材料科学与工程基础作业讲评-7
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作 业 评 讲中国矿业大学材料科学基础课后习题讲解_ppt课件
Ld’中:
4.3 2.11 47.8% 6.69 2.11
共晶Fe3C
W%
Fe3CⅡ
W%
2.11 0.77 (1 0.478) 11.8% 6.69 0.77
共析Fe3C
W%
0.77 0.0218 (1 0.478 0.118) 4.53% 6.69 0.0218
Ⅱ的相：α ＋ β ； mα = 12% ；mβ = 88% Ⅱ的室温组织：β初 ＋ ( α ＋ β )共晶 ； mβ初= 75% ；m( α ＋ β )共晶= 25% （3）mβ初= 52% 。 （4）І组织中不出现βⅡ ，会有离异共晶发生；Ⅱ组织中β 初 将减少，呈树枝状，( α ＋ β )共晶 变细，略有增加。
作 业 评 讲中国矿业大学材 料科学基础课后习题讲解
习题1:
1.
（123）
(P51)
(0 1 2)
[1 02]
[211]
[346]
（421）
2018/11/15
2.计算f.c.c{100}、{110}、{111}面间距
d
a a (100) 2 2
a 2 d (110) a 4 4
2018/11/15
习题5：（P209）
0.01mm
2. 稳态扩散问题: J
30mm
已知: 700℃N在Fe中
D700 4 10 7 cm 2 / s
求:单位时间通过铁膜片的 N原子总量。
1000 mol/m3 100 mol/m3
dc Q A J A D 2.54 10 6 mol / s dx 1.53 1018 个N原子 / s
材料科学与工程基础作业讲评-3
解：FCC，每个晶胞4个原子， 则 ρ= n M / Vc NA 有：4*192.2/ a3*6.021023=22.4 得：a= 0.3847nm 又因为：FCC 所以有：a=4R /√2 R= 0.136nm 答：iridium的半径为0.136nm.
3.15 Below are listed the atomic weight, density, and atomic radius for three hypothetical alloys. For each determine whether its crystal structure is FCC, BCC, or simple cubic and then justify your determination. A simple cubic unit cell is shown in Figure 3.40.
2-11 金为fcc结构，其密度为19.3Mg/m-3(a)算出一个金原 子的质量？(b)每mm3 的金有多少个原子？(c)根据金的密度， 某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是 球形(rAu=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原 子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？ 2-11：（a）: Au：fcc. a = 4.0788A0 19.3 (g/cm3) =
3-28默画出Fe-Fe3C相图，说明相图中的主要 点、线的意义，填出各相区的主要组织和组成 物。
J包晶点, HJB——包晶线 LB+δH S 共析点，PSK——共析线 AS Fe3C C 共晶点，ECF——共晶线 LC Fe3C
AJ FP+ AE+
3-30钢和铸铁在成分、组织和性能上的主要区 别是什么？ 钢：含碳量少（<2.1%），由渗碳体或铁素体 和珠光体构成，强度、韧性好， 铸铁：含碳量较高（>2.1%），由莱氏体和渗 碳体及珠光体构成，基 体中分布片或球状石墨，具有良好的铸造性、减 摩耐磨性等 。
《材料科学与工程基础》课后习题答案
材料科学与工程基础课后习题答案习题1题目：什么是材料的物理性质？举例说明。
解答：材料的物理性质是指材料在没有发生化学变化的情况下所表现出的性质。
这些性质可以通过物理测试来测量和确定。
举例来说，导电性和热导性就是材料的物理性质之一。
例如，金属材料具有良好的导电性和热导性，能够传递电流和热量。
而绝缘材料则具有较低的导电性和热导性，不易传递电流和热量。
习题2题目：简述晶体结构和晶体缺陷的区别。
解答：晶体结构是指材料中原子或离子的排列方式和规律。
晶体结构可以分为晶格、晶胞和晶体点阵等几个层次。
晶格是指晶体内部原子或离子排列的周期性重复性。
晶胞是晶格的一个最小重复单元，由晶体中少数几个原子或离子构成。
晶体点阵是指晶格的三维空间排列方式。
晶体缺陷是指晶体结构中存在的瑕疵或缺陷。
晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷是指晶体结构中原子或离子的位置发生了失序或替代，造成了空位、间隙原子、杂质原子等。
线缺陷是指晶体结构中存在了位错或脆性裂纹等缺陷。
面缺陷是指晶体结构中存在了晶界或孪晶等缺陷。
习题3题目：为什么变形会引起材料性能的改变？解答：变形是指材料在外力作用下发生的形状和大小的改变。
变形可以导致材料性能的改变主要有以下几个原因：1.晶体结构改变：变形会导致晶体结构中原子或离子的位置发生移动和重排，从而改变了晶体的结构和性质。
2.结晶颗粒的尺寸和形状改变：变形会导致晶体中晶界的移动和晶体颗粒的形状改变，这会影响材料的力学性能和导电性能等。
3.动态再结晶：变形过程中，材料中原来存在的缺陷和结构不完善的区域可能会发生动态再结晶，从而改善了材料的性能。
4.内应力的释放：变形会导致材料内部产生应力，这些应力可能会引起材料的开裂、断裂和强度变化等。
综上所述，变形会引起材料性能的改变是由于晶体结构、结晶颗粒、动态再结晶和内应力等因素的综合作用所导致的。
习题4题目：什么是材料的力学性能？举例说明。
解答：材料的力学性能是指材料在力学加载下所表现出的性能。
材料工程基础部分讲解及课后答案PPT课件
uz
0
积分得：
x
c1ea
