材料物理导论课后答案（熊兆贤）第六章习题参考解答

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材料物理导论课后答案（熊兆贤）第六章习题参考解答 本文简介：第六章材料的声学1、声振动作为一个宏观的物理现象，满足三个基本物理定律：牛顿第二定律、质量守恒定律和绝热压缩定律，由此分别可以推导出介质运动方程（p-V关系）、连续性方程(V-)和物态方程（p-关系），并由此导出声波方程――p,V和等对空间、时间坐标的微分方程。2、若声波沿x方向传播，而在yz平面上

材料物理导论课后答案（熊兆贤）第六章习题参考解答 本文内容：

第六章

材料的声学

1、

声振动作为一个宏观的物理现象，满足三个基本物理定律：牛顿第二定律、质量守恒定律和绝热压缩定律，由此分别可以推导出介质运动方程（p-V关系）、连续性方程(V-)和物态方程（p-关系），并由此导出声波方程――p,V和等对空间、时间坐标的微分方程。

2、

若声波沿x方向传播，而在yz平面上各质点的振幅和相位均相同，则为平面波

3、

4、(略)

5、

主要措施：

a)

生产噪音小的车辆;

b)

铺设摩擦噪音小的路面（诸如：

使用改性沥青材料、形成合适路面纹路）；

c)

在城市交通干道两旁设置吸音档墙（选用吸音材料、采用吸音结构）；

d)

最好把城市交通干道修建在地下（实例：法国巴黎和美国波士顿的部分交通干道）。

6、

声信号在海洋中传播时，会发生延迟、失真和减弱，可用传播损失来表示声波由于扩展和衰减引起的损失之和。其中，扩展损失时表示声信号从声源向外扩展时有规律地减弱的几何效应，它随着距离的对数而变化；而衰减损失包括吸收、散射和声能漏出声道的效应，它随距离的对数而变化。

柱面扩展引起的损失随距离一次方而增加，声波在海水中长距离传播时对应于柱面扩展。

海水中的声吸收比纯水中大得多，在海水中声吸收由三种效应引起：一是切变黏滞性效应，另一是体积黏滞性效应，以及在100kHz下，海水中MgSO4分子的离子驰豫引起的吸收。

7、

水声材料主要用于制作各种声源发射器和水听器，曾用过水溶性单晶、磁致伸缩材料和压电陶瓷材料，随着水声换能器技术的发展，要求具有功率大、频率常数低、时间和温度稳定性好、强电场下性能好以及能承受动态张应力大的材料。

8、

产生超声波的材料主要有两大类：

a)

压电晶体和陶瓷是产生超声波的一类重要的材料；

b)

磁致伸缩材料为另一类超声波发生材料。

9、

次声的特点为：

1）频率低于25Hz，人耳听不到

2）次声在大气中因气体的黏滞性和导热性引起的声能吸收比一般声波小得多

3）吸收系数与周期T和大气压力的关系：

4）次声受水汽以及障碍物的散射影响更小，可忽略不计

5）次声是一种平面波，沿着地球表面平行的方向传播，次声对人体有影响，会使人产生不舒服的感觉

6）频率小于7Hz的次声与大脑的节律频率相同，因此对大脑的影响特别大，功率强大的次声还可能严重损坏人体的内部器官。

篇2：《材料物理性能》课后习题答案

《材料物理性能》课后习题答案 本文关键词：课后，习题，答案，材料，物理性能

《材料物理性能》课后习题答案 本文简介：课后习题《材料物理性能》第一章材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。解：由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应

《材料物理性能》课后习题答案 本文内容：

课后习题

《材料物理性能》

第一章材料的力学性能

1-1一圆杆的直径为2.5

mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。

解：

由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。

1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3

(E

=

380

GPa)和5%的玻璃相(E

=

84

GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5

%的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令E1=380GPa,E2=84GPa,V1=0.95,V2=0.05。则有

当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E0(1-1.9P+0.9P2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3

