第二章 晶体缺陷1.0
第二章 晶体缺陷
问题2.1.1根据最近邻假设，估算简单立方晶体中一个空位的形成能。（假定每一个体内原子间的结合能为U 0）
答：首先，简单立方晶体中最近邻原子数为6个，形成一个空位断6根键，空位处原子移至晶体表面成键3根，故空位形成能为021U ；而形成空位后周围原子向空位处偏移导致应变能增加，该移动同时导致结合能的增加。由于该偏移是自发过程，所以能量降低，综上，空位形成能小于02
1U 。（参考P184 图6-9）
？问题2.1.2自间隙原子的形成能远大于空位形成能。请从应变能和结合能的角度给予分析。 答：自间隙原子的半径远大于间隙尺寸，因此会引起应变能很大的上升；（结合能？）
？问题2.1.3以室温为参考点，去测量纯铜的点阵常数随温度变化率，然后再测量纯铜的线膨胀系数随温度的变化，将两条随温度变化的曲线画
在一张图上，你认为200℃一下会怎样？900℃以上
的高温有会怎样？
答：
问题2.1.4 图2－2中的置换原子(黑色)的尺寸画得
有些随意。假定(b)图中黑原子半径比白的小10％，而(c)图中大10％，问哪种情况下基体内的应变能更大些？为什么？如果数据由10%变为0.1%，上述结论会变化吗？为什么？ 答：（b ）图中应变能更大。
①应变能是由附近白原子点阵常数的变化引起的结合能的改变量。
②由结合能的图像可知，在平衡位置r0左右，曲线并非对称(形变大时非弹性成分的存在)。产生相同且较大(与0.01%对比着看)的形变时，压缩引起的应变能更大。 若数据仅为0.1%，则看不出差别。
问题2.1.5对于置换固溶体，溶质加入对点阵常数有影响吗？请对溶质原子直径大于溶剂直径的情况予以分析。
答：有影响。溶质原子直径大于溶剂直径时，溶质原子溶入对周围原子施加压应变，使周围原子远离溶质原子，导致晶格常数增大。
问题2.1.6 Al 2O 3溶入MgO(具有NaCl 结构)中，形成的非禀性点缺陷在正离子的位置，还是相反？
答：Al 2O 3溶入MgO 晶体，由于Al 离子是+3价，，而Mg 离子是+2价，所以当两个铝离子取代两个镁离子的位置后，附近的一个镁离子必须空出，形成的非禀性点缺陷在正离子的位置。
问题2.1.7当CaO 溶入立方ZrO 2时，随着溶入量的增加，ZrO 2固溶体的密度会发生什么样的变化？为什么？
答：溶入量增加密度降低；因为Ca2+替换Zr4+影响了电中性，会形成非禀性点缺陷，从而使密度降低。
问题2.1.8 图2－3(a)的画法有些问题。更好的画法是将图中的大小方块画在一起，即正负离子空位成对出现(参见余永宁“材料科学基础”图6－5)。为什么成对的画法更好些？
答：因为①正、负电中心成对出现的时候，满足局部电中性。
②正、负电中心有相互吸引作用，离得越远，系统能量越高。因此，正负离子空位成对出现时，使系统自由能降低，是自发过程。
问题2.1.9 MgO 、CaO 都具有NaCl 结构，但两者之间的互相溶解度很小，请给予解释。提示：（1）Ca 的离子半径为0.106nm ；Mg 的离子半径为0.078nm （2）CaO –MgO 构成典型的共晶相图。 见第一章问题1.5.8
问题2.1.10空位浓度与金属的导电率有什么关系？
问题2.1.11 如何理解S T U G ∆-∆=∆中的负号？
答：在自然界中，物质的运动都趋于Gibbs 能减少，混乱度增加（即熵增加），可见ΔG 的增加与ΔS 的增加是两个相反的基本趋势，因此应取负号。
问题2.1.12 式S T U G ∆-∆=∆中的∆表示变化，而物理化学的变化一定涉及起始状态与终了状态的概念。请具体指出这一小节中起始状态与终了状态的含义，即举例说明。注意，这个问题看似简单，但非常重要。
答：在这一小节中的起始状态是“理想晶体”，而终了状态是“存在n 个空位的晶体”。例如，对Al 2O 3溶入MgO(具有NaCl 结构)中，形成的非禀性点缺陷，起始状态是晶体理想结
构，终了状态是铝离子取代镁离子后，有正离子空位产生，形成有点缺陷的离子晶体结构。
问题2.1.13 高温下有可能产生空位对，即两个空位复合在一起。为什么会有这种情况？注意，要结合低温的情形进行全面的分析。
答：①从能量角度：复合形成空位对会导致结合能降低（断键数减少），应变能升高（空位变大使周围原子偏离平衡位置更多），总体来看能量升高；
②从熵的角度：在高温下，熵起主导作用。当高温时，空位浓度(n)非常大，而组态数n N
C 在n 较大时变化小，因此空位复合后空位数的减少对于剩余单个空位组态数的影响较小。而另一方面，空位复合引起了空位形式种类的增加，当将其与单个空位再次组合时，使得总独立组态数的增加很多，即总体上看熵是增大的，自由能减小，是自发过程。(以“牺牲数量”来换取熵的增加)
问题2.1.14 金属的空位形成能与其熔点有何关系？为什么？
答：金属的空位形成能越大，熔点越高。
因为空位的形成能是原子在体内的总结合键能与表面之差(问题2.1.1)，因此结合能越高，空位形成能越大。而另一方面，结合能越大，原子间结合得越牢固，越难以融化，即熔点越高。
问题2.1.15 Ge 晶体从600℃降低到300℃时，平衡空位浓度降低了6个数量级，计算Ge 的空位形成能。
问题2.1.16 当式2－3中的e C 超过怎样的数值，你认为该式就不适用了？
答：超过10%，该式不再适用。
在e C 计算过程中，其假设空位形成能为常数，这就要求各个空位在形成过程中，相互独立，无影响，这在空位浓度较低时才能近似满足。因此该式仅适用于空位浓度较低的情况，大约在1%~10%之间。
问题2.1.17 “高能粒子辐照”几个字中，高能粒子除能量高外有无别的隐性含义？ 答：高能粒子受散射小，穿透能力强，能够深入材料内部，形成足够的空位浓度。
问题2.1.18 点缺陷存在会增加材料的比热容。请予以解释。
问题2.1.19 什么是振动熵？理想晶体中的振动熵与含空位的振动熵有什么差异？参考：3ln v kT S Nk hv
=。 答：1、振动熵是指由于不同原子振动形式的多样性而造成的独立微观状态数。
2、在简谐近似下，晶格原子的振动可以用一系列简谐振子来描述。对于谐振子有，
⎪⎭⎫ ⎝
⎛+=21n E n ω 且m βω=。在含空位的晶体中劲度系数(恢复力常数)β比较小，因此含空位晶体中能级差ω (即νh )小于理想晶体。可从两个角度来看：
①由振动熵公式可知，Sv (理想晶体)< Sv (含空位晶体)。
②从物理上理解，当温度一定时，总能量一定。而又由于理想晶体中νh 大于含空位晶体中的νh ，因此理想晶体中声子数小于含空位晶体，即振动形式少于含空位晶体，也就是Sv (理想晶体)< Sv (含空位晶体)。
问题2.1.20 考虑了振动熵概念之后，平衡空位浓度增加，即A 是大于1的，为什么？ 答：由下图可见，当考虑了振动熵之后，S T ∆-曲线应该向下移，
平衡处与之抗衡的U ∆也应该相应增大，则由图可见，平衡空位浓度
'e n 增加，即A 是大于1的。
（熵的作用能力越强，越易于空位的形成）
？问题2.1.21 图2-5中，代表S T ∆-的曲线在原点附近下降得特别快（与代表U ∆=nu v 的曲线对比）。这一现象说明了什么？
答：空位浓度很小时，组态数在n 较小时变化很大，多增加一个空位S T ∆-比U ∆更大。
问题2.1.22 “由于自间隙原子的形成能是空位形成能的几倍，实际晶体中的空位浓度远大于自间隙原子浓度”，这句话可以理解为“自间隙原子现象可以忽略不计”吗？请给予说明。
答：可以。
自间隙原子的形成能是空位形成能的几倍，但由⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-==T k u N n C e e B v exp 可知，其是以指数的形式影响着浓度的变化，因此空位浓度远大于自间隙原子，自间隙原子现象可以忽略不计。
问题2.1.23 NaCl 与MgO 的结构相同，但肖脱基缺陷形成能分别为2.2eV/个与6eV/个。1.
