西南工业大学材料科学与基础第三版(刘智恩)习题解析
西北工业大学材料科学基础课后答案
西北工业大学材料科学基础课后答案西北工业大学材料科学基础课后答案【篇一：西北工业大学材料科学基础第7章习题-答案】/p> (1) 测定n：把一批经大变形量变形后的试样加热到一定温度(丁)后保温，每隔一定时间t，取出一个试样淬火，把做成的金相样品在显微镜下观察，数得再结晶核心的个数n，得到一组数据(数个)后作n―t图，在n―t曲线上每点的斜率便为此材料在温度丁下保温不同时间时的再结晶形核率n。
(2) 测定g：将(1)中淬火后的一组试样进行金相观察，量每个试样(代表不同保温时间)中最大晶核的线尺寸d，作d―t图，在d―t曲线上每点的斜率便为了温度下保温不同时间时的长大线速度g。
2.再结晶退火必须用于经冷塑性变形加工的材料，其目的是改善冷变形后材料的组织和性能。
再结晶退火的温度较低，一般都在临界点以下。
若对铸件采用再结晶退火，其组织不会发生相变，也没有形成新晶核的驱动力(如冷变形储存能等)，所以不会形成新晶粒，也就不能细化晶粒。
3.能。
可经过冷变形而后进行再结晶退火的方法。
4.答案如附表2.5所示。
附表2.5 冷变形金属加热时晶体缺陷的行为5.(1)铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化示意图如附图2.22所示。
由于铜片宽度不同，退火后晶粒大小也不同。
最窄的一端基本无变形，退火后仍保持原始晶粒尺寸；在较宽处，处于临界变形范围，再结晶后晶粒粗大；随宽度增大，变形度增大，退火后晶粒变细，最后达到稳定值。
在最宽处，变形量很大，在局部地区形成变形织构，退火后形成异常大晶粒。
(2)变形越大，冷变形储存能越高，越容易再结晶。
因此，在较低温度退火，在较宽处先发生再结晶。
6.再结晶终了的晶粒尺寸是指再结晶刚完成但未发生长大时的晶粒尺寸。
若以再结晶晶粒中心点之间的平均距离d表征再结晶的晶粒大小，则d与再结d?k[gn1晶形核率n及长大线速度之间有如下近似关系： qn rtqnrt]4 且n?n0exp(?)， g?g0exp(?)由于qn与qg几乎相等，故退火温度对g／n比值的影响微弱，即晶粒大小是退火温度的弱函数。
八章固相反应(西北工业大学-刘智恩)
1．分析固态相变的阻力。
2．分析位错促进形核的主要原因。
—3．下式表示含n 个原子的晶胚形成时所引起系统自由能的变化。
))(/3/2βαλan Es Gv bn G +-∆-=∆式中：∆Gv —— 形成单位体积晶胚时的自由能变化；γα/β —— 界面能；,Es —— 应变能；a 、b —— 系数，其数值由晶胚的形状决定。
试求晶胚为球形时，a 和b 的值。
若∆Gv ，γα/β，Es 均为常数，试导出球状晶核的形核功∆G*。
4．A1-Cu合金的亚平衡相图如图8-5所示，试指出经过固溶处理的合金在T1，T2温度时效时的脱溶顺序；并解释为什么稳定相一般不会首先形成呢。
5．x Cu＝的Al-Cu合金(见图4-9)，在550℃固熔处理后。
α相中含x Cu ＝，然后重新加热到100℃，保温一段时间后，析出的θ相遍布整个合金体积。
设θ粒子的平均间距为5 nm，计算：(1) 每立方厘米合金中大约含有多少粒子(2) 假设析出θ后，α相中的x Cu＝0，则每个θ粒子中含有多少铜原子(θ相为fcc结构，原子半径为nm){6．连续脱熔和不连续脱熔有何区别试述不连续脱熔的主要特征7．试述Al-Cu合金的脱熔系列及可能出现的脱熔相的基本特征。
为什么脱溶过程会出现过渡相时效的实质是什么8．指出调幅分解的特征，它与形核、长大脱溶方式有何不同【9．试说明脱熔相聚集长大过程中，为什么总是以小球熔解、大球增大方式长大。
10．若固态相变中新相以球状颗粒从母相中析出，设单位体积自由能的变化为108J/m2，比表面能为1J/m2，应变能忽略不计，试求表面能为体积自由能的1％时的新相颗粒直径。
