材料科学基础综合题

材料科学基础综合题：

1 原子间的结合键共有几种，各自的特点如何？ 2 图1-11绘出3类材料——金属、离子晶体和高分子材料之能量与距离的关系曲线，试指出它们各代表何种材料。 3 Al2O3的密度为3.8g/cm3，试计算①1mm3中存在多少个原子？②1g中含有多少个原子？

4 试证明四方晶系中只有简单四方点阵和体心四方点阵两种类型。 5 为什么密排六方结构不能称为一种空间点阵？

6 标出面心立方晶胞中（111）面上各点的坐标，并判断［110］是否位于（111）面上，然后计算［110］方向上的线密度。

7 试证明在立方晶系中，具有相同指数的晶向和晶面必定相互垂直。 8 试计算面心立方晶体的（100），（110）（111）等晶面的面间距和面致密度，并指出面间距最大的面。

9 Mo的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数a=0.3147nm，试求Ni的晶格常数和密度。 10

①根据下表所给之值，确定哪一种金属可作为溶质与钛形成溶解度较大的固溶体：

Ti hcp a=0.295nm Be hcp a=0.228nm Al fcc a=0.404nm V bcc a=0.304nm Cr bcc a=0.288nm

②计算固溶体中此溶质原子数分数为10%时，相应的质量分数为多少？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。

11 若将一位错线的正向定义为原来的反向，此位错线的柏氏矢量是否改变？位错的类型性质是否变化？一个位错环上各点位错类型是否相同？

12 有两根左螺旋位错线，各自的能量都为E1，当它们无限靠拢时，总能量为多少？ 13 如图3-18所示的两根螺型位错线，一个含有扭折，而另一个含有割阶。图上所示的箭头方向为位错线的正方向，扭折部分和割阶部分都为刃型位错。①若图示滑移面为fcc的（111）面，问这两根位错线段中（指割阶和扭折），哪一根比较容易通过它们自身的滑移而去除？为什么？ 14 假定有一个b在［010］晶向的刃型位错沿着（100）晶面滑动，①如果有另一个柏氏矢量在［010］方向，沿着（001）晶面上的刃型位错，通过上述位错时该位错将发生扭折还是割阶？②如果有一个b方向为［100］，并在（001）晶面上滑动的螺型位错通过上述位错，试问它将发生扭折还是割阶？

15 有两个被钉扎住的刃型位错A-B和C-D，它们的长度x相等，且具有相同的b，而b的大小和方向相同（图3-21）。每个位错都可看作F-R位错源。试分析在其增

殖过程中二者之间的交互作用。若能形成一个大的位错源，使其开动的τc多大？若两位错b相反，情况又如何？

16 如图3-27 所示，某晶体滑移面上有一柏氏矢量为b的位错环，并受到一均匀切应力τ的作用，①分析各段位错线所受力的大小并确定其方向。②在τ作用下，若要使它在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？

17 Ni晶体的错排间距为2000nm，假设每一个错排都是由一个额外的（110）原子面所产生的，计算其小倾角晶界的θ角。

18 若由于嵌入一额外的（111）面，使得α-Fe 内产生一个倾斜1°的小角度晶界，试求错排间距的平均距离。

19 设有两个α相晶粒与一个β相晶粒相交于一公共晶棱，并形成三叉晶界，已知β相所张的两面角为100°，界面能γαα为0.21Jm-2，试求α相与β相的界面能γαβ。 20 有一根长为5m、直径为3mm的铝线，已知铝的弹性模量为70Gpa，求在200N的拉力作用下，此线的总长度。

21 一Mg合金的屈服强度为180Mpa，E为45Gpa，①求不至于使一块10mm×2mm的Mg板发生塑性变形的最大载荷。②在此载荷作用下，该镁板每nm的伸长量为多少？

22 有一Gu-30%Zn的黄铜板冷轧25%后厚度变为1cm，接着再将此板厚度减少到0.6cm，试求总冷变形度，并推测冷轧后性能的变化。

23 将一根长为20 m、直径为14mm的铝棒通过孔径为12.7mm的模具摇头拉拔，试求：①这根铝棒拉拔后的尺寸；②这根铝棒要的承受的冷加工率。 24 Zn单晶在拉伸之前的滑移方向与拉伸轴的夹角为45°，拉伸后的滑移方向与拉伸轴的夹角为30°，求拉伸后的延伸率。

25 Al单晶在室温时的临界分切应力τc ＝7.9×105Pa。若在室温下将铝单晶试样做拉伸试验时，拉伸轴为［123］方向，试计算引起该样品屈服所需施加的应力。 26 将Al单晶制成拉伸试棒（其截面积为9mm-2）进行室温拉伸，拉伸轴与［001］相交成36.7°，与［011］相交成19.1°，与［111］相交成22.2°，开始屈服时载荷为20.4N，试确定主滑移系的分切应力。

