材料科学基础典型习题20页PPT文档
材料科学基础课件PPT
• 材料的结构包括不同晶体结构和非晶体，以及显微镜下的微观 结构，哪些主要因素能够影响和改变结构？只有了解了这些才
能实现控制结构的目的。
• 材料的性能包括物理性能、化学性能、力学性能。
• 其内部结构包括 四个层次：①原 子结构；②结合 键；③原子的排 列方式；④显微 组织
2021/3/10
6
（二）材料科学与材料工程的关系
• 材料科学的形成：“材料”早存在，“材料科学”提出于20世 纪60年代，1957年苏联卫星上天，美国震动很大，在大学相 继建立十余个材料科学研究中心，自此开始，“材料科学”一 词广泛应用。
• 一般来讲，科学是研究“为什么”的学问，而工程是解决“怎 么做”的学问。材料科学的基础理论，为材料工程指明方向，
为更好地选择、使用材料，发挥现有材料的潜力、发展新材料 提供理论基础。
• 材料科学和材料工程之间的区别主要在于着眼点的不同或者说
各自强调的中心不同，它们之间并没有一条明确的界线，因此，
后来人们常常将二者放在一起，采用一个复合名词－材料科学
2021/3/1与0 工程（MSE，Material Science and Engineering）
功能材料：电子材料、光电子材料、超导材料
2021/3/10
10
（四）材料的应用
• 让我们回顾几项有影响的事例，以便加深理解材料的发展在人类社会发 展中起了举足轻重的作用。
• 计算机与材料
1、计算机经历：电子管→晶体管→集成电路时代
2、个人电脑移动存储器的比较
材料科学的发展是计算机飞速发展的基础
种类
《材料科学基础》
《Foundations of Materials Science》
2021/3/10
材料科学基础试卷与答案PPT课件
4/12/2020
Dalian Jiaotong University
8
六、画Fe-Fe3C相图 1. 用组织组成物填写相图。 2. 指出在ECF和PSK水平线上发生何种反应并写出反应式。 3. 计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。
Dalian Jiaotong University
3
4/12/2020
3）元素的负电性是指______________________________，在周 期表中，同一周期元素的负电性由左向右逐渐__________， 而同一族元素的负电性由上到下逐渐____________。二元合 金中两组元的电负性差越大，越易形成______________，越 不易形成____________。
4/12/2020
Dalian Jiaotong University
4
三、判断题 1. 在钢中，随含碳量的增加，珠光体的相对量也不断增加。（ ） 2. 钢中铁素体与奥氏体的本质区别在于含碳量不同。（ ） 3. 金属铸件可通过再结晶退火细化晶粒。（ ） 4. 再结晶虽包含形核和长大过程，但不是一个相变过程。（ ） 5. 点缺陷是热力学上平衡的缺陷（ ）。 6. 一条弯曲位错线，其各部分的柏氏矢量都相同（ ）。 7. 只有在负温度梯度下，合金凝固才能形成树枝状晶。（ ） 8. 玻璃钢是玻璃和钢丝组成的复合材料。 （ ） 9. 可以利用三元相图的变温截面图分析合金相成分变化。（ ） 10. 原子的扩散只能由高浓度处向低浓度处进行。（ ）
）
A、0.12%
B、1.2%
C、12%
9、40MnVB中的含碳量是（
）
A、0.4%
材料科学基础PPT精品课件幻灯片
❖ 材料发展动力： ▪ 社会需求（市场拉动） ▪ 技术发展（技术推动） ▪ 科学发展（对物质的了 解，是创新的源泉）
• 硅时代（1950年）
• 20新20/材12/1料9 时代（1990年材、料科特学征与工是程多学院种材材料学料教研并室存）
8
2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室
9
材料的历史：300,000 BC—3,500 BC
川徐家岭楚墓出土。龙首、虎颈、虎身、虎尾、
编钟：春秋中期，1978年河南淅川出土， 龟足，张口吐舌，牙齿犀利。龙首上附六条蛇
最大钟通高120.4厘米，舞修52.3厘米，
形龙。脊背上有有一方座，座上有一神兽也为
铣间59.7厘米。该钟一组26件，形制相同， 龙首，口衔一条龙，龙 首。通身饰动物纹和
大2小02依0/1次2/递19减。
2020/12/19
材料科学与工程学院材料学教研室
3
提到“材料”，同学们会想到什么？列举一下现 代生活中用到了哪些材料？给材料下个定义。
请同学们能不能根据材料的发展来划分历史？如 果能，是怎样划分的？ 材料科学与材料工程有什么区别？
请问同学们材料是怎样分类的？
如何认识材料的科学问题？ （链接）
2020/12/19
•
由于材料的重要性，历史学家常常根据人类使用的材料来划分
人类社会发展的历史阶段。从古代到现在人类使用材料的历史共经
