材料科学基础-第二次作业解答复习进程
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。
(完整版)材料科学基础第1-2章作业及解答彭
第一章作业——材料结构的基本知识1、简述一次键与二次键的差异及各键的特点。
2、简述三大类材料中的结合键类型及性能（物性、力性）特点。
3、为什么金属材料的密度比陶瓷材料及高分子材料密度高？4、用金属键的特征解释金属材料的性能-----①良好的导电；②良好的导热性；③正的电阻温度系数；④不透明性及具有金属光泽；⑤良好的塑性⑥金属之间的溶解性（固溶能力）。
5、简述晶体与非晶体的主要区别。
6、简述原子结构、原子结合键、原子的排列方式及显微组织对材料性能的影响。
第一章作业解答1、述一次键与二次键的差异及各键的特点。
解答：（1）一次键结合力较强，包括金属键、离子键、共价键；二次键结合力较弱，包括范德华键和氢键。
一次键主要依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层；二次键是借原子之间的偶极吸引力结合而成。
（2）金属键电子共有化,没有方向性和饱和性；离子键没有方向性，但要满足正负电荷平衡要求；共价键有明显的方向性和饱和性；范德华键没有方向性、饱和性；氢键（X-H…Y）有饱和性、方向性。
2、简述三大类材料中的结合键类型及性能（物性、力性）特点。
解答：（1）三大类材料主要指金属材料、陶瓷材料和高分子材料。
（2）金属材料中的结合键主要是金属键，其次是共价键、离子键，使金属材料具有较高的熔点、密度，良好的导电、导热性能及较高的弹性模量、强度和塑性。
陶瓷材料中的结合键主要是离子键和共价键，使其熔点高、密度低，具有良好的绝缘性能和绝热性能，高的弹性模量和强度，但塑性差，脆性大。
高分子材料中分子链内部虽为共价键结合，但分子链之间为二次键结合，使其具有较低的熔点、密度，良好的绝缘性能、绝热性能及较低的弹性模量、强度和塑性。
3、为什么金属材料的密度比陶瓷材料及高分子材料密度高？金属材料的密度较高是因为①金属元素具有较高的相对原子质量，②金属材料主要以金属键结合，金属键没有方向性和饱和性，使金属原子总是趋于密集排列，达到密堆结构。
材料科学基础第1-2章例题、作业题及其解答
第2章 例 题（A ）1. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。
2. 在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。
3. 右图中所画晶面的晶面指数是多少？4. 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（3121）及（2112）的正交坐标的表示。
5. （练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。
答案：2. (2110) 4. （1562）， （0334） 5. [1322] [1214] （123） （212）[033] [302]第2章 例题答案(A)4. （152） )2615(6)51()(⇒-=+-=+-=v u t（034） )4303(3)30()(⇒-=+-=+-=v u t（1213） ⇒ （123）（2112） ⇒ （212）5. [152] ]2231[22)51(31)(313)152(31)2(311)512(31)2(31⇒⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫==-=+-=+-==-⨯=-=-=-⨯=-=W w V U t U V v V U u [034] ]4121[41)30(31)(312)032(31)2(311)302(31)2(31⇒⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫==-=+-=+-==-⨯=-=-=-⨯=-=W w V U t U V v V U u]3121[]033[33)1(20)1(1⇒⎪⎭⎪⎬⎫===--=-==---=-=w W t v V t u U [2112]]302[20)1(13)1(2⇒⎪⎭⎪⎬⎫===---=-==--=-=w W t v V t u U第2章 例 题（B ）1. 已知Cu 的原子直径为2.56A ，求Cu 的晶格常数，并计算1mm 3Cu 的原子数。
2. 已知Al 相对原子质量Ar （Al ）=26.97，原子半径γ=0.143nm ，求Al 晶体的密度。
3. bcc 铁的单位晶胞体积，在912℃时是0.02464nm 3；fcc 铁在相同温度时其单位晶胞体积是0.0486nm 3。
材料科学基础A2复习
材料科学基础A
材料科学基础A下复习课 马氏体组织有哪几种基本类型？它们在形成条件、晶体结构、组织形态、
性能有何特点？马氏体的硬度与含碳量关系如何？ 答：（1）两种，板条马氏体和片状马氏体。 （2）奥氏体转变后，所产生的M的形态取决于奥氏体中的含碳量，含碳量＜ 0.6%的为板条马氏体；含碳量在0.6—1.0%之间为板条和针状混合的马氏体 ；含碳量大于1.0%的为针状马氏体。低碳马氏体的晶体结构为体心立方。随 含碳量增加，逐渐从体心立方向体心正方转变。含碳量较高的钢的晶体结构 一般出现体心正方。低碳马氏体强而韧，而高碳马氏体硬而脆。这是因为低 碳马氏体中含碳量较低，过饱和度较小，晶格畸变也较小，故具有良好的综 合机械性能。随含碳量增加，马氏体的过饱和度增加，使塑性变形阻力增加 ，因而引起硬化和强化。当含碳量很高时，尽管马氏体的硬度和强度很高， 但由于过饱和度太大，引起严重的晶格畸变和较大的内应力，致使高碳马氏 体针叶内产生许多微裂纹，因而塑性和韧性显著降低。 （3）随着含碳量的增加，钢的硬度增加。
试述奥氏体的形成过程及控制奥氏体晶粒的方法。 答： 加热时奥氏体形成的基本过程可分为：
奥氏体晶共析钢加核形成、奥氏体晶核长大、残余渗碳体
的溶解和奥氏体成分均匀化。
影响奥氏体晶粒度的因素有：
1) 加热温度和保温时间
2) 加热速度
3) 钢的含碳量、脱氧剂及合金元素的影响 江苏科技大学 材料科学与工程学院
材料科学基础A
Fe
材料科学基础A下复习课
3）奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体；
答：奥氏体: 碳在中形成的间隙固溶体。 过冷奥氏体: 处于临界点以下的不稳定的将要发生分
解的奥氏体称为过冷奥氏体。 残余奥氏体：M转变结束后剩余的奥氏体。
材料科学基础第二章作业答案
2-2晶胞是晶体结构中的重复单元，可以取最小原胞如P 胞，也可以取可以反映对称性的较大的原胞如面心立方结构中的晶胞是P 胞的4倍。
空间格子是等同点构成的点阵连成的格子，它和晶体结构的不同之处在于把具体的原子集团抽象成一个等同点或者叫阵点，而其重复的单元是平行六面体。
