材料科学基础习题与答案

1第二章思考题与例题1离子键、共价键、分子键和金属键的特点，并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因2从结构、性能等方面描述晶体与非晶体的区别。3何谓理想晶体何谓单晶、多晶、晶粒及亚晶为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性何谓空间点阵、晶体结构及晶胞晶胞有哪些重要的特征参数4比较三种典型晶体结构的特征。（AL、FE、MG三种材料属何种晶体结构描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。）何谓配位数何谓致密度金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等方面比较有何异同5固溶体和中间相的类型、特点和性能。何谓间隙固溶体它与间隙相、间隙化合物之间有何区别（以金属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么6已知CU的原子直径为256，求CU的晶格常数，并计算1MM3CU的原子数。A7已知AL相对原子质量AR（AL）2697，原子半径0143NM，求AL晶体的密度。8BCC铁的单位晶胞体积，在912时是002464NM3；FCC铁在相同温度时其单位晶胞体积是00486NM3。当铁由BCC转变为FCC时，其密度改变的百分比为多少9何谓金属化合物常见金属化合物有几类影响它们形成和结构的主要因素是什么其性能如何10在面心立方晶胞中画出012和13晶向。在面心立方晶胞中画出（012）和（13）22晶面。11设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。反之，求（）及（22）的正交坐标的表示。（练习），上题中均改为相应晶向指数，求311相互转换后结果。12在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标，6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数，各个棱边和对角线的晶向指数。13写出立方晶系的110、100、111、112晶面族包括的等价晶面，请分别画出。14在立方晶系中的一个晶胞内画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。15在六方晶系晶胞中画出110，101晶向和（102）晶面，并确定（102）晶面2111与六方晶胞交线的晶向指数。16在立方晶系的一个晶胞内同时画出位于（101），（011）和（112）晶面上的11晶向。17在1000，有WC为17的碳溶于FCC铁的固溶体，求100个单位晶胞中有多少个碳原子（已知ARFE5585，ARC1201）18RFE在略高于912时点阵常数A03633NM，FE在略低于912时A02892NM，求2（1）上述温度时FE和FE的原子半径R；（2）FEFE转变时的体积变化率；（3）设FEFE转变时原子半径不发生变化，求此转变时的体积变化率，与（2）的结果相比较并加以说明。19（1）计算FCC结构的（111）面的面间距（用点阵常数表示）；（2）以几何关系上验证所得结果；（3）欲确定一成分为18CR，18NI的不锈钢晶体在室温下的可能结构是FCC还是BCC，由X射线测得此晶体的（111）面间距为021NM，已知BCC铁的A0286NM，FCC铁的A0363NM，试问此晶体属何结构20试证明密排六方的晶格常数之间关系C/A1633。21比较概念晶体与非晶体，空间点阵和晶体结构，相和组织，固溶体和中间相，间隙固溶体和置换固溶体，电子化合物和正常价化合物，间隙固溶体和间隙化合物、间隙相和间隙化合物。第三章思考题与例题1空位数随温度升高而增加，在20和1020之间，由于热膨胀BCC铁的晶格常数增加051，而密度减少20，假设在20时，此金属中每1000个单位晶胞中有1个空位，试估计在1020时每1000个单位晶胞中有多少个部位2CU晶体空位形成能EV1441019J/ATCM，材料常数A1，K1381023J/K，计算（1）在500下，每立方米CU中的空位数目；（2）500下的平衡空位浓度。ARCU6354G/MOL,500896106G/CM3。