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1、一、简答题:(共40分,每小题8分)1、简单立方晶体中,若位错线方向为11,b=a,试判断此位错的类型?若为刃型位错,试求出半原子面的晶面指数及插入方向的晶向指数。2、根据溶质原子在点阵中的位置,举例说明固溶体相可分为几类?固溶体在材料中有何意义?3、固溶体合金非平衡凝固时,有时会形成微观偏析,有时会形成宏观偏析,原因何在?4、应变硬化在生产中有何意义?作为一种强化方法,它有什么局限性?5、一种合金能够产生析出硬化的必要条件是什么?二、计算、作图题:(共60分,每小题12分)1、绘出面心立方点阵中(110)晶面的原子平面图。在该图中标出晶向和()晶面(指晶面在(110)晶面上的垂直投影线)。2
2、、在图22所示浓度三角形中,确定P、R、S三点的成分。若有2kg P 4kg R7kg S混合,求混合后该合金的成分?3、已知碳在-Fe中扩散时,D0 =2.010-5m2/s,Q=1.4105J/mol。当温度在927时,求其扩散系数为多少?(已知摩尔气体常数R=8.314J/molK)4、纯锆在553和627等温退火至完成再结晶分别需要40h和1h。试求此材料的再结晶激活能。(已知摩尔气体常数R=8.314J/molK)5、画出40钢经退火后室温下的显微组织示意图,并注明组织、放大倍数、腐蚀剂等。三、综合分析题:(共50分,每小题25分)1、图31是铜-铝合金相图的近铜部分。(1)、写出A
3、l=0.08的Al-Cu合金,平衡凝固后的室温组织,并述其形成过程?(2)、若该合金在铸造条件下,将会是什么组织?(3)、若该合金中Al含量改变时(当Al0.08时),其机械性能将如何变化?2、已知位错环ABCD的柏氏矢量为b,外应力为和,如图32所示。(1)、位错环的各边分别是什么类型的位错?(2)、在足够大切应力作用下,位错环将如何运动?(3)、在足够大的拉应力作用下,位错环将如何运动?一、简答题:(共40分,每小题8分)1、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点?2、请简述影响扩散的主要因素有哪些。3、临界晶核的物理意义是什么?形成临界晶核的充分条件是什么?4、有哪些因素影响形成非
4、晶态金属?为什么?5、合金强化途径有哪些?各有什么特点?二、计算、作图题:(共60分,每小题12分)1、求和两晶向所决定的晶面,并绘图表示出来。2、氧化镁(MgO)具有NaCl型结构,即具有O2-离子的面心立方结构。问:(1) 若其离子半径=0.066nm,0.140nm,则其原子堆积密度为多少?(2) 如果/0.41,则原子堆积密度是否改变?3、已知液态纯镍在1.013105 Pa(1大气压),过冷度为319 K时发生均匀形核,设临界晶核半径为1nm,纯镍熔点为1726 K,熔化热Hm18075J/mol,摩尔体积Vs6.6cm3/mol,试计算纯镍的液固界面能和临界形核功。4、图示为Pb-
5、Sn-Bi相图投影图。问:(1)写出合金Q(wBi0.7,wSn0.2)凝固过程及室温组织;(2)计算合金室温下组织组成物的相对含量。5、有一钢丝(直径为1mm)包复一层铜(总直径为2mm)。若已知钢的屈服强度st280MPa,弹性模量Est205GPa,铜的Cu140MPa,弹性模量ECu110GPa。问:(1)如果该复合材料受到拉力,何种材料先屈服?(2)在不发生塑性变形的情况下,该材料能承受的最大拉伸载荷是多少?(3)该复合材料的弹性模量为多少?三、综合分析题:(共50分,每小题25分)1、某面心立方晶体的可动滑移系为。(1) 请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量;(2) 若滑移由刃位错引
6、起,试指出位错线的方向;(3) 请指出在(2)的情况下,位错线的运动方向;(4) 假设在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力,试计算单位刃位错线受力的大小和方向(取点阵常数为a0.2nm)。2、若有,某一Cu-Ag合金(wCu0.075,wAg0.925)1Kg,请提出一种方案从该合金中提炼出100g的Ag,且要求提炼得到的Ag中的Cu含量wCu低于0.02。(假设液相线和固相线固相线均为直线)。一、简答题:(共40分,每小题8分)1、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点?答:相同点:小原子溶入。不同点:间隙固溶体保持溶剂(大原子)点阵;间隙相、间隙化合物改变了大原子点阵,形成新
7、点阵。间隙相结构简单;间隙化合物结构复杂。2、请简述影响扩散的主要因素有哪些。答:影响扩散的主要因素:(1)温度;(2)晶体结构与类型;(3)晶体缺陷;(4)化学成分。3、临界晶核的物理意义是什么?形成临界晶核的充分条件是什么?答:临界晶核的物理意义:可以自发长大的最小晶胚(或,半径等于rk的晶核)形成临界晶核的充分条件:(1)形成rrk的晶胚;(2)获得AA*(临界形核功)的形核功。4、有哪些因素影响形成非晶态金属?为什么?答:液态金属的粘度:粘度越大原子扩散越困难,易于保留液态金属结构。冷却速度;冷却速度越快,原子重新排列时间越断,越容易保留液态金属结构。5、合金强化途径有哪些?各有什么特