所以这个平行六面体和晶胞的区别也是平行六面体中的阵点代替了晶胞中的具体的原子团。
2-3（1）由已知1:2:361:31:21所以晶面指数为（3 2 1） （2）晶面指数为（3 2 1） 2-4bcb(011 cbcc2-5 2-6 2-7(略)2-8{0211}有(0112) ，(1102)，(0121)，(1021)(2011)， (0211)。
{2110}有（2110），（0121），（2101），（1210），（0211），（1021），c[0001][）2-9（1）（121）和 (100)面所在的晶带的晶带指数为2:1:01012:0111:0021::==w v u ，所以晶带指数为[012]（100）和（010）面所在的晶带的晶带指数为000110::::0:0:1100001u v w ==，所以晶带指数为[001]或写为[001]（2）[001]和[111]晶向所决定的晶面的晶面指数为0:1:11100:1110:1101::==l k h ，所以晶面指数为（110）或（110）[010]和[100]晶向所决定的晶面的晶面指数为1:0:01001:0100:0010::==l k h ，所以晶面指数为（001）或（001）2-10(1)(100)晶面的晶面间距nm a d 143.0121100==(110)晶面的晶面间距nm a d 202.001122110=++=(123) 晶面的晶面间距nm ad 0764.0321222123=++=(2)(100)晶面的晶面间距nm a d 183.0121100==(111)晶面的晶面间距nm ad 211.0111111=++=(112)晶面的晶面间距nm a d 149.02112112=++=2.12解：如图：（1）(0,0,0)，(0.5,0,0.5)a ，(0.5,0.5,0)a ， (0,0.5,0.5)a ，(1,1,1)a ，(0.5,1,0.5)a ， (1,0.5,0.5)a ，(0.5,0.5,1)a 。
材料科学基础第二次作业解答
二、晶体缺陷1.解释名词：柏氏矢量：表征由位错错造成的晶格扭曲的程度和方向;柏氏矢量的方向：位错的性质与取向,表示位错运动导致晶体滑移的方向;柏氏矢量的模：位错畸变的程度,也表示位错运动导致晶体滑移的大小;层错：原子面堆垛顺序的错排空位：在晶格的结点位置上,由于占位的原子缺失造成所在区域偏离晶体结构正常排列的一种点缺陷;小角度晶界：相邻晶粒之间错配较小,晶粒之间转动角度小于10°~15°,晶界就称为小角度晶界;共格相界：不同相之间的界面上的原子同时位于两相晶格的结点上,即两相的晶格是彼此衔接的,界面上的原子为两者共有;螺型位错：在剪切应力作用下晶体产生扭曲,晶体的上部分相对于晶体的下部分向右偏移了一个原子的距离;晶格扭曲与位错线保持一致,滑移面上、下原子面上的原子绕位错连接起来可以形成螺旋形路径;2.纯Cu的空位形成能是atom1aJ = 10-18J,将纯Cu加热到850℃后激冷到室温20℃,如果高温下的空位全部保留,试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值;解： Qv=10-18 J/atomK=10-23J/atom·KN=ρNa/A=1028 atoms/m3T1=1123K Nv1=N exp{-Qv/kT1}=×10-14T2=293K Nv2=N exp{-Qv/kT2}过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值为：Nv1/Nv2=×10-1193.计算Fe在 850o C时,每立方米体积中的空位数;已知Fe在850o 时的空位形成能、密度及原子重量分别为 eV/atom、 g/cm3、 g/mol;解：每立方米nFe=NvρM= x 1019空位分数：Nv/N=exp{-Qv/kT}=每立方米体积中的空位数：n Nv/N=×10154. 在晶体的同一滑移面上有两个半径分别为r1和r2的位错环,其中r1>r2,它们的柏氏矢量相同,试问在切应力作用下何者更容易运动为什么答： r1更容易运动;已知b 相同,r1>r2∵ τ=Gb/2r, ∴τ1<τ2,即r1所需切应力更小,所以r1更容易运动5. 判断下列位错反应能否进行：]111[3]211[6]110[2a a a →+；]111[2]111[6]112[3a a a →+ 解： 1 ]111[3]211[6]110[2a a a →+可以进行;几何条件： []]111[32226]211[6]110[2a a a a ==+满足; 能量条件：反应前反应后21222222231])1(113[b a a b ＜=-++=满足;所以可以进行; 2几何条件： []]111[23336]111[6]112[3a a a a ==+满足;能量条件：反应前反应后21222222243)1112(b a a b ＝=++=不满足;故无外力作用时,该位错反应不能进行; 6. 根据晶粒的位相差及结构特点,晶界有哪些类型有何特点属性答：小角度晶界和大角度晶界;小角度晶界,晶粒之间转动角度小于10°~15°包括：①对称倾斜晶界：晶界的界面对于两个晶粒是对称的θ=b/D,D 为位错间距②不对称倾斜晶界：倾斜晶界的界面绕x 轴转了一个角度φ,两晶粒间的位相差仍为θ角③旋转晶界：可看做由相互交叉的螺型位错组成2大角度晶界,晶粒间取向错配较大包括“重合位置点阵”;7. If the atomic radius of copper is , determine the magnitude of the Burgers vectorfor copper.SolutionCopper has a FCC crystal structure,The close-packed plane is<110>∴the magnitude of the Burgers vector for copper 256.0128.022011222=⨯==++=→R a b8. 如图,在晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环,并受到均匀切应力τ和σ的作用;1分析该位错环各段位错的结构类型；2在τ的作用下,该位错环将如何运动3在σ的作用下,位错环将如何运动答：1AB ：右螺型位错；BC ：正刃型位错；CD ：左螺型位错；DA ：负刃型位错；2位错环上部的晶体向柏氏矢量b 的方向运动,下部反方向运动;3AB 和CD 不运动,而BC 和DA 则在拉应力作用下发生攀移;9. 试分析在111面上运动的柏氏矢量为]101[2ab = 的螺型位错受阻时,能否通过交滑移转移到)111(),111(),111(面中的某个面上继续运动为什么 解：可以交滑移转移到)111(,另两个面则不可以∵111与)111(相交于 ]101[,具有相同的柏氏矢量]101[2a b =,。
材料科学基础 张晓燕1-5章作业及题解.
