材料科学与工程基础第三章答案(供参考)

工程材料第三章作业参考答案1、解释下列名词：奥氏体化，过冷奥氏体，残余奥氏体；奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度。

答：奥氏体化：在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称为奥氏体化奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步：第一步奥氏体晶核形成、第二步奥氏体晶核长大、第三步残余Fe3C溶解、第四步奥氏体成分均匀化。

过冷奥氏体：处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。

过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。

随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。

残余奥氏体：即使冷却到Mf 点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用A’ 或γ’ 表示。

奥氏体的起始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度,此时晶粒细小均匀。

实际晶粒度：在给定温度下奥氏体的晶粒度称实际晶粒度。

本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质晶粒度。

2、过冷奥氏体转变时所形成的珠光体类、贝氏体类、马氏体类组织有哪几种? 它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点?答：过冷奥氏体在A1~ 550℃间将转变为珠光体类组织，为铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物。

根据片层厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和屈氏体。

⑴珠光体：形成温度为A1-650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示。

⑵索氏体：形成温度为650-600℃,片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，用符号S 表示。

⑶屈氏体：形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨，用符号T 表示。

珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。

片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。

过冷奥氏体在550℃- 230℃(Ms)间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号B表示。

根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B 上)和下贝氏体(B下)。

⑴上贝氏体形成温度为550-350℃。

第三章作业答案1.说明面心立方结构的潜在滑移系有12个，体心立方结构的潜在滑移系有48个。

解：面心立方晶体的滑移系是｛111｝ < 1-10> , (111｝有四个，每个｛111｝面上有三个〈110〉方向，所以共有12个潜在滑移系。

体心立方晶体的滑移系是(110｝ <- 111 > , ｛211｝ <- 111 >以及｛312｝ < -111 >o｛110｝面共有6个，每个｛110｝面上有两个<-111 >方向，这种滑移系共有12个潜在滑移系; ｛211｝面有12个，每个“211”面上有1个〈111〉方向，这种滑移系共有12个潜在滑移系；｛312｝面共有24个，每个｛312｝面上有1个<-111 >方向，这种滑移系共有潜在滑移系24个, 这样，体心立方晶体的潜在滑移系共有48个。

2.一个位错环能否各部分都是螺位错？能否各部分都是刃位错？为什么？解：螺位错的柏氏矢量与位错线平行，而一个位错只有一个柏氏矢量，一个位错环不可能与一个方向处处平行，所以一个位错环不能各部分都是螺位错。

刃位错的柏氏矢量与位错线垂直，如果柏氏矢量垂直位错环所在的平面，则位错环处处都是刃位错。

这种位错的滑移面是位错环与柏氏矢量方向组成的棱柱面，这种位错又称棱柱位错。

3.纯铁的空位形成能为105kJ/mol.将纯铁加热到850°C后激冷至室温(20°C),假设高温下的空位能全部保留，试求过饱和空位浓度与室温平衡空位浓度的比值。

解：G，=4exp(-g)850 °C (1123K)后激穆室温可以认为全部空位保留下来Exp(31.87)4.写出距位错中心为R1范围内的位错弹性应变能。

如果弹性应变能为R1范围的一倍，则所涉及的距位错中心距离R2为多大？解：距位错中心为&范围内的位错弹性应变能为E = 竺瓦马。

4忒Ab如果弹性应变能为&范围的一倍，则所涉及的距位错中心距离R2为2 竺= 也4.K Ab A TT K Ab即R,=¥2 Ab5.简单立方晶体(100)面有一个b=[001]的螺位错。

1、何为冷变形、热变形和温变形？冷变形：温度低于回复温度，变形过程只有加工硬化无回复和再结晶。

热变形：温度在再结晶温度以上，变形产生的加工硬化被再结晶抵消，变形后具有再结晶等轴晶粒组织，而无加工硬化痕迹。

温变形：金属材料在高于回复温度但低于再结晶开始温度的温度范围内进行的塑性变形过程。

2、简述金属的可锻性及其影响因素。

可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。

它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。

可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。

(1)内在因素(a)化学成分:不同化学成分的金属其可锻性不同；(b)合金组织:金属内部组织结构不同，其可锻性差别很大。

(2)外在因素(a)变形温度:系指金属从开始锻造到锻造终止的温度范围。

温度过高:过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。

温度过低：变形抗力↑－难锻，开裂(b)变形速度:变形速度即单位时间内的变形程度(c)应力状态:金属在经受不同方法进行变形时，所产生的应力大小和性质（压应力或拉应力）不同。