2
a
2 a2
2 a3 ;
y
c2eb
2
b
2 b2
2 b3 ;
当 0时刻，x a, y b, z c 代入上式得：
z c3
c1
a
2 a3
c2
b
2 b3
又因：a b 0
c3 c
第3页/共39页
x
（a
2 a3
）ea
2 a
2 a2
2 a3
;
y （ a
2 ）ea
解：
，10m油m的
0.09807。Pa求 s 作 用 在 平
第15页/共39页
1-12 试确定下列各流场是否满足不可压缩流体的连续条件：
解：由流体的连续性方程 d divu 0得，当流体不可压缩
时，
d
divu 0 即：ux uy uz 0
x y z
（1）
ux x2 y2 uy 2xy uz 0
解：由题意，流体运动的速度的欧拉描述为
u u u x2; y 2; xz
x
y
z
dx d
ux
x2 ;
dy d
uy
y 2;
dz d
uz
xz
积分得： x
2
2
c1;
3
y c2e 3 ;
2
z c3e
代入已知条件τ=1时刻，质点p的坐标为（1，3，2）
求得：c1 3;
-1
c2 3e 3 ;
c2 2e2;
求 1 时刻的流线方程；
2 0时在a,b, c处流体质点的迹线。
解：（1） 由流线方程
工程材料作业讲评
作业 1. 概述三种硬度计的异同点 原理、特点、适用范围）； （原理、特点、适用范围）； 复习思考题： 2. P13 复习思考题：4；
• 1.概述三种硬度计的异同点。 概述三种硬度计的异同点。 概述三种硬度计的异同点
• 参考答案：三种硬度计的共同点主要是(1).布氏、洛氏、维氏三 三种硬度计的共同点主要是(1).布氏、洛氏、 (1).布氏
(1).钢筋直径由10mm被均匀拉伸后变为9.2mm，由于拉伸过程钢筋均匀变形， (1).钢筋直径由10mm被均匀拉伸后变为9.2mm，由于拉伸过程钢筋均匀变形，故可 钢筋直径由10mm被均匀拉伸后变为9.2mm 用拉伸前后体积与质量的简单关系建立方程。 吨直径为10mm 10mm的钢筋的初始 用拉伸前后体积与质量的简单关系建立方程。设1吨直径为10mm的钢筋的初始 长度为L 拉至9.2mm后长度变为L 将计算单位统一至m Kg后得 9.2mm后长度变为 后得： 长度为L0，拉至9.2mm后长度变为L1。将计算单位统一至m、Kg后得： /4× (7.85× )=1000， [π/4×(0.01)2×L0]×(7.85×103)=1000，L0=1622.8m /4× (7.85× )=1000， [π/4×(0.0092)2×L1]×(7.85×103)=1000， L1=1917.3m 这样， 吨钢筋由直径10mm被均匀拉至直径9.2mm， 这样，1吨钢筋由直径10mm被均匀拉至直径9.2mm，总长可增加 10mm被均匀拉至直径9.2mm =1917.3ΔL=L1-L0=1917.3-1622.8=294.5m 当这种10mm的钢筋被瘦身后，无视直径尺寸要求，按照长度进行销售时， 10mm的钢筋被瘦身后 当这种10mm的钢筋被瘦身后，无视直径尺寸要求，按照长度进行销售时，可多牟 4000/1622.8×294.5=725.9元 利 4000/1622.8×294.5=725.9元 钢筋直径由10mm被均匀拉伸后变为9.2mm 10mm被均匀拉伸后变为9.2mm， (2). 钢筋直径由10mm被均匀拉伸后变为9.2mm， 冷拉率= 1917.3-1622.8）/1622.8×100%=18.15%， 冷拉率=（1917.3-1622.8）/1622.8×100%=18.15%， 大大超过国家规定的盘圆钢筋拉直的规定冷拉率（4%）， ），所以这批瘦身后的钢筋 大大超过国家规定的盘圆钢筋拉直的规定冷拉率（4%），所以这批瘦身后的钢筋 是不合格的。 是不合格的。 (3).由于这批钢筋在瘦身处理中的冷拉率严重超过国家标准 由于这批钢筋在瘦身处理中的冷拉率严重超过国家标准， (3).由于这批钢筋在瘦身处理中的冷拉率严重超过国家标准，虽然瘦身后钢筋未 发生颈缩，但是提早消耗了大量的塑性。 发生颈缩，但是提早消耗了大量的塑性。用这样的钢筋盖成的楼房一旦遇到地 震等强烈外来冲击，混凝土中的钢筋在提供部分的塑性变形后就直接断裂， 震等强烈外来冲击，混凝土中的钢筋在提供部分的塑性变形后就直接断裂，致 使楼房直接坍塌。而质量过关的钢筋由于具有充分的塑性变形能力， 使楼房直接坍塌。而质量过关的钢筋由于具有充分的塑性变形能力，用其盖的 楼房即便最终完全倒塌，钢筋也只是弯曲而不断裂。（主要回答依据是塑性， 楼房即便最终完全倒塌，钢筋也只是弯曲而不断裂。 主要回答依据是塑性， 其他关于瘦身钢筋在使用中弹性、屈服强度会降低等概念都是错误的！！） 其他关于瘦身钢筋在使用中弹性、屈服1吨，黑企业可牟利多少钱？ ：（1 拉细这样的钢筋1 黑企业可牟利多少钱？ • （2）10mm的一级钢筋经过这样的拉细，伸长率是多少？ 10mm的一级钢筋经过这样的拉细，伸长率是多少？ 的一级钢筋经过这样的拉细 根据国家关于钢筋加工的相关规定， 根据国家关于钢筋加工的相关规定，盘圆一级钢筋允许 冷拉，以对钢筋进行调直并去掉其表面的锈迹， 冷拉，以对钢筋进行调直并去掉其表面的锈迹，方便使 按照国家标准，盘圆一级钢筋的冷拉率不宜大于4% 4%。 用。按照国家标准，盘圆一级钢筋的冷拉率不宜大于4%。 冷拉率为：钢筋冷拉伸长值与钢筋冷拉前长度的比值。 冷拉率为：钢筋冷拉伸长值与钢筋冷拉前长度的比值。 问根据国家规定，这批钢材还能用吗？ 问根据国家规定，这批钢材还能用吗？ • （3）结合低碳钢拉伸过程中的加工硬化原理，说明这 结合低碳钢拉伸过程中的加工硬化原理， 样的钢材用来盖大楼会有什么危害？ 样的钢材用来盖大楼会有什么危害？
顾宜《材料科学与工程基础》课后题答案
顾宜《材料科学与工程基础》课后题答案第一章：引言1.1 材料科学与工程基础的重要性材料科学与工程基础是现代工程领域不可或缺的一门基础课程。
它包括了材料科学与工程学科的基本原理和方法，为后续学习和研究提供了必要的基础知识。
材料是任何工程的基础，它在各个领域中都扮演着重要角色，如机械工程、电子工程、航空航天工程等。
因此，熟悉材料的结构、性质和应用对于工程师来说至关重要。
