“材料科学与工程基础”第二章习题 答案题目整合版
“材料科学与工程基础”第二章习题
1. 铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm ，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。
ρ铁＝7.8g/cm3 1mol 铁＝6.022×1023 个=55.85g
所以， 7.8g/1(cm)3=(55.85/6.022×1023)X /(0.287×10-7)3cm3
X ＝1.99≈2（个）
2.在立方晶系单胞中，请画出：
（a ）[100]方向和[211]方向，并求出他们的交角； （b ）（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。
（c ）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数。
（a ）[2 1 1]和[1 0 0]之夹角θ＝arctg
2
=35.26。
或
cos θ=
=
， 35.26θ=
（b ）
cos θ=
=
35.26θ= （c ） a=0.5 b=0.75 z = ∞
倒数 2 4/3 0 取互质整数（3 2 0）
3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。
室温下的原子半径R ＝1.444A 。（见教材177页） 点阵常数a=4.086A
最大间隙半径R’=（a-2R ）/2=0.598A
4、碳在r-Fe （fcc ）中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数),已知碳占据r-Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。
在fcc 晶格的铁中，铁原子和八面体间隙比为1：1，铁的原子量为55.85，碳的原子量为12.01
所以 （2.11×12.01）/(97.89×55.85)＝0.1002 即 碳占据八面体的10％。
5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的。请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。
见下图，纤维的最密堆积的圆棒，取一最小的单元，得，单元内包含一个圆（纤维）的面积。
2
0.9064=
=。
即纤维的最大体积分数为90.64％。
6、假设你发现一种材料，它们密排面以ABAC 重复堆垛。这种发现有意义吗？你能否计算这种新材料的原子堆垛因子?
fcc 和hcp 密排面的堆积顺序分别是ABCABC……和ABAB…, 如果发现存在ABACABAC……堆积的晶体，那应该是一种新的结构，而堆积因子和fcc 和hcp 一样，为0.74。
7.在FCC、HCP和BCC中最高密度面是哪些面？在这些面上哪些方向是最高密度方向？
密排面密排方向
FCC {1 1 1)} <1 1 0>
HCP (0 0 0 1) (1 1 2 0)
BCC {1 1 0)} <1 1 1>
8.在铁中加入碳形成钢。BCC结构的铁称铁素体，在912℃以下是稳定的，在这温度以上变成FCC结构，称之为奥氏体。你预期哪一种结构能溶解更多碳?对你的答案作出解释。
奥氏体比铁素体的溶碳量更大，原因是1、奥氏体为FCC结构，碳处于八面体间隙中，间隙尺寸大（0.414R）。而铁素体为BCC结构，间隙尺寸小，四面体间隙0.291R，八面体间隙0.225R；2、FCC的间隙是对称的，BCC的间隙是非对称的，非对称的间隙产生的畸变能大；3、奥氏体的形成温度比铁素体高，固溶体温度高，溶碳量大；所以奥氏体的溶碳量比铁素体溶碳量大。
9．试说明为何不能用描述宏观物质的运动方程来描述微观粒子的运动状态？描述微观粒子状态变化的基本方程是什么？
根据海森堡思维测不准原理，微观粒子由于具有玻粒两象性则对于经典力学中的一对共轭参量（如动量与位移，能量与时间），原则上不可能同时精确确定，而宏观物质的运动状态符合牛顿力学，原则上可以同时确定各个参量，描述微观粒子的运动状态是波函数，而波函数的变化需满足薛定谔方程。
10．设一能级的电子占据几率为1/4，另一能级为3/4，
(1)分别计算两个能级的能量比费米能高出多少KT；
(2)应用计算结果说明费米分布的特点。
由费米分布函数得：
（1）
11
1
4F
KT
E E
e
=+
-
得：ln3
F
E E KT KT
-==
31
1
4F
KT
E E
e
=+
-
得：ln3
F
E E KT KT
-=-=-
（2）以上的计算结果说明能量低于费米能（E F）KT的能级有1/4的电子发生了跃迁，而KT是平均势能，通常情况下势能KT（如室温）要比势能小两个数量级以上，可以在外场(如温度)的作用下，发生跃迁（跃过费米面）的电子需处于费米面附近的能级上，离费米面越远的能级发生跃迁的概率越低。
11．何为能带？请用能带理论解释金属、绝缘体、半导体的电学性能。
能带理论：当原子相互靠拢形成晶体时，原子的外层电子的能级发生了分裂和拓宽，形成准连续的能级。由于这些外层电子在晶格中周期性的势场中运动，解电子运动状态波函数的薛定谔方程时，方程中的外势场U ≠0，由此解得，晶体中价电子得能带中存在着禁带和导带，这即是能带理论。
金属的能带结构：存在着两种情况，一是能带中存在着不完全价带，另一是能量重叠，这都使得金属具有导电性。
绝缘体的能带结构：能带结构中存在着宽的禁带，使价电子在外场作用下难以进入导带。
半导体的能带结构：能带结构中的禁带较窄，价电子在外场作用下能一定程度的进入导带，导电率介于导体和绝缘体之间。
12．试解释面心立方晶体和密排六方晶体结构不同、致密度相同的原因。
面心立方和密排六方晶体的堆垛都是最密排面（面配位数为6）的堆垛，层
与层都堆垛在相互的凹槽当中，但是堆垛的顺序不同（分别为ABCABC…..和ABAB…），所以它们的致密度相同，结构不同。
13．请解释名词：空间点阵、晶胞、晶系
空间点阵：是实际晶体结构的数字抽象，它概括晶体结构的周期性，空间点阵中的阵点（几何点）的周围环境是相同的，空间点阵有14种。
晶胞：晶胞是晶格中的最小基本单元，它反映了晶格排列的规律性和对称性，为一平行六面体。
晶系：根据晶胞中的点阵常数（a,b,c,α,β,γ）的相互关系，可以把晶格分为7大晶系。
14. 试解释什么叫费米面和费米能。
费米能：绝对零度时固体中电子所具有的最高能级，或者，在体积不变的条件下，系统增加一个电子所需的自由能。
费米面：在K空间中具有费米能的能级所处的面称为费米面。
15. 试分析晶体中的点缺陷是一种热力学平衡缺陷的原因。
根据热力学公式G H T S
=-
当晶体存在点缺陷时，系统的增加，也增加，点缺陷数量少时，每增加一个点缺陷，系统的内能增加一份（缺陷形成能），而熵值（混乱度）的增加较多，使得系统的自由能下降，随着晶体的缺陷数量的增加，焓近似的成线性增加，但是熵值的增加变缓，从而使得系统的自由能G H T S
存在着一个最小值，这时
=-
所对应的晶体缺陷的数量即是平衡浓度。
16. 假设1%（质量分数）的B加入Fe中，
a.B以间隙还是置换杂质存在？
b.计算被B原子占据的位置（不论是间隙或者是置换）的分数。
c.若含B的Fe进行气体渗碳，这个过程会比在不含B的Fe中进行得快还是慢？请
解释。
（a）B是小分子，它在铁的晶格中以间隙的形式存在。
（b）（1）若B占据α-Fe（bcc）中的八面体间隙位置，则bcc晶胞中有2个铁原子，6个八面体间隙，
所以 1%/10.812
(
*)%1.74%
99%/55.856
= （2）若B 占据α-Fe （fcc ）中的八面体间隙位置，则1*55.851
(
*)% 5.22%99*10.811
