东南大学材料科学基础习题
(完整版)材料科学基础习题及答案
第一章材料的结构一、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1、材料的键合方式有四类，分别是（），( )，（）,（）.2、金属原子的特点是最外层电子数（），且与原子核引力（），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，晶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（），四面体间隙个数为（ )，具有体心立方晶格的常见金属有（）。
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（），密排晶向为( )，密排晶面为（）,晶胞中八面体间隙个数为( )，四面体间隙个数为（），具有面心立方晶格的常见金属有（）。
7、密排六方晶格中,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（），具有密排六方晶格的常见金属有( ）。
8、合金的相结构分为两大类，分别是（）和( ）。
9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（）和（）,按照固溶度分为（）和（），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（）和（）。
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、Cu5Zn8、Cu3Sn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、Fe3C的铁、碳原子比为（)，碳的重量百分数为（），它是( ）的主要强化相。
东南大学材料科学基础习题2+答案
习题21、立方点阵单胞轴长为a，给出简单立方、体心立方、面心立方这三种点阵的每一个阵点的最近邻、次近邻的点数，求出最近邻、次近邻的距离。
2、某正交晶系单胞中，在如下位置有单原子存在：①(0, 1/2, 0)，(1/2, 0, 1/2)两种位置都是同类原子；②([1/2, 0,0])，(0, 1/2, 1/2)上是A 原子，(0, 0, 1/2)，(1/2, 1/2, 0)是B 原子。
问上两种晶胞各属于哪一种布喇菲点阵？3、Fig.1 shows a unit cell of a hypothetical metal. (a) To which crystal system does this unit cell belong? (b) What would this crystal structure be called? (c) Calculate the density of the material, given that its atomic weight is 141 g/mol.Fig.1 Fig. 24、The unit cell for uranium has orthorhombic symmetry, with a, b, and c lattice parameters of 0.286, 0.587 and 0.495 nm, respectively. If its density, atomic weight, and atomic radius are 19.05 g/cm3, 238.03 g/mol, and 0.1385 nm, respectively, compute the atomic packing factor.5、Three different crystallographic planes for a unit cell of a hypothetical metal are shown in Fig.2. The circles represent atoms. (a) To what crystal system does the unit cell belong? (b) What would this crystal structure be called? (c) If the density of this metal is 18.91 g/cm3, determine its atomic weight.1、立方点阵单胞轴长为a，给出简单立方、体心立方、面心立方这三种点阵的每一个阵点的最近邻、次近邻的点数，求出最近邻、次近邻的距离。
东南大学材料科学基础习题
x Dt
Cs=1%，C0=0.1%，Cx=0.45%，x=0.05带入后 可以得到