CU3在800时1010个原子中有1个原子具有足够能量可在固体内移动；而在900时，109个原子中就有1个原子实现上述情况，试求其激活能（J/原子）4在图1中的阴影面为晶体的滑移面，该晶体的ABCD表面有一圆形标记，它与滑移面相交，标记左侧有一根位错线，试问当刃、螺位错线从晶体的左侧滑移至右侧时，表面的标记发生什么变化并指出刃、螺位错滑移的切应力方向。4题图15题图26题图37题图45已知位错环ABCD的柏氏矢量为B，外应力和，如下图2所示，求（1）位错环各边是什么位错（2）设想在晶体中怎样才能得到这个位错（3）在足够大的切应力作用下，位错环将如何运动（4）在足够大的正应力作用下，位错环将如何运动6在图3晶体二维图形，晶格间距A，含正刃位错和负刃位错，则（1）围绕两个位错作柏氏回路，B；（2）围绕单个作柏氏回路，B（表明方向和强度）7方形晶体中有两根刃型位错，如下图4（1）当周围晶体中（A）空位多于平衡值；3B）空位少于平衡值；C）间隙原子多于平衡值；（D）间隙原子少于平衡值时，位错易于向何种方向攀移（2）加上怎样的外力，才能使这两根位错线通过纯攀移而相互靠拢8简单立方晶体中（100）面上有一位错，00，/001，问（1）若在（001）B1面上有一个010，/100的位错与之相割，结果如何（2）若在（001）面上有一个B100，/001的位移与之相割，结果如何（3）交割反应的结果对位错进一步运动有何影响9画一方形位错环，并在这个平面上画出柏氏矢量（沿对角线方向）及位错线方向（顺时针），据此指出位错环各段的性质，并示意画出晶体滑移后的结果。10在实际晶体中存在有哪几类缺陷各有什么特征11何谓刃型位错和螺型位错全面比较两者有何异同何谓柏氏矢量如何用柏氏矢量来判断位错类型12两个相同符合的的刃型位错，在同一滑移面相遇；它们会排斥还是会吸引13试说明晶体中位错运动的方式滑移，攀移及交滑移的条件，过程和结果，并阐述如何确定位错滑移运动的方向在刃型位错与螺型位错的滑移运动中，滑移方向与柏氏矢量、切应力及位错线的位向关系是什么14晶界在金属材料中所起的作用有哪些当金属熔化时，是先在晶界还是先在晶粒中心熔化，为什么15试分别描述位错增殖的FR源机制和双交滑移机制。如果进行双交滑移的那段螺形位错的长度为50NM，而位错的柏氏矢量为08NM，试求实现位错增殖所必需的切应力（G40GPA）16何谓小角度晶界有哪些类型原子排列上有什么特征17一个位错环能否各部分都是螺位错能否各部分都是刃位错为什么18在刃型位错与螺型位错的滑移运动中，滑移方向与柏氏矢量、切应力及位错线的位向关系是什么19何谓割阶、扭折割阶或扭折的长短和位向如何割阶或扭折的柏氏矢量如何产生割阶或扭折后位错应变能的增加量如何割阶或扭折对原位错线运动有何影响20举例或画图说明什么是小角度晶界的位错模型描述大角度晶界有何模型其含义是什么21点缺陷分几种它们对周围原子排列有何影响何谓空位平衡浓度其影响因素是什么这些缺陷对金属性能有何影响22绘图说明用柏氏回路方法求出位错的柏氏矢量，并说明柏氏矢量的物理意义及用柏氏矢量如何确定位错性质23名词区别刃型位错和螺型位错，割价和扭折，交滑移和多滑移，滑移和攀移，晶界、相界和孪晶界，共格相界、非共格相界和半共格相界，小角度晶界和大角度晶界第四章思考题与例题41设有一条内径为30MM的厚壁管道，被厚度为01MM的铁膜隔开，通过向管子一端向管内输入氮气，以保持膜片一侧氮气浓度为1200MOL/M3，而另一侧的氮气浓度为100MOL/M3。如在700下测得通过管道的氮气流量为28104MOL/S，求此时氮气在铁中的扩散系数。2简要说明在金属或合金中的晶粒内部，原子扩散的机理是什么3CUAL组成的互扩散偶发生扩散时，标志面会向哪个方向移动4设纯CR和纯FE组成的扩散偶，扩散1小时后MATANO平面移动了152103CM。已知CCR0478时，C/X126/CM，互扩散系数D143109CM2/S，试求MATANO平面移动速度和CR、FE的本征扩散系数DCR、DFE。（实验测得MATANO平面移动距离的平方与扩散时间之比为常数。）5工业生产中经常采用渗碳的方法来提高钢铁零件的表面硬度。表面含碳量越高，钢的硬度越高。例如将含碳量02的钢置于WS13的气氛中渗碳,渗碳温度为927,保温10H,已知碳在FE中的DC221107CMS1,求1距表面X004处的碳浓度10265；2若已知渗层某处的碳浓度为065时,求X值0104。6对于同一扩散系统、扩散系数D与扩散时间T的乘积为常数。