8、点?答:细晶强化、固溶强化、复相强化、弥散强化(时效强化)加工硬化。二、计算、作图题:(共60分,每小题12分)1、求和两晶向所决定的晶面,并绘图表示出来。答:设所求的晶面指数为(h k l)则2、氧化镁(MgO)具有NaCl型结构,即具有O2-离子的面心立方结构。问:(1) 若其离子半径=0.066nm,0.140nm,则其原子堆积密度为多少?(2) 如果/0.41,则原子堆积密度是否改变?答:(1)点阵常数堆积密度(2)堆积密度会改变,因为Pf与两异号离子半径的比值有关。3、已知液态纯镍在1.013105 Pa(1大气压),过冷度为319 K时发生均匀形核,设临界晶核半径为1nm,纯镍熔点
9、为1726 K,熔化热Hm18075J/mol,摩尔体积Vs6.6cm3/mol,试计算纯镍的液固界面能和临界形核功。答:因为,所以4、图示为Pb-Sn-Bi相图投影图。问:(1)写出合金Q(wBi0.7,wSn0.2)凝固过程及室温组织;(2)计算合金室温下组织组成物的相对含量。答:(1)冷却至液相面析出Bi:LBi初,随温度降低Bi增多,液相成分延Bi-Q的延长线向E3E移动;液相成分达到E3E后发生共晶反应,L(SnBi)共,液相成分延E3E向E移动;液相成分达到E后,发生三元共晶反应L(SnBi)共,随后冷却不再变化。室温组织为:Bi初(SnBi)共(SnBi)共(2)wBi初2.88
10、;w(SnBi)共0.407;w(SnBi)共0.3055、有一钢丝(直径为1mm)包复一层铜(总直径为2mm)。若已知钢的屈服强度st280MPa,弹性模量Est205GPa,铜的Cu140MPa,弹性模量ECu110GPa。问:(1)如果该复合材料受到拉力,何种材料先屈服?(2)在不发生塑性变形的情况下,该材料能承受的最大拉伸载荷是多少?(3)该复合材料的弹性模量为多少?答;两金属的弹性应变相等,即:(1) Cu先屈服;(2) (3) 三、综合分析题:(共50分,每小题25分)1、某面心立方晶体的可动滑移系为。(1) 请指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量;(2) 若滑移由刃位错引起,试指出位
11、错线的方向;(3) 请指出在(2)的情况下,位错线的运动方向;(4) 假设在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力,试计算单位刃位错线受力的大小和方向(取点阵常数为a0.2nm)。答:(1)柏氏矢量:;(2) 位错线方向:112;(3) 位错线运动方向平行于柏氏矢量;(4) 2、若有,某一Cu-Ag合金(wCu0.075,wAg0.925)1Kg,请提出一种方案从该合金中提炼出100g的Ag,且要求提炼得到的Ag中的Cu含量wCu低于0.02。(假设液相线和固相线固相线均为直线)。答:1. 将1Kg合金加热至900以上熔化,缓慢冷却至850,倒去剩余液体,所得固体a1约780g,wCu0.
12、055;2. 将a1熔化,缓慢冷却至900,倒去剩余液体,得a2约380g,wCu0.03;3. 将a2熔化,缓慢冷却至920,倒去剩余液体,得a3约260g,wCu0.02;4. 将a3熔化,缓慢冷却至935,倒去剩余液体,得a4约180g,wCu0.013,即可。1 对fcc结构的晶体(点阵常数为a)(1) 分别计算原子在100,110和111晶向上的原子密度,并说明哪个晶向是密排方向:(2) 计算原子在(100),(110)和(111)晶面上的原子密度和三个面的面间距,并指出面间距最大的晶面。2 在fcc,晶体中存在两个位错d1和d2,若d1的位错线方向l1/,柏氏矢量b1=,d2的分别
13、为l2/111,b2=(1) 判断哪个位错为纯刃型位错,并求出其半原子面指数及滑移面指数;(2) 该刃型位错如果发生分解形成扩展位错,试写出可能的位错反应并图示;(3) 另外一个位错柏氏矢量的刃型和螺型分量模各为多少?3 对某简单立方单晶体,其拉伸应力方向如附图1.2所示。该晶体的滑移系为100。(1) 求出每个滑移系的分切应力;(2) 判定哪几组滑移系最容易开动。4 有一合金试样其晶界能为0.5 J/m2,在退火前原始晶粒直径为2.1610-3cm,屈服强度为108 MPa。对该合金在700退火2 h处理后其屈服强度降低为82 MPa。在退火过程中保温1 h时测得该合金放出热量为0.021
14、J/cm3,继续保温1 h测得该合金又放出热量0.014J/cm3。求如果该合金只在700保温1 h后的屈服强度。(已知合金单位体积内界面面积Sv与晶粒直径d之间的关系为Sv2/d,且放出的热量完全由于晶粒长大、晶界总面积减少所致。)5 Fe-Si合金(wsi0.03,bcc结构)的点阵常数d0.3 nm,经形变后研究其回复再结晶机制。回复退火时材料发生多边化过程,观察到三个亚晶交于点O(见附图1.3)。经蚀坑法测得三段亚晶界(OA,OB和OC,其长度均为0.2 nm)的刃型位错总数为1.198104,设它们均匀分布构成亚晶界(120,80)。(1) 求相邻亚晶间的位向差;(2) 若经再结晶后这些亚晶界在原来位置转变为大角度晶界,且测得OA的晶界能为0.8J/m2,求其他两个晶界的晶界能。6 渗碳可提高钢的表面硬度。若在1000对-Fe渗碳,已知在距表面12mm之间,碳浓度从5(摩尔分数)降到4。估算碳进入该区域的扩散通量J(摩尔m2s)。已知-Fe在1000时的密度为7.63 g/cm3,扩散常数D0210-5m2/s,激活能Q142 kJ/mol,Fe的相对原子质量为55.85。7