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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料科学基础,西北工业大学第4章三元合金相图习题及答案12.图4-120为Pb-Sn-Zn三元相图液面投影图。在图上标出合金X(wPb=，wSn=，wZn=)的位置，合金Y(wPb=，wSn=，wZn=)的位置及合金Z(wPb=，wSn=，wZn=)的位置。若将2kgX，4kgY及6kgZ混熔成合金W，指出W成分点位置。若有3kg合金X，问需要配何种成分的合金才能混合成6kg合金Y。解：W合金的成分：wPb=(2+4+6)/(2+4+6)=wSn=(2+4+6)/(2+4+6)=wZ
2、n=(2+4+6)/(2+4+6)=(3)需要合金6-3=3kg合金A，其成分为：wPb=/3=wSn=/3=wZn=/3=14.试分析图4-96中所示，和区内合金的结晶过程，冷却曲线及组织变化示意图，并在图上标出各相成分变化的路线。解：温度时间温度温度时间时间15.试分析图4-102所示中，和区内合金的结晶过程，冷却曲线及组织组成物。解：温度时间温度时间16.请在图4-113所示中指出合金X(wCu=,wMg=)及合金Y(wCu=wMg=)的成分点、初生相及开始凝固温度；并根据液相单变量线的走向判断所有四相平衡转变的类型。解：成分点见图。合金X的初生相为，合金Y的初生相为S。合金X的开始凝固
3、温度稍低于600。合金Y的开始凝固温度稍高于518。在所示的成分范围内,共有4个液相单变量线的交叉点,它们代表4个四相平衡反应。各区域标出的字符表示在此成分范围内的合金凝固时析出的初生相,它们分别是：?-以Al为溶剂溶解Cu和Mg的固溶体；?-Mg2Al3S-CuMgAl2T-Mg23(Al-Cu)4?-CuAl2Q-Cu3Mg6Al7根据液相单变量线在交叉点的走向,可以判断四相反应的类型和反应式。它们是：1点:(三进)2点:(二进一出)3点:(二进一出)4点:(三进)=，wC=的不锈钢，其成分点在1150截面图中p点处，合金在1150时各平衡相质量分别应如何计算？解：该合金位于C2+C3+三
4、相区。可利用重心法则，该点位于dcf三角形位置的重心，过dp点连线交cf边于s点。f利用杠杆定律，求得相的质量分数：w=(ps/ds)100%同理可求得C2相和C3相的质量百分数。第5章材料中的扩散作业及答案2.设有一条直径为3mm的厚壁管道，被厚度为的铁膜隔开，通过输入氮气以保持在膜片一边氮气浓度为1000mol/m3；膜片另一边氮气浓度为100mol/m3。若氮在铁中700的扩散系数为410-7cm2/s，试计算通过铁膜片的氮原子总数。解：1000mol/m3=110-3mol/cm3100mol/m3=110-4mol/cm3氮在铁膜片中的浓度梯度：?C/?x=(110-4-110-3)
5、/=-/cm47通过铁膜片氮原子的通量：J=-D(?C/?x)=-410-(-)=10-7mol/cm2s4.用限定元方法向单晶硅中扩散硼，若t=0时硅片表面硼总量为51010mol/m3,在1473K时硼的扩散系数为410-9m2/s，在硅片表层深度为8m处，若要求硼的浓度为31010mol/m3，问需要进行多少小时的扩散？解：由限定元扩散的公式把C=31010mol/m3,M=51010mol/m3,D=410-9m2/s，x=8m=810-6m代入公式91/231010=51010exp(-(810-6)2/4410-9t)/(410-t)1/t1/2简化为e/t=1/te1t=(1/)
6、2=s6.第6章2.铜单晶体拉伸时，若力轴为001方向，临界分切应力为，问需要多大的拉伸应力才能使晶体开始塑性变形？解：力轴为001方向，可以开动的滑移系见图。滑移面111与001方向的夹角的余弦为：cos=(10+10+11)/(12+12+12)1/2(02+02+12)1/2=3-1/2滑移011方向与001方向的夹角的余弦为：cos=(00+10+11)/(02+12+12)1/2(02+02+12)1/2=2-1/2所以取向因子m=coscos=6-1/2需要的拉伸力为：s=k/m=/6-1/2=5.简要分析加工硬化、细晶强化、固溶强化及弥散强化在本质上有何异同？答：相同点：都是通过
7、阻碍位错的运动来实现材料的强化。不同点：加工硬化是通过位错源源源不断地产生新位错，位错之间发生相互作用，产生大量的位错缠结或位错塞积，阻止位错进一步运动，从而实现强化。细晶强化是利用晶界上原子排列不大规则，杂质和缺陷多，能量较高，阻碍位错运动，实现材料的强化，晶界越多，晶粒越细，材料强度越高。固溶强化是由于溶质原子与位错发生弹性的、电的和化学的交互作用，阻碍位错运动，使材料得到强化。弥散强化则是通过微小的粒子阻碍位错运动，实现强化。第七章回复与再结晶1.已知锌单晶的回复激活能为104J/mol，将冷变形的锌单晶体在-50进行回复处理，如去处加工硬化效应的25%，需要17d，问若在5min内达到
