《材料科学基础》习题.doc

《材料科学基础》习题

第一章材料的结构

1. 试说明一个面心立方等于一个体心正方结构。

2. 在立方系中绘出｛110｝、｛111｝晶面族所包括的晶面，及（112）和（12。）晶面。

3. 求（121）与（100）所决定的晶带轴和（001 ）与（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶 面

指数。

4. 计算面心立方结构（111 X （ 110）与（100）面的面密度和面间距。

5. FeAl是电子化合物，具有体心立方点阵，试画出其晶胞，计算电子浓度，画出（112）面原 子排列

图.

6. 合金相VC、Fe3C、CuZn、ZrFe2属于何种类型，并指出其结构特点。

第二章晶体缺陷

1. 铜的空位生成能1. 7 x 10-19J,试十算1000°C时，lcm3铜所包含的空位数，铜的密度8. 9g/cm3, 相对原子质量63. 5,玻尔兹曼常数K=l. 38 x 10-23J/K。 如图2-1所示的位错环，说明各段位错的性质，并指出刃位错多余半原子面的位置。

图2-1 图2-2 2. 如图2-2,某晶体滑移面上有一个 柏氏矢量为b的位错环，受到均匀切应力T作用，试分 析： 该位错环各段位错的结构类型； 求各段位错所受的力；

在T的作用下，位错环将如何运动？

在T的作用下，位错环稳定不动，其最小半径应该多大?

3. 画图说明F-R位错源位错增殖过程。

4. 证明位错密度p和弯曲晶体曲率半径R的关系为p =即.

5. 图3-1表示两个被钉扎的刃位错A-B、C-D,它们的长度均为x,且具有相同的位错线方向和 柏氏矢

量，每个位错都可作为F-R位错源。假定这两个位错正在扩大，试问位错环在交互作用 时，是将位错运动钉扎住，还是形成一个大位错源？如果能够形成一个大位错源，试问该大位 错源开动所需临界切应

力有多大？

bl

1 ■・VB r 1 -- X -- — 图3-1

第三章纯金属的凝固

1. 若液态金属中形成一球形晶核，试证明临界晶核形成功^Gc与临界晶核体积Vc的关系为△

X\"

Gc= - 2

°

2. 分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。 4. 细化铸件晶粒的途径有那些？为什么？

5. 液态金属结晶时需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热?

第四章材料的相结构与二元相图

1. 何为成份过冷？影响成份过冷的因素有那些？试述区域提纯的原理。

2. 简述枝晶偏析形成过程和消除方法。

3. 分析0. 45%C, 1. 2%C和2. 3%C的铁碳合金的平衡结晶过程，计算室温下组织组成 物的相对 量

及两相相对量。

4. 根据显微组织分析，一灰口铁内石墨的体积占12%,铁素体的体积占88%,试求该合金的碳 含量。 5. 简述铸锭三区的形成机理，采用什么方法可使柱状晶更发达？采用什么方法可使中心等轴晶 更发

达？

6. 钢中有那些常见杂质？何为钢的“热脆” ?何为钢的“冷脆” ？如何防止？

第五章三元相图

1. 固态下完全不互溶的三元共晶相图如图6-1所示，分析。与°’合金的结晶过程，画出冷却

曲线、结晶示意图、注明反应式，并计算室温下组织组成物的相对量。

A

A

图6-2

2. 固态下完全不互溶的三元共晶相图如图6-2所示，画出过Am、PQ的垂直截面。若三组元的 熔点tA> tB> tC,请画出tB < t< tA温度下的水平截面。

3. 液相面投影图如图6-3,分析0合金的结晶过程，画出冷却曲线、结晶示意图、注明反应式， 并计算

室温下组织组成物的相对量。

4. 液相面投影图如图6-4,请写出全部四相平衡转变。

第六章、扩散

1. 在钢棒的表面，每20个铁的晶胞中含有一个碳原子，在离表面1mm处每30个铁的晶胞中含 有一个

碳原子，知铁为面心立方结构(a=3.65A),1000°C时碳的扩散系数为3 x 10-1 ln】2 / s,求 每分钟内因扩散通过单位晶胞的碳原子数是多少？

2. 在恒定源条件下820°C时，钢经1小时的渗碳，可得到一定厚度的表面渗碳层，若在同样条 件下.