GPa和293.1

GPa。

1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t

=

0,t

=

和t

=

时的纵坐标表达式。

解：Maxwell模型可以较好地模拟应力松弛过程：

Voigt模型可以较好地模拟应变蠕变过程：

以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。如采用四元件模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。

Fτ

τ

Nτ

60°

53°

Ф3mm

1-11一圆柱形Al2O3晶体受轴向拉力F，若其临界抗剪强度τf为135

MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。

解：

第二章

脆性断裂和强度

2-1

求融熔石英的结合强度，设估计的表面能力为1.75J/m2;

Si-O的平衡原子间距为1.6*10-8cm;弹性模量从60到75Gpa

=

2-2

融熔石英玻璃的性能参数为：E=73

Gpa；γ=1.56

J/m2；理论强度σth=28

Gpa。如材料中存在最大长度为2μm的内裂，且此内裂垂直于作用力方向，计算由此导致的强度折减系数。

2c=2μm

c=1*10-6m

=

强度折减系数=1-0.269/28=0.99

2-5

一钢板受有长向拉应力350MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm(=2c)。此钢材的屈服强度为1400

MPa，计算塑性区尺寸r0及其裂缝半长c的比值。讨论用此试件来求KIC值的可能性。

==39.23Mpa.m1/2

>0.021

用此试件来求KIC值的不可能。

2-6

一陶瓷零件上有一垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：（1）2mm;(2)0.049mm;(3)2

um,分别求上述三种情况下的临界应力。设此材料的断裂韧性为1.62MPa.m2。讨论讲结果。

解：

Y=1.12=1.98

=

(1)

c=2mm,(2)

c=0.049mm,(3)

（3）c=2um,2-4

一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图。如果E=380

Gpa，μ=0.24，求KIc值，设极限荷载达50Kg。计算此材料的断裂表面能。

解

c/W=0.1,Pc=50*9.8N,B=10,W=10，S=40

代入下式：

=

=62*（0.917-0.145+0.069-0.012+0.0012）

=1.96*0.83==1.63Pam1/2

J/m2

第三章

材料的热学性能

2-1

计算室温（298K）及高温（1273K）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。

（1）

当T=298K，Cp=a+bT+cT-2=87.55+14.96*10-3*298-26.68*105/2982

=87.55+4.46-30.04

=61.974.18J/mol.K

（2）

当T=1273K，Cp=a+bT+cT-2=87.55+14.96*10-3*1293-26.68*105/12732

=87.55+19.34-1.65

=105.24*4.18J/mol.K=438.9

J/mol.K

据杜隆-珀替定律：(3Al2O3.2SiO4)

Cp=21*24。94=523.74

J/mol.K

2-2

康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/(cm.s.℃);

α=4.6*10-6/℃;σp=7.0Kg/mm2.E=6700Kg/mm2,μ=0.25.求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。

第一冲击断裂抵抗因子：

=

=170℃

第二冲击断裂抵抗因子：

=170*0.021=3.57

J/(cm.s)

2-3

一热机部件由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184J/(cm.s.℃)，最大厚度=120mm.如果表面热传递系数h=0.05

J/(cm2.s.℃),假定形状因子S=1，估算可兹应用的热冲击最大允许温差。

解：

=226*0.184

==447℃

第四章

材料的光学性能

3-1．一入射光以较小的入射角i和折射角r通过一透明明玻璃板,若玻璃对光的衰减可忽略不计,试证明明透过后的光强为(1-m)2

解：

W

=

W’

+

W’’

其折射光又从玻璃与空气的另一界面射入空气

则

3-2

光通过一块厚度为1mm

的透明Al2O3板后强度降低了15%，试计算其吸收和散射系数的总和。

解:

第五章

材料的电导性能

4-1

实验测出离子型电导体的电导率与温度的相关数据，经数学回归分析得出关系式为：

(1)

试求在测量温度范围内的电导活化能表达式。

(2)