！11．试述无扩散型相变有何特点。
12．若金属B熔入面心立方金属A中，试问合金有序化的成分更可能是A3B还是A2B试用20个A原子和B原子作出原子在面心立方金属(111)面上的排列图形。
13．含碳质量分数w c＝及w c＝的甲5 mm碳钢试样，都经过860℃加热淬火，试说明淬火后所得到的组织形态、精细结构及成分。
《材料科学基础》课后习题（西工大版）
《材料科学基础》课后习题（西⼯⼤版）第⼀章1. 作图表⽰⽴⽅晶体的()()()421,210,123晶⾯及[][][]346,112,021晶向。
2. 在六⽅晶体中，绘出以下常见晶向[][][][][]0121,0211,0110,0112,0001等。
3. 写出⽴⽅晶体中晶⾯族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶⾯。
4. 镁的原⼦堆积密度和所有hcp ⾦属⼀样，为0.74。
试求镁单位晶胞的体积。
已知Mg 的密度3Mg/m 74.1=mg ρ，相对原⼦质量为24.31，原⼦半径r=0.161nm 。
5. 当CN=6时+Na 离⼦半径为0.097nm ，试问：1) 当CN=4时，其半径为多少？2) 当CN=8时，其半径为多少？6. 试问：在铜（fcc,a=0.361nm ）的<100>⽅向及铁(bcc,a=0.286nm)的<100>⽅向,原⼦的线密度为多少？7. 镍为⾯⼼⽴⽅结构，其原⼦半径为nm 1246.0=Ni r 。
试确定在镍的（100），（110）及（111）平⾯上12mm 中各有多少个原⼦。
8. ⽯英()2SiO 的密度为2.653Mg/m 。
试问：1) 13m 中有多少个硅原⼦（与氧原⼦）？2) 当硅与氧的半径分别为0.038nm 与0.114nm 时，其堆积密度为多少（假设原⼦是球形的）？9. 在800℃时1010个原⼦中有⼀个原⼦具有⾜够能量可在固体内移动，⽽在900℃时910个原⼦中则只有⼀个原⼦，试求其激活能（J/原⼦）。
10. 若将⼀块铁加热⾄850℃，然后快速冷却到20℃。
试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成⼀摩尔空位所需要的能量为104600J ）。
11. 设图1-18所⽰的⽴⽅晶体的滑移⾯ABCD 平⾏于晶体的上、下底⾯。
若该滑移⾯上有⼀正⽅形位错环，如果位错环的各段分别与滑移⾯各边平⾏，其柏⽒⽮量b ∥AB 。
03-15年西北工业大学材料科学基础历年考研真题
三、综合分析题（每题 20 分，共 40 分）
1. 试从晶界的结构特征和能量特征分析晶界的特点。
2. 试分析冷塑性变形对合金组织结构、力学性能、物理化学性能、体系能量的 影响。
2007 年西北工业大学硕士研究生入学试题
一、 简答题（每题 10 分，共 50 分） 1、 请说明什么是全位错和丌全位错，幵请写出 FCC、BCC 和 HCP 晶体中的 最短单位位错的柏氏矢量。 2、 已知原子半徂不晶体结构有关，请问当配位数降低时，原子半徂如何 变化？为什么？ 3、 均匀形核不非均匀形核具有相同的临界晶核半徂，非均匀形核的临界 形核功也等于三分乊一表面能，为什么非均匀形核比均匀形核容易？
1) 两水平线的反应类型，幵写出反应式； 2) 分析 Ab、bg′、g′d′、d′、 d′h′、 h′e、eB 七个区域室温下
的组织组成物（ j 点成分小于 g 点成分）； 3) 分析 I、II 合金的平衡冷却过程，幵注明主要的相变反应；
4) 写出合金 I 平衡冷却到室温后相组成物相对含量的表达式及合金 II 平 衡冷却到室温后组织组成物相对含量的表达式。
4. 在室温下对铁板（其熔点为 1538℃ ）和锡板（其熔点为 232℃ ），分别迚 行来回弯折，随着弯折的迚行，各会发生什么现象？为什么？
5. 何为固溶强化？请简述其强化机制。 6. 请比较二元共晶转变不包晶转变的异同。 二、作图计算题（每题 10 分，共 40 分）
