材料科学基础作业解答Word文件下载.docx

1、 陶瓷材料是一种或多种金属同一种非金属 （通常为氧） 相结合的化 合物,其主要结合方式为离子键,也有一定成分的共价键。高分子材料： 高分子材料中, 大分子内的原子之间结合方式为共价键, 而大分子与大分子之间的结合方式为分子键和氢键。 复合材料：复合材料是由二种 或者二种以上的材料组合而成的物质，因而其结合键非常复杂，不能一概而论。4.晶体与非晶体的区别？稳态与亚稳态结构的区别？ 晶体与非晶体区别：性质上, （1） 晶体有整齐规则的几何外形； （2） 晶体有固定的熔点 , 在熔化过 程中, 温度始终保持不变； （3） 晶体有各向异性的特点。结构上，晶体原子排列有序，非晶体排列长程无序。稳态与亚稳

2、态结构的区别 同种材料在不同条件下可以得到不同的结构，其中能量最低的结构称为稳态结 构。而能量相对较高的结构称为亚稳态结构。第二章1.布拉菲将晶体结构共分为哪几大晶系？试画出面心立方、体心四方、简单六方与简单三斜这四种布拉菲点阵的晶胞，并写出其棱边长度与夹角关系？分为七大晶系：立方晶系、四方晶系、菱方晶系、六方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系。111 ,3.针对体心立方（BCC晶胞：（1）写出BCC晶体中的配位数（CN）、原子数（N）、原子半径r与点阵常数a的关系式；（2）在晶胞图上画出任一个四面体和八BCC晶胞中四面体间隙和八面体间隙的数量。（1）配位数CN=8致密度K=原子数N=2, r

3、=32a/4。（ 2）5.针对FCC和BCC晶胞:（1）分别在晶胞图上画出任一个四面体和八面体间隙的位置。（2）指出该四面体间隙和八面体间隙的中心位置。（3）写出每种晶胞中四面体间隙和八面体间隙的数量。P49 图 2-15，图 2-16FCC图中八面体间隙位于晶胞中心，四面体间隙位于晶胞体对角线上靠结点1/4处BCC图中八面体间隙位于六面体的面中心，四面体间隙位于面平分线 1/4处FCC四面体间隙和八面体间隙的数量分别为 8,4 ； BCC四面体间隙和八面 体间隙的数量分别为12,65.画出下述物质的一个晶胞，并指出 5种物质的晶体结构所属的布拉菲点阵类型。NaCI金刚石闪锌矿纤锌矿CsClN

4、aCI、CsCI、闪锌矿、纤锌矿：课本 P59 图 2-23（a），（b），（c），（d） 金刚石：图2-25金刚石点阵为：面心立方、简单立方、面心立方、NaCI、CsCI、闪锌矿、纤锌矿、简单六方、面心立方点阵6.简述离子晶体的结构规则。第三章1.根据链节中主链化学组成的不同，高分子链可以分为碳链高分子、杂链高分子和元素有机高分子。2.二元共聚物单体的连接方式包括无规共聚、交替共聚、嵌段共聚和接枝共聚。3.高分子链的结构形态包括 线型、支化、梳形、星形、交联和体型。4.高分子链的构象是由于C-C单键内旋转 引起的原子在空间据不同位置所构成的分子链的各种形象。6.影响高分子链柔顺性的主要因素有

5、主链结构和侧基性质。7.按照高分子几何排列的特点，固体聚合物的聚集态结构分为晶态结构和非晶 态结构 两种。8.高分子材料的玻璃化温度 Tg指的是：当一块玻璃冷却到熔点温度以下时，在某一温度范围内它仍是塑性的.却到某个温度时，发生玻璃硬化，该温度称之为玻璃化温度。9.热固性塑料和热塑性塑料的区别：热塑件塑料由于具有线型结构，因而具有较好的弹性和组件、易于加工成型和可反复使用等特性；热固性塑料不能进行塑性加工和反复使用。第四章A=玻尔兹曼常数k=xiO-23J/K）1.已知某晶体在500r时，每1O10个原子中可以形成有1个空位，请问该晶体 的空位形成能是多少？（已知该晶体的常数答:列位错反应能否