历了七个时代，其中的有些时代持续了几个世纪，各时代的开始时
间：
• 旧、新石器时代（公元前10万年） • 陶器时代 • 青铜器时代（公元前3000年） • 铁器时代（公元前1000年） • 水泥时代（公元0年） • 钢时代（1800年）
6
材料科学基础_习题与答案
材料科学基础_习题与答案材料科学基础作业习题§1 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？§2 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》经典习题及答案
材料科学与基础习题集和答案第七章回复再结晶，还有相图的内容。
第一章1.作图表示立方晶体的()()()421,210,123晶面及[][][]346,112,021晶向。
2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。
3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。
4.镁的原子堆积密度和所有hcp 金属一样，为0.74。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=mg ρ，相对原子质量为24.31，原子半径r=0.161nm 。
5.当CN=6时+Na 离子半径为0.097nm ，试问：1) 当CN=4时，其半径为多少？2) 当CN=8时，其半径为多少？6. 试问：在铜（fcc,a=0.361nm ）的<100>方向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>方向,原子的线密度为多少？7.镍为面心立方结构，其原子半径为nm 1246.0=Ni r 。
试确定在镍的（100），（110）及（111）平面上12mm 中各有多少个原子。
8. 石英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。
试问： 1) 13m 中有多少个硅原子（与氧原子）？2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时，其堆积密度为多少（假设原子是球形的）？9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动，而在900℃时910个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原子）。
10.若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J ）。
11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD 平行于晶体的上、下底面。
若该滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b ∥AB 。
材料科学基础作业解答PPT课件
{110} {111}
f.c.c
2 a2
2 a2
43 a2
b.c.c
1
2
3
a2
a2
3a 2
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4.在（0 1 10）面上绘出 [2 1 1 3]晶向
六方晶系中绘制晶向时，应先将四指数转化成三指数，按三指数绘制
（0 1 10） z
[2 1 1 3]
[101]
x3
WVU
u v
t w
[2 1 1 0x]1 [100]
[1 2 1 0]
x [010]
[10 1 0][1120] 2
[210] [110]
标定晶向指数时，应先按三指数标定，再转换成四指数
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确定图中晶向OA、OB的指数
标定晶向指数时，应先按三指数标定，再转换成四指数
空间点阵: 简单立方 结构单元: NaF 晶胞中原子数 1Na+1F
Na+
F-
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3、示意画出金刚石型结构的晶胞，说明其中包含有几 个原子，并写出各个原子的坐标。
晶胞原子数：8
顶点坐标：（000），（100），（110）z，（010） （001），（101），（111），（011）
100
0 1 0
-1 -1 0
0 0 1
tuvw
[2 1 1 3] [101]
x
x1
2
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5.画六方系中的常见晶向
《材料科学基础》作业答案 ppt课件
（2）截距倒数为：3，2，1； 晶面指数为（3 2 1）