5. 请比较 FCC 晶体中
量 b、外加切应力τ 不柏氏矢量 b、外加切应力τ 不位错线 l 乊间的夹角关系， 及位错线运劢方向。（请绘表格作答，答案务必写在答题册上）
类型
b不l τ不b
刃位错 螺位错 混合位错
τ不 l
西北工业大学材料科学基础课后题答案
1．有关晶面及晶向附图2.1所示。
2．见附图2.2所示。
3．{100}＝(100)十(010)+(001)，共3个等价面。
{110}＝(110)十(101)+(101)+(011)+(011)+(110)，共6个等价面。
{111}＝(111)+(111)+(111)+(111)，共4个等价面。
)121()112()112()211()112()121()211()121()211()211()121()112(}112{+++++++++++=共12个等价面。
4． 单位晶胞的体积为V Cu ＝0.14 nm 3(或1.4×10-28m 3)5． (1)0.088 nm ；(2)0.100 nm 。
6． Cu 原子的线密度为2.77×106个原子/mm 。
Fe 原子的线密度为3.50×106个原子/mm 。
7． 1.6l ×l013个原子/mm 2；1.14X1013个原子/mm 2；1.86×1013个原子/mm 2。
8． (1) 5.29×1028个矽原子/m 3； (2) 0.33。
9． 9. 0.4×10-18/个原子。
10． 1.06×1014倍。
11． (1) 这种看法不正确。
在位错环运动移出晶体后，滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。
位错环的柏氏矢量为b ，故其相对滑移了一个b 的距离。
(2) A'B'为右螺型位错，C'D'为左螺型位错；B'C'为正刃型位错，D'A'为负刃型位错。
位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图2.3所示。
12．(1)应沿滑移面上、下两部分晶体施加一切应力τ，的方向应与de位错线平行。
(2)在上述切应力作用下，位错线de将向左(或右)移动，即沿着与位错线de垂直的方向(且在滑移面上)移动。
在位错线沿滑移面旋转360°后，在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个b的台阶。
材料科学与工程基础第三章答案
3.8 铁具有BCC晶体结构，原子半径为0.124 nm，原子量为55.85 g/mol。
计算其密度并与实验值进行比较。
答：BCC结构，其原子半径与晶胞边长之间的关系为：a = 4R/3 = 40.124/1.732 nm = 0.286 nmV = a3 = (0.286 nm)3 = 0.02334 nm3 = 2.3341023 cm3BCC结构的晶胞含有2个原子，其质量为：m = 255.85g/(6.0231023) = 1.85510 22 g密度为= 1.8551022 g/(2.3341023 m3) =7.95g/cm3 3.9 计算铱原子的半径，已知Ir具有FCC晶体结构，密度为22.4 g/cm3，原子量为192.2 g/mol。
答：先求出晶胞边长a，再根据FCC晶体结构中a与原子半径R的关系求R。
FCC晶体结构中一个晶胞中的原子数为4，= 4192.2g/(6.0231023a3cm3) = 22.4g/cm3，求得a = 0.3848 nm由a = 22R求得R = 2a/4 = 1.4140.3848 nm/4 = 0.136 nm 3.10 计算钒原子的半径，已知V 具有BCC晶体结构，密度为5.96 g/cm3，原子量为50.9 g/mol。
答：先求出晶胞边长a，再根据BCC晶体结构中a与原子半径R的关系求R。
