《材料科學(xué)基礎(chǔ)》復(fù)習(xí)題.pdf

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1. 作圖表示立方晶體的 晶面及 晶向。2. 在六方晶體中，繪出以下常見晶向 等。3. 寫出立方晶體中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等價(jià)晶面。4. 鎂的原子堆積密度和所有hcp金屬一樣，為0.74。試求鎂單位晶胞的體積。已知Mg的密度 ，相對(duì)原子質(zhì)量為24.31，原子半徑r=0.161nm。5. 當(dāng)CN=6時(shí) 離子半徑為0.097nm，試問： 1) 當(dāng)CN=4時(shí)，其半徑為多少？2) 當(dāng)CN=8時(shí)，其半徑為多少？6. 試問：在銅（fcc,a=0.361nm）的方向及鐵(bcc,a=0.286nm)的方向,原子的線密度為多少？7. 鎳為面心立方結(jié)構(gòu)，其原子半徑為 。試確定在鎳的（100），（110）及（111）平面上1 中各有多少個(gè)原子。8. 石英 的密度為2.65 。試問： 1) 1 中有多少個(gè)硅原子（與氧原子）？2) 當(dāng)硅與氧的半徑分別為0.038nm與0.114nm時(shí)，其堆積密度為多少（假設(shè)原子是球形的）？ 9. 在800℃時(shí) 個(gè)原子中有一個(gè)原子具有足夠能量可在固體內(nèi)移動(dòng)，而在900℃時(shí) 個(gè)原子中則只有一個(gè)原子，試求其激活能（J/原子）。10. 若將一塊鐵加熱至850℃，然后快速冷卻到20℃。試計(jì)算處理前后空位數(shù)應(yīng)增加多少倍（設(shè)鐵中形成一摩爾空位所需要的能量為104600J）。11. 設(shè)圖1-18所示的立方晶體的滑移面ABCD平行于晶體的上、下底面。若該滑移面上有一正方形位錯(cuò)環(huán)，如果位錯(cuò)環(huán)的各段分別與滑移面各邊平行，其柏氏矢量 b∥AB。1) 有人認(rèn)為“此位錯(cuò)環(huán)運(yùn)動(dòng)移出晶體后，滑移面上產(chǎn)生的滑移臺(tái)階應(yīng)為4個(gè) b,試問這種看法是否正確？為什么？ 2) 指出位錯(cuò)環(huán)上各段位錯(cuò)線的類型，并畫出位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)出晶體后，滑移方向及滑移量。12. 設(shè)圖1-19所示立方晶體中的滑移面ABCD平行于晶體的上、下底面。晶體中有一條位錯(cuò)線 段在滑移面上并平行AB， 段與滑移面垂直。位錯(cuò)的柏氏矢量 b與 平行而與 垂直。試問：1) 欲使 段位錯(cuò)在 ABCD滑移面上運(yùn)動(dòng)而 不動(dòng)，應(yīng)對(duì)晶體施加怎樣的應(yīng)力？ 2) 在上述應(yīng)力作用下 位錯(cuò)線如何運(yùn)動(dòng)？晶體外形如何變化？13. 設(shè)面心立方晶體中的 為滑移面，位錯(cuò)滑移后的滑移矢量為 。1) 在晶胞中畫出柏氏矢量 b的方向并計(jì)算出其大小。2) 在晶胞中畫出引起該滑移的刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的位錯(cuò)線方向，并寫出此二位錯(cuò)線的晶向指數(shù)。14. 判斷下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行。 1)2)3)4)15. 若面心立方晶體中有 b= 的單位位錯(cuò)及 b= 的不全位錯(cuò)，此二位 錯(cuò)相遇產(chǎn)生位錯(cuò)反應(yīng)。1) 問此反應(yīng)能否進(jìn)行？為什么？2) 寫出合成位錯(cuò)的柏氏矢量，并說明合成位錯(cuò)的類型。16. 若已知某晶體中位錯(cuò)密度 。1) 由實(shí)驗(yàn)測(cè)得F-R位錯(cuò)源的平均長度為 ，求位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)中F-R位錯(cuò)源的數(shù)目。2) 計(jì)算具有這種F-R位錯(cuò)源的鎳晶體發(fā)生滑移時(shí)所需要的切應(yīng)力。已知 Ni的 Pa， 。17. 已知柏氏矢量b=0.25nm，如果對(duì)稱傾側(cè)晶界的取向差 =1及10，求晶界上位錯(cuò)之間的距離。從計(jì)算結(jié)果可得到什么結(jié)論？18. 由n個(gè)刃型位錯(cuò)組成亞晶界，其晶界取向差為0.057。設(shè)在形成亞晶界之前位錯(cuò)間無交互作用，試問形成亞晶界后，畸變能是原來的多少倍（設(shè)形成亞晶界后， ）？19. 用位錯(cuò)理論證明小角度晶界的晶界能 與位向差 的關(guān)系為。式中 和A為常數(shù)。 20. 