为什么数据差异如此之大？2.请根据这两个数据对它们的肖脱基缺陷的浓度情况做出判断。
答：1、肖脱基缺陷形成能与结合能成正比。NaCl 与MgO 晶体都是通过离子键相结合的离子晶体。而在材料物理基础的离子结合一节中，我们可以得知，离子键是由正、负离子通过库仑力而形成的，其平衡时晶体结合能∝-+Z Z 。而Na 和Cl 离子为一价离子，Mg 与O 离子均为二价离子，因此MgO 的结合能大于NaCl ，即肖脱基缺陷形成能前者大得多。
2、肖脱基形成能越大，越难以形成，因此NaCl 中肖脱基缺陷的浓度大于MgO 。
问题2.2.1略。仍为晶体。
问题2.2.2 有一个位错环(即位错线呈环状)存在于某一晶面内，该位错环的各个部分可能都是刃位错吗？可能都是螺位错吗？为什么？
答：可能是刃位错，一定不是螺位错。
因为①刃位错的伯氏矢量垂直于位错线，而螺位错的伯氏矢
量平行于位错线。②同一根位错线上的伯氏矢量相同。所以显见，
对于位错环容易做到各处伯氏矢量垂直于位错线，而各处都平行
于位错环（如图，当A 处为螺位错，B 处为刃位错，）却无法办到。
问题2.2.3位错对材料的密度有何影响？
答：（1）：刃位错会使材料的密度降低；虽然（正刃位错）位错线上方受压应力，α下降，下方受拉应力，α升高，但是由于压应变能量大于拉应变，因此拉应变的程度更大，所以材料密度降低。
（2）螺位错不影响材料的密度。因为螺位错只产生剪切应力，剪切应力体现在原子间角度的变化，没有晶格常数的变化。
？问题2.2.4刃位错也可以看成是下半个原子面被抽取后，再合起来所致。请说明合起来之前的能量，高于合起来之后（即形成刃位错）的能量。注意，合起来的过程中，前后物质没有变化。
答：合起来以后结合能变小而应变能变大，且结合能的变化大于应变能的变化，因此合起来之前的能量高于合起来之后的能量。（见余永宁教材 沃特兰函数）
问题2.3.1 从几何的角度分析，为什么刃位错中的x σ总是大于y σ。参考图2－6。 答：从图2-5可见，插入半原子面后在x 方向上晶格常数发生了明显的压缩预拉伸，而y 方向上则几乎无变化。
问题2.3.2 从几何的角度分析，为什么刃位错中的0==zx yz ττ。参考图2－6。
答：参看图2-5，想象纵向劈开该晶体，从侧面观察露出来的晶面，原子间角度无变化，因此yz τ=0，同理可得zx τ=0.
问题*从几何的角度分析，为什么在刃位错中，当y x =或0x =时，0xy τ=。参考图2－6。
答：参看图2-6可见，在y x =和0x =方向上，原子间角度无变化，因此0xy τ=。 问题2.3.3 从几何的角度分析，为什么在刃位错中，当y >0时，0x σ<；当y <0时，0x σ>。参考图2－5。
答:参看图2-5可见，当插入半原子面后，当y >0时(即上半原子面内)，周围原子受压，因此0x σ<，而当y <0时，周围原子受拉，即0x σ>。
问题2.3.4 从几何的角度分析，为什么在刃位错中，当y =0时：1.0x σ=；2. xy τ“最大”。参考图2－5。
答：1、参看图2-5可见，在刃位错中，当y >0时，0x σ<，当y <0时，0x σ>，可见，当y=0时，0x σ=(可类比于工程力学中“梁弯曲的中性层”概念)。
2、当y=0时，原子间角度变化最大，因此xy τ“最大”。
N 问题2.3.5位错应力场中，正应力分量与相对位移有关。请进一步解释“相对位移”是针对什么说的。
答：1.针对位错对与晶格长度的变化。2.针对位错线。
问题2.3.6设晶体中有两根位错，问确定该晶体中位错应力场的思路是什么？
答：先根据柏氏矢量确定位错类型，然后用位错类型判断位错应力场。
问题2.3.7 什么是外应力场？请按“属＋种差”方式给出定义，并举例说明。
答：属：应力场，即因原子排列偏离理想状态而产生的应力的空间分布。
种差：外，即外部给予的。
综上所述，外应力场是指“由外力引起的内部原子排列偏离理想状态，从来产生的应力的空间分布。
问题2.3.8 如果外力场是纯剪切应力，问它对立方系的空位会产生作用吗？
答：立方系的空位可看成球对称的点缺陷，其只产生正应力场，而外力场是纯剪切应力与正应力场性质不同，不会产生作用。
问题2.3.9 对于一根直螺位错，它对溶入Fe γ-八面体间隙中的碳原子，会产生作用吗？为什么？
答：不会。
因为直螺位错只产生剪切应力场，而溶入Fe γ-八面体间隙中的碳原子可看成球对称的点缺陷，其只产生正应力场，两者的产生的场的性质不同，不会产生作用。
问题2.3.10 (1).对于一根直刃位错，它对溶入Fe γ-八面体间隙中的碳原子，会产生作用吗？为什么？(2).如果有相互作用，结局会怎样？提示：结局一定是系统自由能下降。但需要同学们具体指出如何下降。
答：1、会。直刃位错会产生x 方向上的正应力场，而对于溶入Fe γ-八面体间隙中的
碳原子作为球对称缺陷也会产生x 方向的正应力场，两者有相同性质的场存在，会产生作用。
2、结局会导致碳原子数向刃位错下方聚集，形成“柯氏气团”。因为在刃位错下方，原子受拉，晶格常数变大，碳原子待在该处的产生的应变能小，即使系统自由能下降。
问题2.3.11 同一滑移面上有两个相互平行的正刃位错，它们相互吸引还是排斥，为什么？
答：排斥。
由刃位错能量公式可知，刃位错能E 2b ∝，因此当两个正刃位错距离无限远时，位错总能量E 22b ∝，而当两个正刃位错靠近合成一个时，伯氏矢量为2b ，总能量E ()2242b b =∝，即可推断当两个相互平行的正刃位错靠近时，总能量增大，因此它们相互排斥。
问题2.3.12 一个直螺位错平行于一个直刃位错，说明这两个位错之间没有相互作用。 答：直刃位错中有应力场x σ、y σ、z σ、xy τ，而在直螺位错中，仅有另外两个应力yz τ、zx τ，它们之间没有性质相同的场存在，因此两个位错之间没有相互作用。
N 问题2.3.13请根据式（2-7），说明图2-15、图2-17中位错线所受的力，垂直于位错线本身。
问题2.3.14
问题2.3.15 应力与通常的力是不同的概念。在上面的分析中，是如何将外应力转换为作用在一个个原子身上的力？
答：外应力导致内部变形产生应变，有应变就有应力。不同的应力集合产生应力场，作用在原子身上力的大小为2a f τ=。
问题2.3.16 上述分析中，为什么总是强调小的位移？这里位移与正应力相关，还是与剪切应力相关？
答：1、这是因为，小的位移需要的驱动力很小，易于发生；过程中原子移动的距离虽小，但是位错移动的距离大；刃位错的滑移是由小的位移组成的。
2、这里位移与剪切应力有关。
问题2.3.17 按着讲义中的说法，图2－12中纸面是yoz 平面，垂直于纸面的就是x 方向。问：1.其中的剪切应力τ应该具体写成xy τ、yz τ、zx τ中的哪一个？2.当τ的方向水平转动90º，即指向x 的方向，此时刃位错还会滑移吗？为什么？
答：1、yz τ。
2、不会。因为原子要沿τ的方向从一个平衡位置到另一个平衡位置，而移动方向平行于刃位错，不影响刃位错上各原子的排列状态。
问题2.3.18 对于没有位错的理想单晶体，沿密排面中的密排方向(原子间距最小的方向)最容易产生滑移，为什么？
答：由第一章的认识可知，密排晶面的面间距最大，而沿密排
面中密排方向原子移动距离最小，可见沿密排面密排方向原子间角度
变化γ最小，由γτG =可知，原子沿这个方向运动所需的应力最小，
因此最容易产生滑移。
问题2.19在理想晶体中，估算两个晶面之间相对滑动所需的外应力。假定为简立方，且剪切模量G=40×10 9Pa。提示：考察密排面（100）上，沿[010]方向的滑移。
问题2.3.20平行的刃位错与螺位错之间没有相互作用，当刃位错的柏氏矢量转动90°时也成立，请结合坐标系给予具体分析：
答：对于位错线皆沿Z轴的刃位错、螺位错，螺位错只有τzxτyz分量，而刃位错则有τxyσxσyσz 分量，两者不同，因此无相互作用；若将刃位错的柏氏矢量转动90°，刃位错的应力分量变为τyxσxσyσz，仍然无影响。
☆问题2.3.21 用一句话说明：为什么引入位错之后，晶体滑移变得容易？提示：从几何和能量两个角度。
？滑移中位错处能量高，不稳定，在外应力的作用下易发生滑移。（能量角度）实际位错滑移，不发生扩散，任意原子的运动距离很小，不超过柏氏矢量的数值，所需外应力很小（几何角度）。
（螺位错平行其柏氏矢量。螺位错可以在包含螺位错线的任意原子面滑移。感觉几何角度也从角度回答但是论据不足。-HIRO。）
问题2.3.22 (1).负攀移相当于什么的扩散？(2).负攀移通常可以忽略不计，为什么？
答：1、负攀移相当于原子(晶格原子与自间隙原子)的扩散。
2、自间隙原子形成能很高，晶体中自间隙原子浓度远小于空位浓度，因此负攀移通常可以忽略不计。
问题2.3.23 方形晶体中有两个刃位错(图2-39)，当晶体中的点缺陷状态如下时，刃位错分别向什么方向攀移？1.空位浓度大于平衡值；2.空位浓度小于平衡值。
答：1、当空位浓度大于平衡值即空位过饱和时，会发生空位的扩散，刃位错发生正攀移两个位错相互靠近。
2、空位浓度小于平衡值一般发生在较低温下，空位浓度本来就很小，则低于平衡值的空位浓度与平衡值相差不多，则负攀移可能不会发生，两位错无变化。
问题2.3.24对于没有位错的理想晶体，假定它的平衡浓度处于平衡状态，现向这个晶体中引入一根刃位错，并假定整个体系达到新的状态。问：对空位分布而言，新平衡状态与先前的平衡状态有什么差异？请画两张图表示这种差异。
答：新的平衡态在刃位错周围空位浓度较大，且位错线上部受压空位浓度更大。
问题2.3.25 对于A、B两种原子组成的固溶体，假定Ω=0，但A与B的原子半径不同。当没有位错时，A、B原子随机分布（如温度较高时，应变能的作用相对较小，而熵的作用较大）。问：固溶体中存在刃位错时，A、B的分布状况有什么变化？请画两张图表示这种变化。