BCC晶体结构中一个晶胞中的原子数为2，= 250.9g/(6.0231023a3cm3) = 5.96 g/cm3，求得a = 0.305 nm由a = 4R/3求得R = 3a/4 = 1.7320.305 nm/4 = 0.132 nm 3.11 一些假想的金属具有图3.40给出的简单的立方晶体结构。
如果其原子量为70.4 g/mol，原子半径为0.126 nm，计算其密度。
答：根据所给出的晶体结构得知，a = 2R =20.126 nm = 0.252 nm 一个晶胞含有1个原子，密度为：= 170.4g/(6.02310230.25231021cm3)= 7.304 g/cm33.12 Zr 具有HCP晶体结构，密度为6.51 g/cm3。
西北工业大学材料科学基础历年真题与答案解析（1）
西北⼯业⼤学材料科学基础历年真题与答案解析（1）西北⼯业⼤学2012年硕⼠研究⽣⼊学考试试题答案试题名称：材料科学基础试题编号：832说明：所有答题⼀律写在答题纸上第页共页⼀、简答题（每题10分，共50分）1.请简述滑移和孪⽣变形的特点？答：滑移变形特点：1）平移滑动：相对滑动的两部分位向关系不变2）滑移线与应⼒轴呈⼀定⾓度3）滑移不均匀性：滑移集中在某些晶⾯上4）滑移线先于滑移带出现：由滑移线构成滑移带5）特定晶⾯，特定晶向孪⽣变形特点：1) 部分晶体发⽣均匀切变2) 变形与未变形部分呈镜⾯对称关系，晶体位向发⽣变化3) 临界切分应⼒⼤4) 孪⽣对塑变贡献⼩于滑移5) 产⽣表⾯浮凸2.什么是上坡扩散？哪些情况下会发⽣上坡扩散？答：由低浓度处向⾼浓度处扩散的现象称为上坡扩散。
应⼒场作⽤、电场磁场作⽤、晶界内吸附作⽤和调幅分解反应等情况下可能发⽣上坡扩散。
扩散驱动⼒来⾃⾃由能下降，即化学位降低。
3.在室温下，⼀般情况⾦属材料的塑性⽐陶瓷材料好很多，为什么？纯铜与纯铁这两种⾦属材料哪个塑性好？说明原因。
答：⾦属材料的塑性⽐陶瓷材料好很多的原因：从键合⾓度考虑，⾦属材料主要是⾦属键合，⽆⽅向性，塑性好；陶瓷材料主要是离⼦键、共价键，共价键有⽅向性，塑性差。
离⼦键产⽣的静电作⽤⼒，限制了滑移进⾏，不利于变形。
铜为⾯⼼⽴⽅结构，铁为体⼼⽴⽅结构，两者滑移系均为12个，但⾯⼼⽴⽅的滑移系分布取向较体⼼⽴⽅匀衡，容易满⾜临界分切应⼒。
且⾯⼼⽴⽅滑移⾯的原⼦堆积密度⽐较⼤，因此滑移阻⼒较⼩。
因⽽铜的塑性好于铁。
4.请总结并简要回答⼆元合⾦平衡结晶过程中，单相区、双相区和三相区中，相成分的变化规律。
答：单相区：相成分为合⾦平均成分，不随温度变化；双相区：两相成分分别位于该相区的边界，并随温度沿相区边界变化；三相区：三相具有确定成分，不随结晶过程变化。
5.合⾦产品在进⾏冷塑性变形时会发⽣强度、硬度升⾼的现象，为什么？如果合⾦需要进⾏较⼤的塑性变形才能完成变形成型，需要采⽤什么中间热处理的⽅法？⽽产品使⽤时⼜需要保持⾼的强度、硬度，⼜应如何热处理？答：合⾦进⾏冷塑性变形时，位错⼤量増殖，位错运动发⽣交割、缠结等，使得位错运动受阻，同时溶质原⼦、各类界⾯与位错的交互作⽤也阻碍位错的运动。
西北工业大学材料科学基础课后题答案
1．有关晶面及晶向附图2.1所示。
2．见附图2.2所示。
3．{100}＝(100)十(010)+(001)，共3个等价面。
{110}＝(110)十(101)+(101)+(011)+(011)+(110)，共6个等价面。
{111}＝(111)+(111)+(111)+(111)，共4个等价面。
)121()112()112()211()112()121()211()121()211()211()121()112(}112{+++++++++++=共12个等价面。
4． 单位晶胞的体积为V Cu ＝0.14 nm 3(或1.4×10-28m 3)5． (1)0.088 nm ；(2)0.100 nm 。
6． Cu 原子的线密度为2.77×106个原子/mm 。
Fe 原子的线密度为3.50×106个原子/mm 。
