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1、材料科学基础习题 叶荷 11及材料班 2013-1-10第三章 二元合金相图和合金的凝固一、名词：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。共晶转变：在一定温度下，由定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，

2、形成另一个一定成分的固相的转变过程。成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。二、简答：1. 固溶体合金结晶特点？答：异分结晶；需要一定的温度范围。2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？答：溶质平衡分配系数k0；溶质原子扩散能力；冷却速度。3. 影响成分过冷的因素？答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。4. 相图分折有哪几步？答：以稳定化合物为独立组元分割相图并分析；熟悉相区及相；确定三相平衡转变性质。 三、绘图题绘图表示铸锭宏观组织三晶区。四、书后习题 1、何谓相图？有何用途？答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度

3、下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。2、什么是异分结晶？什么是分配系数？答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除？答：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。影响因素：1）分配系数k0：当k01时

4、，k0越大，偏析也越大。2）溶质原子扩散能力，溶质原子扩散能力大，则偏析程度较小；反之，则偏析程度较大。3）冷却速度，冷却速度越大，晶内偏析程度越严重。对金属性能的影响：使合金的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著降低，甚至使合金不容易压力加工。也使合金的抗蚀性能降低。消除办法：扩散退火或均勺化退火6、何谓共晶反应和包晶反应？写出反应式。答：共晶反应：在一定温度下，由定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。包晶反应：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。8、什么是成分过冷？答：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。9、试述纯金属与

5、固溶体合金结晶过程中形核、长大的条件及方式有何异同？答：纯金属结晶过程中的形核、长大的条件：要满足结构起伏、能量起伏。固溶体合金结晶过程中的形核、长大的条件：要满足结构起伏、能量起伏和成分起伏。固溶体合金结晶是在一定的温度范围的异分结晶，纯金属结晶是在一定温度下的同分结晶。 10、何谓相组成物和组织组成物？画出冷却曲线分析w(Sn)=70%Pb-Sn合金的平衡结晶过程，并计算室温下该合金相组成物和组织组成物的相对含量。答：相组成物：组成合金的各相组织组成物：在显微组织中能清楚地区分开，是组成显微组织的独立部分。冷却曲线：平衡结晶过程：当合金I缓慢冷却到1点时，开始从液相中结晶出固溶体。在12点

6、温度范围内，随着温度的降低，固溶体的数量不断增多，而液相的数量不断减少，它们的成分分别沿固相线BN和液相线BE发生变化。2点时，相和剩余液相的成分分别到达N点和E点。在温度tE、成分为E点的液相便发生共晶转变。在2点以下继续冷却时，将从相(包括先共晶相和共晶组织中的相)和a (共晶组织中的)分别析出次生相bII和aII。室温下该合金相组成物的相对含量：组织组成物的相对含量：b+aII+共晶组织（a+b）13、何谓共析转变？与共晶转变比较有何异同？答：共析转变：一定成分的固相在一定温度下分解为另外两个一定成分的固相的转变过程。相同点：都是由一个相分解为两个相的三相恒温转变，三相成分点在相图上的分

7、布是一样的。不同点：共析反应的反应相是固相，而共晶反应的反应相是液相。共析组织比共晶组织致密。第3章二元合金相图和合金的凝固复习题纲重点：二元相图的结晶过程（冷却曲线、组织变化示意图）；填写相组成物、组织组成物；杠杆定律的计算；铸锭的三个晶区。一、选择题1.二元合金在进行共晶反应时为_c_相平衡共存。a单 b双 c三 d多2.铸造性能最佳的合金应该是_c_成分的合金。a 固溶体 b亚共晶 c共晶 d过共晶3.在金属或合金中凡是具有_b_并与其他部分有界面分开的，均匀的组成部分，均称之为相。a相同成分，不同晶体结构 b相同成分，相同晶体结构c 不同成分，相同晶体结构 4.相图是表示合金系中合金在

8、_b_条件下各相的存在状态与温度，成分间的关系的图解。a 常压 b平衡 c 较慢冷却 d较慢加热5.在实际冷却速度_b_的条件下，以树枝晶方式结晶的固溶体中，先后结晶的树枝状晶体内化学成分不均匀的现象，称为枝晶偏析。a 较慢 b 较快 c 适中 d极为缓慢6.在_b_下，由一定成分的液相，同时结晶出成分一定且不相同的两个固相的较变，称为共晶转变(或共晶反应)a连续降温条件 b一定温度c 一定冷却速度 d温度变化不大条件7.在一定温度下，由成分一定的_c_同时析出两种成分一定且不相同的_e_的转变，称为共析转变(或共析反应)a 气相 b液相 c 固相 d 新液相 e新固相8.在二元合金相图中，对