第一章 作业题解1. 原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？2. 在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些个原则？3. 在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点？从左到右或从上到下元素结构有什么区别？性质如何递变？解、同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左到右，核电荷依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增加，失去电子的能力降低，得到电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强，同一主族元素最外层电子数相同，但从上→下，电子层数最多，原子半径增大，电离能降低，失去电子能力增加，得到电子能力降低，金属性增加，非金属性降低。
4. 铬的原子序数为24，共有四种同位数：4.31%的Cr 原子含有26个中子，83.76%含有28个中子，9.55%含有29个中子，且2.38%含有30个中子。
试求铬的原子量。
解、=Ar 0.0431X （24+26）+0.8376X （24+28）+0.0955X （24+29）+0.0238X(24+30)=52.0575. 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 解、6. 按分子材料受热的表现分类可分为热塑性和热固性两大类，试从高分子链结构角度加以解释之。
解、热塑性；具有线性和枝化高分子链结构，加热后变软，可反复加工再成形；热固性；具有体型（立体网状）高分子链结构，不溶于任何溶剂，也不能熔融，一旦定型后不能再改变形状，无法再生。
第二章 作业题解1、归纳总结三种典型的晶体结构的晶体学特征。
解、2、试证明理想密排六方结构的轴比c/a=1.633。
解、见图所示，等边三角形的高 a h ⋅=43 氢键；分子间作用力，氢桥，具有饱和性结合键化学键；主价键 物理键；次价键，也称范德华健 金属键；电子共有化，无饱和性，无方向性。
离子键；以离子而不是以原子为结合单元，无饱和性，无方向性。
共价键；共用电子对，有饱和性方向性。
hd2c343222222a c h c d +=⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛= 理想密排六方晶体结构中a d = 故633.138==a c 3、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。
张联盟《材料科学基础》(第2版)笔记和课后习题答案复习考研资料
张联盟《材料科学基础》（第2版）笔记和课后习题（含考研真题）详解完整版>精研学习网>免费在线试用20％资料全国547所院校视频及题库资料考研全套>视频资料>课后答案>往年真题>职称考试目录隐藏第1章材料引言1.1复习笔记1.2课后习题详解1.3名校考研真题详解第2章晶体结构2.1复习笔记2.2课后习题详解2.3名校考研真题详解第3章晶体结构缺陷3.1复习笔记3.2课后习题详解3.3名校考研真题详解第4章非晶态结构与性质4.1复习笔记4.2课后习题详解4.3名校考研真题详解第5章表面结构与性质5.1复习笔记5.2课后习题详解5.3名校考研真题详解第6章相平衡和相图6.1复习笔记6.2课后习题详解6.3名校考研真题详解第7章基本动力学过程—扩散7.1复习笔记7.2课后习题详解7.3名校考研真题详解第8章材料中的相变8.1复习笔记8.2课后习题详解8.3名校考研真题详解第9章材料制备中的固态反应9.1复习笔记9.2课后习题详解9.3名校考研真题详解第10章烧结10.1复习笔记10.2课后习题详解10.3名校考研真题详解第11章腐蚀与氧化11.1复习笔记11.2课后习题详解11.3名校考研真题详解第12章疲劳与断裂12.1复习笔记12.2课后习题详解12.3名校考研真题详解内容简介隐藏本书是张联盟主编的《材料科学基础》（第2版）的学习辅导书，主要包括以下内容：（1）梳理知识脉络，浓缩学科精华。
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材料科学基础习题及参考答案复习过程
材料科学基础习题及参考答案复习过程材料科学基础习题及参考答案材料科学基础参考答案材料科学基础第⼀次作业1.举例说明各种结合键的特点。
⑴⾦属键：电⼦共有化，⽆饱和性，⽆⽅向性，趋于形成低能量的密堆结构，⾦属受⼒变形时不会破坏⾦属键，良好的延展性，⼀般具有良好的导电和导热性。
⑵离⼦键：⼤多数盐类、碱类和⾦属氧化物主要以离⼦键的⽅式结合，以离⼦为结合单元，⽆⽅向性，⽆饱和性，正负离⼦静电引⼒强，熔点和硬度均较⾼。
常温时良好的绝缘性，⾼温熔融状态时，呈现离⼦导电性。
⑶共价键：有⽅向性和饱和性，原⼦共⽤电⼦对，配位数⽐较⼩，结合牢固，具有结构稳定、熔点⾼、质硬脆等特点，导电能⼒差。
⑷范德⽡⽿斯⼒：⽆⽅向性，⽆饱和性，包括静电⼒、诱导⼒和⾊散⼒。
结合较弱。
⑸氢键：极性分⼦键，存在于HF，H2O，NF3有⽅向性和饱和性，键能介于化学键和范德⽡尔斯⼒之间。
2.在⽴⽅晶体系的晶胞图中画出以下晶⾯和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
(213)(112)(102)[111][110][120][321]3. 写出六⽅晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶⾯族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶⾯及等价晶向的具体指数。
{1120}的等价晶⾯：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210) {1012}的等价晶⾯：(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120] 1011<>的等价晶向：[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4⽴⽅点阵的某⼀晶⾯（hkl ）的⾯间距为M /，其中M 为⼀正整数，为晶格常数。
材料科学基础作业详细答案
