材料结构与性能思考题

《材料结构与性能》思考题

第一章金属及合金的晶体结构

1．重要名词晶体非晶体单晶体多晶体晶粒晶界各向异性假等向性（伪各向同性）空间点阵阵点（结点）晶胞简单晶胞（初级晶胞）布拉菲点阵晶系晶面晶面指数晶向晶向指数密勒指数晶面族晶向族晶带晶带轴面间距配位数致密度点阵常数面心立方（A1）体心立方(A2) 密排六方(A3) 同素异构现象四面体间隙八面体间隙多晶型性(同素异构转变) 原子半径合金相固溶体间隙固溶体置换固溶体有限固溶体无限固溶体电子浓度无序分布偏聚短程有序短程有序参数维伽定律中间相金属间化合物正常价化合物电子化合物(Hume-Rothery相) 间隙相间隙化合物拓扑密堆相(TCP相) PHACOMP方法超结构（有序固溶体，超点阵）长程有序度参数反相畴（有序畴）

2．试述晶体的主要特征。

2]。3．画出立方晶系中的下列晶面和晶向：(100), (111), (110), (123), (130)), (121), (225), [112], [312], [11

画出六方晶系中的下列晶面：(0001), (1120), (1011)。

4．画出立方晶系(110)面上的[111]方向，(112)上的[111]方向。在其(111)面上有几个<110>方向？

5．计算面心立方、体心立方、密排六方点阵晶胞的晶胞内原子数、致密度。其中原子的配位数是多少？6．面心立方和密排六方点阵的原子都是最密排的，为什么它们形成了两种点阵？

7．画图计算面心立方和体心立方点阵的四面体、八面体间隙的半径r B与原子半径r A之比。

8．铜的面心立方点阵常数为3.608Å，计算其（122）晶面间距。

9．立方晶系中晶面指数和晶向指数有什么关系？

10．写出立方晶系{112}晶面组的全部晶面和<123>晶向族的全部晶向。

11．已知点阵常数a=2 Å，b=6 Å, c=3 Å, 并已知晶面与三坐标轴的截距都是6 Å，求该晶面的指数。12．若γ-Fe晶胞中的八面体间隙都被C原子填满，试计算C原子的原子百分数和重量百分数。另外，这样的事情能否发生，为什么？

13．试画出面心立方点阵中(001), (011) 和（111）晶面的原子排列，并标出原子间距。

14．判断下列晶向是否属于相应的晶面或平行于该晶面：[112]与(111)；[110]与(121)；[210]与(101)。15．下列晶向是否是两个晶面的交线？(1)[112]与(111)及(110)；(2)[101]与(111)及(111)；(3)[101]与(111)及(111)。

16．银属面心立方点阵，若其原子半径为1.44 Å，求其晶格常数，并根据其原子量求其密度。

17．α-Fe→γ-Fe转变发生在910℃，该温度下其点阵常数分别为2.892 Å和3.633 Å，试求转变前后的体积变化。若转变前后原子半径未变化，体积变化又有多大？

18. Al和Ag均属面心立方点阵，已知r Ag= 1.441Å, r Al=1.428Å, 它们在固态下是否可能无限互溶，为什么？19．固溶体的溶解度主要取决于哪些因素？

20．碳原子在γ-Fe晶胞中存在于什么位置？碳原子溶入后其点阵常数如何变化？为什么？碳原子溶入α-Fe 中又如何？

21．计算含1-wt%C的γ-Fe中多少个晶胞中溶入一个碳原子？

22．中间相一般具有什么特点？

23．以黄铜为例说明什么是电子化合物及电子化合物的类型。

24．电子化合物为什么可以具有一定的成分范围？25．试述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同。26．试述短程有序和长程有序的关系。27．影响有序化的因素有哪些？

28．有序化对合金的性能有何影响？

第二章金属的晶体缺陷

1．重要名词晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷空位间隙原子弗兰克尔缺陷肖脱基空位点缺陷平衡浓度点缺陷的形成能热力学稳定缺陷和热力学不稳定缺陷过饱和点缺陷位错柏氏矢量位错结点刃型位错螺型位错混合型位错位错密度滑移攀移守恒运动和非守恒运动位错应变能作用在位错上的力位错线张力位错间的力位错增殖全位错不全位错单位位错堆垛层错抽出型层错插入型层错堆垛层错能肖克莱不全位错弗兰克不全位错位错反应扩展位错扩展位错宽度弗兰克-瑞德源交滑移位错的双交滑移增殖机制晶界相界小角度晶界大角度晶界对称倾侧晶界不对称倾侧晶界扭转晶界晶界能重合位置点阵孪晶孪晶界孪晶面共格孪晶界非共格孪晶界表面表面能

2. 若铝的空位形成能为0.75eV，间隙原子的形成能为

3.0eV，假定二者的振动熵相等，试分别求出500℃和20℃时二者的平衡浓度之比，并解释其比值的变化。

3. 在铁中形成1mol空位的能量为25000卡，试计算将其从20℃加热到850℃时空位浓度增加了多少倍？若将其淬火至室温，这些空位会出现什么情况？

4. 刃型位错、螺型位错、混合型位错的特点是什么？试比较刃型位错和螺型位错的几何形态和运动特点。

5. 如何求位错的柏氏矢量？柏氏矢量有哪些特征？

6. 受力时刃型位错、螺型位错如何运动？试说明他们的滑移方向、位错运动方向、柏氏矢量、变形方向的关系。什么是守恒运动和非守恒运动？

7. 位错间为何有作用力？试分析刃型位错之间和螺型位错之间的作用力。

8. 面心立方、体心立方点阵中单位位错的点阵矢量是什么？

9. 扩展位错宽度与那些因素有关？

10. 位错反应的条件是什么？试举例说明。

11. 试说明面心立方点阵中不全位错的特点。

12. 试说明弗兰克-瑞德源使位错增殖的机理并求出该位错源启动的临界切应力。

13. 什么是双交滑移？为何刃型位错不能发生交滑移？

14. 说明亚晶界的结构，阐述“重合位置点阵模型”，说明晶界的特点。

15. 如图所示，晶体受一均匀切应力τ的作用，某滑移面上有一柏氏矢量为b的圆形位错环，(1)分析位错环各段位错线的结构类型，并说明有无可能各部分都是刃型位错或螺型位错？(2)求各段位错所受的力的大小

并确定其方向。(3)在τ的作用下该位错环将如何运动？运动结果如何？

(4)若在τ的作用下该位错环不动，其半径最小应多大？Array

16. 假设在镁晶体中由一个位错源放出的位错滑移到晶体表面，使晶体

表面产生高度为10-4cm的滑移台阶，问有多少个位错运动到了表面？

（已知b=0.32nm）

17. 一个正刃型位错和一个负刃型位错在水平和垂直方向都离开了两

个原子间距，画出其二维图形，(1)围绕此二位错作出柏氏回路，找出其

柏氏矢量。(2)围绕两个位错分别作柏氏回路，分别找出其柏氏矢量，二

者的柏氏矢量有何关系？