例如已知CU在AL中扩散系数D，在500和600C分别为481014MS1和531013MS1,假如一个工件在600C需要处理10H,若在500C处理时,要达到同样的效果,需要多少小时7对于钢铁材料进行渗碳处理时,X与T的关系是TX。例如假设对WC025的钢件进行渗碳处理,要求渗层05处的碳浓度为08,渗碳气体浓度为WC12,在950C进行渗碳,需要7小时,如果将层深厚度提高到10,需要多长时间8钢在进行渗碳处理时，表面很快达到较高浓度，然后逐步向中间扩散，设在1000时，测得工件离表面1MM和2MM之间的碳浓度（原子浓度）从5AT降到4AT，试计算碳原子在该区域的流量（FE在1000时密度为763G/CM3，扩散系数（20105M2/S）EXPCD142000J/MOL/RT）,以原子/M2S为单位。9一块01C钢在930渗碳，渗到005CM的地方碳的浓度达到045。在T0的全部时间，渗碳气氛保持表面成分为1，假设20105EXP140000/RTM2/S,（1）计算渗CD碳时间；（2）若将渗层加深一倍，则需多长时间（3）若规定03C作为渗碳层厚工的量度，则在930渗碳10小时的渗层厚度为870渗碳10小时的多少倍10含085C的普碳钢加热到900在空气中保温1小时后外层碳浓度降到零。假如要求零件外层的碳浓度为08，表面应车削去多少深度11107CM2/SC11钢在较低温度渗碳有一定优越性，淬火变形小又可得到较细的晶粒，并能延长炉子的寿命。某人设想将渗碳温度从1000降低到900，而将渗碳时间延长10，即获得同样结果。试分析这种设想是否正确。（已知140KJ/MOL）。CD12扩散的驱动力是什么固态金属扩散的条件及影响扩散的因素有哪些（固态金属中5发生扩散需具备哪些条件影响固态金属扩散的条件有那些）13C在FE中的扩散系数大于C在FE中的扩散系数，为什么钢铁零件渗碳温度一般选择在FE相区中进行若不在FE相区中进行会有什么结果奥氏体中碳原子扩散与铁原子扩散系数有何区别14何谓扩散系数说明扩散系数常数及扩散激活能的物理意义及影响扩散的因素。15什么是科肯达尔效应，解释其产生原因，它对人们认识置换式扩散机制有什么作用。16试比较间隙扩散和空位扩散两者D表达式的区别。简述置换原子和间隙原子的扩散机制。说明为什么往钢中渗金属要比渗碳困难17试说明渗碳为什么在奥氏体状态下进行，而不在铁素体状态下进行18能否说扩散定律实际只有一个，而不是两个为什么19区别概念稳态扩散和非稳态扩散，自扩散和互（异）扩散，空位扩散和间隙扩散，上坡扩散和下坡扩散，原子扩散和反应扩散。第5章思考题与例题1金属塑性变形的主要方式有哪些它们的含义及它们之间有何区别2什么是单滑移、多滑移、交滑移三者滑移线的形貌各有什么特征位错线和滑移线相同吗为什么3已知铝为面心立方晶格，铁为体心立方晶格，镁为密排六方晶格，试问哪种材料的塑性最好哪种材料的塑性最差详细说明之。4比较晶体滑移和孪生变形的异同点。位错线和滑移线相同吗为什么5为何理论临界应力远远大于实际测量的值6用位错理论解释低碳钢产生屈服现象产生的原因对生产的影响，如何防止或消除6简述冷塑性变形对材料组织及性能的影响多晶体塑性变形有何特点试述低碳钢产生应变时效的原因。7什么叫做二次再结晶发生二次再结晶的条件有哪些区别一次再结晶与二次再结晶。如何区分冷、热加工动态再结晶的与静态再结晶后的组织结构的主要区别是什么8说明晶粒大小对金属室温材料强度和塑性的影响，其原因是什么结晶时哪些因素影响晶粒度的大小金属中常见的细化晶粒的措施有哪些9何谓滑移系体心立方、面心立方及密排六方晶格（C/A接近或大于1633时）常温的滑移系是什么试用位错运动的点阵阻力与晶体结构的关系式说明晶体滑移通常发生在原子最密排晶面和晶向的道理。10为什么常温下金属材料晶粒越细小，不仅强度越高，而且塑性和韧性也越好就自己的所学，阐述金属及合金中常见的细化晶粒的措施有哪些为获得细小的晶粒组织，应根据什么原则制定塑性变形及其退火工艺11将经过大量冷塑性变形（70以上）的纯金属长棒一端浸入冷水中，另一端加热至接近熔点的高温（如09TM），过程持续一小时，然后完全冷却，作出沿棒长度的硬度分布曲6线（示意图），并作简要说明。如果此金属为纯铁时，又会有何情况出现12金属材料的强化方法（形变强化、细晶强化、固溶强化和弥散强化）有哪些应用位错理论分析他们的本质上的异同点13在室温下对PB板进行弯折，越弯越硬，但如果放置一段时间再进行弯折，PB板又像最初一样柔软，这是为什么（TMPB327）14将一锲型铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制，如右下图。