答：固溶体存在刃位错时，则半径较大的原子在位错线下，小原子在位错的上方。
N问题2.3.26 位错线不能终止于材料内部。请从能量的角度给予解释。
答：位错是线状缺陷，是晶体的已滑移区与未滑移区的交界线（两个滑移面只能相交于一条线）；滑移面是一定的晶面，晶面发生滑移时不可能停止在晶体内部，即不能只有晶面的一部分滑移（否则能量太高）。因此作为滑移面的交线——位错线也就不可能终止于晶体内部。
问题2.3.27 讲义中说：“如果把它分摊到每个原子面，即b长度的位错线上，位错应变能约为4eV”，这里的“每个原子面”与位错线的几何关系是什么？
答：这里的“每个原子面”与位错线垂直。即把位错能分摊到位错线上的每个原子上。
问题2.3.28 Cu形成一个空位的能量为0.9eV，数值远低于上面的4eV。请简要说明原因。注意，b的大小与原子直径相当。
答：主要是因为压应变应变能高于压应变。刃位错相当于在两层之间插入了半原子面，
会产生压应变，且插入的原子与原来的半径相同；在同样偏离距离时，压应变的数值高于拉应变。
问题2.3.29 刃位错的应变能通常大于螺位错，请根据应力分量概念给予解释。
答：由应变能=应力*应变，又在刃位错中有四个应力x σ、y σ、z σ、xy τ，而在直螺位错中，仅有两个应力yz τ、zx τ，即前者形成应变能的来源多，因此，刃位错应变能通常大于螺位错。
问题2.3.30 在晶体的同一滑移面上有两个半径不同的位错环，它们的柏氏矢量相同且都在滑移面内。在外应力的作用下，哪一个位错环更容易运动？为什么？
答：大位错环更容易运动。
当外界给予位错环如图a 所示的外应力时，由单位长度位错上所受力F 的公式
()()()[]
l k j i F ⨯++++++++=z z y yz x xz z yz y y x xy z xz y xy x x b b b b b b b b b στττστττσ，由于外应力场相同，且位错线上伯氏矢量处处相等，而位错线方向不同，则单位长度位错线受力垂直于位错线向外。另一方面，我们可以将位错线张力类比于表面张力，在《物理化学》中Laplas 定理的学习可知，曲率半径越大，表面张力引起的附加压力(如图b 所示)越小。由此可以类推，当位错环越大，由线张力引起的阻力越小，越容易运动。
图a 图b
问题2.4.1 (1).与抽出一层相比，同时抽出两层()101显然会增大位错线附近的应变能。请从能量角度分析同时抽出两层的合理性。(2).假定单位位错线是121⎡⎤⎣⎦
，请设想在图1－8(a)中其倒三角(111)面上(共6个原子)，同时抽出两层()
101会抽去哪些原子？提示，先把离眼睛最
近的那个原子去掉，因为它与本题无关。此外，倒三角下面的正三角上的原子不能动它们，因为刃位错只是抽出半个原子面。
答：1、抽出一层()
101面，在刃位错的下方远离位错线的
位置左右合并(如右图所示)会出现ABAABAB 的情况，此时相比
于抽出两层位错线附近应变能是小了，但下方更大区域中相邻
两A 层上原子的最近邻原子发生了较大变化，结合能很大。（同
层相邻无论从几何还是能量上都是不稳定的）因此，从总体来
看，抽去两层能量较小。
2、略。
问题2.4.2 请在半个晶胞中，画出（111）、[101]、[211]、[112] 、
[121]。提示，半个晶胞指留下原点及相邻的3个邻点，去掉晶胞
的另外4个顶点。
问题2.4.3 为什么分解后的两个分位错会相互排斥？请具体分析。
答：①一个位错自发分解为两个分位错是一个能量降低的过程，可见，
分位错的靠近使能量增加，因此两个分位错相互排斥。
②由图可知，两个混合位错以刃型分量为主，且其柏氏矢量指向相同，
因此相互排斥，彼此分离。
问题2.4.4 请从能量条件具体验证式2－8。 答：分解前22
2
a G G
b w o αα== 分解后3
)66(2
2221a G a a G w w w αα=+=+= 即w w >0.满足能量条件。
问题2.4.5 面心立方晶体的滑移面为什么是(111)?
答：面心立方晶体中的密排面是（111）面，由P22中倒数第二问可知沿密排面最容易产生移动，即为滑移面。
问题2.4.6（1）.为什么说层错能数值很低？（2）.你认为分摊到每个原子的层错能与空位形成能相比，哪个更大一些？为什么？
答：1、发生层错的区域虽然堆垛顺序有变化，但最近邻原子的排列方式并没有改变，配位数没变，仅仅造成次近邻原子排列的变化，因此层错能很低。
2、空位形成能更大。因为空位最近邻原子的都改变了。
问题2.4.7 面心立方中单位位错分解，且形成层错，整个过程显然从相对有次序变得比较混乱。但是，在分析中并没有使用熵的概念，而都是借助能量原理，这是为什么？
答：一般是在低温情况下的讨论分析，而在低温下能量是主导作用，熵的作用小。
问题2.4.8 图2－17(b)中，下面的两个B 原子如果移到右侧，则形成的“沟槽”不再是
121⎡⎤⎣⎦方向，而是011⎡⎤⎣⎦。问此时的位错是什么类型的？
答：混合位错，因为此时位错线与柏氏矢量既不平行也不垂直。
N 问题2.4.9 纯Cu 的层错能为0.1J ／㎡；Al 溶入Cu （基体）之后，层错能降低到0.01J ／㎡。请给予解释。
问题2.4.10 对于图2－20中的两类弗兰克位错，当晶体处于高温时，分别会发生什么样的变化？
答：两类弗兰克位错属于刃位错，当晶体处于高温时发生正攀移（即空位扩散）,因此图a 中抽出原子面半径增大，图b 中插入原子面半径减小。
问题2.4.11 图2－22中间的图中有4个分位错，它们分别是什么类型的？
答: ]112[6-a 、]112[6a 为刃位错，]121[6--a 、]211[6
-a 为混合位错。
问题2.4.12
问题2.4.13 NaCl 晶体的位错形成方式是，抽去两层{110}面(一半)。如果仅仅从电中性的角度看，抽去两层{100}面(一半)也能实现实现电中性，问：为什么抽去的是{110}面而不是{100}面？提示：参考面心立方中的单位位错情形。
答：由图可见，同时抽去两层{110}面与抽去两层{100}面(一半)均能保持较远处(晶面合并后)晶面的电中性及堆垛顺序，但同时抽去两层{110}面后位错下方(较近处)形成的面间隙比{100}小，即同时抽去两层{100}引起的周围原子的应变能小。(图形参考p29第一问)
问题2.4.14 离子晶体CsCl(结构如图1－20c)的单位位错波矢是()100a 还是
()
111/2a ？前者长度为
a ，后者长度为2。显然，2a <，但长度小的一定是单位位错吗？
答：1、离子晶体CsCl 的单位位错波矢是()100a ；
2、不一定。由图形1-20可见，当单位位错伯氏矢量为()111/2
a ，位错滑移会使
同类离子靠得太近。
问题2.4.15
问题2.4.16图2－24b为什么不如c稳定？
答：图中圆圈表示位错，虚线表示层错。(b)图中位错与(c)中相同，但层错前者多一层，即能量高一些，因此不如c稳定。
问题2.4.17 “离子晶体压缩变形后，其离子电导率提高”，为什么？
问题2.5.1 1.什么是材料的各向同性？什么是各向异性？请分别举例说明。2.多晶体的表面能为什么各向同性？
答：1、“各向同性”指材料的不同方向上具有相同的性质，如原子排布，表面能等。如非晶体类物质。“各向异性”是指材料在各个方向上性能不一致。如晶体物质。
2、多晶体表面包含很多位向不同的小晶粒，它是大量小晶粒的随机分布，因此表面能在各方向上相同。
问题2.5.2式2－16是升华热表达式，但其中似乎有矛盾。一方面，升华发生在表面，是表面原子跑到气相；另一方面，该式中又与体配位数Z v有关。你是如何看待这一“矛盾”的？
答：升华过程虽然发生在表面，但由物质升华热近似公式∆H
N Z
e
v
v
AA
=-0
2
可见，
其实质是体内原子变为气相原子，因此与体配位数有关。(表面只是个“幌子”)
问题2.5.3 既然面心立方晶体的{111}面的表面能最低，为什么表面包含一定的{100}面，而不完全由{111}面组成？提示：参考图1－12中的正八面体，这8个面都是由{111}组成的。
答：由图1-12可知，虽然{111}的比表面能最低，但均由{111}面组成的正八面体，由于存在尖角，所以面积较大。若以{100}面削去尖角代之，虽然{100}面比表面能较高，但其面积却较小，可能使总表面能降低。
问题2.5.4“对处于室温下的金属晶体，表面内能的作用一般远大于表面熵”，为什么在室温下忽略熵的作用？对于所有的金属晶体，这种忽略都是合理的吗？
答：合理。熵在温度高时作用较强，这里温度高低的分界线是熔点，而一般金属晶体的熔点都较高，而室温时温度很低，因此可以忽略熵的作用。
问题2.5.5对于金属铝，它的固液界面能与固气界面能哪个更大一些？为什么？提示：固气界面可以视为固体与真空的分界面，因为气体的密度非常低。
答:界面能是界面处原子比与其对应的两单相本体中原子超出的那份能量(可用相互作用参数的定义理解,详见p50页第2、3问)。对于固液界面能，它的两个本体分别是固体与液体，两者结合能差异不大，而固气界面能的两个本体是固体与气体，气体分子结合能较固体小得多，可忽略不计，因此固气界面能更大。
问题2.5.6 “与其他界面能相比，表面能的数值是比较高的。同时，表面又是暴露在外的，所以晶体的表面极容易被其他物质(甚至是气体)污染。”1.为什么表面能高就容易被污染？2.强调“甚至是气体”是什么意思？
答：1、表面能高表示其极不稳定，就好像悬着很多的键等待着与其他物质结合，因此很容易结合其他物质而被污染。
2、气体是分子物质，靠分子间作用力相结合，而分子键非常的弱，但表面还是能够将其拉住，可见表面能很高。
问题2.5.7单晶体的最外侧一定包含面、棱和角，请比较这三类位置的表面能的大小。
