材料科学与工程基础习题

fcc结构的密排方向 ，密排面 ，密排面的堆垛顺序 ，致密为 ，配位数是 晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r点阵常数a的关系是 ；bc结构的密排方向是 ，密排面是 致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r与点阵常数a的关系是；hcp结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是,，晶胞中原子数为，原子的半r与点阵常a的关系是。Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是 纯铁冷却时在912℃发生同素异晶转变是从 求[111]和[201] 在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知铅为fcc一、填

1）随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强 ，塑 ，导电 ，形成隙固溶体时，固溶体的点阵常 2）影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（ （2） （4） 置换式固溶体的不均匀性主要表现 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分 6）间隙固溶体 ，间隙化合 二 问1、分析氢，氮，碳，硼在a-Fe和g-Fe中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固a-Fe：0.124nm，g-Fe：0.126nm2、简述形成有序固溶体的必要条件 填在液态纯金属中进行均质形核时，需 起伏 起伏 是形核的动力；临界晶核半径rK与过冷度ΔT关系为 ΔGK等于 动态过冷度是 在工厂生产条件下，过冷度增大，则临界晶核半 ，金属结晶冷却速度越快 ，晶粒 获得非晶合金的基本方法 二、问试根据凝固理论，分析通常铸锭组织的特点简述液态金属结晶时，过冷度与临界晶核半径，形核功及形核率的关系v求铜vT=100e时均匀形核的临界核心半径。5：何谓过冷，过冷度，动态过冷度，它们对结晶过程有何影响7、简述纯金属凝固时润湿角θ、杂质颗粒的晶体结构和表面形态对异质形核的影响一、填固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要 起伏按液固界面微观结构，界面可分 在一般铸造条件下固溶体合金容易产 偏析 热处理方法可以消除液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下其固、液界面 状 状靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称 固溶体合金凝固时，溶质分布的有效分配系数ke= ，当凝固速率很大时ke趋 在二元相图中，L1→a+L2 转变，而反应a２＋b称 反应，a+b®g称 反应9 3C相图中含碳量小于 为钢，大于 为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由 和 两个基本相组成根据溶质原子的位置奥氏体其晶体结是 是 固溶体铁素体是 其晶体结构是 合金衡结晶时，奥氏体的最大含量是 ；珠光体的含碳量是 由 中析出的，Fe3CII是从 中析出的，Fe3CIII是从 ，Fe3C主要性能特点是 ，A共析反应后的生成物称 224-1所示为Ni-Al相填出相图中各相区的平衡相指出图中的稳定化合物和不稳定化合物写出图中存在的恒温反应，指明反应类型指出含Ni30%(重量)的合金在平衡冷却时的相变过程，计算室温下的相组成与组织试说明含Ni89%（重量Ni-Al合金其平衡凝固与非平衡凝固后的显微组织的不同设X合金平衡凝固完毕时的组织为a（Al）初晶+(a+b)共晶，其中a初晶占80%，则此合金中Ni组元的含量是多少？ 2，Cua相为何种晶体结构计算212Cu-90%Sn合金在TE温度时（共晶反应前）的平衡分配系数Cu-13.47%Sn合金在正常条件下凝固后，a相的晶界上出现少量b相，其原因何在？分析Cu-70%Sn合金平衡凝固过程，并计算共晶反应刚完毕时相组成物和组织组成画出Cu-Sn系合金在450℃时各相自由能---成分曲线示意图 4-3Mg-Y相Y=5%wt时的合金K在室温时的平衡组织已知Mghcp结构，试计算Mg晶胞的致密度指出提高合金K强度的可能方简述图中Y=10%wt之合金可能的强化方法试说明纯Al和铝－铜单相固溶体结晶的异同4-4的铁碳亚稳平衡相图回答下列问题写出下列Fe3CII含量最多的合金；珠光体含量最多的合金莱氏体含量最多的合金指出此二元系中比较适合做变形合金和铸造合金的成分范围如何提高压力加工合金的强度标注平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式分析Fe-1%C合金的平衡凝固过程，并计算室温下其中相组成物和组织组成物的百分析Fe-1%C合金在亚稳冷却转变和淬火冷却转变后组织的差异根据Fe-Fe3C状态图确定下列三种钢在给定温度下的显微组织（填入表中） 770℃停留一段时间 刚达到 刚达到 6：A为金属元素，B为非金属元素，形成二元相图如图4-成物相对含量。试分析不同冷却速度对下图中Ⅰ合金凝固后显微组织的影响Ⅰ合金在工业条件冷凝后如对合金进行扩散退火，应如何确定退火温度7液界面的形态。8：根据Pb-Bi相图（4－6）回答下列问题把空相区填上相的名称设X合金平衡凝固完毕时的相组成物为b和(Bi)，其中b80%，则X合金中Bi组元设Y合金平衡凝固完毕时的组织为(Bi)初晶+[b+（Bi）]相等，则此合金中Pb组元的含量是多少Pb-30%Bi合金非平衡凝固后室温下组织与平衡凝固组织有何不同第五 三元合金相 根据Fe－C－Si3.5%Si变温截面图（5－1，写出含0.8%CFe-C-Si三元合在平衡冷却时的相变过程和1100℃时的平衡组织5－2为Cu-Zn-Al合金室温下的等温截面和2%Al在图中标出X合金（Cu-30%Zn-10%Al）的成分点Cu-20%Zn-8%Al和Cu-25%Zn-6%Al合金中室温下各相的百分含量其中α相成分点为Cu-22.5%Zn-3.45%Al，γ相成分点为Cu-18%Zn-11.5%Al。分析图中Y合金的凝固过程 ％如图5－3是A-B-C三元系合金凝固时各相区，界面的投影图，A、B、C分别形成固体α、β、γ写出

