2019-2020年整理材料科学基础作业题

1、第一章原子结构与键合1、说明量子力学中有关原子结构的玻尔模型和几率波模型.2、 给出以下离子的电子组态:Fe2+, Fe 3+, Cu +, Ba 2+, Br -, S 2-.3、对于k+ Cl -离子对,吸引能 Ea和排斥能Er分别表示为：Ea1.436rEr5.86 10-6计算平衡距离ro和结合能Eqo (提示：净能对原子间距r的微分为0时,r= r °.r的单位为nm)4、净能有时可表示为EnCrDexP)其中,r为离子间距,C, D和r为常数.试推出结合能E°对于平衡距离r0的表达式.5、计算以下化合物中,离子键的百分含量：TiO , ZnTe, CsCl, I

2、nSb , MgCI.6、以下物质含有何种键：黄铜( brass )、橡胶(rubber )、金刚石(diamond )、SiO2、单晶Si、NaCI.7、 HF (hydrogen fluoride )的分子量小于 HCI (hydrogen chloride ),为什么 HF具有比 HCI 更高的 沸点.&画出以下物质单体单元的结构图：(1) 聚乙烯(polyethylene PV );(2) 聚四氟乙烯(polytetrafluorethylene PTFE);(3) 聚苯乙烯(polystyrene PS );(4) 聚甲基丙烯酸甲酯俗有机玻璃(polymethyl metha

3、crylate PMMA ).9、(1)计算聚乙烯结构单元的分子量；(2)聚乙烯的数均分子重量为1,000,000 g/mol,计算其数均聚合度.10、两种聚四氟乙烯样品的密度及其晶化率如下：i) 2.144 g/cm3, 51.3%; ii) 2.215 g/cm3, 74.2%.计算晶态聚四氟乙烯和非晶态聚四氟乙烯的密度.简述高分子链结构的形态特征以及与性能的定性关系.第二章固体结构 1、锆Zr, Zirconium 具有 HCP结构,密度为 6.51 g/cm 3,a 计算晶胞体积；b如果c/a为1.593,计算c和a.2、铑Rh, Rhodium的原子半径为0.1345 nm,密度为1

4、2.41 g/cm 3.判定其晶体结构属于FCC还是BCC3、在立方晶胞中画出以下晶向：4、在立方晶胞中画出以下晶面：5、确定以下图中晶向和晶面的指数.110;1 21; 01 2; 133; 123; 1 03. (011); (112); (102); (131); (122); (1 23).n=1,X射线波长为 0.1542 nm.7、FeAl为电子化合物,计算其电子浓6、计算比拟 FCC中100、110、111晶向的线密度.7、计算比拟 BCC中 100、 110晶面的面密度.&确定FCC乍白Platinum,Pt 的113晶面的一级衍射角即 9、说明原子结构和晶体结构的差异

5、.10、解释为什么多晶材料的性质通常是各项同性.11、解释以下根本概念合金、相、固溶体、极限电子浓度、电子化合物、超结构.12、试比拟间隙固溶体、间隙相和间隙化合物的结构和性能特点.度,画出晶胞及112面的原子排列图.13、以下合金相为何种类型FeCo Cr7C3、Mg2Pb WC、FeAl、Cu3Al、Fe4N Fe3Co第三章缺陷1、解释以下根本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移及攀移、弗兰克瑞德源、汤普森四面体、位错反响、扩展位错、外表能、界面能、重整位置点阵、失配度、对称倾侧晶界、非共格晶界.2、计算Fe在850.时,每立方米体积中的空位数

6、. Fe在850.时的空位形成能、密度及原子重量分别为 1.08 eV/atom、7.65 g/cm 3、55.85 g/mol .3、如图,在晶体的滑移面上有一柏氏矢量为1 分析该位错环各段位错的结构类型；2 分析各段位错线的受力情况；3在t的作用下,该位错环将如何运动?b的位错环,并受到一均匀切应力t.4、面心立方晶体中,在111面上的单位在111面上分解为两个肖克莱不全位错,请写出该位错反响,并证实所形成的扩展位错的宽度由下式 给出:G切变模量,g层错能5、判断以下位错反响能否进行？假设能进行,试在晶胞上作出矢量图.(1)|111 |111 > a001aaa一110121 211