答：面、棱、角对理想晶体排列的偏离依次增大，比表面能依次增大，而且面、棱、角的面积也依次增大，因此面、棱、角的总表面能依次增大。
问题2.5.8与金属晶体相比，金属非晶体的表面能是高还是低？为什么？
答：金属非晶体的表面能比较低。
表面由于断键，其结构会进行重排，因此晶体和非晶体的表面能量是相同的；又因为非晶体内部能量高于晶体，所以形成表面能量的升高量是非晶体更低。
问题2.5.9
问题2.5.10 一般来说，以下关系是成立的：表面能>大角晶界能>小角晶界能>层错能。请从前到后逐个解释？
答：①表面能>大角晶界能。表面原子仅与体内原子有结合，大角晶界处原子虽然排列不规则，但相较而言，前者对于标准态的偏离更大，因此能量更高。
②大角晶界能>小角晶界能。小角晶界基本由位错组成，而大角晶界原子排列很不规则，难以用位错模型描述，其偏离标准态较大，因此能量较高。（也可用极限的思想，当角度为零即无晶界时，能量最低。）
③小角晶界能>层错能。层错没有改变原子的最紧邻结合，仅次近邻发生了变化，而小角晶界处原子最近邻也发生了变化，因此前者较大。
问题2.5.11 证明图2-31中对称倾转晶界造成的位向差为7.2°
问题2.5.12从图2－34看出，小角度晶界能随角度增大而增大，请解释为什么？要求：不能用式2－19解释，而要通过物理概念。
答：小角度晶界由刃位错组成，随着角度的增大，插入刃位错的频率变大，因此晶界能增大。
(铜表面氢气氛中)。请对这些数据、文字问题2.5.13 图2－31左上角为：1.6J/m2――
给予解释，如1.6J/m2代表什么？为什么指明是“氢气氛中”？
m.
答：1、铜处于氢气氛中测量所得的比表面能为1.6J/ 2
2、由于铜表面具有较高的表面能，在空气中极易被氧化，破坏表面性质，影响测量结果。因此，应将其置于还原性气体中进行测量。
问题2.5.14（1）.在简单立方中，晶粒之间的最大角度差为：大于90°、等于90°、小于90°？请对你的选择给予解释。（2）.在面心立方中呢？还以90°为参照吗？
答：1、等于或小于90°。
2、不再以90°为参照。
问题2.5.15 大角度晶界的厚度大致为多少？
问题2.5.16图2－28的对称倾转晶界中，每隔7行有一个刃位错，它们上下排列。假定这些刃位错水平排列，每隔7列有一个，问哪一种组态下的系统能量低些？为什么？
答：刃位错上下排列系统能量低。
对称倾转晶界由刃位错形成，主要考虑应变能对系统能量的影响。当刃位错水平排列时，相同性质的场相互累加，而上下排列时，不同场(拉伸与压缩)间相互抵消，因此上下排列的系统能量低些。
问题2.5.17典型的金属大角度晶界能在0.32J/m2(铝)到0.87J/m2(镍)之间。试说明为什么镍的晶界能大于铝。提示：大角度晶界能取决于晶界处的结合键能，而与应变能关系不大。
答：大角度晶界能取决于晶界处的结合键能，而我们已经知道镍的熔点很高，因此镍原子结合能大于铝，因此镍的晶界能大于铝。
问题2.5.18在转动角度一样的前提下，比较对称倾转小角度晶界(由刃位错组成)与纯扭转小角度晶界(由螺位错组成)的界面能。提示，在简单立方系中比较，纯扭转小角度晶界参见余永宁“材料科学基础”图7－63。
答：对称倾转小角度晶界由刃位错组成，纯扭转小角度晶界由螺位错组成，而由p25第三问可知，刃位错应变能大于螺位错，但由图可知，对称倾转小角度晶界刃位错上下排列，而在纯扭转小角度晶界中螺位错形成网络，其位错线显然比前者长，因此总界面能不好比较。
问题2.5.19晶界面积大小对材料密度有怎样的影响？
答：由于晶界处原子排列疏松，因此晶界面积越大，材料密度越小。
问题2.5.20 在一根很细的铜丝中，有一个大角度晶界贯穿其截面并与丝轴成25°，经过加热退火后，该晶界将发生什么变化？提示：大角度晶界能不随角度变化。
答：加热退火后，铜丝能量降低。而大角度晶界能不随角
度变化，只能靠减小面积来使晶界总能量降低，因此，退火后
晶界垂直于丝轴。
问题2.5.21 说明图2－35会自发转变为图2－36。注意共格
δ<
条件：0.05
答：比较图2-35和图2-36可见，两者均有界面处不同相原子的结合，因此不用考虑原子相互作用的结合键能。从图中容易看出，非理想共格相界的应变能比半共格相界大，自由能高，因此会自发转变。
问题2.5.22 对于图2－34(a)可以忽略应变能，即相界面能只与相界面上的结合键变化有关。该图中的相界面能就是黑白原子间的结合能吗？这似乎与界面能的基本定义不符，因为所有的界面能都是超额能量，即它代表能量增加。
你对这个问题如何看待，如果不是黑白原子间的结合能，那么相界面能又该如何描述？
工程材料习题册-打印-答案
第一章 金属的性能 一、填空（将正确答案填在横线上。下同） 1、金属材料的性能一般分为两类。一类是使用性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能等。另一类是工艺性能，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。 2、大小不变或变化很慢的载荷称为静载荷，在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷，大小和方向随时间发生周期变化的载荷称为交变载荷。 3、变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。 4、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。 5、强度的常用衡量指标有抗拉强度和屈服强度，分别用符号σb 和σs 表示。 6、如果零件工作时所受的应力低于材料的σb 或σ0.2，则不会产生过量的塑性变形。 7、有一钢试样其截面积为100mm 2，已知钢试样的M P a S 314=σ M P a b 530=σ 。拉伸试验时，当受到拉力为—————— 试样出现屈服现象，当受到拉力为—————— 时，试样出现缩颈。 8、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。金属材料的延伸率和断面收缩率的数值越大，表示材料的塑性越好。 9、一拉伸试样的原标距长度为50mm,直径为10mm 拉断后试样的标距长度为79mm ，缩颈处的最小直径为4.9 mm ，此材料的伸长率为—————，断面收缩率 为——————。 10．金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏能力。称为冲击韧性。 11．填出下列力学性能指标的符号：屈服点σs ，抗拉强度σb ，洛氏硬度C 标尺HRC ，伸长率δ，断面收缩率ψ，冲击韧度αk ，疲劳极限σ-1。 二、判断（正确打√，错误打×。下同） 1、弹性变形能随载荷的去除而消失。（√ ） 2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。（× ） 3、材料的屈服点越低，则允许的工作应力越高。（× ） 4、洛氏硬度值无单位。（√ ） 5、做布氏硬度试验时，当试验条件相同时，其压痕直径越小，材料的硬度越低。（× ） 6、材料对小能量多次冲击抗力的大小主要取决于材料的强度和塑性。（ ×） 7、布氏硬度测量法不宜于测量成品及较薄零件。（ √） 8、洛氏硬度值是根据压头压入被测定材料的压痕深度得出的。（√ ） 9、铸铁的铸造性能比钢好，故常用来铸造形状复杂的工件。（√ ） 三．选择（把正确答案填入括号内。下同） 1、拉伸试验时，试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的（B ）。 A.屈服点 B.抗拉强度 C.弹性极限
武汉理工大学 复试 工程材料习题
第一章金属材料的力学性能 一、选择题 1.表示金属材料屈服强度的符号是（）。 A.σe B.σs C.σb D.σ-1 2.表示金属材料弹性极限的符号是（）。 A.σe B.σs C.σb D.σ-1 3.在测量薄片工件的硬度时，常用的硬度测试方法的表示符号是（）。 A.HB B.HR C.HV D.HS 4.金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（）。 A.强度 B.硬度
C.塑性 D.弹性 二、填空 1.金属材料的机械性能是指在载荷作用下其抵抗（）或（）的能力。 2.金属塑性的指标主要有（）和（）两种。 3.低碳钢拉伸试验的过程可以分为弹性变形、（）和（）三个阶段。 4.常用测定硬度的方法有（）、（）和维氏硬度测试法。 5.疲劳强度是表示材料经（）作用而（）的最大应力值。 三、是非题 1.用布氏硬度测量硬度时，压头为钢球，用符号HBS表示。 2.用布氏硬度测量硬度时，压头为硬质合金球，用符号HBW表示。 3.金属材料的机械性能可以理解为金属材料的失效抗力。 四、改正题 1. 疲劳强度是表示在冲击载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。 2. 渗碳件经淬火处理后用HB硬度计测量表层硬度。 3. 受冲击载荷作用的工件，考虑机械性能的指标主要是疲劳强度。 4. 衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和冲击韧性。 5. 冲击韧性是指金属材料在载荷作用下抵抗破坏的能力。
五、简答题 1.说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σS、σ0.2、HRC、σ-1。 2.说明下列机械性能指标符合所表示的意思：σb、δ5、HBS、a kv。 第二章金属的晶体结构 一、选择题 1. 每个体心立方晶胞中包含有（）个原子。 A.1 B.2 C.3 D.4 2. 每个面心立方晶胞中包含有（）个原子。 A.1 B.2 C.3 D.4 3.属于面心立方晶格的金属有（）。 A.α-Fe,铜 B.α-Fe,钒 C.γ-Fe,铜 D.γ-Fe,钒