=
（c ）当铁中的B 含量少时，少量的B 会使晶格产生畸变，系统能量升高，扩散系数D 增大，有利于渗碳时C 的扩散。
当铁中的B 趋向于饱和时，C 在铁中的溶解度大大下降（畸变能太大），即C 在铁中的溶剂和扩散的化学驱动力大大下降，不利于碳的扩散。
17. 在室温下SiO 2可以是玻璃也可以是晶态固体。问在玻璃态的二氧化硅还是在晶态二氧化硅中扩散更快？为什么？
玻璃态的二氧化硅系统自由能大于晶态的二氧化硅，所以玻璃态中的扩散系数更大些。
18. 何为位错？它有哪些类型？什么叫滑移？什么叫攀移？在什么情况下会发生滑移和攀移。
位错即是晶体中的线缺陷，基本类型有：刃位错，螺位错和混合位错。 滑移：晶体的一部分相对于另一部分在切应力作用下沿一定的晶面进行相对滑
动。滑移是位错在滑移面上移动并移出表面而实现的。
攀移：刃位错在正应力作用下垂直于滑移面的运动，滑移是位错在切应力作用下
沿滑移面运动并移出晶体表面实现的，攀移是刃位错在正应力作用下垂直于滑移面的运动，攀移只有刃位错才能进行，并需借助于扩散才能攀移，所需的温度比位错的滑移要高。
19.是一个柏氏矢量为b
的位错环， 在剪切应力的作用下，求：
I)该位错环各段位错线的结构类型（位错线方向为顺时针方向）；
II)指出其中刃型位错的半原子面位置；
III ）在τ的作用下，该位错环在晶体中如何运动？运动结果如何？ IV) τ=0时，该位错线是否会稳定存在，为什么？
答：Ⅰ.a 段为正刃，b 段为负刃，c 段为左螺，d 段为右螺。
Ⅱ.a 段半原子面在滑移面上方，b 段半原子面在滑移面下方。
Ⅲ.在切应力作用下，位错环沿着滑移面滑移，最终移出表面，在柏氏矢量方向产生一
个柏氏矢量长度的台阶。
Ⅴ.切应力等于零时，该位错环在位错张力的作用下，存在一个指向位错环中心的收缩
力，如果晶格阻力小于位错环的收缩力，位错环收缩变小。晶格阻力如果为零，则位错环收缩为一点而消失。
20. 柏氏矢量的物理意义是什么？当一根位错线在什么条件下才能自发转变成另两根位错线？
柏氏矢量的物理意义是反映了位错的畸变大小和方向，一根位错线自发转变成为
两根位错线的条件是：矢量相等，能量下降。（123b b b =+ ，123b b b +
）。
21. 为什么间隙固溶体中的溶质扩散要比置换固溶体中的溶质扩散快得多？请解释之。
同隙固溶体溶质的扩散所需的激活能低（只要迁移能M H ）而置换固溶体溶质的扩散所需激活能较高（迁移能M H ＋空位形成能V H ），所以间隙固溶体溶质的扩散比置换的要快(0/RT D D e θ-=)。
22. 晶体在低温时的扩散以晶界扩散为主，高温时以体积扩散为主，试述理由。 由于扩散系数为0/RT D D e θ-=。在低温时晶格的扩散系数很小（Q 大，T 小），晶界的扩散系数较大（Q 小，T 大）。所以，低温时晶体扩散以晶界扩散为主，在高温时晶格的扩散系数D 大大增大（Q 比晶界的Q 大些，T 大），同时由于晶格的扩散路径比晶界要多得多，所以高温扩散以晶格扩散为主。
23.考察FCC 金属Cu ，其点阵常数a 为0.362nm 。 a. 计算这个材料最低能量的柏氏矢量的长度。 b. 以Cu 原子半径表达这一长度。
c. 在这种材料中，滑移发生在那个晶面族？
(a) 最低能带的柏氏矢量即为晶格密排方向的原子间距，
所以：0.256nm b ==
(b) 2b R =
(R 为Cu 的原子半径)。
（c ）滑移面为{}111。
23．钼（Mo ）晶体的柏氏矢量长度是0.272nm 。若Mo 的点阵常数是0.314nm ，确定Mo 具有BCC 还是FCC 晶体结构。
若M 0为fcc 结构，则M 0原子的直径D M0为：
0M D =0.222nm 0.272b 2
a =≠=
若M 0为bcc 结构，则 0M D 0.272b == ’
所以M 0具有bcc 结构。
24. 为什么柏氏矢量通常是处在密排方向？
由于密排方向上的位错的柏氏矢量最短，位错的能量最低，即位错生成和滑移所
需的能量越低（2
b E ∝ ）。
25. 为什么密排面通常是滑移面？
因为密排面的晶面间距最大，面和面之间的键的数量最少，所以位错在滑移面上运动的晶格阻力最小。
26. 下面给出BCC 金属中的位错反应，说明在矢量运算上是正确的，在能量上它是有利的。
(a/2)[1 1 1]+(a/2)[1 ī ī] a[1 0 0]
在[][]a a 111111a 10022
??+→??
的位错反应中， 左边：[]a a a a
111111[(11)(11)11)][200]a[100]2222
??+=+++++==?? （=右边。 左边：[]22
222a a 3
111111
(33)[100]2242
a a a a ??+=+==?? 所以上述的位错反应是自发的。
27. 在FCC 固体中柏氏矢量为（a/2）[1 0 1]位错，位错平行于[ī 1 0]。确定位错的类型和它的滑移面，这个位错能由滑动而移动吗？
位错的b 为a/2[101]，位错线的方向为110????
,两位错线的夹角为01
cos ,1202θθ=-= 。该位错为混合位错。滑移面为{111}晶面族中通过
[]1012
a b = 的晶面()
111
，图略。
该混合位错中的螺位错或刃位错的位错分量可沿()
111
面进行滑移面移动。
28.为什么FCC 金属的塑性比HCP 及BCC 金属的大？
fcc 金属有12个滑移系,滑移系由最密排面和最密排方向组成，所以fcc 金属的塑性最好。
hcp 金属只有3个滑移系，但滑移系由最密排的滑移面和滑移方向组成，所以hcp 金属的单晶体塑性好，多晶体塑性差。bcc 金属的滑移系很多（室温下有12个滑移系），但滑移系中的滑移面不是最密排的面，所以塑性比fcc 的差，与hcp 相比， 单晶时bcc 的塑性逊于hcp ，多晶时bcc 的塑性比hcp 要好。
29.讨论刃型位错和螺型位错的共同点和差异点。
共同点：都是线缺陷，滑移的结果都是由于其b
决定，即滑移产生的台阶大小和
方向仅取决于b
的大小和方向，与位错类型无关。
差异点：刃位错的b
与位错线垂直，而螺位错是平行。刃位错的能量高于螺位错。
刃位错可以滑移或攀移，而螺位错智能滑移。
刃位错的应力场有正应力和切应力，而螺位错只有切应力场。 一个刃位错只有一个滑移系，一个螺位错可有多个滑移系。
30. 何为拐点分解，在什么情况下会发生拐点分解。
拐点分解：一相自发的不需要通过成核长大而发生的相变过程，它是一种上坡扩
散的过程。发生拐点分解的条件是当该相的成分－自由能曲线呈现两个拐点时，在拐点之间任意成分的波动都将使系统的能量下降，最终自发的分解为两相。
31. 试使用相律指出右图的AB 二元相图的错误之处，并加以解释和修正。
在题目的错误相图中，纯组元A 结晶
时相率温度不能是变量，所以a 和b 点应该是同一点。Cde 线为共晶线，根据相率此三项的自由度是零，即温度和成分都不能改变。所以cde 线为水平线，共晶温度不变，ac 线和bc 线合并，增加ad 线。
正确的相图为
a
c
d
e
f
32. 什么叫固溶体？什么叫中间相？他们的结构和性能有哪些差异？试分析之。
固溶体:成分在一定范围可持续变化，结构取溶剂的结构，性能与溶剂晶体的性能相近。
中间相:结构与组成元素的结构不同，性能是硬而脆。
在相图中的位置：固溶体位于相图的端部，中间相位于相图的中间部位（非端部）
问题34与图下图的二元相图及X
合金有关。
T A 和T
B
分别代表A和B的平衡熔化温度，标出相图的各个相区。
a. 这类平衡图的名称是什么？
b.如果组元A具有FCC结构，组元B的晶体结构是什么？为什么？
c.示意画出X
合金和纯组元B的平衡冷却曲线，解释为什么它们的形状不同。
d.X
合金的液相线温度和固相线温度是什么？
e.X
0合金在1100℃时每一个平衡相的成分是什么？确定在1100℃液体的分数?
