材料科学基础典型习题

1、材料科学基础材料科学基础 习题课第1章1.作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和-1 0 2、-2 1 1、3 4 6 等晶向xzy-102-211(123)(421)346(0-1-2)xzyxzyxzyxzyxzy3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=bc，c=2/3a。今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。解：X、Y、Z方向的基矢量为a，b，c 则X轴的截距为5，Y轴的截距为2，Z轴截距为3，取截距的倒数，分别为 1/5，1/2，1/3化为最小简单整数分别为6,15,10

2、故该晶面的晶面指数为（6 15 10） 4.体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为2a/2，（1 1 1）面间距为3a/6三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0）m=1 h+k+l=偶数m=2 h+k+l=奇数222)(lkhmadhkl(1 0 0)(1 1 0)(1 1 1)5.面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为

3、2a/4，（1 1 1）面间距为3a/3三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 1）222)(lkhmadhklm=1 h, k, l全为奇数m=2 h, k, l不全为奇数(1 0 0)(1 1 0)(1 1 1)D C b A B15.有一正方形位错线，其柏式矢量如图所示，试指出图中各段线的性能，并指出任性位错额外串排原子面所在的位置。AD为正刃型位错；BC为负刃型位错；DC为右螺型位错；AB为左螺型位错；AD段额外半原子面垂直直面向里；BC段额外半原子面垂直直面向外。第3章3.有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的wNi=90%，另一个铸件的wNi=50%，铸后自然

4、冷却。问凝固后哪一个铸件的偏析严重？为什么？找出消除偏析的措施。答：合金在凝固过程中的偏析与溶质原子的再分配系数有关，再分配系数为k0=C/CL。对一给定的合金系，溶质原子再分配系数与合金的成分和原子扩散能力有关。根据Cu-Ni合金相图，在一定成分下凝固，合金溶质原子再分配系数与相图固、液相线之间的水平距成正比。当wNi=50% 时，液相线与固相线之间的水平距离更大，固相与液相成分差异越大；同时其凝固结晶温度比wNi=90%的结晶温度低，原子扩散能力降低，所以比偏析越严重。一般采用在低于固相线100200的温度下，长时间保温的均匀化退火来消除偏析。A ssessed C u-N i phase

5、 diagram. L iquidus and solidus are obtained from the experimental data of71B as, 71F ee, and 71Sch. T he low -temperature portion of the diagram is obtained fromthermodynamic modeling.6.铋和锑在液态和固态时均能彼此无限互溶，wBi=50%的合金在520时开始凝固出成分为wSb=87%的固相。wBi=80%的合金在400时开始凝固出成分为wSb=64%的固相。根据上述条件，要求：1)绘出Bi-Sb相图，并标出各

6、线和各相区的名称；2）从相图上确定wSb=40%合金的开始结晶终了温度，并求出它在400时的平衡相成分及其含量。解：1）相图如图所示； 2）从相图读出结晶开始温度和结晶终了温度分别为495，350固、液相成分wSb(L) =20%, wSb(S)=64%固、液相含量：%5 .54%10020644064LA ssessed B i-Sb phase diagram.%5 .45%100)1 (LS7.根据下列实验数据绘出概略的二元共晶相图：組元A的熔点为1000，組元B的熔点为700；wB=25%的合金在500结晶完毕，并由73-1/3%的先共晶相与26-2/3%的(+)共晶体所组成；wB=5

7、0%的合金在500结晶完毕后，则由40%的先共晶相与60%的(+)共晶体组成，而此合金中的相总量为50%。解：3173)()(%25)()()(BBB%40)()(%50)()()(BBB%50)()(%50)(BBB%5)(B%95)(B%80)()(BT/1000700500ABL+ L+ LwB585 958.組元A的熔点为1000，組元B的熔点为700，在800时存在包晶反应：(wB=5%)+L(wB=50%) (wB=30%)；在600时存在共晶反应：L(wB=80%) (wB=60%)+ (wB=95%)；在400时发生共析反应： (wB=50%) (wB=2%) + (wB=97

8、%)根据这些数据画出相图。LL+ + + + L+ L+ T/100080070060040025030608095975wBBA第4章1.分析wC=0.2%，wC=0.6%，wC=1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物及组织组成物的含量。答：对wC=0.2%的合金%3 .97%1000218. 069. 62 . 069. 6)(%67. 2%100)(1 ()(3CFe相组成：组织组成：%2 .76%1000218. 077. 02 . 077. 0)(F%8 .23%100)(1 ()(FP答：对wC=0.6%