簡單回答下列各題。1) 空間點(diǎn)陣與晶體點(diǎn)陣有何區(qū)別？2) 金屬的3種常見晶體結(jié)構(gòu)中，不能作為一種空間點(diǎn)陣的是哪種結(jié)構(gòu)？3) 原子半徑與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)降低時(shí)原子半徑如何變化？4) 在晶體中插入柱狀半原子面時(shí)能否形成位錯(cuò)環(huán)？5) 計(jì)算位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受力的表達(dá)式為 ，其中 是指什么？6) 位錯(cuò)受力后運(yùn)動(dòng)方向處處垂直于位錯(cuò)線，在運(yùn)動(dòng)過程中是可變的，晶體作相對(duì)滑動(dòng)的方向應(yīng)是什么方向？ 7) 位錯(cuò)線上的割階一般如何形成？8) 界面能最低的界面是什么界面？9) “小角度晶界都是由刃型位錯(cuò)排成墻而構(gòu)成的”這種說法對(duì)嗎？1. 說明間隙固熔體與間隙化合物有什么異同。2. 有序合金的原子排列有何特點(diǎn)？這種排列和結(jié)合鍵有什么關(guān)系？為什么許 多有序合金在高溫下變成無序？3. 已知Cd,Zn,Sn,Sb等元素在Ag中的固熔度（摩爾分?jǐn)?shù)）極限分別為， ， ， ，它們的原子直徑分別為0.3042nm，0.314nm，0.316nm，0.3228nm，Ag為0.2883nm。試分析其固熔度（摩爾分?jǐn)?shù)）極限差別的原因，并計(jì)算它們?cè)诠倘鄱龋柗謹(jǐn)?shù)）極限時(shí)的電子濃度。4. 試分析H、N、C、B在 Fe和 Fe中形成固熔體的類型、存在位置和固溶度（摩爾分?jǐn)?shù)）。各元素的原子半徑如下：H為0.046nm，N為 0.071nm，C為0.077nm，B為0.091nm， Fe為0.124nm， Fe為0.126 nm。 5. 金屬間化合物AlNi具有CsCl型結(jié)構(gòu)，其點(diǎn)陣常數(shù) a=0.2881nm,試計(jì)算其密度（Ni的相對(duì)原子質(zhì)量為58.71，Al的相對(duì)原子質(zhì)量為26.98）。6. ZnS的密度為4.1 ，試由此計(jì)算兩離子的中心距離。7. 碳和氮在 Fe中的最大固熔度（摩爾分?jǐn)?shù)）分別為 ，。已知C、N原子均位于八面體間隙，試分別計(jì)算八面體間隙被C、N原子占據(jù)的百分?jǐn)?shù)。8. 為什么只有置換固熔體的兩個(gè)組元之間才能無限互溶，而間隙固熔體則不能？ 9. 計(jì)算在NaCl內(nèi)，鈉離子的中心與下列各離子中心的距離（設(shè) 和 的半徑分別為0.097nm和0.181nm）。1) 最近鄰的正離子；2) 最近鄰的離子；3) 次鄰近的 離子；4) 第三鄰近的 離子； 5) 最鄰近的相同位置。10. 某固熔體中含有氧化鎂為 ， 。1) 試問 之質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？2) 假設(shè)MgO的密度為3.6 ，LiF的密度為2.6 ，那么該固溶體的密度為多少？11. 非晶形材料的理論強(qiáng)度經(jīng)計(jì)算為G/6~G/4，其中G為剪切模量。若 =0.25， 由其彈性性質(zhì)試估計(jì)玻璃（非晶形材料）的理論強(qiáng)度（已知E=70000Mpa）。 12. 一陶瓷絕緣體在燒結(jié)后含有1％（以容積為準(zhǔn)）的孔，其孔長為 13.7mm的立方體。若在制造過程中，粉末可以被壓成含有24％的孔，則模子的尺寸應(yīng)該是多少？13. 一有機(jī)化合物，其成分為 ， ，。試寫出可能的化合物名稱。14. 畫出丁醇 的4種可能的異構(gòu)體。15. 一普通聚合物具有 作為單體，其平均分子質(zhì)量為60000u（取其各 元素相對(duì)原子質(zhì)量為 。1) 求其單體的質(zhì)量；2) 其聚合度為多少？16. 聚氯乙烯 被溶在有機(jī)溶劑中，設(shè)其C- C鍵長為0.154nm,且鏈中鍵的數(shù)目 。1) 分子質(zhì)量為28500g的分子，其均方根的長度為多少？2) 如果均方根的長度只有⑴中的一半，則分子質(zhì)量為多少？ 17. 一聚合材料含有聚氯乙烯，其1個(gè)分子中有900個(gè)單體。如果每一個(gè)分子均能被伸展成直線分子，則求此聚合物可得到理論上的最大應(yīng)變?yōu)槎嗌伲ㄔO(shè)C- C鍵中每1鍵長是0.154nm）？18. 有一共聚物ABS，每一種的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均相同，則單體的比為多少（A——丙烯晴；B——丁二烯；S——苯乙烯）？19. 尼龍-6是 的縮合聚合物。1) 給出此分子的結(jié)構(gòu)。2) 說明縮合聚合是如何發(fā)生的。 