（1）画出此铜片经完全再结晶后晶粒沿片长方向的变化示意图。（2）如果在较低温度退火，何处先发生再结晶为什么15用冷拨铜丝制作导线，冷拨后应如何处理，为什么如果用冷拨铜丝制作电灯用的花导线呢16OFHC铜（无氧商导电率铜）冷拨变形后强度可提高2倍以上，若许用应力的安全系数取2，试计算OFHC铜零件在130下制作的使用寿命。（已知A10121/MIN，,T05为完成50再结晶所需KRQ4105的时间。）17已知含30ZN的黄铜在400的恒温下完成再结晶需要1小时，而在390完成再结晶需要2小时，计算再结晶的激活能；在420恒温下完成再结晶需多少时间17钢丝绳吊工件，随工件放入1000炉中加热，加热完毕，吊出时绳断原因18再结晶形核地点有什么特点或特征那些地点有可能是优先的形核地点19再结晶与重结晶（如同素异构转变）的主要区别是什么金属铸件能否通过再结晶来细化晶粒19影响再结晶温度的因素有哪些影响再结晶后晶粒的大小的因素有哪些在生产中如何控制再结晶晶粒的大小20厚度为40MM厚的铝板，轧制成一侧为20MM另一侧仍保持为40MM的楔形板，经再结晶退火后，画出从20MM的一侧到40MM一侧的截面的组织示意图。并说明。21加热对冷变形金属的组织和性能有何影响22简述回复、再结晶、晶粒长大及二次在结晶过程说明冷变形金属在加热时，回复过程的机制及组织性能的变化。23何谓再结晶温度生产中实用的再结晶温度如何确定影响再结晶温度的因素有哪些24钨板在1100加工变形和锡板在室温加工变形时，它们的组织和性能会有怎样的变化热加工会造成哪些组织缺陷25区别名词滑移和孪生，软位向和硬位向，几何硬化和几何软化，沉淀强化和弥散强化，纤维组织与带状组织，静态回复与动态回复，第一类残余应力、第二类残余应力和第三类残余应力，静态再结晶和动态再结晶，正常长大和异常长大，冷加工和热加工，重结晶、再结晶和二次再结晶。7第6、7章思考题与例题1简述金属结晶过程的热力学条件、动力学条件、能量条件和结构条件。为什么需要这些条件冷却速度与过冷度的关系是什么能否说过冷度越大，形核率越高，为什么2何谓正温度梯度和负温度梯度。何谓粗糙界面和光滑界面。分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。（简述纯金属枝晶的形成条件和长大过程。）3在同样的负温度梯度下，为什么PB结晶出树状晶，而SI结晶平面却是平整的4何谓均匀形核何谓非均匀形核试比较二者有何异同何谓异质形核叙述异质形核的必要条件。选择什么样的异相质点可以大大促进结晶过程5指出形核过程的驱动力和阻力分别是什么比较均匀形核和非均匀形核的临界形核功大小和形核率的大小，说明造成两者差异的原因。6液态金属凝固时都需要过冷，为什么那么固态金属熔化是否会出现过热为什么7固、液界面的微观结构有哪些类型用什么判据来判断固、液界面的性质金属的液、固界面属于哪类对其凝固过程有何影响8为什么要生产合金与纯金属相比，合金有哪些优越性固溶体的结晶和纯金属的结晶有什么不同9二元匀晶相图、共晶相图与合金的力学性能和工艺性能存在什么关系10为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金要进行压力加工的合金常选用单相固溶体合金11何谓成分过冷（用示意图进行说明）说明形成成分过冷的临界条件是什么说明成分过冷对合金组织的影响。说明成分过冷对金属结晶时晶体生长形态有何影响12何谓枝晶偏析其影响因素有哪些它对合金性能有何影响如何消除13何谓选择结晶为什么用区域熔炼方法可以提纯金属14什么是二元合金的非平衡共晶离异共晶伪共晶它们各在什么条件下易出现15何谓相为什么不能把共晶体成为相16试说明共晶成分的ALSI合金在快冷条件下得到亚共晶组织（SI）的原因是什么17何谓共晶反应包晶反应试用相律分析说明只有在共晶点和包晶点时才能三相共存何谓共析转变它与共晶转变有何异同何谓包析转变它与包晶转变有何异同21A（TM700）、B（TM500），液态互溶，固态部溶，MAX5B和25A（质量）0时，则为2B及5A（质量）。二者在750形成A2B化合物，A与B原子量分别为30与50；在450和320分别发生液相成分为22B及60B（质量）的共晶转变。试画出AB相图，并标注相区。