7、266aaa-112b-1111113626、 试分析在111 面上运动的柏氏矢量为的螺型位错受阻时,能否通过交滑移转移a 到 111,11彳,彳11面中的某个面上继续运动?为什么？7、根据晶粒的位相差及结构特点,晶界有哪些类型？有何特点属性？&直接观察铝试样,在晶粒内部位错密度为5 x 10 13/m2,如果亚晶间的角度为 5.,试估算界面上的位错间距铝的晶格常数为a = 2.8 x 10-10 m .第五章二元相图1. 合金系统的自由度 F的含义是：单项选择A、可以使合金状态改变的因素数；B、保持合金平衡状态不变的前提下,可以独立改变的因素数;C、够使系统发生变化的最大因素数.2.

8、 自由度F= 0的含义是：单项选择A、任何因素的变化都会造成系统平衡状态的变化；B、没有任何因素可以引起系统状态变化；C、这样的系统状态不存在.3. 纯金属凝固时,多项选择A、冷却曲线温度-时间是水平的；B、系统自由度F = 0 ；C、纯金属凝固是在恒温下进行的.4. 在平衡条件下,100?C的纯水处于单项选择A、液态；B、气态； C气、液二相共存状态.5. 以下说法哪些是正确的？多项选择A、温度高于液相线的合金为液态；B、温度低于液相线的合金为固态；C、 温度低于固相线的合金为固态 ；D温度高于固相线的合金为液态.6、非平衡凝固的匀晶合金一般会出现什么现象？.单项选择A、组织、成分均匀化；B

9、、成分不均匀,出现树枝状偏析；C、与平衡凝固的合金组织、成分一样,没有区别.7、在共晶合金系中,只有共晶成分的合金才能发生共晶转变.单项选择A 是B否&发生共晶转变的液相,其成分一定是共晶成分.单项选择A 是B否先共晶共晶Ct共晶组织a相占全部合金的相对量.单项选择9、根据Pb-Sn相图,应用杠杆定律计算40%Sn合金的共晶组织中的A、22.16%; B、45.5%； C 40% 提示：40%Sn合金由初生的a相先共晶a和共晶体组成, 共晶体又由a相和b相组成见示意图.10、匀晶、共晶和包晶转变有何共同特点？单项选择A、这三个转变都是在恒温下进行的；B、这三个转变的反响相中都有液相,而

10、生成相都是固相；C、这三个转变都不是恒温转变.11、 共晶和共析转变有何共同特点？多项选择A、都是由一个相同时转变成二个相；B、都是恒温转变；C 、生成相都是固相.12、 共析与包析转变有何不同？单项选择A都是固态转变；B都是恒温转变；C、共析转变是由一个固相转变成二个固相,包析转变那么相反.13、熔晶与偏晶转变都是恒温转变吗？ 单项选择A 是B 否14、 在分析相图时可以将稳定化合物看作一个组元,从而将复杂相图分成假设干个简单相图. 你认为分析复 杂相图时这是必须的吗？单项选择A 是B 否1、说明以下根本概念工业纯铁、碳钢、铸铁、包晶转变、共晶转变、共析转变、a-Fe、铁素体、g-Fe、奥氏

11、体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、珠光体、莱氏体.2、以下说法正确的选项是：多项选择A 、铁素体是碳溶解于 a-Fe中形成的固溶体,具有体心立方晶体结构；B 、渗碳体是碳溶解于 丫 -Fe中形成的固溶体,具有体心立方晶体结构；C 、奥氏体是碳溶解于 丫 -Fe中形成的固溶体,具有面心立方晶体结构.3、亚共析钢的含碳量范围是： 单项选择A 、 0.0218% 0.77%C ； B、 0.77% 2.11%C；C、2.11% 4.3%C .4、共析钢的室温组织是： 单项选择A、珠光体 P +二次渗碳体 Fe3C| ; B 珠光体P 100% ； C 莱氏体Ld' 100%.5、 计算

