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材料科学与工程基础习题.docx
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材料科学与工程基础习题.docx
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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 912℃ 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构,配位数 ,
致密度 ,晶体体积 ,原子半径发生 。
4. 在面心立方晶胞中画出 晶面和 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 晶面和 晶向。
5. 求 和 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
-6
mm。
第二章 合金相结构
一、 填空
1) 随着溶质浓度的增大,单相固溶体合金的强度 ,塑性 ,导电性 ,形成间
隙固溶体时,固溶体的点阵常数 。
2) 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是(1) ;(2) ;
(3) ;(4) 和环境因素。
3) 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。
4) 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分,固溶体可分为 和 。
5) 无序固溶体转变为有序固溶体时,合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ,塑
性 ,导电性 。
6)间隙固溶体是 ,间隙化合物是 。
二、 问答
1、 分析氢,氮,碳,硼在 a-Fe 和 g-Fe 中形成固溶体的类型,进入点阵中的位置和固溶
度大小。已知元素的原子半径如下:氢:0.046nm,氮:0.071nm,碳:0.077nm,硼:
0.091nm,a-Fe:0.124nm,g-Fe :0.126nm。
2、简述形成有序固溶体的必要条件。
第三章 纯金属的凝固
1. 填空
1. 在液态纯金属中进行均质形核时,需要 起伏和 起伏。
2 液态金属均质形核时,体系自由能的变化包括两部分,其中 自由能是形核的阻
力, 是形核的动力;临界晶核半径 r
K
与过冷度ΔT 关系为 ,临界形核功Δ
G
K
等于 。
3 动态过冷度是指 。
4 在工厂生产条件下,过冷度增大,则临界晶核半径 ,金属结晶冷却速度越快,N/G
比值 ,晶粒越 。
5. 获得非晶合金的基本方法是 。
二、 问答
1 根据凝固理论,试述细化晶粒的基本途径。
2 试根据凝固理论,分析通常铸锭组织的特点。
)( 211
]211[
)( 0121
]0121[
]111[
]120[
3 简述液态金属结晶时,过冷度与临界晶核半径,形核功及形核率的关系。
4 铜的熔点 Tm=1356K,熔化热 vHm=1628J/cm
2
,s=177×10
-7
J/cm,点阵常数
a=0.3615nm。求铜 vT=100e 时均匀形核的临界核心半径。
5:何谓过冷,过冷度,动态过冷度,它们对结晶过程有何影响?
6 根据冷却速度对金属凝固后组织的影响,现要获得微晶,非晶,亚稳相,请指出其凝固
时如何控制。
7、简述纯金属凝固时润湿角θ、杂质颗粒的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。
第四章 二元合金相图与合金凝固
一、填空
1. 固溶体合金凝固时,除了需要结构起伏和能量起伏外,还要有 起伏。
2. 按液固界面微观结构,界面可分为 和 。
3. 液态金属凝固时,粗糙界面晶体的长大机制是 ,光滑界面晶体的长大机制是
和 。
4 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生 偏析,用 热处理方法可以消除。
5 液态金属凝固时,若温度梯度 dT/dX>0(正温度梯度下),其固、液界面呈 状,
dT/dX<0 时(负温度梯度下),则固、液界面为 状。
6. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金,快冷时可能得到全部共晶组织,这称为 。
7 固溶体合金凝固时,溶质分布的有效分配系数 k
e
= ,当凝固速率很大时 k
e
趋
于 。
8. 在二元相图中,L
1
→a+L
2
叫 反应,b→L+a 称为 转变,而反应 a
1
—a
2
+b 称为 反应,a+b®g 称为 反应。
9 Fe-Fe
3
C 相图中含碳量小于 为钢,大于 为铸铁;铁碳合金室温平衡
组织均由 和 两个基本相组成;根据溶质原子的位置,奥氏体其晶体结构
是 ,是 固溶体,铁素体是 ,其晶体结构是 ,合金平
衡结晶时,奥氏体的最大含量是 ;珠光体的含碳量是 ,它是由
和 组成的两相混合物;莱氏体的含碳量是 ;在常温下,亚共析钢的平衡
组织是 ,过共析钢的平衡组织是 ,亚共晶白口铸铁的平衡组织是 ,
莱氏体的相组成物是 ,变态莱氏体的相组成物是 ,Fe
3
C
I
是从
中析出的,Fe
3
C
II
是从 中析出的,Fe
3
C
III
是从 中析出的,它们的含碳量
为 ,Fe
3
C 主要性能特点是 ,A 共析反应后的生成物称为 。
2 问答
1 如图 4-1 所示为 Ni-Al 相图
1) 填出相图中各相区的平衡相;
2) 指出图中的稳定化合物和不稳定化合物;
3) 写出图中存在的恒温反应,指明反应类型;
4) 指出含 Ni 30%(重量)的合金在平衡冷却时的相变过程,计算室温下的相组成与组织
组成,并计算出其中组织组成物的百分数。
5) 试说明含 Ni89%(重量)的 Ni-Al 合金其平衡凝固与非平衡凝固后的显微组织的不
同。
6) 设 X 合金平衡凝固完毕时的组织为 a(Al)初晶+(a+b)共晶,其中 a 初晶占 80%,
则此合金中 Ni 组元的含量是多少?
7) 绘出 1500e 时 Al-Ni 合金系的自由能—成分曲线示意图。
图 4-1 图 4-2
2 根据 Cu-Sn 相图(图 4-2),Cu 为 fcc 结构。回答下列问题:
1)a 相为何种晶体结构?
2)计算 212℃时 Cu-90%Sn 合金在 T
E
温度时(共晶反应前)的平衡分配系数。
3)Cu-13.47%Sn 合金在正常条件下凝固后,a 相的晶界上出现少量 b 相,其原因何在?
如何消除 b 相?
4)分析 Cu-70%Sn 合金平衡凝固过程,并计算共晶反应刚完毕时相组成物和组织组成
物的相对含量。
5)画出 Cu-Sn 系合金在 450℃时各相自由能---成分曲线示意图。
图 4-3 图 4-4
3 如图 4-3 为 Mg-Y 相图
1) 填相区组成,写出相图上等温反应及 Y=5%wt 时的合金 K 在室温时的平衡组织。
2) 已知 Mg 为 hcp 结构,试计算 Mg 晶胞的致密度;
3) 指出提高合金 K 强度的可能方法
4) 简述图中 Y=10%wt 之合金可能的强化方法。
4 试说明纯 Al 和铝-铜单相固溶体结晶的异同。
5 根据 4-4 的铁碳亚稳平衡相图回答下列问题:
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