erf
0.05 2 Dt
0.6111
查表求得 t=5.2h
同样可以求得（2）
（3）课堂上已讲过 x Dt
4.870℃渗碳与927℃渗碳相比，优点是热处理产品 晶粒细小，淬火变形小，
问：
1. 870℃渗碳需要多少时间才能获得与927℃渗碳10小 时相同的渗层厚度？（已知D0、Q，忽略不同温度下 碳在奥氏体铁中的溶解度差别）；
θ+η
θ+η’
2.根据有关数据画二元相图
画出坐标（C%---T） 汇出三相平衡反应，并给出反应类型 连接相应点
3.分析含碳量0.2%和1.5%的铁碳合金按亚稳系统从
液态平衡冷却到室温的转变过程。用冷却曲线说 明各阶段的组织，并画出各合金在730℃和720℃ 显微组织的示意图。
0.2%C
扩散习题
1. 一个封闭钢管，外径为1.16cm，内径为0.86cm，长度为 10cm。管内为渗碳气氛，管外为脱碳气氛。在1000℃保温 100h 后（达到平稳态扩散），共有3.60g 碳逸出钢管。钢管 的碳浓度分布如下所示：
r/cm 0.553 0.540 0.527 0.516
w(C)/% 0.28 0.46 0.65 0.82
3. 列式说明Fe-Fe3C-Fe3P三元系中的合金在下列温度范 围内发生哪些无液相参与的三相平衡转变：
1）1005~745℃；2）950~745℃；3）745~725℃
4. 请说明发生相图所示的包共晶转变后，哪个成分范围 内的合金仍有液相？并说明这些合金继续冷却时还会 发生哪些转变。
1.三元系液相面的投影图 2.由液相直接结晶出的单一 固体 液相线划分的区域 3.课上讲过，注意题目的本 意应该是两四相平衡反应之 间的三相平衡转变 4. L—＋Fe3P
工程材料东南大学课后答案
工程材料东南大学课后答案【篇一：东南大学2015春学期《工程材料学基础》在线作业3答案】一、单选题（共 5 道试题，共 25 分。
）a. 再结晶退火b. 淬火回火c. 淬火时效正确答案：c2. 7、亚共析钢的正常淬火加热温度是（）。
a. ac1+30~50℃b. ac3+30~50℃c. accm+30~50℃正确答案：b3. 2．下述几种变形铝合金系中属于锻造铝合金的是（）a. al-mn和al-mgb. al-cu-mgc. al-mg-si-cu正确答案：c4. 10、完全退火主要适用于（）。
a. 亚共析钢b. 过共析钢c. 共析钢正确答案：a5. 6、铝合金经固溶处理后在室温放置或较高温度下保温，随时间延长，其强度、高，塑性、韧性下降的现象，称为（）a. 固溶强化b. 时效强化c. 弥散强化正确答案：b15春学期《工程材料学基础》在线作业3硬度升二、判断题（共 15 道试题，共 75 分。
）1. 12、金属化合物具有较高的熔点、硬度和较大的脆性。
a. 错误b. 正确正确答案：b2. 10、材料的凝固过程即结晶过程。
a. 错误b. 正确正确答案：a3. 3、凡是铁-碳合金称之为钢。
（）a. 错误b. 正确正确答案：a4. 1.石墨化是指铸铁中碳原子析出形成石墨的过程。
（）a. 错误b. 正确正确答案：b5. 11、工业用钢按化学成分分为碳钢和合金钢两大类。
（）a. 错误b. 正确正确答案：b6. 31、热处理只适用于固态下发生相变的材料。
（）a. 错误b. 正确正确答案：b7. 7. 铸铁可以通过再结晶退火使晶粒细化，从而提高其机械性能。
（）a. 错误b. 正确正确答案：a8. 14、随含碳量增加，铁碳合金中渗碳体的含量先增加后减少。
a. 错误b. 正确正确答案：a9. 12、二组元在液体和固态下均发生无限互溶时构成二元匀晶相图。
a. 错误b. 正确正确答案：b10. 22. 钢中铁素体与奥氏体的本质区别在于含碳量不同。
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]。
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。
的等价晶面：的等价晶面：的等价晶向：的等价晶向：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。
该晶面的面法线与a，b，c轴的夹角分别为119.0、43.3和60.9度。
请据此确定晶面指数。
h:k:l=cosα:cosβ:cosγ5.Cu具有FCC结构，其密度为8.9g/cm3，相对原子质量为63.546，求铜的原子半径。
=> R=0.128nm。