2020/11/29
9
2\ P89，2－4：
Z
O
Y
X
2020/11/29
10
P89，2－4：
2020/11/29
11
2020/11/29
12
2020/11/29
13
2020/11/29
14
2020/11/29
材料科学基础
Fundamentals of Material Science
作业题答案
任课教师：付华
2020/11/29
1
绪论
• 1、材料科学主要研究的核心问题是 结构 和 性能 的关系。
• 材料的结构是理解和控制性能的中心环节，结构 的最微细水平是 原子结构 ，第二个水平是 原子 排列方式 ，第三个水平是 显微组织 。
• 14、表征晶体中晶向和晶面的方法有 解析法
和 图示 法。（晶体投影图 ）
2020/11/29
8
二、分析计算
• 1、（2-3）（1）晶面A在x、y、z轴上的截距 分别是2a、3b和6c，求该晶面的米勒指数； （2）晶面B在x、y、z轴上的截距分别是a/3、 b/2和c，求该晶面的米勒指数。
1:1: 13:2:1 236
7
• 11、MgO晶体具有 NaCl型结构，其对称型是
3L4 4L36L29PC ，晶族是 高级晶族 ，晶系是 立 方晶系 ，晶体的键型是 单元是 硅 氧四面体[SiO4]。
• 13、几种硅酸盐晶体的络阴离子分别为[Si2O7]6-、 [Si2O6]4-、[Si4O10]4-、[AlSi3O8]1-，它们的晶体 结构类型分别为 组群状 ， 链状 ， 层状 ，和 架状 。
材料科学基础习题集
第一部分：习题集材料科学基础》复习思考题第一章：材料的结构、 解释以下基本概念空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、 组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶 强化、第二相强化。
二、 填空题）。
2、金属原子的特点是最外层电子数 （ ），且与原子核引力 （1、材料的键合方式有四类，分别是（）， ）， 因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成（）。
3、我们把原子在物质内部呈 （）排列的固体物质称为晶体， 体物质具有以下三个特点，分别是（ ）。
4、三种常见的金属晶格分别为（ ）和（ ）。
5、体心立方晶格中，晶胞原子数为 ），原子半径与晶格常数的关系为（），配位数是（ ），致密度是（ ），密排 晶向为（ ），密排晶面为（ ），晶胞中八面体间隙个数为属有（ ），四面体间隙个数为（），具有体心立方晶格的常见金 ）。
6、面心立方晶格中，晶胞原子数为），原子半径与晶格常数 的关系为（ ），配位数是（ ），致密度是（ ），密排10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有 （ ）、（ ）（、 ）、 （ ）。
11、金属化合物 （中间相）分为以下四类， 分别是（），（ ），（ ），（ ）。
12、金属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（ ）、硬度 （ ）、脆性（ ），因此在合金中不作为（ ）相，而 是少量存在起到第二相（ ）作用。
13、CuZn 、Cu 5Zn 8、 Cu 3Sn 的电子浓度分别为（），（ ），（ ）。
14、 如果用M 表示金属，用X 表示非金属，间隙相的分子式可以写成如下四种形式，分别是（ ），（ ），（ ），（ ）。
15、 Fe 3C 的铁、碳原子比为（ ），碳的重量百分数为（）， 晶向为（ ），密排晶面为（ （ ），四面体间隙个数为（ 属有（ ）。
7、密排六方晶格中，晶胞原子数为（ 的关系为（ ），配位数是（ 晶向为 （），密排晶面为 （ 属有（ ）。
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第1章
1.作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、 [-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向
z
z
z
y
x
x
y
(123)
z
(0-1-2) z
x z
y (421)
y x
[-102]
y x
[-211]
y x
[346]
3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=b≠c，c=2/3a。今有 一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3 个原子间距，求该晶面的晶面参数。
2）从相图读出结晶开始温度和结晶终了温度分别为495℃，350℃ A sse sse d B i-S b p h a se d ia g r a m .