L
和固体的分数?
S
。
f.X
0合金在平衡条件下从1200℃冷却到室温，画出它的?
L
和?
S
随温度的变化略
图。
g.用图7-43的相图，当平衡冷却通过两相区时，说明液相和固相的成分怎样变化。
（a）该平衡图为均相相图
（b）B组元的晶体结构与A组元相同，也为fcc结构。
（c ）X 0合金的冷却曲线 纯组元B 的冷却曲线
由于X 0为二元合金，在发生两相平衡时有一个自由度，即温度是变量，而纯组元B 为两相平衡，温度应该不变。
（d ）X 0合金的液相线温度是约1110℃，而固相温度约为1070℃。
（e ）X
0合金在1100℃时，液相的成分约为33％B,固相成分约为54％。 此时503381%5433L f -==-, 5450
19%5433
S f -==-，0%50%x =
（f ）
（g ） 平衡冷却通过两相时，液相的成分由X 0浓度逐渐增大，固相的浓度由小（约
29％B ）逐渐增大到X 0（50％）。
L
L-α α L-α L α
980°
1110°
1070°
T
35. 考虑一个假设相图，其中组元A在900℃熔化，组元B在1000℃熔化，在600℃有一个不等温转变。B在α中的溶解度从在室温时几乎为零上升到最大值的10%。当一个含30%B的合金在平衡条件下冷却到稍高于600℃时，出现50%α相合50%液相，而冷却到稍低于600℃时合金含α和β两相，α的分数为0.75。在平衡条件下冷却到室温后，在α+β混合体中α的量减为68%。画出这个平衡相图。
解：
设共晶点成分为X%：α%=50%={（X-30）÷(X-10)}% X%=50%
设β相最大的溶解度成分（共晶温度）为Y%：0.75=（Y-30）÷（Y-10） Y%=90% 设β相室温的溶解度成分为Z%：0.68=（Z-30）÷（Z-0） Z%=93.75%
《材料科学基础2》作业
1、 简述菲克第一定律和菲克第二定律的含义，并写出表达式，表明字母的物理含义。 2、在900℃对一批钢齿轮成功渗碳需要10个小时，此温度下铁为FCC 晶体。如果渗碳炉在900℃运行1个小时需要耗费1000元，在1000℃运行1小时需要耗费1500元，若将渗碳温度提高到1000℃完成同样渗碳效果，是否可以提高其经济效益？(已知碳在奥氏体铁中的扩散激活能为137.52 KJ/mole ) 3、在870℃比在930℃渗碳淬火变形小又可以得到较细的晶粒，若已知碳在奥氏体铁中的 扩散常数为2.0×10－5m 2/s,扩散激活能为140×103J/mol,请计算： （a ）870℃时碳在奥氏体铁中的扩散系数；（4分） （b ）将渗层加深一倍需要多少时间？（4分） （c ）若规定0.3％C 为渗碳层厚度的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？（气体常数R ＝8.314J/mol ）（4分） 4、含碳量0.85%的碳钢在某一温度下经1小时脱碳后表面的碳浓度降为0，已知该温度下碳的扩散系数D=1.1×10-7 m2/s （1）求碳的浓度分布。 （2）如要表面碳浓度为0.8%，则表面应该车去多少深度？ 5、在纯铜圆柱体一个顶端电镀一层薄的放射性同位素铜。在高温退火20h 后，对铜棒逐层 求铜的自扩散系数。 6、纯Cr 和纯Fe 组成扩散偶,一个小时后界面移动了15.2μm 。当界面处Cr 的摩尔分数 x(Cr)=0.478时,有 =126/cm,(l 为扩散距离)，互扩散系数为1.43*10E-9 cm2/s 求: Cr 和Fe 的本征扩散系数 7请简述扩散的微观机制有哪些？哪种方式比较容易进行？ 8、对于某间隙固溶体系，在500℃时间隙原子的迁移速率为5*108次/秒，在800℃时迁移速率为8*1010次/秒，计算此过程的激活能Q 。 9影响晶体固体中原子扩散的主要因素有哪些？并加以简单说明 10、在MgO 中引入高价的W6+，将产生什么离子空位？比较MgO 和掺W6+的MgO 的抗氧化性哪个好些？ 11、设某离子晶体的点阵常数为5*10-8 cm ，振动频率为1012赫兹，位能U=0.5eV ，求在室温下的离子迁移率。 /x l ??