6. 写出溶解在γ-Fe中碳原子所处的位置，若此类位置全部被碳原子占据，那么试问在这种情况下，γ-Fe能溶解多少重量百分数的碳？而实际上在γ-Fe中最大的溶解度是多少？两者在数值上有差异的原因是什么？固溶于γ-Fe中的碳原子均处于八面体间隙中，且γ-Fe中的八面体间隙有4个，与一个晶胞中Fe原子个数相等，所以：C wt%=12/(12+56)×100%=17.6%实际上C在γ-Fe中的最大溶解度为2.11%两者数值上有较大差异，是因为此固溶体中，碳原子尺寸比间隙尺寸大，会引起点阵晶格畸变，畸变能升高，限制了碳原子的进一步溶解。
材料科学基础03B卷
东南大学考试卷课程名称材料科学基础适用专业材料科学与工程考试学期考试形式闭卷满分100 考试时间分钟共页得分材料科学基础（Ⅱ）期终考试试卷（ B 卷）学号：姓名：得分：一、选择题（请在下列各题的备选答案中选择最合适的一个答案，共32分）1、在晶体滑移过程中，(1) 由于位错不断移出滑移面，位错密度随形变量的增加而减少；(2) 由于位错的增殖，位错密度随形变量的增加而增高；(3) 由于晶界不断吸收位错，位错密度随形变量的增加而减少；(4) 由于位错的消失（移出滑移面）和增殖的共同作用，位错的密度基本不变。
2、柯垂尔（Cottrell）气团是(1) 由于空位在位错芯区域的聚集而形成；(2) 由于溶质原子在位错芯区域的聚集而形成；(3) 由于位错的交割而形成；(4) 由于溶质原子聚集在层错而形成。
3、分散（颗粒）强化的效果和(1) 颗粒的体积百分数有关，颗粒的体积百分数越低，强化效果越好；(2) 颗粒的大小有关，颗粒越小，强化效果越好；(3) 颗粒的硬度有关，颗粒越软，越容易被位错切割，强化效果就越好；(4) 颗粒的晶体结构有关，颗粒的致密度越高，强化效果越好。
4、强化金属材料的各种手段，考虑的出发点都在于：(1) 制造无缺陷的晶体或设置位错运动的障碍；(2) 使位错增殖；(3) 适当减少位错。
5、再结晶过程包含晶粒的形核与长大：(1) 形核与长大的驱动力都来源于形变储存能；(2) 形核与长大的驱动力都来源于晶界能；(3) 形核的驱动力来源于储存能，长大的驱动力来源于晶界能；(4) 形核的驱动力来源于晶界能，长大的驱动力来源于储存能；(5) 形核与长大的驱动力都有赖于外部提供能量。
6、A与B为同种材料经相同变形后的两批试样，不同的是A试样经过了回复，对这两批材料而言：(1) A试样的再结晶温度较高；(2) B试样的再结晶温度较高；(3) A试样与B试样具有相同的再结晶温度；(4) 两试样的再结晶温度不好比较。
东南大学2019-2020学年第一学期材料学基础试卷C
东南大学2019-2020学年第一学期材料学基础试卷B所有答案必须做在答案题纸上，做在试题纸上无效！一、简答题（每题 10 分，共 50 分）1.原子的结合键有哪几种？各有什么特点？2.面心立方晶体和体心立方晶体的晶胞原子数、配位数和致密度各是多少？3.立方晶系中，若位错线方向为，试说明该位错属于什么类型。
4.请说明间隙化合物与间隙固溶体的异同。
5.试从扩散系数公式说明影响扩散的因素。
二、作图计算题（每题 15 分，共 60 分）1.在面心立方晶体中，分别画出(101)、[110]和，指出哪些是滑移面、滑移方向，并就图中情况分析它们能否构成滑移系？2.已知Al 为面心立方晶体，原子半径为r A。
若在 Al 晶体的八面体间隙中能溶入最大的小原子半径为r B，请计算r B 与r A 的比值是多少。
3.A-B 二元合金中具有共晶反应如下：若共晶反应刚结束时，α和β相的相对含量各占 50%，试求该合金的成分。
4.已知铜的临界分切应力为 1Mpa，问要使面上产生[101]方向的滑移，应在[001]方向上施加多大的力？三、综合分析题（每题 20 分，共 40 分）1.按下列条件绘出 A-B 二元相图：（1）A 组元（熔点600℃）与B 组元（熔点500℃）在液态时无限互溶；（2）固态时，A 在B 中的最大固溶度为w A=0.30，室温时为w A=0.10；而B 在固态下不溶于A；（3）300℃时发生共晶反应。
在A-B 二元相图中，分析w B=0.6 的合金平衡凝固后，在室温下的相组成物及组织组成物，并计算各相组成物的相对含量。
2.请绘出下列 Fe-C 合金极缓慢冷却到室温后的金相组织示意图，并标注各组织。
（腐蚀剂均为 3%硝酸酒精）东南大学2019-2020学年第一学期材料学基础试卷B答案（评分参考卷）所有答案必须做在答案题纸上，做在试题纸上无效！一、简答题（每题 10 分，共 60 分）1．离子键：正负离子相互吸引；键合很强，无方向性；熔点、硬度高，固态不导电，导热性差。
东南大学材料科学基础习题4+答案
东南大学材料科学基础习题4+答案习题41、纯金属晶体中主要的点缺陷是什么，试述其产生的可能途径？2、由600℃至300℃时，锗晶体中的平衡空位浓度下降了六个数量级，试计算锗晶体中的空位形成能。