3) 當(dāng)每摩爾的 形成時(shí)，所放出的能量為多少？已知不同的鍵：C-O，H-N，C-N，H-O，其鍵能（kJ/mol）分別為360，430，305，500。20. 試述硅酸鹽結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)和類型。21. 為什么外界溫度的急劇變化可以使許多陶瓷器件開裂或破碎？22. 陶瓷材料中主要結(jié)合鍵是什么？從結(jié)合鍵的角度解釋陶瓷材料所具有的特殊性能。 1. 試述結(jié)晶相變的熱力學(xué)條件、動(dòng)力學(xué)條件、能量及結(jié)構(gòu)條件。2. 如果純鎳凝固時(shí)的最大過冷度與其熔點(diǎn)（tm＝1453℃）的比值為0.18，試求其凝固驅(qū)動(dòng)力。（ΔH＝-18075J/mol）3. 已知Cu的熔點(diǎn)tm＝1083℃，熔化潛熱Lm＝1.88103J/cm3，比表面能σ＝1.44105 J/cm3。（1） 試計(jì)算Cu在853℃均勻形核時(shí)的臨界晶核半徑。（2） 已知Cu的相對(duì)原子質(zhì)量為63.5，密度為8.9g/cm 3,求臨界晶核中的原子數(shù)。4. 試推導(dǎo)杰克遜（K.A.Jackson）方程5. 鑄件組織有何特點(diǎn)？6. 液體金屬凝固時(shí)都需要過冷，那么固態(tài)金屬熔化時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)過熱，為什么？ 7. 已知完全結(jié)晶的聚乙烯（PE）其密度為1.01g/cm3,低密度乙烯（LDPE）為0.92 g/cm3，而高密度乙烯（HDPE）為0.96 g/cm3，試計(jì)算在LDPE及HDPE中“資自由空間”的大小。 8. 欲獲得金屬玻璃，為什么一般選用液相線很陡，從而有較低共晶溫度的二元系？9. 比較說明過冷度、臨界過冷度、動(dòng)態(tài)過冷度等概念的區(qū)別。10. 分析純金屬生長形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系。11. 什么叫臨界晶核？它的物理意義及與過冷度的定量關(guān)系如何？12. 簡述純金屬晶體長大的機(jī)制。13. 試分析單晶體形成的基本條件。14. 指出下列概念的錯(cuò)誤之處，并改正。 (1) 所謂過冷度，是指結(jié)晶時(shí)，在冷卻曲線上出現(xiàn)平臺(tái)的溫度與熔點(diǎn)之差；而動(dòng)態(tài)過冷度是指結(jié)晶過程中，實(shí)際液相的溫度與熔點(diǎn)之差。(2) 金屬結(jié)晶時(shí)，原子從液相無序排列到固相有序排列，使體系熵值減少，因此是一個(gè)自發(fā)過程。(3) 在任何溫度下，液體金屬中出現(xiàn)的最大結(jié)構(gòu)起伏都是晶胚。(4) 在任何溫度下，液相中出現(xiàn)的最大結(jié)構(gòu)起伏都是核。(5) 所謂臨界晶核，就是體系自由能的減少完全補(bǔ)償表面自由能的增加時(shí)的晶胚的大小。(6) 在液態(tài)金屬中，凡是涌現(xiàn)出小于臨界晶核半徑的晶胚都不能成核，但 是只要有足夠的能量起伏提供形核功，還是可以成核的。(7) 測(cè)定某純金屬鑄件結(jié)晶時(shí)的最大過冷度，其實(shí)測(cè)值與用公式ΔT=0.2Tm計(jì)算值基本一致。(8) 某些鑄件結(jié)晶時(shí)，由于冷卻較快，均勻形核率N1提高，非均勻形核率N2也提高，故總的形核率為N= N1 +N2。(9) 若在過冷液體中，外加10 000顆形核劑，則結(jié)晶后就可以形成 10000顆晶粒。 (10)從非均勻形核功的計(jì)算公式A 非＝A 均 中可以看出，當(dāng)潤濕角θ＝00時(shí)，非均勻形核的形核功最大。(11)為了生產(chǎn)一批厚薄懸殊的砂型鑄件，且要求均勻的晶粒度，則只要在工藝上采取加形核劑就可以滿足。(12)非均勻形核總是比均勻形核容易，因?yàn)榍罢呤且酝饧淤|(zhì)點(diǎn)為結(jié)晶核心，不象后者那樣形成界面，而引起自由能的增加。(13)在研究某金屬細(xì)化晶粒工藝時(shí)，主要尋找那些熔點(diǎn)低、且與該金屬晶格常數(shù)相近的形核劑，其形核的催化效能最高。(14)純金屬生長時(shí)，無論液－固界面呈粗糙型或者是光滑型，其液相原子 都是一個(gè)一個(gè)地沿著固相面的垂直方向連接上去。(15)無論溫度如何分布，常用純金屬生長都是呈樹枝狀界面。(16)氮化銨和水溶液與純金屬結(jié)晶終了時(shí)的組織形態(tài)一樣，前者呈樹枝晶，后者也呈樹枝晶。(17)人們是無法觀察到極純金屬的樹枝狀生長過程，所以關(guān)于樹枝狀的生長形態(tài)僅僅是一種推理。(18)液體純金屬中加入形核劑，其生長形態(tài)總是呈樹枝狀。(19)純金屬結(jié)晶時(shí)若呈垂直方式長大，其界面時(shí)而光滑，時(shí)而粗糙，交替生長。 (20)從宏觀上觀察，若液－固界面是平直的稱為光滑界面結(jié)構(gòu)，若是金屬鋸齒形的稱為粗糙界面結(jié)構(gòu)。(21)純金屬結(jié)晶時(shí)以樹枝狀形態(tài)生長，或以平面狀形態(tài)生長，與該金屬的熔化熵?zé)o關(guān)。(22) 金屬結(jié)晶時(shí)，晶體長大所需要的動(dòng)態(tài)過冷度有時(shí)還比形核所需要的臨界過冷度大。 1.在Al-Mg合金中，xMg=0.05，計(jì)算該合金中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wMg)(已知Mg的相對(duì)原子質(zhì)量為24.31，Al為26.98)。2．已知Al-Cu相圖中，K＝0.16，m＝3.2。若鑄件的凝固速率R＝310-4 cm/s，溫度梯度G＝30℃/cm，擴(kuò)散系數(shù)D＝310-5cm2/s，求能保持平面狀界面生長的合金中WCu的極值。3．證明固溶體合金凝固時(shí)，因成分過冷而產(chǎn)生的最大過冷度為： 最大過冷度離液—固界面的距離為：式中m —— 液相線斜率；w C0Cu —— 合金成分；K —— 平衡分配系數(shù)；G —— 溫度梯度；D —— 擴(kuò)散系數(shù)；R —— 凝固速率。說明：液體中熔質(zhì)分布曲線可表示為： 4．Mg-Ni系的一個(gè)共晶反應(yīng)為： 設(shè)w1Ni＝C1為亞共晶合金，w2Ni=C2為過共晶合金，這兩種合金中的先共晶相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，但C1合金中的α總量為C2合金中α總量的2.5倍，試計(jì)算C1和C2的成分。5．在圖4—30所示相圖中，請(qǐng)指出：(1) 水平線上反應(yīng)的性質(zhì)；(2) 各區(qū)域的組織組成物；(3) 分析合金I，II的冷卻過程；(4) 合金工，II室溫時(shí)組織組成物的相對(duì)量表達(dá)式。 6．根據(jù)下列條件畫出一個(gè)二元系相圖，A和B的熔點(diǎn)分別是1000℃和700℃，含wB=0.25的合金正好在500℃完全凝固，它的平衡組織由73.3%的先共晶。和26.7%的(α+β)共晶組成。而wB＝0.50的合金在500℃時(shí)的組織由40%的先共晶α和60%的(α+β)共晶組成，并且此合金的α總量為50%。 7．圖4-31為Pb-Sb相圖。若用鉛銻合金制成的軸瓦，要求其組織為在共晶體基體上分布有相對(duì)量為5%的β(Sb)作為硬質(zhì)點(diǎn)，試求該合金的成分及硬度(已知α(Pb)的硬度為3HB，β(Pb)的硬度為30HB)。 8．參見圖4-32 Cu-Zn相圖，圖中有多少三相平衡，寫出它們的反應(yīng)式。分析含wZn=0.40的Cu-Zn合金平衡結(jié)晶過程中主要轉(zhuǎn)變反應(yīng)式及室溫下相組成物與組織組成物。 9．計(jì)算含碳wC=0.04的鐵碳合金按亞穩(wěn)態(tài)冷卻到室溫后，組織中的珠光體、二次滲碳體和萊氏體的相對(duì)量；并計(jì)算組織組成物珠光體中滲碳體和鐵素體、萊氏體中二次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體的相對(duì)量。10．根據(jù)顯微組織分析，一灰口鐵內(nèi)石墨的體積占12%，鐵素體的體積占88%，試求Wc為多少(已知石墨的密度ρG＝2.2g/cm3，鐵素體的密度ρα＝7.8g/cm3)。11．汽車擋泥板應(yīng)選用高碳鋼還是低碳鋼來制造?12．當(dāng)800℃時(shí)， (1) Fe-0.002 C的鋼內(nèi)存在哪些相?(2) 寫出這些相的成分；(3) 各相所占的分率是多少？ 13．根據(jù)Fe-Fe3C相圖（見圖4-33），(1) 比較wC＝0.004的合金在鑄態(tài)和平衡狀態(tài)下結(jié)晶過程和室溫組織有何不同；(2) 比較wc＝0.019的合金在慢冷和鑄態(tài)下結(jié)晶過程和室溫組織的不同；(3) 說明不同成分區(qū)域鐵碳合金的工藝性。 14．550℃時(shí)有一鋁銅合金的固熔體，其成分為xC＝0.02。此合金先被淬火，然后重新加熱到100℃以便析出θ。此θ(CuAl2：)相發(fā)展成許多很小的顆粒彌散分布于合金中，致使平均顆粒間距僅為5.0nm。(1) 請(qǐng)問1mm3合金內(nèi)大約形成多少個(gè)顆粒?(2) 如果我們假設(shè)100℃時(shí)α中的含Cu量可認(rèn)為是零，試推算每個(gè)9顆粒內(nèi)有多少個(gè)銅原子(已知Al的原子半徑為0.143 nm)。 15．如果有某Cu-Ag合金(WCu＝0.075，WAg＝0.925) 1000g，請(qǐng)?zhí)岢鲆环N方案，可從該合金內(nèi)提煉出100g的Ag，且其中的含Cu量wCu<0.02(假設(shè)液相線和固相線均為直線)。16．