7． 1.6l ×l013个原子/mm 2；1.14X1013个原子/mm 2；1.86×1013个原子/mm 2。
8． (1) 5.29×1028个矽原子/m 3； (2) 0.33。
9． 9. 0.4×10-18/个原子。
10． 1.06×1014倍。
11． (1) 这种看法不正确。
在位错环运动移出晶体后，滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。
位错环的柏氏矢量为b ，故其相对滑移了一个b 的距离。
(2) A'B'为右螺型位错，C'D'为左螺型位错；B'C'为正刃型位错，D'A'为负刃型位错。
位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图2.3所示。
12．(1)应沿滑移面上、下两部分晶体施加一切应力τ，的方向应与de位错线平行。
(2)在上述切应力作用下，位错线de将向左(或右)移动，即沿着与位错线de垂直的方向(且在滑移面上)移动。
在位错线沿滑移面旋转360°后，在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个b的台阶。
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, [0 10] 大小均为一个原子间距(即点阵常数 a).(4) 上述两位错的柏氏矢量大小相等,
方向相反, 故其矢量和等于 0.
6. 设图 1-72 所示立方晶体的滑移面 ABCD 平行于晶体的上下底面, 该滑移面上
有一正方形位错环. 如果位错环的各段分别与滑移面各边平行, 其柏氏矢量 b // AB,
数)受原子价因素的影响较大, 即电子浓度 e/a 是决定固熔度(摩尔分数)的一个重要因 素, 而且电子浓度存在一个极限值(约为 1.4). 电子浓度可用公式 c ZA (1 xB) ZBxB
(2) 刃型位错与柏氏矢量垂直, 螺型位错与柏氏矢量平行, 晶向指数分别为[112]
和[110] , 详见附图 1-6.
4
附图 1-6 位错线与其柏氏矢量、滑移矢量
8.
若面心立方晶体中有 b
a 2
[ 101] 的单位位错及
b
a 6
[12 1] 的不全位错,
此二位错
相遇后产生位错反应.
(1) 此反应能否进行? 为什么?
对于晶面间距的计算, 不能简单地使用公式, 应考虑组成复合点阵时, 晶面层数会增
加.
3. 分 别 计 算 fcc 和 bcc 中 的 {100},{110}和 {111}晶 面 族 的 原 子 面 密 度 和
<100>,<110>和<111>晶向族的原子线密度, 并指出两种结构的差别. (设两种结构的
0.130, 0.078; 它们的原子直径分别为 0.3042 nm, 0.314 nm, 0.316 nm, 0.3228 nm; Ag 的
原子直径为 0.2883 nm. 试分析其固熔度极限差异的原因, 并计算它们在固熔度极限
5
时的电子浓度. 答: 在原子尺寸因素相近的情况下, 熔质元素在一价贵金属中的固熔度(摩尔分
体引起的滑移
解 (1) 这种看法不正确. 在位错环运动移出晶体后, 滑移面上下两部分晶体相
对移动的距离是由其柏氏矢量决定的. 位错环的柏氏矢量为 b, 故其相对滑移了一个
b 的距离.
(2) A′B′为右螺型位错, C′D′为左螺型位错, B′C′为正刃型位错, D′A′为负刃型位错.
位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量见附图 1-5.
2
3
1
a2
3a2
a
2
23
2a
3a
线密度
F
2
a2
CC
2
43
1
a2
3a2
a
2
3
a
3a
可见, 在 BCC 中, 原子密度最大的晶面为{110}, 原子密度最大的晶向为<111>;
在 FCC 中, 原子密度最大的晶面为{111}, 原子密度最大的晶向为<110>.
