太原理工大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題及參考答案(全)

太原理工大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題及參考答案(全)第一章原子結(jié)構(gòu)與結(jié)合鍵習(xí)題計(jì)算下列粒子的德布羅意波長(zhǎng)：10-10kg，0.01m?s-1103m/s300eV怎樣理解波函數(shù)ψ的物理意義？在原子結(jié)構(gòu)中，ψ2ψ2dτ代表什么？寫出決定原子軌道的量子數(shù)取值規(guī)定，并說(shuō)明其物理意義。s、p、d的？寫出下列原子的基態(tài)電子組態(tài)（括號(hào)內(nèi)為原子序號(hào)C(6)，P(15)，Cl(17)，Cr(24)。形成離子鍵有哪些條件？其本質(zhì)是什么？點(diǎn)？何謂金屬鍵？金屬的性能與金屬鍵關(guān)系如何?參考答案：1-1利用公式λ=h/p=h/mv、E=hν計(jì)算德布羅意波長(zhǎng)λ。的結(jié)合方式。共價(jià)鍵是由相鄰原子共有其價(jià)電子來(lái)獲得穩(wěn)態(tài)電子結(jié)構(gòu)的理論。當(dāng)大量金屬原子的價(jià)電子脫離所屬原子而形成自由電子來(lái)的方式為金屬建。以球星密堆方式組成，晶體原子間可滑動(dòng)，表現(xiàn)出有延展性。第二章材料的結(jié)構(gòu)習(xí)題晶系，空間群，平移群，空間點(diǎn)陣。同點(diǎn)。(1)x、y、z2a、3b6c，出該晶面的米勒指數(shù)。(2)一晶面在x、y、z軸上的截距分別為a/3、b/2和c，求出該晶面指數(shù)。在立方晶系的晶胞中畫出下列米勒指數(shù)的晶面和晶向：(001)與[210]，(111) 與[112]，(110) 與[111]，(322) [236]，(257)與[111]，(123)與[121]。在立方晶系的晶胞中畫出下列米勒指數(shù)的晶面和晶向：(102)，(112)，(213)，[110]，[111]，[120]和[321]在六方晶胞中畫出下列的晶面和晶向：(0001)，(0110)，(2110)，(1012)，(1012)，[0001]，[1010]，[1210]，[0111]。(1)寫出六方體、八面體、六八面體、單形號(hào)分別為{100}、{111}、和{321}的晶面符號(hào)．(2)寫出六方晶系的晶胞晶面族為{100}、{111}、{321}的等價(jià)晶面指數(shù)。寫出六方晶系晶胞的{1120} 和{1012}晶面族的等價(jià)晶指數(shù)。2-9求(1)由面(121)與(100)所決定的晶帶軸指數(shù)和(100)與(010)所決定的晶帶軸指數(shù)。(2)由晶向[001]與[111]所決定的晶面指數(shù)和[010]與[100]所決定的晶面指數(shù)。(1)已知室溫下α-Fe的點(diǎn)陣常數(shù)為0.286nm，(100)、(110)、(123)的晶面間距。(2)已知916℃時(shí)γ-Fe 的點(diǎn)陣常數(shù)為 0.365nm，分別求(100)、(111)和(112)的晶面間距。(1)a≠b≠c、α=β=γ=90°的晶體屬于什么晶族和晶系？a≠b≠c、α≠β≠γ90°的晶體屬于什么晶族和晶系？2寫出面心立方格子的單位平行六面體上所有結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。素的組合。①L2⊥L2，L2⊥L4，L2⊥L6；②P⊥L2，P⊥L4，P⊥L6；③P+L2(對(duì)稱面包含L2)，P+L3，P+L4，P+L6。MgO、TlCl3、GaAs、ThO2、SnO2晶體結(jié)構(gòu)的點(diǎn)群、空鍵型、一個(gè)晶胞占有正負(fù)離子的數(shù)目和堆積系數(shù)。