材料科学与工程习题汇总(有答案)
第一章 原子排列与晶体结构 1. fcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；bcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；hcp 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,，晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 。 2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原子体积是 ，每个晶胞中八面体间隙数为 ，四面体间隙数为 。 3. 纯铁冷却时在912e 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。 4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平 面上的方向。在hcp 晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。 5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。 6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm 。 答案：1. [110]， (111)， ABCAB C…， 0.74 ， 12 , 4 ， a r 42=； [111]， (110) , 0.68 , 8 , 2 ， a r 43= ； ]0211[， (0001) ， ABAB ， 0.74 ， 12 ， 6 ， 2a r =。 2. 0.01659nm 3 ， 4 ， 8 。 3. FCC ， BCC ，减少 ，降低 ，膨胀 ，收缩 。 4. 解答：见图1－1 5. 解答：设所决定的晶面为（hkl ），晶面指数与面上的直线[uvw]之间有hu+kv+lw=0，故有： h+k-l=0,2h-l=0。可以求得（hkl ）＝（112）。
工程材料及成形技术复习题10.11.23
工程材料及成形技术单元测验题 第一章：单元测验题 一、名词解释：单晶体、多晶体、强度、塑性、硬度、置换固溶体、间隙固溶体、相、相组成物、组织、组织组成物、冲击韧度、点缺陷、线缺陷，面缺陷，合金、二元合金，三元合金、固溶强化、弥散强化、第二相强化，陶瓷、抗拉强度、疲劳强度、抗氧化性，抗腐蚀性。 二、简答 2、下列晶体结构属于哪一种晶格结构： α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、 Cr、V、Mg、Zn、各属何种晶体结构？ 3．什么是强度？其常用性能指标有哪些？各用什么符号表示？ 4．什么是塑性？其常用性能指标有哪些？各用什么符号表示？ 6．什么是硬度？常用的硬度实验方法有哪些? 各用什么符号表示？ 7．布氏硬度试验和洛氏硬度试验各有什么优点，什么条件下应用布氏硬度比洛氏硬度试验的好。 9．什么是冲击韧度？其值什么符号表示？Ak表示什么意思？ 4．什么是固溶体、间隙固溶体、置换固溶体、有限固溶体和无限固溶体？ 6．什么是固溶强化？固溶强化和冷变形强化有何异同之处？ 1-6 何为韧性位错？位错密度对材料的力学性能有何影响？ 1-7 指出下列名词的主要区别： （1）置换固溶体与间隙固溶体； （2）相组成物和组织组成物。 1-8 置换原子和间隙原子的固溶强化效果哪个大些？为什么？ 1-9 金属间化合物在结构和性能方面与固溶体有何不同？常见的金属化合物有几种类型？他们对合金的性能有何影响？ 第二章：单元测验 一、概念题 二元匀晶相图；共晶相图；变质处理p36 三、分析题1、指出共晶线、共析线、包晶线、共晶点、 共析点。（5分）2、写出三个反应式子：共析反应、包晶 反应变、共晶反应（6分） 3、分析含碳量分别为0.40%、的铁碳 合金从奥氏体冷至室温时的平衡结晶过程（在图中画出 分析的竖直辅助线）。（7分） 4、分析含碳量分别为1.2%、的铁碳 合金从奥氏体冷至室温时的平衡结晶过程（在图中画出 分析的竖直辅助线）。（7分） 四、思考计算题： 1、细化晶粒是提高金属性能的重要途径之一，控制晶粒大小的方法主要有哪几种？p35 2、已知A(熔点650℃)与B(熔点560 ℃)二组元在液态时无限互溶；在320℃时，A溶于B的最大溶解度为31％，室温时为12％；但B不溶于A；在320℃，含42％B的液态合金发生共晶反应。要求： (1)作出A、B合金相图； (2)分析含A为25%时合金的结晶过程； 3、为什么铸造合金常选用共晶成分合金? p43 3.1、为什么铸铁的铸造性能比钢的要好？p43 3.2、为什么说铸铁的铸造性能好p43 5、某工厂仓库积压了许多碳钢(退火状态)，由于钢材混杂，不知道钢的化学成分，现找出其中一根，经金相分析后，
金属学与热处理复习题
第一章 复习题 晶向指数相同，符号相反的为同一条直线 原子排列相同但空间位向不同的所有晶向 晶面指数的数字和顺序相同，符号相反则两平面互相平行 晶面的空间位向不同但原子排列相同的所有晶面 当一个晶向[uvw]与一个晶面（hkl ）平行时hu+kv+lw=0 当一个晶向[uvw]与一个晶面（hkl ）垂直时h=u ，K=v ，l=w 晶体的各向异性原因: 在不同晶面上的原子紧密程度不同 纯铁冷却时在912 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。 面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向 刃型位错的四个特征（作业） 螺型位错的四个特征（作业） 面心立方（FCC ） 体心立方（BCC ） 密排六方（HCP ） 晶胞原子数 原子半径 配位数 致密度 同素异构转变定义--18页 晶体缺陷的分类： 常见的点缺陷： 常见的面缺陷： 第二章 复习题 一、填空 1、金属结晶两个密切联系的基本过程是 和 2 、金属结晶的动力学条件为 3 、金属结晶的结构条件为 4 、铸锭的宏观组织包括 5、如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的晶粒更细 ，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的晶粒 粗大 ，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的晶粒更细，薄铸件的晶粒比厚铸件晶粒更细 。 二、问答 1、金属的结晶形核45页 2、金属的长大的要点52页 2、铸锭三晶区名称及形成过程（柱状晶为重点） 3、影响柱状晶生长的因素56-57页 三、名词解释： 1、细晶强化 2、变质处理 3、铸造织构
第三章二元合金的相结构与结晶作业题（复习题） 1、概念 合金、相、固溶体、固溶强化、、离异共晶、伪共晶 2、填空 1）固溶体按照溶质原子在晶格中所占位置分为和。2）固溶体按照固溶度不同分为和。 3）置换固溶体溶解度的影响因素有、、、、和温度。 4）置换固溶体中原子半径相对差别Δr 8%且两者的晶体结构相同时才有可能形成无限固溶体。 5）间隙固溶体形成无限固溶体（填“有可能”“不可能”） 6）正温度梯度下：随成分过冷程度增大分别形成、和。7）为消除晶内偏析和离异共晶，工业上广泛应用方法。（作业题） 8）相变反应式L（液）→α（固）+ β（固）表示反应；γ（固）→ α（固）+ β（固）表示反应。（作业题） 3、根据Pb-Sn相图（见下图及有关数据表），计算w Sn=40%的亚共晶合金在183℃共晶转变结束后，先共晶α相和共晶组织（α+β）的质量百分数，以及相组成物α和β相的质量百分数。（作业题） 4、简答二元相图各类恒温转变类型、反应式和相图特征。103页 第四章铁碳合金 (一)定义 渗碳体、奥氏体、铁素体（作业题）、珠光体、莱氏体 （二）填空 12．钢中常存杂质元素有、、、等，其中是有害元素，它们使钢产生、。 15. 标出Fe—Fe3C相图(图4—3)中指定相区的相组成物：
工材习题集
工程材料及成型工艺 习题集 主编朱和国 主审颜银标 南京理工大学 2004．4
第一章工程材料的种类及其性能指标 一、名词解释 工程材料、强度、硬度、刚度、弹性、塑性、韧性、屈强比、σs、σb、δ、?、σ2.0、αk、αkv、αku、HRA、HRB、HRC、HBW、HBS。 二、选择题 1．锉刀的硬度测试方法： （A）HBS （B）HRB （C）HRC （D）HV 2．铸铁的屈服强度的表示方法： (A)σs(B)σb(C)σ2.0(D)σ01.0 3．工程中确定许用应力的指标是： (A)σs(B)σb(C)σ2.0(D)HRA 4．黑色金属是： (A)铁及其合金(B)铜及其合金(C)铝及其合金(D)镍及其合金 5．工程材料一般包括： (A)金属材料、铝基复合材料、陶瓷材料、塑料(B)金属材料、陶瓷材料、塑料、橡胶(C)复合材料、橡胶、纤维、陶瓷材料(D)金属材料、复合材料、陶瓷材料、高分子材料6．材料拉伸时不出现颈缩现象则表示该材料： (A)发生了塑性变形(B)没有发生塑性变形(C)可能发生塑性变形(D)无法确定 7．材料拉伸颈缩时真实应力： (A)增加(B)减小(C)先增后降(D)不增也不降 8．抗拉强度是指： (A)拉伸试验时试样拉断过程中最大试验力 (B)拉伸试验时试样拉断过程中最小试验力 (C)拉伸试验时试样拉断过程中最大试验力所对应的应力 (D))拉伸试验时试样拉断过程中最小试验力所对应的应力 9．屈服强度是指： (A)指材料发生明显塑性变形时下屈服点所对应的应力 (B)指材料发生明显塑性变形时上屈服点所对应的应力 (C)指材料发生明显塑性变形时上、下屈服点所对应的应力平均值 (D)指材料发生断裂时所对应的应力 10．材料的刚性 (A)与构件的刚性含义不同，但构件的横截面积有关 (B)与构件的刚性含义相同，但与构件的横截面积无关 (C)是一工程术语，即为材料的弹性模量E (D)是一工程术语，与材料的弹性模量E有关的性能指标 11．陶瓷材料与金属材料相比，对交变载荷的敏感性 (A)不敏感(B) 敏感(C)不确定(D)一样 12．不属于材料工艺性能的是 A 铸、锻、焊性能 B 热处理性能C切削性能D疲劳性能
