《材料科学基础2》作业
《材料科学基础》第二版 (张联盟 著)课后习题答案 武汉理工大学出版社
2-13 根据半径比关系，说明下列离子与O2—配位时的配位数各是多少？已 知rO2－＝0.132nm，rSi4＋＝0.039nm，rK＋＝0.131nm，rAl3＋＝0.057nm，rMg2＋＝0.078nm。
2-14 为什么石英不同系列变体之间的转化温度比同系列变体之间的转化温度高得多？
2-15 有效离子半径可通过晶体结构测定算出。在下面NaCl型结构晶体中，测得MgS和MnS的晶胞参数均 为a＝0.520nm（在这两种结构中，阴离子是相互接触的）。
为NaCl型结构时，体积变化的百分数是多少？已
知CN＝6时，rMn
2＋＝0.08nm，rS2
－＝0.184nm；CN
＝4时，rMn
2＋＝0.073nm，r
2 S
－＝0.167nm。
2-25 钛酸钡是一种重要的铁电陶瓷，其晶型是钙钛矿结构，试问：（1）属于什么点阵？（2）这个结构 中离子的配位数为若干？（3）这个结构遵守鲍林规则吗？请作充分讨论。
2-5 依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类？其特点是什么？
2-6 等径球最紧密堆积的空隙有哪两种？一个球的周围有多少个四面体空隙、多少个八面体空 隙？
2-7 n个等径球作最紧密堆积时可形成多少个四面体空隙、多少个八面体空隙？不等径球是如何进行堆积 的？
2-8 写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
2-14 为什么石英不同系列变体之间的转化温度比同系列变体之间的转化温度高得多？
答： 石英同一系列之间的转变是位移性转变，不涉及晶体结构中键的破裂和重建，仅是键长、键角的调 整、需要能量较低，且转变迅速可逆；而不同系列之间的转变属于重建性转变，都涉及到旧键的破裂和新键 的重建，因而需要较的能量，且转变速度缓慢；所以石英不同系列之间的转化温度比同系列变体之间转化的 温度要高的多。
材料科学基础2复习题与参考答案
材料科学基础2复习题及部分参考答案一、名词解释1、再结晶：指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。
2、交滑移：在晶体中，出现两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移。
3、冷拉：在常温条件下，以超过原来屈服点强度的拉应力，强行拉伸聚合物，使其产生塑性变形以达到提高其屈服点强度和节约材料为目的。
（《笔记》聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。
）4、位错：指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。
（《书》晶体中某处一列或者若干列原子发生了有规律的错排现象）5、柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别）,形成所谓的“柯氏气团”。
（《书》溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错周围，以减小畸变，降低体系的能量，使体系更加稳定。
）6、位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度或晶体中穿过单位截面面积的位错线数目。
7、二次再结晶：晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均匀、细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶。
8、滑移的临界分切应力：滑移系开动所需要的最小分切应力。
（《书》晶体开始滑移时，滑移方向上的分切应力。
）9、加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象，又称冷作硬化。
（《书》随塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象。
）10、热加工：金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺的总称。
（《书》使金属在再结晶温度以上发生加工变形的工艺。
）11、柏氏矢量：是描述位错实质的重要物理量。
反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。
（《书》揭示位错本质并描述位错行为的矢量。
）反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量。
12、多滑移：晶体的滑移在两组或者更多的滑移面（系）上同时进行或者交替进行。
13、堆垛层错：晶体结构层正常的周期性重复堆垛顺序在某二层间出现了错误，从而导致的沿该层间平面（称为层错面）两侧附近原子的错排的一种面缺陷。
《材料科学基础》第二版 (张联盟 著)课后习题答案 武汉理工大学出版社
2-30 石棉矿如透闪石Ca2Mg5[Si4O11]（OH）2具有纤维状结晶习性，而滑石Mg3[Si4O10]（OH）2却具 有片状结晶习性，试解释之。
2-21 （1）画出O2－作面心立方堆积时，各四面体空隙和八面体空隙的所在位置（以一个晶胞为结构基元 表示出来）；（2）计算四面体空隙数、八而休空隙数与O2－数之比
2-22 根据电价规则，在下面情况下，空隙内各需填入何种价数的阳离子，并对每一种结构举出—个例子。 （1）所有四面体空隙位置均填满；（2）所有八面体空隙位置均填满；（3）填满—半四面体空隙位置； （4）填满—半八面体空隙位置。
2-3 在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[ ]，（111）与[ 与[111]，（ ）与[236]，（257）与[ ]，（123）与[ ]，（102），[
2-4 定性描述晶体结构的参量有哪些？定量描述晶体结构的参量又有哪些？
答： 最紧密堆积原理是建立在质点的电子云分布呈球形对称以及无方向性的基础上的，故只适用于典型的 离子晶体和金属晶体，而不能用最密堆积原理来衡量原子晶体的稳定性。另外，金刚石的单键个数为4，即 每个原子周围有4个单键（或原子），由四面体以共顶方式共价结合形成三维空间结构，所以，虽然金刚石 结构的空间利用率很低（只有34.01％），但是它也很稳定。