若给定T1=500K，σ1=10-9（

T2=1000K，σ2=10-6（

计算电导活化能的值。

解：（1）

=

=

W=

式中k=

（2）

B=-3000

W=-ln10.(-3)*0.86*10-4*500=5.94*10-4*500=0.594eV

4-3本征半导体中，从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴参与电导。激发的电子数n可近似表示为：，式中N为状态密度，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度。试回答以下问题：

（1）设N=1023cm-3,k=8.6”*10-5eV.K-1时,Si(Eg=1.1eV),TiO2(Eg=3.0eV)在室温（20℃）和500℃时所激发的电子数（cm-3）各是多少：

（2）半导体的电导率σ（Ω-1.cm-1）可表示为，式中n为载流子浓度（cm-3），e为载流子电荷（电荷1.6*10-19C）,μ为迁移率（cm2.V-1.s-1）当电子（e）和空穴（h）同时为载流子时，。假定Si的迁移率μe=1450（cm2.V-1.s-1），μh=500（cm2.V-1.s-1），且不随温度变化。求Si在室温（20℃）和500℃时的电导率

解：（1）

Si

20℃

=1023*e-21.83=3.32*1013cm-3

500℃

=1023*e-8=2.55*1019

cm-3

TiO2

20℃

=1.4*10-3

cm-3

500℃

=1.6*1013

cm-3

(2)

20

℃

=3.32*1013*1.6*10-19(1450+500)

=1.03*10-2（Ω-1.cm-1）

500℃

=2.55*1019*1.6*10-19(1450+500)

=7956

（Ω-1.cm-1）

4-2.

根据缺陷化学原理推导

（1）ZnO电导率与氧分压的关系。

（4）讨论添加Al2O3对NiO电导率的影响。

解：（1）间隙离子型：

或

（4）添加Al2O3对NiO：

添加Al2O3对NiO后形成阳离子空位多，提高了电导率。

第六章

材料的功能转换性能

6-1

金红石（TiO2）的介电常数是100，求气孔率为10%的一块金红石陶瓷介质的介电常数。

6-2

一块1cm*4cm*0.5cm的陶瓷介质，其电容为2.4-6μF,损耗因子tgδ为0.02。求：①相对介电常数；②损耗因素。

6-3

镁橄榄石(Mg2SiO4)瓷的组成为45%SiO2,5%Al2O3和50%MgO,在1400℃烧成并急冷（保留玻璃相），陶瓷的εr=5.4。由于Mg2SiO4的介电常数是6.2，估算玻璃的介电常数εr。（设玻璃体积浓度为Mg2SiO4的1/2）

6-4

如果A原子的原子半径为B的两倍，那么在其它条件都是相同的情况下，原子A的电子极化率大约是B的多少倍？

6-5

为什么碳化硅的电容光焕发率与其折射率的平方n2相等

第七章

材料的磁学性能

1自发磁化的物理本质是什么?材料具有铁磁性的充要条件是什么?

答:

铁磁体自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用

材料具有铁磁性的充要条件为:

1)

必要条件:材料原子中具有未充满的电子壳层,即原子磁矩

2)

充分条件:交换积分A

>

0

2.用能量的观点说明铁磁体内形成磁畴的原因

答:根据热力学定律,稳定的磁状态一定是对应于铁磁材料内总自由能极小值的状态.磁畴的形成和稳定的结构状态,也是对应于满足总的自由能为极小值的条件.对于铁材料来说，分成磁畴后比分成磁畴前能量缩小,故铁磁材料自发磁化后必然分成小区域的磁畴,使总自由能为最低,从而满足能量最低原理.可见,退磁场能是形成磁畴的原因

9

/

10

篇3：中南大学材料科学基础课后习题

中南大学材料科学基础课后习题 本文关键词：材料科学，课后，习题，中南大学，基础

中南大学材料科学基础课后习题 本文简介：第一章原子排列与晶体结构1.fcc结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是,晶胞中原子数为，把原子视为刚性球时，原子的半径r与点阵常数a的关系是；bcc结构的密排方向是，密排面是,致密度为,配位数是,晶胞中原子数为，原子的半径r与点阵常数a的关系是；hcp结构的密排方向是，