8、同样的效果，需将温度提高多少摄氏度？解：已知Q=104J/mol，T1=-223K，t1=602417=2(转载于:写论文网:材料科学基础,西北工业大学)4480min，t2=5min代入公式：t1Q11?exp(?(?)t2RT2T1?10411?exp(?(?)T2=,即则需要提高=10.纯铝在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。解：已知T1=273+553=826K，t1=40h，T2=273+627=900K，t1=1h代入公式t1Q11?exp(?(?)t2RT2T140Q11?exp(?(?)所以再结晶激活能为Q=105J/mol第八章
9、固态相变3.固态相变时，假设新相晶胚为球形，且单个原子的体积自由能变化为若GV=200T/Tc，临界转变温度Tc=1000K，应变能Es=4J/cm3，共格界面能共格=40erg/cm2，非共格界面能非共格=400erg/cm2，计算：T=50时，临界形核功G*共格/G*共格之比。若G*共格=G*非共格时，求T。4?3?3解：由临界形核功：?G?227(?GV?Es)*由于晶胚都为球形，所以共格=非共格共格=40erg/cm2=410-6J/cm2，非共格=400erg/cm2=4010-6J/cm2Es=4J/cm3T=50时，单个原子的体积自由能变化GV=200T/Tc=20050/100
10、0=10所以G*共格/G*非共格=(410-6）3/2/3/102=1/1960=1有关晶面及晶向附图所示。2见附图所示。3100(100)十(010)+(001)，共3个等价面。110(110)十(110)+(101)+(101)+(011)+(011)，共6个等价面。111(111)+(111)+(111)+(111)，共4个等价面。112?(112)?(112)?(112)?(112)?(121)?(121)?(121)?(121)?(211)?(211)?(211)?(211)共12个等价面。4单位晶胞的体积为VCunm3(或10-28m3)5(1)nm；(2)nm。6Cu原子的线密度
11、为106个原子/mm。Fe原子的线密度为106个原子/mm。7l013个原子/mm2；个原子/mm2；1013个原子/mm2。8(1)1028个矽原子/m3；(2)。99.10/个原子。101014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)AB为右螺型位错，CD为左螺型位错；BC为正刃型位错，DA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所示。12(1)应沿滑移面上、下两部分晶体施加一切应力0，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
12、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。-18a213(1)b?110，其大小为|b|?22a，其方向见附图所示。(2)位错线方向及指数如附图所示。a14(1)能。几何条件：b前b后31a21112；能量条件：b2前3a2b2后32前(2)不能。能量条件：bb2后，两边能量相等。(3)不能。几何条件：b前a/b557，b后a/b111，不能满足。32前(4)不能。能量条件：ba2b2后3a2(2)b合3111；该位错为弗兰克不全位错。16(1)假设晶体中位错线互相缠结、互相钉扎，则可能存在
13、的位错源数目n?l?10101011个Cm3。(2)Ni107Pa。17当1，D14nm；10，Dnm时，即位错之间仅有56个原子间距，此时位错密度太大，说明当角较大时，该模型已不适用。18畸变能是原来的倍(说明形成亚晶界后，位错能量降低)。19设小角度晶界的结构由刃型位错排列而成，位错间距为D。晶界的能量?ElDl?ED由位错的能量E构成，设l为位错线的长度，由附图可知，Gb2E?由位错的能量计算可知，4?(1?)lnRr0?E中心取RD(超过D的地方，应力场相互抵消)，r0b和b/D代入上式可得：?Gb2?b4?(1?)G?b4?(1?)lnln1Db?E中心?0?(A?ln?)?E中心b?式中?0A?Gb4?(1?)4?(1?)E中心Gb20(1)晶体点阵也称晶体结构，是指原子的具体排列；而空间点阵则是忽略了原子的体积，而把它们抽象为纯几何点。(2)密排六方结构。(3)原子半径发生收缩。这是因为原子要尽量保持自己所占的体积不变或少变原子所占体积VA原子的体积(4/3r3+间隙体积，当晶体结构的配位数减小时，即发生间隙体积的增加，若要维