27 一个交滑移系包含一个滑移方向和包含这个滑移方向的两个晶面，如bcc晶体的（101）［111］（110），写出bcc晶体的其他3个同类型的交滑移系。

28 设运动位错被钉扎以后，其平均间距l=β-1/2(β为位错密度)，又设Cu单晶已经应变硬化到这种程度，作用在该晶体所产生的分切应力为14MPa，已知G=40Gpa，b=0.256nm，计算Cu单晶的位错密度。

29 已知Fe的Tm=1538℃，Cu的Tm=1083℃，试估算Fe和Cu的最低再结晶温度。 30 工业纯铝在室温下经大变形量轧制成带材后，测得室温力学性能为冷加工态的性能。查表得知：工业纯铝的再结晶温度T再＝150℃，但若将上述工业纯铝薄带加热至100℃，保温16d后冷至室温再测其强度，发现强度明显降低，请解释其原因。 31 某工厂用一冷拉钢丝绳将一大型钢件吊入热处理炉内，由于一时疏忽，未将钢丝绳取出，而是随同工件一起加热至800℃，保温时间到了，打开炉门，要吊出工件时，钢丝绳发生断裂，试分析原因。

32 设冷变形后位错密度为1012/cm2的金属中,存在着加热时不发生聚集长大的第二相微粒,其体积分数υ=1%，半径为1μm，问这种第二相微粒的存在能否完全阻止此金属加热时再结晶（已知G=105Mpa，b=0.3nm，比界面能σ＝0.5J/m2）。

33 考虑在1个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即ΔT=1,10,100和200℃，计算：

①临界晶核尺寸；

②半径为r*的晶核个数；

③从液态转变到固态时，单位体积的自由到的变化ΔGr*（形核功） ④铝的熔点Tm=993K，单位体积熔化热Lm=1.836×10-29m3。

34 证明：任意形状晶核的临界晶核形核功ΔG*与临界晶核V*的关系：

V*?G???GV，

2*ΔGV——液固相单位体积自由能差。

35 固溶体合金的相图如图7—l所示，试根据相图确定，

①成分为w(B)=40%的合金首先凝固出来的固体成分，

②若首先凝固出来的固体成分含w(B)=60%，合金的成分为多少? ③成分为w(B)＝70％的合金最后凝固的液体成分；

④合金成分为w(B)=50％，凝固到某温度时液相含有w(B)=40％，固体含有w(B)＝80％，此时液体和固体各占多少?

36 指出下列相图中的错误(如图7—2所示)，并加以改正。

37 Mg—Ni系的一个共晶反应为507℃

设Cl为亚共晶合金，C2为过共晶合金，这两种合金中的先共晶相的质量分数相等，但C1合金中的α总量为C2合金中的α总量的2.5倍，试计算C1和C2的

成分。

38 根据图7-9所示的Al-Si共晶相图，试分析图中(a),(b),(c)3个金相组织属什么成分并说明理由。指出细化此合金铸态组织的可能用途。

39 假设质量浓度为ρ0<1，并用g表示固溶体相的分数x/L，试证明固相平均质量浓度?s可表达为：

?s??0g[1?(1?g)k0]

40 青铜(Cu-Sn)和黄铜(Cu-Zn)相图如图7-15(a),(b)所示：

①叙述Cu-10%Sn合金的不平衡冷却过程，并指出室温时的金相组织。 ②比较Cu-10%Sn合金铸件和Cu-30%Zn合金铸件的铸造性能及铸造组织，说明Cu-10%Sn合金铸件中有许多分散砂眼的原因。

③w(Sn)分别为2%,11%和15%的青铜合金，哪一种可进行压力加工？哪种可利用铸造法来制造机件？

41 根据图7—16所示的Pb-Sn相图：

①画出成分为w(Sn)=50％合金的冷却曲线及其相应的平衡凝固组织。 ②计算该合金共晶反应后组织组成体的相对量和组成相的相对量。 ③计算共晶组织中的两相体积相对量，由此判断两相组织为棒状还是为层片状形态。在计算中忽略Sn在α相和Pb在β相中的溶解度效应，假定α相的点阵常数为Pb的点阵常数：apb＝0．390nm，晶体结构为面心立方，每个晶胞4个原子;β相的点阵常数为β-Sn的点阵常数：aSn=0．583nm，cSn=0．318nm，晶体点阵为体心立方，每个晶胞4个原子。Pb的原子量207，Sn的原子量为119。

42 为什么拉伸能提高结晶高分子的结晶度?

43 某三元合金K在温度为T1，时分解为B组元和液相，两个相的相对量

wB?2。wL已知合金K中A组元和C组元的重量比为3，液相含B量为40％，试求合金K的成分。

44 三组元A，B和C的熔点分别是1000℃，900℃和750℃，三组元在液相和固相都完全互溶，并从3个二元系相图上获得下列数据。

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