基础工程答案.doc
基础工程答案: 1.基础：建筑物的下部结构，将建筑物的荷载传给地基，起着中间的连接作用。按埋深可分为：浅基础和深基础两大类。 地基：基底以下的土体中因修建建筑物而引起的应力增加值（变形）所不可忽略的那部分土层。 2.答：基础工程是研究基础以及包括基础的地下结构设计与施工的一门科学，也称为基础工程学。其设计必须满足四个个基本条件：1）作用在基础底面的压应力不得超过地基容许承载力；2）地基及基础的变形值小于建筑物要求的沉降值; 3）地基及基础的整体稳定性有足够保证；4）基础本身的强度满足要求。 3.答：埋入地层深度较浅，施工一?般采用敞开挖基坑修筑的基础，浅基础在设计计算时?可以忽略基础侧面土体对基础的影响，基础结构形式和施工方法也较简单。按构造可分为：1）刚性扩大基础;2）条形基础;3）筏板基础;4）箱形基础。 4.答：筏板基础：当立柱或承重墙传来的荷载较大，地基土质软弱又不均匀，采用单独或条形基础均不能满足地基承载力或沉降的要求时，可采用筏板式钢筋混凝土基础，这样既扩大了基底面积乂增加了基础的整体性，并避免建筑物局部发生不均匀沉降。 5.答：在确定基础埋置深度时，必须考虑把基础设置在变形较小，而强度又比较大的持力层上，以保证地基强度满足要求，而旦不致产生过大的沉降或沉降差。此外还要使基础有足够的埋置深度，以保证基础的稳定性，确保基础的安全。确定基础的埋置深度时，必须综合考虑以下各种因素的作用：（一）地基的地质条件；（二）当地的地形条件；（三）上部结构型式；（四）当地的冻结深度；（五）河流等的冲刷深度；（六）保证持力层稳定所需的最小埋置深度。 1.答：桩穿过较松软土层，桩底支承在坚实土层（砂、砾石、卵石、坚硬老粘土等）或岩层中，且桩的长径比不太大时，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以桩底土层的抵抗力为主时，称为端承桩或柱桩。桩穿过并支承在各种压缩性土层中，在竖向荷载作用下，基桩所发挥的承载力以侧摩阻力为主时，统称为摩擦桩。 2.答：钢筋混凝土预制桩是按设计要求在地面良好条件下制作（长桩可在桩端设置钢板、法兰盘等接桩构造，分节制作），桩体质量高，可大量工厂化生产，加速施工进度。 混凝土灌注桩灌注桩是在现场地基中钻挖桩孔，然后在孔内放入钢筋骨架，再灌注桩
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。 4 晶向指数和晶面指数的标定有何不同？其中有何须注意的问题？ 5 画出三种典型晶胞结构示意图，其表示符号、原子数、配位数、致密度各是什么？ 6 碳原子易进入a-铁，还是b-铁，如何解释？ 7 研究晶体缺陷有何意义？ 8 点缺陷主要有几种？为何说点缺陷是热力学平衡的缺陷？
材料科学基础第三章答案
习题：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章答案：第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章 3-2 略。 3-2试述位错的基本类型及其特点。 解：位错主要有两种：刃型位错和螺型位错。刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号⊥，有多余半片原子面。螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平面，呈螺施状，称螺型位错。 3-3非化学计量化合物有何特点？为什么非化学计量化合物都是n型或p型半导体材料？ 解：非化学计量化合物的特点：非化学计量化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体；缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出；非化学计量化合物都是半导体。由于负离子缺位和间隙正离子使金属离子过剩产生金属离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（p型）半导体。 3-4影响置换型固溶体和间隙型固溶体形成的因素有哪些？ 解：影响形成置换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（R1-R2）/R1>15%不连续。 2.<15%连续。 3.>40%不能形成固熔体。（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。（ 3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。（4）场强因素。（5）电负性：差值小，形成固熔体。差值大形成化合物。 影响形成间隙型固溶体影响因素：（1）杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上来说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时可以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。 3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。 解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生；（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应；（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、硬度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低， 3-6说明下列符号的含义：V Na，V Na'，V Cl˙，（V Na'V Cl˙），Ca K˙，Ca Ca，Ca i˙˙解：钠原子空位；钠离子空位，带一个单位负电荷；氯离子空位，带一个单位正电荷；最邻近的Na+空位、Cl-空位形成的缔合中心；Ca2+占据K.位置，带一个单位正电荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+处于晶格间隙位置。 3-7写出下列缺陷反应式：（l）NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶体；（2）CaCl2溶入NaCl中形成空位型固溶体；（3）NaCl形成肖特基缺陷；（4）Agl形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙）。
材料科学基础2复习题与参考答案
材料科学基础2复习题及部分参考答案 一、名词解释 1、再结晶：指经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶 粒的过程。 2、交滑移：在晶体中，出现两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移。 3、冷拉：在常温条件下，以超过原来屈服点强度的拉应力，强行拉伸聚合物，使其产生塑性变形以达到提高其屈服点 强度和节约材料为目的。（《笔记》聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。） 4、位错：指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。（《书》晶体中某处一列或者若 干列原子发生了有规律的错排现象） 5、柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位 置有差别）,形成所谓的“柯氏气团”。（《书》溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错周围，以减小畸变，降低体系的能量，使体系更加稳定。） 6、位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度或晶体中穿过单位截面面积的位错线数目。 7、二次再结晶：晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均匀、细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶。 8、滑移的临界分切应力：滑移系开动所需要的最小分切应力。