Cs+0.170nm，Cl-0.181nm，V/a3/晶胞的體積)。已知Mg2+半徑為0.072半徑為0.140結(jié)構(gòu)的堆積系數(shù)。位數(shù)和堆積系數(shù)。的原子密排晶面和原子密排晶向。AgAl都是面心立方結(jié)構(gòu)，且原子半徑相似，r(Ag)=0.288nm，r(Al)=0.286nm，但都不能形成連續(xù)(無(wú)限)固溶體，為什么？素。鐵素體，奧氏體，MnS，F(xiàn)e3C，Mg2Si，Cu31Sn8．(1)敘述形成固溶體的影響因素。(2)形成連續(xù)固溶體的充分必要條件是什么？MgO-FeO、ThO2-UO2、Ni-Cu、MgO-CaO、Fe-C、Cu-Zn等各自兩兩可形成什么固溶體？為什么？結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。下列硅酸鹽化合物屬于什么結(jié)構(gòu)類型？說(shuō)明理由。(MgFe)2SiO4]，Zn4Si2O7OH)2，BaTiSi3O9Be3Al2[Si4O18]，Ca3[Si3O8]，KCa4[Si4O10]2F8H2O，Ca[Al2Si2O8]，K[AlSi2O6]。2-25(1)為什么滑石與高嶺石實(shí)際發(fā)生的那種解理是合理的？(2)為什么滑石比高嶺石軟的多？2-26敘述葉臘石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（結(jié)構(gòu)類型、層內(nèi)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、層內(nèi)帶電荷情況、層間結(jié)合力）。2-27為什么石英不同系列變體之間轉(zhuǎn)化溫度比同系列變體之間轉(zhuǎn)化溫度高得多？比較硅酸鹽玻璃與金屬玻璃的異同點(diǎn)。w(Na2O)＝13％、w(CaO)＝13％w(SiO2)＝74％，計(jì)算該玻璃的4個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。有兩種不同配比的破璃，其組成如下：通過(guò)計(jì)算說(shuō)明兩種玻璃高溫下的粘度大小。名詞解釋：(1)高分子的鏈結(jié)構(gòu)；(2)構(gòu)。狀對(duì)高分子的性能有何影響?高，能否用改變構(gòu)象的方法提高等規(guī)度?說(shuō)明理由。ρ密度為ρa(bǔ)＝1.34g/cm3，內(nèi)聚能為?E＝66.67kJ/mol，試計(jì)算滌綸樹脂試樣的內(nèi)聚能密度和結(jié)晶度。請(qǐng)用固體能帶理論解釋絕緣體、導(dǎo)體和半導(dǎo)體。確定二十面體點(diǎn)群對(duì)稱性。群，并畫出極射赤平投影圖。參考答案：2-2組成各種晶體構(gòu)造的最小體積單位稱為晶胞。晶胞能反映真實(shí)晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列的周期性和對(duì)稱性。空間點(diǎn)陣是由晶體結(jié)構(gòu)抽象而得到的幾何圖形?？臻g格子中的平行六面體是由不具有任何物理、化學(xué)特性的幾何點(diǎn)構(gòu)成，而晶胞則由實(shí)在的具體質(zhì)點(diǎn)（原子或離子）組成。2-51/I1/I四1|上——//(102)1122-6