，E¢

E¢ 单变量线的三相平衡反E¢ 写出图中的四相平衡反应式 说明O合金凝固平衡凝固所发生的相变图 图45－4Fe-W-C三元系的液相面投影图。写出e1→1085℃，P1→1335℃，P2→1380℃单变量线的三相平衡反应和1700℃，1200℃，1085℃的四相平衡反应式。I，II，III三个合5－5Fe-Cr-C系含13%Cr的变温截１）大致估计2Cr13不锈钢的淬火加热温度（不锈钢含碳量０.２％,Cr13％）２）指出Cr13模具钢平衡凝固时的凝固过程和室温下的平衡组织（Cr13钢含碳2%）３）写出（１）区的三相反应及７９５e时的四相平衡反应式图 图 5－6所示，固态有限溶解的三元共晶相图的浓度三角形上的投影图，试分析IV区VI区中合金之凝固过程。写出这个三元相图中四相反应式。27Pb18Sn55BγBi指出这个三元系的初晶面，写出四相平衡反应式分析该三元合金系中1，2，3，4合金平衡结晶过程要配制一个初晶为，具有三元共晶而无二元共晶且/三元共晶=0.5的合金，计算该合一、名词解

第六 空位与位空位平衡浓度，位错，柏氏回路，P-N力，扩展位错，堆垛层错，弗兰克-瑞德位错源奥罗万机制，科垂耳气团，面角位错，铃木气团，多边形二、问答 fcc晶体中，层错能的高低对层错的形成扩展位错的宽度和扩展位错运动有何影响？错能对金属材料冷、热加工行为的影响如何在铝单晶体中（fcc结构a位错反应