中南大学材料科学基础课后习题 本文内容：

第一章

原子排列与晶体结构

1.

fcc结构的密排方向是

，密排面是

，密排面的堆垛顺序是

，致密度为

，配位数是,晶胞中原子数为

，把原子视为刚性球时，原子的半径r与点阵常数a的关系是

；bcc结构的密排方向是

，密排面是,致密度为,配位数是,晶胞中原子数为

，原子的半径r与点阵常数a的关系是

；hcp结构的密排方向是

，密排面是

，密排面的堆垛顺序是

，致密度为

，配位数是,，晶胞中原子数为

，原子的半径r与点阵常数a的关系是

。

2.

Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是

，每个晶胞中八面体间隙数为

，四面体间隙数为

。

3.

纯铁冷却时在912e

发生同素异晶转变是从

结构转变为

结构，配位数

，致密度降低

，晶体体积

，原子半径发生

。

4.

在面心立方晶胞中画出晶面和晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。在hcp晶胞的（0001）面上标出晶面和晶向。

5.

求和两晶向所决定的晶面。

6

在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知铅为fcc面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm。

第二章

合金相结构

一、

填空

1）

随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度

，塑性

，导电性

，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数

。

2）

影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1）

；（2）

；（3）

；（4）

和环境因素。

3）

置换式固溶体的不均匀性主要表现为

和

。

4）

按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为

和

。

5）

无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度

，塑性

，导电性

。

6）间隙固溶体是

，间隙化合物是

。

二、

问答

1、

分析氢，氮，碳，硼在a-Fe

和g-Fe

中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。已知元素的原子半径如下：氢：0.046nm，氮：0.071nm，碳：0.077nm，硼：0.091nm，a-Fe：0.124nm，g-Fe

：0.126nm。

2、简述形成有序固溶体的必要条件。

第三章

纯金属的凝固

1.

填空

1.

在液态纯金属中进行均质形核时，需要

起伏和

起伏。

2

液态金属均质形核时，体系自由能的变化包括两部分，其中

自由能是形核的阻力，

是形核的动力；临界晶核半径rK与过冷度vT关系为

，临界形核功vGK等于

。

3

动态过冷度是指

。

4

在工厂生产条件下，过冷度增大，则临界晶核半径

，金属结晶冷却速度越快，N/G比值

，晶粒越

。

5.

获得非晶合金的基本方法是

。

二、

问答

1

根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。

2

试根据凝固理论，分析通常铸锭组织的特点。

3

简述液态金属结晶时，过冷度与临界晶核半径，形核功及形核率的关系。

4

铜的熔点Tm=1356K，熔化热vHm=1628J/cm2，s=177×10－7J/cm，点阵常数a=0.3615nm。求铜vT=100e

时均匀形核的临界核心半径。

5：何谓过冷，过冷度，动态过冷度，它们对结晶过程有何影响？

6

根据冷却速度对金属凝固后组织的影响，现要获得微晶，非晶，亚稳相，请指出其凝固时如何控制。

7、简述纯金属凝固时润湿角θ、杂质颗粒的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。

第四章

二元合金相图与合金凝固

一、填空

1.

固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有

起伏。

2.

按液固界面微观结构，界面可分为

和

。

3.

液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是

，光滑界面晶体的长大机制是

和

。

4

在一般铸造条件下固溶体合金容易产生

偏析，用

热处理方法可以消除。

5

液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈

状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为

状。

6.

靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为

。

7

固溶体合金凝固时，溶质分布的有效分配系数ke=

，当凝固速率很大时ke趋于

。

8.