1.2 材料科学与工程基础的学习目标材料科学与工程基础的学习目标如下： - 理解材料的基本概念和分类方法； - 掌握材料制备、表征和性能分析的基本技术； - 理解不同材料的特性和应用； - 开发解决材料工程问题的能力。
第二章：晶体结构与晶体缺陷2.1 晶体的结构晶体是由原子、离子或分子按照一定的排列方式组成的长程有序固体结构。
晶体的结构可以通过晶体的晶胞来描述，晶胞是最小的重复单元。
2.2 晶体的缺陷晶体的缺陷指的是在晶体结构中存在的不完整或不规则的区域。
晶体的缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。
点缺陷包括空位、插入原子和替代原子等。
线缺陷包括位错和脚位错。
面缺陷包括晶界和层错。
第三章：物理性能与力学性能3.1 物理性能物理性能是指材料的一些基本物理特性，如密度、热导率、电导率等。
物理性能的好坏对材料的应用和工程设计具有重要影响。
3.2 力学性能力学性能是指材料在力学作用下的表现。
常见的力学性能包括强度、硬度、韧性、可塑性等。
力学性能的好坏决定了材料在工程中的使用范围和耐久性。
第四章：金属材料4.1 金属的结构与特性金属是指电子云密度较大、以金属键连接的材料。
金属的结构特点是具有密堆结构和离域电子特性。
4.2 金属的物理性能与力学性能金属材料具有良好的导电性、导热性和延展性，对磨损和腐蚀有较好的抵抗能力。
金属材料的力学性能受材料的组织和处理方式的影响。
第五章：陶瓷材料与玻璃材料5.1 陶瓷材料的分类与特性陶瓷材料是以非金属元素为主要成分的材料，分为晶体陶瓷和非晶态陶瓷两大类。
材料工程基础讲稿
(3)制粒：用于成形的粉末粒度较细时，进行制粒 (造 粒)——小颗粒的粉末制成大颗粒或团粒的工序。
目的：改善粉末的流动性，使粉末能顺利地充填模腔。 普通造粒法：将粉料加入适量的粘合剂，然后于研钵内 混匀后过筛——少量试料。 批量造粒在相应的设备上进行，如滚筒制粒机、圆盘制 粒机和擦筛机、震动筛等。 加压造粒：将混合了粘合剂的粉料预压成块，然后再粉 碎过筛。特点是固体颗粒体积密度大，机械强度高，能满 足各种大型和异型制品的成形要求，常用的方法。
(1)粉末退火处理：使氧化物还原、降低碳和杂质含 量、提高粉末纯度。消除加工硬化、稳定晶体结构。一般 要进行退火。为防止超细金属粉末自燃，退火处理使其表 面钝化。温度一般选在金属粉末熔点的0.5~0.6倍处。
(2)粉末的混合： 将两种或两种以上不同成分的粉末混合均匀的过程。 有时也将成分相同而粒度不同的粉末进行混合—合批。 两种方法：机械法和化学法，机械法应用较多。 机械法：可分为干混和湿混。 湿混：在混合过程中加入液体分散介质，常用的液体介 质有：水、酒精、汽油、丙酮等。 湿混介质的要求：不与物料发生反应、沸点低易挥发、 无毒性、来源广泛、成本低廉等。 化学法混料：将金属或化合物粉末与金属盐溶液混 合，或者是各组元全部以某种盐的溶液形式混合后沉淀、 干燥和还原等处理得到成分均匀分布的混合物。
用等静压法及普通模压法对各种金属及碳化物粉末进
行成形试验，证实了双对数规律的正确性。表明该方程不
仅实用于等静压，也适用于一般的单向压制，且对硬、软
粉末适用效果均较好。
2、压力成形 1）模压成形
将粉料填充到模具内部后，单向或双向加压，将粉料压 制成所需形状。
操作简便，生产效率高，易于自动化。但成形时，粉料 易团聚，坯体厚度大时，内部密度不均匀，形状可控精度 差，模具质量要求高，复杂形状的部件模具设计较困难。 模压成形包括：原料准备、装模、加压、保压、脱模。
作业讲评-7
4-9 从拉伸试验如何获得常用的力学性能数据？ 从拉伸试验如何获得常用的力学性能数据？ 拉伸强度、屈服强度、断裂强度、 拉伸强度、屈服强度、断裂强度、断裂伸长 率、弹性模量等，公式可计算。 弹性模量等，公式可计算。
4-13 有哪些方法可以改善材料的韧性，试举例 有哪些方法可以改善材料的韧性， 说明。 说明。
第十次作业 中文
4-12热处理（退火）的实质是什么？它对材 12热处理（退火）的实质是什么？ 料的拉伸强度、 硬度 、 尺寸稳定性 、 料的拉伸强度 、 硬度、 尺寸稳定性、 冲击 强度和断裂伸长率有什么影响？ 强度和断裂伸长率有什么影响？
结构弛豫 ，非晶至结晶转变源自4-20玻璃的理论强度超过7000MPa。一块平板玻 20玻璃的理论强度超过 玻璃的理论强度超过7000MPa。 璃在60MPa弯曲张力下破坏 弯曲张力下破坏。 璃在 60MPa 弯曲张力下破坏 。 我们假定裂纹尖 端为氧离子尺寸（ 端为氧离子尺寸 （ 即裂纹尖端曲率半径为氧离 子半径， 14nm ） 子半径 ， RO2-=0.14nm） ， 问对应这种低应力断 相应的裂纹深度为多大？ 裂，相应的裂纹深度为多大？
7.29 A cylindrical specimen of aluminum having a diameter of 12.8 mm and a gauge length of 50.800 mm is pulled in 12. 50. tension. tension. Use the load–elongation characteristics tabulated load– below to complete problems a through f. (a) Plot the data as engineering stress versus engineering strain. strain. (b) Compute the modulus of elasticity. elasticity. (c) Determine the yield strength at a strain offset of 0.002. 002. (d) Determine the tensile strength of this alloy. alloy. (e) What is the approximate ductility, in percent elongation? (f ) Compute the modulus of resilience. resilience.