工程材料-习题修订(2008)
工程材料习题 第1章材料的结构与性能 1.1金属材料的结构与组织 （一）解释名词 晶格、晶胞、晶粒、亚晶粒、晶界、晶体的各向异性、空位、刃型位错； 合金、组元、相、组织、组织组成物、中间相、化合物； 固溶体、间隙固溶体、置换固溶体、有限固溶体、无限固溶体； 金属化合物、正常价化合物及其特点，电子化合物及其特点，间隙化合物、间隙相及其特点；强度、硬度、塑性、韧性。 （二）填空题 1．具有体心立方晶格的金属，具有面心立方晶格的金属，具有密排六方晶格的金属。 2．金属晶体中最主要的面缺陷是和。 3．点缺陷有和两种；面缺陷中存在大量的。 4．γ-Fe、α-Fe的一个晶胞内的原子数分别为和。 5. 固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度。 6、金属产生固溶强化的原因是。 7、金属材料的性能由决定。 8、金属材料的使用性能是指、金属材料的工艺性能是 指，金属材料的机械性能是指。 9、屈服极限强度指标是，抗拉强度极限指标是、抗剪强度指标是、缩颈 现象是指。 10、表示塑性的指标是和。 11、ф10钢球，在9800KN载荷下保持30S时测得布氏硬度值为200，应表示为。 （三）是非题 1．因为单晶体是各向异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。（）2．金属多晶体是由许多结晶方向相同的单晶体组成的。（）3．晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。（） （四）选择正确答案 1．晶体中的位错属于：a。体缺陷；b．面缺陷；c．线缺陷；d．点缺陷。 2．α-Fe和γ-Fe分别属于什么晶格类型：a．面心立方和体心立方；b．体心立方和面心立方；c．均为面心立方；d．均为体心立方。 3. 固溶体的晶体结构与a．溶剂；b．溶质；c．其它晶型相同。 第二章金属材料组织和性能的控制 2.1 纯金属的结晶 （一）解释名词 结晶、过冷度、自发晶核、非自发晶核、变质处理、同素异构转变。 （二）填空题 1．结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是和。 2．在金属学中，通常把金属从液态过渡为固体晶态的转变称为；而把金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为。 3．过冷度是指，其表示符 号为。 4．过冷是结晶的条件。 5．细化晶粒可以通过、、和等途径实现。 6、在一般情况下，晶粒越小，则金属的、越好。所以工程上使晶粒细化，是
第二章 晶体缺陷1.0
第二章 晶体缺陷 问题2.1.1根据最近邻假设，估算简单立方晶体中一个空位的形成能。（假定每一个体内原子间的结合能为U 0） 答：首先，简单立方晶体中最近邻原子数为6个，形成一个空位断6根键，空位处原子移至晶体表面成键3根，故空位形成能为021U ；而形成空位后周围原子向空位处偏移导致应变能增加，该移动同时导致结合能的增加。由于该偏移是自发过程，所以能量降低，综上，空位形成能小于02 1U 。（参考P184 图6-9） ？问题2.1.2自间隙原子的形成能远大于空位形成能。请从应变能和结合能的角度给予分析。 答：自间隙原子的半径远大于间隙尺寸，因此会引起应变能很大的上升；（结合能？） ？问题2.1.3以室温为参考点，去测量纯铜的点阵常数随温度变化率，然后再测量纯铜的线膨胀系数随温度的变化，将两条随温度变化的曲线画 在一张图上，你认为200℃一下会怎样？900℃以上 的高温有会怎样？ 答： 问题2.1.4 图2－2中的置换原子(黑色)的尺寸画得 有些随意。假定(b)图中黑原子半径比白的小10％，而(c)图中大10％，问哪种情况下基体内的应变能更大些？为什么？如果数据由10%变为0.1%，上述结论会变化吗？为什么？ 答：（b ）图中应变能更大。 ①应变能是由附近白原子点阵常数的变化引起的结合能的改变量。 ②由结合能的图像可知，在平衡位置r0左右，曲线并非对称(形变大时非弹性成分的存在)。产生相同且较大(与0.01%对比着看)的形变时，压缩引起的应变能更大。 若数据仅为0.1%，则看不出差别。 问题2.1.5对于置换固溶体，溶质加入对点阵常数有影响吗？请对溶质原子直径大于溶剂直径的情况予以分析。 答：有影响。溶质原子直径大于溶剂直径时，溶质原子溶入对周围原子施加压应变，使周围原子远离溶质原子，导致晶格常数增大。 问题2.1.6 Al 2O 3溶入MgO(具有NaCl 结构)中，形成的非禀性点缺陷在正离子的位置，还是相反？
(机械制造行业)机械工程材料总复习资料
机械工程材料复习 第一部分 基本知识 一、概述 ⒈目的 掌握常用工程材料的种类、成分、组织、性能和改性方法的基本知识（性能和改性方法是重点）。 具备根据零件的服役条件合理选择和使用材料； 具备正确制定热处理工艺方法和妥善安排工艺路线的能力。 ⒉复习方法 以“材料的化学成分→加工工艺→组织、结构→性能→应用” 之间的关系为主线，掌握材料性能和改性的方法，指导复习。 二、材料结构与性能： ⒈材料的性能： ①使用性能：机械性能（刚度、弹性、强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧性）； ②工艺性能：热处理性能、铸造性能、锻造性能、机械加工性能等。 ⒉材料的晶体结构的性能：纯金属、实际金属、合金的结构（第二章）； 纯金属：体心立方（e F -α）、面心立方（e F -γ），各向异性、强度、硬度低；塑性、韧性高 实际金属：晶体缺陷（点：间隙、空位、置换；线：位错；面：晶界、压晶界）→各向同性；强度、硬度增高；塑性、韧性降低。 合金：多组元、固溶体与化合物。力学性能优于纯金属。 单相合金组织：合金在固态下由一个固相组成；纯铁由单相铁素体组成。 多相合金组织：由两个以上固相组成的合金。
多相合金组织性能：较单相组织合金有更高的综合机械性能，工程实际中多采用多相组织的合金。 ⒊材料的组织结构与性能 ⑴。结晶组织与性能：F、P、A、Fe3C、Ld； 1）平衡结晶组织 平衡组织：在平衡凝固下，通过液体内部的扩散、固体内部的扩散以及液固二相之间的扩散使使各个晶粒内部的成分均匀，并一直保留到室温。
2）成分、组织对性能的影响 ①硬度(HBS)：随C ﹪↑,硬度呈直线增加， HBS 值主要取决于组成相C F e3的相对量。 ②抗拉强度(b σ)：C ﹪＜0.9%范围内，先增加，C ﹪＞0.9～1.0％后，b σ值显著下降。 ③钢的塑性(δ ?)、韧性(k a )：随着C ﹪↑,呈非直线形下降。 3）硬而脆的化合物对性能的影响： 第二相强化：硬而脆的化合物， 若化合物呈网状分布：则使强度、塑性下降； 若化合物呈球状、粒状（球墨铸铁）：降低应力集中程度及对固溶体基体的割裂作用，使韧性及切削加工性提高； 呈弥散分布于基体上：则阻碍位错的移动及阻碍晶粒加热时的长大，使强度、硬度增加，而塑性、韧性仅略有下降或不降即弥散强化； 呈层片状分布于基体上：则使强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降。
工程材料与技术成型基础课后习题答案
工程材料与技术成型基础课后习题答案 第一章 1-1 由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标?在工程上这些指标是如何定义的? 答: 强度和韧性 .强度 (σb)材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度;塑性 (δ) 材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力. 强度指标里主要测的是: 弹性极限 , 屈服点 , 抗拉强度等 . 塑性指标里主要测的是 : 伸长率 , 断面收缩率 . 1-2 1-3 锉刀 :HRC 黄铜轴套 :HB 供应状态的各种非合金钢钢材：HB 硬质合金刀片： HRA,HV 耐磨工件的表面硬化层：HV 调质态的机床主轴： HRC 铸铁机床床身： HB 铝合金半成品： HB 1-4 公式 HRC=10HBS,90HRB=210HBS,HV=HBS 800HV>45HRC>240HBS>90HRB 1-7 材料在加工制造中表现出的性能，显示了加工制造的难易程度。包括铸造性， 锻造性，切削加工性，热处理性。
