材料结构与性能第三章作业回答

1.置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？答：溶质把溶剂原子置换后，溶剂原子从头加入晶体排列中，处于晶格的格点位置。

2.间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上的区别安在？举例说明之。

答：间隙固溶体是溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体，间隙固溶体的晶体结构与溶剂组元的结构相同，形成间隙固溶体可以提高金属的强度和硬度，起到固溶强化的作用。

如：铁素体F是碳在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构与α-Fe相同，为体心立方，碳的溶入使铁素体F强度高于纯铁。

间隙化合物的晶体结构与组元的结构不同，间隙化合物是由H、B、C、N等原子半径较小的非金属元素（以X表示）与过渡族金属元素（以M表示）结合，且半径比r X/r M＞0.59时形成的晶体结构很复杂的化合物，如Fe3C间隙化合物硬而脆，塑性差。

3.现有A、B两元素组成如图所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是不是正确？为何？（1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，可是原子大小必然相等。

（2）K合金结晶进程中，由于固相成份随固相线转变，故已结晶出来的固溶体中含B量老是高于原液相中含B量.（3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成份和剩余液相成份不相同，故在平衡态下固溶体的成份是不均匀的。

答：（1）错：Cu-Ni合金形成匀晶相图，但二者的原子大小相差不大。

（2）对：在同一温度下做温度线，别离与固相和液相线相交，过交点，做垂直线与成份线AB相交，可以看出与固相线交点处B含量高于另一点。

(3)错：虽然结晶出来成分不同，由于原子的扩散，平衡状态下固溶体的成份是均匀的。

4.共析部份的Mg-Cu相图如图所示：(1)填入各区域的组织组成物和相组成物。

在各区域中是不是会有纯Mg相存在？为何？答:Mg-Mg2Cu系的相组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体）Mg-Mg2Cu系的组织组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体，）在各区域中不会有纯Mg相存在，此时Mg以固溶体形式存在。

材料结构与性能解答(全)1、离子键及其形成的离子晶体陶瓷材料的特征。

答当一个原子放出最外层的一个或几个电子成为正离子，而另一个原子接受这些电子而成为负离子，结果正负离子由于库仑力的作用而相互靠近。

靠近到一定程度时两闭合壳层的电子云因发生重叠而产生斥力。

这种斥力与吸引力达到平衡的时候就形成了离子键。

此时原子的电中性得到维持，每一个原子都达到稳定的满壳层的电子结构，其总能量达到最低，系统处于最稳定状态。

因此，离子键是由正负离子间的库仑引力构成。

由离子键构成的晶体称为离子晶体。

离子晶体一般由电离能较小的金属原子和电子亲和力较大的非金属原子构成。

离子晶体的结构与特性由离子尺寸、离子间堆积方式、配位数及离子的极化等因素有关。

离子键、离子晶体及由具有离子键结构的陶瓷的特性有A、离子晶体具有较高的配位数，在离子尺寸因素合适的条件下可形成最密排的结构；B、离子键没有方向性C、离子键结合强度随电荷的增加而增大，且熔点升高，离子键型陶瓷高强度、高硬度、高熔点；D、离子晶体中很难产生自由运动的电子，低温下的电导率低，绝缘性能优良；E、在熔融状态或液态，阳离子、阴离子在电场的作用下可以运动，故高温下具有良好的离子导电性。

F、吸收红外波、透过可见波长的光，即可制得透明陶瓷。

2、共价键及其形成的陶瓷材料具有的特征。

答当两个或多个原子共享其公有电子，各自达到稳定的、满壳层的状态时就形成共价键。

由于共价电子的共享，原子形成共价键的数目就受到了电子结构的限制，因此共价键具有饱和性。

由于共价键的方向性，使共价晶体不密堆排列。

这对陶瓷的性能有很大影响，特别是密度和热膨胀性，典型的共价键陶瓷的热膨胀系数相当低，由于个别原子的热膨胀量被结构中的自由空间消化掉了。

共价键及共价晶体具有以下特点A、共价键具有高的方向性和饱和性；B、共价键为非密排结构；C、典型的共价键晶体具有高强度、高硬度、高熔点的特性。

D、具有较低的热膨胀系数；E、共价键由具有相似电负性的原子所形成。

《材料结构与性能》习题《材料结构与性能》习题第一章1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。

如直径拉细成2.4mm，问：1)设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度；2)在此拉力下的真应力和真应变；3)在此拉力下的名义应力和名义应变。