9、的合金34454534%3 .91%1000218. 069. 66 . 069. 6)(%7 . 8%100)(1 ()(3CFe相组成：组织组成：%7 .22%1000218. 077. 06 . 077. 0)(F%3 .77%100)(1 ()(FP答：对wC=1.2%的合金%3 .82%1000218. 069. 62 . 169. 6)(%7 .17%100)(1 ()(3CFe相组成：组织组成：%7 .92%10077. 069. 62 . 169. 6)(P%3 . 7%100)(1 ()(3pCFe2.分析wC=3.5%，wC=4.7%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程，画

10、出冷却曲线和组织转化示意图，并分别计算室温下的组织组成物及相组成物答：对wC=3.5%的合金%8 .47%1000218. 069. 65 . 369. 6)(%2 .52%100)(1 ()(3CFe相组成：组织组成：%5 .36%10011. 23 . 45 . 33 . 4)(A%3 . 8%5 .3677. 069. 677. 011. 2)(3CFe%4 .63%100)(1 ()(ALd%2 .28)(%5 .36)(3CFeP答：对wC=4.7%的合金%8 .29%1000218. 069. 67 . 469. 6)(%2 .70%100)(1 ()(3CFe相组成：组织组成：%

11、7 .16%1003 . 469. 63 . 47 . 4)(3ICFe%3 .83%100)(1 ()(3ICFeLd6.利用Fe-Fe3C相图说明铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系力学性能：强度、硬度、塑性和冲击韧性随含碳量的变化；工艺性能：切削加工性、可锻性和铸造性等。(P121)成分与组织：第6章1.锌单晶体试样截面积A=78.5mm2，经拉伸试验测得的有关数据如下表：1)根据以上数据求出临界分切应力并填入上表。2)求出屈服载荷下的取向因子，作出取向因子和屈服应力的关系曲线，说明取向因子对屈服应力的影响。屈服载荷/N620252184148174273525角/（）8372.5624

12、8.530.517.65角/（）25.5263466374.882.5k/MPa0.8690.8670.8670.8670.8670.8690.869coscos0.1100.2700.3700.4600.3910.2500.130s/MPa7.8983.2102.3441.8852.2173.4786.688由图可知，取向因子越大，对应屈服应力越小第9章9.比较珠光体、索氏体、托氏体和回火马氏体、回火索氏体、回火托氏体的组织和性能。 珠光体是由过冷奥氏体在A1550之间直接分解而得到的铁素体与渗碳体组成的机械混合物。随着温度降低，奥氏体过冷度增大，铁素体和渗碳体形核率增大，同时铁、碳原子扩散

13、速率随温度降低而降低，从而在较低的温度下得到的铁素体与渗碳体片层厚度将减小。 根据片间距大小可分为珠光体、索氏体和托氏体：珠光体(P)是在A1650温度范围内形成的，它的片间距大约为0.61.0um; 索氏体( S )是 在650600范围内形成的，其片间距约为0.250.3um; 托氏体 ( T )是 在600550范围内形成的，其片间距极细，约为0.10.15um。 珠光体性能主要取决于珠光体的片间距，珠光体的硬度和断裂强度都随片间距的减小而增大(相界对位错运动有阻碍作用)；同时，片间距越小，渗碳体片越薄，越容易随同铁素体一起变形而不脆断，增大了钢的塑性变形能力，所以塑性和韧性也越好。回火马氏体：在350以下回火时，马氏体分解后形成的相和弥散的-碳化物组成的复相组织。但回火马氏体的相仍呈过饱和，只是碳的过饱和度有所降低。由于它是两相组织，较淬火马氏体容易腐蚀，在金相显微镜下呈黑色针状组织。回火马氏体具有高硬度，且韧性比马氏体高。回火托氏体：当回火温度升高到400时，淬火M完全分解， 相达到平衡碳浓度，但相仍保持针状外形，碳化物全部转变为-碳化物。这种由针状相和与其无共格联系的细小粒状与片状渗碳体组成的机械混合物称为回火托氏体。回火托氏体的硬度比回火马氏体低，韧性比回