材料科学基础作业详细答案材料科学基础练习题参考答案第⼀章原⼦排列1. 作图表⽰⽴⽅晶系中的(123),(012),(421)晶⾯和[102],[211],[346]晶向.附图1-1 有关晶⾯及晶向2. 分别计算⾯⼼⽴⽅结构与体⼼⽴⽅结构的{100},{110}和{111}晶⾯族的⾯间距, 并指出⾯间距最⼤的晶⾯(设两种结构的点阵常数均为a ).解由⾯⼼⽴⽅和体⼼⽴⽅结构中晶⾯间的⼏何关系, 可求得不同晶⾯族中的⾯间距如附表1-1所⽰.附表1-1 ⽴⽅晶系中的晶⾯间距显然, FCC 中{111}晶⾯的⾯间距最⼤, ⽽BCC 中{110}晶⾯的⾯间距最⼤.注意: 对于晶⾯间距的计算, 不能简单地使⽤公式, 应考虑组成复合点阵时, 晶⾯层数会增加.3. 分别计算fcc和bcc中的{100},{110}和{111}晶⾯族的原⼦⾯密度和<100>,<110>和<111>晶向族的原⼦线密度, 并指出两种结构的差别. (设两种结构的点阵常数均为a) 解原⼦的⾯密度是指单位晶⾯内的原⼦数; 原⼦的线密度是指晶⾯上单位长度所包含的原⼦数. 据此可求得原⼦的⾯密度和线密度如附表1-2所⽰.可见, 在BCC中, 原⼦密度最⼤的晶⾯为{110}, 原⼦密度最⼤的晶向为<111>; 在FCC 中, 原⼦密度最⼤的晶⾯为{111}, 原⼦密度最⼤的晶向为<110>.4. 在(0110)晶⾯上绘出[2113]晶向.解详见附图1-2.附图1-2 六⽅晶系中的晶向5. 在⼀个简单⽴⽅⼆维晶体中, 画出⼀个正刃型位错和⼀个负刃型位错. 试求:(1) ⽤柏⽒回路求出正、负刃型位错的柏⽒⽮量.(2) 若将正、负刃型位错反向时, 说明其柏⽒⽮量是否也随之反向.(3) 具体写出该柏⽒⽮量的⽅向和⼤⼩.(4) 求出此两位错的柏⽒⽮量和.解正负刃型位错⽰意图见附图1-3(a)和附图1-4(a).(1) 正负刃型位错的柏⽒⽮量见附图1-3(b)和附图1-4(b).(2) 显然, 若正、负刃型位错线反向, 则其柏⽒⽮量也随之反向.(3) 假设⼆维平⾯位于YOZ坐标⾯, ⽔平⽅向为Y轴, 则图⽰正、负刃型位错⽅向分别为[010]和[010], ⼤⼩均为⼀个原⼦间距(即点阵常数a).(4) 上述两位错的柏⽒⽮量⼤⼩相等, ⽅向相反, 故其⽮量和等于0.6. 设图1-72所⽰⽴⽅晶体的滑移⾯ABCD平⾏于晶体的上下底⾯, 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, 试解答:(1) 有⼈认为“此位错环运动离开晶体后, 滑移⾯上产⽣的滑移台阶应为4个b”, 这种说法是否正确? 为什么?(2) 指出位错环上各段位错线的类型, 并画出位错移出晶体后, 晶体的外形、滑移⽅向和滑移量. (设位错环线的⽅向为顺时针⽅向)图1-72 滑移⾯上的正⽅形位错环附图1-5 位错环移出晶体引起的滑移解 (1) 这种看法不正确. 在位错环运动移出晶体后, 滑移⾯上下两部分晶体相对移动的距离是由其柏⽒⽮量决定的. 位错环的柏⽒⽮量为b , 故其相对滑移了⼀个b 的距离.(2) A ′B ′为右螺型位错, C ′D ′为左螺型位错, B ′C ′为正刃型位错, D ′A ′为负刃型位错. 位错运动移出晶体后滑移⽅向及滑移量见附图1-5.7. 设⾯⼼⽴⽅晶体中的(111)晶⾯为滑移⾯, 位错滑移后的滑移⽮量为[110]2a .(1) 在晶胞中画出此柏⽒⽮量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.解 (1) 柏⽒⽮量等于滑移⽮量, 因此柏⽒⽮量的⽅向为[110], /2.(2) 刃型位错与柏⽒⽮量垂直, 螺型位错与柏⽒⽮量平⾏, 晶向指数分别为[112]和[110], 详见附图1-6.附图1-6 位错线与其柏⽒⽮量、滑移⽮量8. 若⾯⼼⽴⽅晶体中有[101]2a b =的单位位错及[121]6a b =的不全位错, 此⼆位错相遇后产⽣位错反应.(1) 此反应能否进⾏? 为什么?(2) 写出合成位错的柏⽒⽮量, 并说明合成位错的性质.解 (1) 能够进⾏.因为既满⾜⼏何条件:[111]3a b b ==∑∑后前,⼜满⾜能量条件: . 22222133b a b a =>=∑∑后前. (2) [111]3a b =合, 该位错为弗兰克不全位错. 9. 已知柏⽒⽮量的⼤⼩为b = 0.25nm, 如果对称倾侧晶界的取向差θ = 1° 和10°, 求晶界上位错之间的距离. 从计算结果可得到什么结论?解根据bD θ≈, 得到θ = 1°,10° 时, D ≈14.3nm, 1.43nm. 由此可知, θ = 10° 时位错之间仅隔5~6个原⼦间距, 位错密度太⼤, 表明位错模型已经不适⽤了.第⼆章固体中的相结构1. 已知Cd, In, Sn, Sb 等元素在Ag 中的固熔度极限(摩尔分数)分别为0.435, 0.210, 0.130, 0.078; 它们的原⼦直径分别为0.3042 nm, 0.314 nm, 0.316 nm, 0.3228 nm; Ag 的原⼦直径为0.2883 nm. 试分析其固熔度极限差异的原因, 并计算它们在固熔度极限时的电⼦浓度.答: 在原⼦尺⼨因素相近的情况下, 熔质元素在⼀价贵⾦属中的固熔度(摩尔分数)受原⼦价因素的影响较⼤, 即电⼦浓度e /a 是决定固熔度(摩尔分数)的⼀个重要因素, ⽽且电⼦浓度存在⼀个极限值(约为1.4). 电⼦浓度可⽤公式A B B B (1)c Z x Z x =-+计算. 式中, Z A , Z B 分别为A, B 组元的价电⼦数; x B 为B 组元的摩尔分数. 因此, 随着熔质元素价电⼦数的增加, 极限固熔度会越来越⼩.Cd, In, Sn, Sb 等元素与Ag 的原⼦直径相差不超过15%(最⼩的Cd 为5.5%, 最⼤的Sb 为11.96%), 满⾜尺⼨相近原则, 这些元素的原⼦价分别为2, 3, 4, 5价, Ag 为1价, 据此推断它们的固熔度极限越来越⼩, 实际情况正好反映了这⼀规律; 根据上⾯的公式可以计算出它们在固熔度(摩尔分数)极限时的电⼦浓度分别为1.435, 1.420, 1.390, 1.312.2. 碳可以熔⼊铁中⽽形成间隙固熔体, 试分析是α-Fe 还是γ-Fe 能熔⼊较多的碳.答: α-Fe 为体⼼⽴⽅结构, 致密度为0.68; γ-Fe 为⾯⼼⽴⽅结构, 致密度为0.74. 显然, α-Fe 中的间隙总体积⾼于γ-Fe, 但由于α-Fe 的间隙数量多, 单个间隙半径却较⼩, 熔⼊碳原⼦将会产⽣较⼤的畸变, 因此, 碳在γ-Fe 中的固熔度较α-Fe 的⼤.3. 为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能⽆限互熔, ⽽间隙固熔体则不能?答: 这是因为形成固熔体时, 熔质原⼦的熔⼊会使熔剂结构产⽣点阵畸变, 从⽽使体系能量升⾼. 熔质原⼦与熔剂原⼦尺⼨相差越⼤, 点阵畸变的程度也越⼤, 则畸变能越⾼,结构的稳定性越低, 熔解度越⼩. ⼀般来说, 间隙固熔体中熔质原⼦引起的点阵畸变较⼤, 故不能⽆限互熔, 只能有限熔解.第三章凝固1. 分析纯⾦属⽣长形态与温度梯度的关系.答: 纯⾦属⽣长形态是指晶体宏观长⼤时固-液界⾯的形貌. 界⾯形貌取决于界⾯前沿液相中的温度梯度.(1) 平⾯状长⼤: 当液相具有正温度梯度时, 晶体以平直界⾯⽅式推移长⼤. 此时, 界⾯上任何偶然的、⼩的凸起深⼊液相时, 都会使其过冷度减⼩, 长⼤速率降低或停⽌长⼤,⽽被周围部分赶上, 因⽽能保持平直界⾯的推移. 长⼤过程中晶体沿平⾏温度梯度的⽅向⽣长, 或沿散热的反⽅向⽣长, ⽽其它⽅向的⽣长则受到限制.(2) 树枝状长⼤: 当液相具有负温度梯度时, 晶体将以树枝状⽅式⽣长. 此时, 界⾯上偶然的凸起深⼊液相时, 由于过冷度的增⼤, 长⼤速率越来越⼤; ⽽它本⾝⽣长时⼜要释放结晶潜热, 不利于近旁的晶体⽣长, 只能在较远处形成另⼀凸起. 这就形成了枝晶的⼀次轴, 在⼀次轴成长变粗的同时, 由于释放潜热使晶枝侧旁液体中也呈现负温度梯度, 于是在⼀次轴上⼜会长出⼩枝来, 称为⼆次轴, 在⼆次轴上⼜长出三次轴……由此⽽形成树枝状⾻架, 故称为树枝晶(简称枝晶).2. 简述纯⾦属晶体长⼤机制及其与固-液界⾯微观结构的关系.答: 晶体长⼤机制是指晶体微观长⼤⽅式, 即液相原⼦添加到固相的⽅式, 它与固-液界⾯的微观结构有关.(1) 垂直长⼤⽅式: 具有粗糙界⾯的物质, 因界⾯上约有50% 的原⼦位置空着, 这些空位都可以接受原⼦, 故液相原⼦可以进⼊空位, 与晶体连接, 界⾯沿其法线⽅向垂直推移,呈连续式长⼤.