22下图为PBSB相图，该合金制轴瓦，要求在组织中有共晶体基体上分布着相对量为5的（SB）作为硬质点，试求满足要求的合金成分及硬度已知（PB）的硬度3HB，（SB）的硬度为30HB23一块碳钢在平衡冷却条件下显微组织中含有50珠光体和50铁素体，问A此钢中8的碳含量；（B）此合金加热到730，平衡条件下将获何种显微组织（C）若加热到850，又将得何组织（D）室温下相的相对含量分别是多少24MGNI系一共晶反应纯MGMG2NI0546（下标为NIWT）。设C1为亚共晶L570230合金，C2为过共晶合金，这两种合金中先共晶相的质量分数相等，但C1合金中的总量为C2合金中总量的25倍，试计算C1及C2的成分。25A（TM1000），B（TM700），含WB25的合金正好在500完全凝固其平衡组织为7333的先共晶相和2667的（）共晶；而WB50的合金在500的组织由40的先共晶和60的（）共晶组成，此时合金中的总的总量为50。画出此AB二元相图。26铸锭（件）组织有什么特点为什么会形成这种组织27根据凝固理论，试述工业中细化铸件晶粒有哪些途径（措施）简要细化晶粒的机理。28区别概念均匀形核与非均匀形核，热过冷和成分过冷，结构起伏（相起伏）、能量起伏和浓度起伏，晶胚和晶核，光滑界面和粗糙界面，正温度梯度和负温度梯度，平面长大和树枝长大，共晶反应和共析反应，相组成物和组织组成物，稳定化合物和不稳定化合物，一次渗碳体、共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体和三次渗碳体，莱氏体和低温（变态）莱氏体A1温度、A3温度和ACM温度。关于FEFE3C相图例题与思考题1正确画出FEFE3C相图，指出图中各点、线的意义，分别按相组成及组织组成物填写各区。在相图中标出A1、A3、ACM线并说明该线的意义。2简述FEFE3C相图中三条水平线上进行何种类型的反应写出反应式，并注出含碳量及温度。3说明铁碳合金在固态下的基本相铁素体F、奥氏体A、渗碳体FE3C的（1）合金类型及晶体结构如何性能如何（2）比较F与A的含碳量大小，并说明理由。（3）比较DA与DF的大小，试从晶体结构因素分析其原因。4何谓一次渗碳体（先共晶渗碳体）、二次渗碳体（先共析渗碳体）、三次渗碳体何谓共晶渗碳体和共析渗碳体在显微镜下它们的形态有何特征铁碳合金中二次渗碳体、三次渗碳体的最大可能含量是多少5何谓珠光体何谓莱氏体、变态（低温）莱氏体计算变态莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体和共析渗碳体的含量是多少6何谓碳素钢何谓白口铸铁按室温平衡组织它们可分几类其各类组织如何7分析含020C、060C、077C、12C、32、43和47铁碳合金的结晶过程及组织转变，并计算用杠杆定律各合金在室温下的组织组成物及相组成相对含量，并画出冷却曲线及室温组织示意图。8结合FEFE3C相图说明，（1）说明铁素体、奥氏体的最大、最小溶解度（含碳量）；9（2）铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分量是多少（3）计算含碳量为10，14的合金室温平衡组织中二次渗碳体的相对量。（4）求共晶白口铁LD组织中P、FE3C、FE3C共晶和FE3C共析的百分含量。（5）为什么铸铁比铸钢的铸造性能好（6）为什么冷冲压用的薄钢板多为08钢而很少使用T12钢（7）为什么40钢加热至1000时具有良好的锻造性能，而含碳为40的白口铸铁加热至1000时则不可锻造（8）钢和白口铁平衡结晶室温组织的本质区别是什么（9）FEFE3C相图在生产实践中有何指导意义有何局限性9计算当室温平衡相铁素体占885、渗碳体占115时合金的含碳量。10某工厂仓库积压了许多不知道化学成分的碳钢退火状态，现找出其中一根，经金相分析发现其组织为珠光体铁素体，其中铁素体占80，问此钢材的含碳量是多少11设有1000G含1C的奥氏体从1200缓慢冷至室温，试求（1）FE3C开始形成的温度；（2）FE3C完全形成的温度；（3）最后转变的奥氏体成分；（4）在726时两相的重量；（5）室温时珠光体与二次FE3C的重量。12结合FEFE3C相图描述5C的铁碳合金平衡冷却至室温的过程，并计算其室温组织中一次渗碳体、共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体、三次渗碳体的重量分数。第一、二章例题例1氧化镁（MGO）与氯化钠（NACL）具有相同的结构。