西安交通大学材料科学基础考研复习题(包括答案)

西安交通大学材料科学与工程学院材料科学基础复习题第1页共68页目录目录........................................................................1工程材料中原子排列............................................................2参考答案...................................................................4固体中的相结构................................................................9参考答案..................................................................12凝固.........................................................................16参考答案..................................................................19相图.........................................................................25参考答案..................................................................38固体中的扩散.................................................................40参考答案..................................................................43塑性变形.....................................................................45参考答案..................................................................48回复与再结晶.................................................................51参考答案..................................................................54固体相变.....................................................................58参考答案..................................................................60复合效应与界面...............................................................64参考答案..................................................................66西安交通大学材料科学与工程学院材料科学基础复习题第2页共68页工程材料中原子排列1.作图表示立方晶体的421,210,123晶面及346,112,021晶向。2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向0121,0211,0110,0112,0001等。3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的等价晶面。4.镁的原子堆积密度和所有hcp金属一样，为0.74。试求镁单位晶胞的体积。已知Mg的密度3Mg/m74.1mg，相对原子质量为24.31，原子半径r=0.161nm。5.当CN=6时Na离子半径为0.097nm，试问：1)当CN=4时，其半径为多少？2)当CN=8时，其半径为多少？6.试问：在铜（fcc,a=0.361nm）的100方向及铁(bcc,a=0.286nm)的100方向,原子的线密度为多少？7.镍为面心立方结构，其原子半径为nm1246.0Nir。试确定在镍的（100），（110）及（111）平面上12mm中各有多少个原子。8.石英2SiO的密度为2.653Mg/m。试问：1)13m中有多少个硅原子（与氧原子）？2)当硅与氧的半径分别为0.038nm与0.114nm时，其堆积密度为多少（假设原子是球形的）？9.在800℃时1010个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移动，而在900℃时910个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原子）。10.若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。试计算处理前后空位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J）。11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面。若该滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b∥AB。西安交通大学材料科学与工程学院材料科学基础复习题第3页共68页1)有人认为“此位错环运动移出晶体后，滑移面上产生的滑移台阶应为4个b,试问这种看法是否正确？为什么？2)指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后，滑移方向及滑移量。12.设图1-19所示立方晶体中的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面。晶体中有一条位错线defed,段在滑移面上并平行AB，ef段与滑移面垂直。位错的柏氏矢量b与de平行而与ef垂直。