中南大学材料科学基础习题Word下载.docx

中南大学材料科学基础习题Word下载.docx

《中南大学材料科学基础习题Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中南大学材料科学基础习题Word下载.docx（80页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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___________，原子的半径是____________。

2.bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是________________。

3.Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是________________。

4.在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是_________________。

5.在fcc晶胞中，八面体间隙中心的坐标是____________。

6.空间点阵只可能有___________种，铝晶体属于_____________点阵。

Al的晶体结构是__________________，-Fe的晶体结构是____________。

Cu的晶体结构是_______________，

7点阵常数是指__________________________________________。

8图1是fcc结构的（-1,1,0）面，其中AB和AC的晶向指数是__________，CD的晶向指数分别是___________，AC所在晶面指数是--------------------。

9晶胞中每个原子平均占有的体积称为____________________________________。

10FCC包含有<

112>

晶向的晶面是___________________。

11.

图1

图2

图2为简单立方点阵晶胞，其中ABC面的指数是______________，AD的晶向指数是_______________。

12.在空间点阵中选取晶胞的原则是：

（1）_______________________________

（2）_________________________________（3）________________________________________（4）____________________________。

13以点阵常数a为单位，fcc晶体的原子半径是___________，bcc晶体的原子半径是____________，fcc晶体（110）面的晶面间距是_______________________，[110]方向的原子间距为_______________，fcc晶体的结构原子体积为_____________________。

14金刚石的晶体___________，每个晶胞中的原子数为_____________________。

15（h1k1l1）和（h2k2l2）两晶面的晶带轴指数[uvw]为______________________________。

16面心立方结构每个晶胞中八面体间隙数为________，四面体间隙数为______。

17立方晶系晶面间距计算公式是_______________________。

18Zn室温的点阵常数a=2.6649A，c=4.9468A，其轴比为____________，配位数为_______。

19工业多晶体金属不呈现性能的各向异性，其原因是______________________________。

20纯铁冷却时在912发生同素异晶转变是从___________结构转变为___________结构，其原子半径发生_______________变化。

21.原子排列最密的晶面，其面间距______________（最大或最小）。

22.公式d=a/h2+k2+l2只适用于计算______________________结构相平行晶面间的距离。

2.判断

1.-Fe致密度比-Fe小，所以-Fe溶解碳比-Fe多。

（）

2.立方晶系中具有相同指数的晶面与晶向必定相互垂直。

3.原子半径大小与其在晶体中配位数无关。

4.密排六方结构不能称作一种空间点阵。

5.铁素体的点阵常数比a-Fe的点阵常数小。

6.金属键无方向性及饱和性。

7.在立方晶系中，[-111]（1-1-1）。

8.在fcc和bcc结构中，一切相邻的平行晶面间的距离可用公式：

d=a/√h2+k2+l2（）

9.结构原子体积是指结构晶胞中每个原子的体积。

10.立方晶系的（100），（010）和（001）面属于同一个晶带。

11.由-Fe转变为-Fe时，原子半径增大（），发生体积膨胀（）。

12.Fcc和bcc结构中的八面体间隙均为正八面体。

13.空间点阵中每个阵点周围具有等同的环境。

14一个面心立方结构相当于体心正方结构。

15.从实用观点来看体心立方金属中的空隙比面心立方金属中的更为重要。

3、简述

金属键，晶体，同素异晶转变（并举例），晶胞，点阵常数，

晶面指数，晶面族，晶向指数，晶向族（举例），

晶带和晶带轴，配位数，致密度，晶面间距，

面心立方结构，体心立方结构，密排六方结构，

4、问答

1：

在简单立方晶胞中画出（1-21）晶面和[11-2]晶向，在hcp晶胞的（0001）面上标出（-12-10）晶面和[-12-10]晶向。

2：

求[11-1]和[20-1]两晶向所决定的晶面。

3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。

4在面心立方fcc晶胞中，﹤110﹥方向中位于（111）平面上的有哪些方向。

5画出一个体心立方晶胞，在晶胞上画出：

1发生滑移的一个晶面

2在这个面上发生滑移的几个滑移方向。

6写出图3中ABCD四面体各面的晶面指数和BC，CA的晶向指数。

图4

7.在图4中画出（11–20）晶面和[1–210]晶向。

求图示密排六方晶胞OA，OB晶向指数及ABC的晶面指数。

图3

8：

画出fcc中具有下列密勒指数的晶面和晶向。

1．（111）[111]；

2．（321）[-236]

9：

画出hcp晶胞，并画出（10-10）晶面及[11-20]晶向。

10：

画出bcc晶胞下列晶面上原子平面排列情况：

（110），（111）

12：

画出两个面心晶胞组成的体心正方晶胞，并画出（111）fcc，（011）体心正方晶面与[-211]fcc，[01-1]体心正方晶向，并指出两晶面与两晶向存在何种关系。