12、1148 C共晶转变刚结束时莱氏体中渗碳体Fe3C的相对量.单项选择A 、52%；B、60%；C、48%.6、 计算室温时莱氏体中渗碳体Fe3C的相对量室温铁素体的含碳量看作0.单项选择A 、48.23%C；B、52.77%C；C、64.47%.7、随着含碳量的增高,亚共析钢的.单项选择A 强度、硬度升高,塑性下降；B 塑性升高,强度、硬度下降；C 强度、硬度和塑性都升高.8、对于过共析钢,含碳量越高. 单项选择A 钢的强度、硬度越高,塑性越低；B 钢的强度、硬度越低,塑性越高；C 钢的硬度越高,强度和塑性越低.第六章 扩散与凝固一、 概念结构起伏、能量起伏、过冷度、晶胚、临界晶核、临界形核功

13、、均匀形核、非均匀形核、光滑界面、粗糙 界面；质量浓度、自扩散、互扩散、下坡扩散、上坡扩散、稳态扩散、非稳态扩散、扩散系数、扩散通量、 柯肯达尔效应.二、选择题1、金属液体在熔点温度保温,那么 ca 需要很长时间才能结晶； b 到熔点温度就会结晶； c 永不结晶.2、下述哪些现象结晶时出现？多项选择a 在低于熔点的温度下结晶才能进行；b 结晶时有热量放出；c 液态金属冷却到熔点时就开始结晶.3、形成临界晶核时需要的形核功由什么提供？单项选择a 由外界加热提供；b 由能量起伏提供；c 由体积自由能提供.4、临界晶核有可能继续长大,也有可能消失熔化.a 是 b 否5、在相同过冷度的条件下, 下述说

14、法哪些正确？ 多项选择a 非均匀形核比均匀形核的形核率高；b 均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径；c 非均匀形核比均匀形核的形核功小；d 非均匀形核比均匀形核的临界晶核体积小.6非均匀形核时,0角越小,形核越容易.这是由于下述说法哪些正确？多项选择a 临界晶核的体积和外表积越小；b 形核需要的过冷度越小；c 需要的形核功越小.7、在负的温度梯度下,晶体生长以平面状前推进.单项选择a是b否c不能确定8、 形核率越高、晶体生长速率越小,最后得到的晶粒越细小. 单项选择 a是b否c不能确定9、 快速凝固技术能获得的新材料有：非晶态合金,超细晶态金属或合金.a 是b10、单向凝固要求不仅具有正

15、温度梯度,而且温度梯度要很大.a 是b 否11、 制取单晶体的技术关键是保证液体结晶时只有一个晶核.a 是b 否12、对于浓度不均匀的固溶体中的扩散,溶质原子的扩散属于互扩散,溶剂基体原子的扩散那么属于自 扩散.a 是b 否13、 在稳态扩散过程中,扩散组元的浓度C只随距离x变化,而不随时间t变化.a 是b 否14、 在非稳态扩散过程中,扩散组元的浓度C也是只随距离x变化,而不随时间t变化.a 是b 否15、 扩散系数D是描述扩散速度的重要物理量,D值越大那么扩散越慢.a 是b 否500 C16、Mg镁在Al铝中的扩散常数 Do = 1.2 X 10-4 n?/s,扩散激活能 Q =13100

16、0 J/mol, 时扩散系数 D = 1.8 X 10-13 m2/s ,问400C时Mg在Al中的扩散系数 D是多少？a 8.1X10-15 m2/sb 1.8X10-13 m2/sc 2.8X10-11 m2/s17、 怎样理解扩散原子对基体造成的晶格畸变越大,扩散那么越容易.单项选择a 扩散原子具有更低的能量,需要的扩散激活能变大,扩散系数变小,所以扩散容易；b 扩散原子具有更高的能量,需要的扩散激活能变小,扩散系数变大,所以扩散容易；c 基体原子具有更高的能量,造成的势垒变小,扩散系数变小,所以扩散容易.单18、在相同的温度下,碳在 a -Fe中的扩散比在丫 -Fe中的扩散更容易,速度