(2) 横向(台阶)长⼤⽅式: 包括⼆维晶核台阶长⼤机制和晶体缺陷台阶长⼤机制, 具有光滑界⾯的晶体长⼤往往采取该⽅式. ⼆维晶核模式, 认为其⽣长主要是利⽤系统的能量起伏, 使液相原⼦在界⾯上通过均匀形核形成⼀个原⼦厚度的⼆维薄层状稳定的原⼦集团, 然后依靠其周围台阶填充原⼦, 使⼆维晶核横向长⼤, 在该层填满后, 则在新的界⾯上形成新的⼆维晶核, 继续填满, 如此反复进⾏.晶体缺陷⽅式, 认为晶体⽣长是利⽤晶体缺陷存在的永不消失的台阶(如螺型位错的台阶或挛晶的沟槽)长⼤的.第四章相图1. 在Al-Mg 合⾦中, x Mg 为0.15, 计算该合⾦中镁的w Mg 为多少.解设Al 的相对原⼦量为M Al , 镁的相对原⼦量为M Mg , 按1mol Al-Mg 合⾦计算, 则镁的质量分数可表⽰为Mg MgMg Al Al Mg Mg 100%x M w x M x M =?+.将x Mg = 0.15, x Al = 0.85, M Mg = 24, M Al = 27代⼊上式中, 得到w Mg = 13.56%.2. 根据图4-117所⽰⼆元共晶相图, 试完成:(1) 分析合⾦I, II 的结晶过程, 并画出冷却曲线.(2) 说明室温下合⾦I, II 的相和组织是什么, 并计算出相和组织组成物的相对量.(3) 如果希望得到共晶组织加上相对量为5%的β初的合⾦, 求该合⾦的成分.图4-117 ⼆元共晶相图附图4-1 合⾦I的冷却曲线附图4-2 合⾦II的冷却曲线解(1) 合⾦I的冷却曲线参见附图4-1, 其结晶过程如下:1以上, 合⾦处于液相;1~2时, 发⽣匀晶转变L→α, 即从液相L中析出固熔体α, L和α的成分沿液相线和固相线变化, 达到2时, 凝固过程结束;2时, 为α相;2~3时, 发⽣脱熔转变, α→βII.合⾦II的冷却曲线参见附图4-2, 其结晶过程如下:1以上, 处于均匀液相;1~2时, 进⾏匀晶转变L→β;2时, 两相平衡共存, 0.50.9L β ;2~2′时, 剩余液相发⽣共晶转变0.50.20.9L βα+ ;2~3时, 发⽣脱熔转变α→βII .(2) 室温下, 合⾦I 的相组成物为α + β, 组织组成物为α + βII .相组成物相对量计算如下:αβ0.900.20100%82%0.900.050.200.05100%18%0.900.05w w -==--==- 组织组成物的相对量与相的⼀致.室温下, 合⾦II 的相组成物为α + β, 组织组成物为β初 + (α+β).相组成物相对量计算如下:αβ0.900.80100%12%0.900.050.800.05100%88%0.900.05w w -==--==- 组织组成物相对量计算如下:β(α+β)0.800.50100%75%0.900.500.900.80100%25%0.900.50w w -==--==-初 (3) 设合⾦的成分为w B = x , 由题意知该合⾦为过共晶成分, 于是有β0.50100%5%0.900.50x w -==-初所以, x = 0.52, 即该合⾦的成分为w B = 0.52.3. 计算w C 为0.04的铁碳合⾦按亚稳态冷却到室温后组织中的珠光体、⼆次渗碳体和莱⽒体的相对量, 并计算组成物珠光体中渗碳体和铁素体及莱⽒体中⼆次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体的相对量.解根据Fe-Fe 3C 相图, w C = 4%的铁碳合⾦为亚共晶铸铁, 室温下平衡组织为 P + Fe 3C II + L d ′, 其中P 和Fe 3C II 系由初⽣奥⽒体转变⽽来, 莱⽒体则由共晶成分的液相转变⽽成, 因此莱⽒体可由杠杆定律直接计算, ⽽珠光体和⼆次渗碳体则可通过两次使⽤杠杆定律间接计算出来.L d ′相对量: d L 4 2.11100%86.3%4.3 2.11w '-==-.Fe 3C II 相对量: 3II Fe C 4.34 2.110.77100% 3.1%4.3 2.11 6.690.77w --=??=--. P 相对量: P 4.34 6.69 2.11100%10.6%4.3 2.11 6.690.77w --=??=--. 珠光体中渗碳体和铁素体的相对量的计算则以共析成分点作为⽀点, 以w C = 0.001%和w C = 6.69%为端点使⽤杠杆定律计算并与上⾯计算得到的珠光体相对量级联得到.P 中F 相对量: F P 6.690.77100%9.38%6.690.001w w -=??=-. P 中Fe 3C 相对量: 3Fe C 10.6%9.38% 1.22%w =-=.⾄于莱⽒体中共晶渗碳体、⼆次渗碳体及共析渗碳体的相对量的计算, 也需采取杠杆定律的级联⽅式, 但必须注意⼀点, 共晶渗碳体在共晶转变线处计算, ⽽⼆次渗碳体及共析渗碳体则在共析转变线处计算.L d ′中共晶渗碳体相对量: d Cm L4.3 2.11100%41.27%6.69 2.11w w '-=??=-共晶 L d ′中⼆次渗碳体相对量: d Cm L 6.69 4.3 2.110.77100%10.2%6.69 2.11 6.690.77w w '--==--IIL d ′中共析渗碳体相对量: d Cm L 6.69 4.3 6.69 2.110.770.0218100% 3.9%6.69 2.11 6.690.77 6.690.0218w w '---==---共析 4. 根据下列数据绘制Au-V ⼆元相图. 已知⾦和钒的熔点分别为1064℃和1920℃. ⾦与钒可形成中间相β(AuV 3); 钒在⾦中的固熔体为α, 其室温下的熔解度为w V = 0.19; ⾦在钒中的固熔体为γ, 其室温下的熔解度为w Au = 0.25. 合⾦系中有两个包晶转变, 即1400V V V 1522V V V (1) β(0.4)L(0.25)α(0.27)(2) γ(0.52)L(0.345)β(0.45)w w w w w w =+===+== ℃℃解根据已知数据绘制的Au-V ⼆元相图参见附图4-3.附图4-3 Au-V ⼆元相图第五章材料中的扩散1. 设有⼀条直径为3cm 的厚壁管道, 被厚度为0.001cm 的铁膜隔开, 通过输⼊氮⽓以保持在膜⽚⼀边氮⽓浓度为1000 mol/m 3; 膜⽚另⼀边氮⽓浓度为100 mol/m 3. 若氮在铁中700℃时的扩散系数为4×10-7 cm 2 /s, 试计算通过铁膜⽚的氮原⼦总数.解设铁膜⽚左右两边的氮⽓浓度分别为c 1, c 2, 则铁膜⽚处浓度梯度为7421510010009.010 mol /m 110c c c c x x x --??-≈===- 根据扩散第⼀定律计算出氮⽓扩散通量为722732410(10)(9.010) 3.610 mol/(m s)c J D x---?=-=--?=?? 于是, 单位时间通过铁膜⽚的氮⽓量为 3-22-63.610(310) 2.5410 mol/s 4J A π-==?最终得到单位时间通过铁膜⽚的氮原⼦总数为-62318-1A () 2.5410 6.02102 3.0610 s N J A N =?==?第六章塑性变形1. 铜单晶体拉伸时, 若⼒轴为 [001] ⽅向, 临界分切应⼒为0.64 MPa, 问需要多⼤的拉伸应⼒才能使晶体开始塑性变形?解铜为⾯⼼⽴⽅⾦属, 其滑移系为 {111}<110>, 4个 {111} ⾯构成⼀个⼋⾯体, 详见教材P219中的图6-12.当拉⼒轴为 [001] ⽅向时, 所有滑移⾯与⼒轴间的夹⾓相同, 且每个滑移⾯上的三个滑移⽅向中有两个与⼒轴的夹⾓相同, 另⼀个为硬取向(λ = 90°). 