比较以上计算结果并讨论之。

2、举一晶系，存在S14。

3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。

4、一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3（E=380GPa）和5%的玻璃相（E=84GPa），计算上限及下限弹性模量。

如该陶瓷含有5%的气孔，估算其上限及下限弹性模量。

5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。

并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。

6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F ，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。

同时计算在滑移面上的法向应力。

第二章1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。

2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ=1.56J/m2；理论强度。

如材料中存在最大长度为的内裂，且此内裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。

3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式：与是一回事。

4、一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图2.41所示。

如果E=380GPa，μ=0.24，求KⅠc值，设极限载荷达50㎏。

计算此材料的断裂表面能。

5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。

此钢材的屈服强度为1400MPa，计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长c的比值。

讨论用此试件来求KⅠc值的可能性。

《材料结构与性能》思考题第一章金属及合金的晶体结构1．重要名词晶体非晶体单晶体多晶体晶粒晶界各向异性假等向性（伪各向同性）空间点阵阵点（结点）晶胞简单晶胞（初级晶胞）布拉菲点阵晶系晶面晶面指数晶向晶向指数密勒指数晶面族晶向族晶带晶带轴面间距配位数致密度点阵常数面心立方（A1）体心立方(A2) 密排六方(A3) 同素异构现象四面体间隙八面体间隙多晶型性(同素异构转变) 原子半径合金相固溶体间隙固溶体置换固溶体有限固溶体无限固溶体电子浓度无序分布偏聚短程有序短程有序参数维伽定律中间相金属间化合物正常价化合物电子化合物(Hume-Rothery相) 间隙相间隙化合物拓扑密堆相(TCP相) PHACOMP 方法超结构（有序固溶体，超点阵）长程有序度参数反相畴（有序畴）2．试述晶体的主要特征。

3．画出立方晶系中的下列晶面和晶向：(100), (111), (110), (123), (130)), (121), (225), [112], [312], 2]。

画出六方晶系中的下列晶面：(0001), (1120), (1011)。

[114．画出立方晶系(110)面上的[111]方向，(112)上的[111]方向。

在其(111)面上有几个<110>方向5．计算面心立方、体心立方、密排六方点阵晶胞的晶胞内原子数、致密度。

其中原子的配位数是多少6．面心立方和密排六方点阵的原子都是最密排的，为什么它们形成了两种点阵7．画图计算面心立方和体心立方点阵的四面体、八面体间隙的半径r B与原子半径r A之比。

8．铜的面心立方点阵常数为Å，计算其（122）晶面间距。

9．立方晶系中晶面指数和晶向指数有什么关系10．写出立方晶系{112}晶面组的全部晶面和<123>晶向族的全部晶向。

11．已知点阵常数a=2 Å，b=6 Å, c=3 Å, 并已知晶面与三坐标轴的截距都是6 Å，求该晶面的指数。

工程材料习题与辅导（第四版）朱张校姚可夫3.2 习题参考答案1. 解释名词热硬性、石墨化、孕育（变质）处理、球化处理、石墨化退火、固溶处理、时效答: 热硬性: 热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力（亦称红硬性）。

热硬性与钢的回火稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关。

石墨化: 铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。

孕育（变质）处理: 在液体金属中加入孕育剂或变质剂，以细化晶粒和改善组织的处理工艺。

球化处理: 在铁水中加入球化剂，以获得球状石墨的处理工艺称为球化处理。

石墨化退火: 使白口铸铁中的渗碳体分解成为团絮状石墨的退火过程。

固溶处理: 把合金加热到单相固溶体区，进行保温使第二相充分溶解，然后快冷（通常用水冷却），得到单一的过饱和固溶体组织的热处理工艺。

固溶处理可以使奥氏体不锈钢获得单相奥氏体组织，提高奥氏体不锈钢的耐蚀性。

固溶处理也在有色金属合金中得到应用。

有色金属合金（如铝合金）先进行固溶处理获得过饱和固溶体，然后再进行时效处理，析出细小、均匀、弥散分布的第二相，提高合金的强度和硬度。

时效: 固溶处理后得到的过饱和固溶体在室温下或低温加热时析出细小、均匀、弥散分布的第二相，合金硬度和强度明显升高的现象称为时效或时效硬化。

2. 填空题(1) 20是（优质碳素结构）钢，可制造（冲压件、焊接件、渗碳零件，如齿轮、销) .(2) T12是（优质碳素工具）钢，可制造（锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具) .(3) 按钢中合金元素含量，可将合金钢分为（低合金钢) 、(中合金钢）和（高合金钢）几类。

