江苏大学材料科学基础考研课程试题集_百度文库
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江苏大学材料科学基础考研课程试题集
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a[100]?a[010]?
几何条件：
左?a[100]?a[010]?a[1?0,0?1,0?0]?a[110]
[1?1,1?1,1?1]?a[110]
能量条件： 左=b2
3.a[100]?a[010]?
几何条件:左=a[1+0，0+1，0+0]=a[110]， 右=(a/2)[1+1,1+1,1-1]=a[110],满足
能量条件：a222
?a?a，满足
可以反应。 4.a2
[0?1,1?0,1?1]?
能量条件：
，可以反应。
四、简答（2×10＝20分）
1.晶体的实际强度为什么远低于理论强度 ? 答:这是因为实际晶体的塑性变形是通过局部滑移进行的，故所加外力仅需破坏局部区域滑移面两边原子的结合键，而此局部区域是有缺陷(即位错)的区域，此处原子本来就处于亚稳状态，只需很低的外应力就能使其离开平衡位置，发生局部滑移。 2.金属为什么会退火软化?
答: 经塑性变形的金属其晶粒内部含有大量缠结成网状的位错。当把这种金属加热到稍高的温度，网状位错将移动并重新排列成多边形结构，构成亚晶界。此时位错数量并未减少，金属的机械性质无太大变化。当金属被加热到再结晶温度（约熔点0.4倍）时，新的晶粒在亚晶界处形核，而消除了大多数位错。因位错
数量大幅降低，塑性。（注：不必画图）
再结晶的金属具有低强度和高
(a)塑性变形(形成网状位错)
(b)回复(位错形成多变形结构)
(c)再结晶(位错消除)
3.两位错发生交割时产生的扭折和割阶有何区别？
答:位错的交割属于位错与位错之间的交互作用，其结果是在对方位错线上产生一个大小和方向等于其柏氏矢量的弯折，此弯折即被称为扭折或割阶。扭折是指交割后产生的弯折在原滑移面上，对位错的运动不产生影响，容易消失；割阶是不在原滑移面上的弯折，对位错的滑移有影响。
4.晶体为什么会加工硬化?
答:晶体在塑性变形过程中位错密度不断增加，使弹性应力场不断增大，位错间的交互作用不断增强，因而位错的运动越来越困难。具体地说，引起晶体加工硬化的机制有:位错的塞积、位错的交割(形成不易或不能滑移的割阶、或形成复杂的位错缠结)、位错的反应(形成不能滑移的定位错)等。 五、证明 （10分）
1.一个位错环只有一个柏氏矢量（见右图）。
答:图示中：
如果一个位错环有两个不同柏氏矢量b1，b2，则晶体两侧ABC、ADC的滑移不同，则两部分
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材料基础重点与习题答案
导读：例题解答：?（1）为两b相互平行的刃型位错的交割，请参考P86和图3.18(b)?（2）为两b相互垂直的刃型位错和螺型位错的交割，请参考P86和图3.19（3）位错线产生的扭折继续随主位错线沿原来的滑移面运动，但在运动过程中由于线张力的作用，扭折会变直（消失）。位错线产生的割阶要继续随主位错线沿原来的滑移面运动，需更大的外力做功，提供割阶随位错运动使之发生攀
例题解答：
（1）为两b相互平行的刃型位错的交割，请参考P86和图3.18(b)
（2）为两b相互垂直的刃型位错和螺型位错的交割，请参考P86和图3.19
（3）位错线产生的扭折继续随主位错线沿原来的滑移面运动，但在运动过程中由于线张力的作用，扭折会变直（消失）。位错线产生的割阶要继续随主位错线沿原来的滑移面运动，需更大的外力做功，提供割阶随位错运动使之发生攀移（割阶的那段位错的滑移面与原位错的滑移面不同，只能发生攀移）时所需的空位或间隙原子形成能或迁移能。
11. 在800℃时1010个原子中有1个原子具有足够能量可在固体内移动；而在900℃时，109个原子中就有1个原子实现上述情况，试求其激活能（J/原子）？(刘P20―13)
解答：据公式 C??Aexp(?Q/RT)，可知：
10?10?Aexp(?Q/8.31?1073?5
?Q?2.41?10J/mol?
10?9?Aexp(?Q/8.31?1173?
