材料科学基础课后作业第三章

3-3.有两个形状、尺寸均一样的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的w Ni=90%，另一个铸件的w Ni=50%，铸后自然冷却。

问凝固后哪个铸件的偏析严峻？什么缘故？找出排除偏析的方法。

答：合金在凝固进程中的偏析与溶质原子的再分派系数有关，再分派系数为k0=Cα/C L。

对一给定的合金系，溶质原子再分派系数与合金的成份和原子扩散能力有关。

依照Cu-Ni合金相图，在必然成份下凝固，合金溶质原子再分派系数与相图固、液相线之间的水平距成正比。

当w Ni=50% 时，液相线与固相线之间的水平距离更大，固相与液相成份不同越大；同时其凝固结晶温度比w Ni=90%的结晶温度低，原子扩散能力降低，因此比偏析越严峻。

一样采纳在低于固相线100~200℃的温度下，长时刻保温的均匀化退火来排除偏析。

3-6.铋〔熔点为℃〕和锑〔熔点为℃〕在液态和固态时均能彼此无穷互溶，w Bi=50%的合金在520℃时开场凝固出成份为w Sb=87%的固相。

w Bi=80%的合金在400℃时开场凝固出成份为w Sb=64%的固相。

依照上述条件，要求：1)绘出Bi-Sb相图，并标出各线和各相区的名称；2〕从相图上确信w Sb=40%合金的开场结晶终了温度，并求出它在400℃时的平稳相成份及其含量。

解：1〕相图如以下图；2〕从相图读出结晶开场温度和结晶终了温度别离为495℃〔左右〕，350℃〔左右〕固、液相成份w Sb(L) =20%, w Sb(S)=64%固、液相含量：%5.54%10020-6440-64=⨯=L ω%5.45%100)1(=⨯-=L Sωω3-7.依照以下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℃；w B =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；w B =50%的合金在500℃结晶完毕后，那么由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%。

材料科学基础第三章典型晶体结构.答案

NaCl型结构在三维方向上键力分布比较均匀，因此其结构无明显解理（晶体沿某个晶面劈裂的现象称为解理），破碎后颗粒呈现多面体形状。
类似于NaCl型晶体结构的晶体较多，只是晶胞参数不同而已。
常见的NaCl型晶体都是碱土金属氧化物和过渡金属的二价氧化物。化学式可写为MO，其中M2＋是二价金属离子，结构中M2＋和O2－分别占据了 NaCl中钠离子和氯离子的位置。这些氧化物有很高的熔点，尤其是MgO（矿物名称方镁石），其熔点高达2800℃左右，是碱性耐火材料镁砖中的主要晶相。
反萤石型结构：在萤石型结构中正、负离子位置全部互换，并没有改变结构形式，只是正、负离子位置对调。如Na2O
结构-性能关系：CaF2熔点较低，用作助熔剂/作晶核剂。质点间键力较NaCl强硬度稍高（莫氏4级），熔点1410C，在水中溶解度小。
表示方法：球体堆积法；坐标法；投影图；配位多面体
连接方式
0,100
50
0,100
75 50
25 0,100
25 0,100
50
75
50
0,100
与金刚石晶胞的对比，有什么不同？
同型结构的晶体β-SiC,GaAs,AlP 等
5、-ZnS（纤锌矿）型结构（AB type）
六方晶系，简单六方格子
C
50
0,100
晶胞在（001）面的投影图
晶胞中由几套等同点？
在坐标为000和坐标为1/4 1/4 3/4 的原子的环境是不同的，它们不能独立抽象为一类等同点，这是两类等同点。最后，它的布拉维格子仍为面心立方格子。
这种结构可以看成是由2个面心立方布拉维格子穿插而成：这2个面心立方格子（图中的灰色和红色点）沿体对角线相对位移动a/4<111>。