于是, 取滑移系(111)[101]进⾏计算.ks cos cos cos cos 0.64 1.57 MPa.m m ?λ?λτσ========= 即⾄少需要1.57 MPa 的拉伸应⼒才能使晶体产⽣塑性变形.2. 什么是滑移、滑移线、滑移带和滑移系? 作图表⽰α-Fe, Al, Mg 中的最重要滑移系. 那种晶体的塑性最好, 为什么?答: 滑移是晶体在切应⼒作⽤下⼀部分相对于另⼀部分沿⼀定的晶⾯和晶向所作的平⾏移动; 晶体的滑移是不均匀的, 滑移部分与未滑移部分晶体结构相同. 滑移后在晶体表⾯留下台阶, 这就是滑移线的本质. 相互平⾏的⼀系列滑移线构成所谓滑移带. 晶体发⽣滑移时, 某⼀滑移⾯及其上的⼀个滑移⽅向就构成了⼀个滑移系.附图6-1 三种晶体点阵的主要滑移系α-Fe具有体⼼⽴⽅结构, 主要滑移系可表⽰为{110}<111>, 共有6×2 = 12个; Al具有⾯⼼⽴⽅结构, 其滑移系可表⽰为{111}<110>, 共有4×3 = 12个; Mg具有密排六⽅结构, 主要滑移系可表⽰为{0001}1120<>, 共有1×3 = 3个. 晶体的塑性与其滑移系的数量有直接关系, 滑移系越多, 塑性越好; 滑移系数量相同时, ⼜受滑移⽅向影响, 滑移⽅向多者塑性较好, 因此, 对于α-Fe, Al, Mg三种⾦属, Al的塑性最好, Mg的最差, α-Fe居中. 三种典型结构晶体的重要滑移系如附图6-1所⽰.3. 什么是临界分切应⼒? 影响临界分切应⼒的主要因素是什么? 单晶体的屈服强度与外⼒轴⽅向有关吗? 为什么?答:滑移系开动所需的作⽤于滑移⾯上、沿滑移⽅向的最⼩分切应⼒称为临界分切应⼒.临界分切应⼒τk的⼤⼩主要取决于⾦属的本性, 与外⼒⽆关. 当条件⼀定时, 各种晶体的临界分切应⼒各有其定值. 但它是⼀个组织敏感参数, ⾦属的纯度、变形速度和温度、⾦属的加⼯和热处理状态都对它有很⼤影响.如前所述, 在⼀定条件下, 单晶体的临界分切应⼒保持为定值, 则根据分切应⼒与外加轴向应⼒的关系: σs= τk/ m, m为取向因⼦, 反映了外⼒轴与滑移系之间的位向关系, 因此, 单晶体的屈服强度与外⼒轴⽅向关系密切. m越⼤, 则屈服强度越⼩, 越有利于滑移.4. 孪⽣与滑移主要异同点是什么? 为什么在⼀般条件下进⾏塑性变形时锌中容易出现挛晶, ⽽纯铁中容易出现滑移带?答:孪⽣与滑移的异同点如附表6-1所⽰.锌为密排六⽅结构⾦属, 主要滑移系仅3个, 因此塑性较差, 滑移困难, 往往发⽣孪⽣变形, 容易出现挛晶; 纯铁为体⼼⽴⽅结构⾦属, 滑移系较多, 共有48个, 其中主要滑移系有12个, 因此塑性较好, 往往发⽣滑移变形, 容易出现滑移带.第七章回复与再结晶1. 已知锌单晶体的回复激活能为8.37×104 J/mol, 将冷变形的锌单晶体在-50 ℃进⾏回复处理, 如去除加⼯硬化效应的25% 需要17 d, 问若在5 min 内达到同样效果, 需将温度提⾼多少摄⽒度?解根据回复动⼒学, 采⽤两个不同温度将同⼀冷变形⾦属的加⼯硬化效应回复到同样程度, 回复时间、温度满⾜下述关系:122111exp t Q t R T T =-- ? ?整理后得到221111ln T t R T Q t =+. 将41211223 K,/5/(172460),8.3710 J/mol, 8.314 J/(mol K)4896T t t Q R ==??==?=?代⼊上式得到2274.7 K T =.因此, 需将温度提⾼21274.722351.7 T T T ?=-=-=℃.2. 纯铝在553 ℃和627 ℃等温退⽕⾄完成再结晶分别需要40 h 和1 h, 试求此材料的再结晶激活能.解再结晶速率v 再与温度T 的关系符合阿累尼乌斯(Arrhenius)公式, 即exp()Q v A RT=-再其中, Q 为再结晶激活能, R 为⽓体常数.如果在两个不同温度T 1, T 2进⾏等温退⽕, 欲产⽣同样程度的再结晶所需时间分别为t 1, t 2, 则122112122111 exp[()]ln(/)t Q t R T T RTT t t Q T T =--?=- 依题意, 有T 1 = 553 + 273 = 826 K, T 2 = 627 + 273 = 900 K, t 1 = 40 h, t 2 = 1 h, 则58.314826900ln(40/1) 3.0810J/mol 900826Q =?-3. 说明⾦属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长⼤各阶段的显微组织、机械性能特点与主要区别.答: ⾦属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长⼤各阶段的显微组织、机械性能特点与主要区别详见附表7-1.附表7-1 ⾦属在冷变形、回复、再结晶及晶粒长⼤各阶段的显微组织、机械性能第⼋章固态相变。
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。
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%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。
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。
材料科学基础作业2-答案
《材料科学基础Ⅰ》作业（2）一、名词解释合金，组元，相，固溶体，Page60、61金属化合物合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同的固相称金属化合物。
，共晶转变，包晶转变，共析转变，晶内偏析，Page76变质处理，Page54固溶强化，随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。
组织组成物，组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。
异质形核，（非均匀形核、非自发形核）Page 41异分结晶（选择结晶）Page 74二、填空1. 铸锭组织的三个典型区域是（）、（）和（）。
2．二元合金具有匀晶相图的条件是（）3．二元合金具有共晶相图的条件是（）4．二元合金具有包晶相图的条件是（）三、简答1. 二元合金形成无限固溶体的必要条件Page63组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才有可能形成无限固溶体。
2. 置换原子与间隙原子的固溶强化效果哪个大？为什么？产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用。
间隙原子产生的晶格畸变更大因而固溶效果更大3. 合金的结晶与纯金属相比有何特点？Page 74固溶体结晶特点：1）不同异分结晶选择结晶分配系数：02）成分起伏3）四、分析题1．已知金属A（熔点600℃）与金属B（熔点500℃）在液态无限互溶，在固态300℃时A溶于B形成固溶体α的最大溶解度30%，室温时溶解度为10%，300℃时B溶于A中形成固溶体β的最大溶解度是15%，室温时溶解度为5%；在300℃时，含40%B的液态合金发生共晶反应，要求：（1）作出A-B合金相图（2）分析含20%A，60%A，80%A合金的结晶过程，并画出冷却曲线。