[110]2-7{100}=(100)+(010)+(001){111}=(111)111）+（1-11）+（11-1）2-8{110}=(110)+(20)+(20){102}=(102)+(012)+(102)+(012)+(012)+(102)2-9(1)：[012][001](2)：(110)(001)2-10(1)d(100)=2a=0.143nmd(110)=a22=0.202nmd(123)=14a=0.0764(2)d(100)2a=0.1825nmd(111)=a33=0.211nmd(112)=62a=0.0745nm2-160.732-172-18習(xí)題純金屬晶體中主要點(diǎn)缺陷類型是什么? 這些點(diǎn)缺陷對(duì)金的結(jié)構(gòu)和性能有何影響?何謂空位平衡濃度？影響空位平衡濃度的因素有哪些?純鐵的空位形成能為105kJ/mol．將純鐵加熱到850℃冷至室溫位濃度與空溫平衡空位濃度的比值。600℃300℃時(shí)，鍺晶體中的空位平衡濃度降低了6個(gè)數(shù)量級(jí)，試計(jì)算鍺晶體中的空位形成能。(波爾茲曼常數(shù)k=8.617×10-5eV/K)鋁空位形成能和間隙原子形成能分別為0.763.0Ev，求在室溫(20℃)及500℃時(shí)鋁中空位平衡濃度與間隙原子平衡濃度的比值，并討論所得結(jié)果。(假定空位形成時(shí)振動(dòng)熵的變化與間隙原子形成時(shí)振動(dòng)熵變化相等)畫一個(gè)方形位錯(cuò)環(huán)并在這個(gè)平面上畫出柏氏失量及位錯(cuò)線各線段的性質(zhì)。及位錯(cuò)線方向，據(jù)此指出位錯(cuò)環(huán)各線段的性質(zhì)。試比較刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的異同點(diǎn)。何確定位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)的方向。3-10何謂全位錯(cuò)、單位位錯(cuò)、不全位錯(cuò)?指出幾種典型金屬晶體中單位位錯(cuò)的柏氏矢量。3-11試分析在面心立方金屬中，下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行，井指3否在滑移面上運(yùn)動(dòng)。21a[101]+61a[-12-1]→31a[111]3-12割階或扭折對(duì)原位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)有何影響?FdbGbπ221b=21a[110]分解成兩個(gè)肖克萊不全位錯(cuò)，求證兩者之間的平衡間距dS≈πγ242Gb(γ是堆垛層錯(cuò)能)。3-1用圖示說(shuō)明)?3-1ABCD在擴(kuò)大的位錯(cuò)環(huán)是相互釘扎住還是形成一個(gè)大的弗蘭克-瑞德位錯(cuò)源?為什么?參考答案：等。在某一溫度下，晶體處于平衡狀態(tài)時(shí)空位數(shù)（ne）晶體的原子總數(shù)(N)之比稱為晶體在該溫度下空位的平衡濃度，Ce表示；其大小主要取決于空位形成能和溫度。3-3解：由公式Ce=Aexp(RTQf-)可得21eeCC=exp[1RTQf--(2RTQf-)]=6.847×10133-41.98（Ev）3-520℃時(shí)，Ce/Ce’=3.3×1038500℃時(shí)，Ce/Ce’=4.0×10143-11反應(yīng)后生成的新位錯(cuò)不能在滑移面上運(yùn)動(dòng)。3-14擴(kuò)散成一個(gè)大位錯(cuò)環(huán)。第四章晶態(tài)固體中的擴(kuò)散習(xí)題4-1w(C)＝0.85%900℃1h后外層碳濃度降到零，假如要求零件表層的碳濃度為0.8%，表面應(yīng)車900℃γ1.1×10-7cm2/s)．4-2950℃10h，所用滲碳?xì)夥兆阋跃S持表面碳濃度為1.1%，0.5、1.0、1.2、1.5、2.0mm處的碳濃度，(已知950℃時(shí)Dcγ=5.8×10-2mm2/h)20鋼在930℃為0.4%很強(qiáng)，可使表面碳濃度達(dá)到奧氏體中碳的飽和值Cs＝1.4%，Dcγ＝3.6×10-2/h)1.11cm0.86cm10cm，100h3.6碳流經(jīng)過(guò)管子，測(cè)得管子不同半徑處的含碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))如下表，試計(jì)算不同含碳量的擴(kuò)散系數(shù)，并作出D—C曲線．