第二章合金相结构

本章的主要内容：

固溶体：

固溶体的分类有置换固溶体及影响固溶度因素，间隙固溶体，缺位固溶体

中间相：

正常价化合物，电子化合物，间隙相与间隙化合物，金属间化合物的性质与应用

固溶体的微观不均匀性：

超结构，以fcc、bcc及hcp为基的超结构，有序参数

1.填空

1.形成无限固溶体的必要条件是：

（1）_________________，

（2）_________________--，（3）____________________。

2.形成有序固溶体的必要条件是：

（1）_________________________，

（2）________________，（3）_________________________。

3.影响正常价化合物形成的主要因素是_____________________________。

4.C原子半径为0.77A，Cr的原子半径为1.28A，则Cr23C6是____________化合物。

图1

5.随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度______________，塑性______________，导电性___________________。

6.如图是铜金有序固溶体的晶胞，其分子式为___________。

7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。

8形成置换固溶体时，两组元原子半径的相对差小于_______________，是有利于大量固溶的因素之一。

9Cu是一价，Sn是四价，则Cu3Sn化合物的电子浓度为__________。

10铁碳合金中奥氏体的晶体结构是____________，铁素体的晶体结构是________________。

11置换式固溶体的不均匀性主要表现为存在____________________________________和_______________________。

12.电子化合物的形成条件为_______________，晶型___________，例如___________________________。

13间隙相的形成元素为____________________，晶型为_________________例如___________________。

14高速钢中VC相结构为________________，黄铜中CuZn相结构为________________。

15填隙固溶体溶质溶于溶剂金属点阵的____________，只能形成___________固溶体。

16按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为_____________和_________________。

17元素的负电性是指_____________________________________，在周期表中，同一周期元素的负电性由左向右逐渐_____________，而同一族元素的负电性由上到下逐渐____________。

二元合金中两组元的电负性差越大，越易形成___________________，越不易形成___________________。

18.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_________________。

19电子浓度是指_________________之比，CuZn型超结构的电子浓度等于_____________，属于____________空间点阵。

20随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度__________，塑性_____________，导电性______________。