材料科学基础第三章作业题

本次作业为第三章的习题，请同学们使用A4稿纸作答，不需抄题目，注明本次作业的章数，题号、学生姓名、班级、学号，这次作业暂定为10月31号（星期五）交。

1．铜的空位形成能191.710
J -⨯，计算1000℃时，1cm 3铜中包含的空位数，铜的密度为8.9g/cm 3，原子量63.5，波尔兹漫常数231.3810
/K J K -=⨯。

2． Cu 晶体中有一位错b =[101]2a ，其位错线方向为[010]，计算该位错应变能，已知点阵常数0.35Cu a nm =，切变模量 10410Cu G Pa =⨯
3．如图某晶体滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀且应力τ的作用，分析： ① 该位错环各段位错的结构类型；
② 各段位错线所受力的大小及方向；
③ 在τ的作用下，该位错环将要如何运动；
④ 在τ的作用下，若要使它在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？
4. 判断下面的位错反应能否进行，说明理由
5.某fcc金属中可动滑移系为(111)[110]
①判断能够造成滑移的柏氏矢量；
②如果滑移是通过单位纯刃位错发生的，求出位错线方向；
③如果滑移是通过单位纯螺位错发生的，求出位错线方向；
④设作用在(111)的[110]方向的切应力为700kPa，如果这个力作用在（a）单位纯
刃位错上；（b）单位纯螺位错上；分别求单位位错线上所受的力的大小和方向。

武汉理工材料科学基础第三章部分习题

瓷釉结构中各离子所处的位置。 5、在硅酸盐玻璃和硼酸盐玻璃中，随着R2O的引入(<25mol％), 玻璃熔体的粘度怎样变化？试用聚合物理论解释。 6、解释B2O3含量10mol％，SiO2含量90mol％的熔体，在冷却过程中各自形成两个互不相容的分层玻璃，而加入适量Na2O后，能得到均匀的玻璃。 7、论证形成玻璃必须具有混合键。 8、说明为什么镁橄榄石熔体不易形成玻璃而长石熔体易形成玻璃？
分析：要应用关系式，必须换算成mol%。
解：玻璃组成
Na2O
CaO
SiO2
wt%
mol mol%
13
0.21 12.6
13
0.23 13.8
74
1.23 73.6
O 12.6 13.8 73.6 2 R ＝＝＝ 2.36 Si 73.6
Z＝4
X＝2R－Z＝2×2.36－4＝0.72 Y＝Z－X＝4－0.72＝3.28
3-7 (b) 上述数据是在恒压下取得，在恒容下，预计活化能会有所不同。因为恒容时熔体所受压力应增加，这将使其粘
度增大，从而改变了活化能值。
3－9 在SiO2中应加入多少Na2O,使玻璃的O/Si＝2.5，此时析晶能力是增强还是削弱？
解；假定引入的Na2O的mol含量为 x ，则SiO2的mol含量为 1－x
网络状，且聚合程度高，故可形成玻璃。但当O/Si＝3时，由于碱金属氧化物明显增加，使熔体中分子较小的低聚合物增加，熔体粘度变小，故可易结晶而不易形成玻璃。
3、在硅酸盐熔体析晶的成核速率、生长速率随T变化的关系图中，标出哪一条曲线代表成核速率，哪一条曲线代表生长速率？为什么？
速率
u IV
第三章熔体和玻璃体

《材料科学基础》课后习题（西工大版）

《材料科学基础》课后习题（西⼯⼤版）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 。

材料科学基础课后习题及答案_第三章

第三章答案3-2略。

3-2试述位错的基本类型及其特点。

解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。

刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。

螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。

3-3非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？解：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。

由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。

3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。

2.<15%连续。

3.>40%不能形成固熔体。

（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。

（3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。

（4）场强因素。

（5）电负性：差值小，形成固熔体。

差值大形成化合物。

影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。

（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。

一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。

（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。

3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。

解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生；（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应；（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、硬度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。

材基第三章习题及答案

第三章作业与习题的解答一、作业：2、纯铁的空位形成能为105 kJ/mol 。

将纯铁加热到850℃后激冷至室温（20℃），假设高温下的空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。