1．已知金属A（熔点600℃）与金属B（熔点500℃）在液态无限互溶，在固态300℃时B溶于A形成固溶体α的最大溶解度30%，室温时溶解度为10%，300℃时A溶于B中形成固溶体β的最大溶解度是15%，室温时溶解度为5%；在300℃时，含40%B的液态合金发生共晶反应，要求：（1）作出A-B合金相图（2）分析含20%A，60%A，80%A合金的结晶过程，并画出冷却曲线。
材料科学基础A2复习提纲 部分答案-2013教材
As: 马氏体向奥氏体逆相变开始转变温度。
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材料科学基础A
材料科学基础A下复习课
何谓球化退火？为什么过共析钢必须采用球化退火而不采用 完全退火？ 答：（1）将钢件加热到Ac1以上30～50℃，保温一定时间后随
炉缓慢冷却至600℃后出炉空冷。
（2）过共析钢组织若为层状渗碳体和网状二次渗碳体时，不 仅硬度高，难以切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火 变形及开裂。通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为 球状渗碳体，以降低硬度，均匀组织、改善切削加工性。
材料科学基础A下复习课
第9章 复习提纲
一、名词解释
奥氏体，本质晶粒度
托氏体，索氏体，珠光体 马氏体，过冷奥氏体，残余奥氏体，K-S关系 板条马氏体，片状马氏体 上贝氏体，下贝氏体 TTT曲线，CCT曲线，临界淬火冷却速度 魏氏体，回火脆性，回火马氏体
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材料科学基础A
足够时间（3-8小时）后测定的钢中晶粒的大小。
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2）珠光体、索氏体、托氏体、贝氏体、马氏体；
答：珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。
索氏体：在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。
托氏体：在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。 贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。 马氏体：碳在α -Fe中的过饱和固溶体。 江苏科技大学 材料科学与工程学院
试述奥氏体的形成过程及控制奥氏体晶粒的方法。
答： 加热时奥氏体形成的基本过程可分为： 奥氏体晶共析钢加核形成、奥氏体晶核长大、残余渗碳体 的溶解和奥氏体成分均匀化。
影响奥氏体晶粒度的因素有：
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。
材料科学基础习题及参考答案
材料科学基础参考答案材料科学基础第一次作业1.举例说明各种结合键的特点。
⑴金属键：电子共有化，无饱和性，无方向性，趋于形成低能量的密堆结构，金属受力变形时不会破坏金属键，良好的延展性，一般具有良好的导电和导热性。
⑵离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键的方式结合，以离子为结合单元，无方向性，无饱和性，正负离子静电引力强，熔点和硬度均较高。
常温时良好的绝缘性，高温熔融状态时，呈现离子导电性。
⑶共价键：有方向性和饱和性，原子共用电子对，配位数比较小，结合牢固，具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点，导电能力差。
⑷范德瓦耳斯力：无方向性，无饱和性，包括静电力、诱导力和色散力。
结合较弱。
⑸氢键：极性分子键，存在于HF，H2O，NF3有方向性和饱和性，键能介于化学键和范德瓦尔斯力之间。
2.在立方晶体系的晶胞图中画出以下晶面和晶向：（1 0 2）、（1 1 -2）、（-2 1 -3），[1 1 0],[1 1 -1],[1 -2 0]和[-3 2 1]。
(213)3. 写出六方晶系的{1 1 -20}，{1 0 -1 2}晶面族和<2 -1 -1 0>,<-1 0 1 1>晶向族中各等价晶面及等价晶向的具体指数。
{1120}的等价晶面：(1120)(2110)(1210)(1120)(2110)(1210){1012}的等价晶面：(1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112) (1012)(1102)(0112)(1012)(1102)(0112)2110<>的等价晶向：[2110][1210][1120][2110][1210][1120]1011<>的等价晶向：[1011][1101][0111][0111][1101][1011][1011][1101][0111][0111][1101][1011]4立方点阵的某一晶面（hkl ）的面间距为M /，其中M 为一正整数，为晶格常数。
材料科学基础作业习题及答案
材料科学基础作业习题及答案绪论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？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。
【上海交大材料科学基础复习要点(原版)】材基I第二次作业
2010年材料科学基础I第二次作业
1. 解释下列术语：合金、组元、相、固溶体、金属间化合物、超结
构、负电性和电子浓度。
2. 含w(Mo)为12.3% （重量百分比）、w(C)为1.34%的奥氏体钢，
点阵常数为0.3624 nm，密度为7.83 g/cm3，C、Fe、Mn的相对原子质量分别为12.01、55.85、54.94，试判断此固溶体的类型。
3. Cu-Zn和Cu-Sn组成固溶体最多可溶入多少原子数分数的Zn和
Sn？若Cu晶体中固溶入Zn的原子数分数为10%，最多还能溶入多少原子数分数的Sn？
4. 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) ρ和K？
5. 金刚石是最典型的共价键晶体，其键长为0.1544 nm，试计算金
刚石结构的致密度, 当它转换成石墨结构(密度为2.25 g/cm3)时，求其体积改变百分数？。
材料科学基础-复习答案-学生用 2
材料科学基础复习重点知识点及典型例题一、简答题：1、测定扩散系数的方法。
示踪原子扩散方法、化学扩散方法、弛豫方法、核方法。
2、产生柯肯达尔效应的原因由于两种原子以不同速度相对扩散而造成标记面的漂移。
3、影响扩散系数的因素：温度、晶体结构及固溶体类型、各向异性、第三组元、晶体缺陷、4、稳定化合物：是指具有一定的熔点，而且在熔点以下都能保持自身固有的结构而不发生分解的化合物。
5、二元相图的几何规律：1.两个单相区只能交与一点，而不能交成线段、2.两个单相区之间，必定是一个由这两个单相构成的两相区、3三相共存区，必定是一条水平线，该水平线必须与由这3个相组合而成的3个两相区相邻、4如果两个恒温转变中有两个是相同的相，那么在这两条水平线之间一定是由这两个相组成的两相区、5.两相区和单相区的分界线与三相等温水平线相交，则分界线的延长线进入另一个两相区，而不会进入单相区。
6、相区接触法则：在二元系相图中，相邻相区中相的数目只能相差一个，这一规律称作相区接触法则。
