材料科学基础习题集(新).doc
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1、第一部分:习题集材料科学基础复习思考题第一章:材料得结构一、 解释以下基本概念 空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。二、 填空题1、材料得键合方式有四类,分别就是( ),( ),( ),( )。2、金属原子得特点就是最外层电子数( ),且与原子核引力( ),因此这些电子极容易脱离原子核得束缚而变成( )。3、我们把原子在物质内部呈( )排列得固体物质称为晶体,晶体物质具有以下三个特点,分别就是( ),( ),( )。4、三种常见得金属晶格分别为( ),( )与( )。5、体心立方晶格中,晶胞
2、原子数为( ),原子半径与晶格常数得关系为( ),配位数就是( ),致密度就是( ),密排晶向为( ),密排晶面为( ),晶胞中八面体间隙个数为( ),四面体间隙个数为( ),具有体心立方晶格得常见金属有( )。6、面心立方晶格中,晶胞原子数为( ),原子半径与晶格常数得关系为( ),配位数就是( ),致密度就是( ),密排晶向为( ),密排晶面为( ),晶胞中八面体间隙个数为( ),四面体间隙个数为( ),具有面心立方晶格得常见金属有( )。7、密排六方晶格中,晶胞原子数为( ),原子半径与晶格常数得关系为( ),配位数就是( ),致密度就是( ),密排晶向为( ),密排晶面为( ),具有密
3、排六方晶格得常见金属有( )。8、合金得相结构分为两大类,分别就是( )与( )。9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占得位置分为( )与( ),按照固溶度分为( )与( ),按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为( )与( )。10、影响固溶体结构形式与溶解度得因素主要有( )、( )、( )、( )。11、金属化合物(中间相)分为以下四类,分别就是( ),( ),( ),( )。12、金属化合物(中间相)得性能特点就是:熔点( )、硬度( )、脆性( ),因此在合金中不作为( )相,而就是少量存在起到第二相( )作用。13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn得电子浓度分别为( ),( ),( )。
4、14、如果用M表示金属,用X表示非金属,间隙相得分子式可以写成如下四种形式,分别就是( ),( ),( ),( )。15、Fe3C得铁、碳原子比为( ),碳得重量百分数为( ),它就是( )得主要强化相。三、作图表示出立方晶系(123)、(0)、(421)等晶面与02、11、346等晶向。四、 立方晶系得111晶面构成一个八面体,试作图画出该八面体,并注明各晶面得晶面指数。五、某晶体得原子位于正方晶格得结点上,其晶格常数a=b , 。今有一晶面在X、Y、Z坐 标轴上得截距分别为5个原子间距、2个原子间距与3个原子 间距,求该晶面得晶面指数。六、体心立方晶格得晶格常数为a,试求出(100)、(1
5、10)、(111)晶面得面间距大小,并指出 面间距最大得晶面。七、已知面心立方晶格得晶格常数为a,试求出(100)、(110)、(111)晶面得面间距大小,并指出面间距最大得晶面。八、试从面心立方晶格中绘出体心正方晶胞,并求出它得晶格常数。九、证明理想密排六方晶胞中得轴比c/a=1、633。十、试证明面心立方晶格得八面体间隙半径r=0、414R,四面体间隙半径r=0、225R;体心立方晶格得八面体间隙半径;晶向得r=0、154R,晶向得r=0、633R;四面体间隙半径r=0、291R, (R为原子半径)。 十一、 a)设有一钢球模型,球得直径不变,当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时,试计算其
6、体积膨胀。 b)经x射线测定,在912时,-Fe得晶格常数为0、3633nm, -Fe得晶格常数为0、2892nm,当由 -Fe转变为-Fe时,试求其体积膨胀,并与a)相比较,说明其差别得原因、。十二、已知铁与铜在室温下得晶格常数分别为0、286nm与0、3607nm,分别求1cm3中铁与铜得原子数。十三、Ni得晶体结构为面心立方结构,其原子半径为r=0、1243nm,试求1cm3中Ni得原子数。十四、Mo得晶体结构为体心立方结构,其晶格常数a=0、31468nm,试求Mo得原子半径r。十五、Cu具有面心立方结构,其原子半径为r=0、1278nm,试求Cu得密度(Cu得相对原子量为63、5)十