试问：1)欲使de段位错在ABCD滑移面上运动而ef不动，应对晶体施加怎样的应力？2)在上述应力作用下de位错线如何运动？晶体外形如何变化？13.设面心立方晶体中的)111(为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为1012a。1)在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二位错线的晶向指数。14.判断下列位错反应能否进行。1)];111[3]211[6]110[2aaa2)];110[2]101[2]100[aaa3)];111[6]111[2]112[3aaa4)].111[2]111[2]100[aaa15.若面心立方晶体中有b=]011[2a的单位位错及b=]112[6a的不全位错，此二位错相遇产生位错反应。1)问此反应能否进行？为什么？西安交通大学材料科学与工程学院材料科学基础复习题第4页共68页2)写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的类型。16.若已知某晶体中位错密度376cm/cm10~10。1)由实验测得F-R位错源的平均长度为cm104，求位错网络中F-R位错源的数目。2)计算具有这种F-R位错源的镍晶体发生滑移时所需要的切应力。已知Ni的10109.7GPa，nm350.0a。17.已知柏氏矢量b=0.25nm，如果对称倾侧晶界的取向差=1°及10°，求晶界上位错之间的距离。从计算结果可得到什么结论？18.由n个刃型位错组成亚晶界，其晶界取向差为0.057°。设在形成亚晶界之前位错间无交互作用，试问形成亚晶界后，畸变能是原来的多少倍（设;10,10804brR形成亚晶界后，bDR）？19.用位错理论证明小角度晶界的晶界能与位向差的关系为ln0A。式中0和A为常数。20.简单回答下列各题。1)空间点阵与晶体点阵有何区别？2)金属的3种常见晶体结构中，不能作为一种空间点阵的是哪种结构？3)原子半径与晶体结构有关。当晶体结构的配位数降低时原子半径如何变化？4)在晶体中插入柱状半原子面时能否形成位错环？5)计算位错运动受力的表达式为bf，其中是指什么？6)位错受力后运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向应是什么方向？7)位错线上的割阶一般如何形成？8)界面能最低的界面是什么界面？9)“小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的”这种说法对吗？参考答案1．有关晶面及晶向附图2.1所示。西安交通大学材料科学与工程学院材料科学基础复习题第5页共68页2．见附图2.2所示。3．{100}＝(100)十(010)+(001)，共3个等价面。{110}＝(110)十(101)+(101)+(011)+(011)+(110)，共6个等价面。{111}＝(111)+(111)+(111)+(111)，共4个等价面。)121()112()112()211()112()121()211()121()211()211()121()112(}112{共12个等价面。4．单位晶胞的体积为VCu＝0.14nm3(或1.4×10-28m3)西安交通大学材料科学与工程学院材料科学基础复习题第6页共68页5．(1)0.088nm；(2)0.100nm。6．Cu原子的线密度为2.77×106个原子/mm。Fe原子的线密度为3.50×106个原子/mm。7．1.6l×l013个原子/mm2；1.14X1013个原子/mm2；1.86×1013个原子/mm2。8．(1)5.29×1028个矽原子/m3；(2)0.33。9．9.0.4×10-18/个原子。10．1.06×1014倍。11．(1)这种看法不正确。在位错环运动移出晶体后，滑移面上、下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的。位错环的柏氏矢量为b，故其相对滑移了一个b的距离。(2)A'B'为右螺型位错，C'D'为左螺型位错；B'C'为正刃型位错，D'A'为负刃型位错。位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量如附图2.3所示。12．(1)应沿滑移面上、下两部分晶体施加一切应力τ0，的方向应与de位错线平行。(2)在上述切应力作用下，位错线de将向左(或右)移动，即沿着与位错线de垂直的方向(且在滑移面上)移动。在位错线沿滑移面旋转360°后，在晶体表面沿柏氏矢量方向产生宽度为一个b的台阶。西安交通大学材料科学与工程学院材料科学基础复习题第7页共68页13．(1)]101[2ab，其大小为ab22||，其方向见附图2.4所示。(2)位错线方向及指数如附图2.4所示。14．(1)能。几何条件：∑b前＝∑b后＝]111[3a；能量条件：∑b前2＝232a∑b后2＝231a(2)不能。能量条件：∑b前2＝∑b后2，两边能量相等。(3)不能。几何条件：∑b前＝a/b[557]，∑b后＝a/b[11¯1]，不能满足。(4)不能。能量条件：∑b前2＝a2∑b后2＝223a，即反应后能量升高。15．(1)能够进行。因为既满足几何条件：∑b前＝∑b后＝]111[3a，又满足能量条件：∑b前2＝232a∑b后2＝231a(2)b合＝]111[3a；该位错为弗兰克不全位错。西安交通大学材料科学与工程学院材料科学基础复习题第8页共68页16．(1)假设晶体中位错线互相缠结、互相钉扎，则可能存在的位错源数目111010~10ln个／Cm3。(2)τNi＝1.95×107Pa。17．当θ＝1°，D＝14nm；θ＝10°，D＝1.4nm时，即位错之间仅有5～6个原子间距，此时位错密度太大，说明当θ角较大时，该模型已不适用。18．畸变能是原来的0.75倍(说明形成亚晶界后，位错能量降低)。19．设小角度晶界的结构由刃型位错排列而成，位错间距为D。晶界的能量γ由位错的能量E构成，设l为位错线的长度，由附图2.5可知，DEDlEl由位错的能量计算可知，中心ErRGbE02ln)1(4取R＝D(超过D的地方，应力场相互抵消)，r0＝b和θ＝b/D代入上式可得：西安交通大学材料科学与工程学院材料科学基础复习题第9页共68页)ln(1ln)1(4]ln)1(4[0