材料科学与工程基础作业讲评-9
反射：光在两相交界面上返回入射相中 透射：光在两相交界面上进入透射相中 旋光性：偏振光的偏振面转过一定角度 非线性光学性质：分子在强光场的作用会产生极化 光泽：材料表面某一方向反射光较强 发光：材料吸收高能辐射，然后发射可见光
路漫漫其悠远
4-66为什么有些透明材料是带色 的，有些是无色的？
选择性吸收；
材料科学与工程基础作 业讲评-9
路漫漫其悠远
2020/7/17
4-63、当可见光垂直入射并透过20mm厚 的某种透明材料时，透射率为0.85，当 该种透明材料的厚度增加到40mm时，透 射率为多少？已知折射率为1.6。
R=（n1-1）2/（n1+1）2=0.053 T=（1-R）2e- β l；
0.85=（1-0.053）2e- β *0.02； β =2.6
内部折光指数不均匀
路漫漫其悠远
4-70有哪些方法可以改善材料的透明 性。
增加聚合物材料透明性的方法
加速成核或由熔体急剧冷却——减
少球晶大小；
拉伸——球晶转变为取向微丝
路漫漫其悠远
19.4 Distinguish between materials that are opaque, translucent, and transparent in terms of their appearance and light transmittance.
不透明，透过率接近0 半透明 透明，透过率接近1
路漫漫其悠远
19.7 (a) Briefly explain why metals are opaque to electromagnetic radiation having photon energies within the visible region of the spectrum.
路漫漫其悠远
4-66为什么有些透明材料是带色 的，有些是无色的？
选择性吸收；
材料科学与工程基础作 业讲评-9
路漫漫其悠远
2020/7/17
4-63、当可见光垂直入射并透过20mm厚 的某种透明材料时，透射率为0.85，当 该种透明材料的厚度增加到40mm时，透 射率为多少？已知折射率为1.6。
R=（n1-1）2/（n1+1）2=0.053 T=（1-R）2e- β l；
0.85=（1-0.053）2e- β *0.02； β =2.6
内部折光指数不均匀
路漫漫其悠远
4-70有哪些方法可以改善材料的透明 性。
增加聚合物材料透明性的方法
加速成核或由熔体急剧冷却——减
少球晶大小；
拉伸——球晶转变为取向微丝
路漫漫其悠远
19.4 Distinguish between materials that are opaque, translucent, and transparent in terms of their appearance and light transmittance.
不透明，透过率接近0 半透明 透明，透过率接近1
路漫漫其悠远
19.7 (a) Briefly explain why metals are opaque to electromagnetic radiation having photon energies within the visible region of the spectrum.
材料科学与工程基础习题评讲PPT学习教案
plane A 以（0，1， 0）为新原点 xyz
2/3a -b c/2 2/3 -1 1/2 3/2 -1/1 2/1 3/2 -2/2 4/2
(3 2 4)
plane B ( 2 2 1)
第22页/共59页
3.61* Sketch within a cubic unit cell the following planes:
a
第23页/共59页
3.61* Sketch within a cubic unit cell the following planes:
a
b
c
第24页/共59页ຫໍສະໝຸດ dfeg h
第25页/共59页
3.62 Sketch the atomic packing of (a) the (100) plane for the FCC crystal structure, and (b) the (111) plane for the BCC crystal structure (similar
（6）羰基中C、O间的原子键合 C sp2杂化
第10页/共59页
2-10 当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm (a) 当CN=4时，对应负离子半径是多少？ (b) 当CN=8时，对应负离子半径是多少？
若(按K+半径不变) 求负离子半径, 则： CN=6 R = r/0.414=0.133/0.414 = 0.321 nm CN=4 R = r/0.225=0.133/0.225 = 0.591 nm CN=8 R = r+/0.732=0.133/0.732 = 0.182 nm
l ＝0 corresponds to an s subshell l ＝1 corresponds to a p subshell l ＝2 corresponds to a d subshell l ＝3 corresponds to an f subshell For the K shell, the four quantum numbers for each of the two
2/3a -b c/2 2/3 -1 1/2 3/2 -1/1 2/1 3/2 -2/2 4/2
(3 2 4)
plane B ( 2 2 1)
第22页/共59页
3.61* Sketch within a cubic unit cell the following planes:
a
第23页/共59页
3.61* Sketch within a cubic unit cell the following planes:
a
b
c
第24页/共59页ຫໍສະໝຸດ dfeg h
第25页/共59页
3.62 Sketch the atomic packing of (a) the (100) plane for the FCC crystal structure, and (b) the (111) plane for the BCC crystal structure (similar
（6）羰基中C、O间的原子键合 C sp2杂化
第10页/共59页
2-10 当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm (a) 当CN=4时，对应负离子半径是多少？ (b) 当CN=8时，对应负离子半径是多少？
若(按K+半径不变) 求负离子半径, 则： CN=6 R = r/0.414=0.133/0.414 = 0.321 nm CN=4 R = r/0.225=0.133/0.225 = 0.591 nm CN=8 R = r+/0.732=0.133/0.732 = 0.182 nm
l ＝0 corresponds to an s subshell l ＝1 corresponds to a p subshell l ＝2 corresponds to a d subshell l ＝3 corresponds to an f subshell For the K shell, the four quantum numbers for each of the two
矿大材料科学与工程作业评讲1
<2
-
β＋(β＋α)共
室温相： α+β 室温组织： β先＋(β＋α)共
2019/11/28
T℃ Ⅰ 1L
α2
Ⅱ 1 2β
A 5 20 50 80 90 B T℃
1 L→β L→(β＋α) 2
t→
Ⅰ合金：
⑵.计算相对量
T℃ Ⅰ
Ⅱ
1L
1
室温相： α+β
α2
2β
室温组织： α+βⅡ 90 20