要得到两倍厚度的渗碳层需要几个小时？

3. 在不稳定扩散条件下800。C时，在钢中渗碳100分钟可得到合适厚度的渗碳层，若在1000C 时要得到同样厚度的渗碳层，需要多少时间(D0=2.4 x 10-12m2/sec: D1000°C=3x 10-llm2/ sec ) ? 4. 在制造硅半导体器体中，常使硼扩散到硅单品中，若在1600K温度下.保持硼在硅单品表面 的浓度恒定(恒定源半无限扩散)，要求距表面10-3cm深度处硼的浓度是表面浓度的一半，问需

X erfc = 0.5

要多长时间(已知 D1600°C=8x 10-12cni2/sec;当

时，2』Dl X

a 0.5

) ?

5. Zn2+在ZnS中扩散时,563X2时的扩散系数为3x 10-14cm2/sec; 450°C时的扩散系数为1.0 x

10-14cm2/sec,求： 1 )扩散的活化能和D0;

2 ) 750C时的扩散系数。

6. 实验册的不同温度下碳在钛中的扩散系数分别为2 x 10-9cn】2/s(736 °C)、5 x 10-9cn】2/s(782 C )、1.3 x 10-8cm2/s (838 °C )。a)请 判 断 该实验 结果是 否符合

D = D° exp( )

RT , b)是否符合，请计算扩散活化能(J/mol°C ),并求出在500C时谈的扩 散系数。

7. 在某种材料中，某种粒子的晶界扩散系数与体积扩散系数分别为Dgb=2.00x 10-1 Oexp (-19100/T)和Dv=l. 00x 10-4exp(-38200/T),是求晶界扩散系数和温度扩散系数分别在

什么温度范围内占优势？

8. 假定碳在a-Fe(体心立方)和；丫-的(面心立方)中的扩散系数分别为：

D a =0. 0079exp [-83600 (J/mol/RT)cm2/sec =0. 21exp[-141284 (J/mol/RT)cm2/ssec 计算800 C时各自的扩散系数并解释其差别。

D y

第七章固体材料的变形与断裂

1. 将一根长20m,直径14nini铝棒，通过1 2. 7mm的模具拉拔，求: 这根棒材拉拔后的尺寸；

这才艮棒材承受的工程应变与真应变。

2. 画出体心立方、面心立方和密排六方晶体的滑移系。 3. 体心立方晶体｛110｝ (112) <1112 (123) <111 >滑移系共有多少个？可否产

生交滑移？

单晶表面为｛100｝面，假定晶体可以在任何滑移系上滑移，讨论表面上可能见到的滑移线。

5. 证明面心立方晶体发生挛生变形时，产生的切变量为0.707。 6. 试用多晶体塑变理论解释，室温下金属的晶粒越细强度越高。

7. 有一块密排六方高纯金属板(a/c=1. 586 ),轧成薄板后产生(0001 )〈11^0〉织构，沿轧向 取

样，屈服强度较低，当金属中加入一定碳后，在相同条件下拉伸屈服强度很高，请说明原因。

第八章回复与再结晶(10h)

1. 某单晶冷压80%,在20C停留7天后，性能回复到一定程度。若在100°C回复到相同程度则 需要50min,求该金属的回复激活能。

2. 冷变形黄铜在400°C温度下完成再结晶需要lh,而390°C温度下完成再结晶需要2h,试计算 420°C再结晶需要多少时间？

3. Fe-3%Si合金含MnS粒子时，当粒子半径为0. 05 p m,体积分数为1%, 850C以下退火，当 基体的晶粒平均直径为6pm的时候，正常长大停止，试分析原因。

4. 将一楔形铜片置于两轧捉滚之间轧制，画出再结晶后晶粒大小沿片长方向的变化示意图。如 果加热

到再结晶温度以上保温，何处先发生再结晶？

5. 将纯铜冷轧98%后，在不同温度下再结晶，请设计一方案测定出再结晶激活能。

6. 灯泡中鸽丝在非常高的温度下工作，晶粒会显著长大，当形成横跨4乌丝的大晶粒时，灯丝变 脆，

会在工作中造成的热应力作用下，产生破坏。试找出能够延长灯丝寿命的方法。