3、一个位错环能否各部分都是螺位错?能否各部分都是刃位错?为什么?4、面心立方晶体中有[011]位错，其方向为[211]，分解成Shockly不全位错，写出该反应的反应式，并说明该反应成立的理由。
5、简单立方晶体(100)面有1个b=[0?10]的刃位错， (a)在(001)面有1个b=[010]的刃位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？ (b)在(001)面有1个b=[100]的螺位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？1、纯金属晶体中主要的点缺陷是什么，试述其产生的可能途径？2、由600℃至300℃时，锗晶体中的平衡空位浓度下降了六个数量级，试计算锗晶体中的空位形成能。
3、一个位错环能否各部分都是螺位错?能否各部分都是刃位错?为什么?4、面心立方晶体中有[011]位错，其方向为[211]，分解成Shockly不全位错，写出该反应的反应式，并说明该反应成立的理由。
5、简单立方晶体(100)面有1个b=[0?10]的刃位错 (a)在(001)面有1个b=[010]的刃位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？ (b)在(001)面有1个b=[100]的螺位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？1、纯金属晶体中主要的点缺陷是什么，试述其产生的可能途径？2、由600℃至300℃时，锗晶体中的平衡空位浓度下降了六个数量级，试计算锗晶体中的空位形成能。
3、一个位错环能否各部分都是螺位错?能否各部分都是刃位错?为什么?4、面心立方晶体中有[011]位错，其方向为[211]，分解成Shockly不全位错，写出该反应的反应式，并说明该反应成立的理由。
5、简单立方晶体(100)面有1个b=[0?10]的刃位错 (a)在(001)面有1个b=[010]的刃位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？ (b)在(001)面有1个b=[100]的螺位错和它相截，相截后2个位错产生扭折还是割阶？1、纯金属晶体中主要的点缺陷是什么，试述其产生的可能途径？2、由600℃至300℃时，锗晶体中的平衡空位浓度下降了六个数量级，试计算锗晶体中的空位形成能。
《材料科学基础》习题及参考答案
答案
2.试从晶体结构的角度，说明间隙固溶体、间隙相及
间隙化合物之间的区别。
答案
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3. 何谓玻璃？从内部原子排列和性能上看，
非晶态和晶态物质主要区别何在?
答案
4.有序合金的原子排列有何特点？这种排列
和结合键有什么关系？为什么许多有序合金
在高温下变成无序？
答案
5. 试分析H、N、C、B在Fe和Fe中形成固熔
6.离异共晶
答案
7.伪共晶
答案
8.杠杆定理
答案
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二、综合题
1.在图4—30所示相图中，请指出： (1) 水平线上反应的性质； (2) 各区域的组织组成物； (3) 分析合金I，II的冷却过程； (4) 合金工，II室温时组织组成物的相对量表达式。
答案
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2.固溶体合金的相图如下图所示，试根据相图确定： ①成分为ω(B)=40%的合金首
答案
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7. 根据图7-9所示的A1-Si共晶相图，试分析图中(a)，(b)，(c)3个金相组 织属什么成分并说明理由。指出细化此合金铸态组织的途径。
答案
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8. 青铜( Cu-Sn)和黄铜C Cu--fin)相图如图7-15(a)，(b)所示:
①叙述Cu-10% Sn合金的不平衡冷却过程，并指出室温时的 金相组织。
化时是否会出现过热，为什么？
答案
3.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？
答案
4.比较说明过冷度、临界过冷度、动态过冷度等
概念的区别。
答案
5.分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。 答案