7、六、试计算体心立方晶格100、110、111等晶面得原子密度与100、110、111等晶向得原子密度,并指出其最密排晶面与最密排晶向。(提示:晶面得原子密度为单位面积上得原子数,晶向得原子密度为单位长度上得原子数)。十七、试计算面心立方晶格100、110、111等晶面得原子密度与100、110、111等晶向得原子密度,并指出其最密排晶面与最密排晶向。十八、求金刚石结构中通过(0,0,0)与(3/4,3/4,1/3)两碳原子得晶向指数,及与该晶向垂直得晶面指数。十九、求(121)与(100)决定得晶带轴与(001)与(111)所决定得晶带轴所构成得晶面得晶面指数。二十、计算立方系321与120及
8、(111)与之间得夹角。二十一、a)算出fcc与bcc晶体中四面体间隙及八面体间隙得大小,用原子半径R表示,并注明间隙中心坐标;b)写出溶解在-Fe中C原子所处位置,若此类位置全部被C原子占据,那么问在此情况下,-Fe能溶解多少重量百分比得C?而实际上碳在铁中得最大溶解度就是多少?两者在数值上有差异得原因就是什么?二十二、为什么g-Fe得溶碳能力远大于a-Fe得溶碳能力?二十三、Na+与Cl-得离子半径分别为0、097nm,0、181nm,NaCl具有面心立方点阵,试求其配位数、晶格常数及致密度。二十四、渗碳体(Fe3C)就是一种间隙化合物,它具有正交点阵结构,其点阵常数a=0、4514nm,
9、b=0、508nm,c=0、6734nm,其密度=7、66g/cm3,试求每单位晶胞中Fe原子与C原子得数目?二十五、试计算金刚石结构得致密度。第二章:晶体缺陷一. 解释以下基本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、位错、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错密度、位错得滑移、位错得攀移、弗兰克-瑞德源、派-纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、共格界面、非共格界面、内吸附、二、填空题1、按照几何尺寸分类,晶体中存在三种缺陷,分别就是( ),( ),( )。2、晶体中点缺陷主要表现形式有( ),( )与( )。3、位错有两种基本类型,分别就是( ),( )。
10、4、刃型位错得柏氏矢量与位错线( ),螺型位错得柏氏矢量与位错线( )。5、柏氏矢量代表晶体滑移得( )与( ),也表示位错线周围( )总量得大小。6、位错得运动有两种,分别就是( )与( ),刃型位错得柏氏矢量与其垂直得位错线所构成得平面称为( ),对于一条刃型位错而言,该面就是唯一得,故不可能产生( )运动。7、体心立方晶格、面心立方晶格与密排六方晶格得单位位错得柏氏矢量分别可表示成( )、( )与( )。8、面心立方晶体中有两种重要得不全位错,柏氏矢量分别为( ),( )。9、晶体得面缺陷主要包括( ),( ),( ),( )。10、具有不同结构得两相之间得界面称为( ),该界面有三种,
11、分别就是( ),( )与( )。三、 在Fe中形成1mol空位得能量为104、675kJ,试计算从20升温至850时空位数目增加多少倍?四、指出下图各段位错得性质,并说明刃型位错部分得多半原子面、五、如右图,某晶体得滑移面上有一柏氏矢量为b得位错环,并受到一均匀切应力、(1)分析该位错环各段位错得结构类型、(2)求各段位错线所受得力得大小及方向、 (3)在得作用下,该位错环将如何运动?(4)在得作用下,若使此位错环在晶体中稳定不动,其半径应为多少?六、面心立方晶体中,在(111)面上得单位位错b=a/210,在(111)面上分解为两个肖克莱不完全位错,请写出该位错反应,并证明所形成得扩展位错得
12、宽度由下式给出:七、已知单位位错a/201能与肖克莱不完全位错a/612相结合形成弗兰克不全位错,试说明:(1)新生成得弗兰克不全位错得柏氏矢量。(2)判断此位错反应能否进行?(3)这个位错为什么称固定位错?八、判定下列位错反应能否进行?若能进行,试在晶胞上作出矢量图。九、试分析在(111)面上运动得柏氏矢量为b=a/210得螺型位错受阻时,能否通过交滑移转移到(11),(11),(11)面中得某个面上继续运动?为什么?十、已知柏氏矢量得大小为b=0、25nm,如果对称倾侧晶界得取向差=1与10,求晶界上位错之间得距离。从计算结果可得到什么结论?十一、根据晶粒得位向差及其特点,晶界有那些类型?
