材料科学与工程基础习题

1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 912 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密度 ，晶体体积 ，原子半径发生 。4. 在面心立方晶胞中画出 ）（ 21晶面和 1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 ）（ 02晶面和 012晶向。5. 求 1和 20两晶向所决定的晶面。6 在铅的（100）平面上，1mm 2 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 -Fe 和 -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，-Fe：0.124nm，-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 T 关系为 ，临界形核功 G K 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21 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 Hm=1628J/cm2，=177×10 7 J/cm，点阵常数a=0.3615nm。求铜 T=100 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，L 1+L 2 叫 反应，L+ 称为 转变，而反应 称为 反应，+ 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 ，Fe 3CI 是从 中析出的，Fe 3CII 是从 中析出的，Fe 3CIII 是从 中析出的，它们的含碳量为 ，Fe 3C 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 （Al）初晶+(+)共晶，其中 初晶占 80%，3则此合金中 Ni 组元的含量是多少？7） 绘出 1500 时 Al-Ni 合金系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） 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， 相的晶界上出现少量 相，其原因何在？如何消除 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。45 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+Fe3C 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 4-66：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。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 和(Bi)，其中 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+ （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1 根据 FeCSi 的 3.5%Si 变温截面图（51） ，写出含 0.8%C 的 Fe-C-Si 三元合金图 85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。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 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 52Y63 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 Pp， E1和 2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