最新工程材料科学与设计原书第2版课后习题答案4—8章

2-29 根据Mg2[SiO4]在（100）面的投影图回答：（1）结构中有几种配位多面体，各配位多面体间的连接 方式怎样？（2）O2－的电价是否饱和？（3）晶胞的分子数是多少？（4）Si4＋和Mg2＋所占的四面体空隙 和八面体空隙的分数是多少？
2-30 石棉矿如透闪石Ca2Mg5[Si4O11]（OH）2具有纤维状结晶习性，而滑石Mg3[Si4O10]（OH）2却具 有片状结晶习性，试解释之。
2-21 （1）画出O2－作面心立方堆积时，各四面体空隙和八面体空隙的所在位置（以一个晶胞为结构基元 表示出来）；（2）计算四面体空隙数、八而休空隙数与O2－数之比
2-22 根据电价规则，在下面情况下，空隙内各需填入何种价数的阳离子，并对每一种结构举出—个例子。 （1）所有四面体空隙位置均填满；（2）所有八面体空隙位置均填满；（3）填满—半四面体空隙位置； （4）填满—半八面体空隙位置。
2-3 在立方晶系晶胞中画出下列晶面指数和晶向指数：（001）与[ ]，（111）与[ 与[111]，（ ）与[236]，（257）与[ ]，（123）与[ ]，（102），[
2-4 定性描述晶体结构的参量有哪些？定量描述晶体结构的参量又有哪些？
答： 最紧密堆积原理是建立在质点的电子云分布呈球形对称以及无方向性的基础上的，故只适用于典型的 离子晶体和金属晶体，而不能用最密堆积原理来衡量原子晶体的稳定性。另外，金刚石的单键个数为4，即 每个原子周围有4个单键（或原子），由四面体以共顶方式共价结合形成三维空间结构，所以，虽然金刚石 结构的空间利用率很低（只有34.01％），但是它也很稳定。
答： 定性：对称轴、对称中心、晶系、点阵。定量：晶胞参数。 2-5 依据结合力的本质不同，晶体中的键合作用分为哪几类？其特点是什么？

塑性变形的的物理本质： 塑性变形的的物理本质： 滑移和孪生共同产生的塑性变形。 滑移和孪生共同产生的塑性变形。 P24 滑移是晶体的一部分相对另一部分做整 体刚性移动。孪生是在切应力的作用下， 体刚性移动。孪生是在切应力的作用下，晶 体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面 孪生面） （孪生面）产生一定角度的切变
2-13、晶粒大小对金属性能有何影响？细化 13、晶粒大小对金属性能有何影响？ 晶粒方法有哪些？ 晶粒方法有哪些？ p17 答： 在一般情况下,晶粒愈小,则金属的强度. 在一般情况下,晶粒愈小,则金属的强度.塑 性和韧性愈好. 性和韧性愈好. 细化晶粒是提高金属性能的重要途径之一， 细化晶粒是提高金属性能的重要途径之一， 晶粒愈细，强度和硬度愈高， 晶粒愈细，强度和硬度愈高，同时塑性韧性 愈好。 愈好。 细化晶粒方法有： 细化晶粒方法有： 增大过冷度； 2.变质处理 变质处理； 3.附加振 增大过冷度； 2.变质处理； 3.附加振 动或搅动等方法； 动或搅动等方法；
5、晶粒 p11 晶粒---每个小晶体具有不规则的颗粒状外形。 ---每个小晶体具有不规则的颗粒状外形 晶粒---每个小晶体具有不规则的颗粒状外形。 何谓空间点阵、晶格、晶体结构和晶胞？ 2-2、何谓空间点阵、晶格、晶体结构和晶胞？ 常用金属的晶体结构是什么？划出其晶胞， 常用金属的晶体结构是什么？划出其晶胞， 并分别计算起原子半径、配位数和致密度？ 并分别计算起原子半径、配位数和致密度？ 1、空间点阵 p9 空间点阵-----为了便于分析各种晶体中的原子 空间点阵---为了便于分析各种晶体中的原子 排列及几何形状, 排列及几何形状,通常把晶体中的原子假想为 几何结点,并用直线从其中心连接起来,使之 几何结点,并用直线从其中心连接起来, 构成一个空间格子。 构成一个空间格子。