已知和滲碳體相平衡的α-Fe，其固溶度方程為：假設(shè)碳在奧氏體中的固熔度方程也類似于此方程，試根據(jù)Fe-Fe 3C相圖寫出該方程。17．一碳鋼在平衡冷卻條件下，所得顯微組織中，含有50％的珠光體和50％的鐵素體，問：(1) 此合金中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少?(2) 若該合金加熱到 730℃，在平衡條件下將獲得什么組織?(3) 若加熱到850℃，又將得到什么組織?18．利用相律判斷圖4-34所示相圖中錯(cuò)誤之處。 19．指出下列概念中錯(cuò)誤之處，并更正。 (1) 固熔體晶粒內(nèi)存在枝晶偏析，主軸與枝間成分不同，所以整個(gè)晶粒不是一個(gè)相。(2) 盡管固熔體合金的結(jié)晶速度很快，但是在凝固的某一個(gè)瞬間，A、B組元在液相與固相內(nèi)的化學(xué)位都是相等的。(3) 固熔體合金無論平衡或非平衡結(jié)晶過程中，液—固界面上液相成分沿著液相平均成分線變化；固相成分沿著固相平均成分線變化。(4) 在共晶線上利用杠桿定律可以計(jì)算出共晶體的相對(duì)量。而共晶線屬于三相區(qū)，所以杠桿定律不僅適用于兩相區(qū)，也適用于三相區(qū)。(5) 固熔體合金棒順序結(jié)晶過程中，液—固界面推進(jìn)速度越快，則棒中宏觀偏析越嚴(yán)重。 (6) 將固熔體合金棒反復(fù)多次“熔化一凝固”，并采用定向快速凝固的方法，可以有效地提純金屬。(7) 從產(chǎn)生成分過冷的條件 可知，合金中熔質(zhì)濃度越高，成分過冷區(qū)域小，越易形成胞狀組織。(8) 厚薄不均勻的 Ni-Cu合金鑄件，結(jié)晶后薄處易形成樹枝狀組織，而厚處易形成胞狀組織。(9) 不平衡結(jié)晶條件下，靠近共晶線端點(diǎn)內(nèi)側(cè)的合金比外側(cè)的合金易于形成離異共晶組織。(10) 具有包晶轉(zhuǎn)變的合金，室溫時(shí)的相組成物為。α＋β，其中β相均是 包晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。(11) 用循環(huán)水冷卻金屬模，有利于獲得柱狀晶區(qū)，以提高鑄件的致密性。(12) 鐵素體與奧氏體的根本區(qū)別在于固熔度不同，前者小而后者大。(13) (13)727℃是鐵素體與奧氏體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度。(14) 在Fe-Fe3C系合金中，只有過共析鋼的平衡結(jié)晶組織中才有二次滲碳體存在。(15) 凡是碳鋼的平衡結(jié)晶過程都具有共析轉(zhuǎn)變，而沒有共晶轉(zhuǎn)變；相反，對(duì)于鑄鐵則只有共晶轉(zhuǎn)變而沒有共析轉(zhuǎn)變。(16) 無論何種成分的碳鋼，隨著碳含量的增加，組織中鐵素體相對(duì)量減少，而珠光體相對(duì)量增加。 (17) 含碳wC＝0.043的共晶白口鐵的顯微組織中，白色基體為Fe3C，其中包括Fe3CI、Fe3CII、Fe3CIII、Fe3C 共析和Fe3C 共晶等。(18) 觀察共析鋼的顯微組織，發(fā)現(xiàn)圖中顯示滲碳體片層密集程度不同。凡是片層密集處則碳含量偏多，而疏稀處則碳含量偏少。(19) 厚薄不均勻的鑄件，往往厚處易白口化。因此，對(duì)于這種鑄件必須多加碳、少加硅。(20) 用Ni-Cu合金焊條焊接某合金板料時(shí)，發(fā)現(xiàn)焊條慢速移動(dòng)時(shí)，焊縫易出現(xiàn)胞狀組織，而快速移動(dòng)時(shí)則易于出現(xiàn)樹枝狀組織。20．讀出圖4-35濃度三角形中，C，D，E，F(xiàn)，G，H各合金點(diǎn)的成分。它們?cè)?濃度三角形中所處的位置有什么特點(diǎn)? 21.在圖4-36的濃度三角形中；(1) 寫出點(diǎn)P，R，S 的成分；(2) 設(shè)有2kg P，4kg R，2kg S，求它們混熔后的液體成分點(diǎn)X；(3) 定出wC＝0.08，A、B組元濃度之比與S相同的合金成分點(diǎn)Y；(4) 若有2Kg P，問需要多少何種成分的合金Z才能混熔得到6Kg的成分R的合金。 22. 成分為wCr＝0.18，wC＝0.01的不銹鋼，其成分點(diǎn)在Fe-C-Cr相圖1150℃截面上的點(diǎn)P處（見圖4-37），該合金在此溫度下各平衡相相對(duì)量為多少？ 23. 三元相圖的垂直截面與二元相圖有何不同？為什么二元相圖中何以應(yīng)用杠桿定律而三元相圖的垂直截面中卻不能？24. 已知圖4-38為A-B-C三元?jiǎng)蚓鄨D的等溫線的投影圖，其中實(shí)線和虛線分別表示終了點(diǎn)的大致溫度，請(qǐng)指出液、固兩相成分變化軌跡。 25. 已知A-B-C三元系富A角液相面與固相面投影，如圖4-39所示。(1) 寫出ET相變的三條單變量線所處三相區(qū)存在的反應(yīng)；(2) 寫出I和II平衡凝固后的組織組成；(3) 圖中什么成分的合金平衡凝固后由等變量的α初晶與三相共晶體(α+AmBn+APCq)共組成?