已知MG的离子半径为0066NM，氧的离子半径为0140NM。（1）试求氧化镁的晶格常数。（2）试求氧化镁的密度。解答氧化镁为离子化合物，计算时必须使用离子半径而不能使用原子半径1氯化钠（NACL）晶体的结构如图252（P53）NMAMG420）0622012氧化镁（MGO）与氯化钠（NACL）具有相同的结构。每一晶胞中含有4个MG2及4个O2；1MOL的MG2具有2431G的质量，1MOL的O2具有1600G的质量，则密度为3233732/81064201064CMGA例2某一原子的配位数（CN）为此原子之邻接原子的数目。以共价键结合的原子其最大的配位数是由其原子所具有的价电子数来决定；而离子键结合的原子其最大的配位数是受其离子半径比所限制。试证明当配位数为6时，其最小半径比为041。解答当配位数为6时，其可能的最小半径值如图（A），第五和第六个离子正好位于中心原子的正上方和正下方如图（B）；一个MG2最多被六个O2包围。由图（A）2（RR）2（2R）2（RR）22R2R140/CN6时的R和R之比为041。10例3假设在高压时可将NACL强迫变成CSCL，试问体积改变的百分比是多少（已知CN6时，NA的离子半径为0097NM，氯的离子半径为0181NM）解答NACL和CSCL晶体的结构如图251、252（P53）CN6时，NACL点阵常数NMACLNA5601809722A30172NM3，其中含有4个NACL。CN8时，由AHRENS的模型得到不同配位数时离子半径之间的关系式如下468CNCN此时，NMNA1097NMRL18709ACLA33223A30036NM3，其中仅有1个NACL，故（收缩）1672046333NMV例4已知CU的原子直径为256，求CU的晶格常数，并计算1MM3CU的原子数。A解答D（）为CU的原子直（半）径，N为1MM3CU的原子数，晶胞体积A3，致密度为074。个19304382470625222CUFCNDNVDA例5已知AL相对原子质量AR（AL）2697，原子半径0143NM，求AL晶体的密度。解答3372330/69210451064912FCALCMGCGANLRNM例6BCC铁的单位晶胞体积，在912时是002464NM3；FCC铁在相同温度时其单位晶胞体积是00486NM3。当铁由BCC转变为FCC时，其密度改变的百分比为多少11解答4105376/637482/50105ARFE333CMGCGFCB例7（1）计算FCC结构的（111）面的面间距（用点阵常数表示）；（2）以几何关系上验证所得结果；（3）欲确定一成分为18CR，18NI的不锈钢晶体在室温下的可能结构是FCC还是BCC，由X射线测得此晶体的（111）面间距为021NM，已知BCC铁的A0286NM，FCC铁的A0363NM，试问此晶体属何结构解答由立方晶系的面间距公式31221AD（2）先在一单位晶胞中作出垂直于（01）面的两个（111）面，如图所以，两个1（111）面与（01）的交线如图2所示。交线长度，由相似三角形AAL62可知3162DD（3）BCC铁，NM50381FCC铁，D2161故，待定结构为FCC例8在面心立方晶胞中画出012和13晶向。2在面心立方晶胞中画出（012）和（13）晶面。解答略例9设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。反之，求（）及（22）的正交坐标的表示。311解答（参考P2122）（152）2615KHI（034）4303012（23）（23）11（22）（22）（练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。解答152231251331WWVUTVU03441243013122WWVUTVU203312WTVVU22130221WTVUU例10、在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标，6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数，各个棱边和对角线的晶向指数。