第二章 2-2 答 :因为γ-Fe 为面心立方晶格 ,一个晶胞含 4 个原子 ,致密度为 0.74;γ -Fe 冷却到912°C 后转变为α-Fe 后，变成体心立方晶格，一个晶胞含 2 个原子，致密度为 0.68，尽 管γ -Fe 的晶格常数大于α -Fe 的晶格常数，但多的体积部分抵不上因原子排列不同γ -Fe 变成α -Fe 体积增大的部分，故γ -Fe 冷却到 912℃后转变为α-Fe 时体积反而增大。2-3.答：（ 1）过冷度理论结晶温度与实际结晶温度只差。 （2）冷速越快则过冷度越大，同理，冷速越小则过冷度越小 （3）过冷度越大则晶粒越小，同理，过冷度越小则晶粒越大。过冷度增大，结晶驱 动力越大，形核率和长大速度都大，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。 2-4：答：（1）在一般情况下，晶粒越小，其强度塑性韧性也越高。 （2）因为晶粒越小则晶界形成就越多，产生晶体缺陷，在晶界处晶格处于畸变状态， 故晶界能量高因此晶粒的大小对金属的力学性能有影响。 （3）在凝固阶段晶粒细化的途径有下列三种： ①提高结晶时的冷却速度增加过冷度 ②进行变质处理处理：在液态金属浇筑前人工后加入少量的变质剂，从而形成大量非自发 结晶核心而得到细晶粒组织。 ③在液态金属结晶时采用机械振动，超声波振动，电磁搅拌等。 2-5 答：（ 1）固溶体是溶质原子溶于溶剂晶格中而保持溶剂晶格类型的合金相。 （2）固溶体中溶剂由于溶质原子的溶入造成固溶体晶格产生畸变，使合金的强度与 硬度提高，而塑性与韧性略有下降。 （3）通过溶入原子，使合金强度与硬度提高的办法称之为固溶强化。 2-6 答 (1) 金属化合物是指合金组元之间相互作用形成具有金属特征的物质; .他在合金中(2)金属化合物的晶格类型和性能不同与组元,具有熔点高 ,硬度高 ,脆性大的 特点 能提高其硬度强度 ,但降低其塑性韧性. (3)如果金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体的基本 ,则将使合金的轻度硬度耐磨性 相上 明显提高 ,这一现象称弥散强化. 2-10
工程材料期末试题及解答
第一章 一、填空题 1．工程材料按成分特点可分为金属材料、非金属材料、复合材料；金属材料又可分为有色金属和黑色金属两类；非金属材料主要有无机非金属、有机非金属；复合材料是指。 2．金属材料的力学性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性等；强度的主要判据有屈服点和抗拉强度，强度和塑性可以用拉伸试验来测定；洛氏硬度测量方法简便、不破坏试样，并且能综合反映其它性能，在生产中最常用. 3．理解静拉伸试验过程和应力-应变曲线图。 二、判断题材料所受的应力小于屈服点σs时，是不可能发生断裂的。（×） 第二章 1 名词解释 晶体:指其原子（原子团或离子）按一定的几何形状作有规律的重复排列的物体 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度 变质处理:有意地向液态金属中加入某些变质剂以细化晶粒和改善组织达到提高材料性能的目的。 各向异性：在晶体中,由于各晶面和各晶向上的原子排列密度不同，因而导致在同一晶体的不同晶面和晶向上的各种性能的不同形核率:在单位时间内，单位体积中所产生的晶核 2 填空 三种常见的金属晶格体心立方，面心立方,密排六方. 晶体缺陷的形式包括点缺陷，线缺陷，面缺陷。 3 问答 1 简述形过冷度和难熔杂质对晶体的影响。 答:过冷度影响：金属结晶石,形核率和长大速度决定于过冷度。在一般的液态金属的过冷范围内，过冷度愈大，形核率愈高，则长大速度相对较小，金属凝固后得到的晶粒就愈细；当缓慢冷却时，过冷度小,晶粒就粗大。 难熔杂质的影响:金属结晶过程中非自发形核的作用王伟是主要的。所以某些高熔点的杂质，特别是当杂质的晶体结构与经书的晶体结构有某些相似时将强烈的促使非自发形核,大大提高形核率。 2 简述铸锭的组织结构特点。 答：铸锭是由柱状晶粒和等轴晶粒组成的,组织部均匀，不同形状的晶粒对性能由不同的影响。 3．凝固过程中晶粒度大小的控制. 答：主要有两种方法：1增大过冷度，2变质处理 第三章 1.金属塑性变形是在什么应力作用下产生的？金属的塑性变形有哪几种基本方式？它们之间有何区别金属的塑性形变是在切应力的作用下产生的。金属的塑性形变有滑移和孪生两种形式。它们之间的区别是：1滑移是金属键一个个断裂，而孪生是孪生面上的键同时发生断裂；2孪生之后，虽然晶体结构为改变，但孪生的晶体的晶格位向已经发生改变. 2.塑性变形对金属的组织、结构和性能有哪些影响? 组织结构影响:当工件的外形被拉长或者压扁时其内部的晶粒的形状也被拉长或压扁。 性能影响：强硬度提高,塑韧性降低，电阻增加，耐腐蚀性降低 3。什么叫再结晶？再结晶前、后组织和性能有何变化？ 当变形金属加热至较高温度,原子具有较大扩散能力时,会在变形最激烈的区域自发的形成新的细小等轴晶粒称为再结晶。再结晶前后组织上的变化是,在形变激烈能量高的地方形核.性能上的变化是:1加工应力消失，2强度、硬度下降，3塑性、韧性提高 4。何谓临界变形度?为什么生产上应尽量避免在临界变形度这一范围内加工变形？ 当变形度稍有增加时，增至大约2％～10％范围内，经再结晶退火后，晶粒急剧长大的形变度叫做临界形变度。避免在临界形变度范围内加工是因为在临界形变度的范围内进行塑性形变是，金属中只有部分晶粒发生形变，形变极不均匀，再结晶时的生核数目很少，所以长成大晶粒. 5.什么叫冷变形和热变形？指出它们各自变形特点和应用范围? 低于再结晶温度的塑性形变加工为冷
重点部分机械工程材料
第一章金属的力学性能 1 金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。 2 力学性能是指金属在外力作用下所表现出来的特性，常用的指标有：强度、硬度、塑性、韧性和疲劳强度等。 3 强度是指金属材料抵抗塑性变形和断裂的能力。 4 常用的强度指标有：弹性极限σ e 、屈服点σs、抗拉强度σb 5 塑性是指金属材料在断裂前产生塑性变形的能力。常用指标有断后伸长率和断面收缩率 6 硬度是指材料抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是衡量金属软硬程度的指标，材料的硬度是通过硬度试验测得的。 7 硬度试验方法包括：1布氏硬度（HBW硬质合金钢球、HBS淬火钢球） 2洛氏硬度HR 3维氏硬度HV 8．冲击吸收功越大，材料的韧性越好。 第二章金属的晶体结构与结晶 1. 单晶体具有各向异性，多晶体具有各向同性。 2. 常见的晶格类型包括：①体心立方晶格②面心立方晶格③密排六方晶格。 3 .晶体缺陷包括：①点缺陷②线缺陷③面缺陷。 4. 点缺陷是指在长、宽、高三个方向上尺寸都很小的一种缺陷，最常见的点缺陷是晶格空位和间隙原子。 5. 线缺陷是指晶体中呈现状分布的缺陷，最常见线缺陷是各种类型的位错。 6. 面缺陷是指在晶体中呈面状分布的缺陷，常见的面缺陷是晶界和亚晶界。 7. 合金：是指有两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元素）组成的，具有金属特性的新物质。纯金属品 种少，力学性能低，成本高，应用受限，工业中使用的金属材料大多是合金。 8. 组元：组成合金最基本的、独立的物质成为组元（简称元）。通常组元就是指组成合金的元素。 9 .相：在纯金属或合金中，具有相同的化学成分、晶体结构和物理性能并与其他部分以界面分开的均匀组成部分称 为相。 10. 组织：组织是泛指用金相观察方法看到的由各相晶粒的形态、数量、尺寸和分布方式组成的关系和构造情况。 11. 固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。 12. 置换固溶体：是指溶质原子占据了部分溶剂晶格结点位置而形成的固溶体。按溶解度的不同，置换固溶体又分为无限固溶体和有限固溶体两种。 13. 间隙固溶体：是指溶质原子溶入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体。间隙固溶体都是无序固溶体，也都是有限固 溶体。而溶剂元素一般为过渡元素。 14. 细晶强化：是指通过细化晶粒来提高强度、硬度、塑性和韧性的方法。 15. 固溶强化：溶质原子溶入溶剂晶格中使晶格产生畸变，增加了变形抗力，因而导致材料强度、硬度提高。这种通 过溶入溶质元素，是固溶体强度和硬度提高的现象为固溶强化。 16. 弥散强化：当金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金强度、硬度和耐磨性明显提高，这一 现象称弥散强化。 17.结晶：金属由液态转变为固态晶体的过程称为结晶。 18.过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差ΔT称为过冷度，即ΔT=T0－T1。 19.晶粒越细小，金属的强度、塑性和韧性越高。
第二章作业2016 碳钢