(e 31.8=6.8X1013）6、如图2-56，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。

（1）分析该位错环各段位错的结构类型。

（2）求各段位错线所受的力的大小及方向。

（3）在τ的作用下，该位错环将如何运动？（4）在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大？解：（2）位错线受力方向如图，位于位错线所在平面，且于位错垂直。

（3）右手法则（P95）：（注意：大拇指向下，P90图3.8中位错环ABCD 的箭头应是向内，即是位错环压缩）向外扩展（环扩大）。

如果上下分切应力方向转动180度，则位错环压缩。

A B CDττ(4) P103-104： 2sin 2d ϑτdT s b =θRd s =d ； 2/sin 2θϑd d= ∴ τττkGb b kGb b T R ===2 注：k 取0.5时，为P104中式3.19得出的结果。

7、在面心立方晶体中，把两个平行且同号的单位螺型位错从相距100nm 推进到3nm 时需要用多少功（已知晶体点阵常数a=0.3nm,G=7﹡1010Pa ）？ (3100210032ln 22ππGb dr w r Gb ==⎰； 1.8X10-9J ）8、在简单立方晶体的（100）面上有一个b=a[001]的螺位错。

如果它(a)被（001）面上b=a[010]的刃位错交割。

(b)被（001）面上b=a[100]的螺位错交割，试问在这两种情形下每个位错上会形成割阶还是弯折？（（a ）：见P98图3.21， NN ′在（100）面内，为扭折，刃型位错；(b)图3.22，NN ′垂直（100）面，为割阶，刃型位错）9、一个]101[2-=a b 的螺位错在（111）面上运动。

3 材料科学基础习题库第3章凝固2021年0313ampnbsp

3 材料科学基础习题库第3章凝固2021年0313ampnbsp20.纯金属均匀形核时，形核率随过冷度的增加而增加。

（）21.实际金属凝固时，过冷度很小，这主要是由于非均匀形核的原因。

（） 22.临界晶核半径主要取决于过冷度，过冷度越大，临界晶核半径越小。

（） 23.非均匀形核功大小主要取决于过冷度，过冷度越大，临界形核功越小。

（） 24.纯金属凝固时，要得到枝晶组织，界面前沿液体中的温度梯度必须是正的温度梯度.( )25.在实际生产中，纯金属凝固后形成具有三个晶区的铸锭组织。

（） 26.实际金属凝固时过冷度越大，形核率越大。

（）27．液态金属结构与固态金属结构比较接近，而与气态金属相差较远。

28．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大、小，都能保证结晶过程得以进行。

29．当纯金属结晶时，形核率总是随着过冷度的增大而增加。

( ) 30．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。

( ) 31．金属晶体各向异性的产生，与不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度相关。

( )32．金属的结晶过程分为两个阶段，即先形核，形核停止之后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。

(三) 选择题1 液态金属结晶的基本过程是 A．边形核边长大 B．先形核后长大C．自发形核和非自发形核 D．枝晶生长2．液态金属结晶时，越大，结晶后金属的晶粒越细小。

A．形核率N B．长大率G C．比值N／G D．比值G／N 3．过冷度越大，则 A．N增大、G减少，所以晶粒细小 B．N增大、G增大，所以晶粒细小 C N增大、G增大，所以晶粒粗大 D．N减少、G减少，所以晶粒细小 4．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将。

A．越高 B 越低 C．越接近理论结晶温度 D．没有变化5．若纯金属结晶过程处在液—固两相平衡共存状态下，此时的温度将比理论结晶温度A．更高 B．更低 C；相等 D．高低波动6．在实际金属结晶时，往往通过控制N／G比值来控制晶粒度。

材基A第3讲-扩散-作业

材料科学基础A第三章固态扩散习题一、名词解释。

（每个2分）固态扩散扩散第一定律（菲克第一定律）扩散第二定律（菲克第二定律）原子扩散反应扩散上坡扩散下坡扩散扩散激活能间隙扩散空位扩散柯肯达尔效应自扩散（本征扩散）互扩散（异扩散）体扩散短路扩散二、判断题。