W % 90 5 82.4% W % 1W % 17.6%
A 5 20 50 80 90 B
室温相与组织组成物 相对量相同
2019/11/28
Ⅱ合金：
室温相： α+β
W
%
90 80 90 5
11.8%
T℃ Ⅰ 1L
α2
Ⅱ 1 2β
W % 1W % 88.2% 室温组织： β先＋(β＋α)共
A 5 20 50 80 90 B
W
2019/11/28
WA% 1WF % 55.3%
习题5：（P189）
12. (1)标出X、Y、Z合金位置 X：wPb= 0.75,wSn= 0.15,wZn= 0.10 Y：wPb= 0.50,wSn= 0.30,wZn= 0.20 Z：wPb= 0.10,wSn= 0.10,wZn= 0.80
在固态下能否无限互溶？为什么？
• 不能。虽然Ag和Al结构相同，原子半径相差很小，但 Ag的价电子数为1，Al为3，理论溶解度只有18%，所以 在固态下它们不能无限互溶。
2019/11/28
7. 立方ZnS的密度为4.1Mg/m3，试计算两离子的中心距离。
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答桉
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答桉第二章2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。
2-2.的镁原子有13个中子，11.17的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。
2-3.试计算N壳层内的最大电子数。
若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？2-4.计算O壳层内的最大电子数。
并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。
2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。
2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：（1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合（3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合（5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？2-8.试解释表21中，原子键型与物性的关系？2-9.0℃时，水和冰的密度分别是 1.0005g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？2-10.当CN6时，K离子的半径为0.133nma当CN4时，半径是多少？bCN8时，半径是多少？2-11.a利用附录的资料算出一个金原子的质量？b每mm3的金有多少个原子？c根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？d假设金原子是球形rAu0.1441nm21并忽略金原子之间的空隙，则10个原子占多少体积？e这些金原子体积占总体积的多少百分比？2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子?（2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；b）面心立方化合物NaCl 的离子致密度（离；子半径rNa0.097，rCl-0.181）（C）由计算结果，可以引出什么结论?4702-15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a0.287nm，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。
材料科学与工程基础作业讲评-6
4-3 直径为12.83mm的试棒，标距长度为50mm，轴向受200kN 的作用力后拉长0.456mm，且直径变成12.79mm，
(a) 此试棒的体积模量是多少？ (b) 剪切模量是多少？ 解：σ=F/S=F/(πd2/4)=1.56GPa
ε=ΔL/L=0.456/50=0.912% 正弹性模量：E=σ/ε=1.56Gpa/0.912%=172.9Gpa 泊松比：ν=-eY/eX =[-(12.79-12.83)/12.83]/0.912%=0.342 (a) 体积模量：K= E/[3(1-2ν)]=172.9/[3(1-2*0.342)]
=F/A0=F/(d02/4) =24500N /(3.14*102
mm2/4)=312 MPa,
因此从屈服强度来看，只有Steel alloy and Brass alloy才有可能。
另外：
= l /l0=0.9mm/380mm=0.00237 =E ，E=/
=312MPa/0.00237=131MPa, 因此，l <0.9mm, E 必须 >大于131MPa, 因
metals of Tungsten, steel, nickel, titanium and copper are suitable candidates.
(b) If, in addition, the maximum permissible
diameter decrease is 2.3×10-3 mm,which of the metals in Table 7.1 may be used ? Why?
ห้องสมุดไป่ตู้
(a) Determine the elastic and plastic strain values. 弹性变形应变数值大约：0-0.0015， 塑性变形：>0.0015
材料科学与工程基础作业讲评-5
第八次作业 中文
①简述PMC,MMC,CMC,C/C,FRC 简述 , , , , 组成和结构特点. 组成和结构特点. ②简述复合材料基本结构形式和易产生的 缺陷. 缺陷.
英文
15.1. Cite the general difference in strengthening mechanism between large-particle and dispersionstrengthened particle-reinforced composites. 本身的高强度; 作用不能在原子和分子尺度. 本身的高强度 作用不能在原子和分子尺度 分散粒子与位错的相互作用. 分散粒子与位错的相互作用
15.6,(a) What is the distinction between matrix and , dispersed phases in a composite material? (b) Contrast the mechanical characteristics of matrix and dispersed phases for fiber-reinforced composites.
15.8. For a polymer-matrix fiber-reinforced composite, (a) list three functions of the matrix phase; (b) compare the desired mechanical characteristics of matrix and fiber phases; and (c) cite two reasons why there must be a strong bond between fiber and matrix at
①简述PMC,MMC,CMC,C/C,FRC 简述 , , , , 组成和结构特点. 组成和结构特点. ②简述复合材料基本结构形式和易产生的 缺陷. 缺陷.