在二元相图中，L1→a+L2叫

反应，b→L+a称为

转变，而反应a１—a２＋b称为

反应，a+b?g称为

反应。

9

Fe-Fe3C相图中含碳量小于

为钢，大于

为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由

和

两个基本相组成；根据溶质原子的位置，奥氏体其晶体结构是

，是

固溶体，铁素体是

，其晶体结构是

，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含量是

；珠光体的含碳量是

，它是由

和

组成的两相混合物；莱氏体的含碳量是

；在常温下，亚共析钢的平衡组织是

，过共析钢的平衡组织是

，亚共晶白口铸铁的平衡组织是

，莱氏体的相组成物是

，变态莱氏体的相组成物是

，Fe3CI是从

中析出的，Fe3CII是从

中析出的，Fe3CIII是从

中析出的，它们的含碳量为

，Fe3C主要性能特点是

，A共析反应后的生成物称为

。

2

问答

1

如图4-1所示为Ni-Al相图

1）

填出相图中各相区的平衡相；

2）

指出图中的稳定化合物和不稳定化合物；

3）

写出图中存在的恒温反应，指明反应类型；

4）

指出含Ni

30%(重量)的合金在平衡冷却时的相变过程，计算室温下的相组成与组织组成，并计算出其中组织组成物的百分数。

5）

试说明含Ni89%（重量）的Ni-Al合金其平衡凝固与非平衡凝固后的显微组织的不同。

6）

设X合金平衡凝固完毕时的组织为a（Al）初晶+(a+b)共晶，其中a初晶占80%，则此合金中Ni组元的含量是多少？

7）

绘出1500e

时Al-Ni合金系的自由能—成分曲线示意图。

2

根据Cu-Sn相图（图4-2），Cu为fcc结构。回答下列问题：

1）a相为何种晶体结构？

2）计算212℃时Cu-90%Sn合金在TE温度时（共晶反应前）的平衡分配系数。

3）Cu-13.47%Sn合金在正常条件下凝固后，a相的晶界上出现少量b相，其原因何在？如何消除b相？

4）分析Cu-70%Sn合金平衡凝固过程，并计算共晶反应刚完毕时相组成物和组织组成物的相对含量。

5）画出Cu-Sn系合金在450℃时各相自由能---成分曲线示意图。

3

如图4-3为Mg-Y相图

1）

填相区组成，写出相图上等温反应及Y=5%wt时的合金K在室温时的平衡组织。

2）

已知Mg为hcp结构，试计算Mg晶胞的致密度；

3）

指出提高合金K强度的可能方法

4）

简述图中Y=10%wt之合金可能的强化方法。

4

试说明纯Al和铝－铜单相固溶体结晶的异同。

5

根据4-4的铁碳亚稳平衡相图回答下列问题：

1）

写出下列Fe3CII含量最多的合金；珠光体含量最多的合金；莱氏体含量最多的合金。

2）

指出此二元系中比较适合做变形合金和铸造合金的成分范围。

3）

如何提高压力加工合金的强度。

4）

标注平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。

5）

分析Fe-1%C合金的平衡凝固过程，并计算室温下其中相组成物和组织组成物的百分含量，

6）

分析Fe-1%C合金在亚稳冷却转变和淬火冷却转变后组织的差异。

7）

根据Fe-Fe3C状态图确定下列三种钢在给定温度下的显微组织（填入表中）

含碳量

温度

显微组织

温度

显微组织

0.4

770℃停留一段时间

P+F

900℃

A+F

0.77

680℃

P

刚达到770℃

A

1.0

700℃

P+Fe3CⅡ

刚达到770℃

A+Fe3C

8)