3、自由锻和模锻的定义及其特点是什么？自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。

1、自由锻锻件的精度不高，形状简单，其形状和尺寸一般通过操作者使用通用工具来保证，主要用于单件、小批量生产。

2、对于大型机特大型锻件的制造，自由锻仍是唯一有效的方法。

3、自由锻对锻工的技术水平要求高，劳动条件差，生产效率低。

模锻是指在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。

模锻具有如下特点：(1)生产效率高。

劳动强度低。

(2)锻件成形靠模膛控制，可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件，且锻造流线比较完整，有利于提高零件的力学性能和使用寿命。

(3)锻件表面光洁，尺寸精度高，加工余量小，节约材料和切削加工工时。

(4)操作简便，质量易于控制，生产过程易实现机械化、自动化。

《材料科学与工程基础》习题和思考题及答校第二章2T.按照能级场出N、0、Si、Fe、Cu> Br原子的电子排布(用方框图表示)。

2-2.的镁原子有13个中子，11. 17的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。

2-3.试计算N壳层内的最大电子数。

若K、L、M、N売层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？2-4.计算0売层内的最大电子数。

并定出K、L、M、N、0売层屮所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。

2-5 •将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。

2-6. 按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式：(1)C02的分子键合(2)甲烷CH4的分子键合(3)乙烯C2H4的分子键合(4)水H20的分子键合(5)苯环的分子键合(6)拨基中C、0间的原子键合2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因索有那些？2-8.试解释表21中，原子键型与物性的关系？2-9.0°C时，水和冰的密度分别是1.0005g/cm3和0. 95g/cm3,如何解释这一现象？2-10.当CN6时，K离子的半径为0. 133nma当CN4时，半径是多少？bCN8时，半径是多少？2-11』利用附录的资料算岀一个金原子的质量？b 每mm3的金有多少个原子？c根据金的密度，某颗含有1021 个原子的金粒，体积是多少？d假设金原子是球形rAuO. 1441nm21并忽略金原子Z间的空隙，则10个原子占多少体积？e这些金原子体积占总体积的多少白分比？2-12. 一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2离子和4个02-离子，每边的边长是0.478nm,则CaO的密度是多少？2-13.硬球模式广泛的适用丁金属原子和离子，但是为何不适用于分子？(2-14.计算(a)而心立方金属的原子致密度；b)而心立方化合物NaCl 的离子致密度(离；子半径rNaO. 097, rCl-O. 181) (C)由计算结果，可以引出什么结论？4702-15.铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a0.287nm, 由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子个数。