13、有何特点属性?第三章:纯金属得凝固一、 解释以下基本概念结晶、过冷、过冷度、结构起伏、能量起伏、均匀形核、非均匀形核、临界晶核半径、临界晶核形核功、形核率、变质处理、光滑界面、粗糙界面、树枝晶、柱状晶、等轴晶、单晶、非晶、微晶、准晶、多晶体。二、填空题1、金属结晶一般发生在理论结晶温度以下,这种现象称为( ),理论结晶温度与实际结晶温度得差值叫做( ),冷却速度越大,则( )越大。2、金属结晶过程就是一个不断( )与( )得过程,直至液体耗尽为止。若由一个晶核长成得晶体叫做( ),多个晶核长成得晶体叫做( )。3、要获得结晶过程所必须得驱动力,一定要有( ),过冷度( ),液固两相自由能差值(
14、 ),驱动力( ),临界晶核半径( ),临界晶核形核功( ),形核率( ),结晶后( )越细小。4、在过冷液体中,会出现许多尺寸不同得原子小集团称为( ),只有当原子小集团得半径大于( )时,才可作为晶核而长大。5、在形核时,系统总自由能变化就是( )降低与( )增加得代数与,前者就是形核得( ),后者就是形核得( )。6、均匀形核时,临界晶核形核功与过冷度得关系可表达成( ),它表明当形成临界尺寸晶核时,体积自由能补偿表面能得( ),尚有( )表面能没有得到补偿,需依靠( )。7、非均匀形核时,其形核功大小与润湿角q有关,当q=00时,G非=( ),当q=900时,G非=( ),当q=180
15、0时,G非=( )。说明润湿角q越小,对形核越( )。8、晶核长大与液固界面结构有关,一般粗糙界面以( )方式长大,而光滑界面以( )方式长大。9、为获得细晶粒,在金属结晶时通常采用( ),( )与( )等方法。10、金属铸锭一般由三个晶区组成,表面为( ),中间为( ),心部为( )。11、非均匀形核时临界球冠半径与均匀形核临界晶核半径( ),但非均匀形核得晶核体积比均匀形核时( ),当过冷度相同时,形核率( ),结晶后晶粒( )。12、金属结晶时形核方式有( )与( ),在实际铸造生产中常已( )方式形核。三、 a)设为球形晶核,试证明均匀形核时,形成临界晶粒得GK与其体积VK之间得关系式
16、为 。 b)当非均匀形核形成球冠形晶核时,其GK与V之间得关系如何? 四、如果临界晶核就是边长为aK得正方体,试求出其GK与aK得关系。为什么形成立方体晶核得GK比球形晶核要大? 五、为什么金属结晶时一定要有过冷度?影响过冷度得因素就是什么?固态金属熔化时就是否会出现过热?为什么? 六、试比较均匀形核与非均匀形核得异同点,说明为什么非均匀形核往往比均匀形核更容易进行。 七、在其它条件相同时,试比较下列铸造条件下金属晶粒尺寸大小,并说明为什么? 1、砂型铸造与金属型铸造 2、铸薄壁件与铸厚壁件 3、高温浇注与低温浇注八、说明晶体成长形状与温度梯度得关系,分析在负温度梯度下,金属结晶出树枝晶得过程
17、。 九、简述三晶区形成得原因及每个晶区得性能特点。 十、为了得到发达得柱状晶区应该采取什么措施?为了得到发达得等轴晶区应该采取什么措施?其基本原理如何?十一、考虑在一个大气压下液态铝得凝固,对于不同程度得过冷度,即:T=1,10,100与200,计算:(a)临界晶核尺寸; (b)从液态转变到固态时,单位体积得自由能变化Gv;(c)从液态转变到固态时,临界尺寸r*处得自由能得变化 Gv。(铝得熔点Tm=993K,单位体积熔化热Hf=1、836109J/m3,固液界面自由能sc=93J/m2,原子体积V0=1、6610-29m3。)十二、已知液态纯镍在1、1013105Pa(1个大气压),过冷度为