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6.简述纯金属晶体长大的机制。
东南大学材料科学基础习题6+答案
塑性变形再结晶 习题一、试分析金属塑性变形行为对下列材料与零件的重要意义：1、冲压钢板；2、汽车板簧；3、铆钉；4、高压蒸汽管道法兰盘的紧固螺栓。
二、单滑移、复滑移及交滑移的滑移带形貌有什么特征？试结合图解说明。
三、若平均晶粒直径为1mm 和0.0625mm 的纯铁的屈服强度分别为112.7MPa 和196MPa ，则平均晶粒直径为0.0196mm 的纯铁的屈服强度为多少？ 四、面心立方晶体的)111(和)111(面各有几个密排方向？共可组成几个滑移系？这些滑移系能否有数个共同发生作用的情况？若有，是复滑移还是交滑移？五、有一铝单晶体细圆棒，其轴线与晶体的[001]晶向一致，若沿棒的轴向施以拉应力，在多大拉应力下晶体开始发生塑性变形？六、体心立方晶体可能的滑移面是{110}、{112}及{123}，若滑移方向为]111[，具体的滑移系是哪些?七、通常强化金属材料的方法有哪些？试述它们强化金属的微观机理，并指出其共同点。
八、厚度为40mm 厚的铝板，轧制成一侧为20mm 另一侧仍保持为40mm 的楔形板，经再结 晶退火后，画出从20mm 的一侧到40mm 一侧的截面的组织示意图。
并说明。
九、对某变形铝合金的研究发现，当其组织中存在大量尺寸较大（约1μm ）和尺寸较小（约50nm ）的两类第二相颗粒情况下，经适当的塑性变形和再结晶处理后，能获得最小的晶粒尺寸，试述此过程中上述两类颗粒的作用机理。
一、试分析金属塑性变形行为对下列材料与零件的重要意义：1、冲压钢板；2、汽车板簧；3、铆钉；4、高压蒸汽管道法兰盘的紧固螺栓。
答：1、塑性变形成型；2、不允许塑变；3、塑性变形卡住；4、不塑变、安全二、单滑移、复滑移及交滑移的滑移带形貌有什么特征？试结合图解说明。
答：1、单滑移－一系列平行滑移带；2、复滑移－交叉的平行滑移带；3、交滑移－平行滑移带上出现小折线段。
三、若平均晶粒直径为1mm 和0.0625mm 的纯铁的屈服强度分别为112.7MPa 和196MPa ，则平均晶粒直径为0.0196mm 的纯铁的屈服强度为多少？答：根据210-+=kd s σσ，可得所求屈服强度为283.4MPa四、面心立方晶体的)111(和)111(面各有几个密排方向？共可组成几个滑移系？这些滑移系能否有数个共同发生作用的情况？若有，是复滑移还是交滑移？答：各有三个密排方向：]110[、]101[、]110[及]011[、]101[、]011[，共构成六个滑移系。
2008年东南大学材料科学基础真题答案课件
2008年东南大学材料科学基础真题（百度截图）2008年东南大学材料科学基础真题答案一选择1-5 accdb 6-10 abbda 11-15 bcccb 16-20 bcbbb二1、2如下三先以正对我们的一面作为计算原子半径的依据，也就是1/4高处的原子和底边顶点上的原子构成一个等腰三角形，且这个原子是与底边顶点上的原子相切，根据勾股定律求得原子半径是r=0.15，再通过计算一个晶胞里面有4个原子，可以知道致密度K=4*4/3πr3/abc=52.5% 四1、非均匀形核由于外界杂质颗粒或者铸型内壁（基底）等可以促进了结晶形核的形成，依附于这些已经存在的表，可以使得形核界面能降低，所以非均匀形核功小于均匀形核功；在基底不起作用的情况下，也就是接触角θ=180°的情况下，二者形核功相等。
=ΔG hom(2-3cosθ+cos3θ)/4,由杨氏方2、如图θ就是润湿角，ΔG程σLw=σαL cosθ+σαw当液相与基底之间的界面能越大时，接触角θ越大,这也很好理解，当二者之间界面能很大，就说明液相很难铺展在基底上，接触角也就很大了。
3、成分过冷的临界条件是G=Rmw0(1-k0)/Dk0，也可以写作G/R=ΔT/D，影响成分过冷的因素是：液固界面浓度w0，液相线斜率m，平衡分配系数k0，，扩散系数D，温度梯度R，凝固速度v，当w0、m越大，而k0很小的时候，会导致凝固温度范围ΔT增大，这样就会有很大空间范围导致成分过冷产生；当凝固速度v一定时，实际的温度梯度R越小，也容易产生成分过冷；当凝固速度过大，那么在短时间里面液体混合程度会减小，那么在边界层处会有大量的溶质聚集，这样也容易产生成分过冷。
4、一般只有在平衡凝固条件下，在共晶成分的合金才能得到全部的共晶组织，但是在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织叫做伪共晶，在非平衡凝固条件下比较容易形成伪共晶。
