《材料科学基础刘智恩答案(共6篇)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料科学基础刘智恩答案(共6篇)（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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刘智恩答案(共6篇)第一章原子排列1.作图表示立方晶系中的晶面和晶向.附图1-1有关晶面及晶向2.分别计算面心立方结构与体心立方结构的100,110和111晶面族的面间距,并指出面间距最大的晶面(设两种结构的点阵常数均为a).解由面心立方和体心立方结构中晶面间的几何关系,可求得不同晶面族中的面间距如附表1-1所示.附表1-1立方晶系中的晶面间距显然,FCC中111晶面的面间距最大,而BCC中110晶面的面间距最大.注意:对于晶面间距的计算,不能简单地使用公式,应考虑组成复
2、合点阵时,晶面层数会增加.3.分别计算fcc和bcc中的100,110和111晶面族的原子面密度和,和晶向族的原子线密度,并指出两种结构的差别.(设两种结构的点阵常数均为a)解原子的面密度是指单位晶面内的原子数;原子的线密度是指晶面上单位长度所包含的原子数.据此可求得原子的面密度和线密度如附表1-2所示.附表1-2立方晶系中原子的面密度和线密度可见,在BCC中,原子密度最大的晶面为110,原子密度最大的晶向为;在FCC中,原子密度最大的晶面为111,原子密度最大的晶向为.4.在晶面上绘出晶向.解详见附图1-2.附图1-2六方晶系中的晶向5.在一个简单立方二维晶体中,画出一个正刃型位错和一个负刃
3、型位错.试求:(1)用柏氏回路求出正、负刃型位错的柏氏矢量.(2)若将正、负刃型位错反向时,说明其柏氏矢量是否也随之反向.(3)具体写出该柏氏矢量的方向和大小.(4)求出此两位错的柏氏矢量和.解正负刃型位错示意图见附图1-3(a)和附图1-4(a).(1)正负刃型位错的柏氏矢量见附图1-3(b)和附图1-4(b).(2)显然,若正、负刃型位错线反向,则其柏氏矢量也随之反向.(3)假设二维平面位于YOZ坐标面,水平方向为Y轴,则图示正、负刃型位错方向分别为010和0,大小均为一个原子间距(即点阵常数a).(4)上述两位错的柏氏矢量大小相等,方向相反,故其矢量和等于0.6.设图1-72所示立方晶体
4、的滑移面ABCD平行于晶体的上下底面,该滑移面上有一正方形位错环.如果位错环的各段分别与滑移面各边平行,其柏氏矢量b/AB,试解答:(1)有人认为“此位错环运动离开晶体后,滑移面上产生的滑移台阶应为4个b”,这种说法是否正确?为什么?(2)指出位错环上各段位错线的类型,并画出位错移出晶体后,晶体的外形、滑移方向和滑移量.(设位错环线的方向为顺时针方向)图1-72滑移面上的正方形位错环附图1-5位错环移出晶体引起的滑移解(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,C
5、D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见附图1-5.7.设面心立方晶体中的(晶面为滑移面,位错滑移后的滑移矢量为(1)在晶胞中画出此柏氏矢量b的方向并计算出其大小.(2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向,并写出此二位错线的晶向指数.解(1)柏氏矢量等于滑移矢量,因此柏氏矢量的方向为,/2.(2)刃型位错与柏氏矢量垂直,螺型位错与柏氏矢量平行,晶向指数分别为112和,详见附图a2.1-6.附图1-6位错线与其柏氏矢量、滑移矢量8.若面心立方晶体中有后产生位错反应.(1)此反应能否进行?为什么?(2)写出合成位错的柏氏矢量,并说
6、明合成位错的性质.解(1)能够进行.因为既满足几何条件:b?a2a126的单位位错及b?的不全位错,此二位错相遇?b前?b后?a3,又满足能量条件:.?b2前?22a?3?b2后?123.ab合?3(2),该位错为弗兰克不全位错.9.已知柏氏矢量的大小为b=,如果对称倾侧晶界的取向差=1和10,求晶界上位错之间的距离.从计算结果可得到什么结论?解根据D?b?,得到=1,10时,D,由此可知,=10时位错之间仅隔56个原子间距,位错密度太大,表明位错模型已经不适用了.第二章固体中的相结构1.已知Cd,In,Sn,Sb等元素在Ag中的固熔度极限(摩尔分数)分别为,;它们的原子直径分别为nm,nm,
7、nm,nm;Ag的原子直径为nm.试分析其固熔度极限差异的原因,并计算它们在固熔度极限时的电子浓度.答:在原子尺寸因素相近的情况下,熔质元素在一价贵金属中的固熔度(摩尔分数)受原子价因素的影响较大,即电子浓度e/a是决定固熔度(摩尔分数)的一个重要因素,而且电子浓度存在一个极限值(约为).电子浓度可用公式c?ZA(1?xB)?ZBxB计算.式中,ZA,ZB分别为A,B组元的价电子数;xB为B组元的摩尔分数.因此,随着熔质元素价电子数的增加,极限固熔度会越来越小.Cd,In,Sn,Sb等元素与Ag的原子直径相差不超过15%(最小的Cd为%,最大的Sb为%),满足尺寸相近原则,这些元素的原子价分别
