《材料科学基础》作业

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《材料科学基础》作业（一）
1. 写出立方晶系的{112}晶面族所包含的所有晶面。 2. 在立方晶系的四面体中，画图并表示出四面体所包含的 {111} 晶面族的四组晶面。 3. (110) 和 (112) 晶面是否属于同一晶带？为什么？画图表示出晶带轴和晶带面。 4. 分别在三个晶胞中画图表示 [111] 与（110）、[1 1] 与（ 01）、（211）与 [211] 晶
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三．综述金属结晶的热力学条件、能量条件、结构条件和动力学条件。 四．根据凝固理论，试述工业中细化晶粒的基本措施及其机理。 五．简述纯金属枝晶的形成条件和长大过程。
1．铜和镍固态完全互溶，它们的熔点分别是 TCu＝1083℃，TNi=1452℃,问： Ni－10%Cu 及 Ni－50%Cu 两种合金在浇铸和凝固条件相同的条件下，哪种合金形成 柱狀晶的倾向大？哪种合金的枝晶偏析严重？为什么？
一． 判断是非题，对的在括号中划“∨”，错的划“×”： 1．布拉非点阵与晶体结构是同一概念，因此不管离子晶体，分子晶体，还是原子晶体，
晶体结构类型共有 14 种。（ ） 2．如果某晶面（hkl）平行于某晶向[uvw] ,晶向与晶面之间存在 hu+kv+lw=1 的关系（ ） 3．fcc 结构中，四面体间隙数是单胞原子数的 1 倍。（ ） 4．温度相同时，碳原子在 -Fe 中的溶解度小于在 -Fe 中的溶解度，这是因为 -Fe
向和晶面。 5．标出下列各晶面和晶向指数：
6. 试绘图说明 hcp 结构不是一种空间点阵的原因。 7．求 fcc 结构中面间距 d(111) 、d(110)、d(100)的大小，并指出面间距最大的晶面。 第二章
一．填空题 1．位错线与柏氏矢量垂直，该位错为_________ ; 位错线与柏氏矢量平行时为_______位错 。 2．无限固溶体永远是________________ ；间隙固溶体永远是_____________ 。 3．位错线在晶体内部可以_________，可以形成_______ ，但不可以中止于________。 4．NaCL 和 CaF2 晶体各属于_________________空间点阵。 5．影响置换固溶体溶解度的因素主要有_____________________________________。 6．在面心立方结构的单胞中，碳原子可以存在位置的坐标是________________，单位晶胞内最多能有
的致密度小于 -Fe 的致密度。（ ） 5．fcc 结构的晶体中（111）晶面上含有[110]、[101]、[011]三个最密排方向。（ ） 二． 填空题 1．<111>晶向族包括 组晶向。 ———————————————————————————————————————— 2．{110}晶面族包括 组晶面。 ———————————————————————————————————————— 3．晶面（123 ）和（101）为共带面，其晶带轴的晶向指数为————————————————。 4．fcc 结构晶体的滑移面（密排晶面）是—————，滑移方向（密排晶向）是—————；bcc
与位错线________；螺型位错线的运动方向与 b________,与 方向_______，与位错线方向_____。 10．可滑移面是__________，刃型位错的可滑移面有_________个，这是因为________；螺型位错的可
滑移面有_________个，因为_________________________________。 二．写出 b＝[001]，位错线运动方向为 [110]位错的可滑移面，并指出是何种类型的位错？
2 试说明公式 D＝d2P 的物理意义；并比较间隙扩散和空位扩散两者 D 表达式的区别。
3 含碳量为 0.8％的碳钢，在 900℃的脱碳气氛中保温，此时与气氛相平衡的表面碳浓度为 0.2％,
已知在保温 3 小时后，脱碳层厚度为 0.3mm，若保温时间改为 7 小时，试问脱碳层厚度应是多少？ 4 有一块含碳量 0.1％的碳钢，在 930℃渗碳，渗到 0.05cm 处时，碳浓度为 0.45％，且 t >0 的全部
4） 所谓临界晶核，就是形成晶胚时体积自由能的减少正好补偿三分之二表面自由能增加时的晶胚 大小。（ ）
5） 纯金属均匀形核时，形核率随过冷度的增加而增加。（ ） 6） 实际金属凝固时，过冷度很小，这主要是由于非均匀形核的原因。（ ） 7） 临界晶核半径主要取决于过冷度，过冷度越大，临界晶核半径越小。（ ） 8） 非均匀形核功大小主要取决于过冷度，过冷度越大，临界形核功越小。（ ） 9） 纯金属凝固时，要得到枝晶组织，界面前沿液体中的温度梯度必须是正的温度梯度.( ) 10） 在实际生产中，纯金属凝固后形成具有三个晶区的铸锭组织。（ ） 11） 实际金属凝固时过冷度越大，形核率越大。（ ）