(4) Q345(16Mn)是（低合金结构）钢，可制造（桥梁、船舶、车辆、锅炉等工程结构) .(5) 20CrMnTi是（合金渗碳）钢，Cr、Mn的主要作用是（提高淬透性、提高经热处理后心部的强度和韧性) , Ti的主要作用是（阻止渗碳时奥氏体晶粒长大、增加渗碳层硬度、提高耐磨性) ，热处理工艺是（渗碳后直接淬火、再低温回火) .(6) 40Cr是（合金调质）钢，可制造（重要调质件如轴类件、连杆螺栓、进汽阀和重要齿轮等) .(7) 60Si2Mn是（合金弹簧）钢，可制造（汽车板簧) .(8) GCr15是（滚珠轴承）钢，1Cr17是（铁素体型不锈）钢，可制造（硝酸工厂设备以及食品工厂设备) .(9) 9SiCr是（低合金刃具）钢，可制造（板牙、丝锥、钻头、铰刀、齿轮铰刀、冷冲模、冷轧辊等) .(10) CrWMn是（冷作模具）钢，可制造（冷冲模、塑料模) .(11) Cr12MoV是（冷模具）钢，可制造（冷冲模、压印模、冷镦模等) .(12) 5CrMnMo是（热模具）钢，可制造（中型锻模) .(13) W18Cr4V是（高速）钢，碳质量分数是（0.70%以上) , W的主要作用是（保证高的热硬性) , Cr的主要作用是（提高淬透性) , V的主要作用是（形成颗粒细小、分布均匀的碳化物，提高钢的硬度和耐磨性，同时能阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒) 。

材料结构与性能（山东联盟）智慧树知到课后章节答案2023年下齐鲁工业大学齐鲁工业大学第一章测试1.塑性形变当外力去除后，材料恢复原状。

答案:错2.法向应力和剪应力的下标第一个字母代表应力作用面的法线应力，第二个字母表示应力作用的方向。

答案:对3.脆性材料的应力－应变的行为特点是应变与应力呈非线性关系.答案:错4.弹性模量与原子间结合力有关。

答案:对5.应变仅与应力有关。

错第二章测试1.材料的理论结合强度是材料的非本征性能。

答案:错2.材料的断裂强度取决于裂纹的数量。

答案:错3.材料的平面应变断裂韧性大约材料的应力场强度因子时，材料是安全的。

答案:错4.理论强度只与弹性模量、表面能和晶格参数等材料常数有关，是常数的组合，属于材料的本征性能。

答案:对5.高强度的固体具有弹性模量E大、断裂能大、晶格常数a大的特征。

错第三章测试1.通常结构紧密的晶体，膨胀系数都较小。

答案:错2.固体中的导热主要是由晶格振动的格波和自由电子的运动来实现的。

答案:对3.材料各种热学性能的物理本质，均与其晶格热振动有关。

答案:对4.晶格中不可能存在半波长比晶格常数a小的格波。

答案:对5.声频支可以看成是相邻原子具有不同的振动方向。

答案:错第四章测试1.自然界中存在磁单极子。

答案:错2.物质的抗磁性是电子的轨道磁矩产生的。

答案:错3.顺磁体磁化是磁场克服热运动的干扰，使磁矩排向磁场的结果。

答案:对4.抗磁性材料M与H为非线性关系，磁化率χ为很小的负数。

答案:错5.顺磁体的原子或离子含有未填满的电子壳层(，或具有奇数个电子的原子，具有永久磁矩。

答案:对第五章测试1.电阻率决定于材料的几何尺寸。

答案:错2.导体中所有的电子都参与导电。

答案:错3.当材料处于超导状态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入超导材料内。

答案:对4.太阳能电池材料的禁带不能太宽。

答案:对5.光电材料是通过光电效应将光能转换成电能。

答案:对第六章测试1.在材料的极化中，束缚电荷不能做定向移动。