r/cm0.5530.5400.5370.5160.4910.4790.4660.449w/%0.280.460.650.821.091.201.321.42素體狀態(tài)下進(jìn)行．鑄態(tài)鋼鋅合全存在晶內(nèi)偏析，最大成分差達(dá)w(Zn)＝5%．0.1mm850℃均勻化退火使最大成分差降至w(Zn)＝1%所需時(shí)間．(已知鋅在銅中擴(kuò)散時(shí)，D0＝2.1×10-5m2·s-1，Q171kJ/mol)4-7870℃927℃滲碳相比較，優(yōu)點(diǎn)是熱處理產(chǎn)品晶粒細(xì)小，且淬火后變形較?。?1)討論上述兩種溫度下，碳在γ鐵中的擴(kuò)散系數(shù)．(已知D0＝2.0×10-5m2/s，Q＝140kJ/mo1)(2)870℃滲碳需用多少時(shí)間才能獲得927℃10h的滲層厚度?(不同溫度下碳在γ差別可忽略不計(jì))lh后，Kirkendall標(biāo)志面移動(dòng)了1.52×10-3cm，已知摩爾分?jǐn)?shù)C(Cr)＝0.478時(shí)＝126/cm ，互擴(kuò)散系數(shù)D ＝1.34×10-9cm 2/s ，試求Kirkendall標(biāo)志面的移動(dòng)速度和鐵鉻的本征擴(kuò)散系數(shù)D(Cr)D(Fe)．(實(shí)驗(yàn)測(cè)得Kirkendall標(biāo)志面移動(dòng)距離的平方與擴(kuò)散時(shí)間之比為常數(shù))純鐵滲硼，900℃4h生成的Fe2B層厚度為0.068mm，960℃4h0.14mmFe2BFe2B中的擴(kuò)散激活能Q．非定比過(guò)渡族金屬氧化物因?yàn)橛凶儍r(jià)陽(yáng)離子，故陽(yáng)離子空Fe1-xO5%~15%MO2MM+21O2(g)=OO+V’’M+2M’M，式中M’M＝MM+h·，h·求陽(yáng)離子的擴(kuò)散系數(shù)．參考答案：解：由公式C=C1–(C1–C2)erfDtx2可得x=16.85mm16.85mm．解：距表面距離x=0.5mm時(shí)，碳濃度C=0.706%x1.0mm時(shí)，碳濃度C0.387%x1.2mm時(shí)，碳濃度C0.289%距表面距離x1.5mm碳濃度C=0.1778%距表面距離x=2.0mm時(shí)，碳濃度C=0.067%4-3解：滲層深度與時(shí)間的關(guān)系：x=0.368t．4-5結(jié)構(gòu)不同的固溶體對(duì)擴(kuò)散元素的溶解度是不同的，由此所造成的濃度梯度不同，也會(huì)影響擴(kuò)散速率。4-7解：(1)D927℃>D870℃(2)已知：T1=927℃=1200K，T2=870℃=1143K，t1=10h，由D=D0exp?????-RTQ和211CCCC--=erfDtx2并且21xx=代入數(shù)據(jù)可得：t2=20.1h．第五章相平衡與相圖習(xí)題有什么不同？它有什么實(shí)際意義？Pb-Snβ??最多和最少的成分，指出共晶體最多和最少的成分．Pb-Snw(Sn)30%Pb-Sn列溫度其組織中存在哪些相，并求相的相對(duì)含量．(1)高于300℃；(2)剛冷至183℃(共晶轉(zhuǎn)變尚未開始)；(3)在183℃共晶轉(zhuǎn)變完畢；(4)冷到室溫．