画出1200℃时各相的自由能---成分曲线示意图。

图4-5

图4-6

6：A为金属元素，B为非金属元素，形成二元相图如图4-5：

1）画出Ⅱ合金平衡冷却曲线以及平衡结晶后组织示意图，计算其室温下相组成物及组织组成物相对含量。

2）试分析不同冷却速度对下图中Ⅰ合金凝固后显微组织的影响。

3）Ⅰ合金在工业条件冷凝后如对合金进行扩散退火，应如何确定退火温度。

7：简述典型金属凝固时，固/液界面的微观结构，长大机制，晶体在正温度梯度下、负温度梯度下成长时固/液界面的形态。

8：根据Pb-Bi相图（图4－6）回答下列问题：

1）

把空相区填上相的名称。

2）

设X合金平衡凝固完毕时的相组成物为b和(Bi)，其中b相占80%，则X合金中Bi组元的含量是多少？

3）

设Y合金平衡凝固完毕时的组织为(Bi)初晶+[b+（Bi）]共晶，且初晶与共晶的百分含量相等，则此合金中Pb组元的含量是多少？

4）

Pb-30%Bi合金非平衡凝固后室温下组织与平衡凝固组织有何不同。

第五章

三元合金相图

图8

1

根据Fe－C－Si的3.5%Si变温截面图（5－1），写出含0.8%C的Fe-C-Si三元合金在平衡冷却时的相变过程和1100℃时的平衡组织。

2

图5－2为Cu-Zn-Al合金室温下的等温截面和2%Al的垂直截面图，回答下列问题：

1）

在图中标出X合金（Cu-30%Zn-10%Al）的成分点。

2）

计算Cu-20%Zn-8%Al和

Cu-25%Zn-6%Al合金中室温下各相的百分含量，其中α相成分点为Cu-22.5%Zn-3.45%Al，γ相成分点为Cu-18%Zn-11.5%Al。

3）

分析图中Y合金的凝固过程。

3

如图5－3是A-B-C三元系合金凝固时各相区，界面的投影图，A、B、C分别形成固溶体α、β、γ。

1）

写出，和单变量线的三相平衡反应式。

2）

写出图中的四相平衡反应式。

3）

说明O合金凝固平衡凝固所发生的相变。

4

图5－4为Fe-W-C三元系的液相面投影图。写出e1→1085℃，P1→1335℃，P2→1380℃单变量线的三相平衡反应和1700℃，1200℃，1085℃的四相平衡反应式。I，II，III三个合金结晶过程及室温组织，选择一个合金成分其组织只有三元共晶。

5

如图5－5为Fe-Cr-C系含13%Cr的变温截面

１）大致估计2Cr13不锈钢的淬火加热温度（不锈钢含碳量０.２％,含Cr量13％）

２）指出Cr13模具钢平衡凝固时的凝固过程和室温下的平衡组织（Cr13钢含碳量2%）

３）写出（１）区的三相反应及７９５e

时的四相平衡反应式。

6

如图5－6所示，固态有限溶解的三元共晶相图的浓度三角形上的投影图，试分析IV区及VI区中合金之凝固过程。写出这个三元相图中四相反应式。

。

图5－7

7

分析如图5－7所示的三元相图，该合金中E点成分为27Pb18Sn55Bi，γ相成分取100％Bi。

1）指出这个三元系的初晶面，写出四相平衡反应式；

2）分析该三元合金系中1，2，3，4合金平衡结晶过程；

3）要配制一个初晶为γ，具有三元共晶而无二元共晶且γ/三元共晶=0.5的合金，计算该合金的成分。

第六章

空位与位错

一、

名词解释

空位平衡浓度，位错，柏氏回路，P-N力，扩展位错，堆垛层错，弗兰克-瑞德位错源，

奥罗万机制，科垂耳气团，面角位错，铃木气团，多边形化

二、

问答

1

fcc晶体中，层错能的高低对层错的形成、扩展位错的宽度和扩展位错运动有何影响？层错能对金属材料冷、热加工行为的影响如何？

2.