答： 定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。定量：晶胞参数。 2-5 依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类？其特点是什么？
材料科学基础试卷(二)与答案
材料科学基础试卷(二)与参考答案、名词解释 (每小题 1 分，共 10 分 )1．晶胞2．间隙固溶体3．临界晶核4．枝晶偏析5．离异共晶6．反应扩散7．临界分切应力8．回复9．调幅分解10．二次硬化、判断正误 (每小题 1 分，共 10 分 )正确的在括号内画“V” ,错误的画“X”1. 金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。
( )2. 作用在位错线上的力 F 的方向永远垂直于位错线并指向滑移面上的未滑移区。
( )3. 只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则不能。
( )4. 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减小，因此是一个自发过程5. 固溶体凝固形核的必要条件同样是A GB V0、结构起伏和能量起伏。
（）6. 三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。
（）7. 物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。
（）8. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排方向。
（）9. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两种转变的难易程度相似。
（）10. 除Co以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使 C曲线左移，从而增加钢的淬透性。
（）三、作图题（每小题5分，共15分）1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a）立方晶系（421）, （123），［211］； b）六方晶系（2111），［2113］。
2. 设面心立方晶体中的（111）为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为a - ［110］。
2（1）在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。
（2）在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二位错线的晶向指数3. 如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。
试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图四、相图分析(共20分)⑴就Fe-Fe3C相图，回答下列问题：1•默画出Fe-Fe3C相图，用相组成物填写相图；2. 分析含碳量为I.Owt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织示意图。
材料科学基础2-作业3
第三章作业
1、镍（Ni）在0.1大气压的氧气中氧化，测得其重量增量（ g）如下表：
（1）推导出合适的反应方程式；（2）计算反应活化能。
第一题：解：
以反应时间为横坐标，反应增重的二次方为纵坐标，作上图。
（1）由上图可知，反应产物质量的平方和反应时间成正比，又由于可以将该反应视作镍与氧气在镍片表面发生反应，则反应产物质量与反应物的厚度成正比，因而该反应符合抛物线型速度方程，x2=kt。
T=550K，x2=101.3t
T=600K，x2=333.3t
T=650K，x2=1097.1t
T=700K，x2=2641.9t
（2）反应速率常数K=Aexp(-Q/RT)，则对等式两侧取对数，可得lnK=c-Q/RT，由此可得lnK和1/T成正比，斜率为-Q/R。
由图可知斜率-Q/R=-0.001。
2、要合成镁铝尖晶石，可供选择原料为MgCO
3、Mg(OH)2、MgO、Al2O3⋅3H2O、γ-Al2O3、α-Al2O3。
从提高反应速率角度出发，应选择什么原料？
第二题：解：
可以通过选择高活性的反应物来提高反应速率，采用热分解和脱水反应，可以获得具有较大比表面积和晶格缺陷的初生态或无定型物质，使反应物反应活性提高。
那么就应该选择MgCO3或Mg(OH)2，和Al2O3·3H2O。
材料科学基础作业2
第四章
5. 画图并叙述形变过程中位错增殖的机制。
6. 位错具有较高的能量，因此它是不稳定的，除了位错之间能发生交互作用外，还常发生位错反应。
请判断下列位错反应能否进行：
（1）]111[3
]211[6]110[2a a a →+- （2）]111[2
]111[6]112[3a a a →+
第五章
1.下图所示为经简化了的铁碳合金相图：
（1）请在图中空白区域标出各相区的相(写在圆括号内)；
（2）写出A、G、S、P、C、E点各自代表的意义；
（3）写出GS线、ES线、PSK线代表的含义；
（4）分析w c＝0.77％（虚线①）的铁—碳合金从液态平衡冷却至室温的结晶过程，并计算室温时两相的相对含量；分析wc＝4.30％（虚线②）的铁—碳合金从液态平衡冷却至室温的结晶过程。
第六章
1.试述铸锭的典型组织特点及形成原因？
2.根据凝固理论，试讨论在凝固过程中细化晶粒的基本途径有哪些？
第七章
1. 简述固态相变的一般特点。
2.常用的热处理工艺有哪些?试列举出四种常用热处理工艺在机械制造中的目的或作用。
第八章
1. 解释冷变形金属加热时回复、再结晶及晶粒长大的过程及特点。
2. 冷加工金属的微观组织见下图，随温度升高(在某一温度下保温足够长时间)会发生从图a—d的变化，试从微观组织(包括驱动力和过程)和宏观性能两个方面，依次对上述变化加以解释。
材料科学基础试卷(二)与参考答案