6、进行:此反应不满足能量条件，只满足几何条件，故不能进行。4.试比较肖脱基缺陷与弗兰克尔缺陷的异同？相同：都是点缺陷，都会形成空位。不同：弗兰克尔缺陷： 原子离开平衡位置进入间隙， 形成等量的空位和间隙原子 。肖脱基缺陷：由于热运动， 晶体中阳离子及阴离子脱离平衡位置， 跑到晶体表面 或晶界位置上， 只形成空位 不形成间隙原子。（构成新的晶面）。5.试比较刃位错和螺位错的滑移特征？书本 P1076.画图并叙述变形过程中位错增殖的机制。书本 P341 F-R 源7.试列举金属的四种典型强化机制？这四种机制对材料韧性会产生什么影 响？（1）细晶强化，固溶强化，加工硬化，第二相强化。2）细晶强化可以提

7、高韧性；第二相强化有时能提高，有时降低；其他强化不能提高。第五章请在图中空白区域标出各相区的相 （写在圆括号内 ） ；S、P、C、E点各自代表的意义；ES线、PSK线代表的含义；（虚线）的铁一碳合金从液态平衡冷却至室温的结晶过程;（虚线）的铁一碳合金从液态平衡冷却至室温的结晶过程。计算45钢（含碳量与T10钢（含碳量1%）的相组成物的相对量？并根据计算结果说明它们机械性能的差别。（1）2）课本 P1783）课本 P1794）1wc=%2wc=%（5） 45钢的相组成物为F和FaC,其相对量为:Q = （） / （）x 100% =%QFe3C = % = %T10钢的相组成物为F和FqC,其相

8、对量为:QF =（） /（）x 100% =%计算结果表明:由于45钢中的F含量比T10钢高，因此，45钢的塑性、韧性比T10钢高;由于T10钢中的FeC含量比45钢高，因此，T10钢的硬度比45钢高。第六章1. 画图并指出典型铸锭（如钢水在砂模中）的组织，并指出其形成原因？要获得成分、性能、均匀的铸锭往往要扩大什么区？铸锭的典型组织特点为表层为细晶区， 中心为等轴晶区， 这两个晶区之间为柱状晶区。形成的原因为，表面散热最快，过冷度最大，所以晶粒细小;心部各个方向上热量散失速度基本相同， 故为等轴晶粒; 在这两个晶区之间， 热量沿垂直于铸模壁的方向散失最快， 所以晶粒为柱状晶粒 （晶粒在热量散

9、失最快的方向上长得最快）。扩大心部等轴晶区。速度（G）,且N/G越大，晶粒愈细小。因此我们可以从以下几点着手:方法增加过冷度。2.假设某纯金属液体按均匀形核方式结晶，晶胚呈半径为 r 的圆球形。晶胚的单位面积表面能为c,液固两相单位体积的吉布斯自由能差为 Gv。试问：该形核过程的驱动力和阻力分别是什么?2临界形核半径 r* 的表达式3临界形核功Gv*的表达式（1）驱动力：体积自由能差；阻力：新增表面能（2）A G=驱动力（体积自由能差）+阻力（新增表面能）= Gv +G S=（4/3） nr3Gv + 4 nr2c两端对r求导，有G =-4nr2Gv+8冗r c令G =0 有 r*=- 2 c

10、 / Gv（3）带入 r*，有Gk*=16 nc 3/3（ Gv）2第七章1. 简述固态相变的一般特点。（1）相变阻力大。相变阻力多出了应变能一项且扩散困难。2）新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系。沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。3）惯习现象：新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。4）母相晶体缺陷促进相变。缺陷处晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。（5）易出现过渡相。因为固态相变阻力大，直接转变困难-协调性中间产物（过渡相）。2. 常用的热处理工艺有哪些 ?试列举出四种常用热处理工艺在机械制造中的目的或作用。常见的热处理工艺有正火，退火，固溶，时效，淬火，回火，退火，渗碳，