在铝单晶体中（fcc结构），

1）

位错反应?]+能否进行？写出反应后扩展位错宽度的表达式和式中各符号的含义；若反应前的是刃位错，则反应后的扩展位错能进行何种运动？能在哪个晶面上进行运动？若反应前的是螺位错，则反应后的扩展位错能进行何种运动？

2）

若（1，1，1）面上有一位错，与面上的位错发生反应，如图6－1。写出位错反应方程式，说明新位错的性质，是否可动。

3）

写出（111）与（111）两个滑移面上两全位错所分解为肖克莱不全位错的两个反应式。

4）

如果两扩展位错运动，当它们在两个滑移面交线AB相遇时，两领先不全位错为和，两领先位错能否发生反应，若能，求新位错柏氏矢量；分析新形成位错为何种类型位错，能否自由滑移，对加工硬化有何作用。

3

螺旋位错的能量公式为。若金属材料亚晶尺寸为R=10-3~10-4cm，r0约为10-8cm，铜的G＝4×106N/cm2，b＝2.5×10－8cm。

（1）试估算Es

（2）估算Cu中长度为1个柏氏矢量的螺型位错割阶的能量。

4

平衡空位浓度与温度有何关系？高温淬火对低温扩散速度有何影响？

5

已知Al的空位形成能为0.76eV，问从27e

升温到627e

时空位浓度增加多少倍（取系数A=1）

6

在一个刃型位错附近放置另一个与之平行同号的另一个刃型位错，其位置如图6－2所示1，2，3，问它们在滑移面上受力方向如何？

？

1

2

3

图6－2

7、位错对金属材料有何影响？

第七章

金属塑性变形

一

名词解释

固溶强化，应变时效，孪生，临界分切应力，变形织构

二

问答

1

单相合金的冷塑性变形与纯金属的室温塑性变形相比，有何特点。

2

金属晶体塑性变形时，滑移和孪生有何主要区别？

3

A-B二元系中，A晶体结构是bcc，形成α固溶体，B晶体结构是fcc，形成β固溶体，A与B形成h相，其晶体结构是hcp：

1）

指出a，b，h三个相的常见滑移系；

2）

绘出它们单晶变形时应力-应变曲线示意图，试解释典型低层错能面心立方单晶体的加工硬化曲线，并比较与多晶体加工硬化曲线的差别。

4

简述冷加工纤维组织、带状组织和变形织构的成因及对金属材料性能的影响。

5

为什么金属材料经热加工后机械性能较铸造态好。

6

何为加工硬化？列出产生加工硬化的各种可能机制。（不必说明），加工硬化现象在工业上有哪些作用？

7

铝单晶体拉伸时，其力轴为[001]，一个滑移系的临界分切应力为0.79MN/m2，取向因子COSfCOSl=0.41,试问有几个滑移系可同时产生滑移？开动其中一个滑移系至少要施加多大的拉应力？

9

简要说明第二相在冷塑性变形过程中的作用。

10

讨论织构的利弊及控制方法。

11

叙述金属和合金在冷塑性变形过程中发生的组织性能的变化。

12

图7－1所示低碳钢的三条拉伸曲线，1－塑性变形；2－去载后立即再行加载；3－去载后时效再加载。试回答下列问题：

1）

解释图示曲线2无屈服现象和曲线3的屈服现象。

2）

屈服现象对金属变形制件表面质量有何影响，如何改善表面质量。

图7－1

13

退火纯Fe，其晶粒尺寸d=1/4mm时，其屈服点ss=100MNm-2；d=1/64mm时ss=250MNm-2。d=1/16mm时，根据霍尔—配奇公式求其ss为多少？