材料科学基础试卷（二）与参考答案一、名词解释(每小题1分，共10分)1．晶胞2．间隙固溶体3．临界晶核4．枝晶偏析5．离异共晶6．反应扩散7．临界分切应力8．回复9．调幅分解10． 二次硬化二、判断正误(每小题1分，共10分)正确的在括号内画“√”， 错误的画“×”1. 金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。
( )2. 作用在位错线上的力F 的方向永远垂直于位错线并指向滑移面 上的未滑移区。
( )3. 只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则不能。
( )4. 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减小，因此是一个自发过程。
( )5. 固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔG B ＜0、结构起伏和能量起伏。
( )6. 三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。
( )7. 物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。
( )8. 塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排方向。
( )9. 和液固转变一样，固态相变也有驱动力并要克服阻力，因此两种转变的难易程度相似。
( )10.除Co 以外，几乎所有溶入奥氏体中的合金元素都能使C 曲线 左移，从而增加钢的淬透性。
( )三、作图题(每小题5分，共15分)1. 在简单立方晶胞中标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a)立方晶系 (421)，(231)，[112]；b)六方晶系(1112)，[3112]。
2. 设面心立方晶体中的(111)为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为2a [110]。
(1)在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。
(2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二位错线的晶向指数。
3.如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。
试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。
四、相图分析(共20分)(1) 就Fe-Fe3C相图，回答下列问题：1. 默画出Fe-Fe3C相图，用相组成物填写相图；2. 分析含碳量为1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织示意图。
《材料科学基础2》作业
1、 简述菲克第一定律和菲克第二定律的含义，并写出表达式，表明字母的物理含义。
2、在900℃对一批钢齿轮成功渗碳需要10个小时，此温度下铁为FCC 晶体。
如果渗碳炉在900℃运行1个小时需要耗费1000元，在1000℃运行1小时需要耗费1500元，若将渗碳温度提高到1000℃完成同样渗碳效果，是否可以提高其经济效益？(已知碳在奥氏体铁中的扩散激活能为137.52 KJ/mole )3、在870℃比在930℃渗碳淬火变形小又可以得到较细的晶粒，若已知碳在奥氏体铁中的扩散常数为2.0×10－5m 2/s,扩散激活能为140×103J/mol,请计算：（a ）870℃时碳在奥氏体铁中的扩散系数；（4分）（b ）将渗层加深一倍需要多少时间？（4分）（c ）若规定0.3％C 为渗碳层厚度的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？（气体常数R ＝8.314J/mol ）（4分）4、含碳量0.85%的碳钢在某一温度下经1小时脱碳后表面的碳浓度降为0，已知该温度下碳的扩散系数D=1.1×10-7 m2/s（1）求碳的浓度分布。
（2）如要表面碳浓度为0.8%，则表面应该车去多少深度？5、在纯铜圆柱体一个顶端电镀一层薄的放射性同位素铜。
在高温退火20h 后，对铜棒逐层求铜的自扩散系数。
6、纯Cr 和纯Fe 组成扩散偶,一个小时后界面移动了15.2μm 。
当界面处Cr 的摩尔分数 x(Cr)=0.478时,有 =126/cm,(l 为扩散距离)，互扩散系数为1.43*10E-9 cm2/s 求: Cr 和Fe 的本征扩散系数7请简述扩散的微观机制有哪些？哪种方式比较容易进行？8、对于某间隙固溶体系，在500℃时间隙原子的迁移速率为5*108次/秒，在800℃时迁移速率为8*1010次/秒，计算此过程的激活能Q 。
9影响晶体固体中原子扩散的主要因素有哪些？并加以简单说明10、在MgO 中引入高价的W6+，将产生什么离子空位？比较MgO 和掺W6+的MgO 的抗氧化性哪个好些？11、设某离子晶体的点阵常数为5*10-8 cm ，振动频率为1012赫兹，位能U=0.5eV ，求在室温下的离子迁移率。
材料科学基础2复习题及参考答案
材料科学基础2复习题及部分参考答案一、名词解释1、再结晶：指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。
2、交滑移：在晶体中，出现两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移。
3、冷拉：在常温条件下，以超过原来屈服点强度的拉应力，强行拉伸聚合物，使其产生塑性变形以达到提高其屈服点强度和节约材料为目的。
（《笔记》聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。
）4、位错：指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。
（《书》晶体中某处一列或者若干列原子发生了有规律的错排现象）5、柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别）,形成所谓的“柯氏气团”。
（《书》溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错周围，以减小畸变，降低体系的能量，使体系更加稳定。