11、渗氮，调质，球化，钎焊等。 正火：将钢材或钢件加热到临界点 AG或Asm以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 退火：将亚共析钢工件加热至 AG以上2040度，保温一段时间后，随炉缓 慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至 500 度以下在空气中冷却的热处理工艺。3固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶 体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。4时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后， 在室温放置或稍高于室温保持时， 其性能随时间而变化的现象。5固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能， 消除应力与软化

12、，以便继续加工成型。6时效处理： 在强化相析出的温度加热并保温， 使强化相沉淀析出， 得以硬化， 提高强度。7淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却， 使工件在横截面内全部或一定 的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。8回火：将经过淬火的工件加热到临界点 Agi以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。9钢的碳氮共渗： 碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。 习惯上碳氮共 渗又称为氰化， 以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗 （即气体软氮化） 应用 较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气

13、体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。第八章1 冷加工金属的微观组织见下图， 随温度升高 （ 在某一温度下保温足够长时间 ） 会发生从图ad的变化，试从微观组织（包括驱动力和过程）和宏观性能两个方 面，依次对上述变化加以解释。1 图 a 所对应的为加工组织，其特点为（1）存在变形储能和内应力，大量非平衡点缺陷。（2）拉长的晶粒和晶界。（3） 变形织构。（4）高强度，高硬度，较低的延展性。（5）分消除。降至平衡浓度， 电阻率下降， 晶体密度增加； 同一滑移面异号位错相互抵消造成（3）（4）引起一些性能变化，如强度、塑性、韧性下降。伴随晶粒长大，还发生其他结构上的变化，如再结

14、晶结构等。将经过大冷变形量（ 70%以上）的纯铜长棒一端浸入冰水中，另外一端加热 至 900 摄氏度，试分析 2 小时后该纯铜棒沿长度方向的组织和性能变化。该长棒沿冰水至高温方向温度逐渐升高，相应会在不同区域分别存在冷变 形、回复、再结晶和晶粒长大。1）靠冰水端为塑性变形后的冷变形组织， 显微结构上缺陷密度明显增加。原始晶粒被拉长， 形成纤维组织。 局部可能出现变形织构。 性能上表现为强度硬 度显著提高、塑性韧性明显下降。（ 2 ）离冰水端稍远的地方，温度逐渐升高，冷变形组织发生回复。此阶段， 纤维组织形态基本不变， 但点缺陷数量降低至平衡浓度， 位错密度稍有下降， 变 形引起的宏观 （一类）

15、内应力全部消除， 微观二类应力大部分消除。 力学性能中的 强度、硬度略有下降，塑性稍有提高，但某些物理性能如电导率明显提高。3）离冰水端更远的地方，温度达到再结晶温度，发生再结晶，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒。位错密度显著降低，材料的强度硬度明显降低， 塑性韧性明显提高。（ 4）靠近高温端，由于温度很高，原子扩散能力增强，晶界迁移，晶粒长 大。此时材料的塑性提高，强度硬度进一步降低。3.试比较室温下Fe（体心立方结构）与Al （面心立方结构）在外力作用下的塑性变形的能力，并说明理由？试分析金属塑性变形的实质和主要性能的变化？1）在室温下，Cu的塑性变形的能力比Fe好，原因是虽然它们的滑移系数目相同为12个，但Cu的滑移方向（3个）比Fe（2个）多。2）塑性变形的实质：位错运动产生的滑移实现。3）机械性能的变化：（1） 呈现明显的各向异性：由于形成了纤维组织和变形织构。（2） 产生加工硬化： 随着变形量的增加， 位错密度升高， 导致位错缠结和定 轧，对位错的滑移产生巨大的阻碍作用，可使金属的变形抗力显著升高。3）产生大量残余应力。