发布时间 : 星期一 文章材料科学基础复习题更新完毕开始阅读547a5fc5bceb19e8b8f6baf5
5.简述点缺陷对材料性能的影响：
金属中点缺陷的存在，使晶体内部运动着的电子发生散射，使电阻增大。点缺陷数目增加，使密度减小。此外，过饱和点缺陷(如淬火空位，辐照产生的大量间隙原子—空位对)还可提高金属屈服强度。
6.简述全位错与不全位错的，以及两种位错在滑移面扫过之后，滑移面上下原子排列的区别。 （1）柏氏矢量等于最短平移矢量(即最近邻的两个原子间距)的位错称为单位位错。全位错在滑移面扫过之后，滑移面上下的原子排列整齐如旧。
（2）柏氏矢量小于或不等于最小平移矢量整倍数的位错叫不全位错。不全位错沿滑移面扫过之后，滑移面上下层原子不再占有平常的位置，产生了错排，形成了层错。
第五章：材料中原子的扩散
1.简述菲克第一扩散定律的内容及意义。
菲克扩散第一定律表示材料内部各处浓度不随时间而变的扩散情况，其数学表达式为
J??Ddcdx。
意义：在稳态扩散的情况下，只要材料内部有浓度梯度的存在就会有扩散现象，而且扩散通量的大小与浓度梯度成正比，扩散方向与浓度梯度的方向相反，即扩散的宏观流动总是从溶质浓度高的地方流向浓度低的地方。
2.对碳的质量分数为0.1%的钢进行渗碳，渗碳时钢件表面碳浓度保持为1.2%，要求在其表面以下2mm处碳的质量分数为0.45%，若D=2×10-11m2/s：（1）试求渗碳所需时间；（2）若想将渗碳厚度增加1倍，需多少渗碳时间？ 误差函数部分表格如下：
解：（1）由题意可知 Cs=1.2%，C0=0.1%，Cx=0.45%，x=0.02m 根据恒定平面源问题菲克第二定律的解
Z 0.70 0.75 0.80
erf(Z) 0.6778 0.7112 0.7421
xcs-cx?erf() 得 （1）
2DTcs-c0
1.2-0.450.02?erf()
111.2-0.122?10t224t)
即 0.68?erf(根据误差函数表得
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224?0.71 因此 t?99536s?27.6h t（2）由于Cs、C0、Cx不变，根据（1）式得， 此过程中D1? 因此
3.何谓柯肯达尔效应？利用纯铜和Cu-wZn30%合金试验简单解释之。
柯肯达尔效应：对于纯金属和置换式固溶体，当两者发生互扩散时，由于它们的扩散速率不同使界面产生移动，通常移向原子扩散速率较大的一方的现象。
解释：将Cu-wZn30%合金放入纯铜盒中，高温长时退火后，由于Cu原子和Zn原子的浓度梯度会使两者相互扩散到对方的基体中，因DZn>DCu，使大量Zn原子流入纯铜中，使其体积膨胀，同时较多的空位反向流入界面中的Cu-wZn30%合金，从而使界面移向了Zn原子一侧，即产生了柯肯达尔效应。
4.分析扩散的驱动力及上坡扩散。
（1）菲克第一定律指出扩散由高浓度向低浓度方向进行，但很多情况下扩散却由低浓度向高浓度方向进行，说明浓度梯度并非扩散的驱动力。热力学研究表明，扩散的驱动力是化学位梯度，既扩散总是向化学位减少的方向进行。
（2）在化学位驱动下由低浓度向高浓度方向进行的扩散，称为上坡扩散。上坡扩散还可能由弹性应力、晶界内吸附和电场作用而发生。
5.简要分析影响扩散的因素。
温度：温度升高，扩散系数增大，扩散加快。 固溶体类型：间隙原子扩散快，置换原子扩散慢。 晶体结构：致密度小的晶体结构比致密度大的扩散快。
晶体缺陷：缺陷处的扩散激活能均比晶内扩散激活能小，加快了原子的扩散。 化学成分：熔点高的金属的自扩散激活能必然大。
应力作用：在合金外部施加应力，会促进原子向晶体点阵伸长部分迁移，产生扩散现象。
x1D1T1?x2D2T2
D2,x2?2x1
t2?4t1?110.4h
第六章：材料的凝固
1.分析、比较均匀形核与非均匀形核的异同点，说明为什么非均匀形核往往比均匀形核容易进行。
（1）均匀形核与非均匀形核均须满足以下条件：过冷度，结构起伏，能量起伏和成分（浓
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度）起伏。
