发布时间 : 星期一 文章南昌大学材料科学基础2014年期末复习题更新完毕开始阅读9e9249c90029bd64783e2cae
度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。最后，在晶界表面能的驱动下，新晶粒互相吞食而长大，从而得到一个在该条件下较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段。（ 分）
第6章
12. 图示并分析金属材料凝固组织中树枝晶的生长过程。（画出液固界面附近的负温度梯度） 在负温度梯度情况下，金属凝固过程中液固界面上产生的结晶潜热可通过液相散失，如果部分的相界面生长凸出到前面的液相中，则处于过冷度更大的液相中，使凸出部分的生长速度增大而进一步伸向液相中。此时，液固界面就不可能保持平面状而是形成许多伸向液相的分枝，同时有可能在这些晶枝上长出二次枝晶臂。这种方式即为树枝晶生长方式。
第7章
13. 金属型浇铸的铸锭的宏观组织一般分为哪几个区，分析其形成原因？（ 6分） 答：
a．表层细晶区 当液态金属注人锭模中后，型壁温度低，与型壁接触的很薄一层熔液产生强烈过冷，而且型壁可作为非均匀形核的基底，因此，立刻形成大量的晶核，这些晶核迅速长大至互相接触，形成由细小的、方向杂乱的等轴晶粒组成的细晶区。（2分）
b．柱状晶区 随着\细晶区\壳形成，型壁被熔液加热而不断升温，使剩余液体的冷却变慢,并且由于结晶时释放潜热,故细晶区前沿液体的过冷度减小，形核变得困难，只有细晶区中现有的晶体向液体中生长。在这种情况下，只有一次轴（即生长速度最快的晶向）垂直于型壁（散热最快方向）的晶体才能得到优先生长，而其他取向的晶粒，由于受邻近晶粒的限制而不能发展，因此，这些与散热相反方向的晶体择优生长而形成柱状晶区。各柱状晶的生长方向是相同的. （2分） C．中心等轴晶区 柱状晶生长到一定程度，由于前沿液体远离型壁，散热困难，冷速变慢，而且熔液中的温差随之减小，这将阻止柱状晶的快速生长，当整个熔液温度降至熔点以下时，熔液中出现许多品核并沿各个方向长大，就形成中心等轴晶区。（2分）
14. 与平衡凝固相比较，固溶体的非平衡凝固有何特点？
（1）非平衡凝固的固相平均成分线和液相平均成分线与平衡凝固的固相线、液相线不同，冷却速度越快，偏离固、液相线越严重；反之，冷却速度越慢，越接近，表明凝固速度越接近平衡凝固条件。
（2）先结晶部分总是富高熔点组元，后结晶的部分是富低熔点组元。 （3）非平衡凝固总是导致凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温度。
15. 试分析包晶反应不平衡组织的形成过程。
实际生产中的冷速较快，包晶反应所依赖的固体中原子扩散往往不能充分进行，导致包晶反应的不完全性，即在低于包晶温度下，将同时存在参与转变的液相和?相，其中液相在继续冷却过程中可能直接结晶出?相或参与其他反应，而?相仍保留在?相芯部，形成包晶反应的非平衡组织。
六、计算题：
第2章 1. 金刚石为碳的一种晶体，为复杂面心立方结构，晶胞中含有8个原子，其晶格常数
a=0.357nm，当它转换成石墨 (?2 =2.25g/cm3)结构时，求其体积改变百分数？ 解：金刚石为复杂面心立方结构，每个晶胞含有8个碳原子 金刚石的密度为：??8?12?0.357?10??6.023?10?7323?3.503(g/cm3)
对于单位质量1g碳为金刚石结构时，体积为：v1=1/?1=0.285(cm3) 转变为石墨结构时，体积为：v2=1/?2=0.444(cm3) 故金刚石转变为石墨结构时体积膨胀：
v2?v1?100%?55.8% v1
第3章
2. 在Fe中形成1mol空位需要的能量为104.675kJ，试计算从20℃升温至 850℃时空位数目增加多少倍？ 已知空位在温度T时的平衡浓度为 解：
系数A一般在1~10之间，取A=1，则
，
R=8.31 J/K。
故 空位增加了 （倍）
3. 图解并分析包含刃型位错和螺型位错的混合位错的滑移过程。P95
第4章
4. 一块含0.1%C的碳钢在930℃渗碳，渗到0.05cm的地方碳的浓度达到0.45%。在t>0
的全部时间，渗碳气氛保持表面成分为1%，假设 D=2.0×10-5exp(-140000/RT) (m2/s)。 (a) 计算渗碳时间（已知erf(0.61)=0.61）； (b) 若将渗层加深一倍，则需多长时间？
(c) 若规定0.3%C作为渗碳层厚度的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？ 解：
(a) 由Fick第二定律得：
t 1.0×104(s) （ 5分）
(b) 由关系式x?ADt，得：x1?AD1t1，x2?AD2t2
两式相比，得：
当温度相同时，D1=D2,于是得：
（ 5分）
（c）
因为： t930=t870, D930=1.67×10-7(cm2/s) D870=0.2×exp(-140000/8.314×1143) =8.0×10-8(cm2/s)
所以： （倍）（ 5分）
5. 在950℃下对纯铁渗碳，希望在0.1mm的深度得到w1(c)=0.9%的碳含量。假设表面碳
浓度保持在w2(c)=1.20%，扩散系数D?Fe=10-10m2/s。计算为达到次要求至少要渗碳多少时间？
6. 一块含0.1%C的碳钢在930℃、1%碳浓度的气氛中进行渗碳处理，经过11个小时后在
0.05cm的地方碳的浓度达到0.45%，若要在0.08cm的深度达到同样的渗碳浓度，则需
多长时间？ 已知???s?(?s??0)erf(x) 2Dtx) 2Dt解：由Fick第二定律得： ???s?(?s??0)erf(即
?s??x?erf()
?s??02Dtx1x22Dt22由题意可知，两种情况下渗碳前后浓度相同且渗碳温度相同，即
2Dt1? （5分）
2?x2故 t2?t1???x?1??0.08???11????28.16(小时) （10分，不准确扣1分） ?0.05???要在0.08cm深度达到同样的渗碳深度，需28.16小时。
7. 根据实际测定lgD与1/T的关系图，计算单晶体银和多晶体银在低于700℃温度范围的
扩散激活能，并说明两者扩散激活能差异的原因。
解：由 D=D0exp(-Q/RT)，lgD?lgD0?Q1?,(因为lnD?2.3lgD) 2.3RT