擴(kuò)散系數(shù)為10-9cm2/s，而葉片長(zhǎng)10cm，則此葉片必須在C）若在TT2溫度下退火多長(zhǎng)時(shí)間才能解決問(wèn)題？（提示：X=DT）T1T2凝固方向AC0B作業(yè)111.柯肯達(dá)爾擴(kuò)散系數(shù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得200h后，A—B互擴(kuò)散偶的標(biāo)志面移動(dòng)了1.44×10-5m，互擴(kuò)散系數(shù)D＝10-3m2/s，濃度分布曲線在標(biāo)志面處的斜率(δ×A)/(δL)＝0.02m-1，A組元百分比濃度XA＝40％，求A、B組元的本征擴(kuò)散系數(shù)DA和DB。2.原子在晶內(nèi)、晶界和表面有不同的擴(kuò)散系數(shù)。設(shè)鎢和含原子濃度1％