(4) 什么成分的合金平衡凝固后是由等變量的二相共晶體(α+A mBn)共，(α+AqCq)共和，三相共晶體(α+AmBn+ApCq)共組成? 26．利用圖4-29分析4Crl3不銹鋼(wC=0.0004，WCr＝0.13)和Crl3型模具鋼(wC＝0.02，wCr＝0.13)的凝固過程及組織組成物，并說明其組織特點(diǎn)。27．圖4-40為Pb-Bi-Sn相圖的投影圖。(1) 寫出點(diǎn)P，E的反應(yīng)式和反應(yīng)類型；(2) 寫出合金Q(W Bi＝0.70，wSn＝0.20)的凝固過程及室溫組織；(3) 計(jì)算合金室溫下組織的相對(duì)量。 28．圖4-41是Fe-C-N系在565℃下的等溫截面圖。(1) 請(qǐng)?zhí)畛湎鄥^(qū)；(2) 寫出45號(hào)鋼氮化時(shí)的滲層組織。 1. 能否說擴(kuò)散定律實(shí)際上只要一個(gè)，而不是兩個(gè)？2. 要想在800℃下使通過α－Fe箔的氫氣通氣量為210-8mol/(m2s),鐵箔兩側(cè)氫濃度分別為310-6mol/m3和810-8 mol/m3，若D=2.210-6m2/s,試確定：（1） 所需濃度梯度；（2） 所需鐵箔厚度。 3. 在硅晶體表明沉積一層硼膜，再在1200℃下保溫使硼向硅晶體中擴(kuò)散，已知其濃度分布曲線為若M=51010mol/m2,D=410-9m2/s;求距表明8μm處硼濃度達(dá)到1.710 10 mol/m3所需要的時(shí)間。4. 若將鋼在870℃下滲碳，欲獲得與927℃下滲碳10h相同的滲層厚度需多少時(shí)間（忽略927℃和870℃下碳的溶解度差異）？若兩個(gè)溫度下都滲10h，滲層厚度相差多少？5. Cu－Al組成的互擴(kuò)散偶發(fā)生擴(kuò)散時(shí)，標(biāo)志面會(huì)向哪個(gè)方向移動(dòng)？ 6. 設(shè)A,B元素原子可形成簡單立方點(diǎn)陣固溶體，點(diǎn)陣常數(shù)a＝0.3nm，若A,B原子的跳動(dòng)頻率分別為10-10s-1和10-9s-1，濃度梯度為1032原子/m4,計(jì)算A,B原子通過標(biāo)志界面的通量和標(biāo)志面移動(dòng)速度。7. 根據(jù)無規(guī)行走模型證明：擴(kuò)散距離正比于 。8. 將一根高碳鋼長棒與純鐵棒對(duì)焊起來組成擴(kuò)散偶，試分析其濃度分布曲線 隨時(shí)間的變化規(guī)律。9. 以空位機(jī)制進(jìn)行擴(kuò)散時(shí)，原子每次跳動(dòng)一次相當(dāng)于空位反向跳動(dòng)一次，并未形成新的空位，而擴(kuò)散激活能中卻包含著空位形成能，此說法是否正確？請(qǐng)給出正確解釋。10. 間隙擴(kuò)散計(jì)算公式為 , 為相鄰平行晶面的距離， 為給定方向的跳動(dòng)幾率， 為原子跳動(dòng)頻率； （1） 計(jì)算間隙原子在面心立方晶體和體心立方晶體的八面體間隙之間跳動(dòng)的晶面間距與跳動(dòng)頻率；（2） 給出擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算公式（用晶格常數(shù)表示）；（3） 固熔的碳原子在925℃下 ，20℃下 ，討論溫度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響。11. 為什么鋼鐵零件滲碳溫度一般要選擇γ相區(qū)中進(jìn)行？若不在γ相區(qū)進(jìn)行會(huì)有什么結(jié)果？ 12. 鋼鐵滲碳溫度一般選擇在接近但略低于Fe－N系共析溫度（500℃），為什么？13. 對(duì)摻有少量Cd2+的NaCl晶體，在高溫下與肖脫基缺陷有關(guān)有關(guān)的 Na+空位數(shù)大大高于與Cd2+有關(guān)的空位數(shù)，所以本征擴(kuò)散占優(yōu)勢(shì)；低溫下由于存在Cd2+離子而造成的空位可使Na +離子的擴(kuò)散加速。試分析一下若減少Cd2+濃度，會(huì)使圖5-5轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度向何方移動(dòng)？14. 三元系發(fā)生擴(kuò)散時(shí)，擴(kuò)散層內(nèi)能否出現(xiàn)兩相共存區(qū)域，三相共存區(qū)？為什么？15. 指出以下概念中的錯(cuò)誤。（1） 如果固溶體中不存在擴(kuò)散流，則說明原子沒有擴(kuò)散。 （2） 因固體原子每次跳動(dòng)方向是隨機(jī)的，所以在沒有任何擴(kuò)散情況下擴(kuò)散通量為零。（3） 晶界上原子排列混亂，不存在空位，所以空位機(jī)制擴(kuò)散的原子在晶界處無法擴(kuò)散。（4） 間隙固溶體中溶質(zhì)濃度越高，則溶質(zhì)所占的間隙越多，供擴(kuò)散的空余間隙越少，即z值越小，導(dǎo)致擴(kuò)散系數(shù)下降。