（《书》晶体开始滑移时，滑移方向上的分切应力。） 9、加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象，又称冷作硬 化。（《书》随塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象。） 10、热加工：金属铸造、热扎、锻造、焊接和金属热处理等工艺的总称。（《书》使金属在再结晶温度以上发生加 工变形的工艺。） 11、柏氏矢量：是描述位错实质的重要物理量。反映出柏氏回路包含的位错所引起点阵畸变的总积累。（《书》揭 示位错本质并描述位错行为的矢量。）反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量。 12、多滑移：晶体的滑移在两组或者更多的滑移面（系）上同时进行或者交替进行。 13、堆垛层错：晶体结构层正常的周期性重复堆垛顺序在某二层间出现了错误，从而导致的沿该层间平面（称为 层错面）两侧附近原子的错排的一种面缺陷。 14、位错的应变能：位错的存在引起点阵畸变，导致能量增高，此增量称为位错的应变能。 15、回复：发生形变的金属或合金在室温或不太高的温度下退火时，金属或合金的显微组织几乎没有变化，然而性能 却有程度不同的改变，使之趋近于范性形变之前的数值的现象。（《书》指冷变形金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前（即再结晶前）的微观结构及性能的变化过程。） 16、全位错：指伯氏矢量为晶体点阵的单位平移矢量的位错。 17、弗兰克尔空位：当晶体中的原子由于热涨落而从格点跳到间隙位置时，即产生一个空位和与其邻近的一个间 隙原子，这样的一对缺陷——空位和间隙原子，就称为弗兰克尔缺陷。（《书》存在能量起伏的原子摆脱周围原子的约束而跳离平衡位置进入点阵的间隙中所形成的空位（原子尺度的空洞）。） 18、层错能：单位面积层错所增加的能量。（《书》产生单位面积层错所需要的能量。） 19、表面热蚀沟：金属长时间加热时，与表面相交处因张力平衡而形成的热蚀沟。（《书》金属在高温下长时间加热时， 晶界与金属表面相交处为了达到表面张力间的平衡，通过表面扩散产生的热蚀沟。） 20、动态再结晶：金属在热变形过程中发生的再结晶。 二、填空题 1、两个平行的同号螺位错之间的作用力为排斥力，而两个平行的异号螺位错之间的作用力为吸引力。 2、小角度晶界能随位向差的增大而增大；大角度晶界能与位向差无关。 3、柏氏矢量是一个反映由位错引起的点阵畸变大小的物理量；该矢量的模称为位错强度。 4、金属的层错能越低，产生的扩展位错的宽度越宽，交滑移越难进行。 5、螺型位错的应力场有两个特点，一是没有正应力分量，二是径向对称分布。 6、冷拉铜导线在用作架空导线时，应采用去应力退火，而用作电灯花导线时，则应采用再结晶退火。 7、为了保证零件具有较高的力学性能，热加工时应控制工艺使流线与零件工作时受到的最大拉应力的方向 一致，而与外加的切应力方向垂直。 8、位错的应变能与其柏氏矢量的模的平方成正比，故柏氏矢量越小的位错，其能量越低，在晶体中越稳定。 9、金属的层错能越高，产生的扩展位错的宽度越窄，交滑移越容易进行。
基础工程(清华大学出版社)第二章课后习题答案
（1）地区的标准冻结深度为 0 =1.8m 2）按式 2-30求设计冻结深度，即 d = 0 zs zw ze 第二层土： d>0.5mm 占 40%<50%， d>0.25mm 占 55%>50%，为中砂， zs =1.30 查表 2-12 求 zw 第一层土： 按表 2-10查粉土， 19%< =20%<22%，底面距地下水位 0.8m<1.5m ，冻胀 等级为Ⅲ级 冻胀类别为冻胀 zw =0.90 第二层土：按表 2-10 查中砂，地下水位离标准冻结面距离为 0.2m<0.5m 冻胀等级为 Ⅳ级 冻胀类别为强冻胀 zw =0.85 查表 2-13 求 ze 城市人口为 30 万，按城市的近郊取值 ze =0.95（注意表格下面的注释） 按第一层土计算： d1 =1.8*1.2*0.90*0.95=1.85m 按第二层土计算： d2 =1.8*1.3*0.85*0.95=1.89m 表明：冻结深度进入了第二层土内，故残留冻土层主要存在于第二层土。可近似取冻深 最大的土层，即第二层土的冻深 1.89m 来作为场地冻深。 如果考虑两层土对冻深的影响，可通过折算来计算实际的场地冻深。 折算冻结深度： Z d ' =1.2 +（1.85 - 1.2）* 1.89 =1.864m 1.85 （3）求基础最小埋深 按照正方形单独基础，基底平均压力为 120kp a ，强冻胀、采暖条件，查表 2-14 得允许 残留冻土层厚度 h max =0.675m 由式 2-31求得基础的最小埋置深度 d min = d - h max =1.89-0.675=1.215m 或者：最小埋置深度 d min = 'd - h max =1.864-0.675=1.189m 综合可取 d min =1.2m 查表 2-11 求 zs 第一层土： I p = L - P =8<10 且 d>0.075mm 占土重 10%<50% ，为粉土， zs =1.20
材料科学基础第一章全部作业
（一） 1 谈谈你对材料学科及材料四要素之间的关系的认识 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。 4 晶向指数和晶面指数的标定有何不同？其中有何须注意的问题？ 5 画出三种典型晶胞结构示意图，其表示符号、原子数、配位数、致密度各是什么？ 6 画出立方晶系中（011），（312），[211],[211],[101],(101) 7, 画出六方晶系中（1120），（0110），（1012），（110），（1012） 8. 原子间的结合键共有几种？各自特点如何？ 9．在立方系中绘出｛110｝、｛111｝晶面族所包括的晶面，及（112）和（120）晶面。标出具有下列密勒指数的晶面和晶向： a)立方晶系(421)，() 123，(130)，[211]，[311]；
10．在立方系中绘出｛110｝、｛111｝晶面族所包括的晶面，及（112）和（120）晶面。 11．计算面心立方结构（111）、（110）与（100）面的面密度和面间距。 12. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向： a)立方晶系(421)，()123，(130)，[211]，[311]； b)六方晶系()2111， ()1101，()3212，[2111]，1213????。 13 在体心立方晶系中画出{111}晶面族的所有晶面。 14 画出<110>晶向族所有晶向
15.写出密排六方晶格中的[0001],(0001),()1120,()1100,()1210 16. 在一个简单立方晶胞内画出一个（110）晶面和一个[112]晶向。 17. 标出具有下列密勒指数的晶面和晶向： 立方晶系(421)，()123，(130)，[211]，[311]； 18.计算晶格常数为a 的体心立方结构晶体中八面体间隙的大小。 19.画出面心立方晶体中（111）面上的[112]晶向。 20.已知某一面心立方晶体的晶格常数为a ，请画出其晶胞模型并分别计算该晶体 的致密度、{111}晶面的面密度以及{110}晶面的面间距。 21.表示立方晶体的（123），[211],()012 22. 写出密排六方晶格中()1120,()1100,()1210[2111]，1213???? 23. 画出密排六方晶格中的[0001], ,()0110,()1010,[2110],[1120] 24 在面心立方晶胞中的(1 1 1)晶面上画出[110]晶向 25 指出在一个面心立方晶胞中的八面体间隙的数目，并写出其中一个八 面体间隙的中心位置坐标。假设原子半径为r ，计算八面体间隙的半径。 26.画出密排六方晶格中的(0001),()1120,()1100,()1210 27.立方晶系中画出（010），（011），（111），（231），[231],[321] 29.计算晶格常数为a 的面心立方结构晶体中四面体间隙和八面体间隙的大小。（4分） 30.写出立方晶系{}110、{}123晶面族的所有等价面 31.立方晶胞中画出以下晶面和晶向：()102，(112)，(213) ，[110], 32.六方晶系中画出以下晶面和晶向：(2110)，(1012)，1210????，0111???? 33.写出立方晶系{}100、{}234晶面族的所有等价面 34.画出立方晶胞内（111），[112], 35.画出六方晶胞内（1011），[1123]