（2）与均匀形核相比，非均匀形核的临界核半径和临界形核功表达式多出一个与接触角θ
2?3COS??COS3?有关的因子f（θ），f（θ）=，f（θ）恒小于1，因此非均匀形核
4往往比均匀形核容易进行。
简述固溶体合金均匀形核时的四个必备条件。
固溶体合金形核时，液相成分与固相成份不同。因此形核时不仅需要过冷，同时还需要溶液中有能量起伏、结构起伏，以及浓度（成份）起伏。
2.计算：黄铜凝固时均匀形核的临界晶核半径及此时晶核中含有的原子个数。 (Tm=1085℃, Lm=1628J/cm3, σ=177×10-7J/cm2, △T=236 ℃，a0=3.615×10-8cm) 解：Tm= 1085+273=1358K
2?Tm2?(177?10?7)?1358??1.25?10?7cmrk?1628?236Lm?T 黄铜：面心立方结构，晶格常数a0=0.3615nm=3.615×10-8cm
V
unit3?243 ?83???47.24?()(3.615?)10cma100cell3?243Vrk?43?r?43?(12.51?10?8)?8200?10cm
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临界晶核中含有的单位晶胞个数为：
8200?10?24?174unitcells?2447.24?10临界晶核中原子的个数为：(4 atoms/cell)(174 cells/nucleus)=696 atoms/nucleus
3.假设液体在凝固时形成的临界晶核是边长为a的立方体形状，求均匀形核时临界晶核边长a﹡和临界晶核形成功△G﹡（注：单位面积表面能用σ表示，单位体积固相与液相的自由能差值用△GV表示）。
.解：由于形成的临界晶核为立方体，根据形核的热力学条件可得 ?G??GVV??S
??GV?a3???6a2d?G?0,da整理得：
＊
即 ?GV?3a2?12a??0
4? ?GV a??将a值代入△G表达式中得临界晶核形成功为
?G??32a3?GV2
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4.能否说明过冷度△T越大，相变的形核率就越大，为什么？ 答：不能。
因为：从热力学考虑，△T越大，rk及△G越小，因而需要的能量起伏小，满足r≥rk的晶胚数越多，稳定晶核容易形成，则形核率越高；
从动力学考虑，晶核形成需要原子从液相中转移到临界晶核上才能成为稳定晶核，△T越大，原子活动能力越小，原子从液相转移到临界晶核上的几率越小，不利于稳定晶核形成，则形核率越低。
5.简述液态纯金属的树枝状生长过程。
答：金属的固-液界面为粗糙界面。在负的温度梯度下如果某处偶然伸入液相，则进入了过冷度更大的区域，生长速率加大，形成了伸入到液相中的一次晶轴。由于一次晶轴结晶时向四周的液相放出结晶潜热，使液相中垂直于晶轴的方向又产生负的温度梯度，进而在一次晶轴上结晶出二次晶轴。同理，可依次形成三次、四次晶轴。
6.什么是成分过冷？它的形成条件是什么？它对固溶体合金凝固时的生长形貌会产生怎样的影响？
答：成分过冷：由于固溶体合金在凝固过程中界面前沿的液体成分有变化而产生的过冷现象。 形成条件：固溶体合金中的实际温度梯度小于临界温度梯度GCR。
影响：成分过冷影响固溶体合金的晶体生长形态。成分过冷区大时，晶体以树枝状向前生长；当过冷区小时，晶体以胞状向前生长。
第七章：相平衡与相图-课后作业
1.作图题：根据下列条件绘制出概略的二元共晶相图：组元A的熔点为1000℃，组元B的熔点为700℃；wB?25%的合金在500℃结晶完毕，并由73.33%的先共晶α相和26.67%的（α+β）共晶体组成；wB?50%的合金在500℃结晶完毕后，由40%的先共晶α相和60%的（α+β）共晶体组成，而此合金中的α相总量为50%。 解：设共晶线上两端点成分分别为wB?x、
wB?y，共晶点成分为wB?z，由已知
对于wB＝25%的合金有
w共晶＝25?x?100%＝26.7% z-x 8