9、某已知成分合金应用杠杆定律时，首先必须明确是在_b_应用?然后必须进一步明确是在该区的_d_求解?接着要确定做为分母线及分子线段的杠杆长度。a 哪个单相区中 b 哪个两相区中 c哪种成分下d 哪个温度下 e什么压力下9.产生枝晶偏析的原因是由于_d_。a 液固相线间距很小，冷却缓慢 b液固相线间距很小，冷却速度大c 液固相线间距大，冷却缓慢 d液固相线间距大，冷却速度也大二、判断题(1)共晶转变和共析转变都是从单相中产生双相的转变，而且又是在恒温下进行，处于平衡状态的三相的成分都是固定不变的。( )(2)在二元合金系中，只有共晶成分的合金在结晶时才能发生共晶转变，其它任何成分的合金在结晶时都不

10、可能发生共晶转变。()(3)在二元合金系中，只有共析成分的合金在结晶时才能发生共析转变，其它任何成分的合金在结晶时都不可能发生共析转变。()(4)二元合金结晶过程中共晶转变和共析转变的反应式和转变产物都是相同的。( ) (5)在二元合金相图中，液相线与固相线之间的垂直距离(温度间隔)及其水平距离(成分间隔)比较大的合金，铸造时流动性比较好，偏析倾向及产生热裂纹的倾向均比较小。( )(6)在二元合金相图中，在三相平衡的水平线上，当转变正在进行时不能应用杠杆定律。但在转变尚未开始之前或转变刚刚完成后，在水平线上可以应用杠杆定律。( )(7)在二元合金相图中，固态下只要相、相有溶解度变化，那么整个+

11、两相区内各成分合金，室温下的平衡组织中均同时存在次生相，和。( ) 三.在图430所示相图中，请指(1) 水平线上反应的性质； (2) 各区域的组织组成物； (3) 分析合金I，II的冷却过程；() 室温下合金I，II的组织组成物的相对量表达式；7. (1) 高温区水平线为包晶线，包晶反应：Lj+kn 中温区水平线为共晶线，共晶反应：Ldg+h (2) 各区域组织组成物如图430中所示。 (3) I合金的冷却曲线和结晶过程如附图2.9所示。12，均匀的液相L。 23匀晶转变，L不断结晶出相。 33，发生包品反应L+。 34，剩余液相继续结晶为。 4，凝固完成，全部为。 45，为单一相，无变化。

12、 56，发生脱溶转变II。室温下的组织为+II。II合金的冷却曲线和结晶过程如附图2.10所示。 12，均匀的液相L。 23，结晶出初，随温度下降相不断析出，液相不断减少。 33，剩余液相发生共晶转变L+。 34，II，II，室温下的组织为。初+（+）共+II(4)室温时，合金I、II组织组成物的相对量可由杠杆定律求得。合金I：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 ，

13、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

14、子？已知铅为fcc面心立方结构，其原子半径R=0.17510-6mm。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

15、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.

16、 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=177107J/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、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

17、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/dX0（正温度梯度下），其固、液界面呈 状，dT/dX0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

18、a+L2叫 反应，bL+a称为 转变，而反应aab称为 反应，a+bg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

19、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

20、的自由能成分曲线示意图。 图4-1 图4-2 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。 图4-3 图4-43 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

21、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

22、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0.4770停留一段时间P+F 900A+F 0.77680P 刚达到770A 1.0700P+Fe3C 刚达到770A+Fe3C 8) 画出1200时各相的自由能-成分曲线示意图。 图4-5 图4-66：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合金凝固后显微组织的影响。3）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。

23、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46）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81 根据FeCSi的3.5%Si变温截面图（51），写出含0.8%C的Fe-C-Si三

24、元合金在平衡冷却时的相变过程和1100时的平衡组织。图512 图52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。Y2） 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，其中相成分点为Cu-22.5%Zn-3.45%Al，相成分点为Cu-18%Zn-11.5%Al。3） 分析图中Y合金的凝固过程。 图523 如图53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、。 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

25、应式。 3） 说明O合金凝固平衡凝固所发生的相变。 图53 图544 图54为Fe-W-C三元系的液相面投影图。写出e11085，P11335，P21380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55为Fe-Cr-C系含13%Cr的变温截面）大致估计2Cr13不锈钢的淬火加热温度（不锈钢含碳量., 含Cr量13）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%）写出（）区的三相反应及e 时的四相平衡反应式。 图55 图566 如图56所示，固态有限

26、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57 7 分析如图57所示的三元相图，该合金中E点成分为27Pb18Sn55Bi，相成分取100Bi。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，具有三元共晶而无二元共晶且/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

27、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61。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

28、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。图613 螺旋位错的能量公式为。若金属材料亚晶尺寸为R=10-310-4cm，r0约为10-8cm，铜的G4106N/cm2，b2.5108cm。（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，