（5） 體心立方比面心立方的配位數(shù)要小，故由 關(guān)系式可見，α－Fe中原子擴(kuò)散系數(shù)要小于γ－Fe中的擴(kuò)散系數(shù)。 1．鋅單晶體試樣的截面積A＝78.5 mmz，經(jīng)拉伸試驗(yàn)測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)如表6-1所示。試回答下列問題：(1) 根據(jù)表6-1中每一種拉伸條件的數(shù)據(jù)求出臨界分切應(yīng)力τk，分析有無規(guī)律。(2) 求各屈服載荷下的取向因子，作出取向因子和屈服應(yīng)力的關(guān)系曲線，說明取向因子對(duì)屈服應(yīng)力的影響。表6-1 鋅單晶體拉伸試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)屈服載荷／N 620 252 184 148 174 273 525φ/( ) 83 72.5 62 48.5 30.5 17.6 5λ/( ) 25.5 26 3 46 63 74.8 82.5 2．低碳鋼的屈服點(diǎn)與晶粒直徑d的關(guān)系如表6-2中的數(shù)據(jù)所示，d與，，是否符合霍爾配奇公式?試用最小二乘法求出霍爾—配奇公式中的常數(shù)。表6-2 低碳鋼屈服極限與晶粒直徑d/?m 400 50 10 5 2σs/(kPa) 86 121 180 242 3453．拉伸銅單晶體時(shí)，若拉力軸的方向?yàn)閇001]，σ＝10 6Pa。求(111)面上柏氏矢量b= 的螺型位錯(cuò)線上所受的力(aCu＝0.36nm)。4．給出位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻力與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系式。說明為什么晶體滑移通常發(fā)生在原子最密排的晶面和晶向。5．對(duì)于面心立方晶體來說，一般要有5個(gè)獨(dú)立的滑移系才能進(jìn)行滑移。這種結(jié)論是否正確?請(qǐng)說明原因及此結(jié)論適用的條件。 6．什么是單滑移、多滑移、交滑移?三者滑移線的形貌各有何特征?7．已知純銅的{111}[ ]滑移系的臨界切應(yīng)力rc為1 MPa，問；(1) 要使( )面上產(chǎn)生[101)方向的滑移，則在[001]方向上應(yīng)施加多大的應(yīng)力?(2) 要使( )面上產(chǎn)生[110]方向的滑移呢? 8．證明體心立方金屬產(chǎn)生孿生變形時(shí)，孿晶面沿孿生方向的切應(yīng)變?yōu)?.707。9．試比較晶體滑移和孿生變形的異同點(diǎn)。10． 用金相分析如何區(qū)分“滑移帶”、“機(jī)械孿晶”、“退火孿晶”。11． 試用位錯(cuò)理論解釋低碳鋼的屈服。舉例說明呂德斯帶對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響及防止辦法。 12． 纖維組織及織構(gòu)是怎樣形成的?它們有何不同?對(duì)金屬的性能有什么影響?13． 簡要分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、固熔強(qiáng)化及彌散強(qiáng)化在本質(zhì)上有何異同。 14． 鎢絲中氣泡密度(單位面積內(nèi)的氣泡個(gè)數(shù))由100個(gè)/cm2增至400個(gè)/cm2時(shí)，拉伸強(qiáng)度可以提高1倍左右，這是因?yàn)闅馀菘梢宰璧K位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。試分析氣泡阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的機(jī)制和確定切應(yīng)力的增值?r。15． 陶瓷晶體塑性變形有何特點(diǎn)?16． 為什么陶瓷實(shí)際的抗拉強(qiáng)度低于理論的屈服強(qiáng)度，而陶瓷的壓縮強(qiáng)度總是高于抗拉17． 強(qiáng)度? 18． 已知燒結(jié)氧化鋁的孔隙度為5％時(shí)，其彈性模量為370 GPa，若另一燒結(jié)氧化鋁的彈性模量為270 GPa，試求其孔隙度。19． 為什么高聚物在冷拉過程中細(xì)頸截面積保持基本不變?將已冷拉高聚物加熱到它的玻理化轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)，冷拉中產(chǎn)生的形變是否能回復(fù)?20． 銀紋與裂紋有什么區(qū)別? 1．設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方法，確定在一定溫度( T )下再結(jié)晶形核率N和長大線速度G （若N和G都隨時(shí)間而變）。2．金屬鑄件能否通過再結(jié)晶退火來細(xì)化晶粒? 3．