材料科学基础 习题4
材料科学基础习题
查看文本习题一、名词解释金属键; 结构起伏; 固溶体; 枝晶偏析; 奥氏体; 加工硬化; 离异共晶; 成分过冷; 热加工; 反应扩散二、画图1在简单立方晶胞中绘出（）、（210）晶面及[、[210]晶向。
2结合Fe-Fe3C相图，分别画出纯铁经930℃和800℃渗碳后，试棒的成分－距离曲线示意图。
3如下图所示，将一锲形铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制。
试画出轧制后铜片经再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图。
4画出简单立方晶体中（100）面上柏氏矢量为［010］的刃型位错与（001）面上柏氏矢量为［010］的刃型位错交割前后的示意图。
5画图说明成分过冷的形成。
三、Fe-Fe3C相图分析1用组织组成物填写相图。
2指出在ECF和PSK水平线上发生何种反应并写出反应式。
3计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。
四、简答题1已知某铁碳合金，其组成相为铁素体和渗碳体，铁素体占82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。
2什么是单滑移、多滑移、交滑移？三者的滑移线各有什么特征，如何解释？。
3设原子为刚球，在原子直径不变的情况下，试计算g-Fe转变为a-Fe时的体积膨胀率;如果测得910℃时g-Fe和a-Fe的点阵常数分别为0.3633nm和0.2892nm,试计算g-Fe转变为a-Fe的真实膨胀率。
4间隙固溶体与间隙化合物有何异同？5可否说扩散定律实际上只有一个？为什么？五、论述题τC结合右图所示的τC（晶体强度）—ρ位错密度关系曲线，分析强化金属材料的方法及其机制。
晶须冷塑变六、拓展题1 画出一个刃型位错环及其与柏士矢量的关系。
2用金相方法如何鉴别滑移和孪生变形？3 固态相变为何易于在晶体缺陷处形核？4 画出面心立方晶体中(225)晶面上的原子排列图。
综合题一：材料的结构1 谈谈你对材料学科和材料科学的认识。
2 金属键与其它结合键有何不同，如何解释金属的某些特性？3 说明空间点阵、晶体结构、晶胞三者之间的关系。
材料科学基础-第4次作业
解：设液相、α相和β相各占x,y,z.
50%x+85%y+10%z=40%……A x=10.5%
40%x+10%y+20%z=30%……B y=34.2%
10%x+5%y+70%z=30%……C z=55.3%
所以，液相占10.5%，α相34.2%，β相55.3%；
解:
（a） 如图，
a点，纯A， ；
b点， ，
c点，
d点，
e点，纯B，
中间相为 。
(b)由图中虚线可知，在 范围，液相成分沿液相线变化，析出A。
设刚到 时，析出A的质量为
，
剩余液相L质量为100-53.5=46.5kg，在 发生共晶反应析出 ,设共晶反应析出A质量为 ，
∴最多能分理出纯A的质量为
5.如图的二元合金相图，
（2）α为端际固溶体，与Al结构相同，FCC结构。
（3）变形合金0~5.65%；铸造合金33.2%附近。
（4）
(5)如图，
6.固溶体合金的相图如图所示，试根据相图确定：(a)成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分；(b)若首先凝固出来的固体成分含60%B，合金的成分为多少？(c)成分为70%B的合金最后凝固的液体成分；(d)合金成分为50%B，凝固到某温度时液相含有40%B，固体含有80%B，此时液体和固体各占多少分数？
解：（a）80%；（b）20%；(c)20%；
(d)
五,三元相图
1.某三元合金K在温度为t1时分解为B组元和液相，两个相的相对量WB/WL= 2。已知合金中A组元和C组元的重量比为3，液相含B量为40%，试求合金K的成分。
解：∵WB/WL= 2，∴WB1=66.7%，WL=33.3%
材料科学基础 习题4答案
晶体缺陷 习题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？答：在纯金属晶体中，主要的点缺陷是空位和间隙原子。
它们产生的途径有：1、由于热振动而使原子脱离正常点阵位置；2、冷加工造成的位错相互作用产生，如带割阶的位错运动会产生空位；3、高能粒子辐照等。
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。
（k=1.38×10-23J/K 或8.617×10-5 eV/K ） 答：空位平衡浓度为：)ex p(kTE A N n C f -== 所以：660030060030010)]87315731(exp[)exp(-=-⨯-=+-=k E kT E kT E C C f f f 可得：E f ＝3.176×10-19 J/mol 或1.98eV 。
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?可以是刃位错，但不能是螺位错。
4、面心立方晶体中有]101[21位错，其方向为]112[，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。
答：由于此位错线的柏氏矢量与位错线方向垂直（]112[]101[21⊥），因此可以判定其为刃型位错； 其滑移面法向为： k j i k j i k j i222]1)2(10[]01)2()1[()]1(111[112110++=⨯--⨯+⨯--⨯-+-⨯-⨯=--即[111]，因此这一位错应在(111)面上进行分解反应，反应式为： ]121[61]211[61]101[21+→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？解：两位错相割后，在位错留下一个大小和方向与对方位错的柏氏矢量相同的一小段位错，如果这小段位错在原位错的滑移面上，则它是扭折；否则是割阶。