(完整版)基础工程课后习题答案[2]
2-1某建筑物场地地表以下土层依次为：（1）中砂，厚2.0m，潜水面在地表以下1m处，饱和重度错误!未找到引用源。；（2）粘土隔离层，厚2.0m ，重度错误!未找到引用源。；（3）粗砂，含承压水，承压水位高出地表2 .0m （取错误!未找到引用源。）。问地基开挖深达1m 时，坑底有无隆起的危险？若基础埋深错误!未找到引用源。，施工时除将中砂层内地下水位降到坑底外，还须设法将粗砂层中的承压水位降几米才行？ 【解】（1）地基开挖深1m 时持力层为中砂层 承压含水层顶面以上土的总覆盖压力：20 X 1 + 19 x 2=58kPa 承压含水层顶部净水压力：10X（2+2+2）=60kPa 因为58<60 故坑底有隆起的危险！ （2）基础埋深为1.5m 时 承压含水层顶面以上土的总覆盖压力：20X 0.5＋19X 2=48kPa 》承压含水层顶部净水压力=10X错误！未找到引用源。得： 错误!未找到引用源。< 4.8m ; 故，还应将承压水位降低6-4.8=1.2m。 2-2 某条形基础底宽b=1.8m，埋深d=1.2m，地基土为粘土，内摩擦角标准值错误!未找 到引用源。=20。，粘聚力标准值错误!未找到引用源。=12kPa，地下水位与基底平齐，土的有效重度错误!未找到引用源。，基底以上土的重度错误!未找到引用源。。试确定地基承载力特征值 f a 。 【解】根据题给条件可以采用规范推荐理论公式来确定地基的承载力特征值。 由错误!未找到引用源。=20°查表2-3，得错误!未找到引用源。因基底与地下水位平齐，故错误!未找到引用源。取有效重度错误!未找到引用源。,故：地基承载力特征值 f a M b b M d m d M c c k 0.51 10 1.8 3.06 18.3 1.2 5.66 12 144.29kPa 2-3 某基础宽度为2m ,埋深为1m。地基土为中砂，其重度为18kN/m 3，标准贯入试验锤 击数N=21，试确定地基承载力特征值f a。
材料科学基础习题及答案
习题课
一、判断正误 正确的在括号内画“√”，错误的画“×” 1、金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。 2、位错滑移时，作用在位错线上的力F的方向永远垂直于位错线并指向滑移面上的未滑移区。 3、只有置换固溶体的两个组元之间才能无限互溶，间隙固溶体则不能。 4、金属结晶时，原子从液相无序排列到固相有序排列，使体系熵值减小，因此是一个自发过程。 5、固溶体凝固形核的必要条件同样是ΔG＜0、结构起伏和能量起伏。 6三元相图垂直截面的两相区内不适用杠杆定律。 7物质的扩散方向总是与浓度梯度的方向相反。 8塑性变形时，滑移面总是晶体的密排面，滑移方向也总是密排方向。 9．晶格常数是晶胞中两相邻原子的中心距。 10．具有软取向的滑移系比较容易滑移，是因为外力在在该滑移系具有较大的分切应力值。11．面心立方金属的滑移面是｛１１０｝滑移方向是〈１１１〉。 12．固溶强化的主要原因之一是溶质原子被吸附在位错附近，降低了位错的易动性。13．经热加工后的金属性能比铸态的好。 14．过共析钢的室温组织是铁素体和二次渗碳体。 15．固溶体合金结晶的过程中，结晶出的固相成份和液相成份不同，故必然产生晶内偏析。16．塑性变形后的金属经回复退火可使其性能恢复到变形前的水平。 17．非匀质形核时液体内部已有的固态质点即是非均匀形核的晶核。 18.目前工业生产中一切强化金属材料的方法都是旨在增大位错运动的阻力。 19、铁素体是α-Fe中的间隙固溶体，强度、硬度不高，塑性、韧性很好。 20、体心立方晶格和面心立方晶格的金属都有12个滑移系，在相同条件下,它们的塑性也相同。 21、珠光体是铁与碳的化合物，所以强度、硬度比铁素体高而塑性比铁素体差。 22、金属结晶时，晶粒大小与过冷度有很大的关系。过冷度大，晶粒越细。 23、固溶体合金平衡结晶时，结晶出的固相成分总是和剩余液相不同，但结晶后固溶体成分是均匀的。 24、面心立方的致密度为0.74，体心立方的致密度为0.68，因此碳在γ-Fe(面心立方)中的溶解度比在α-Fe（体心立方）的小。 25、实际金属总是在过冷的情况下结晶的，但同一金属结晶时的过冷度为一个恒定值，它与冷却速度无关。 26、金属的临界分切应力是由金属本身决定的，与外力无关。 27、一根曲折的位错线不可能是纯位错。 28、适当的再结晶退火，可以获得细小的均匀的晶粒，因此可以利用再结晶退火使得铸锭的组织细化。 29、冷变形后的金属在再结晶以上温度加热时将依次发生回复、再结晶、二次再结晶和晶粒长大的过程。 30、临界变形程度是指金属在临界分切应力下发生变形的程度。 31、无限固溶体一定是置换固溶体。 32、金属在冷变形后可形成带状组织。 33、金属铅在室温下进行塑性成型属于冷加工，金属钨在1000℃下进行塑性变形属于热加工。
《材料科学基础》总复习(完整版)
《材料科学基础》上半学期容重点 第一章固体材料的结构基础知识 键合类型（离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健）及其特点；键合的本质及其与材料性能的关系，重点说明离子晶体的结合能的概念； 晶体的特性（5个）； 晶体的结构特征（空间格子构造）、晶体的分类； 晶体的晶向和晶面指数（米勒指数）的确定和表示、十四种布拉维格子； 第二章晶体结构与缺陷 晶体化学基本原理：离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体； 典型金属晶体结构； 离子晶体结构，鲍林规则（第一、第二）；书上表2－3下的一段话；共价健晶体结构的特点；三个键的异同点（举例）； 晶体结构缺陷的定义及其分类，晶体结构缺陷与材料性能之间的关系（举例）； 第三章材料的相结构及相图 相的定义 相结构 合金的概念：
固溶体 置换固溶体 （１）晶体结构 无限互溶的必要条件—晶体结构相同 比较铁（体心立方，面心立方）与其它合金元素互溶情况（表３－１的说明） （２）原子尺寸：原子半径差及晶格畸变； （３）电负性定义：电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律；（４）原子价：电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系；间隙固溶体 （一）间隙固溶体定义 （二）形成间隙固溶体的原子尺寸因素 （三）间隙固溶体的点阵畸变性 中间相 中间相的定义 中间相的基本类型： 正常价化合物：正常价化合物、正常价化合物表示方法 电子化合物：电子化合物、电子化合物种类 原子尺寸因素有关的化合物：间隙相、间隙化合物 二元系相图： 杠杆规则的作用和应用； 匀晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反应、包晶（析）
型二元系的包晶（析）反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点； 三元相图： 三元相图成分表示方法； 了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义； 第四章材料的相变 相变的基本概念：相变定义、相变的分类（按结构和热力学以及相变方式分类）； 按结构分类：重构型相变和位移型相变的异同点； 马氏体型相变：马氏体相变定义和类型、马氏体相变的晶体学特点，金属、瓷中常见的马氏体相变（举例）（可以用许教授提的一个非常好的问题――金属、瓷马氏体相变性能的不同――作为题目） 有序-无序相变的定义 玻璃态转变：玻璃态转变、玻璃态转变温度、玻璃态转变点及其黏度按热力学分类：一级相变定义、特点，属于一级相变的相变；二级相变定义、特点，属于二级相变的相变； 按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变（spinodal相变）按原子迁动特征分类：扩散型相变、无扩散型相变
基础工程课后习题答案[2]