材料科学与工程基础课后习题答案习题1题目：什么是材料的物理性质？举例说明。

解答：材料的物理性质是指材料在没有发生化学变化的情况下所表现出的性质。

这些性质可以通过物理测试来测量和确定。

举例来说，导电性和热导性就是材料的物理性质之一。

例如，金属材料具有良好的导电性和热导性，能够传递电流和热量。

而绝缘材料则具有较低的导电性和热导性，不易传递电流和热量。

习题2题目：简述晶体结构和晶体缺陷的区别。

解答：晶体结构是指材料中原子或离子的排列方式和规律。

晶体结构可以分为晶格、晶胞和晶体点阵等几个层次。

晶格是指晶体内部原子或离子排列的周期性重复性。

晶胞是晶格的一个最小重复单元，由晶体中少数几个原子或离子构成。

晶体点阵是指晶格的三维空间排列方式。

晶体缺陷是指晶体结构中存在的瑕疵或缺陷。

晶体缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。

点缺陷是指晶体结构中原子或离子的位置发生了失序或替代，造成了空位、间隙原子、杂质原子等。

线缺陷是指晶体结构中存在了位错或脆性裂纹等缺陷。

面缺陷是指晶体结构中存在了晶界或孪晶等缺陷。

习题3题目：为什么变形会引起材料性能的改变？解答：变形是指材料在外力作用下发生的形状和大小的改变。

变形可以导致材料性能的改变主要有以下几个原因：1.晶体结构改变：变形会导致晶体结构中原子或离子的位置发生移动和重排，从而改变了晶体的结构和性质。

2.结晶颗粒的尺寸和形状改变：变形会导致晶体中晶界的移动和晶体颗粒的形状改变，这会影响材料的力学性能和导电性能等。

3.动态再结晶：变形过程中，材料中原来存在的缺陷和结构不完善的区域可能会发生动态再结晶，从而改善了材料的性能。

4.内应力的释放：变形会导致材料内部产生应力，这些应力可能会引起材料的开裂、断裂和强度变化等。

综上所述，变形会引起材料性能的改变是由于晶体结构、结晶颗粒、动态再结晶和内应力等因素的综合作用所导致的。

习题4题目：什么是材料的力学性能？举例说明。

解答：材料的力学性能是指材料在力学加载下所表现出的性能。

顾宜《材料科学与工程基础》课后题答案第一章：引言1.1 材料科学与工程基础的重要性材料科学与工程基础是现代工程领域不可或缺的一门基础课程。

它包括了材料科学与工程学科的基本原理和方法，为后续学习和研究提供了必要的基础知识。

材料是任何工程的基础，它在各个领域中都扮演着重要角色，如机械工程、电子工程、航空航天工程等。

因此，熟悉材料的结构、性质和应用对于工程师来说至关重要。

1.2 材料科学与工程基础的学习目标材料科学与工程基础的学习目标如下： - 理解材料的基本概念和分类方法； - 掌握材料制备、表征和性能分析的基本技术； - 理解不同材料的特性和应用； - 开发解决材料工程问题的能力。

第二章：晶体结构与晶体缺陷2.1 晶体的结构晶体是由原子、离子或分子按照一定的排列方式组成的长程有序固体结构。

晶体的结构可以通过晶体的晶胞来描述，晶胞是最小的重复单元。

2.2 晶体的缺陷晶体的缺陷指的是在晶体结构中存在的不完整或不规则的区域。

晶体的缺陷可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种类型。

点缺陷包括空位、插入原子和替代原子等。

线缺陷包括位错和脚位错。

面缺陷包括晶界和层错。

第三章：物理性能与力学性能3.1 物理性能物理性能是指材料的一些基本物理特性，如密度、热导率、电导率等。

物理性能的好坏对材料的应用和工程设计具有重要影响。

3.2 力学性能力学性能是指材料在力学作用下的表现。

常见的力学性能包括强度、硬度、韧性、可塑性等。

力学性能的好坏决定了材料在工程中的使用范围和耐久性。

第四章：金属材料4.1 金属的结构与特性金属是指电子云密度较大、以金属键连接的材料。

金属的结构特点是具有密堆结构和离域电子特性。

4.2 金属的物理性能与力学性能金属材料具有良好的导电性、导热性和延展性，对磨损和腐蚀有较好的抵抗能力。

金属材料的力学性能受材料的组织和处理方式的影响。

第五章：陶瓷材料与玻璃材料5.1 陶瓷材料的分类与特性陶瓷材料是以非金属元素为主要成分的材料，分为晶体陶瓷和非晶态陶瓷两大类。

习题：第一竜第二帝第二章第四章第五章第六帝第七章第八章墨九章第十章第^一章答案：第一章第二章第三章第四章第五章第六空第七章第八章第九章第十章第十一章3-2 略。

3-2试述位错的基本类型及其特点。

解：位错上要有两种：刃型位错和螺型位错。

刃型位错特点：滑移方向与位错线垂直，符号丄，有多余半片原子面。

螺型位错特点：滑移方向与位错线平行，与位错线垂直的面不是平而，呈螺施状，称螺型位错。

3-3非化学计虽化合物有何特点？为什么非化学计虽化合物都是n型或p型半导体材料？解：非化学计虽化合物的特点：非化学计虽化合物产生及缺陷浓度与气氛性质、压力有关；可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体：缺陷浓度与温度有关，这点可以从平衡常数看出：非化学计虽化合物都是半导体’由丁？负离子缺位和间隙正离子使金屈离子过剩产生金屈离子过剩（n型）半导体，正离子缺位和间隙负离子使负离子过剩产生负离子过剩（P型）半导体。