固態(tài)下無相變的金屬及合金，如不重熔，能否改變其晶粒大小?用什么方法可以改變?4．說明金屬在冷變形、回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長大各階段晶體缺陷的行為與表現(xiàn)，并說明各階段促使這些晶體缺陷運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是什么。5．將一鍥型銅片置于間距恒定的兩軋輥間軋制，如圖7—4所示。(1) 畫出此銅片經(jīng)完全再結(jié)晶后晶粒大小沿片長方向變化的示意圖； (2) 如果在較低溫度退火，何處先發(fā)生再結(jié)晶?為什么?6．圖7—5示出?！S銅在再結(jié)晶終了的晶粒尺寸和再結(jié)晶前的冷加工量之間的關(guān)系。圖中曲線表明，三種不同的退火溫度對(duì)晶粒大小影響不大。這一現(xiàn)象與通常所說的“退火溫度越高，退火后晶粒越大”是否有矛盾?該如何解釋?7．假定再結(jié)晶溫度被定義為在1 h內(nèi)完成95％再結(jié)晶的溫度，按阿累尼烏斯 (Arrhenius)方程，N＝N0exp( )，G＝G0exp( )可以知道，再結(jié)晶溫度將是G和向的函數(shù)。(1) 確定再結(jié)晶溫度與G0，N0，Qg，Qn的函數(shù)關(guān)系；(2) 說明N0，G0，Qg，Q0的意義及其影響因素。8．為細(xì)化某純鋁件晶粒，將其冷變形5％后于650℃退火1 h，組織反而粗化；增大冷變形量至80％，再于650℃退火1 h，仍然得到粗大晶粒。試分析其原因，指出上述工藝不合理處，并制定一種合理的晶粒細(xì)化工藝。 9．冷拉銅導(dǎo)線在用作架空導(dǎo)線時(shí)(要求一定的強(qiáng)度)和電燈花導(dǎo)線(要求韌性好)時(shí)，應(yīng)分別采用什么樣的最終熱處理工藝才合適?10． 試比較去應(yīng)力退火過程與動(dòng)態(tài)回復(fù)過程位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有何不同。從顯微組織上如何區(qū)分動(dòng)、靜態(tài)回復(fù)和動(dòng)、靜態(tài)再結(jié)晶?11． 某低碳鋼零件要求各向同性，但在熱加工后形成比較明顯的帶狀組織。請(qǐng)?zhí)岢鰩追N具體方法來減輕或消除在熱加工中形成帶狀組織的因素。 12． 為何金屬材料經(jīng)熱加工后機(jī)械性能較鑄造狀態(tài)為佳?13． 燈泡中的鎢絲在非常高的溫度下工作，故會(huì)發(fā)生顯著的晶粒長大。當(dāng)形成橫跨燈絲的大晶粒時(shí)，燈絲在某些情況下就變得很脆，并會(huì)在因加熱與冷卻時(shí)的熱膨脹所造成的應(yīng)力下發(fā)生破斷。試找出一種能延長鎢絲壽命的方法。14． Fe-Si鋼(Wsi為0.03)中，測(cè)量得到MnS粒子的直徑為0.4?m，每1mm 2內(nèi)的粒子數(shù)為2105個(gè)。計(jì)算MnS對(duì)這種鋼正常熱處理時(shí)奧氏體晶粒長大的影響(即計(jì)算奧氏體晶粒尺寸)。15． 判斷下列看法是否正確。(1) 采用適當(dāng)?shù)脑俳Y(jié)晶退火，可以細(xì)化金屬鑄件的晶粒。(2) 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶僅發(fā)生在熱變形狀態(tài)，因此，室溫下變形的金屬不會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。 (3) 多邊化使分散分布的位錯(cuò)集中在一起形成位錯(cuò)墻，因位錯(cuò)應(yīng)力場(chǎng)的疊加，使點(diǎn)陣畸變?cè)龃蟆?4) 凡是經(jīng)過冷變形后再結(jié)晶退火的金屬，晶粒都可得到細(xì)化。(5) 某鋁合金的再結(jié)晶溫度為320℃，說明此合金在320℃以下只能發(fā)生回復(fù)，而在320℃以上一定發(fā)生再結(jié)晶。(6) 20#鋼的熔點(diǎn)比純鐵的低，故其再結(jié)晶溫度也比純鐵的低。(7) 回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長大三個(gè)過程均是形核及核長大過程，其驅(qū)動(dòng)力均為儲(chǔ)存能。(8) 金屬的變形量越大，越容易出現(xiàn)晶界弓出形核機(jī)制的再結(jié)晶方式。 (9) 晶粒正常長大是大晶粒吞食小晶粒，反常長大是小晶粒吞食大晶粒。(10)合金中的第二相粒子一般可阻礙再結(jié)晶，但促進(jìn)晶粒長大。(11)再結(jié)晶織構(gòu)是再結(jié)晶過程中被保留下來的變形織構(gòu)。(12)當(dāng)變形量較大、變形較均勻時(shí)，再結(jié)晶后晶粒易發(fā)生正常長大，反之易發(fā)生反常長大。(13)再結(jié)晶是形核—長大過程，所以也是一個(gè)相變過程。