班级姓名学号 《工程材料基础》第二章作业 一单项选择 1.再结晶退火作为软化材料的手段，常用于_____。 (a) 淬火件(b) 铸件(c) 锻压件(d) 冷塑性变形后的零件 2.实际晶体材料强度远低于理论值的原因是晶体中存在_____。 (a) 晶界(b) 溶质(c) 位错(d) 第二相 3.既可提高材料强度又可改善材料塑韧性的方法是_____。 (a) 时效强化(b) 淬火强化(c) 细晶强化(d) 固溶强化 4.位错属于晶体缺陷的哪一种_____。 (a) 点缺陷(b) 线缺陷(c) 面缺陷(d) 体缺陷 5.铁素体属于下面哪一种_____。 (a) 间隙固溶体(b) 置换固溶体(c) 化合物(d) 中间相 6.铁碳相图中的转变下面哪个是非恒温转变_____ (a) 共晶转变(b) 匀晶转变(c) 共析转变(d) 包晶转变 7.（高温）莱氏体是以下哪两个相组成的混合物_____。 (a) 铁素体和奥氏体(b) 奥氏体和渗碳体(c) 铁素体和渗碳体(d) 珠光体和渗碳体 8.40钢钢锭在1000℃左右轧制，有时会发生开裂，最可能的原因是_____。 (a) 温度过低(b) 温度过高(c) 钢锭含磷量过高(d) 钢锭含硫量过高 9.固溶体的晶体结构_____。 (a) 与溶质相同(b) 与溶剂相同(c) 与溶剂及溶质都不同(d) 溶剂与溶质晶体结构的混合 10.碳含量的增加对于缓冷碳钢的抗拉强度的影响规律是_________。 (a) 一直增加(b) 一直降低(c) 先降后增(d) 先增后降 二判断正误题 1.( ) 金属结晶时，冷却速度越快其实际结晶温度越低。 2.( ) 所有强化金属的手段，在提高强度的同时都使金属的韧性下降。 3.( ) 浇注金属铸件时（即铸造）用金属模比用砂模可获得更细小的晶粒。 4.( ) 平衡态碳钢在室温下都由α和Fe3C两相组成。 5.( ) 固态纯铁在不同温度范围有不同的晶体结构。 6.( ) 经冷塑性变形后，金属的强度、硬度升高，但塑性、韧性降低。 7.( ) 晶粒细小的比粗大的同一种金属，其强度更高，塑性更好。 8.( ) 多晶体材料都是多相材料。 9.( ) 凡是碳钢在结晶过程中都有共析转变，而铸铁只有共晶转变，没有共析转变。 10.( ) 实际块状金属在不同的方向上的性能是一样的。 11.( ) 铁素体和奥氏体的根本区别在于它们的溶碳能力不同，前者少，后者多。 12.( ) 碳钢中杂质P元素将造成材料冷脆，S元素将导致热脆。 13.( ) 物质从液相转变为固相的过程称为结晶过程。 14.( ) 工业纯铁中含有少量的碳元素。 15.( ) 热加工就是在加热的条件下进行塑性变形。 16.( ) 强度，硬度与塑韧性是一对矛盾，所以当强度，硬度升高时，塑韧性一定下降。 17.( ) 固溶体中溶质原子位于晶格的间隙位置。 18.( ) 在Fe-Fe3C体系中，含碳量越高，合金的硬度越高。 19.( ) Fe3C I、Fe3C II、和Fe3C III具有相同的晶体结构，但形态不同。 20.( ) 再结晶是形核和长大的过程，因而再结晶前后金属的晶体结构发生了变化。 三、名词解释 1.晶体：___________________________________________________________________
《材料科学基础》习题
《材料科学基础》习题 第一章材料的结构 1．试说明一个面心立方等于一个体心正方结构。 2．在立方系中绘出｛110｝、｛111｝晶面族所包括的晶面，及（112）和（120）晶面。3．求（121）与（100）所决定的晶带轴和（001）与（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。 4．计算面心立方结构（111）、（110）与（100）面的面密度和面间距。 5．FeAl是电子化合物，具有体心立方点阵，试画出其晶胞，计算电子浓度，画出（112）面原子排列图。 6．合金相VC、Fe3C、CuZn、ZrFe2属于何种类型，并指出其结构特点。 第二章晶体缺陷 1．铜的空位生成能1.7×10-19J，试计算1000℃时，1cm3铜所包含的空位数，铜的密度8.9g/cm3，相对原子质量63.5，玻尔兹曼常数K=1.38×10-23J/K。 如图2-1所示的位错环，说明各段位错的性质，并指出刃位错多余半原子面的位置。
2．如图2-2，某晶体滑移面上有一个 柏氏矢量为b 的位错环，受到均匀切应力τ作用，试分析： 该位错环各段位错的结构类型； 求各段位错所受的力； 在τ的作用下，位错环将如何运动？ 在τ的作用下，位错环稳定不动，其最小半径应该多大？ 3．画图说明F-R 位错源位错增殖过程。 4．证明位错密度ρ和弯曲晶体曲率半径R 的关系为ρ=Rb 1 。 5．图3-1表示两个被钉扎的刃位错A-B 、C-D ，它们的长度均为x ，且具有相同的位错线方向和柏氏矢量，每个位错都可作为F-R 位错源。假定这两个位错正在扩大，试问位错环在交互作用时，是将位错运动钉扎住，还是形成一个大位错源？如果能够形成一个大位错源，试问该大位错源开动所需临界切应力有多大？ 第三章 纯金属的凝固 1．若液态金属中形成一球形晶核，试证明临界晶核形成功△Gc 与临界晶核体积Vc 的关系为△ Gc=－V c G V 21。 2．分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。
金属热处理1-3章
一.名词解释 弹性模量、弹性极限、屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、冲击韧性、布氏硬度、洛氏硬度、韧脆转变、韧催转变温度、疲劳、断裂韧性 二、填空题 1.材料常用的塑性指标有________和________两种，其中_________表示塑性更接近硬度。 2.检验淬火钢成品件的硬度一般用________硬度，而布氏硬度适用于测定_______的硬度。 3.零件表面加工质量对其________性能有很大的影响。 4.材料性能是指________性_________性_________性和___________性。 5.表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是_________，其单位是___________。 三、选择题 1.在设计拖拉机缸盖螺钉时应选用的强度指标是（） A.σb B、σs C、σ0.2 D、σp 2.有一碳钢支架刚性不足，解决办法是（） A、通过热处理强化 B、选用合金钢 C、增加横截面积 D、在冷加工状态下使用 3.材料的使用温度（） A、应在其韧脆转变温度以上 B、应在其韧脆转变温度以下 C、应与其韧脆转变温度相等 D、与其韧脆转变温度无关 4.汽车后半轴热处理后冷校直，造成力学性能指标下降，主要是（） A、σb B、δ C、σ-1 D、HB 5.在有关工件的图纸上，出现了以下几种硬度技术条件的标注方法，其中正确的是（） A、500HBS B、HV800 C、12~15HRC D、229HB 四、判断题 1、所有金属材料都有明显的屈服现象。（） 2、同种材料不同尺寸试样所测得的伸长率相同。（） 3、σ0.2是机械零件的设计依据，如果使用σb代替，则应选择较大的安全系数。（） 五、计算题 1.一根直径为 2.5mm、长为3m的钢丝，受4900N拉伸载荷作用后的变形量是多少？ （钢丝的变形为弹性变形，其弹性模量为205000MN/m2）[提示：参考第一部分第一章的例题1] 六、简答题 1.如何提高金属材料的刚度和疲劳寿命？ 2.韧脆转变在工程上有何意义？
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。 3．画出立方晶系中的下列晶面和晶向：（100）, （111）, （110）, (123）, (130））, (121)，（225），[112］, 2］。画出六方晶系中的下列晶面：(0001), （1120），（1011)。 [312］，[11 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？
半导体工艺原理复习解析
晶体生长技术（直拉法（CZ）、区熔法（FZ））。 半导体：常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，如二极管、计算机、移动电话等。导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。 N型半导体（电子型半导体），自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。硅晶体中掺入五价元素（如磷），自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电。自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成。掺入的杂质越多，多子的浓度就越高，导电性能就越强。P型半导体（空穴型半导体）即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体。硅晶体中掺入三价元素（如硼）。空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。空穴主要由杂质原子提供，自由电子由热激发形成。掺入的杂质越多，多子的浓度就越高，导电性能就越强。区熔法（FZ）特点：硅片含氧量低、纯度高、成本高、主要用于高功率IC。难生长大直径硅晶棒。低阻值硅晶棒、掺杂均匀度较差。 CZ法：成本低、可做大尺寸晶锭、材料可重复使用。 CZ工艺工程：籽晶熔接，引晶和缩颈，放肩，收尾。 影响因素：拉伸速率、旋转速率。 硅片制备步骤：机械加工，化学处理，表面抛光，质量测量 制备流程：整形处理，去掉两端，径向研磨。 硅片制作流程： 磨片和倒角（防止产生缺陷），刻蚀（去除沾污和损伤层）腐蚀液：HNO3+HF+醋酸，抛光（去除表面缺陷），清洗（去除残留沾污） 晶体缺陷：点缺陷（空位缺陷；间隙原子缺陷；Frenkel缺陷）；位错；层错。 杂质的作用：调节硅原子的能级，由于晶体结构的原因，固体中的全部原子的各能级形成了能带，硅通常可以分为三个能带，导带，禁带，价带。如果所有的自由电子都在价带上就是绝缘体；如果所有的自由电子都在导带上就是导体。半导体的自由电子平时在价带上，但受到一些激发的时候，如热、光照、电激发等，部分自由电子可以跑到导带上去，显示出导电的性质，所以称为半导体。 施主能级杂质能级要么距离导带很近（如磷），是提供电子的； 受主能级要么距离价带很近（如硼），是接受电子的。