3-4形响盖换型固溶体和间隙型固溶体形成的丙素有哪些？解：彤响形成呂换型固溶体影响因素：（1）离子尺寸：15%规律：1.（RrRJ /Rl>15%不连续。

2. <15%连续。

3. >40%不能形成固熔体。

（2）离子价：电价相同，形成连续固熔体。

（3）晶体结构因素：基质，杂质结构相同，形成连续固熔体。

（4）场强因素。

（5）电负性：差值小，形成固熔体。

差值大形成化合物。

影响形成间隙型固溶体影响因素：（1〉杂质质点大小：即添加的原子愈小，易形成固溶体，反之亦然。

（2）晶体（基质）结构：离子尺寸是与晶体结构的关系密切相关的，在一定程度上來说，结构中间隙的大小起了决定性的作用。

一般晶体中空隙愈大，结构愈疏松，易形成固溶体。

（3）电价因素：外来杂质原子进人间隙时，必然引起晶体结构中电价的不平衡，这时町以通过生成空位，产生部分取代或离子的价态变化来保持电价平衡。

3-5试分析形成固溶体后对晶体性质的影响。

解：影响有：（1）稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生：（2）活化晶格，形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处丁？高能虽的活化状态，有利丁？进行化学反应：（3）固溶强化，溶质原子的溶入，使固溶体的强度、驶度升高；（4）形成固溶体后对材料物理性质的影响：固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。

习题集部分参考答案2纯金属的结晶思考题1.何谓结晶？结晶与凝固有何区别？答：结晶是指在凝固过程中金属内形成许多小晶体及其长大的过程，从广义上讲，就是液态物质内部的原子，在短距离小范围内，呈现出近似于固态结构的规则排列，即短程有序的原子集团，它是不稳定的，瞬间出现又瞬间消失，结晶实质上是原子由近程有序转变为长程有序的过程。

而凝固是指金属由液态变成固态的过程，它属物理变化，若凝固后的物质不是晶体，而是非晶体，那只能称为凝固，而不能称为结晶。

2.何谓晶体，它与非晶体有什么区别？答：晶体是指具有一定几何形状的微粒（分子、原子或离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质。

晶体和非晶体的区别在于内部原子的排列方式，晶体内部的原子（或分子）在三维空间按一定规律作周期性排列，而非晶体内部的原子（或分子）则是杂乱分布的，至多有些局部的短程规律排列。

因为排列方式的不同，性能上也有所差异。

晶体有固定的熔点，非晶体没有，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性。

3.影响形核率和长大率的因素是什么？答：影响形核率和长大率最主要的因素是△G和D，当然它们是受过冷度△T控制的。

在均质形核中，过冷度△T不太大的时候，结晶的驱动力△G也不大，形核率不高，但是原子的扩散系数D比较大，已经形成的晶核长大速率却是较大的，这时候由液态金属转变为固态金属中的晶粒尺寸较大。

反之，晶粒较细小。

在非均质形核中，形核率和长大速率除了与过冷度有关之外，还受到所谓的未溶杂质以振动或搅拌等因素的影响。

4.金属的结晶有什么规律？答：结晶是由两个基本的过程——形核和长大相互更迭进行，直至液态金属消耗完毕的过程。

形核规律：形核方式有均匀形核和非均匀形核两种。

均匀形核（均质形核）是指在母相中自发形成新相结晶核心的过程。

均匀形核必需具备的条件为：必须过冷，过冷度越大形核驱动力越大；必须具备与一定过冷度相适应的能量起伏和结构起伏。

实际结晶时，大多以非均匀形核方式进行。