8、为2,3,4,5价,Ag为1价,据此推断它们的固熔度极限越来越小,实际情况正好反映了这一规律;根据上面的公式可以计算出它们在固熔度(摩尔分数)极限时的电子浓度分别为,2.碳可以熔入铁中而形成间隙固熔体,试分析是-Fe还是-Fe能熔入较多的碳.答:-Fe为体心立方结构,致密度为;-Fe为面心立方结构,致密度为显一、名词解释4、位错：晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。6、位错密度：单位体积中所含位错线的总长度。=穿过单位截面积的位错线的数目。8、滑移的临界分切应力：滑移开始时，在滑移面上沿滑移方向的分切应力。11、柏氏矢量：用来揭示位错本质，描述位错行为的矢量。13、堆垛层错：晶体
9、中某一区域堆垛顺序差错而产生的晶面错排的面缺陷。14、位错的应变能：晶体中因位错周围弹性应力场的存在而导致的能量增量。16、全位错：柏氏矢量为单位点阵矢量或其倍数的位错。单位位错是全位错的一种。单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错。17、弗兰克尔空位：离位原子跳入晶体点阵间隙中，形成一个空位的同时，还形成了一个间隙原子。18、层错能：产生单位面积层错所需要的能量。2、交滑移：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的现象。3、冷拉：聚合物拉伸时出现的细颈伸展过程。5、柯氏气团：溶质原子与位错发生交互作用，集聚在位错线附近，以降低体系的畸变能所形成的溶质原子气团。9、加工硬化：金
10、属冷变形时，随变形量增加，其强度、硬度上升，而塑性、韧性下降的现象。12、多滑移：滑移在两组或多组滑移系上同时或交替进行的滑移。1、再结晶：冷变形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。7、二次再结晶：少数晶粒突发性的、不均匀的长大。10、热加工：金属在再结晶温度以上的加工变形。冷加工：形变时只发生加工硬化的加工变形。15、回复：冷变形金属加热时，在光学显微组织发生变化之前，所产生的某些亚结构及性能的变化过程。19、表面热蚀沟：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沟状形态。20、动态再结晶
11、：金属在较高温度下变形时，也能发生回复和再结晶。二、填空题1、两个平行的同号螺位错之间的作用力为，而两个平行的异号螺位错之间的作用力为。2、小角度晶界能随位向差的增大而；大角度晶界能与位向差。3、柏氏矢量是一个反映由位错引起的大小的物理量；该矢量的称为位错强度。4、金属的层错能越低，产生的扩展位错的宽度越，交滑移越进行。5、螺型位错的应力场有两个特点，一是没有分量，二是对称分布。6、冷拉铜导线在用作架空导线时，应采用退火，而用作电灯花导线时，则应采用退火。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的方向一致，而与外加的方向垂直。8、位错的应变能与其柏氏矢
12、量的成正比，故柏氏矢量越小的位错，其能量越，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，交滑移越进行。10、当晶粒长大的驱动力为畸变能差时，晶界的移动方向为曲率中心，当晶粒长大的驱动力为界面能差时，晶界的移动方向为曲率中心。11、由于两者的滑移数不同，导致体心立方晶格金属与面心立方晶格金属在塑性上的差别。12、聚合型两相合金，第二相为硬脆相，它呈细片状分布在基体上，合金的性能最好，它呈较粗颗粒状分布于基体上，合金的最好。13、位错的柏氏矢量越小，其能量，在晶体中越。14随冷变形量的增加，金属的强度，塑性。15、对于冷变形度较小的金属，再结晶核心一般采用方式形成。16、晶体经过
13、塑性变形后，出现了交叉的滑移带，则晶体中一定发生了，出现了波纹状的滑移带，则晶体中一定发生了。17、某位错的柏氏矢量与位错线平行，方向与位错线的正方向一致，该位错为位错，方向与位错线的正方向相反，该位错为位错。18、如果两个平行螺位错之间的作用力为吸引力，则它们是螺位错，如果两个平行螺位错之间的作用力为排斥力，则它们是螺位错。19、柏氏矢量是一个反映由引起的点阵畸变大小的物理量；该矢量的模称为。20、晶界能随位向差的增大而增大的晶界一般是；而晶界能与位向差无关的晶界一般是。21、在三种典型的金属晶体结构中，金属晶体的晶格类型为时，其塑性最好，晶格类型为时，其塑性最差。22、螺型位错的运动方式是
14、只可，不可。23、多晶体的晶粒越细，则其强度，塑性。24、对于冷变形度较大的金属，相邻亚晶的取向差较小时，再结晶核心一般采用方式形成，相邻亚晶的取向差较大时，再结晶核心一般采用方式形成。25、动态再结晶的组织与静态再结晶的组织比较晶粒更，晶粒内部还有。26、某位错的柏氏矢量与位错线垂直，将其顺时针旋转90后，方向与位错线的正方向一致，该位错为，方向与位错线的正方向相反，该位错为。27、在金属中，当分散相粒子的体积分数，粒子尺寸，金属晶粒的极限平均晶粒尺寸越小。28、冷变形金属在要求保持其较高硬度时，应采用退火，而在要求恢复塑性以便于进一步变形时，则应采用退火。29、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，而与外加的剪应力方向。30、当晶粒长大的驱动力为时，晶界的移动方向为背向率中心，当晶粒长大的驱动力为时，晶界的移动方向为向着曲率中心。三、问答题1、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：加工硬化是由于位错塞积、缠结及相互作用，阻止了位错的进一步运动。细晶强