（每小题1分）1、扩散一律说明扩散通量与浓度梯度呈正比，因此存在浓度梯度是扩散的必要条件。

（）2、在影响扩散的诸因素中，最主要的并且可以控制的因素是温度。

( )3、固溶体的扩散总是受浓度梯度的控制，溶质原子总是自浓度高处向低处扩散。

（）4、对扩散系数影响最强烈的因素是晶体结构因素。

（）5、碳在α－Fe中扩散系数大于碳在γ－Fe中的扩散系数，所以，钢的渗碳常在铁素体中进行。

（）6、在不同晶粒度纯铁中扩散时，C原子在细晶粒中的扩散速度小于在粗晶粒中的扩散速度。

（）三、填空题。

（每空1分）1、扩散第一定律的适用于恒温常扩散系数下的态扩散，在扩散中合金各处的浓度（C）及浓度梯度（dc/dx）不随改变。

2、低碳钢进行工业渗碳时，渗层厚度与渗碳时间呈规律，增加一倍扩散深度则要延长倍的扩散时间。

3、原子的迁移导致扩散，扩散的驱动力是。

4、在二元合金系扩散层组织中不能出现相区，如果出现将使消失，则扩散停止。

5、对于一定材料而言，温度越高扩散系数D越，越易于扩散；扩散激活能约，越易于扩散。

6、纯金属组元A和B（熔点较低）构成的扩散偶，焊缝处加上W丝，加热至高温长时间扩散，发现W丝向一侧飘移。

7、纯金属的形核和长大需要原子的扩散完成，扩散的驱动力是。

四、选择题。

（每小题2分）1、当温度相同时，溶质原子在置换固溶体中的主要扩散机制是（）。

A、直接换位B、环形换位C、空位扩散D、间隙扩散2、纯金属的形核和长大需要原子的扩散完成，这种扩散称为本征扩散，其扩散驱动力是（）。

A、浓度梯度B、化学位梯度C、表面能的降低3、含碳量为0.8％的碳钢，在900℃的脱碳气氛中保温，此时与气氛相平衡的表面碳浓度为0.2％, 已知在保温2小时后，脱碳层厚度为0.2 mm ，若脱碳层的厚度为0.4 mm ，则还需要继续保温（）小时。

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。

材料科学基础第三章晶体的范性形变

3
二、研究晶体塑性变形的途径和方法
1、宏观途径（力学、机械学的任务）
运用弹、塑性理论和断裂力学理论，建立应力－应变关系和断裂准则（本构方程）
2、微观途径
微观模型、机理、显微结构与力学性能的关系
4
三、本章的主要内容
主要讨论单晶体的范性形变方式和规律，并简要讨论多晶体的范性形变特点。
宏观上看，固体范性形变的基本方式很多，包括伸长、缩短、弯曲、扭转以及各种复杂形变。
C：钢铁及所有BCC结构的金属 Ferrous metals
l lo
以C类为例，弹性变形－塑性变形－断裂
2
2、弹性变形（Elastic Deformation）
虎克定律（Hook’s law）：拉伸
E
剪切 G
其中，E：弹性模量， G：剪切模量
特性：可逆的 reversible，通常应变很小（ < 1%）
100
1•10F3 Ī 1Ī
01ī
1ī Ī
10 ī
11Ī
(11ī)[101] + (111)[10ī] + (11ī)[011] + (111)[01ī]
21
作业： 3 －1 3－2 3－3 3－5 3 －7
22
3、表面形貌（morphology）
二者都会在样品表面形成台阶滑移：滑移带，台阶之间距离大孪生：孪生台阶之间的距离恰好是孪生面的晶面距（~0.1nm），台阶高度都相等
17
三、Schmid定律的应用
F
• 启动的滑移系统：active slip system
• 如何确定哪个滑移系统首先启动？
F
• 发生滑移的条件：值最大的滑移系统＝c/