2.选择与判断

1形成间隙固溶体时，溶剂的点阵常数_____。

A增大B减小C不变

2.在固溶体自由能与成分的关系式中，两组元相互作用参数的表达式为_______。

图2

ANZ（eAB+（eAA+eBB）/2）BNZ（eAB-（eAA+eBB）/2）CEAB=（eAA+eAB）/2

3.图2是铜金有序固溶体的结构晶胞，

此有序固溶体的分子式为_____________。

ACu2Au5

BCuAu2

CCuAu

3.钨（W）的原子半径为1.41A，

碳的原子半径为0.77A，则WC为________

A间隙固溶体，B间隙相，C间隙化合物

5.．-Co为hcp结构，-Co为FCC结构，

则Fe-Co无限固溶体为_____________结构。

AFCC，BBCC，Chcp

6.在有序固溶体中，异类原子结合力小于同类原子结合力。

7.所有金属间化合物都能提高合金的强度。

8.Nb的原子半径为1.47A，C原子半径为0.77A，则NbC为间隙化合物（）

9.纯金属发生同素异性转变将产生成分和有序度方面的改变。

10.与固溶体相比，金属化合物具有高硬度低塑性。

11.在拓扑相中，半径较大的原子构成密排主层（），次层一般是半径较小的原子（）。

3.名词解释

置换固溶体，有序固溶体，无序固溶体，

间隙固溶体和间隙化合物，间隙相与间隙化合物，

正常价化合物，电子浓度，电子化合物

4.问答

分析氢，氮，碳，硼在-Fe和-Fe中形成固溶体的类型，H2,N,C,B进入点阵中的位置。

元素的原子半径如下：

氢：

0.46A氮：

0.71A碳：

0.77A硼：

0.91A

指出固溶体与金属化合物在晶体结构和机械性能方面的区别。

第三章纯金属的凝固

本章主要内容：

液态金属的结构；

金属结晶过程：

金属结晶的条件，过冷，热力学分析，结构条件

晶核的形成：

均匀形核：

能量分析，临界晶核，形核功，形核率

非均匀形核：

形核功，形核率

晶体的长大：

动态过冷度（晶体长大的条件），固液界面微观结构，晶体长大机制，晶体长大形态：

温度梯度，平面长大，树枝状长大

陶瓷、聚合物的凝固

结晶理论的应用实例：

铸锭晶粒度的控制，单晶制备，定向凝固，非晶态金属

1..在液态金属中进行均质形核时，需要________起伏和___________能量起伏。

2.金属凝固的必要条件是_____________________________。

3.液态金属凝固时，均质形核的条件是：

（1）_________________________________；

（2）_______________________________，（3）___________________________________。

4.细化铸锭晶粒的基本方法是：

（1）_______________________，

（2）____________________，（3）___________________________。

5形成临界晶核时体积自由能的减小只能补偿新增表面能的________。

6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，______________自由能是形核的动力；

临界晶核半径rK与过冷度T呈_________关系，临界形核功GK等于___________________。

7动态过冷度是_______________________________________________。

8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___。

9制备单晶的基本原理是_____________________________，主要方法有_____________法和______________法。

。

10.获得非晶合金的基本方法是_____________________________。

11铸锭典型的三层组织是______________,__________________,___________________。

12根据凝固理论，为了细化铸锭晶粒，对于小尺寸的铸锭一般可采用____________方法，对于大尺寸的铸锭则采用_______________方法。

13纯金属凝固时，其临界晶核半径的大小、晶粒大小主要决定于______________________。

14液态金属凝固时，异质形核需要的过冷度比均质形核小，这是因为_____。

（异质形核时固相质点可作为晶核长大，其临界形核功较小。

）

2名词解释

过冷度，临界晶核，临界晶核半径，自发形核，能量起伏，形核功，形核率，变质处理，

柱状晶带，等轴晶，异质形核，非晶态金属

3判断

1纯金属中含有少量杂质在热力学上是稳定的。

2临界半径rK大小仅与过冷度有关。

3液态金属凝固时，临界晶核半径与过冷度成反比。

4在液态金属中形成临界晶核时，体系自由能的变化为零。

5任何温度下液态金属中出现最大结构起伏是晶胚。

6任何过冷度下液态金属中出现的最大结构起伏却是晶核。

7湿润角=180时，异质形核最容易进行。

8枝臂间距是指相邻两树枝晶一次轴之间的距离。

9为了细化晶粒，工艺上采用增大过冷度的方法，这只对小件或薄件有效，而对较大厚壁铸件并不适用。

10从非均匀形核计算公式：

A非均匀=A均匀（2-3cos+cos3）/4看出当=00时固相杂质相当于现成的大晶核。

11理论凝固温度与固/液界面处温度之差，称为动态过冷度。

12动态过冷度是指结晶过程中实际液相温度熔点之差。

13液态金属结晶时，其临界晶粒半径rK是不变的恒定值。

14液态金属结晶时，其理论结晶温度与固/液界面处温度之差称为临界过冷度。

4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试说明在铸锭中获得细等轴晶组织可以采取的措施。

4回答液态金属凝固时均质形核的有关问题：

（1）写出临界晶核半径k的表达式；

（2）画出k与过冷度T的关系曲线示意图；

（3）写出形核功Gk与临界晶核界面能的关系式；

（4）简述均质形核的必要条件。

5简述液态金属结晶时，过冷度与临界晶粒半径，形核功及形核率的关系。

6简述湿润角，杂质粒子的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。

7铜的熔点Tm=1356K，熔化热Hm=1628J/cm2，=177erg/cm2，点阵常数a=0.3615nm。

求铜T=100时均匀形核的临界核心半径和每个临界核心的原子数目。

8欲获得铸锭整个断面为细等轴晶或整个断面为柱状晶，各需要采取哪些措施？

何谓过冷，过冷度，动态过冷度，它们对结晶过程有何影响？

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

第四章二元合金相图与合金凝固

相图基本原理：

相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律；

二元匀晶相图：

相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析

固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：

成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼；

二元共晶相图：

相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：

粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面；

共晶系非平衡凝固与组织：

伪共晶，离异共晶，非平衡共晶；

二元包晶相图：

相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶合金的非平衡凝固与组织

包晶反应的应用

铸锭：

铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭的缺陷

其它二元相图：

形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：

共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变

二元相图总结及分析方法

二元相图实例：

Fe-Fe3C亚稳平衡相图，Al-Mn相图，Al2O3-SiO2二元系相图

相图与合金性能的关系

相图热力学基础：

自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图

1相律表达式为_____________________________。

2.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。

3.按液固界面微观结构，界面可分为__________________和____________________。

4.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_____________________。

5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。

6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。

7.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______________。

8亚共晶合金的典型平衡组织为_________________，亚共析合金的典型平衡组织为___________________________。

9共晶，包晶，偏晶，熔晶反应式分别为______________________,____________________,_________________________,___________________________。

10共析，偏析，包析反应式分别为______________，______________，_____________。

11固溶体合金凝固时，溶质分布的有效分配系数k1=_________，当凝固速率很大时，则k1趋于_____________。

12不发生成分过冷临界条件的表达式为_________________________。

13应用相图可以判断_________________________,_____________________________,__________________,______________________。

14纯金属凝固时，一般只有在______________条件下才生长成树枝晶，当金属中含有杂质或固溶体合金凝固由于发生___________所以在_______________条件下也可能生长树枝晶。

固溶体合金定向凝固时，液相中溶质混合越充分，则凝固后铸锭成分__________________。

15平衡分配系数K=0.1时，经三次区域熔炼后料棒前端杂质浓度将降低至原来的________。

16合金中相平衡的条件是_____________________