17、更快.这主要是由于 选a碳原子在a -Fe中固溶造成的晶格畸变更大b其它合金元素的影响所致；c温度对扩散系数的影响所致.第七章相变与热处理1. 扩散形的固态相变中如果新相是在加热过程中产生的,试分析转变的速度与转变温度间是否还有极值关系？答案：不存在极值关系.由于随加热温度的提升新相与母相的自由能差加大,同时扩散的速度也加快.所 以不存在极值关系.2. 根据马氏体的转变规律并联系固态相变的TTT图分析,马氏体的转变 TTT图是否也是C形？答案：马氏体转变动力学曲线不会是C型.由于马氏体转变不是扩散形相变.3. 根据贝氏体的转变规律为了得到下贝氏体应从哪几方面进行限制？答案：限制母相奥氏体中化学

18、成分,要保证含碳量到达中碳或高碳水平,同时要限制转变温度较低.4. 请根据珠光体的转变规律分析在Fe3C两侧形成铁素体后有无可能铁素体迅速的长大将Fe3C包围起来？答案：由于铁素体是低碳相,在它向纵向长大时必向 Fe3C片前端的奥氏体中排碳, 这就给Fe3C片的纵向长大创造了条件,所以Fe3C片马上也向纵向长大,因此不可能发生包围现象.在转变规律的说明中我们已经强调Fe3C片与铁素体片同时向纵向长大.5. 分析比拟共析钢的 CCT图与TTT图有何差异？说明了什么？答案：比照可以知道：两种曲线均为C形,说明等温冷却转变与连续冷却转变的转变机理与动力学规律均类似. CCT曲线比TTT曲线向右下移动

19、且没有贝氏体转变区域.在CCT曲线上有许多的冷却曲线,说明了冷却的速度,末端说明了以此冷速冷却后的硬度值.碳与合金元素对CCT曲线的影响规律与对 TTT曲线的影响规律根本一致,也是曲线向右下方移动, 说明连续冷却转变比等温转变的孕育期更长.6. 回火温度与性能有什么关系？为什么有这种关系？答案：性能变化的规律是：随回火温度的上升,强度与硬度下降,塑性与韧性上升.由于在回火过程中发 生的转变主要是碳以碳化物的形式从马氏体中析出,基体向铁素体转变的过程.显然随回火温度的提升,碳的扩散水平增加,碳从马氏体中析出的就多,基体就越接近铁素体,组织也就越接近平衡组织,马氏体 的强化效果就越弱,因此硬度也就

20、越低.7. 请说明在时效过程中为什么一般均是先出现亚稳过渡相而不直接形成稳定相？答案： 由于稳定相与基体的浓度差较大, 溶质原子必须充分的扩散才能到达成分要求. 为了保证高硬度时效的温度一般较低,所以在短时间内难于充分扩散.而亚稳相与基体的浓度差较少,因此较易通过扩散来 形核与长大.另一方面形成亚稳相时所需要的界面能也较小,所以一般均是先出现亚稳过渡相.第八章 形变、回复、再结晶一、概念 弹性变形、弹性后效、弹性滞后、泊松比、屈服强度、塑性变形、滑移、滑移系、滑移带、 滑移线、临界分切应力、施密特因子、派 - 纳力、孪生、固溶强化、加工硬化、弥散强化、细 晶强化、 Hall-Petch 公式、应变时效、形变织构、剩余应力、回复、再结晶、多边化、晶粒 长大、二次再结晶、弓出形核、再结晶温度.二、计算题1、设一长度为10mnm勺铝合金试样承受 6000 N的拉伸载荷,且其屈服极限=145MPa波桑比u = 0.33,试计算试样承载后的直径.答案：拉伸后的直径 d1=9.9964 mm.2、设采用细化晶粒的方法来强化低碳钢.它的d i =130 MPa.在晶粒大小 di=1 mm时的屈服强度为276 MPa,试计算晶粒细化到 d2 =0.32 mm后的屈服强度d s .答案： 383 MPa.3