材料科学基础第三章滑移时参考方向和参考面的变化

A
a
(a
b )n
A a (1 2 coso coso 2 cos2 o )
根据体积不变的原理：AL = al
L al
l
A
(1 2 cos o coso 2 cos2 o ) 13
(3) 用初始 l 和瞬时的、来表示长度的变化：
•
拉伸：
L
l
(l
n)b
n
L cos
l coso
n
－滑移面法线的单位向量
OC
X
滑移前后参考方向的变化公式：
D d (d n)b
当
d n
移面时，滑移前后不变。
2
二、参考面的变化
平面的表示法：
方位－－法线方向上的向量
面积－－向量的长度 a d1 d2
d2
a
d1
滑移前后参考面的变化：
[2 1 5] [0 1 1] [211] [001] [1 1 1] [1 1 0]
Īī1 0ī1 1ī1
1ī0
Ī01
•F
001
Ī11 011
111
101
Ī10
010
100
110
Ī1Ī
01ī
1īĪ
10ī
11Ī
交点为 [211][1 1 0] [1 1 3]
23
解答： (4) 发生双滑移时的转动规律和转轴双滑移系统：(0ī1)[ī11]＋(ī01)[1ī1]的连线上
(1īī)[101]
Īī1
Ī01
Ī11
0ī1
001
011
1ī1
101
• F’’• F
1ī0
F’ 100
111 Ī10

《材料科学与工程基础》顾宜第三章课后答案

3-1.解释以下名词：金属键、晶格、晶胞、合金、组元、相、机械混合物、铁素体、奥氏体、渗碳体、马氏体、黄铜、青铜、形变铝合金、非晶态金属键：是化学键的一种，主要在金属中存在。

由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。

无方向性和饱和性.晶格：表示晶体结构周期重复规律的简单几何图形.晶胞：晶体内部的基本重复单元（最小重复单元）.合金：是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的混合物。

一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。

组元：组成合金的独立的、最基本的单元称为组元，组元可以是组成合金的元素或稳定的化合物。

相：指一个宏观物理系统所具有的一组状态，也通称为物态。

机械混合物：指由两种或以上的互不相溶晶体结构(纯金属、固溶体或化合物)机械地混合而形成的显微组织。

机械混合物的性能主要取决于组成它的各组成物的性能以及其数量、形状、大小和分布情况。

铁素体：是碳溶解在α-Fe中的间隙固溶体，常用符号F表示。

具有体心立方晶格，其溶碳能力很低.奥氏体：是钢铁的一种层片状的显微组织，通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，也称为沃斯田铁或ɣ-Fe。

一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。

渗碳体：铁与碳形成的稳定化合物，其化学式为Fe3C。

渗碳体的含碳量为ωc=6.69%，熔点为1227℃。

其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高HBW=800，塑性、韧性几乎为零，脆性很大。

马氏体：是黑色金属材料的一种组织名称，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体黄铜：由铜和锌所组成的合金，由铜、锌组成的黄铜就叫作普通黄铜，如果是由二种以上的元素组成的多种合金就称为特殊黄铜。

黄铜有较强的耐磨性能，黄铜常被用于制造阀门、水管、空调内外机连接管和散热器等。

青铜：是金属冶铸史上最早的合金，在纯铜(紫铜)中加入锡或铅的合金，有特殊重要性和历史意义，与纯铜(紫铜)相比，青铜强度高且熔点低(25%的锡冶炼青铜，熔点就会降低到800℃。

材料科学与工程基础第三章标准答案

材料科学与⼯程基础第三章标准答案3.8 铁具有BCC晶体结构，原⼦半径为0.124 nm，原⼦量为55.85g/mol。

计算其密度并与实验值进⾏⽐较。

答：BCC结构，其原⼦半径与晶胞边长之间的关系为：a = 4R/3= 4?0.124/1.732 nm = 0.286 nmV = a3 = (0.286 nm)3 = 0.02334 nm3 = 2.334?10-23 cm3BCC结构的晶胞含有2个原⼦，∴其质量为：m = 2?55.85g/(6.023?1023) = 1.855?10-22 g密度为ρ= 1.855?10-22 g/(2.334?10-23 m3) =7.95g/cm33.9 计算铱原⼦的半径，已知Ir具有FCC晶体结构，密度为22.4g/cm3，原⼦量为192.2 g/mol。