东南大学《材料科学基础ii》三元相图习题1.doc
1.根据所示的三元相图综合投影图，用热分析曲线表示图中成分为M和N的材料在平衡冷却过程中发生的组织转变。
2.已知A-B-C三种元素在液态无限互溶，而在固态有限互溶，三元系在固态只含a、（3、Y三个相。
A、B、C的熔点分别为900°C、1200°C和1000°Co系统在下列温度和成分处有恒温反应：温度°CL aA B C A B C1100 35 651000 70 30 50 50950 45 20 35 50 40 10 800 50 50 80 20温度°CP YA B C A B C1100 93 7 55 45 1000 10 90950 12 80 8 10 45 45 800 30 70各相的溶解度为:固溶体溶解度945°C 室温a 50%A-40%B-10%C 60%A-35%B-5%C p 12%A-80%B-8%C 3%A・95%B-2%C Y 10%A-45%B-45%C 5%A・40%B・55%C组成三元相图的三个二元系的相在室温下溶解度为请根据上述条件解决以下问题：（1）画出系统的综合投影图；（2）说明每个恒温反应的类型；（3）画出成分为30%A.55%B.15%C的合金凝固过程的热分析曲线，并计算该合金在945°C时各相的相对百分数；（4）画出成分为20%A-35%B-45%C合金凝固过程的热分析曲线。
组成三元相图的三个二元系的相在室温下溶解度为请根据上述条件解决以下问题：（1）画出系统的综合投影图；（2）说明每个恒温反应的类型；（3）画出成分为30%A.55%B.15%C的合金凝固过程的热分析曲线，并计算该合金在945°C时各相的相对百分数；（4）画出成分为20%A-35%B-45%C合金凝固过程的热分析曲线。
东南大学材料科学基础2004年真题
（一）选择题（单项选择，每题2分，共40分）1、A、B两晶体，如果它们的a、空间点阵相同，则两者的晶体结构相同；b、所属的晶系相同，则两者的晶体结构相同；c、晶体结构相同，则两者的点阵常数相同；d、晶体结构相同，则两者的空间点阵相同。
2、在正方晶系中与（112）等同的晶面是：a、（121）；b、（211）；c、（⎺112）；d、（⎺121）。
3、配位数是指晶体结构中a、每个原子周围的原子数；b、每个原子周围最邻近的原子数；c、每个原子周围的相同原子数；d、每个原子周围最邻近的和次邻近的原子数之和。
4、密排六方和面心立方均属密排结构，它们的不同点是：a、晶胞选取方式不同；b、原子配位数不同；c、密排面上，原子排列方式不同；d、原子密排面的堆垛方式不同。
5、在立方晶系中与（101）、（111）属同一晶带的晶面是：a、（110）；b、（011）；c、（⎺110）；d、（010）。
6、TiC和NaCl具有相同的晶体结构，但它们不属于同一类中间相，这是因为a、TiC是陶瓷，NaCl是盐；b、NaCl符合正常化合价规律，TiC不符合正常化合价规律；c、TiC中的电子浓度高；d、NaCl的致密度高。
7、纯金属均匀形核时，临界半径r*与a、该金属的熔点有关，熔点越高，r*越小；b、与该金属的表面能有关，表面能越高，r*越小；c、与过冷度有关，过冷度越大，r*越小；d、与过冷度有关，过冷度越大，r*越大。
8、在三元系中，杠杆定理的用途是：，a、在水平截面上计算三相平衡是各相的相对百分数；b、在垂直截面上计算三相平衡是各相的相对百分数；c、在水平截面上计算两相平衡是各相的相对百分数；d、在垂直截面上计算两相平衡是各相的相对百分数。
9、在下列那一种情况下平衡分配系数k0和有效分配系数k e相等？a、正常凝固；b、快速凝固；c、定向凝固；d、边界层与液相区部分混合条件下的凝固。
10、指出下列四个六方晶系的晶面指数中，哪一个是错误的，a、（2⎺3 12）；b、（1⎺1 0 2）；c、（3 ⎺1⎺2 2）；d、（1 1⎺1 2）。
《材料科学基础》课后习题及参考答案
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。
8、根据最密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，金钢石结构的空间利用率很低(只有34.01％)，为什么它也很稳定?9、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25．9％；10、金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为1.74克/厘米3，求它的晶胞体积。
东南大学材料科学基础第4章
4.2.5 凝固动力学
2）动力学曲线