1） 合金类型及晶体结构 2）比较 F 与 A 的含碳量大小，并说明理由。 3）比较 Dα 与 Dγ 的大小，试从晶体结构因素分析其原因。 5 试分析亚共晶及过共晶合金白口铁完全无混合凝固时，初晶 A 呈树枝状、初晶 Fe3CⅠ呈规则的白色 条状的原因。 6 钢可以锻造而白口铁不可以锻造，为什么？（钢的始锻温度在固相线以下 200～300℃） 7 钢和白口铁平衡结晶室温组织的本质区别是什么？ 8 试比较 45 钢和 20 钢 ；T10 钢和 T12 钢力学性能好坏，并说明原因。 9 分析 45 钢、T8 钢、T12 钢、3.0%C、4.3%C、5.0%C 铁碳合金平衡结晶过程及组织，画出冷却曲线 及室温组织示意图。 10 求铁碳合金中 Fe3CⅡ和 Fe3CⅢ的最大百分含量，并指出各属于何种类型的铁碳合金。 11 求共晶白口铁 L’d 组织中 P、Fe3CⅡ、Fe3C 共晶和 Fe3C 共析的百分含量。 12 求 45 钢、T10 钢、3.0％C、5.0％C 的铁碳合金平衡结晶室温组织中各相及组织组成物相对重量。 13 有一含碳量 2.0%的铁碳合金试样，室温组织中观察到少量莱氏体，试分析其原因。 14 有一含碳量 2.2％的铁碳合金室温组织为珠光体和厚网状渗碳体，没有发现莱氏体，试分析其原因 。 15 有一过共析钢，其平衡组织中 Fe3CⅡ的重量百分数为 7％，试判断其钢的含碳量 。 16 试分析铁－碳合金，随含碳量的增加对其组织及性能的影响 。
_____个碳原子可以溶入单胞内。 7．间隙相和间隙化合物都是由原子半径较小的非金属元素和过渡族元素组成，它们的主要区别是____。 8．刃型位错在切应力的作用下可以进行_________运动；在垂直于半原子面的正应力的作用下可以进行
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____，即半原子面的_____和_____运动；正攀移机制是___________，负攀移机制为__________。 9．在切应力的作用下，当位错在晶体中滑移运动时，刃位错运动方向与 b 方向_____,与 方向_______，
时间内，渗碳气氛始终保持表面成分含碳量为 1％，今设 D＝1.4×10－7cm2／s ① 试计算渗碳所需的时间。 ② 计算渗碳层增加一倍所需的时间。 5 现对纯铁在 540℃进行普通渗氮，炉内氮势足以形成 相（Fe2~3N），试根据 Fe－N 相图，画出渗 层的氮浓度分布曲线。并说明钢的渗 N 与钢的渗 C 在扩散类型上有何不同。
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540℃
Fe N%
0
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第四、五章
一．是非题： 对的答（＋） ，错的答（×）并改正错误 1） 在任何温度下，液态金属中出现的相起伏都是晶胚。（ ） 2） 在过冷的液态金属中，凡是出现大于或等于临界晶核的晶胚都是晶核。（ ）
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3） 不论晶胚大小，凡是体积自由能的减少不能补偿表面自由能的增高，就是有足够高的形核功提ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ供，也不能形核。（ ）
结构晶体的滑移面是——————，滑移方向为——————；hcp 结构的滑移面是——————， 滑移方向为————————。 5．某晶体的致密度为 74％,该晶体的晶体结构为————————————————————。
第三章
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1 填空 1）扩散系数 D 的物理意义是 ————— 。2）菲克第一定律的数学表达式为 ————。 3）菲克第二定律的数学表达式为 ———— 。4）扩散系数与温度之间关系的表达式是 —— 。 5）上坡扩散是指_______________。下坡扩散是指______________________________。 反应扩散是____________________________ 原子扩散是_____________________________ 6）扩散通量为____________________________________
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3）求室温组织中组成相的相对重量。
《铁碳合金状态图》一章课堂讨论思考题
1 背画 Fe-Fe3C 相组成物相图和组织组成物相图，在相图中标出 A1、A3、Acm 线并说明该线的意义。 2 说明相图中三条水平线的意义。 3 写出纯铁的同素异晶转变线（常压），并指出该线在相图中是如何表示的。 4 说明铁碳合金在固态下的基本相 F、A 、 、Fe3C 的 ：
2．画图并说明共晶成分的 AL-Si 合金在快冷条件下得到亚共晶组织 ＋（ ＋Si）的 原因。
3．画出 Pb－Sb 相图，求： 1）分析过共晶合金的平衡结晶过程（写出反应式）、画出冷却曲线及组织示意图、 写出结晶后的室温组织。 2）求室温组织中组织组成物的相对重量、共晶组织中的共晶 及共晶 的相对重量。 （二次相忽略不计）