2-1 某建筑物场地地表以下土层依次为：（1）中砂，厚2.0m ，潜水面在地表以下1m 处，饱和重度 ；（2）粘土隔离层，厚2.0m ，重度；（3）粗砂，含承压水，承压水位高出地表2.0m （取）。问地基开挖深达 1m 时，坑底有无隆起的危险？ 若基础埋深，施工时除将中砂层地下水位降到坑底外，还须设法将粗砂层中的承压水位降几米才行？ 【解】 （1）地基开挖深1m 时 持力层为中砂层 承压含水层顶面以上土的总覆盖压力：20×1＋19×2=58kPa 承压含水层顶部净水压力：10×（2+2+2）=60kPa 因为 58<60 故坑底有隆起的危险！ （2）基础埋深为1.5m 时 承压含水层顶面以上土的总覆盖压力：20×0.5＋19×2=48kPa ≥承压含水层顶部净水压力=10× 得： ≤4.8m ； 故，还应将承压水位降低 6-4.8=1.2m 。 2-2 某条形基础底宽 b=1.8m ，埋深 d=1.2m ，地基土为粘土，摩擦角标准值 =20°，粘聚力标准值 =12kPa ，地下水位与基底平齐，土的有效重度 ，基底以上土的重度。试确定地基承载力特征值 a f 。 【解】 根据题给条件可以采用规推荐理论公式来确定地基的承载力特征值。 由=20°查表2-3，得因基底与地下水位平齐，故取有效重度,故：地基承载力特征值 kPa c M d M b M f k c m d b a 29.14412 66.52.13.1806.38.11051.0=?+??+??=++=γγ 2-3 某基础宽度为2m ，埋深为1m 。地基土为中砂，其重度为18kN/m 3，标准贯入试验锤击数N=21，试确定地基承载力特征值a f 。 【解】 由题目知，地基持力层为中砂，根据标贯锤击数N=21查表2-5，得： kPa f ak 286)250340(15 301521250=---+ =
基础工程(第二版)第二章习题解答
习 题 【2-1】如图2-31所示地质土性和独立基础尺寸的资料，使用承载力公式计算持力层的承载力。若地下水位稳定由0.7m 下降1m ，降至1.7m 处，问承载力有何变化？ 图2-31 习题2-1图 解：由图2－31可知： 基底处取土的浮重度 3/2.88.90.18'm kN w sat =-=-=γγγ 基底以上土的加权平均重度 3/0.133 .16.02.8)6.03.1(2.17m kN m =?+-?＝γ 由020=k ?，查表2－6可得 66.5,06.3,51.0===c d b M M M 所以，持力层的承载力为 kPa c M d M b M f k c m d b a 9.64166.53.10.1306.38.12.851.0=?+??+??=++=γγ 若地下水下降1m 至1.7m ，则 基底以上土的重度为 3/2.17m kN m ＝γ 基底处土的重度为 3/0.18m kN m ＝γ 此时，持力层的承载力为 kPa c M d M b M f k c m d b a 0.86166.53.12.1706.38.10.1851.0=?+??+??=++=γγ
【2-2】某砖墙承重房屋，采用素混凝土(C10)条形基础，基础顶面处砌体宽度0b =490mm ，传到设计地面的荷载F k =220kN/m ，地基土承载力特征值f ak =144kPa ，试确定条形基础的宽度b 。 (1)按地基承载力要求初步确定基础宽度 假定基础埋深为d=1.2m ，不考虑地基承载力深度修正，即f a =f ak =144kPa m d f F b G a k 83.12 .120144220=?-=-≥γ，取b=1.9m 初步选定条形基础的宽度为1.9m 。 地基承载力验算： kPa f kPa b G F p a k k k 1448.1399 .12.19.120220=<=??+=+= 满足 无筋扩展基础尚需对基础的宽高比进行验算（其具体验算方法详见第三章），最后还需进行基础剖面设计。 (2)按台阶宽高比要求验算基础的宽度 初步选定基础的高度为H=300mm 基础采用C10素混凝土砌筑，基础的平均压力为kPa p k 8.139= 查表3－2，得允许宽高比0.12==H b tg α，则 m Htg b b 09.10.13.0249.020=???+=+≤α 不满足要求 m tg b b H 705.00 .1249.09.120=?-=-≥α 取H=0.8m m Htg b b 09.20.18.0249.020=??+=+≤α 此时地面离基础顶面为 1.2-0.8=0.4m>0.1m ，满足要求。
(本)《基础工程学A》模拟题2及参考(附答案)
（专升本）基础工程学A 模拟题2 1．工程勘察的目的是什么？ 2．工程勘察时的勘探工作一般采用的方法有哪几种？ 3.粘性土、粉土进行室内土工试验时，应主要进行确定哪几项指标的试验？ 4.确定一般中、小型建（构）筑物浅基础的埋深时，应考虑哪些因素？ 5.说明地基土产生冻胀的原因及其危害。 6.北方某城市近郊的一采暖建筑采用方形基础，对应于永久荷载的基础底面平均压力 标准值p k =144.5kPa，该地区标准冻深Z0 =2.0m，地基土为粉土，冻前天然含水量w =24%，冻结期间地下水位距冻结面的距离h w =1.6m，地基土平均冻胀率η =4%，试确定该建筑物基础的最小埋深d min。 7.概括说明地基基础设计应遵循的几项原则。 8. 础？ 9. =160kPa 图） 10. 基础，墙体厚度 f y =210N/mm2
11.按筏形基础上部不同承重构件及筏形基础竖直剖面形状对筏形基础进行分类。 12. 简述筏形基础的特点。
（专升本）基础工程学A 模拟题2 参考答案 1．工程勘察的目的是：以各种勘察手段、方法，调查、研究、评价建筑场地及地基的工程地质条件，为设计及施工提供准确的工程地质资料。 2．工程勘察时的勘探工作一般采用的方法是：坑探，钻探，触探，物探等。 3．对粘性土、粉土进行室内土工试验时，应主要进行确定哪几项指标的试验？ 应测试土的天然密度、天然含水量、土粒比重、液限、塑限、压缩系数、抗剪强度等。 4.确定一般中、小型建（构）筑物浅基础的埋深时，应考虑哪些因素？ 应分别考虑：⑴建筑物类型及用途；⑵基础或地基上的荷载大小及性质；⑶场地的工程地质及水文地质条件；⑷相邻建（构）筑物的基础埋深；⑸地基土的冻胀性。 5. 说明地基土产生冻胀的原因及其危害。 冻土分为多年冻土（连续3年以上保持冻结状态）及季节性冻土（每年冻融交替一次） 两大类，在我国北方及高海拔地区应考虑地基土的冻胀问题。 当地温降至0℃以下，土中上部所含重力水及毛细水先后冻结时，土体中的结合水不一定冻结（如土颗粒的外层结合水在-1℃左右才冻结，内层结合水-10℃以下才冻结），它会从水膜较厚处向水膜薄处移动，当土体中既存在结合水又有毛细水不断补给时，土中水分会从土体下部向冻结峰面聚集（称为水分迁移）而冻结，使上部土层的含水量增大，在冻结面上形成冰夹层及冰透镜体。可见水分迁移并再冻结是引起地基土冻胀的主要原因。 土中水结冰胶结土粒形成冻土的过程中，地基土强度大增，压缩性降低。当基础埋深处于地基土冻深范围内时，在基础的侧面及底面分别产生切向冻胀力及法向冻胀力，若基础上的荷载及基础自重不足以平衡切向及法向冻胀力时，基础会被抬起；当地温升至0℃以上，土体因冰融化使强度大幅度降低，压缩性大增，地基产生融陷。由于地基土层厚度及性状分布不均、各处冻深发展不均衡、以及受房屋采暖的影响等，地基土的冻融变化会引起基础抬升或沉陷，造成建筑物墙体开裂而破坏。 6.北方某城市近郊的一采暖建筑采用方形基础，对应于永久荷载的基础底面平均压力 标准值p k =144.5kPa，该地区标准冻深Z0 =2.0m，地基土为粉土，冻前天然含水量w =24%，冻结期间地下水位距冻结面的距离h w =1.6m，地基土平均冻胀率η =4%，试确定该建筑物基础的最小埋深d min。 解： ⑴确定地基土冻胀性类别。 由粉土地基w = 24% h w = 1.6m η = 4%，查表3 -1，判定地基土为冻胀土。 ⑵确定对冻深的影响系数。 查表3-2得ψzs = 1.2，查表3-3得ψzw = 0.90，查表3-4得ψze = 0.95 ⑶计算地基土的设计冻深Z d。 由式（3-2）Z d = Z0·ψzs·ψzw·ψze = 2.0×1.2×0.9×0.95 = 2.05(m) ⑷确定基底允许残留的冻土层最大厚度h max。 确定表3-5所对应的基底平均压力：p = 144.5×0.9=130(kPa) 查表3-5得h max=0.7m。 ⑸计算基础最小埋深d min。 由式（3-1）d min = Z d - h max=2.05-0.70=1.35(m) 基础最小埋深不应小于1.35m。 7.概括说明地基基础设计应遵循的几项原则。 对应于承载力极限状态的设计原则是：基础底面的压力不应大于修正后的地基承载力特 征值（p k≤f a）；当建(构)筑物承受较大水平荷载时，建(构)筑物的地基应满足稳定性要求。
材料科学基础习题与答案