A組元的熔點(diǎn)為1000℃，B組元的熔點(diǎn)為700℃，在800℃時(shí)發(fā)生：α(wB=5%)+L(wB=50%)β(wB=30%)在600℃時(shí)發(fā)生：L(wB=80%)β(wB=60%)+γ(wB=95%)在400℃時(shí)發(fā)生：β(wB=50%)α(wB=2%)+γ(wB=97%)A-B5-6指出題圖5-15-7畫出Fe-Fe3C相圖指出：S、C、J、H、E、P、N、G以及GS、SE、PQ、HJB、PSK、ECF各點(diǎn)、線的意義，并標(biāo)出各相區(qū)的相組成物和組織組成物．5-8分析w(C)＝0.2%、w(C)＝0.6%、w(C)＝1.0%分析w(C)＝3.5%w(C)＝4.5%鐵碳合金從液態(tài)平衡結(jié)晶過(guò)程，畫出冷卻曲線和組織變化示意圖，并計(jì)算室溫下的組織組成物和相組成物的含量．5-10Fe-Fe3C合金中的一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體共晶滲碳體共析滲碳體的主要區(qū)別是什么?根據(jù)Fe-Fe3C相圖計(jì)算二次滲碳體和三次滲碳體的最大百分含量．5-11 萊氏體與變態(tài)萊氏體的主要區(qū)別是什么？變態(tài)萊氏體的共晶滲碳體和共析滲碳體的含量各為多少?Fe-CFe-Fe3C說(shuō)明灰口鑄鐵的石墨化過(guò)程．同?A-B-C5-2)n1、n2n3(E)3Bb,'.,'.丈［//BAc題圖5-2c5-31234示意圖．A1-Cu-Mg5-99)中標(biāo)出w(Cu)5%，w(Mg)5%，w(A1)90%w(Cu)＝20%，w(Mg)w(A1)=60%兩個(gè)合金的成分點(diǎn)，并指出其初生相及開始結(jié)晶的溫度．試根據(jù)Fe-Fe3C相圖作鐵碳合金在 950、860、727以及600℃時(shí)各有關(guān)相的自由能－成分[w(C)]曲線(示意圖)．試用自由能--成分曲線解釋鐵碳雙重相圖中的虛線位于實(shí)線的右上方的原因．分折討論題圖5-4形成多種不穩(wěn)定化合物的相圖(BaO-TiO2參考答案：凝聚系統(tǒng)—沒(méi)有氣相的系統(tǒng)。組元－組成合金的各種化學(xué)元素或化合物。相－合金內(nèi)部具有相同的(或連續(xù)變化的)成分、結(jié)構(gòu)和性能的部分或區(qū)域。相律－處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的系統(tǒng)中自由度 f與組元數(shù)c和相數(shù)p之間的關(guān)系定律。吉布斯相律數(shù)學(xué)表達(dá)式：f=c-p+n如P159圖5-19Pb-SnβⅡ19%Sn和f點(diǎn)．含共晶體最多和最少的成分點(diǎn)分別為61.9%Sn和接近c(diǎn)、d點(diǎn)．5-4(1)100%液相；(2)L、α相L%=25.6%α%=74.4%(3)α、β相α=86%β=14%、、(4)α、β相α=71.4%β=28.6%5-8w(C)＝0.2％： α ＝ 97.3％ Fe3C＝ 2.7％ α ＝72.6％P＝23.85w(C)＝0.6％：α＝91.3％Fe3C＝8.7％α＝22.7%PⅠ＝77.3%w(C)＝1.0％：α＝85.3％Fe3C＝14.7％P＝82.8%Fe3CⅡ＝17.2%5-9w(C)＝3.5％：α＝47.8％Fe3C＝52.2％P=28.28％Fe3CⅡ＝8.25％Le＝63.47％w(C)＝4.5％：α＝32.8％ Fe3C＝67.2％ Le＝91.6％ Fe3CⅠ＝8.4％5-10一次滲碳體：從液相中直接結(jié)晶出，呈粗大長(zhǎng)條狀；二次滲碳體：沿奧氏體晶界析出，呈網(wǎng)狀；三次滲碳體：從基體相鐵素體晶界上析出，呈細(xì)片狀； 