4.1 纯金属的凝固
4.2.5 凝固动力学
4.1 纯金属的凝固
2. 结晶后晶体的形态（形貌 morphology）
影响形态的因素：
界面结构， 温度分布 两种温度分布
正梯度
负梯度
4.2.5 凝固动力学
4.1 纯金属的凝固
(1) 正梯度 此时dT/dz>0
结晶时产生的热量只能从固相散出，晶体生长时界 面以平面的方式推进。
这是因为正梯度前方液相的温度高，界面前沿有凸起时，过冷 度减小，生长速度减慢，所以整个界面是整体进。
界面形貌：微观光滑界面－小平面状 微观粗糙界面－平面状
4.2.5 凝固动力学
(2) 负梯度 界面形貌呈树枝状
4.1 纯金属的凝固
因为：在负梯度下，界面前沿的液相的 温度比界面处低，界面上由于成分起伏 有一处向前凸起时，过冷度加大，凸起 的部分推进速度加快，迅速向前生长， 成为主干（一次轴）。同样主干上有凸 起时，因前沿过冷度大，会形成枝干 （二次轴）。由此类推，形成枝晶。
4.2.3 形核
根据初等几何：
4.1 纯金属的凝固
ALw=Aw=R2=r2(1-cos2) AL＝2r2（1－cos）
又： Lw=Lcos+w,, 代入Gs表达式可得： ｛Gs＝LAL+wAw-LwALw｝ Gs=r2L（2－3cos＋cos3）
代入 G=VGV+GS
得：
G
(
1 3
r
3GV
r2 nL )(2 3cos
4.2.2 凝固（结晶）的热力学条件
过冷现象
4.1 纯金属的凝固
4.2.2 凝固（结晶）的热力学条件
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-5.20
6
求各点的斜率k,根据
dC q
d ln r D2rlt
可以求得
D q
2rltk
r / ×10-3m 5.53 5.40 5.27 5.16
D / ×10-11m2/s 2.68 2.64 2.56 3.00
r / ×10-3m 4.91 4.79 4.66 4.49
w(C)/ kg/m3 21.98 36.11 51.025 64.37
r / ×10-3m 4.91 4.79 4.66 4.49
w(C)/ kg/m3 85.565 94.2 103.62 111.47
5
作(C)~(lnr)曲线
C / kg.m-3
120 100
80 60 40 20
-5.40
D / ×10-11m2/s 4.10 4.60 5.75 7.53
7
作(C)~(D)曲线
D / m2s-1
8.0x10-11
7.0x10-11
6.0x10-11
5.0x10-11
4.0x10-11
3.0x10-11
2.0x10-11
20
40
60
80
100
120
C / kgm-3
8
2. 氢在金属中扩散较快，因此用金属容器贮存氢气 会存在渗漏。假设钢瓶内氢压力为p0，钢瓶放置 于真空中，其壁厚为h，并且已知氢在该金属中的 扩散系数为D，而氢在钢中的溶解度服从，其中k
η- η‘
θ+η
θ+η’
16
2.根据有关数据画二元相图
画出坐标（C%---T） 汇出三相平衡反应，并给出反应类型 连接相应点
17
18
3.分析含碳量0.2%和1.5%的铁碳合金按亚稳系统从
液态平衡冷却到室温的转变过程。用冷却曲线说 明各阶段的组织，并画出各合金在730℃和720℃ 显微组织的示意图。
1.32
0.516
0.82
0.449
1.42
dC q
d ln r D2rlt
C:kg/m3; r:m q:kg/m2.s D:m2/s l:m t:s
故C需转化为质量浓度，取钢的密度ρ=7.85g/cm3=7.85X103kg/m3,得到
r / ×10-3m 5.53 5.40 5.27 5.16
x
h
(2) 依据上式，减少氢扩散逸失即需要减小J，因此
可以采取的措施有：
a) 选择合适的容器材料，以减小D和k；
b) 降低容器内氢气压力p0； c) 增加容器壁厚h。
10
3.一块厚钢板，w(C)=0.1％，在930℃渗碳，表面碳 浓度保持w(C)=1％，设扩散系数为常数， D=0.738exp[-158.98(kJ/mol)/RT]（cm2⋅s-1）。
r/cm 0.491 0.479 0.466 0.449
w(C)/% 1.09 1.20 1.32 1.42
计算各个浓度下的扩散系数，画出浓度-扩散系数曲线。
2
3.1.2 稳态扩散方程
稳态扩散的实例
3.1 唯象理论
空心的薄壁圆筒渗碳
条件：
圆筒内外碳浓度保持恒定
管内为渗碳气氛，管外为脱碳气氛。 ）
问:
1. 距表面0.05cm 处碳浓度w(C)升至0.45％所需要的时间。
2. 若在距表面0.1cm 处获得同样的浓度（0.45%）所需时 间又是多少?