（刘P511）解答面1/BCFADE棱100/DF/ECAB/对角线100010001BAL、FE和MG三种金属晶体结构的主要特征（每条分，共分）；13金属晶体结构原子半径晶胞内原子个数配位数致密度FEBCCRA43ZNHCPRCUFCCR2AL塑性最好（滑移系12，方向3），FE次之（滑移系12，方向2）,MG最差（滑移系3，方向3）（分）第三章例题与思考题例题1空位随温度升高而增加，在20和1020之间，由于热膨胀BCC铁的晶格常数增加051，而密度减少20，假设在20时，此金属中每1000个单位晶胞中有1个空位，试估计在1020时每1000个单位晶胞中有多少个空位例题解答T20,晶格常数为A，密度为,则在T1020时，晶格常数为10051A，密度为098。设在1020时原子数为X，BCC铁单位晶胞中有2个原子，假设晶格不变，则3201310/195/8,102AA原子原子98X此时每1000个单位晶胞中有2000198911个空位。例题2在500（773K）所做扩散实验指出，在1010个原子中有一个原子具有足够的激活能可以跳出其平衡位置而进入间隙位置，在600时，此比例会增加到109，问（1）此跳跃所需要的激活能（2）在700（973K）具有足够能量的原子所占的比例为多少例题解答（1）据，得EXPRTEVANNC27350138EXP0231A6239EV联立，解得原子/1049LN7JVA（2）27301384292LL31RTENC149106NNC注意T的单位3在金属中形成一个空位所需要的激活能为20EV（或0321018J）。在800时，1104个原子中有一个空位，问在何种温度下，1000个原子中含有1个空位例题解答据，（P7538式）得EXPRTEVANNCT8001073K则RTENNLL2738013L10L23142NA故T2318L910KT4CU晶体空位形成能EV1441019J/ATOM，材料常数A1，K1381023J/K，计算（1）在500下，每立方米CU中的空位数目；（2）500下的平衡空位浓度。（ARCU）6354G/MOL,500时896106G/M3CU例题解答先确定1M3体积内CU原子个数3283620/10495469810MMARNCU个1设空位数为NV根据36式EXPRTE273501384EXP10498231928KNNVV32/10M个262319047084EXPNNCV即500，每106个原子中才有14个空位。5在图1A中的阴影面为晶体的滑移面，该晶体的ABCD表面有一圆形标记，它与滑移面相交，标记左侧有一根位错线，试问当刃、螺位错线从晶体的左侧滑移至右侧时，表面的标记发生什么变化并指出刃、螺位错滑移的切应力方向。15例题解答根据位错的滑移原理，位错滑移扫过的区域内晶体的上、下方相对于滑移面发生的位移与柏氏矢量一致，切应力方向与柏氏矢量一致刃型位错的柏氏矢量垂直于位错线。当刃型位错线从晶体中表面圆形标记的左侧滑移至右侧时，圆形标记相对于滑移面沿垂直于位错线方向错开了一个原子间距，即B的模，其外形变化如下图B。刃位错滑移的切应力方向垂直于位错线。螺型位错的柏氏矢量平行于位错线。当螺型位错线从晶体中表面圆形标记的左侧滑移至右侧时圆形标记沿平行于位错线方向错开了一个原子间距，从正视图上不能反应其变化，可用立体图视表示，如下图C。螺位错滑移的切应力方向平行于位错线。6已知位错环ABCD的柏氏矢量为，外应力和，如下图2所示，求（1）位错环B各边是什么位错（2）设想在晶体中怎样才能得到这个位错（3）在足够大的切应力作用下，位错环将如何运动（4）在足够大的正应力作用下，位错环将如何运动例题解答（1）AB为右螺位错，CD为左螺位错。BC为正刃位错，DA为负刃位错（2）在一个完整的晶体中有一个正四棱柱贯穿晶体的上、下表面，它和滑移面MNPQ相交于ABCDA，现在将ABCDA上部的柱体相对于下部柱体滑移B，棱柱外的晶体不滑移，这样ABCDA是在滑移面MNPQ上滑移区（环内）和未滑移区（环外）的交线，也是环的边界，因而是一个位错环。（3）在足够大的切应力作用下，位错环上部将不断沿X轴方向（即B的方向）运动，16下部将沿X轴负方向（即B的反方向）运动，这种运动必然使位错环各个边向位错环的外侧运动，即AB、BC、CD和DA四段位错分别沿Z轴、X轴、Z轴、X轴方向运动、使位错环扩大。（4）在足够大的正应力作用下，AB为右螺位错，CD为左螺位错，是不动的。位错环的BC、DA是刃位错，将发生攀移，是多于半原子面扩大。BC为正刃位错，多于半原子面在滑移面上方，则位错BC沿Y方向运动；DA为负刃位错，多于半原子面在滑移面下方，则位错DA沿Y方向运动。则位错环的运动结果如图。