?4.0?10?19J/原子
12. 若将一块铁加热至850℃，然后快冷至20℃，试计算处理前后空位数应增加多少倍？（设的中形成一摩尔空位所需要的能量为104600了）。(刘P20―14)
解答：设850℃时空位浓度为C1，20℃时为C2
据公式 C??Aexp(?Q/RT)，可知：
C1=Aexp（－Q/8.31×1123） C2=Aexp（－Q/8.31×293） Q =1.046×105J/mol
→ C2/ C1 =1.06×1014
或 【设850℃时空位浓度为C1，20℃时为C2
10?10?Aexp(?Q/8.31?1073?
C2??9??1.62?10?1410?Aexp(?Q/8.31?1173?
Q?1.046?105J/mol? ?
?6.16?1013C2
13、试说明滑移，攀移及交滑移的条件，过程和结果，并阐述如何确定位错滑移运动的方向。 解答：
滑移：切应力作用、切应力大于临界分切应力 ；台阶
攀移：纯刃位错、正应力、热激活原子扩散；多余半原子面的扩大与缩小 交滑移：纯螺位错、相交位错线的多个滑移面；位错增殖
位错滑移运动的方向，外力方向与b一致时从已滑移区→未滑移区。相反，从未滑移区→已滑移区。
14. 画一方形位错环，并在这个平面上画出柏氏矢量（沿对角线方向）及位错线方向（顺时针），据此指出位错环各段的性质，并示意画出晶体滑移后的结果。
解答： 均为混和型位错。
滑移时，位错环扩大，形成台阶
15. 简单立方晶体中（100）面上有一位错，b=[00]，§// [001]，问：若在（001）面上有
一个b=[100]，§// [100]的位错与之相割，则会发生什么结果？此结果对位错进一步运动有何影
响？(上P15―105.37)
解答：参考教材和例题
16、判断下列位错反应能否进行： aaaaa
（1）[10]?[21]?[11]
（2）a[100]?[101]?[10]
26322aaaaa
（3）[112]?[111]?[11] （4）a[100]?[111]?[1]
(刘P21―19)
【参考P101位错反应的两个条件】
根据位错反应的两个条件。 (1) 能
（2）、（3）、（4）均不能。
17. 金属晶体中位错有哪几种类型？如何用柏氏矢量来判断位错类型？ 类型：刃型位错、螺型位错
判断：可以根椐柏氏矢量与位错线的关系来判定位错类型，当位错线与柏氏矢量垂直时位错为刃型位错，当位错线与柏氏矢量平行时位错为螺型位错，当位错线与柏氏矢量既不平行也不垂直时位错为混合位错。
第四章 例题解答
例1. 设有一条内径为30mm的厚壁管道，被厚度为0.1mm的铁膜隔开，通过向管子一端向管内输入氮气，以保持膜片一侧氮气浓度为1200mol/m3，而另一侧的氮气浓度为100mol/m3。
如在700℃下测得通过管道的氮气流量为2.8×10mol/s，求此时氮气在铁中的扩散系数。
例题解答：通过管道中铁膜的氮气通量为
?4.4?10?4mol/(m2?s)
膜片两侧氮浓度梯度为：?
?c.1?10?7mol/m ?x0.0001
据Fick’s First Law：
J??D?D???4?10?11m2/s
例2. 课本P124，例题 例题解答：（见课本）利用4.9式
例3. Cu-Al组成的互扩散偶发生扩散时，标志面会向哪个方向移动？
例题解答：TAl（熔点）&TCu（熔点），说明Al的键能较Cu低，Cu原子在Al中的扩散系数要高于Al原子在Cu中的扩散系数，因此，Cu-Al组成的互扩散偶发生扩散时标志面将向Cu的一侧移动。
例4. 设纯Cr和纯Fe组成的扩散偶，扩散1小时后Matano平面移动了1.52×10-3cm。已知CCr=0.478时，?C/?x=126/cm，互扩散系数D=1.43×10-9cm2/s，试求Matano平面移动速度和Cr、Fe的本征扩散系数DCr、DFe。（实验测得Matano平面移动距离的平方与扩散时间之比为常数。）
例题解答：据Darken equation.标记移动速度为:
CCr+CFe = 1
?Vm?(DCr?DFe)?(DCr?DFe)?126(cm/s)???x??92
??CD?CD?0.478D?0.522D?1.43?10(cm/s)? CrFeFeCrFeCr?
?x2dxkx1.52?10?3
? Um????(Cu/s)?
tdt2x2t2?3600?