答：先求出晶胞边长a，再根据FCC晶体结构中a与原⼦半径R的关系求R。

FCC晶体结构中⼀个晶胞中的原⼦数为4，ρ= 4?192.2g/(6.023?1023?a3cm3) = 22.4g/cm3，求得a = 0.3848 nm 由a = 22R求得R = 2a/4 = 1.414?0.3848 nm/4 = 0.136 nm 3.10 计算钒原⼦的半径，已知V 具有BCC晶体结构，密度为5.96g/cm3，原⼦量为50.9 g/mol。

答：先求出晶胞边长a，再根据BCC晶体结构中a与原⼦半径R的关系求R。

BCC晶体结构中⼀个晶胞中的原⼦数为2，ρ= 2?50.9g/(6.023?1023?a3cm3) = 5.96 g/cm3，求得a = 0.305 nm 由a = 4R/3求得R = 3a/4 = 1.732?0.305 nm/4 = 0.132 nm 3.11 ⼀些假想的⾦属具有图3.40给出的简单的⽴⽅晶体结构。

如果其原⼦量为70.4 g/mol，原⼦半径为0.126 nm，计算其密度。

答：根据所给出的晶体结构得知，a = 2R =2?0.126 nm = 0.252 nm ⼀个晶胞含有1个原⼦，∴密度为：ρ= 1?70.4g/(6.023?1023?0.2523?10-21cm3)= 7.304 g/cm33.12 Zr 具有HCP晶体结构，密度为6.51 g/cm3。

材料科学基础A第三章习题及答案

材料科学基础A第三章习题及答案3.7写出下列缺陷反应式：(1)NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体；(2)CaCl2溶人NaC1中形成空位型固溶体；(3)NaCl形成肖脱基缺陷；(4)AgI形成弗仑克尔缺陷(Ag+进入间隙)。

答：（1）NaCl Na Ca’+ Cl Cl + V Cl•（2）CaCl2Ca Na• + 2Cl Cl + V Na’（3）O→V Na’ + V Cl·（4）Ag Ag→V Ag’ + Ag i•3.10 (a)MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6eV，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。

(b)如果MgO晶体中，含有百万分之一摩尔的A12O3杂质，则在1600'C时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势，说明原因。

解：（a）根据热缺陷浓度公式n/N=exp(-E/2kT)，E=6eV=6×1.602×10-19=9.612×10-19J, k=1.38×10-23在25℃时，T=298K：n/N=1.87×10-51，在1600℃时，T=1873K：n/N=8.43×10-9；（b）在MgO中加入百万分之一的Al2O3，Al2O32Al Mg· + V Mg’’ + 3O O，∵ [ V Mg’’]=[Al2O3] ，[Al Mg·]=2[Al2O3]，而[Al2O3]=10-6∴[杂质缺陷]=[ V Mg’’]+[Al Mg·] =3×10-6一般只考虑[ V Mg’’]数，为了比较，只考虑空位缺陷：[杂质缺陷]=[ V Mg’’] =[Al2O3]=10-6>热缺陷浓度8.0×10-9结论：杂质缺陷占优。

3.12 非化学计量化合物Fe x O中，Fe3+／Fe2+=0.1，求Fe x O中的空位浓度及x值。

解：Fe 2O 32Fe Fe · + 3O O + V Fe ’’y 2y y 固溶体化学式：Fe 3+2y Fe 2+1-3y O由：3220.113Fe yFe y++==- 得：y =0.0435 与Fe x O 对比，x =1-3y +2y =1-y ，则x =0.9565 固溶式：Fe 0.9565O ，V Fe ’’数=n =0.0435×N 0个晶体中正常格点数N ＝(1＋x ) ×N 0=1.9565×N 0个（注：1为O 的格点，x 为Fe 的格点）2"Fe 1022.2Nn]V [-⨯==3.19 从化学组成、相组成考虑，试比较固溶体与化合物、机械混合物的差别。