）6、位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度或晶体中穿过单位截面面积的位错线数目。
7、二次再结晶：晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均匀、细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶。
8、滑移的临界分切应力：滑移系开动所需要的最小分切应力。
（《书》晶体开始滑移时，滑移方向上的分切应力。
）9、加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象，又称冷作硬化。
（《书》随塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象。
）10、热加工：金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺的总称。
（《书》使金属在再结晶温度以上发生加工变形的工艺。
）11、柏氏矢量：是描述位错实质的重要物理量。
反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。
（《书》揭示位错本质并描述位错行为的矢量。
）反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量。
12、多滑移：晶体的滑移在两组或者更多的滑移面（系）上同时进行或者交替进行。
13、堆垛层错：晶体结构层正常的周期性重复堆垛顺序在某二层间出现了错误，从而导致的沿该层间平面（称为层错面）两侧附近原子的错排的一种面缺陷。
浙大材料科学基础Ⅱ作业1
第一章作业1.图1-1示意表示出生成一个不一致熔融化合物A m B n和形成固溶体S B(A)的二元系统，试完成此相图的草图。
解答：如右上图所示。
2.对于图1-2所示的相图，试进行：（1）标出初晶区；（2）画出温度下降方向；（3）确定相界线性质；（4）确定无变量点性质；（5）分析1，2，3点的结晶过程。
解答：1)如右上图所示；2)如右上图所示；3)相界限：e1E：低共熔线，L→B+ AmBn；e2E：低共熔线，L→B+C；PE：低共熔线，L→C+ AmBn ；e3P：低共熔线，L→C+ A；Pp：转熔线，L+A→AmBn ；4)无变量点：E为低共熔点L=B+C+S；P为单转熔点L+A=C+S；e1：二元低共熔点L→A+B；e2：二元低共熔点L→C+B；e3：二元低共熔点L→A+B；5)结晶分析：1点：1位于A的初晶区，所以先析出A晶相。
液相组成点沿1a线变化到e3P线上a点。
到a点后，液相同时对A晶相和C晶相饱和，晶相C开始析出。
系统温度继续下降，液相组成点沿e3P向P变化，相应的固相组成沿AC线从A点向b点变化。
系统温度下降到TP后，由于P为转熔点，故液相到P点后，产生L+A →S+C，液相量逐渐减少。
随着转熔的进行，固相组成沿b1线从b点向1点，直到全部消失，固相组成到达1点，转熔结束，结晶过程结束，获得A、S、C 三种晶体。
2点：2位于A的初晶区，先析出A晶相。
液相组成点沿2c线变化到pP线上的c 点。
到c点后，产生单变量转熔过程：L+A→S，晶相S析出，晶相A被回吸，液相组成沿pP线向d点变化，同时固相沿AS线向S变化。
当固相组成点到达S点时，晶相A被全部回吸完，此时液相组成到达d点，此时液相组成点开始离开pP界线发生“穿相区”，即穿过S相区向e点变化，从液相中析出S晶体，到e点后，系统又同时对晶相S和晶相B饱和，故同时析出S和B，液相线沿e1E 向E点变化，固相组成点从S点向f点变化，液相组成达到低共熔点E点后，产生低共熔过程：L→B+S+C。
材料科学基础第二版答案
材料科学基础第二版答案材料科学基础是材料科学与工程专业的入门课程，它为学生提供了材料科学的基本概念、原理和知识体系。
本文档将为您提供材料科学基础第二版的答案，希望能够对您的学习和教学有所帮助。
第一章，材料科学基础概论。
1. 什么是材料科学？材料科学是研究材料的结构、性能、制备和应用的学科，它涉及金属、陶瓷、高分子材料等各种材料的研究和开发。
2. 材料的分类有哪些？材料可以分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类，每一类又可以进一步细分。
3. 材料的性能指标有哪些？材料的性能指标包括力学性能、物理性能、化学性能、热学性能等多个方面。
第二章，晶体结构。
1. 什么是晶体？晶体是由原子或分子按一定的规则排列而成的固体，具有规则的几何形状和周期性的结构。
2. 晶体结构的分类有哪些？晶体结构可以分为离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体四种类型，每一种类型都有其特定的结构特点和性质。
3. 晶体缺陷对材料性能有何影响？晶体缺陷会对材料的机械性能、热学性能、电学性能等产生影响，了解晶体缺陷对材料设计和制备具有重要意义。
第三章，材料的物理性能。
1. 材料的密度如何影响其性能？材料的密度直接影响其质量和体积，对材料的力学性能、热学性能等有重要影响。
2. 材料的热膨胀系数是什么？材料的热膨胀系数是材料在温度变化时长度变化的比例，对材料的热胀冷缩性能有重要影响。
3. 材料的导热性能和电导率有何关系？材料的导热性能和电导率都与材料内部的电子、原子结构密切相关，了解二者之间的关系对材料的应用具有指导意义。
第四章，材料的力学性能。
1. 材料的弹性模量是什么？材料的弹性模量是材料在受力时表现出的弹性变形能力，是衡量材料刚度的重要参数。
2. 材料的屈服强度和抗拉强度有何区别？材料的屈服强度是材料在受力时开始产生塑性变形的应力值，而抗拉强度是材料在拉伸断裂时所承受的最大应力值。
3. 材料的硬度测试方法有哪些？材料的硬度测试方法包括布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等多种方法，每种方法都有其适用的范围和特点。
材料科学基础第二次习题答案
1、Fe-Mn-C 固溶体具有面心立方结构，Mn 和C 的质量分数为12.3%和1.34%，点阵常数为0.3624nm,密度为7.83g/cm 3,请说明 Mn 和C 在Fe 中各是什么固溶体？厂鸣 55.85。
