大连理工大学叶飞老师材料科学基础之平时作业

一、晶体结构

1. 解释名词：配位数、晶胞、致密度、间隙固溶体、合金、相、组织、固溶体、置换固溶体、间隙固溶体、电子浓度、电子化合物。 （P86，1）If the atomic radius of copper is 0.128nm, calculate the volume of this unit cell in cubic meters.（如果铜的原子半径0.128nm ，计算立方米的这个单位细胞体积

2. （P86，4）Mn 的同素异构体有一为立方结构，其晶格常数为0.632nm ，密度ρ为7.26g/cm 3，原子半径r 为0.112nm 。问Mn 晶胞中有几个原子，其致密度为多少？

3. （P86，5）Mo 的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数a = 0.3147nm ，试求Mo 的原子半径r 。

4. （P86，6）试证明四方晶系中只有简单四方和体心四方两种点阵类型。

5. 在立方晶胞中画出下列晶向：]031[];321[];331[];210[];121[];101[

6. 在立方晶胞中画出下列晶面：)321();221();131();210();211();110(

7. 锆（Zr ，Zirconium ）具有HCP 结构，密度为6.51 g/cm 3，M Zr =91.22 g/mol 。（a ）计算晶胞体积；（b ）如果c/a 为1.593，计算c 和a 。

8. 试比较间隙固溶体、间隙相和间隙化合物的结构和性能特点。

9. FeAl 为电子化合物，计算其电子浓度，Fe 、Al 的价电子贡献分别为0和+3。 10. 下列合金相为何种类型：Cr 7C 3 、Mg 2Pb 、 WC 、FeAl 、Cu 3Al 、Fe 4N 、Fe 3C 。

二、晶体缺陷

1. 解释名词：柏氏矢量、层错、空位、小角度晶界、共格相界、螺型位错

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。

3. 计算Fe 在 850o 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 。

4. （P161，6）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？

5. （P161，8）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 →+ 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？

7. If the atomic radius of copper is 0.128nm, determine the magnitude of the Burgers vector for copper.（如果铜的原子半径的确定0.128nm ，铜的Burgers 矢量大小）

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？ 9. 试分析在（111）面上运动的柏氏矢量为]101[2

a

b =

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？

三、材料变形、回复与再结晶

1. 临界分切应力、孪生、固溶强化、Orowan 机制、应变时效、二次再结晶、回复

2. （P161，3）Why are FCC metals more ductile than either HCP or BCC metals?

3. （P161，4）How do changes in the dislocation density affect the strength and ductility (i.e. its

ability to deform plastically)? Why? 4. （P161，10）已知平均晶粒直径为1mm 和0.0625mm 的α-Fe 的屈服强度分别为112.7MPa

和196MPa,问平均晶粒直径为0.0196mm 的α-Fe 的屈服强度为多少？

5. （P161，11）试指出Cu 和α-Fe 两晶体易滑移的晶面和晶向，并求出他们的滑移面间

距，滑移方向上的原子间距及点阵阻力。（已知G Cu =48.3GPa ，G α-Fe =81.6GPa ，v =0.3） 6. （P161，12）今有纯Ti 、Al 、Pb 三种铸锭，试判断它们在室温（20°C ）轧制的难易顺

序。是否可以连续轧制？如果不能，应采取什么措施才能使之轧制成薄板？（已知Ti 的熔点1672°C ，在883°C 以下为HCP 结构，883°C 以上为BCC 结构；Al 的熔点为660°C ，BCC 结构；Pb 的熔点为328°C ，FCC 结构。）

7. （P161，14）简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力。如何区分冷、热加工？动态再

结晶与静态再结晶后组织结构的主要区别是什么？

8. 某工厂用一冷拉钢丝绳将一大型钢件吊入热处理炉内，由于一时疏忽，未将钢绳取出，

而是随同工件一起加热至860℃，保温时间到了，打开炉门，欲吊出工件时，钢丝绳发生断裂，试分析原因。

9. 有一截面为10mm ⨯10mm 的镍基合金试样，其长度为40mm ，拉伸实验结果如下表，试

计算其抗拉强度σb ，屈服强度σ0.2，弹性模量E 以及延伸率δ。

载荷（N ）

标距长度（mm ）

0 40.0 43，100 40.1 86，200 40.2 102，000 40.4 104，800 40.8 109，600 41.6 113，800 42.4 121，300 44.0 126，900 46.0 127，600

48.0 113，800（破断）

50.2

四、二元相图

1. （P291，2）What are ferrite, austenite, cementite, pearlite and ledeburite ？

2. （P291，3）Analyze the transformations experienced by a Fe-C alloy containing

3.5% carbon

as it is slowly cooled from the liquid to room temperature. (1) Determine the microstructures