材基第三章习题集及标准答案

第三章作业与习题的解答一、作业：2、纯铁的空位形成能为105 kJ/mol 。

将纯铁加热到850℃后激冷至室温（20℃），假设高温下的空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。

(e 31.8=6.8X1013）6、如图2-56，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。

（1）分析该位错环各段位错的结构类型。

（2）求各段位错线所受的力的大小及方向。

（3）在τ的作用下，该位错环将如何运动？（4）在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大？解：（2）位错线受力方向如图，位于位错线所在平面，且于位错垂直。

（3）右手法则（P95）：（注意：大拇指向下，P90图3.8中位错环ABCD 的箭头应是向内，即是位错环压缩）向外扩展（环扩大）。

如果上下分切应力方向转动180度，则位错环压缩。

A B CDττ(4) P103-104： 2sin 2d ϑτdT s b =θRd s =d ； 2/sin 2θϑd d= ∴ τττkGb b kGb b T R ===2 注：k 取0.5时，为P104中式3.19得出的结果。

7、在面心立方晶体中，把两个平行且同号的单位螺型位错从相距100nm 推进到3nm 时需要用多少功（已知晶体点阵常数a=0.3nm,G=7﹡1010Pa ）？ (3100210032ln 22ππGb dr w r Gb ==⎰； 1.8X10-9J ）8、在简单立方晶体的（100）面上有一个b=a[001]的螺位错。

如果它(a)被（001）面上b=a[010]的刃位错交割。

(b)被（001）面上b=a[100]的螺位错交割，试问在这两种情形下每个位错上会形成割阶还是弯折？（（a ）：见P98图3.21， NN ′在（100）面内，为扭折，刃型位错；(b)图3.22，NN ′垂直（100）面，为割阶，刃型位错）9、一个]101[2-=a b 的螺位错在（111）面上运动。

材料科学基础第三章答案

第三章1. 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量与结构条件。

2. 如果纯镍凝固时的最大过冷度与其熔点（tm＝1453℃）的比值为0.18，试求其凝固驱动力。

（ΔH＝-18075J/mol）3. 已知Cu的熔点tm＝1083℃，熔化潜热Lm＝1.88×103J/cm3，比表面能σ＝1.44×105 J/cm3。

（1）试计算Cu在853℃均匀形核时的临界晶核半径。

（2）已知Cu的相对原子质量为63.5，密度为8.9g/cm3,求临界晶核中的原子数。

4. 试推导杰克逊（K.A.Jackson）方程5. 铸件组织有何特点？6. 液体金属凝固时都需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热，为什么？7. 已知完全结晶的聚乙烯（PE）其密度为1.01g/cm3,低密度乙烯（LDPE）为0.92 g/cm3，而高密度乙烯（HDPE）为0.96 g/cm3，试计算在LDPE与HDPE中“资自由空间”的大小。

8欲获得金属玻璃，为什么一般选用液相线很陡从而有较低共晶温度的二元系？9. 比较说明过冷度、临界过冷度、动态过冷度等概念的区别。

10. 分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。

11. 什么叫临界晶核？它的物理意义与与过冷度的定量关系如何？12. 简述纯金属晶体长大的机制。

13. 试分析单晶体形成的基本条件。

14. 指出下列概念的错误之处，并改正。

(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；而动态过冷度是指结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。