119 52严4O.。
593生saw I 。
%6.02"0a 3「 (0.3624 10J ) 7.83“一 A 一 8.8219 10公因为Fe-Mn-C 合金固溶体具有面心立方结构，每个晶胞中含有4个原子，现在计算得每个晶 胞中含有4.2876个原子，说明其中一个或全部溶质组元都是间隙溶质原子。
上面计算结果 说明每个晶胞中含有0.2876 个间隙原子，间隙原子的摩尔分数应该为0.2876/4.2876=0.067 ，而Mn 的实际摩尔分数为 0.2239，所以Mn 不是间隙组元， Mn 与Fe 形成置换固溶体，而 C 实际的摩尔分数是 0.0593，所以C 是间隙组元，与Fe 形成间隙固溶 体。
2、计算单质原子配位数为 6的晶体结构的致密度，并计算此时的原子半径与配位数为12时的原子半径比值。
配位数为6的晶体结构为简单立方结构，设其半径为r ，晶格常数为a ，二者关系为a=2r ，面体间隙位置中，所以有8 9899.77 %的八面体间隙位置被占据。
（2）在体心立方中，一个晶胞中含有2个原子，但是含有6个八面体间隙位置，当固溶体含有0.1 %C 时，100个原子中只有100-0.1个铁原子，即（100-0.1 ） *3个八面体间隙位置,每个晶胞中的原子数为= 4.28764 3r 致密度 =33a 1 a _ —= 0.5233, r 6/r 12= ~ 6 2a4Fe 中的最大溶解度（原子百分数）分别为 3、C 在 Fe fcc 和 方八面体间隙被占据？面心立方比体心立方结构致密度高， 比在体心立方结构中大？（1）在面心立方结构中，一个晶胞含有 4个原子，也含有含8.9% C,贝U 100个原子中只有（100-8.9 ）个铁原子，即 8.9 %和0.1 %有多少个面心立 为什么C 在面心立方中的溶解度4个八面体间隙位置。
武汉理工大学材料科学基础(第2版)课后习题和答案
武汉理工大学材料科学基础(第2版)课后习题和答案第一章绪论1、仔细观察一下白炽灯泡，会发现有多少种不同的材料？每种材料需要何种热学、电学性质？ 2、为什么金属具有良好的导电性和导热性？ 3、为什么陶瓷、聚合物通常是绝缘体？4、铝原子的质量是多少？若铝的密度为2.7g/cm3，计算1mm3中有多少原子？5、为了防止碰撞造成纽折，汽车的挡板可有装甲制造，但实际应用中为何不如此设计？说出至少三种理由。
6、描述不同材料常用的加工方法。
7、叙述金属材料的类型及其分类依据。
8、试将下列材料按金属、陶瓷、聚合物或复合材料进行分类：黄铜钢筋混凝土橡胶氯化钠铅-锡焊料沥青环氧树脂镁合金碳化硅混凝土石墨玻璃钢9、 Al2O3陶瓷既牢固又坚硬且耐磨，为什么不用Al2O3制造铁锤？第二章晶体结构1、解释下列概念晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数（晶面指数）、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、配位数、离子极化、同质多晶与类质同晶、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应.2、（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。
3、在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：（001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（322）与[236]，（257）与[111]，（123）与[121]，（102），（112），（213）， [110]，[111]，[120]，[321]4、写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。
5、已知Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。
6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。
7、从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。
MgO的熔点为2800℃，NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。
材料科学基础第2版答案
材料科学基础第2版答案
1．什么是金属的加工硬化现象？
石德珂材料科学基础第2版课后题及答案：
金属材料在塑性变形过程中，所施加的流变应力随应变量的增大而不断增大的现象，称为加工硬化。
或金属材料经冷塑性变形后，其强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象，称为加工硬化。
2．金属的加工硬化特性对金属材料的使用带来哪些利弊？
石德珂材料科学基础第2版课后题及答案：
有利方面：作为提高金属材料强度的一种手段；便于金属材料塑性成形；使金属零件得以抵抗偶然过载。
不利方面：使金属难以进一步冷塑性变形。
3．原子的结合键有哪几种？各有什么特点？
石德珂材料科学基础第2版课后题及答案：
原子的结合键有：
（1）离子键。
其特点是：正负离子相互吸引；键合很强，无饱和性，无方向性；熔点、硬度高，固态不导电，导热性差。
（2）共价键。
其特点是：相邻原子通过共用电子对结合；键合强，有饱和性，有方向性；熔点、硬度高，不导电，导热性有好有差。
（3）金属键。
其特点是：金属正离子与自由电子相互吸引；键合较强，无饱和性，无方向性；熔点、硬度有高有低，导热导电性好。
（4）分子键。
其特点是：分子或分子团显弱电性，相互吸引；键合很弱，无方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性差。
（5）氢键。
其特点是：类似分子键，但氢原子起关键作用；键合弱，有方向性；熔点、硬度低，不导电，导热性好。
材料科学基础习题二
材料科学基础习题二1. 指出下列概念的错误之处，并更正。
1）所谓过冷度是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差。
2）金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减小，因此是一个自发过程。