共析滲碳體：共析反應(yīng)后形成的滲碳體，呈片層狀；3CⅡmax=22.6%Fe3CⅢmax=0.326%5-14n1n2n3ABC元相，各自含量為：n1：WA=111Aaan×100%WB=111Bbbn×100%WC=111Cccn×100%n2：WA=222Aaan×100%WB=222Bbbn×100%WC=222Cccn×100%n3：WA=333Aaan×100%WB=333Bbbn×100%WC=333Cccn×100%組織組成及相對(duì)含量為：n1：A+(A+B+C)WA=AEEn1×100%W(A+B+C)=AEAn1×100%n2：B+(B+C)+(A+B+C)WB=Bmmn2×100%W(A+B+C)=WLE=Eggn2×100%W(B+C)=(1-Bmmn2-gn2)×100%n3：(A+B+C)W(A+B+C)=100%第六章材料的凝固習(xí)題6-1試證明金屬均勻形核時(shí)?Gc＝(1/2)Vc?GV，非均勻形核時(shí)?Gc*與V*又是什么關(guān)系?6-2說(shuō)明固溶體合金結(jié)晶時(shí)濃度因素在晶體形核及長(zhǎng)大過(guò)程中的作用．A-B二元共晶系中說(shuō)明共晶成分的合金在T1<TE溫度下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變時(shí)共晶體內(nèi)的兩個(gè)相互激發(fā)形核及合作協(xié)調(diào)，匹配長(zhǎng)大的原理．在C0之均勻化和提純金屬所采用的方法和措施．什么措施，而欲使生長(zhǎng)界面保持穩(wěn)定又采取什么措施？態(tài)，為什么?6-7說(shuō)明Tm、Tg、Tf的物理意義和本質(zhì)，分別為哪些材料所具有．么特性?哪些因素影響聚合物結(jié)晶過(guò)程及結(jié)晶度?用分子運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)明非晶聚合物3機(jī)理．6-10說(shuō)明橡膠態(tài)、皮革態(tài)及玻璃態(tài)出現(xiàn)的條件．的高彈性?從金屬、硅酸鹽和高聚物材料的結(jié)構(gòu)、熔體特性來(lái)分析這3類材料的結(jié)晶有什么共性和個(gè)性．參考答案：6-1證明：金屬均勻形核時(shí)，因?yàn)榕R界晶核半徑VCG?=σγ2臨界形核功23)(316VCGG?=?πσ故臨界晶核體積VCCCGGV??==2343πγ所以VCCGVG?=?21非均勻形核時(shí)，有同樣的關(guān)系式：VCCGVG?=?**21第七章晶態(tài)固體材料中的界面習(xí)題面心立方金屬的鍵能εLsLs=A(111)面的比表面能γ可以下式表示：γ=0.577Ls/(a2NA)式中：a為晶格常數(shù)；NA一根直徑很細(xì)的銅絲中有一個(gè)大角度晶界貫穿其截面并和絲軸呈25°，問(wèn)經(jīng)加熱退火后將發(fā)生什么變化？若上述界面兩側(cè)晶粒的[111][111]軸相對(duì)轉(zhuǎn)60°，則退火后有何變化？10-2m3BAγAAγAB=2J/m2，B已知小角度晶界單位面積的晶界能可表達(dá)為γgb=γ0θ(A-θ)．說(shuō)明如何用作圖法求得γ0A；證明γgb/(γgb)m=θ/θm·[1–ln(θ/θm)]7-5BiCu的界面內(nèi)吸附飽和后(C=0.99)，Cu脆，如果Bi在Cu晶界中的含量是飽和時(shí)的1/3，可認(rèn)為這時(shí)CuCu31/3．問(wèn)：含Bi的平均濃度為多大時(shí)，Cu 完全變脆(設(shè)晶粒直徑0.01mm，平均每原子體積為0.25nm3，Bi在Cu中引起的畸變能為6.6×10-4J/mol)?加熱到多高溫度淬火才能暫時(shí)消除脆性？A、B7-1觀點(diǎn)分析晶界在加熱時(shí)熱蝕溝槽的形成．7-21234O．這個(gè)類型的結(jié)點(diǎn)叫四叉結(jié)點(diǎn)．如果晶界COCP，DODPDPC和AOB，并形成一OP．么？在此，取α30°，5γ為常數(shù)．假設(shè)α為70°，此時(shí)四叉結(jié)點(diǎn)穩(wěn)定否？解釋之．