7、晶胞的选取原则1.几何形状与晶体具有同样的对称性、2.平面六面体内相等的棱与角的数目最多、3.当平行六面体棱间有直角时，直角数目最多、4.在满足上述条件下，晶包体积应最小。
8、形成置换固溶体的条件和影响溶解度因素:1.条件：溶质取代了溶剂中原子或离子所形成的固溶体、2影响：原子或离子的尺寸的影响、晶体结构类型的影响、电负性的影响、电子浓度的影响。
9、碳对铁碳合金的组织与性能的影响:1.碳对铁碳合金平衡组织的影响：当含碳量增加时，使铁碳合金组成相的相对含量发生变化，从而导致不同性质的结晶。
2.碳对合金机械性能的影响：当含碳量达到0.77%时，铁碳合金不仅具有较高的强度和硬度，也具有一定的塑性和韧性，当>0.77%时，铁碳合金的塑性韧性降低。
3.碳对合金工艺性能的影响：10、写出下列缺陷反应式：(1) CaCl2固溶在NaCl晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS)CaCl2+2NaCl→→Ca·Na+2Clcl+V’Na(2) MgO固溶在Na2O晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS)MgO+Na2O→→Mg·Na+Oo+V’Na(3) Al2O3固溶在MgO晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS)Al2O3+3MgO→→2Al·Mg+3Oo+V”Mg(4) YF3固溶在CaF2晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS)2YF3+3CaF2→→2Y·Ca+6F F+V”Ca(5) MgO固溶在ZrO2晶体中(产生负离子空位，生成置换型SS)MgO+ZrO2→→Mg”zr+Oo+V··o11、材料科学基础《材料科学基础》系统地介绍了材料科学的基础理论，探讨材料的共性和普遍规律。
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二、晶体缺陷
1.解释名词：
柏氏矢量：表征由位错错造成的晶格扭曲的程度和方向。
柏氏矢量的方向：位错的性质与取向，表示位错运动导致晶体滑移的方向。
柏氏矢量的模：位错畸变的程度，也表示位错运动导致晶体滑移的大小。
层错：原子面堆垛顺序的错排
空位：在晶格的结点位置上，由于占位的原子缺失造成所在区域偏离晶体结构正常排列的一种点缺陷。
小角度晶界：相邻晶粒之间错配较小，晶粒之间转动角度小于10°~15°，晶界就称为小角度晶界。
共格相界：不同相之间的界面上的原子同时位于两相晶格的结点上，即两相的晶格是彼此衔接的，界面上的原子为两者共有。
螺型位错：在剪切应力作用下晶体产生扭曲，晶体的上部分相对于晶体的下部分向右偏移了一个原子的距离。
晶格扭曲与位错线保持一致，滑移面上、下原子面上的原子绕位错连接起来可以形成螺旋形路径。
2.纯Cu的空位形成能是1.5aJ/atom(1aJ = 10-18J)，将纯Cu加热到850℃后激冷
到室温（20℃），如果高温下的空位全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。
解： Qv=1.5*10-18 J/atom
K=1.38*10-23J/(atom·K)
N=ρNa/A=8.0*1028 atoms/m³
T1=1123K Nv1=N exp{-Qv/kT1}=7.37×10-14
T2=293K Nv2=N exp{-Qv/kT2}
过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值为：
Nv1/Nv2=1.2×10-119
3. 计算Fe 在 850o C 时，每立方米体积中的空位数。
已知Fe 在850o 时的空位形
成能、密度及原子重量分别为1.08 eV/atom 、7.65 g/cm 3、55.85 g/mol 。
解： 每立方米n （Fe ）=Nv*ρ*M=8.15 x 1019
空位分数：Nv/N=exp{-Qv/(kT)}=0.000014
每立方米体积中的空位数：n *Nv/N=1.14×1015
4. 在晶体的同一滑移面上有两个半径分别为r1和r2的位错环，其中r1>r2，它
们的柏氏矢量相同，试问在切应力作用下何者更容易运动？为什么？
答： r1更容易运动。
已知b 相同，r1>r2
∵ τ=Gb/2r, ∴τ1<τ2，
即r1所需切应力更小，所以r1更容易运动
5. 判断下列位错反应能否进行：]111[3
]211[6]110[2a a a →+；]111[2
]111[6]112[3a a a →+
解： （1） ]111[3]211[6]110[2a a a →+可以进行。
几何条件： []
]111[32226]211[6]110[2a a a a ==+满足。
能量条件：反应前
2
2222222132)12)1(6(])1(12[b 2a a a =++-+-+=
反应后
2
1222222231])1(113[b a a b ＜=-++=满足。
所以可以进行。
（2） ]111[2]111[6]112[3a a a →+
几何条件： []]111[23336]111[6]112[3a a a a ==+满足。
能量条件：反应前 2
222222222143))1(116(]2113[a a a b =-+++++=
反应后
2
1222222243)1112(b a a b ＝=++=不满足。
故无外力作用时，该位错反应不能进行。
6. 根据晶粒的位相差及结构特点，晶界有哪些类型？有何特点属性？
答：小角度晶界和大角度晶界。
小角度晶界，晶粒之间转动角度小于10°~15°
包括：①对称倾斜晶界：晶界的界面对于两个晶粒是对称的
θ=b/D ，D 为位错间距
②不对称倾斜晶界：倾斜晶界的界面绕x 轴转了一个角度φ，两晶粒间的位相差
仍为θ角
③旋转晶界：可看做由相互交叉的螺型位错组成
（2）大角度晶界，晶粒间取向错配较大
包括“重合位置点阵”。
7. If the atomic radius of copper is 0.128nm, determine the magnitude of the Burgers
vector for copper.
Solution
Copper has a FCC crystal structure ，
The close-packed plane is<110>
∴the magnitude of the Burgers vector for copper 256.0128.022011222=⨯==++=→R a b
8. 如图，在晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到均
匀切应力τ和σ的作用。
（1）分析该位错环各段位错的结构类型；
（2）在τ的作用下，该位错环将如何运动？
（3）在σ的作用下，位错环将如何运动？
答：
（1）AB ：右螺型位错；BC ：正刃型位错；
CD ：左螺型位错；DA ：负刃型位错；
（2）位错环上部的晶体向柏氏矢量b 的方向运动，下部反方向运动。
（3）AB 和CD 不运动，而BC 和DA 则在拉应力作用下发生攀移。
9. 试分析在（111）面上运动的柏氏矢量为]101[2a
b =ϖ的螺型位错受阻时，能否通过交滑移转移到)111(),111(),
111(面中的某个面上继续运动？为什么？ 解：可以交滑移转移到)111(，另两个面则不可以
∵（111）与)111(相交于 ]101[，具有相同的柏氏矢量
]101[2a b =ϖ
，。