清华大学《材料科学基础(1)》试卷及参考答案

清华大学《材料科学基础（1）》试卷及参考答案

考试科目：材料力学基础1 考试时间：2007年1月10日 考试类型：本科期末

一、（共40分，每小题5分）

1. 指出下面四个图中A、B、C、D所代表的晶向和晶面

2. 写出镍（Ni，FCC）晶体中面间距为0.1246nm的晶面族指数。镍的点阵常数为0.3524nm。 3. 根据位错反应必须满足的条件，判断下列位错反应在FCC中能否进行，并确定无外力作用时的反应方向： （1） （2） （3） 4. 指出下列材料所属的点阵类型。 γ-Fe ；碱金属 ；Mg ；Cu ； NaCl ；贵金属 ；金刚石 ；Cr 。 5. 在FCC、BCC和HCP晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标： FCC ；BCC ；HCP ； 每个晶胞中的八面体间隙数量为： FCC 个；BCC 个；HCP 个。 6. 体心单斜是不是一种独立的布拉菲点阵，请说明理由。 7. GaAs和GaN分别为闪锌矿和纤锌矿结构，请分别画出二者的一个晶胞。 8. 由600℃降至300℃时，锗晶体中的空位平衡浓度降低了六个数量级。试计算锗晶体中的空位形成能（波尔兹曼常熟κ＝8.617×10eV/K）

－5

二、（15分）有一单晶铝棒，棒轴为（1）初始滑移系统； （2）双滑移系统

（3）开始双滑移时的切变量γ； （4）滑移过程中的转动规律和转轴；

，今沿棒轴方向拉伸，请分析：

（5）试棒的最终取向（假定试棒在达到稳定取向前不断裂）。

三、（10分）如图所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为的圆环形位错环，并受到一均匀切应力τ的作用。

（1）分析各段位错线受力情况，并在图上标示受力方向；

（2）在τ作用下，若要使该位错环在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？ （提示：位错线张力T＝αGb2）

四、（15分）有一面心立方晶体，在面滑移的柏氏矢量为的右螺型

位错，与在面上滑移的柏氏矢量为的另一右螺型位错相遇于此两滑

移面交线并形成一个新的全位错。

（1）求生成全位错的柏氏矢量和位错线方向。

（2）说明新生成的全位错属哪类位错？该位错能否滑移？为什么？

（3）若沿晶向施加大小为17.2MPa的拉应力，试计算该新生全位错单位长

度的受力大小，并说明方向（设晶格常数为a＝0.2nm）。

五、（10分）一根多晶Zn（）棒和一根多晶镁（）棒受压

缩变形，分析二者的变形特征，比较二者的塑性。（提示：从分析滑移和孪生入手）

六、（10分）工业纯铁在927℃下渗碳，设工件表面很快达到渗碳饱和（1.3％的碳），然后保持不变，同时碳原子不断向工件内部扩散。求渗碳10h后渗碳层中碳浓度分布的表达式。

【参考答案】 一、 1.

（1）A： B： C： D：

（2）A： B： C：

（3）A： B： C：

（4）A：2. 解：

B： C：

由得

∴晶面族指数为{220} 3. 解：

（1）可以，向右进行 （2）不可以

（3）可以，向左进行 4.

γ-Fe FCC ；碱金属 BCC ；Mg 简立方 ；Cu FCC ； NaCl FCC ；贵金属 FCC ；金刚石 FCC ；Cr BCC 。 5. 在FCC、BCC和HCP晶胞中分别画出任一个四面体间隙；并指出其中心的坐标： FCC ； BCC； HCP； 每个晶胞中的八面体间隙数量为： FCC 4 个；BCC 6 个；HCP 6 个。 6. 不是。其与底心单斜是同一类点阵。 7.

8. 解： 由

得

∴Q＝1.985 eV 二、解：

（1）FCC滑移系统为

根据映象规则，初始滑移系统为

（2）单滑移时试样轴应转向

转轴为

（3）双滑移系统为

（4）

令，，， 得：

∴，

得，，

双滑移时轴一方面转向转轴为

变取向，而被拉长。

，轴为

。故合成转轴为

；一方面转向，

。晶体不再改

（5）最终取向即为三、解：

。

（1）位错线受力方向如图，位于位错线所在平面，且于位错垂直。

(2)

∴四、解：

（1）由于位错线为两滑移面交线，故：

柏氏矢量

（2）位错线与柏氏矢量既不平行，也不垂直，为混合型位错。

，该位错滑移面为。

（3）

由Schmid定律，作用在新生位错滑移面上滑移方向的分切应力为：

MPa

∴作用在单位长度位错线上的力为：

N/m

方向为垂直于位错线方向五、解：

，指向滑移区。

多晶体压缩滑移转动，（0001）转向压缩面，产生织构。继续压缩，滑移越来越难。

对于Zn：由于c/a＝1.86，位于锐角区，宏观压力方向与微观孪生变形相适应，故可发生孪生。孪生之后改变位向可继续滑移，反复进行，故表现出较好的塑性。 对于Mg：由于c/a＝1.62，压力轴位于钝角区，宏观压力方向与微观孪生变形相反，故不可发生孪生。因此表现出较差的塑性。 六、解：

由

10h＝3600s，，，cm/s，代入上式得：

2

∴

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