18、319时发生均匀形核。设临界晶核半径为1nm,纯镍得熔点为1726K,熔化热Hm=18075J/mol,摩尔体积Vx=6、6cm3/mol,计算纯镍得液-固界面能与临界形核功。十三、指出下列各题错误之处,并改正之。 (1)所谓临界晶核,就就是体系自由能得减少完全补偿表面能增加时得晶胚大小。 (2)在液态金属中,凡就是涌现出小于临界晶核半径得晶胚都不能成核,但就是只要有足够得能量起伏提供形核功,还就是可以形核。 (3)无论温度分布如何,常用纯金属都就是以树枝状方式生长。 十四、何谓非晶态金属?简述几种制备非晶态金属得方法。非晶态金属与晶态金属得结构与性能有什么不同?第四章:二元相图一、 解释以下
19、基本概念组元、相、化学位、成分过冷、平衡分配系数、自由度、相律、同素异晶转变、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、熔晶转变、偏晶转变、合晶转变、组织、伪共晶、离异共晶、枝晶偏析、比重偏析、正偏析、反偏析、区域偏析、区域提纯、铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、变态莱氏体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体。二、填空题1、相律就是表示平衡条件下,系统得自由度数、( )数与( )之间得关系,根据相律可知二元系最大得平衡相数就是( )。2、在二元合金相图中,根据相律,两个单相区必然交于( )点,两个单相区之间必然存在一个( )相区,三相平衡时,系统得自由度等于( ),说明转变( )与三个相
20、得( )都就是恒定得。3、二元合金相图杠杆定律只适用于( )区,当二元系处于两相平衡时,可根据杠杆定律确定两平衡相得( )与计算两平衡相得( )。4、固溶体合金在结晶时也遵循形核长大规律,形核时也需要( )起伏、( )起伏,还需( )起伏。5、同纯金属相比,固溶体合金结晶得特点就是( )结晶,其结晶常发生在一定得( )区间内,始终进行着溶质原子与溶剂原子得( )过程。6、枝晶偏析得大小与液相线与固相线间得( )有关,与溶质原子得( )有关,与结晶时得( )有关。7、固溶体合金在凝固时会产生成分过冷,成分过冷区得大小与结晶速度R有关,与界面前沿实际温度分布G有关,与溶质浓度C0大小有关,一般G(
21、 ),R( ),C0( )越容易产生成分过冷。8、固溶体合金在正得温度梯度下,因成分过冷区得大小不同,晶体形态可能出现( ),( )与( )。9、发生共晶反应时,因三相平衡,f=( ),此时这一转变就是在( )温度下进行,三个平衡相得成分均( )。10、固溶体合金因选择结晶会产生( )偏析,亚共晶合金或过共晶合金因先析出相与液相间密度不同,会产生( )偏析,前者可通过( )退火消除,后者可通过依靠凝固过程中( )防止或减轻。11、合金得铸造性能取决于液相线与固相线之间( ),其值越小,铸造性能( ),二元系具有( )成分得合金铸造性能最好。12、在二元系中,由一相分解为二相得三相平衡转变有(
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