?DCr?2.23?10?9(cm2/s)
?DFe?0.56?10(cm/s)
例5. 钢在进行渗碳处理时，表面很快达到较高浓度，然后逐步向中间扩散，设在1000℃时，测得工件离表面1mm和2mm之间的碳浓度从5at.%降到4at.%，试计算碳原子在该区域的流量（γ-Fe在1000℃时密度为7.63g/cm3，扩散系数Dc?=（2.0×10-5m2/s）×exp[(-142000J/mol)/RT]）,以原子/m2?s为单位。（上P46--2）
?c?c5at%?4at%.
????1at.%/mm ?x?x1mm?2mm
6.023?1023
??7.63??8.23?1022(原子/cm3)
?c0.01?8.23?1023原子/cm3
????8.23?1023原子/cm3?mm 因而
=?8.23?1029原子/m4
Dc?=2.0×10-5×exp(-.31××10-11(m2/s)
??D??2.98?10?11?(?8.23??1019原子/m2?s ?x?x
例6. 一块0.1%C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Dc?=2.0×10-5exp(-140000/ RT) (m2/s), （1）计算渗碳时间；（2）若将渗层加深一倍，则需多长时间？（3）若规定0.3%C作为渗碳层厚工的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？ （上P47--9）
(1) C?C1?(C0?C1)(1?erf
0.45?0.1?(1?0.1)(1?erfD930
??0.2?exp???1.6?10(cm/s)
??8.314?1203??
)?0.61?erf
?t?1.04?104(s)
22??x12?k?D1t1x2D2t2x2??
(2) 由x2?k?Dt??2??t2?2t1
Dtxx1x?k?Dt11122?2?
T相同时，D1?D2??
?t2??1.04?10?4.16?10s 2
D930t930x930?x870D870t870
D930?1.6?10?7(cm2/s)
D870?0.2?exp(?.31??10?8(cm2/s)??
?t930?t870?10h(题题意?x
1.6?10?7??1.42（（倍) ?8
例7. 含0.85%C的普碳钢加热到900℃在空气中保温1小时后外层碳浓度降到零。假如要求零件外层的碳浓度为0.8%，表面应车削去多少深度？ [Dc?=1.1×10-7cm2/s，参考课本P124，公式（4.9）]
（上P47--10） 解答：
C?C1?(C0?C1)(1?erf
表面脱碳后： ? 2Dt
D?1.1?10?7cm2/s
t?3600 s??
?x?0.054cm
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第4章 位错的交割与割接
4.1位错的交割
⑴通常把位错彼此交叉通过的过程叫做位错的交割
⑵①扭折—在原位错滑移面上的弯折，它不影响原位错线的滑移运动 ②割阶—与原位错滑移面垂直的弯折，它阻碍原位错线的滑移运动
③不论原位错属于什么类型，割阶的最终状态一定是刃型位错：割阶的最终矢量与原位错的滑移面垂直，而它的柏氏矢量，既是原位错的柏氏矢量，∴其柏氏矢量与割阶矢量垂直。
4.2几种典型的位错交割
⑴例一：两刃位错，b1⊥b2
因为此割阶的滑移方向和原位错一致，
所以ξ2可以带着滑移割阶运动
⑵例二：两刃位错,b1∥b2
两段小弯折都在原滑移面上，且都是螺
位错，是扭折，不稳定，在线张力作用
下，使其变直，直到最后消失。
⑶例三：刃螺位错,ξ1⊥ξ2 ，b1⊥b2
两位错运动交割后，在ξ2上产生扭
折，在ξ1上产生割阶，可以和位错一
起滑移(称滑移割阶)
⑷例四：两螺位错，ξ1⊥ξ2 ，b1⊥
交割后各自在垂直滑移面的方向上产
生割阶。ξ1和ξ2在原滑移面上滑移
时，割阶只能一起攀移，称此割阶为
注意：切应力不能使位错攀移，位错
攀移的承受力是很大的。所以，攀移割阶基本上不能随滑移位错运动，起到形成滑移位错固定结点的作用。
①带有扭折或割阶的位错,其柏氏矢量与携带它们的位错相同
②扭折可因位错线张力而消失，但割阶不会因此而消失
③扭折可随位错线一道运动，几乎不产生阻力，割阶与原位错不在同一滑移面上，一般只能通过攀移随原位错一起运动，即使能随新位错一起滑移，也增加其滑移阻力
带割阶的位错运动
1.带割阶的刃位错运动：
带着割阶在原运动方向滑移，滑移面未必是晶体的密排面，滑动时所受的点阵阻力要大些。
2.带割阶的螺位错运动
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