固、液相成分wSb(L) =20%, wSb(S)=64% 固、液相含量：
L6 6 4 42 4 0 010% 0 5.4 5%
S (1 L ) 1% 0 4 0.5 5 %
解：
(B())25%731 (B())(B) 3 (B())50%40% (B())(B) (B)50% 50% (B)(B)
(B)5%
(B())80%
(B)95%
T/℃
1000
L L+ β
700
L+ α
α
500
β
A 5
B 85 95 wB
8.組元A的熔点为1000℃，組元B的熔点为700℃， 在800℃时存在包晶反应：α(wB=5%)+L(wB=50%) →β(wB=30%)； 在600℃时存在共晶反应：L(wB=80%) → β(wB=60%)+γ (wB=95%)； 在400℃时发生共析反应： β(wB=50%) → α(wB=2%) +γ (wB=97%) 根据这些数据画出相图。
答：合金在凝固过程中的偏析与溶质原子的再分配系数有关，再分配系数为k0=Cα/CL。对一给定 的合金系，溶质原子再分配系数与合金的成分和原子扩散能力有关。根据Cu-Ni合金相图，在一 定成分下凝固，合金溶质原子再分配系数与相图固、液相线之间的水平距成正比。当wNi=50% 时，液相线与固相线之间的水平距离更大，固相与液相成分差异越大；同时其凝固结晶温度比 wNi=90%的结晶温度低，原子扩散能力降低，所以比偏析越严重。
解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/4，（1 1 1）面间距为√3a/3
三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 1）
d(hk)l m
a h2k2l2
m=1 h, k, l全为奇数 m=2 h, k, l不全为奇数
(1 0 0)
(1 1 0)
(1 1 1)
第3章
3.有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的wNi=90%，另 一个铸件的wNi=50%，铸后自然冷却。问凝固后哪一个铸件的偏析严重？为 什么？找出消除偏析的措施。
解：X、Y、Z方向的基矢量为a，b，c 则X轴的截距为5，Y轴的截距为2，Z轴截距为3，取截距的倒数，分别为
1/5，1/2，1/3 化为最小简单整数分别为6,15,10 故该晶面的晶面指数为（6 15 10）
4.体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1） 晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面
7.根据下列实验数据绘出概略的二元共晶相图：組元A的熔点为1000℃， 組元B的熔点为700℃；wB=25%的合金在500℃结晶完毕，并由73-1/3%的 先共晶α相与26-2/3%的(α+β)共晶体所组成；wB=50%的合金在500℃结晶 完毕后，则由40%的先共晶α相与60%的(α+β)共晶体组成，而此合金中的 α相总量为50%。
T/℃ 1000
L+ α
800
α+ β α
L
L+ γ
L+ β
700
β
600
β+ γ
γ
400
A 25
α+ γ
30
50 60
wB
B 80 9597
第4章
1.分析wC=0.2%，wC=0.6%，wC=1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转 变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的 相组成物及组织组成物的含量。
解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/2，（1 1 1）面间距为√3a/6 三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0）
d(hk)l m
a h2k2l2
m=1 h+k+l=偶数 m=2 h+k+l=奇数
(1 0 0)
(1 1 0)
(1 1 1)
5.面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1） 晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面
15.有一正方形位错线，其Байду номын сангаас式矢量如图所示，试指出图中各段线的性 能，并指出任性位错额外串排原子面所在的位置。
AD为正刃型位错；
BC为负刃型位错；
D
DC为右螺型位错；
AB为左螺型位错；
AD段额外半原子面垂直直面向里；
A
BC段额外半原子面垂直直面向外。
C b
B
6.铋和锑在液态和固态时均能彼此无限互溶，wBi=50%的合金在520℃时开 始凝固出成分为wSb=87%的固相。wBi=80%的合金在400℃时开始凝固出成 分为wSb=64%的固相。根据上述条件，要求： 1)绘出Bi-Sb相图，并标出各线和各相区的名称； 2）从相图上确定wSb=40%合金的开始结晶终了温度，并求出它在400℃时 的平衡相成分及其含量。 解：1）相图如图所示；