英文
15.1. Cite the general difference in strengthening mechanism between large-particle and dispersionstrengthened particle-reinforced composites. 本身的高强度; 作用不能在原子和分子尺度. 本身的高强度 作用不能在原子和分子尺度 分散粒子与位错的相互作用. 分散粒子与位错的相互作用
15.6,(a) What is the distinction between matrix and , dispersed phases in a composite material? (b) Contrast the mechanical characteristics of matrix and dispersed phases for fiber-reinforced composites.
15.8. For a polymer-matrix fiber-reinforced composite, (a) list three functions of the matrix phase; (b) compare the desired mechanical characteristics of matrix and fiber phases; and (c) cite two reasons why there must be a strong bond between fiber and matrix at
材料科学与工程基础作业讲评-4
立方晶系：Ca2+占立方体顶角，O2-占立方体面心，Ti4+占立方体体心 配位数：Ca2+为12（12个O2-），Ti4+为6（6个O2-）， O2-为（4个Ca2+, 2个Ti4+）
3-24 简要说明硅酸盐的几种结构单元 的主要特点。 书p131 岛状结构：SiO四面体不共顶，非桥氧比例大，需 形成较多离子键，(4) 环状结构：SiO四面体共二顶成环，非桥氧比例较 大， (2) 链状结构：SiO四面体共二顶成链，非桥氧比例较 大，(2) 层状结构：SiO四面体共三顶成层，非桥氧比例较 小，需形成较少离子键，(1) 架状结构：SiO四面体共四顶（架状），无非桥氧， 不需再成离子键，(0)
高分子链中单键可内旋转，稳定构象数多 （1）PE聚乙烯>PP聚丙烯>PS聚苯乙烯 侧基体积增 大，内旋转位垒增加 （2）POM聚甲醛>PE>聚乙炔 POM中O上键角大，侧 基少,位垒小，聚乙炔链上为共轭双键，难内旋转 （3）PP>PVC聚氯乙烯>PAN聚丙烯晴 侧基极性增 大，相互作用强，内旋困难 （4）POM>聚苯醚 后者主链上有较大环状结构，内 旋困难 （5）PA66>聚对苯二甲酰对苯二胺 同上 主链上有大 量苯环
3-17无机玻璃和网络聚合物有何异同之处？ 从结构及物理状态的变化说明。 相同点： 固体—三维网状结构，无定形 不同点： 结构 （1）玻璃：离子键和共价键的混合键 （2）网络聚合物：共价键，物理相互 作用 物理状态变化 （1）加热软化 熔融 反复 可行（2）加热不熔融，直至分解 结构破 坏
英文
4.10 What is the difference between configuration and conformation in relation to polymer chains? vinyl chloride). 构型-高分子链的组成和结构，主要指高分子链的结构 单元的化学组成、键接方式、空间构型和高分子链的 形态等。Cl取代位置 构象-由C-C单键内旋转形成的空间排列叫大分子链的 构象，构象数越多表示分子链越柔。
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第十次作业 中文
4-12热处理（退火）的实质是什么？它对材 料的拉伸强度、硬度、尺寸稳定性、冲击 强度和断裂伸长率有什么影响？
结构弛豫 ，非晶至结晶转变
4-20玻璃的理论强度超过7000MPa。一块平板玻 璃在60MPa弯曲张力下破坏。我们假定裂纹尖 端为氧离子尺寸（即裂纹尖端曲率半径为氧离 子半径，RO2-=0.14nm），问对应这种低应力断 裂，相应的裂纹深度为多大？
400 350 300
Stress (MPa)
250 200 150 100 50 0 0 0.05 0.1 Strain 0.15 0.2
(a) A0=d02/4 =3.14*12.82 mm2/4
= 128.6mm2
=F/A0 = l /l0 slope=/=(2-1)/(2-1)
4-9 从拉伸试验如何获得常用的力学性能数据？
拉伸强度、屈服强度、断裂强度、断裂伸长 率、弹性模量等，公式可计算。
4-13 有哪些方法可以改善材料的韧性，试举例 说明。 晶粒细化（晶格类型）；成分，高分子共混橡 胶，金属种杂质；热处理；高分子中的银纹。
4-19某钢板的屈服强度为690MPa，KIC值为 70MPa· 1/2，如果可容许最大裂缝是2.5mm， m 且不许发生塑性变形，则此钢的设计极性强度 是多少？ KIC=c (a)1/2, c = KIC (a)-1/2 =70Mpa.m1/2 (3.14*1.25mm)-1/2 =1117MPa
第十一次 中文
4-24 按照粘附摩擦的机理，说明为什么极性高 聚物与金属材料表面间的摩擦系数较大，而非 极性高聚物则较小。 摩擦系数：=S/Pm S为剪切强度；Pm为抗压强度，极性聚合物作 用力大，S大。
FCC 韧性，甚至在低温。P254 跟裂纹有关。Cracks in ductile materials are said to be stable；For brittle fracture, cracks are unstable, and the fracture surface is relatively flat and perpendicular to the direction of the applied tensile load.
7.40 For some metal alloy, a true stress of 415 MPa produces a plastic true strain of 0.475. How much will a specimen of this material elongate when a true stress of 325 MPa is applied if the original length is 300 mm ? Assume a value of 0.25 for the strain-hardening exponent n. T =K Tn , K= T / Tn =415MPa/(0.4750.25)=500MPa T =( T/K)1/n=(325MPa/500MPa) 1/0.25=0.179 T =ln(l i / l 0), l i = l 0 * e =300mm*e0.179=300mm*1.196=358.8mm
9.32 A 12.5mm diameter cylindrical rod fabricated from a 2014-T6 alloy (Figure 9.46) is subjected to a repeated tension-compression load cycling along its axis. Compute the maximum and minimum loads that will be applied to yield a fatigue life of 1.0107cycles. Assume that the stress plotted on the vertical axis is stress amplitude, and data were taken for a mean stress of 50 MPa.