3）在任何温度下，液态金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。
4）在任何温度下，液相中出现的最大结构起伏都是晶核。
5）所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能的增加时的晶胚大小。
6）在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以形核的。
7）测定某纯金属铸件结晶时的最大过冷度，其实测值与用公式0.2Tm计算值，基本一致。
8）某些铸件结晶时，由于冷速较快，均匀形核率N1提高，非均匀形核率N2也提高，故总的形核率为N=N1+N2。
9）若在过冷液体中，外加10000颗形核剂，则结晶后就可以形成10000颗晶粒。
10）从非均匀形核功的计算公式中可以看出，当润湿角为0度时，非均匀形核的形核功最大。
11）为了生产一批厚薄悬殊的砂型铸件，且要求均匀的晶粒度，则只要在工艺上采用加入形核剂的办法就可以满足了。
12）非均匀形核总是比均匀形核容易，因为前者是以外加质点为结晶核心，不像后者那样形成界面，而引起自由能的增加。
13）在研究某金属细化晶粒工艺时，主要寻找那些熔点低、且与该金属晶格常数相近的形核剂，其形核的催化效能最高。
14）纯金属生长时，无论液固界面呈粗糙型还是光滑型，其液相原子都一个一个地沿着固相面得垂直方向连接上去。
15）无论温度分布如何，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。
16）氯化铵饱和水溶液与纯金属结晶终了时的组织形态一样，前者呈树枝状，后者也成树枝晶。
17）人们无法观察到极纯金属的树枝状生长过程，所以关于树枝状的生长形态仅仅是一种推想。
18）液态纯金属中加入形核剂，其生长形态总是呈树枝状。
19）纯金属结晶时，若呈垂直方式生长，其界面时而光滑，时而粗糙，交替生长。
材料科学基础2教学(浙大)习题.doc
习题第一章晶体结构与晶体的结构缺陷1.下图为MgO单位晶胞图，请指出氧离子的紧密堆积方向及紧密堆积类型，指出其八面体空隙，四面体空隙的填充情况，并说明单位晶胞中有几个MgO分子。
2.用鲍林规则分析滑石Mg3[Si4Oi0](OH)2结构，(见图)，并指出单位晶胞有几个滑石分子,说明与结构关联的性质特点。
No. l 1.6314229To219No. 2 1.76946902163.MgO、CaO、SrO、BaO皆为NaCl型结构，其晶格能大小顺序为__________________ >_______ > _________ > _________ ；硬度变化顺序为_________ > _________ > __________ >4.由结晶化学定律，决定_______________ 晶体结构的主要因素是构成晶体质点的___________ 、________ 和_____________ 05. __________________________________________ 由"个等径球紧密堆积时，其四面体空隙有____________________________________________ 个，八面体空隙有_______ 个。
等径球的紧密堆积形式有______________ 和_____________ o第二章熔融态与玻璃通性1.试用lgr|=E+F/(T-To)方程式，绘出下列两种熔体在1350°C ~500°C间的粘度-温度曲线(lgf|~l/T)：2.一种熔体在1300°C的粘度是3100泊，在800°C是10*泊，在1050°C时其粘度是多少？在此粘度下急冷，是否形成玻璃？3.决定玻璃熔体中复合阴离子团大小和结构的主要因素是什么？试从熔体结构4.实验获得Na2O-A12O3-SiO2和Na2O-B2C)3-SiO2系统玻璃的分子体积随组成中R2O3含量变化如下图，试解释其原因。
浙大材料科学基础Ⅱ作业1
第一章作业1.图1-1示意表示出生成一个不一致熔融化合物A m B n和形成固溶体S B(A)的二元系统，试完成此相图的草图。
解答：如右上图所示。
2.对于图1-2所示的相图，试进行：（1）标出初晶区；（2）画出温度下降方向；（3）确定相界线性质；（4）确定无变量点性质；（5）分析1，2，3点的结晶过程。
解答：1)如右上图所示；2)如右上图所示；3)相界限：e1E：低共熔线， L→B+ AmBn；e2E：低共熔线， L→B+C；EE：低共熔线， L→C+ AmBn ；E3E：低共熔线， L→C+ A；Pp：转熔线， L+A→AmBn ；4)无变量点：E为低共熔点L=B+C+S；P为单转熔点L+A=C+S；e1：二元低共熔点L→A+B；e2：二元低共熔点L→C+B；e3：二元低共熔点L→A+B；5)结晶分析：1点：1位于A的初晶区，所以先析出A晶相。
液相组成点沿1a线变化到e3E线上a点。
到a点后，液相同时对A晶相和C晶相饱和，晶相C开始析出。
系统温度继续下降，液相组成点沿e3E向P变化，相应的固相组成沿AC线从A点向b 点变化。
系统温度下降到TP后，由于P为转熔点，故液相到P点后，产生L+A →S+C，液相量逐渐减少。
随着转熔的进行，固相组成沿b1线从b点向1点，直到全部消失，固相组成到达1点，转熔结束，结晶过程结束，获得A、S、C三种晶体。
2点：2位于A的初晶区，先析出A晶相。
液相组成点沿2c线变化到pP线上的c 点。
到c点后，产生单变量转熔过程：L+A→S，晶相S析出，晶相A被回吸，液相组成沿pP线向d点变化，同时固相沿AS线向S变化。
当固相组成点到达S点时，晶相A被全部回吸完，此时液相组成到达d点，此时液相组成点开始离开pP 界线发生“穿相区”，即穿过S相区向e点变化，从液相中析出S晶体，到e点后，系统又同时对晶相S和晶相B饱和，故同时析出S和B，液相线沿e1E向E 点变化，固相组成点从S点向f点变化，液相组成达到低共熔点E点后，产生低共熔过程：L→B+S+C。
材料科学基础第二章作业
9.
a)按晶体的钢球模型，若球的直径不变，当 Fe 从 fcc 转变为 bcc 时，计算其 体积膨胀多少？b)经 x 射线衍射测定在 912℃时，α-Fe 的 a=0.2892nm，γ-Fe 的 a=0.3633nm, 计算从γ-Fe 转变为α-Fe 时， 其体积膨胀为多少？与 a)相比， 说明其差别原因。
O
Y
X
3.