二維晶體內(nèi)含有第二相粒子，粒子的平衡形貌是邊長(zhǎng)為l和l2的矩形，矩形兩邊的界面能分別為γ1和γ2，若矩形的面積不變，證明矩形粒子的平衡形狀為γ1γ2=l1l2第二相β存在于金屬α小體積的β將為球狀．然而當(dāng)它位于分割兩個(gè)α晶粒的界面上時(shí)，它將為雙球冠形(題圖7-3)．V雙球冠=2[πr2αβ(3323SS+-)]A雙球冠=2[2πr2αβ(1-S)]式中，Scosθ，rrαβcosθ，αβαβ界面的曲率半徑．問(wèn)：(1)如β在α中的二面角正好是120°，分析并確定β將擇優(yōu)位于境界上還是位于晶粒內(nèi)部？(2)內(nèi)部？第八章固態(tài)相變習(xí)題固-固相變與液-固相變有何異同點(diǎn)?為何固態(tài)相變時(shí)形成的新相往往呈薄片狀或針狀? 如新呈球狀，新相與母相之間是否存在位向關(guān)系?已知?G＝-bn(?GV-?GE)+an2/3γ表示含n個(gè)原子的晶胚形成時(shí)所引起系統(tǒng)自由焓的變化．式中：?G V為形成單位體積晶胚時(shí)的自由焓變化；γ為界面能；?GE為應(yīng)變能a、b為系數(shù)，其值由晶胚的形狀決定．試求晶胚為球狀時(shí)的a和b值．假定?GV、?GE、γ均為常數(shù)，試導(dǎo)出球狀晶核的臨界形核功?G*．固態(tài)相變時(shí)，設(shè)單個(gè)原子的體積自由焓變化為?GV＝200?T/TcJ/cm3，Tc1000K變能?GE＝4J/cm3，共格界面能γ共格=4×10-6J/cm非共格界面能γ非共格=4×10-5J/cm2，非共格時(shí)可忽略應(yīng)(1)?T＝50℃時(shí)的臨界形核功?G*共格與?*非共格之比；(2)?G*共格＝?G*非共格時(shí)的?T．已知α相中析出β，其非共格界面能為0.5J/cm2，0.05J/cm2，60°，若忽略應(yīng)變能，試(1)(2)t/D8-6假設(shè)在固態(tài)相變過(guò)程中，新相形核率Iu為常數(shù)，則經(jīng)t時(shí)間后所形成新相的體積分?jǐn)?shù)fJohnson-Mehl方程得到，即f=1–exp[-(π/3)Iu3τ4]．已知形核率I＝l000/(cm3·s)，u=3×10-5cm/s，試計(jì)算：(I)相變速度最快時(shí)的時(shí)間；(2)過(guò)程中的最大相變速度；(3)轉(zhuǎn)變量所需的時(shí)間．8-7若金屬B溶入fcc金屬A中，試問(wèn)合金有序化的成分更可能是A3BA2B?A原子和B原子作出原子在fcc金屬(111)面上的排列圖形．8-8試述在時(shí)效過(guò)程中為何先出現(xiàn)介穩(wěn)過(guò)渡相而不直接形成穩(wěn)定相．已知θ’’呈圓盤形薄片狀析出長(zhǎng)大，慣習(xí)面為{100}α，點(diǎn)陣錯(cuò)配度δ為10%，片厚為5nm，設(shè)由共格界面引起的畸變ES＝(3/2)VEδ2(V為每個(gè)原子的體積，E彈性模量)，試計(jì)算共格破壞時(shí)圓盤的直徑(設(shè)E＝7×104MPa0.5J/m2)．簡(jiǎn)述時(shí)效合金在時(shí)效時(shí)的性能變化規(guī)律．8-11何為調(diào)幅分解?它和脫溶沉淀有何異同?設(shè)共析成分奧氏體與珠光體自由焓差?H及熵差?S均與?GV與過(guò)冷度?T之間的關(guān)系為：?GV≈?H·?T/Tm，式中：Tm為共析成分奧氏體與珠光體自由焓相等的溫度．?GV?H·?T/Tm為基礎(chǔ)，并忽略珠光體轉(zhuǎn)變S0冷度?T的關(guān)系．證明馬氏體轉(zhuǎn)變的慣習(xí)面為不變平面?h’h–k8-15應(yīng)用矩陣證明Bain機(jī)制的晶面關(guān)系k’=21h+k和晶向關(guān)系l’b2lfu’u–vv’=u+v，式中(h’k’l’)b、[u’v’w’]b和(hkl)f、[uvw]f分別為新相和w’fwf母相的晶面指數(shù)和晶向指數(shù)．