- 第二章 思考题与例题 1. 离子键、共价键、分子键和金属键的特点，并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因 2. 从结构、性能等方面描述晶体与非晶体的区别。 3. 何谓理想晶体何谓单晶、多晶、晶粒及亚晶为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性何谓空间点阵、晶体结构及晶胞晶胞有哪些重要的特征参数 4. 比较三种典型晶体结构的特征。（Al 、α-Fe 、Mg 三种材料属何种晶体结构描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。）何谓配位数何谓致密度金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等方面比较有何异同 5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。何谓间隙固溶体它与间隙相、间隙化合物之间有何区别（以金属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么 6. 已知Cu 的原子直径为A ，求Cu 的晶格常数，并计算1mm 3Cu 的原子数。 （ 7. 已知Al 相对原子质量Ar （Al ）=，原子半径γ=，求Al 晶体的密度。 8 bcc 铁的单位晶胞体积，在912℃时是；fcc 铁在相同温度时其单位晶胞体积是。当铁由 bcc 转变为fcc 时，其密度改变的百分比为多少 9. 何谓金属化合物常见金属化合物有几类影响它们形成和结构的主要因素是什么其性能如何 10. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。 11. 设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。反之，求（3121）及（2112）的正交坐标的表示。（练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。 12.在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标，6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数，各个棱边和对角线的晶向指数。 13. 写出立方晶系的{110}、{100}、{111}、{112}晶面族包括的等价晶面，请分别画出。
材料科学基础-复习答案-学生用-2
材料科学基础复习重点知识点及典型例题 一、简答题： 1、测定扩散系数的方法。 示踪原子扩散方法、化学扩散方法、弛豫方法、核方法。 2、产生柯肯达尔效应的原因 由于两种原子以不同速度相对扩散而造成标记面的漂移。 3、影响扩散系数的因素： 温度、晶体结构及固溶体类型、各向异性、第三组元、晶体缺陷、 4、稳定化合物： 是指具有一定的熔点，而且在熔点以下都能保持自身固有的结构而不发生分解的化合物。 5、二元相图的几何规律： 1.两个单相区只能交与一点，而不能交成线段、 2.两个单相区之间，必定是一个由这两个单相构成的两 相区、3三相共存区，必定是一条水平线，该水平线必须与由这3个相组合而成的3个两相区相邻、4如果两个恒温转变中有两个是相同的相，那么在这两条水平线之间一定是由这两个相组成的两相区、5. 两相区和单相区的分界线与三相等温水平线相交，则分界线的延长线进入另一个两相区，而不会进入单相区。 6、相区接触法则： 在二元系相图中，相邻相区中相的数目只能相差一个，这一规律称作相区接触法则。 7、晶胞的选取原则 1.几何形状与晶体具有同样的对称性、 2.平面六面体内相等的棱与角的数目最多、 3.当平行六面体棱间 有直角时，直角数目最多、4.在满足上述条件下，晶包体积应最小。 8、形成置换固溶体的条件和影响溶解度因素: 1.条件：溶质取代了溶剂中原子或离子所形成的固溶体、2影响：原子或离子的尺寸的影响、晶体结构 类型的影响、电负性的影响、电子浓度的影响。 9、碳对铁碳合金的组织与性能的影响: 1.碳对铁碳合金平衡组织的影响：当含碳量增加时，使铁碳合金组成相的相对含量发生变化，从而导致 不同性质的结晶。2.碳对合金机械性能的影响：当含碳量达到0.77%时，铁碳合金不仅具有较高的强度和硬度，也具有一定的塑性和韧性，当>0.77%时，铁碳合金的塑性韧性降低。3.碳对合金工艺性能的影响： 10、写出下列缺陷反应式： (1) CaCl2固溶在NaCl晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS) CaCl2+2NaCl→→Ca·Na+2Clcl+V’Na (2) MgO固溶在Na2O晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS) MgO+Na2O→→Mg·Na+Oo+V’Na (3) Al2O3固溶在MgO晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS) Al2O3+3MgO→→2Al·Mg+3Oo+V”Mg (4) YF3固溶在CaF2晶体中(产生正离子空位，生成置换型SS) 2YF3+3CaF2→→2Y·Ca+6F F+V”Ca (5) MgO固溶在ZrO2晶体中(产生负离子空位，生成置换型SS) MgO+ZrO2→→Mg”zr+Oo+V··o 11、材料科学基础 《材料科学基础》系统地介绍了材料科学的基础理论，探讨材料的共性和普遍规律。主要内容包括材料的结构，材料的凝固与相图，扩散，材料中铺缺陷，塑性变形、回复与再结晶等。《材料科学基础》可作为高等院校材料类和机械类专业的学生及研究生的教科书和参考书，也可以为相关专业的学生及
基础工程试卷A-带答案
西南交通大学2007－2008 学年第( 2 )学期考试试卷 课程代码 0134300 课程名称 基础工程 考试时间 120 分钟 阅卷教师签字： 一、简答题（每小题6分，共5题30分） 1.确定浅基础埋深时，应主要考虑哪几方面的因素？ 答案： 1） 建筑物的结构条件和场地环境条件； 2） 地基的工程地质和水文地质条件； 3） 季节性冻土地基的最小埋深； 2.请解释文克勒地基模型的含义，以及该模型的适用范围。 答案： 该地基模型是由捷克工程师文克勒（E.Winkler ）于1867年提出的。该模型认为地基表面上任一点的竖向变形s 与该点的压力p 成正比，地基可用一系列相互独立的弹簧来模拟，即ks p 式中k 为基床系数或称地基系数。当地基土的抗剪强度相当低（如淤泥、软粘土等）或地基的压缩层厚度比基底尺寸小得多，一般不超过基底短边尺寸的一半时，采用文克勒地基模型比较合适。 3.试简述以无限长梁的计算公式为基础，利用叠加原理求解有限长梁的方法（可配合图形说明）。 答案： 将梁AB 向两端无限延伸得到一无限长梁，将原荷载P 、M 作用于无限长梁上，无限长梁在A 、B 两截面上将分别产生内力Ma 、Va 和Mb 、Vb 。而A 、B 两截面原本为自由端，剪力和弯矩应为零。为保证有限长梁与无限长梁在AB 间等效，需要在无限长梁的A 、B 两处分别施加两组集中荷载[MA ，PA]，[MB ，PB]，称为端部条件力，并使这两组力在A 、B 截面产生的弯矩和剪力分别等于外荷载P 、M 在无限长梁上A 、B 截面处所产生弯矩的负值（即：-Ma ，-Mb ，-Va ，-Vb ），以保证原梁A 、B 截面上的弯矩和剪力等于零的自由端条件。然后应用无限长梁计算公式求解出[MA ，PA]，[MB ，PB]。最终将已知的外荷载P 、M 和端部条件力MA 、PA 、MB 、PB 共同作用于无限长梁AB 上，按照无限长梁的计算公式分别计算梁段AB 在这些力作用下各截面的内力及变形，然后对应叠加，就得到有限长梁在外荷载P 、M 作用下的内力及变形。 4.何谓桩侧负摩阻力、中性点？在哪些情况下应考虑桩侧负摩阻力的作用？ 答案： 当桩周围的土体由于某些原因发生下沉，且变形量大于相应深度处桩的下沉量，即桩侧土相对于桩产生向下的位移，土体对桩产生向下的摩阻力，这种摩阻力称之为负摩阻力。正负摩阻力分界的地方称之为中性点。 通常，在下列情况下应考虑桩侧的负摩阻力作用： 1）在软土地区，大范围地下水位下降，使土中有效应力增加，导致桩侧土层沉降； 2）桩侧有大面积地面堆载使桩侧土层压缩； 3）桩侧有较厚的欠固结土或新填土，这些土层在自重下沉降； 4）在自重湿陷性黄土地区，由于浸水而引起桩侧土的湿陷； 5）在冻土地区，由于温度升高而引起桩侧土的融陷。 5.简要说明高承台桩基础分析的步骤（即如何根据承台外荷载求得基桩内力）。 答案 1）应用群桩整体刚度系数建立承台位移与外荷载的关系式，求解出承台的整体位移； 班 级 学 号 姓 名 密封装订线 密封装订线 密封装订线