7在图3晶体二维图形，晶格间距A，含正刃位错和负刃位错，（1）围绕两个位错作柏氏回路，；（2）围绕单个作柏氏回路，（表明方向和强度）BB例题解答（1）0，（2）正刃方右，强度A；右手定则食指位错线；中指；拇指多余半原子面BB负刃向左，强度A8两个相同符合的的刃型位错，在同一滑移面相遇；它们会排斥还是会吸引例题解答排斥，因能量太高，只有排斥才降低能量9方形晶体中有两根刃型位错，如下图（1）当周围晶体中（A）空位多于平衡值；B）空位少于平衡值；C）间隙原子多于平衡值；（D）间隙原子少于平衡值时，位错易于向何种方向攀移（2）加上怎样的外力，才能使这两根位错线通过纯攀移而相互靠拢例题解答（1）晶体中刃型位错的正攀移（空位迁移到或间隙原子离开多余半原子面下端，多余半原17子面缩小）会吸收空位或产生间隙原子，反之，负攀移（间隙原子迁移到或空位离开多余半原子面下端，多余半原子面扩大）会吸收间隙原子和放出空位，故（A）（D）两种情况下位错易发生正攀移；BC两种情况下位错易发生负攀移（2）方形晶体受到如下图所示的压应力时，会使这两根位错线都发生正攀移而相互靠拢。10简单立方晶体中（100）面上有一位错，00，/001，问（1）若在（001）B1面上有一个010，/100的位错与之相交割，结果如何（2）若在（001）面上有一个B100，/100的位移与之相交割，结果如何（3）交割反应的结果对位错进一步运动有何影响上P1510537例题解答（1）为两相互平行的刃型位错的交割，请参考P86和图318BB（2）为两相互垂直的刃型位错和螺型位错的交割，请参考P86和图319（3）位错线产生的扭折继续随主位错线沿原来的滑移面运动，但在运动过程中由于线张力的作用，扭折会变直（消失）。位错线产生的割阶要继续随主位错线沿原来的滑移面运动，需更大的外力做功，提供割阶随位错运动使之发生攀移（割阶的那段位错的滑移面与原位错的滑移面不同，只能发生攀移）时所需的空位或间隙原子形成能或迁移能。11在800时1010个原子中有1个原子具有足够能量可在固体内移动；而在900时，109个原子中就有1个原子实现上述情况，试求其激活能（J/原子）刘P2013解答据公式，可知/EXPRTQANNC原子/10421738/100959JMOL12若将一块铁加热至850，然后快冷至20，试计算处理前后空位数应增加多少倍（设的中形成一摩尔空位所需要的能量为104600了）。刘P2014解答设850时空位浓度为C1，20时为C2据公式，可知/EXPRTQANNCC1AEXP（Q/8311123）C2AEXP（Q/831293）Q1046105J/MOLC2/C11061014或【设850时空位浓度为C1，20时为C218则1321142591006C/1046738EXPMOLJQA13、试说明滑移，攀移及交滑移的条件，过程和结果，并阐述如何确定位错滑移运动的方向。解答滑移切应力作用、切应力大于临界分切应力；台阶攀移纯刃位错、正应力、热激活原子扩散；多余半原子面的扩大与缩小交滑移纯螺位错、相交位错线的多个滑移面；位错增殖位错滑移运动的方向，外力方向与一致时从已滑移区未滑移区。相反，从未滑移区B已滑移区。14画一方形位错环，并在这个平面上画出柏氏矢量（沿对角线方向）及位错线方向（顺时针），据此指出位错环各段的性质，并示意画出晶体滑移后的结果。解答均为混和型位错。滑移时，位错环扩大，形成台阶15简单立方晶体中（100）面上有一位错，00，/001，问若在（001）面上B1有一个100，/100的位错与之相割，则会发生什么结果此结果对位错进一步运动有B何影响上P1510537解答参考教材和例题16、判断下列位错反应能否进行（1）（2）1321602AA10210AA（3）（4）刘P2119【参考P101位错反应的两个条件】解答根据位错反应的两个条件。1能（2）、（3）、（4）均不能。17金属晶体中位错有哪几种类型如何用柏氏矢量来判断位错类型类型刃型位错、螺型位错判断可以根椐柏氏矢量与位错线的关系来判定位错类型，当位错线与柏氏矢量垂直时位错为刃型位错，当位错线与柏氏矢量平行时位错为螺型位错，当位错线与柏氏矢量既不平行也不垂直时位错为混合位错。第四章例题解答19例1设有一条内径为30MM的厚壁管道，被厚度为01MM的铁膜隔开，通过向管子一端向管内输入氮气，以保持膜片一侧氮气浓度为1200MOL/M3，而另一侧的氮气浓度为100MOL/M3。如在700下测得通过管道的氮气流量为28104MOL/S，求此时氮气在铁中的扩散系数。例题解答通过管道中铁膜的