[1

®

]+a

[12

能否进行？写出反应后扩展位错宽度的达式和式中各符号的含义；若反应前的

[1

是刃位错，则反应后的扩展位错能进行何a[1运动？能在哪个晶面上进行运动？若反应前的行何种运动

是螺位错则反应后的扩展位错能ab a2

b a2a ， 面上的位 发反应，如图6－1。写出位错反应方程式，说明新位错的性质，是否可动如果两扩展位错运动，当它们在两个滑移面交线AB

，两领先位错能否发生反应，若能，求新位错柏氏矢量；分析新形成错为何种类型位错，能否自由滑移，对加工硬化有何作用螺旋位错的能量公式

ES

Gbln

R10-8cm，铜的G＝4×106N/cm2，b＝2.5×10－8cm估算Cu中长度为1个柏氏矢量的螺型位错割阶的能量平衡空位浓度与温度有何关系？高温淬火对低温扩散速度有何影响已知Al的空位形成能为0.76eV27e627e时空位浓度增加多少（取系在一个刃型位错附近放置另一个与之平行同号的另一个刃型位错其位置如图6－21，2，3，问它们在滑移面上受力方向如何33217、位错对金属材料有何影响面心立方晶体中，把2个平行的同号螺位错从100nm推近到8nm作功多少?a=0.3nm，G=7×1010Pa已知BCC铁的密度为7.87g/cm3，求一个铁晶胞中包含的空位数为多少？每cm3中包含的空位数是多少？（铁的点阵常数为2.866×10-8cm,铁原子的摩尔质量为55.847g）10计算室温（25℃）时铜的空位浓度，并求在多少温度下铜的空位浓度为室温的1000倍？已知铜中产生1摩尔空位多需要的热量是83600J。已知，FCC铜的点阵常数为0.3615nm 固溶强化，应变时效，孪生，临界分切应力，变形织 问单相合金的冷塑性变形与纯金属的室温塑性变形相比，有何特点金属晶体塑性变形时，滑移和孪生有何主要区别A-B二元系中，A晶体结构是bcc，形成固溶体，B晶体结构是fcc，形成β固溶体AB形成h相，其晶体结构指出a，b，h三个相的常见滑移系体的加工硬化曲线，并比较与多晶体加工硬化曲线的差别。简述冷加工纤维组织、带状组织和变形织构的成因及对金属材料性能的影响何为加工硬化？列出产生加工硬化的各种可能机制（不必说明上有哪些作用？0010.79MN/COl=0.41试问有几个滑移系可同时产生滑移？开动其中一个滑移系至少要施加多大的拉应力？简要说明第二相在冷塑性变形过程中的作用讨论织构的利弊及控制方法叙述金属和合金在冷塑性变形过程中发生的组织性能的变化7－1所示低碳钢的三条拉伸曲线，1－塑性变形；2－去载后立即再行加载；3－去载解释图示曲线23的屈服现象屈服现象对金属变形制件表面质量有何影响，如何改善表面质量退火纯Fed=1/4mmss=100MNm-2d=1/64mm第八 回复与再结变形织构与再结晶织构再结晶全图，冷加工与热加工，带状组织，加工流线，动态再结晶临界变形度，二次再结晶，退火孪再结晶与固态相变有何区别简述金属冷变形度的大小对再结晶形核机制和再结晶晶粒尺寸的影响灯泡中W丝在高温下工作，发生显著晶粒长大性能变脆，在热应力作用下破断，试找出户外用的架空铜导线（要求一定的强度）的最终热处理工艺？为什么？冷，纯铝的熔点为660e。分析所得组织，画出示意图说明它们强度、硬度的高低和塑性方面的区别并简要说明原因（钛、铅、铝分别怎样才能轧成很薄的带材883℃以上bcc；铝熔点为660℃，fcc结构（面心立方；铅熔点为327℃，fcc结构（面度。试用位错理论解释固溶强化，弥散强化，以及加工硬化的原因1第九 表面与界1正吸附，晶界能，小角度晶界，晶界偏22分析晶界能的变化分析影响晶界迁移的因素1、简要说明影响溶质原子在晶体中扩散的因素此时Ni＋在MgO中的扩散系数D=9×10－12cm2/s，Ni的点阵常数3.6×10－8cm。问每秒钟通过MgO阻挡层2×2cm2的面积上扩散的Ni＋数目，并求出要扩散走1mmNi层3、对含0.1％齿轮气体渗碳强化，渗碳气氛含1.2％，在齿轮表层0.2cm处碳含量0.45%时齿轮达到最佳性能。