第五章 表面结构与性质习题
5.2 什么叫表面张力和表面能? 在固态下和液态下这两者有何差别?
解：表面张力：扩展物体单位长度的表面所需要的力，或将物体表面增大一个单位面积所需作的功。单位为N/m。
表面能：恒温、恒压、恒组成情况下，每增加单位表面积时，体系自由焓的增量，单位为J/m2。
在液态下，不能承受剪应力，外力所做的功表现为表面积的扩展，因为表面张力与表面能在数值上是一致的；
在固态下，能承受剪切应力，外力的作用表现为表面积的增加和部分的塑性形变，表面张力与表面能在数值上不相等。
5.5 MgO—Al2O3—SiO2系统的低共熔物，放在Si3N4陶瓷片上，在低共溶温度下，液相的表面张力为0.9J/m2，液体与固体的界面能为0.6 J/m2，测得接触角为70.52°，求Si3N4的表面张力。
解：根据Young方程：平衡时，Si3N4固体的表面张力γSV=γSL+γLVcos70.52°，则γSV=0.6+0.9cos70.52 °=0.9J/m2
5.6 什么叫吸附、粘附? 当用焊锡来焊接铜丝时，用锉刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象。
解：吸附是固体表面力场与被吸附分子发生的力场相互作用的结果，发生在固体表面上，发生在固体表面上，分为物理吸附和化学吸附；
粘附是指两个发生接触的表面之间的吸引，发生在固液界面上。
铜丝放在空气中，其表面层被吸附膜（氧化膜）所覆盖，焊锡焊接铜丝时，只是将吸附膜粘在一起，锡与吸附膜粘附的粘附功小，锉刀除去表面层露出真正铜丝表面（去掉氧化膜），增大了γSV，因此粘附很牢固。 5.16 已知在高温下Al2O3（S）的表面张力为0.900N/m，液态Fe（L）的表面张力为1.720N/m，而Al2O3（S）与Fe（L）的界面张力为2.300 N/m。问接触角有多大？液态能否润湿氧化铝？
解：0.9002.300cos0.8141.720SVSLLV
第6章 钢的热处理
一、名词解释
马氏体、残余奥氏体、退火、正火、淬火、等温淬火、淬透性、淬硬性、回火、调质
二、填空题
1.共析钢加热时，其奥氏体化过程由（ ）、（ ）、（ ）、（ ）四个步骤组成。
2.钢的淬透性越高，则其C曲线的位置越（ ），临界冷却速度越（ ）。
3.钢的热处理工艺是由（ ）、（ ）、（ ）3个阶段组成。热处理的特点是只改变工件的（ ），而不改变其（ ）。
4.当钢完全奥氏体化后冷却转变为马氏体时，奥氏体中的含碳量越高，则MS点越（ ），转变后的残余奥氏体量越（ ）。
5.球化退火的主要目的是（ ）、（ ），它主要适用于（ ）钢。
6.亚共析钢的淬火温度为（ ），过共析钢的淬火温度为（ ）。
7.用T10钢制造车刀，其工艺路线为：下料→锻造→预备热处理（ ＿+＿ ）→机加工→最终热处理（ + ）→磨加工。（请在横线上填入相应热处理工艺的名称）
8.共析钢等温冷却分为三个转变区，其中低温转变为（ ）类转变，中温转变为（ ）类转变，高温转变为（）类转变。
9.高温回火、中温回火、低温回火后获得的组织分别为（ ）体、（ ）体和（ ）体。
三、选择题
1．钢在淬火后获得的马氏体组织粗细主要取决于（ ）。
A．奥氏体的起始晶粒度 B．奥氏体的实际晶粒度
C．奥氏体的本质晶粒度 D．钢的原始组织
2．除Co外，所有溶人奥氏体的合金元素都使C曲线右移，使钢的淬透性（ ）。
A．降低 B．提高 C．不变 D．出现极大值 3．完全退火主要适用于（ ）。
第七章回复再结晶，还有相图的内容。
第一章
1.作图表示立方晶体的晶面及晶向。
2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向等。
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，相对原子质量为24.31，原子半径r=0.161nm。
5.当CN=6时离子半径为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。试确定在镍的（100），（110）及（111）平面上1中各有多少个原子。
8. 石英的密度为2.65。试问：
1) 1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。
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段在滑移面上并平行AB，段与滑421,210,123346,112,0210121,0211,0110,0112,00013Mg/m74.1mgNanm1246.0Nir2mm2SiO3Mg/m3m1010910defed,ef移面垂直。位错的柏氏矢量b与平行而与垂直。试问：1) 欲使段位错在ABCD滑移面上运动而不动，应对晶体施加怎样的应力？2) 在上述应力作用下位错线如何运动？晶体外形如何变化？
试卷（四）
1. （10分）画出fcc晶胞中（111）晶面上的所有[110]晶向；在hcp晶胞中画出]0211[晶向和)0011(晶面。
图1 fcc晶胞 图2 hcp晶胞
2. （10分）举出凝固理论在金属材料结晶中的几个应用，加以简单说明。
3. （10分）画出Fe-Fe3C亚稳平衡相图，根据相图回答下列问题：
a. 标出合金在室温下的组织组成；
b. 写出相图中三个等温反应式；
c. 分析含碳量为0.45％的合金的平衡冷却过程；计算其在室温下的组织组成物的相对百分含量；
d. 画出0.45％C的合金在1148℃时的成分－自由能曲线示意图；
e. 试分析元素C及Cr在Fe中的可能存在形式及其作用。
图3 Fe-Fe3C亚稳平衡相图 O A
C B
D
4. （10分）试总结位错在金属材料中的作用。
5. （10分）分析原子扩散在金属材料中的作用。
6. （10分）分析多晶体金属的变形过程及影响多晶体金属变形的因素。
7. （10分）分析层错能对金属热塑性变形的影响。
8. （10分）提高金属材料强度的途径有哪些?
9. （10分）解释下列名词：成分过冷；离异共晶；反应扩散；面角位错；晶界偏聚
10. （10分）如图Pb-Sn-Bi三元合金相图，试写出图中五条单变量线及P点、E点反应的反应式；分析图中合金2的平衡结晶过程，指出它的开始凝固温度。
参考答案
1.（10分）画出fcc晶胞中（111）晶面上的所有[110]晶向；在hcp晶胞中画出]0211[晶向和)0011(晶面。
图1 fcc晶胞 图2 hcp晶胞
参考答案：
fcc晶胞如图1，ACE所在晶面为（111）晶面，[110]晶向为OD方向。
hcp晶胞如图2，]0211[晶向为Oa3反方向， )0011(晶面为ABCD面。