材料科学基础试题及答案
材料科学基础试题及答案一、选择题1. 材料科学中的“四要素”是指（）。
A. 组织、性能、加工、应用B. 材料、结构、性能、加工C. 材料、结构、性能、应用D. 结构、性能、加工、应用答案：C2. 下列哪种材料属于金属材料？（）。
A. 铝合金B. 碳纤维C. 聚氯乙烯D. 陶瓷答案：A3. 材料的硬度是指（）。
A. 材料抵抗变形的能力B. 材料抵抗破坏的能力C. 材料抵抗穿透的能力D. 材料抵抗摩擦的能力答案：A4. 材料的疲劳是指（）。
A. 材料在高温下的性能变化B. 材料在重复应力作用下的性能变化C. 材料在腐蚀环境下的性能变化D. 材料在高压下的的性能变化答案：B5. 材料的蠕变是指（）。
A. 材料在低温下的性能变化B. 材料在长期静载荷作用下发生的缓慢持久变形C. 材料在高速下的的性能变化D. 材料在潮湿环境下的性能变化答案：B二、填空题1. 材料的_________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最大应力，是材料的重要性能指标之一。
答案：强度2. 材料的_________是指材料内部微观结构的排列方式，它直接影响材料的宏观性能。
答案：晶体结构3. 材料的_________是指材料在一定条件下，能够进行塑性变形而不断裂的性质。
答案：韧性4. 材料的_________是指材料在高温下保持性能不变的能力，对于高温环境下使用的材料尤为重要。
答案：热稳定性5. 材料的_________是指材料对电磁场的响应能力，对于电子和通信领域的材料尤为重要。
答案：电磁性能三、简答题1. 请简述材料科学中的“相图”及其作用。
答：相图是用来描述在不同温度、压力和成分比例下，材料可能存在的不同相（如固态、液态、气态）之间的平衡关系的图表。
它可以帮助科学家和工程师了解和预测材料在特定条件下的行为，对于材料的设计、加工和应用具有重要的指导意义。
2. 何为材料的“疲劳寿命”？请举例说明。
答：材料的疲劳寿命是指材料在反复应力作用下能够承受循环次数的总和，直到发生疲劳破坏为止。
材料科学基础课后习题 第1-第4章
《材料科学基础》课后习题答案第一章材料结构的基本知识4. 简述一次键和二次键区别答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。
其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。
一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。
二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。
二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。
6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？答：材料的密度与结合键类型有关。
一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。
相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。
共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。
9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。
答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。
即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。
两相组织是指具有两相的组织。
单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。
晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。
单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。
等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。
对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。
如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。
如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。
无机非金属材料科学基础 作业 第4章
例题4-2 （1）在MgO晶体中，肖特基缺陷的生成能为6ev，计算在25℃和1600℃时热缺陷的浓度。
（2）如果MgO晶体中，含有百万分之一mol的Al2O3杂质，则在1600℃时，MgO晶体中是热缺陷占优势还是杂质缺陷占优势？说明原因。
答：
4.4 对某晶体的缺陷测定生成能为84KJ/mol，计算该晶体在1000K和1500K时的缺陷浓度。
答：
4.5 若已知在NaCl晶体中形成一对正负离子空位的形成能Ef=2.54eV，试计算当温度为296K是的肖特基缺陷浓度？
