物理冶金原理第一章习题讲解(北航)

1、晶体学基础、金属及合金相结构、固体金属原子扩散 2、在面心立方晶胞中，、在面心立方晶胞中，ABCD四点构成一个正四面体，四点的坐标分别为四点构成一个正四面体，四点的坐标分别为A (0, 1/2, 1/2), B (1/2, 1, 1/2), C (1/2, 1/2, 0), D (0, 1, 0)， 写出该四面体中四个面的晶面指数及六条边的写出该四面体中四个面的晶面指数及六条边的晶向指数。晶向指数。110AB 101AC011AD011BC 101BD 110CD ABC 111111面或 ABD 111111面或ACD 111111面或BCD 111111面或3、求体心立方（、求体心立方（B

2、CC）、面心立方（）、面心立方（FCC）及密排六方（）及密排六方（HCP）晶胞的原子数、原子半径、配位数、致密度、间隙半径；晶胞的原子数、原子半径、配位数、致密度、间隙半径；1 1111 18/8+6/2=4 (000) (0) (0) (0)2 2222 2原子数： 2 424RaRa原子半径：2 424RaRa原子半径：配位数： 1233424340.74aa致密度：八面体间隙中心到最近邻原子中心的方向是 方向10010.4142aRRr八面四面体间隙中心到最近邻原子中心的方向是 方向11130.2244aRRr四面1 1 11+8/8=2 (000) ()2 2 2原子数： 3 434R

3、aRa原子半径：配位数：8+6（考虑次紧邻原子）33432340.68aa致密度：八面体间隙中心到最近邻原子中心的方向是 方向10010.1542aRRr八 面四面体间隙半径是22r0.2924aaRR四面扁八面体原子数：12/6+2/2+3=6 原子半径： (理想情况下，c/a=1.633)配位数：6+6(理想情况下CN=12)致密度： 22aaRR324630.74364Ra c4、碳在、碳在 -Fe（BCC）及）及 -Fe（FCC）中的最大固溶度（原子百分数）分别为）中的最大固溶度（原子百分数）分别为0.1%和和8.9%，若碳原子均位于八面体间隙中，试分别计算八面体间隙被碳原子占据的百分

4、，若碳原子均位于八面体间隙中，试分别计算八面体间隙被碳原子占据的百分数；数； -Fe中，平均每个晶胞中有2个Fe原子和6个八面体间隙，设每个晶胞中占有X个C原子，可得到： ，则八面体间隙被碳原子 占据的百分数为： =0.033% -Fe中，平均每个晶胞中有4个Fe原子和4个八面体间隙，设每个晶胞中占有X个C原子，可得到： ，则八面体间隙被碳原子占据的百分数为： =9.77%X0.1%2XX6X8.9%4XX4a-Fe中C原子占据八面体间隙的百分数 = 0.1%m100%0.033%99.9%3m-Fe中C原子占据八面体间隙的百分数= 8.9%m100%9.77%91.1%1m5、试述置换式固溶

5、体与间隙式固溶体的形成条件、影响固溶度的主、试述置换式固溶体与间隙式固溶体的形成条件、影响固溶度的主要因素及性能特点。要因素及性能特点。6、何谓固溶强化？试分析影响金属固溶强化效果的因素、何谓固溶强化？试分析影响金属固溶强化效果的因素 固溶强化是指固溶体中由于合金元素的加入而使强度硬度提高，塑性下降的现象。 （固溶体的强度硬度大于各组元而塑性较低的现象 ）7、试比较间隙固溶体与间隙相的结构特征及性能特点、试比较间隙固溶体与间隙相的结构特征及性能特点8、组元、组元A具有面心立方晶体结构，组元具有面心立方晶体结构，组元B固溶于固溶于A中形成中形成置换式固溶体，试问置换式固溶体，试问A3B还是还是A

6、2B成分的固溶体更易形成成分的固溶体更易形成有序固溶体？有序固溶体？ 组元B溶于A中，置换面心立方中的顶点位置的A组元，面心位置仍有A组元占据，每个晶胞中A、B比例符合A3B，故A3B更易形成有序固溶体。10.10.试述固体合金中原子扩散的微观机制及影响金属原子扩散的主要因素试述固体合金中原子扩散的微观机制及影响金属原子扩散的主要因素原子扩散微观机制：原子扩散微观机制：1. 空位机制：置换式溶质原子空位机制：置换式溶质原子 2. 间隙机制：间隙溶质原子间隙机制：间隙溶质原子 3. 位错、层错、晶界、相界、表面位错、层错、晶界、相界、表面影响金属原子扩散的主要因素：影响金属原子扩散的主要因素：温

7、度：温度： D = Doexp(-Q/RT)熔点、原子间结合力，同溶剂原子间的原子尺寸差、化学亲和力等熔点、原子间结合力，同溶剂原子间的原子尺寸差、化学亲和力等 熔点熔点越高越高扩散激活能越大扩散激活能越大扩散系数越小扩散系数越小 原子间结合力越强原子间结合力越强扩散激活能越大扩散激活能越大扩散系数越小扩散系数越小 原子尺寸差原子尺寸差越小越小晶格奇变越小晶格奇变越小扩散系数越小扩散系数越小 化学亲和力越高化学亲和力越高（原子间结合力越强）（原子间结合力越强）扩散激活能越大扩散激活能越大扩散系数越小扩散系数越小溶剂金属性质：晶体结构、熔点、结合能溶剂金属性质：晶体结构、熔点、结合能 晶体结构晶

8、体结构致密度越高（致密度越高（BCC与与 FCC相差相差1500倍倍) 原子原子扩散激活能越高、扩散系数越小扩散激活能越高、扩散系数越小 熔点熔点越高（原子间结合力越强）越高（原子间结合力越强）扩散激活能越大扩散激活能越大扩散系数越小扩散系数越小 与溶质原子化学亲和力与溶质原子化学亲和力越高（原子间结合力越强）越高（原子间结合力越强）扩散激活能越大扩散激活能越大扩散系数越小扩散系数越小 同溶质原子的尺寸差同溶质原子的尺寸差越小越小晶格奇变越小晶格奇变越小扩散系数越小扩散系数越小晶体缺陷密度：晶体缺陷密度： 空位浓度空位浓度: 过饱和空位（固溶后不能停留太长时间）过饱和空位（固溶后不能停留太长时间） 位错及层错密度：是扩散的快速通道位错及层错密度：是扩散的快速通道 晶界（晶粒尺寸）晶界（晶粒尺寸）: 纳米材料（表面纳米化渗氮）纳米材料（表面纳米化渗氮） 相界相界: 表面曲率：曲率半径