第八章

回复与再结晶

1

名词

变形织构与再结晶织构，再结晶全图，冷加工与热加工，带状组织，加工流线，动态再结晶，临界变形度，二次再结晶，退火孪晶

2

问答

1

再结晶与固态相变有何区别？

2

简述金属冷变形度的大小对再结晶形核机制和再结晶晶粒尺寸的影响。

3

灯泡中W丝在高温下工作，发生显著晶粒长大性能变脆，在热应力作用下破断，试找出两种延长钨丝寿命的方法？

4

户外用的架空铜导线（要求一定的强度）和户内电灯用花线，在加工之后可否采用相同的最终热处理工艺？为什么？

5

纯铝经90%冷变形后，取三块试样分别加热到70e

，150e

，300e

，各保温一小时后空冷，纯铝的熔点为660e。

1）

分析所得组织，画出示意图；

2）

说明它们强度、硬度的高低和塑性方面的区别并简要说明原因。

7

今有工业纯钛、纯铝和纯铅铸锭，试问如何选择它们的轧制开坯温度？开坯后，将它们在室温（20℃）进行轧制，它们的塑性谁好谁坏？为什么？它们在室温下可否连续轧制下去？钛、铅、铝分别怎样才能轧成很薄的带材？

已知：工业纯金属的再结晶温度T再=（0.3-0.4）T熔，钛熔点1672℃，883℃以下为hcp，883℃以上为bcc；铝熔点为660℃，fcc结构（面心立方）；铅熔点为327℃，fcc结构（面心立方）。

8

试说明晶粒大小对金属材料室温及高温力学性能的影响，在生产中如何控制材料的晶粒度。

9

如何提高固溶体合金的强度

10

试用位错理论解释固溶强化，弥散强化，以及加工硬化的原因。

第九章

表面与界面

1

名词

正吸附，晶界能，小角度晶界，晶界偏析

2

问答

1

试说明界面对复合材料结合强度的影响。

2

试述晶界的特性。

3

分析晶界能的变化。

4

分析影响晶界迁移的因素。

第十章

原子扩散

1、

简要说明影响溶质原子在晶体中扩散的因素。

2、Ni板与Ta板中有0.05mm厚MgO板作为阻挡层，1400℃时Ni＋通过MgO向Ta中扩散，此时Ni＋在MgO中的扩散系数为D=9×10－12cm2/s，Ni的点阵常数为3.6×10－8cm。问每秒钟通过MgO阻挡层在2×2cm2的面积上扩散的Ni＋数目，并求出要扩散走1mm厚的Ni层需要的时间。

3、对含碳0.1％齿轮气体渗碳强化，渗碳气氛含碳1.2％，在齿轮表层下0.2cm处碳含量为0.45%时齿轮达到最佳性能。已知铁为FCC结构，C在Fe中的D0＝0.23，激活能Q＝32900cal/mol，误差函数如表10－1。

1）试设计最佳渗碳工艺；

2）在渗碳温度不变，在1000℃时渗碳，要将渗碳厚度增加1倍，即要求在其表面下0.4cm处渗碳后碳含量为0.45%所需渗碳时间。

表10－1

与erf()的对应值

erf()

erf()

erf()

0.0

0.0000

0.7

0.6778

1.4

0.9523

0.1

0.1125

0.8

0.7421

1.5

0.9661

0.2

0.2227

0.9

0.7969

1.6

0.9763

0.3

0.3286

1.0

0.8247

1.7

0.9838

0.4

0.4284

1.1

0.8802

1.8

0.9891

0.5

0.5205

1.2

0.9103

1.9

0.9928

0.6

0.6039

1.3

0.9340

2.0

0.9953

4

一块厚度10毫米，含碳量0.77%的钢在强脱碳气氛中加热到800℃，然后缓慢冷却，试指出试样从表面到心部的组织分布。

5

一块用作承载重物的低碳钢板，为提高其表面硬度采用表面渗碳，试分析：

1)

渗碳为什么在g-Fe中进行而不在a-Fe中进行，即渗碳温度选择要高于727e

，为什么？

2)

渗碳温度高于1100e

会出现什么问题？

6

铜-锌基单相固溶体进行均匀化处理，试讨论如下问题：

1)

在有限时间内能否使枝晶偏析完全消失？

2)

将此合金均匀化退火前进行冷加工，对均匀化过程是加速还是无影响？说明理由。

7

原子扩散在材料中的应用

8

何谓上坡扩散，举两个实例说明金属中上坡扩散现象。

9、简述固溶体合金的扩散机制