试分别计算面心立方晶体和体心立方晶体的（100） ， （110） ， （111）等晶面 的面间距和面致密度，并指出其面间距最大的面。
4.
立方晶系的各{111}晶面构成一个八面体， 试作图画出该八面体， 并注出这些 具体晶面的指数。
5. 6.
试证明理想密排六方结构的轴比 c/a=1.633。 Ni 的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为 r =0.1243nm，试求 Ni 的晶 格常数和密度。
10. 从晶体结构的角度， 试说明间隙固溶体、 间隙相以及间隙化合物之间的区别。 11. MgO 具有 NaCl 型结构。 Mg2+ 的离子半径为 0.078nm ， O2- 的离子半径为 0.132nm。试求 MgO 的密度（ρ） 、致密度（K） 。 12. 铯与氯的离子半径分别为 0.167nm、0.181nm，试问： a)在氯化铯内离子在 <100> 或 <111> 方向是否相接触？ b)每个单位晶胞内有几个离子？ c) 各离子 的配位数是多少？d) 密度ρ和致密度 K？
第二章
1.
晶体结构作业题
标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a) 立方晶系（421） ， 321 ,（130） ，
[113] ， [211] ，[111]；b) 六方晶系
2.
2111 ， 1101 ， 3212 ， [2111] ， [1213] 。
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1、 简述菲克第一定律和菲克第二定律的含义，并写出表达式，表明字母的物理含义。
2、在900℃对一批钢齿轮成功渗碳需要10个小时，此温度下铁为FCC 晶体。
如果渗碳炉在900℃运行1个小时需要耗费1000元，在1000℃运行1小时需要耗费1500元，若将渗碳温度提高到1000℃完成同样渗碳效果，是否可以提高其经济效益？(已知碳在奥氏体铁中的扩散激活能为137.52 KJ/mole )
3、在870℃比在930℃渗碳淬火变形小又可以得到较细的晶粒，若已知碳在奥氏体铁中的
扩散常数为2.0×10－5m 2/s,扩散激活能为140×103J/mol,请计算：
（a ）870℃时碳在奥氏体铁中的扩散系数；（4分）
（b ）将渗层加深一倍需要多少时间？（4分）
（c ）若规定0.3％C 为渗碳层厚度的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？（气体常数R ＝8.314J/mol ）（4分）
4、含碳量0.85%的碳钢在某一温度下经1小时脱碳后表面的碳浓度降为0，已知该温度下碳的扩散系数D=1.1×10-7 m2/s
（1）求碳的浓度分布。
（2）如要表面碳浓度为0.8%，则表面应该车去多少深度？
5、在纯铜圆柱体一个顶端电镀一层薄的放射性同位素铜。
在高温退火20h 后，对铜棒逐层
求铜的自扩散系数。
6、纯Cr 和纯Fe 组成扩散偶,一个小时后界面移动了15.2μm 。
当界面处Cr 的摩尔分数 x(Cr)=0.478时,有 =126/cm,(l 为扩散距离)，互扩散系数为1.43*10E-9 cm2/s 求: Cr 和Fe 的本征扩散系数
7请简述扩散的微观机制有哪些？哪种方式比较容易进行？
8、对于某间隙固溶体系，在500℃时间隙原子的迁移速率为5*108次/秒，在800℃时迁移速率为8*1010次/秒，计算此过程的激活能Q 。
9影响晶体固体中原子扩散的主要因素有哪些？并加以简单说明
10、在MgO 中引入高价的W6+，将产生什么离子空位？比较MgO 和掺W6+的MgO 的抗氧化性哪个好些？
11、设某离子晶体的点阵常数为5*10-8 cm ，振动频率为1012赫兹，位能U=0.5eV ，求在室温下的离子迁移率。
/x l ∂∂
1、一个圆柱形钢材直径为10mm，长度40mm，两端受到100MPa的张应力后，直径和长度分别变为9.9986mm和40.019mm，假定此时试样仍是弹性体，计算这种钢的弹性模量E、切变模量G和泊松比ν。
2、Mg单晶的试样拉伸时，3个滑移方向与拉伸轴的夹角分别为38 °, 45 °, 85 °, 基面
法线与拉伸轴的夹角为60，如果在拉应力为2.05MPa时开始观察到塑性变形，则Mg 的临界分切应力为多少？
3、若BCC晶体的(1，-1，0) * [111]滑移系的临界分切应力为60MPa，试问在[001]和[010]方向上必须施加多少应力才能产生滑移？
4、（1）试说明多晶结构材料晶粒越细小晶体强度越高的原因。
（2）已知当退火后纯铁的晶粒大小为16个/mm2时，屈服强度σs＝100N/mm2；当晶粒大小为4096个/mm2时，σs ＝250N/mm2；试求晶粒大小为256个/mm2时，屈服强度σs的值；
5、低碳钢板在深冲变形时，工件表面变得粗糙不平，如何解决此问题？
