材料科学基础作业-2013.doc

材料科学基础作业： 第2章 固体结构 1 画出立方晶系中具有下列密勒指数的晶面和晶向：（1），（31）晶面和[1],[12]晶向。 2 写出立方晶系中属于{ 110 }的所有晶面和属于110的所有晶向。 3 求（121）和（100）决定的晶带轴与（001）和（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。 4 分别计算面心立方晶格与体心立方晶格的{ 100 }，{ 110 }，{ 111 }晶面族的晶面间距，并指出晶面间距最大的晶面（设两种晶格的点阵常数均为a）。 5 分别计算面心立方晶格与体心立方晶格的{100}，{110}，{111}晶面上原子的面密度及100，110，111晶向上原子的线密度，并指出其中最密面和最密方向（设两种晶格点阵常数均为a）。 6 Cu的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为r＝0.1278nm，摩尔质量为63.54g/mol。试求Cu的晶格常数和原子体密度。（已知NA＝6.02×1023原子/mol） 7 Cr的晶格常数a＝0.2884nm，密度ρ＝7.19g/cm3，试确定此时Cr的晶体结构。 第3章 1 试从晶体结构的角度，说明间隙固溶体、间隙相及间隙化合物之间的区别。 2 某单晶体受到一均匀切应力τ的作用，其滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环，如图所示。（假设位错环线的方向为ABCD） 1）分析该位错环中各段位错的类型； 2）指出刃型位错半原子面的位置； 3）求各段位错线所受力的大小和方向； 4）在切应力的作用下，该位错环将如何运动？其运动结果如何？ 3 在如图所示的面心立方晶体的（111）滑移面上有两条弯折的位错线05和0’5’，其中0’5’位错的台阶垂直于（111）面，它们的柏氏矢量如图中箭头所示。 1）判断位错线上各段位错的类型。 2）有一切应力施加于滑移面，且与柏氏矢量平行时，两条位错线的滑移特征有何差异？ 4 判断下列位错反应能否进行 （1） （2） 5 若面心立方晶体中有的单位位错及的不全位错，此两位错相遇产生位错反应。 1） 此反应能否进行？为什么？ 2） 写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的类型。 6 已知单位位错能与肖克莱不全位错相结合，形成弗兰克不全位错，试说明： （1） 新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量； （2） 判断此反应能否进行； （3） 这个位错为什么是固定位错。 第4章 固体中原子及分子的运动（ 扩散） 1 要想在800℃下使通过α－Fe 箔的氢气通气量为2×10-8 mol/(m2·s),铁箔两侧氢浓度分别为 3×10-6mol/m3 和 8×10-8 mol/m3，若D=2.2×10-6m2/s,试确定： （1）?? 所需浓度梯度； （2）?? 所需铁箔厚度。 2 若将钢在870℃下渗碳，欲获得与927℃下渗碳 10h 相同的渗层厚度需多少时间（忽略927℃和870℃下碳的溶解度差异）？若两个温度下都渗10h，渗层厚度相差多少？ 第5章 材料的形变和再结晶 1 已知bcc的滑移方向为111，在一定条件下滑移面是{112}，这时bcc晶体的滑移系数目是多少？（写出具体的滑移系） 2 有一bcc晶体的（1T0）[111]滑移系的临界分切应力为60MPa，试问：在[001]和[010]方向必须施加多少的应力才会产生滑移？ 3 什么是单滑移、多滑移、交滑移？三者滑移线的形貌各有何特征？ 4 给出位错运动的点阵阻力与晶体结构的关系式，说明为什么晶体滑移通常发生在原子最密排的晶面和晶向。 5 试比较晶体滑移和孪生变形的异同点。 6 用金相分析如何区分“滑移带”、“机械孪晶”、“退火孪晶”。 7 试用多晶体塑性变形理论解释，室温下金属的晶粒越细强度越高，塑性也越好的现象。 8 试用位错理论解释低碳钢的屈服现象。举例说明吕德斯带对工业生产的影响及防止方法。 9 通常强化金属材料的方法有哪些？试述它们强化金属的微观机理，并指出其共同点。 10 试比较单晶铝（或铜）和多晶铝（或铜）的加工硬化特性。 第6章 纯晶体凝固 1.设想液体在结晶时形成的临界晶核是边长为a的立方体形状, 已知液/固界面能σ和固相、液相之间单位体积自由能差△GV，推导出均匀形核时临界晶核边长a*和临界形核功△G*的表达式。 2 证明：任意形状晶核的临界晶核形核功△G*与临界晶核体积V*的关系为： △GV——液固相单位体积自由能差 3 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。 4 根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。 第7章 二元合金相图及其凝固 1 已知A（熔点600℃）与B（熔点500℃）在液态无