特點(diǎn)和亞結(jié)構(gòu)，并說(shuō)明它們的性能差異．K-S關(guān)系，馬氏體在母相奧氏體中可以有N-W12K-SN-W關(guān)系的取向差．K-Sγ，試問(wèn)在界面上馬氏體與奧氏體兩相原子配置情況如何?復(fù)和顯微組織變化之間的關(guān)系．并比較它們的形成特點(diǎn)和力學(xué)性能有何異同韌度、塑性的影響規(guī)律，并作簡(jiǎn)要解釋．試比較珠光體轉(zhuǎn)變、馬氏體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變的異同．試述過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖和等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖的建立方法．8-24CCT種方法．何謂臨界淬火冷卻速度?如何根據(jù)CCT圖確定臨界淬火冷卻速度?8-103(c)40MnB5曲線冷卻時(shí)所獲得的組織組成和硬度．奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖有哪些基本類型?受哪些因素的影響?參考答案：8-1兩類相變的特點(diǎn)見下表。影

固態(tài)相變對(duì)比內(nèi)＼、 響 因比體積差引起的畸變；形核阻力形核的形狀核核的位

而增加的表面能片狀、針狀大部分在缺陷處或晶界上口能出現(xiàn)亞穩(wěn)相形成共格面，出現(xiàn)取向關(guān)系；尚有無(wú)核新相生長(zhǎng)受擴(kuò)散或界面控告長(zhǎng)大 球狀方式長(zhǎng)大；可能獲得大導(dǎo)致無(wú)擴(kuò)散相Z組織細(xì)小，并可有多種形太組織特點(diǎn)青織 、馬 氏 體 組織、晶界析8-4解：(1)固態(tài)相變時(shí)，若新相晶核為球形，則其形核功為?G*=23316EVGG?-?βαπγ大)。故*G=()23316EVGG?-?共格πγ*G=23316VG?非共格所以**??非共格共格GG=()3232非共格共格γγEVVGGG?-??=()()3723721040041000502001040100050200--???????-?????????=2.77×10-3(2)*?共格G=*?非共格G()237410002001040?????-???-T=()237100020010400????????-T解得?T≈21K8-6解：(1)f=1–exp(3π-Iu3t4)dtdf=(34πu3t3)expπ-Iu3t4)22dtfd=–(34πIu3t3)2exp(–3πIu3t4)+(312πIu3t2)exp(–3πIu3t4)令22dtfd=0，即–(34πIu3t3)2+(312πIu3t2)=0tmax=41349?????Iuπ=()4135103100014.349????????????-=403s403s．(2)(dtdf)max=(34πIu3t3)exp(3π-Iu3t4)=[34×3.14×1000×(3×10-5)3×4033]×exp[314.3-×1000×(3×10-5)3×4034]=3.50×10-3cm/s3.50×10-3cm/s．(3)f=1–exp(3π-Iu3t4)50%=1–exp(3π-Iu3t4)0.6931=3π×1000×(3×10-5)3t4t4=2.45×1010t=395s即獲得50%轉(zhuǎn)變量所需的時(shí)間為395s．第九章材料的變形與再結(jié)晶習(xí)題9-1指出下列名詞的主要區(qū)別：(1)彈性變形與塑性變形；(2)脆性斷裂與塑性斷裂；(3)一次再結(jié)晶與二次再結(jié)晶；(4)熱加工與冷加工；(5)絲織構(gòu)