3. 导出在扩散系数为常数时，在同一温度下渗入距离和 时间关系的一般表达式。
11
1. 利用fick第二定律误差函数解，
C
Cs
(Cs
C0 )erf
扩散习题
1
1. 一个封闭钢管，外径为1.16cm，内径为0.86cm，长度为 10cm。管内为渗碳气氛，管外为脱碳气氛。在1000℃保温 100h 后（达到平稳态扩散），共有3.60g 碳逸出钢管。钢管的 碳浓度分布如下所示：
r/cm 0.553 0.540 0.527 0.516
w(C)/% 0.28 0.46 0.65 0.82
经过一定的时间后，系统达到稳定态
1000℃保温100h 后（达到平稳态扩散）
此时圆筒内各点的碳浓度恒定
表中所列
则有：
Z r
3
3.1.2 稳态扩散方程
3、稳态扩散的实例
3.1 唯象理论
J q q ＝ D dC
At 2rlt
dr
其中：q为通过圆筒侧面的碳量；
r为圆筒半径， l为圆筒高度
r
由此可得： q D(2ltr) dC D(2lt) dC
dr
d ln r
dC q
d ln r D2lt
对于稳态扩散，q/t是常数，C 与r可测，l为已知值，
故作C与lnr的关系曲线，求斜率则得D.
4
r/cm
w(C)/%
r/cm
w(C)/%
0.553
0.28
0.491
1.09
0.540
0.46
0.479
1.20
0.527
0.65
0.466
2. 若渗层厚度测至碳含量0.3%处，试问870℃渗碳10小时 后所达到的渗层厚度为927℃渗碳同样时间所得厚度 的百分之几？
13
D D0 exp(Q / RT)
DT 1
D0
exp(
Q ) R T1
exp(Q T1 T 2)
DT 2
Q D0 exp( R T 2)
R T1T 2
由上题，x Dt
获得相同渗碳层深度，则
tT1 DT 2 tT 2 DT1
相同的渗碳时间，
xT1 xT 2
DT1
DT 2 带入D0和Q即可
14
二元相图习题
15
1.
1）Cu-Sn二元相图中的恒温转变？ 11个 见P238 2）20%Cu（不是20%Sn）平衡冷却热分析曲线
L
L-εL+ε- η
L- η L-θ+η
2
x Dt
Cs=1%，C0=0.1%，Cx=0.45%，x=0.05带入后可 以得到
erf
0.05 2 Dt
0.6111
查表求得 t=5.2h
同样可以求得（2）
（3）课堂上已讲过 x Dt
12
4.870℃渗碳与927℃渗碳相比，优点是热处理产品晶 粒细小，淬火变形小，
问：
1. 870℃渗碳需要多少时间才能获得与927℃渗碳10小时 相同的渗层厚度？（已知D0、Q，忽略不同温度下碳 在奥氏体铁中的溶解度差别）；
为常数，p为钢瓶与氢气接触处的氢压力。
1) 列出稳定状态下金属容器中的高压氢通过器壁 的扩散方程； 2) 提出减少氢扩散逸失的措施。
9
达到稳定状态后，可以认为钢瓶内部的氢浓度分 布不随时间发生变化，采用扩散第一定律。
(1) J D C
x
而钢瓶内壁：C k p0，钢瓶外壁C‘=0，
因此：J D C Dk p0