6、总结合金强化的四种主要机制，并解释强化的原因。
7. 需要将直径6mm的铝材加工成直径0.5mm铝丝，但为了保证产品的质量，此铝材的冷加工量（横截面受缩率）不能超过85%，如何制定合理的加工工艺？
8、金属发生塑性变形后显微组织、结构发生什么变化？性能发生什么变化？
9、工业纯铜的熔点为1083℃，在剧烈冷变形后的铜板上取三个试样，分别加热到200℃、500℃、800℃，各保温一个小时，然后空冷。
请推测各试样热处理后的显微组织特征，并说明它们在强度和塑性方面的区别及原因。
10、简述回复的机制及其驱动力。
11、有两批工业纯铝分别于12月1日和12月3日以相同的变形量进行轧制，然后于12月3日同时进行再结晶退火，采用相同退火时间，发现这两批样品完成再结晶的温度不同，哪一批样品的再结晶温度较高？为什么？
12.已知锌单晶的回复激活能为20000 cal/mol，在0℃回复到残留75%的加工硬化需5min，
在27℃和-50℃回复到同样程度需多长时间？
13.用一冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000 C，加热完毕，当吊
出工件时钢丝绳发生断裂。
试分析其原因。
14.已知Cu-30%Zn合金的再结晶激活能为250KJ/mol，此合金在400℃的恒温下完成再结晶需要1个小时，计算390℃恒温下完成再结晶需要多少小时。
15、将一锲型铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制，
(1) 画出此铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图；
(2) 如果在较低温度退火，何处先发生再结晶?为什么?
16．为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形5％后于650℃退火1 h，组织反而粗化；增大冷变形量至80％，再于650℃退火1 h，仍然得到粗大晶粒。
试分析其原因，指出上述工艺不合理处，并制定一种合理的晶粒细化工艺。
（已知Al的熔点为660℃）
17. 低碳钢零件要求各向同性，但在热加工后形成比较明显的带状组织。
请提出几种具体方法来减轻或消除在热加工中形成带状组织的因素。
18．试比较去应力退火过程与动态回复过程位错运动有何不同？从显微组织上如何区分动、静态回复和动、静态再结晶?
19．为何金属材料经热加工后机械性能较铸造状态为佳?
20. 简述晶态陶瓷材料塑性变形的特点。
21. 简述高聚物在单向拉伸过程中出现细颈后截面积基本保持不变的原因。
第九章作业：
1、简述纳米晶、准晶、非晶的结构特点，并各举例说明一种制备方法。
2、什么是时效？Al－Cu合金时效通常经历哪些过程？说明其产生时效强化的原因。
3、什么是调幅分解？说明发生调幅分解的先决条件。
调幅分解的组织有何特点？
4、简述调幅分解与形核长大型相变的不同之处，并指出成分自由能曲线中这两种扩散相变
所属的成分范围。
5、马氏体相变的主要特征有哪些？说明片状马氏体与板条马氏体在组织形态、晶内亚结
构、成分以及力学性能方面的区别。
第十章作业：
6、根据电子能带结构，说明导体、半导体、绝缘体各自的能带结构特点及其对导电机制的
影响。
7、费米能的物理意义，费米函数的表达及意义。
8、什么是本征半导体和非本征半导体（包括N型和P型）？
9、在液氮温度下，用光激发本征锗晶体产生传导电子，其平均密度为1012cm-3，在此温度
下，电子的迁移率为0.5×104cm2/V·s。
假如将100V电压加到边长为1cm的立方晶体上，这时产生的电流为多少安培？电子电荷e=1.602*10-19C
10、C、Si、Ge、Sn的能隙分别为5.4eV，1.1eV，0.67eV，和0.8eV，估算下述材料中
电子在室温（27℃）下进入导带的几率，根据计算结果评价各材料的导电性。
（1）金刚石；（2）硅单晶（3）锗单晶；（4）金属锡
11、为什么金属材料的电阻率随温度的升高而增加，而半导体和绝缘材料的电阻率却
随温度的升高而下降？
12、简要说明金属、陶瓷和高分子的导热机制。
13、从原子势能不对称解释热膨胀效应。
14、简述磁矩起源和磁性的分类。
说明铁磁性和亚铁磁性，以及反磁性、顺磁性的相似性
及差异性。
15、说明磁化曲线不同阶段的磁畴变化。
16、ZnS的能隙为3.54eV，要激发ZnS的电子需要光子的波长是多少？如在ZnS中加入杂
质，使之在导带的1.38eV处产生一能量陷阱，试问发光时的波长是多少？
17、硅与金刚石的能带结构相似，只是禁带宽度不同。
已知硅的禁带宽度为1.14eV，金刚
石的禁带宽度为5.33eV，根据它们的禁带宽度求它们能吸收辐射的最大波长各是多少？
18、为什么金属通常对可见光是不透明的，而非金属可以透明也可以不透明？
19、说明透明材料呈现颜色的原因。
20、什么叫自发辐射和受激辐射？从辐射的机理来看，普通光源与激光光源的发光有何不
同？简述激光器原理。