29、其位置如图62所示1，2，3，问它们在滑移面上受力方向如何？123图627、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，形成固溶体，B晶体结构是fcc，形成固溶体，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

30、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？图719 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71所示低碳钢的三条拉伸曲线，1塑性变形；2去载后立即

31、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。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

32、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

33、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

34、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=91012cm2/s，Ni的点阵常数为3.6108cm。问每秒钟通过MgO阻挡层在22cm2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D00.23，激活能Q32900cal/mol，误差函数如表101。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，

35、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101 与erf()的对应值erf()erf()erf()0.00.00000.70.67781.40.95230.10.11250.80.74211.50.96610.20.22270.90.79691.60.97630.30.32861.00.82471.70.98380.40.42841.10.88021.80.98910.50.52051.20.91031.90.99280.60.60391.30.93402.00.99534 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

36、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第一章 原子排列与晶体结构6. 110， (111)， ABCABC， 0.74 ， 1

37、2 , 4 ， ； 111， (110) , 0.68 , 8 , 2 ， ； ， (0001) ， ABAB ， 0.74 ， 12 ， 6 ， 。7. 0.01659nm3 ， 4 ， 8 。8. FCC ， BCC ，减少 ，降低 ，膨胀 ，收缩 。9. 解答：见图1110. 解答：设所决定的晶面为（hkl），晶面指数与面上的直线uvw之间有hu+kv+lw=0，故有：h+k-l=0,2h-l=0。可以求得（hkl）（112）。6 解答：Pb为fcc结构，原子半径R与点阵常数a的关系为，故可求得a0.494910-6mm。则（100）平面的面积Sa20.2449260110-12mm2，

38、每个（100）面上的原子个数为2。所以1 mm2上的原子个数4.081012。第三章 合金相结构一、 填空1） 提高，降低，变差，变大。2） （1）晶体结构；（2）元素之间电负性差；（3）电子浓度 ；（4）元素之间尺寸差别3） 存在溶质原子偏聚 和短程有序 。4） 置换固溶体 和间隙固溶体 。5） 提高 ，降低 ，降低 。6） 溶质原子溶入点阵原子溶入溶剂点阵间隙中形成的固溶体，非金属原子与金属原子半径的比值大于0.59时形成的复杂结构的化合物。三、 问答 1、 解答： a-Fe 为bcc结构，致密度虽然较小，但是它的间隙数目多且分散，间隙半径很小，四面体间隙半径为0.291Ra，即R0.03

39、61nm，八面体间隙半径为0.154Ra，即R0.0191nm。氢，氮，碳，硼由于与a-Fe的尺寸差别较大，在a-Fe中形成间隙固溶体，固溶度很小。a-Fe的八面体间隙的110方向R=0.633 Ra，间隙元素溶入时只引起一个方向上的点阵畸变，故多数处于a-Fe的八面体间隙中心。B原子较大，有时以置换方式溶入a-Fe。 由于g-Fe为fcc结构，间隙数目少，间隙半径大，四面体间隙半径为0.225 Ra，即R0.028nm，八面体间隙半径为0.414 Ra，即R0.0522nm。氢，氮，碳，硼在g-Fe 中也是形成间隙固溶体，其固溶度大于在a-Fe中的固溶度，氢，氮，碳，硼处于g-Fe的八面体间

40、隙中心。2、简答：异类原子之间的结合力大于同类原子之间结合力；合金成分符合一定化学式；低于临界温度（有序化温度）。第三章 纯金属的凝固2. 填空1. 结构和能量。2 表面，体积自由能 ,，。3 晶核长大时固液界面的过冷度。4 减少，越大，细小。5. 快速冷却。二、 问答1 解答： 凝固的基本过程为形核和长大，形核需要能量和结构条件，形核和长大需要过冷度。细化晶粒的基本途径可以通过加大过冷度，加入形核剂，振动或搅拌。2 解答： 根据金属结晶过程的形核和长大理论以及铸锭的散热过程，可以得出通常铸锭组织的特点为最外层为细小等轴晶，靠内为柱状晶，最内层为粗大等轴晶。3 解答： 液态金属结晶时，均匀形核时临界晶核半径rK与过冷度vT关系为，临界形核功vGK等于。异质形核时固相质点可作为晶核长大，其临界形核功较小，为液相与非均匀形核核心的润湿角。 形核率与过冷度的关系为： ，其中N为形核率，C为常数，GA、Gk分别表示形核时原子扩散激活能和临界形核功。在通常工业凝固条件下形核率随过冷度增大而增大。4 解答： 在金属凝固时，可以近似认为LM=vHm,根据均匀形核时临界晶核半径rK与过冷度vT关系为，可以计算得到