(2) 金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减少，因此是一个自发过程。

(3) 在任何温度下，液体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的大小。

(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，还是可以成核的。

材料科学基础第三章6-2应变硬化

由于冷加工过程中内部结构（缺陷）的变化引起的
三、应变硬化对力学性能的影响
定量描述晶体硬化行为的两个参数：
1、材料的屈服极限；2、硬化速率或硬化系数
k
d d
3
强度，塑性，脆性，硬度和韧性
1. 特定材料的强度一般指材料的屈服强度。总体上材料的强度越高，抵抗塑性变形能力越强，硬度越高，在特定条件下存在一定的线性关系。材料强度越高，塑性一般较差。
4. 按照加工方法、织构形成的原因
• 铸造(casting)、电镀(electroplating)、退火(annealing)、加工 (working)织构等
• 加工织构又可分为：拉伸(tension)、压缩(compression)、拉拔 (drawing)、轧制(rolling)、挤制(extrusion)、锻压(forging)等织构
2. 金属材料的强度和硬度有一定的一致性，强度高的其硬度往往也高；但硬度表示材料抵抗外力作用下变形的能力，是一个相对的概念。
3. 脆性相对塑性而言，一般指材料未发生塑性变形而断裂的趋势。即材料抗拉强度低于屈服强度下，材料呈现脆性。塑性指的是材料发生永久变形的能力，一般用A-延伸率和 Z断面收缩率表征。
I－－弹性变形区
II－－过渡区－由变形不均匀引起
III－－线性硬化区－由多滑移引起
IV－－抛物线硬化区－由交滑移引起
6
四、影响应变硬化的因素
• 晶体结构
BCC晶体的拉伸曲线
BCC晶体硬化特点：
❖ 有一明显的屈服点（上屈服点）
❖ 当应力达到上屈服点时，突然发生显著的塑性变形，应力迅速减小至下屈服点
8
四、影响应变硬化的因素
• 变形速率 d/dt
❖ d/dt较小时，影响不大 ❖ d/dt较大时，高速变形，使试件升温，金属软化 ❖ d/dt更大时，爆炸成型，硬度，形成大量挛晶或点缺陷

材料科学基础课后习题第1-第4章

材料科学基础课后习题第1-第4章《材料科学基础》课后习题答案第一章材料结构的基本知识4. 简述一次键和二次键区别答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。

其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。

一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。

二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。

二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。

6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？答：材料的密度与结合键类型有关。

一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。

相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。

共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。

9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。

答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。

即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。

两相组织是指具有两相的组织。

单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。

晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。

单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。

等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。

对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。

如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。

如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。

材基第三章习题和答案解析

第三章作业与习题的解答一、作业：2、纯铁的空位形成能为105 kJ/mol 。

将纯铁加热到850℃后激冷至室温（20℃），假设高温下的空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。

(e 31.8=6.8X1013）6、如图2-56，某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环，并受到一均匀切应力τ。

（1）分析该位错环各段位错的结构类型。

（2）求各段位错线所受的力的大小及方向。

（3）在τ的作用下，该位错环将如何运动？（4）在τ的作用下，若使此位错环在晶体中稳定不动，其最小半径应为多大？解：（2）位错线受力方向如图，位于位错线所在平面，且于位错垂直。

（3）右手法则（P95）：（注意：大拇指向下，P90图3.8中位错环ABCD 的箭头应是向内，即是位错环压缩）向外扩展（环扩大）。

如果上下分切应力方向转动180度，则位错环压缩。

(4) P103-104： 2sin 2d ϑτdT s b =θRd s =d ； 2/sin 2θϑd d= ∴ τττkGb b kGb b T R ===2 注：k 取0.5时，为P104中式3.19得出的结果。

7、在面心立方晶体中，把两个平行且同号的单位螺型位错从相距100nm 推进到3nm 时需要用多少功（已知晶体点阵常数a=0.3nm,G=7﹡1010Pa ）？ (3100210032ln 22ππGb dr w r Gb ==⎰； 1.8X10-9J ）8、在简单立方晶体的（100）面上有一个b=a[001]的螺位错。

如果它(a)被（001）面上b=a[010]的刃位错交割。

(b)被（001）面上b=a[100]的螺位错交割，试问在这两种情形下每个位错上会形成割阶还是弯折？（（a ）：见P98图3.21， NN ′在（100）面内，为扭折，刃型位错；(b)图3.22，NN ′垂直（100）面，为割阶，刃型位错）9、一个]101[2-=a b 的螺位错在（111）面上运动。

材料科学基础课后作业第三章