4.6 试写出在下列二种情况，生成什么缺陷？缺陷浓度是多少？（1）在Al2O3中，添加摩尔分数为0.01%的Cr2O3，生成淡红宝石。
（2）在Al2O3中，添加摩尔分数为0.5%的NiO，生成黄宝石。
答：
4.7
答：
4.10 试写出下列缺陷方程：
答：
4.15 用0.2mol YF3加入CaF2中形成固溶体，实验测得固溶体的晶胞参数a=0.55nm，测得固溶体密度ρ=3.64g/cm3，试计算说明固溶体的类型？（元素的相对原子质量：Y=88.90；Ca=40.08；F=19.00）
答：
4.20 非化学计量缺陷的浓度与周围气氛的性质、压力大小相关，如果增大周围氧气的分压，非化学计量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度将发生怎样变化？增大？减少？为什么？答：
4.21 非化学计量化合物FexO中，Fe3+/Fe2+=0.1（离子数比），求FexO中的空位浓度及x值。
答：。
《材料科学基础》第四章习题.doc
《材料科学基础》第四章固体中原子即分子的运动1.名词:扩散扩散互扩散扩散系数互扩散系数扩散激活能扩散通量上坡扩散间隙扩散空位扩散原子迁移界面扩散表面扩散柯肯达尔效应反应扩散稳态扩散2.设有一条内径为30mm的厚壁管道，被厚度为0.1mm的铁膜隔开，通过管子的一端向管内输入氮气，以保持膜片一侧氮气浓度为1200mol/m)而另一侧的I气浓度为100 mol/m3,如在700C下测得通过管道的氮气流量为2.8xl0-8mol/s,求此时氮气在铁中的扩散系数。
解：通过管道中铁膜的氮气通量为J = J* ‘°——=4.4x 10 "mol/(m'・s)jx (0.03)2膜片两侧氮浓度梯度为：一萱二'2()()-l()() = U x]0_7m〃〃秫Ax 0.0001据Fick's First Law : J = -D^- n。
= ------------ -- = 4xl0-,,m2Isox Ac / Ax3.有一-硅单晶片，厚0.5mm,其一端面上每10’个硅原子包含两个像原子，另一个端面经处理后含镣的浓度增高。
试求在该面上每个硅原子须包含儿个像原子，才能使浓度梯度成为2xl°26atoms/m3,硅的点阵常数为0.5407nm。
4. 950°C下对纯铁进行渗碳，并希望在0.1mm的深度得到Wi(C)=0.9%的碳含量。
假设表面碳含量保持在IA/2(C)=1.20%,扩散系数为D -Fe=1010m2/s,计算为达到此要求至少要渗碳多少时间。
5.在-•个富碳的环境中对钢进行渗碳，可以硬化钢的表面。
己知在1000°C下进行这种渗碳热处理,距离钢的表面l-2mm处，碳含量从x= 5%减到x=4%。
估计在近表面区域进入钢的碳原子的流人量J (atoms/m2s)o (y・Fe在1000°C的密度为7.63g/cm',碳在y-Fe • | •的扩散系数D o=2.0xl0'5m2/s,激活能Q= 142kJ/mol)o£> = 2X10-11 折公8.为什么钢铁零件渗碳温度般要选择在Y ・Fe 相区中进行？若不在Y 相区进6.有两种激活能分别为Qi = 83.7kJ/mol 和Q2 = 251kJ/mol 的扩散反应。
材料科学基础试题1-4参考答案
试题一答案一、1：4；2：O2-离子做面心立方密堆积，Na+填全部四面体空隙；3：=4CN O2-=8 [NaO4][ONa8]；4：O2-电价饱和，因为O2-的电价=（Na+的电价/Na+的配位数）×O2的配位数；5：二、1：Al4[Si4O10](OH)8；2：单网层状结构；3：一层硅氧层一层水铝石层且沿C轴方向堆积；4：层内是共价键，层间是氢键；5：片状微晶解理。
三、1：点缺陷，线缺陷，面缺陷；2：由低浓度向高浓度的扩散；3：坯体间颗粒重排，接触处产生键合，大气孔消失，但固-气总表面积变化不大；4：按硅氧比值分类或按硅氧聚和体的大小分类；5：表面能的降低，流动传质、扩散传质、气相传质和溶解-沉淀传质；6：随自由能的变化而发生的相的结构的变化，一级相变、二级相变和三级相变。
四、 1：O←→VNa ′+VCl˙2：AgAg→Agi˙+VAg′3：3TiO23Ti Nb˙+V N b˙+6O O2TiO22Ti Nb˙+O i′′+3O0Nb2-x Ti3x O3可能成立Nb2-2x Ti2x O3+x4：NaCl NaCa′+ClCl+VCl˙五、一是通过表面质点的极化、变形、重排来降低表面能，二是通过吸附来降低表面能。
1：t=195h2：t=68h七、当O/Si由2→4时，熔体中负离子团的堆积形式由三维架状转化为孤立的岛状，负离子团的聚合度相应的降至最低。
一般情况下，熔体中负离子团的聚合度越高，特别是形成三维架状的空间网络时，这些大的聚合离子团位移、转动、重排都比较困难，故质点不易调整成规则排列的晶体结构，易形成玻璃。
熔体中负离子团的对称性越好，转变成晶体越容易，则形成玻璃愈难，反之亦然。
八、晶界上质点排列结构不同于内部，较晶体内疏松，原子排列混乱，存在着许多空位、位错、键变形等缺陷，使之处于应力畸变状态，具有较高能量，质点在晶界迁移所需活化能较晶内为小，扩散系数为大。
九、二次再结晶出现后，由于个别晶粒异常长大，使气孔不能排除，坯体不在致密，加之大晶粒的晶界上有应力存在，使其内部易出现隐裂纹，继续烧结时坯体易膨胀而开裂，使烧结体的机械、电学性能下降。
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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]101[2
1位错，其方向为]112[，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？。