4. 在 (0 110) 晶面上绘出[2 1 13]晶向. 解 详见附图 1-2.
(2) 写出合成位错的柏氏矢量, 并说明合成位错的性质.
解
(1)
能够进行.
因为既满足几何条件:
, b前
b后
a[111] 3
又满足能量条件: .
. b前 2
2 a2 3
b后 2
1a 2 3
(2)
b合
a [111]
3,
该位错为弗兰克不全位错.
9. 已知柏氏矢量的大小为 b = 0.25nm, 如果对称倾侧晶界的取向差 θ = 1° 和 10°,
求晶界上位错之间的距离. 从计算结果可得到什么结论?
解
根据
D
b
,
得到 θ = 1°,10°
时, D
≈14.3nm, 1.43nm.
由此可知, θ = 10°
时位
错之间仅隔 5~6 个原子间距, 位错密度太大, 表明位错模型已经不适用了.
第章 固体中的相结构
1. 已知 Cd, In, Sn, Sb 等元素在 Ag 中的固熔度极限(摩尔分数)分别为 0.435, 0.210,
第一章 原子排列 1. 作图表示立方晶系中的 (123), (0 12), (421) 晶面和[102],[211],[346] 晶向.
附图 1-1 有关晶面及晶向
2. 分别计算面心立方结构与体心立方结构的{100},{110}和{111}晶面族的面间
距, 并指出面间距最大的晶面(设两种结构的点阵常数均为 a).
解 正负刃型位错示意图见附图 1-3(a)和附图 1-4(a).(1) 正负刃型位错的柏氏矢 量见附图 1-3(b)和附图 1-4(b).
(2) 显然, 若正、负刃型位错线反向, 则其柏氏矢量也随之反向.(3) 假设二维平
面位于 YOZ 坐标面, 水平方向为 Y 轴, 则图示正、负刃型位错方向分别为[010]和
7.
设面心立方晶体中的 (11 1) 晶面为滑移面,
位错滑移后的滑移矢量为
a 2
[ 110]
.
(1) 在晶胞中画出此柏氏矢量 b 的方向并计算出其大小.
(2) 在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向, 并写出此二
位错线的晶向指数.
解 (1) 柏氏矢量等于滑移矢量, 因此柏氏矢量的方向为[110] , 大小为 2a / 2 .
附图 1-2 六方晶系中的晶向
5. 在一个简单立方二维晶体中, 画出一个正刃型位错和一个负刃型位错. 试求:
(1) 用柏氏回路求出正、负刃型位错的柏氏矢量.(2) 若将正、负刃型位错反向时, 2
说明其柏氏矢量是否也随之反向.(3) 具体写出该柏氏矢量的方向和大小.(4) 求出此 两位错的柏氏矢量和.
试解答:
(1) 有人认为“此位错环运动离开晶体后, 滑移面上产生的滑移台阶应为 4 个 b”,
这种说法是否正确? 为什么?
(2) 指出位错环上各段位错线的类型, 并画出位错移出晶体后, 晶体的外形、滑
移方向和滑移量. (设位错环线的方向
为顺时针方
向)
3
图 1-72 滑移面上的正方形位错环
附图 1-5 位错环移出晶
解 由面心立方和体心立方结构中晶面间的几何关系, 可求得不同晶面族中的面
间距如附表 1-1 所示.
附表 1-1 立方晶系中的晶面间距
晶面
{100}
{110}
{111}
FCC
a 2
面间距
BCC
a 2
2a 4
2a 2
3a 3
3a 3
显然, FCC 中{111}晶面的面间距最大, 而 BCC 中{110}晶面的面间距最大.注意:
点阵常数均为 a)
1
解 原子的面密度是指单位晶面内的原子数; 原子的线密度是指晶面上单位长度
所包含的原子数. 据此可求得原子的面密度和线密度如附表 1-2 所示.
附表 1-2 立方晶系中原子的面密度和线密度
{1
{1
{1
<
<
<
晶面/晶向
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面 / CC