已知铁为FCC结构，C在Fe中的D0＝0.23，激活能32900cal/mol，误差函数如表10－1试设计最佳渗碳工艺10001处渗碳后碳含量为0.45%所需渗碳时间xx2Dt)的对应xxxxxx2erf(2Dt2 (2Dt2100.77%的钢在强脱碳气氛中加热到800℃，然后缓慢冷却，试一块用作承载重物的低碳钢板，为提高其表面硬度采用表面渗碳，试分析渗碳温度高于1100e会出现什么问题铜-锌基单相固溶体进行均匀化处理，试讨论如下问题在有限时间内能否使枝晶偏析完全消失将此合金均匀化退火前进行冷加工，对均匀化过程是加速还是无影响？说明理由何谓上坡扩散，举两个实例说明金属中上坡扩散现象9、简述固溶体合金的扩散机昆明理大学试昆明理大学试答案 专业班级：材料201级 一、填空：(0.5分18分123、界面迁移与原子运动方 相反（相同、相反速 相 （相同、相反4、晶界能的来源主要包括长程应变场的弹性能、晶界狭小区域内原子相互作用的核心能化学键能三项5、热力学稳定的液－固界面微观结构主要有粗糙界面、和光滑界面（或平整型界面6、在不平衡凝固过程中，晶体中成分偏析的三种类型 宏观偏析、胞状偏析 树枝状偏析7、晶体的宏观长大方式主要有平面生长方式和树枝状生长方 金属固态相变的三种基本变化是结构，成 和有序 CA-F_<CA-C(<，>，≤，=)碳原子向F一侧扩散，有利于A固态相变的驱动力为新相和母相的自由能差，阻力为界面能及弹性应变能奥氏体核的长大是依靠碳原 的扩散，奥氏体(A)两侧界面向铁素体(F)及渗碳体(C)推移来进贝氏体转变时，由于温度较高，存 的扩散在成分相同的情况下,粒状珠光体的强度和硬度比片状的_较低,塑性_较好 二、名词解释：(2分22分晶界偏析：在平衡条件下，溶质原子（离子）非均匀成核：热压烧结结推动力的界面能，使烧结继续进行而达到高致密度稳态扩散二次再结晶重构型相变：上没有明确的位向关系热加工形变织构动态再结晶三、问答题：(每题5分，共35分1、简要分析讨论关于大角晶界的主要晶界结构模型（5分目前对大角晶界提出的晶界结构模型有：非晶模型：晶界是由非晶体粘合物构成；岛状模型：小岛内原子排列整齐；晶界点缺陷模型：晶界有大量空位间隙原子；晶界结构位错模型：晶界可以看作是由其中：较为成熟的是重合位置点阵模型和重复部分模型（结构单元模型Coincident-siteeCSθ的2、简述铸锭三个晶区的形成机理（5分35）合金系中，液相温度梯度G低、凝固速度R大、合金成分（溶质）浓度C0高、液相线斜率m大、平衡分配系数K0小易出现成分过冷。成分过冷的条件为1-K0K0DRGm ❑C 1-K0K0DRGmⅠ：液相中温度梯度较大，TD>T，无成分过冷，离开界面，液体内部处于过热状态，固溶体晶体界面方式生长。Ⅱ：液相中温度梯度减小，产生小的成分过冷区，平界面不稳定，界面偶然小凸起，进入过冷液体，可生长；但因过冷区窄，发展不成枝晶，形成胞状界面，出现胞状界面结构，六角形。Ⅲ：液相中温度梯度较平缓，成分过冷程度较大，液相在较大范围内处于过冷状态，类似负温度梯度条件，固溶体晶体以树枝状方式生长，界面上偶然小凸起，进入过冷液体，得到大的生长速度，形成树枝状骨架，最后以平界面方式生长填充枝晶间隙形成晶粒。4、列举固态烧结初期各种可能的传质途径（包括物质来源、抵达部位、扩散途径，并分析哪几种不会引起坯体的收缩和气孔的消除（5分）可能的传质途径扩散途物质来抵达部1表面扩表颈2晶格扩表颈3蒸发凝表颈4晶界扩晶颈5晶格扩晶颈6晶格扩位颈表面扩散和蒸发凝聚机制不会导致素坯的宏观收缩和气孔率降低因为颗粒之间的中心距不变从体内或晶界上传质时，才会引起收缩和气孔的消除；简述马氏体相变的主要特征（5分①切变共格和表面浮突现像②无扩散性③具有特定的位相关系和惯习面④在一个温度范围内完成相变可逆性简述金属中残余应力的分类和特点，以及对金属加工和使用的影响（5分预先产生残余压应力，防止裂纹的萌生，