At a fatigue life of 1.0×107 cycles, the stress amplitude a is about 175(160)MPa. a =(max - min )/2, 英文书P257 m =(max + min )/2, 英文书P258 So max = m +a , min =m - a , F max /A= m +a F max =(m +a )A=27598N (25758) F min =(m -a )A=-15332N (-13492)
σmax=σ0[1+2（a/ρ）0.5]
= 2σ f（a/ρ ）0.5
7000=60[1+2（a/0.14）0.5]
a=468nm，2a=936.5nm 括号中1省略则a=476nm
4-21某钢材的屈服强度为1100MPa,抗拉强度为1200MPa， 断裂韧性（KIC ）为90MPa· 1/2 。（a）在一钢板上有 m 2mm的边裂，在他产生屈服之前是否会先断裂？（b） 在屈服发生之前，不产生断裂的可容许断裂缝的最大深 度是多少？（假设几何因子Y等于1.1，试样的拉应力与 边裂纹垂直） σ = KIC/Y（π a）0.5 =1032Mpa，先断裂
陶瓷材料的结构，晶相、玻璃相和气相;裂 纹等缺陷。
9.28 Briefly explain why BCC and HCP metal alloys may experience a ductile-to-brittle transition with decreasing temperature, whereas FCC alloys do not experience such a transition.
9.6 Briefly explain (a) why there may be significant scatter in the fracture strength for some given ceramic material, and (b) why fracture strength increases with decreasing specimen size.
思考题
4-7 一条长212cm的铜线，直径为0.76mm。当外加载荷为8.7kg时 开始产生塑性变形(a)此作用力是多少牛顿？(b)外加载荷为 15.2kg时，此线的应变为0.011，则去除载荷后，铜线的长度为 多少？ ©此铜线的屈服强度是多少？ 解：（a）F1=mg=8.7*9.8=85.3N （b）σ =F2 /S= F2 /(π d2/4) =15.2*9.8 /(π * 0.762/4)=329(MPa) ε =σ /E=329MPa/110.3Gpa=3‰ L=L0（1+Δ ε ）=212*（1+0.011-0.003）=213.7cm （3）σ = F1 /S= 85.3N / (π * 0.762/4) =187.9Mpa
T
9.17 Some aircraft component is fabricated from an aluminum alloy that has a plane strain fracture toughness of 35 MPa.m1/2. It has been determined that fracture results at a stress of 250 MPa when the maximum (or critical) internal crack length is 2.0 mm. For this same component and alloy, will fracture occur at a stress level of 325 Mpa when the maximum internal crack length is 1.0 mm? Why or why not?
a=（KIC/Yσ ）2/π 1100 1200 =1.5mm 1.76 1.5
7.29 A cylindrical specimen of aluminum having a diameter of 12.8 mm and a gauge length of 50.800 mm is pulled in tension. Use the load–elongation characteristics tabulated below to complete problems a through f. (a) Plot the data as engineering stress versus engineering strain. (b) Compute the modulus of elasticity. (c) Determine the yield strength at a strain offset of 0.002. (d) Determine the tensile strength of this alloy. (e) What is the approximate ductility, in percent elongation? (f ) Compute the modulus of resilience.
KIC=Y(a)1/2,
Y= KIC /[(a)1/2]=(35 Mpa m 1/2 ) / [(250 Mpa) (3.14*0.002/2m)1/2]=2.50
另外受力： = KIC /[(a)1/2 Y]=(35 Mpa m 1/2 )/ [(3.14*0.001/2m)1/2 *2.50]=353.3MPa, 因此不断裂。
9.18 Suppose that a wing component on an aircraft is fabricated from an aluminum alloy that has a plane strain fracture toughness of 40 Mpa m1/2 . It has been determined that fracture results at a stress of 365 MPa when the maximum internal crack length is 2.5 mm. For this same component and alloy, compute the stress level at which fracture will occur for a critical internal crack length of 4.0 mm . KIC=Y(a)1/2, Y= KIC /[(a)1/2]=(40 Mpa m 1/2 ) / [(365Mpa)(3.14*0.0025/2m)1/2]=1.75 另外受力： = KIC /[(a)1/2 Y]=(40 Mpa m 1/2 )/ [(3.14*0.004/2m)1/2 1.75]=288.4MPa,
4-12热处理（退火）的实质是什么？它对材 料的拉伸强度、硬度、尺寸稳定性、冲击 强度和断裂伸长率有什么影响？
结构弛豫 ，非晶至结晶转变
4-20玻璃的理论强度超过7000MPa。一块平板玻 璃在60MPa弯曲张力下破坏。我们假定裂纹尖 端为氧离子尺寸（即裂纹尖端曲率半径为氧离 子半径，RO2-=0.14nm），问对应这种低应力断 裂，相应的裂纹深度为多大？
400 350 300
Stress (MPa)
250 200 150 100 50 0 0 0.05 0.1 Strain 0.15 0.2
(a) A0=d02/4 =3.14*12.82 mm2/4
= 128.6mm2
=F/A0 = l /l0 slope=/=(2-1)/(2-1)
4-9 从拉伸试验如何获得常用的力学性能数据？
拉伸强度、屈服强度、断裂强度、断裂伸长 率、弹性模量等，公式可计算。
4-13 有哪些方法可以改善材料的韧性，试举例 说明。 晶粒细化（晶格类型）；成分，高分子共混橡 胶，金属种杂质；热处理；高分子中的银纹。
4-19某钢板的屈服强度为690MPa，KIC值为 70MPa· 1/2，如果可容许最大裂缝是2.5mm， m 且不许发生塑性变形，则此钢的设计极性强度 是多少？ KIC=c (a)1/2, c = KIC (a)-1/2 =70Mpa.m1/2 (3.14*1.25mm)-1/2 =1117MPa
第十一次 中文
4-24 按照粘附摩擦的机理，说明为什么极性高 聚物与金属材料表面间的摩擦系数较大，而非 极性高聚物则较小。 摩擦系数：=S/Pm S为剪切强度；Pm为抗压强度，极性聚合物作 用力大，S大。
FCC 韧性，甚至在低温。P254 跟裂纹有关。Cracks in ductile materials are said to be stable；For brittle fracture, cracks are unstable, and the fracture surface is relatively flat and perpendicular to the direction of the applied tensile load.
7.40 For some metal alloy, a true stress of 415 MPa produces a plastic true strain of 0.475. How much will a specimen of this material elongate when a true stress of 325 MPa is applied if the original length is 300 mm ? Assume a value of 0.25 for the strain-hardening exponent n. T =K Tn , K= T / Tn =415MPa/(0.4750.25)=500MPa T =( T/K)1/n=(325MPa/500MPa) 1/0.25=0.179 T =ln(l i / l 0), l i = l 0 * e =300mm*e0.179=300mm*1.196=358.8mm
9.32 A 12.5mm diameter cylindrical rod fabricated from a 2014-T6 alloy (Figure 9.46) is subjected to a repeated tension-compression load cycling along its axis. Compute the maximum and minimum loads that will be applied to yield a fatigue life of 1.0107cycles. Assume that the stress plotted on the vertical axis is stress amplitude, and data were taken for a mean stress of 50 MPa.
At a fatigue life of 1.0×107 cycles, the stress amplitude a is about 175(160)MPa. a =(max - min )/2, 英文书P257 m =(max + min )/2, 英文书P258 So max = m +a , min =m - a , F max /A= m +a F max =(m +a )A=27598N (25758) F min =(m -a )A=-15332N (-13492)
σmax=σ0[1+2（a/ρ）0.5]
= 2σ f（a/ρ ）0.5
7000=60[1+2（a/0.14）0.5]
a=468nm，2a=936.5nm 括号中1省略则a=476nm
4-21某钢材的屈服强度为1100MPa,抗拉强度为1200MPa， 断裂韧性（KIC ）为90MPa· 1/2 。（a）在一钢板上有 m 2mm的边裂，在他产生屈服之前是否会先断裂？（b） 在屈服发生之前，不产生断裂的可容许断裂缝的最大深 度是多少？（假设几何因子Y等于1.1，试样的拉应力与 边裂纹垂直） σ = KIC/Y（π a）0.5 =1032Mpa，先断裂
陶瓷材料的结构，晶相、玻璃相和气相;裂 纹等缺陷。
9.28 Briefly explain why BCC and HCP metal alloys may experience a ductile-to-brittle transition with decreasing temperature, whereas FCC alloys do not experience such a transition.
9.6 Briefly explain (a) why there may be significant scatter in the fracture strength for some given ceramic material, and (b) why fracture strength increases with decreasing specimen size.
思考题
4-7 一条长212cm的铜线，直径为0.76mm。当外加载荷为8.7kg时 开始产生塑性变形(a)此作用力是多少牛顿？(b)外加载荷为 15.2kg时，此线的应变为0.011，则去除载荷后，铜线的长度为 多少？ ©此铜线的屈服强度是多少？ 解：（a）F1=mg=8.7*9.8=85.3N （b）σ =F2 /S= F2 /(π d2/4) =15.2*9.8 /(π * 0.762/4)=329(MPa) ε =σ /E=329MPa/110.3Gpa=3‰ L=L0（1+Δ ε ）=212*（1+0.011-0.003）=213.7cm （3）σ = F1 /S= 85.3N / (π * 0.762/4) =187.9Mpa
T
9.17 Some aircraft component is fabricated from an aluminum alloy that has a plane strain fracture toughness of 35 MPa.m1/2. It has been determined that fracture results at a stress of 250 MPa when the maximum (or critical) internal crack length is 2.0 mm. For this same component and alloy, will fracture occur at a stress level of 325 Mpa when the maximum internal crack length is 1.0 mm? Why or why not?
a=（KIC/Yσ ）2/π 1100 1200 =1.5mm 1.76 1.5
7.29 A cylindrical specimen of aluminum having a diameter of 12.8 mm and a gauge length of 50.800 mm is pulled in tension. Use the load–elongation characteristics tabulated below to complete problems a through f. (a) Plot the data as engineering stress versus engineering strain. (b) Compute the modulus of elasticity. (c) Determine the yield strength at a strain offset of 0.002. (d) Determine the tensile strength of this alloy. (e) What is the approximate ductility, in percent elongation? (f ) Compute the modulus of resilience.
KIC=Y(a)1/2,
Y= KIC /[(a)1/2]=(35 Mpa m 1/2 ) / [(250 Mpa) (3.14*0.002/2m)1/2]=2.50
另外受力： = KIC /[(a)1/2 Y]=(35 Mpa m 1/2 )/ [(3.14*0.001/2m)1/2 *2.50]=353.3MPa, 因此不断裂。
9.18 Suppose that a wing component on an aircraft is fabricated from an aluminum alloy that has a plane strain fracture toughness of 40 Mpa m1/2 . It has been determined that fracture results at a stress of 365 MPa when the maximum internal crack length is 2.5 mm. For this same component and alloy, compute the stress level at which fracture will occur for a critical internal crack length of 4.0 mm . KIC=Y(a)1/2, Y= KIC /[(a)1/2]=(40 Mpa m 1/2 ) / [(365Mpa)(3.14*0.0025/2m)1/2]=1.75 另外受力： = KIC /[(a)1/2 Y]=(40 Mpa m 1/2 )/ [(3.14*0.004/2m)1/2 1.75]=288.4MPa,