工程材料第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。

线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。

如位错。

面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。

如晶界和亚晶界。

亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。

亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。

刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。

滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。

如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。

单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。

多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。

过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。

自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。

非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。

变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。

变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。

2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。

6.69 Fe3C%100%55.17%44.83%
CV
A exp(
EV kT
)
每个原子的质量是：
107 .9 g / mol 6.02 10 23 个 / mol
1.79 10 22 g / 个
1cm 3的原子数为：
9.58 g / cm 3 1.79 10 22 g / 个
5.35 10 22 个
2.N N0 6.021023 9.58106 5.341028 / m3
M
107.9
ne exp
N
kT
kT ln ne
N
1.381023 1073ln
3.6 1023 5.34 1028
1.761019
3.自己看
4.不用看
5. （1）1点为正刃位错，2点为右螺位错， 3 点为负刃位错，4点为左螺位错。
1 3 . V m 6 .0 2 ( 1 3 0 5 2 .3 4 5 3 ( 0 .2 2 7 2 8 .9 9 2 )) 3 4 1 0 2 1 2 .2 6 g /c m 3
14-17不用看 18自己看
第四章
1.8500C:C1Aexp(EV kT1)L200C:C2Aexp(EV kT2) C C1 2 expkEV(T12T 11)exp11..3581100 1283(21 9311123) exp274
7.在两根位错线上12,34为刃位错，其余 为螺位错。
（2）OS上的各段位错都可在该滑移面内 滑移，O’S’上的12，34位错不能运动， 其余各段都可在该滑移面内滑移。
8.（1）AB和CD位错线的形状都不变， 但AB的长度缩短b2，CD的长度增加b1
（2）AB位错上形成右螺型扭折，EF上 形成左螺型扭折。

工程材料徐自立主编课后习题答案第一章材料的性能1-1什么是金属材料的力学性能？金属材料的力学性能包含哪些方面?所谓力学性能，是指材料抵抗外力作用所显示的性能。

力学性能包括强度刚度硬度塑性韧性和疲劳强度等1-2什么是强度？在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有哪些？他们在工程应用上有什么意义？强度是指材料在外力作用下，抵抗变形或断裂的能力。

在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有屈服强度和抗拉强度。

屈服强度的意义在于：在一般机械零件在发生少量塑性变形后，零件精度降低或其它零件的相对配合受到影响而造成失效，所以屈服强度就成为零件设计时的主要依据之一。

抗拉强度的意义在于：抗拉强度是表示材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。

脆性材料在拉伸过程中，一般不产生颈缩现象，因此，抗拉强度就是材料的断裂强度，它表示材料抵抗断裂的能力。

抗拉强度是零件设计时的重要依据之一。

1-3什么是塑性？在拉伸试验中衡量塑性的指标有哪些？塑性是指材料在载荷作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。

拉伸试验中衡量塑性的指标有延伸率和断面收缩率。

1-4什么是硬度？指出测定金属硬度的常用方法和各自的优缺点。

硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。

生产中测定硬度最常用的方法有是压入法，应用较多的布氏硬度洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。

布氏硬度试验法的优点：因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测试材料的平均硬度，股实验结果较精确，特别适用于测定灰铸铁轴承合金等具有粗大经理或组成相得金属材料的硬度；压痕较大的另一个优点是试验数据稳定，重复性强。

其缺点是对不同材料需要换不同直径的压头和改变试验力，压痕直径的测量也比较麻烦；因压痕大，不宜测试成品和薄片金属的硬度。

洛氏硬度试验法的优点是：操作循序简便，硬度值可直接读出；压痕较小，可在工件上进行试验；采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属厚薄不一的式样的硬度，因而广泛用于热处理质量检验。

其缺点是：因压痕较小，对组织比较粗大且不均匀的材料，测得的结果不够准确；此外，用不同标尺测得的硬度值彼此没有联系，不能直接进行比较。

工程材料作业（4）答案1.解释下列现象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。

奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。

多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。

但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。

Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。

而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。

阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。

（加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。

碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。

所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。

强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。

回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。

合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。

因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。

使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。

根据本章给出的结构，画出下列链节结构：（1）聚氟乙烯：—CH2—CHF—;（2）聚三氟氯乙烯：—CF2—CFCl—（3）聚乙烯醇：—CH2—CHOH—计算下列聚合物的链节分子量（1）聚氯乙烯：—CH2—CHCl— : m = 2+2+=mol（2）聚对苯二甲酸乙二醇酯：—OCH2-CH2OCOC6H4CO—m = 10+8+4=mol（3）聚碳酸酯：m = 16+14+3=mol（4）聚二甲硅氧烷：C2H6OSim = +2+6+3 = mol聚丙烯的数均分子量为1,000,000 g/mol，计算其数均聚合度。

答：链节为—CH3CH—CH2—，其分子量：m = 3+6= g/mol(a) 计算聚苯乙烯链节的分子量答：链节为CHC6H5CH2，分子量：m = 8+8=(b) 计算重均聚合度为25000的聚苯乙烯的重均分子量答：= 25000 g/mol = 2603800 g/mol下表列出了聚丙烯的分子量，计算(a) 数均分子量(b) 重均分子量(c) 数均聚合度(d) 重均聚合度x i w i 分子量分布(g/mol)8,00016,00016,00024,00024,00032,00032,00040,00040,00048,00048,00056,000答：(a)= 12000+20000+28000+36000+44000+52000 = 600+3200+6720+10080+8800+3640 = 33040 (g/mol)(b)= 12000+20000+28000+36000+44000+52000 = 240+2000+5600+10800+11880+10920 = 41440 (g/mol)(c)聚丙烯链节的分子量：m = g/mol(d)下表列出了某聚合物的分子量分布。

计算(a) 数均分子量(b) 重均分子量(c) 如果已知这一聚合物的重均聚合度为780，指出此聚合物为表所列聚合物中的哪一个为什么(d) 这一材料的数均聚合度为多少分子量分布(g/mol)x i w i15,00030,00030,00045,00045,00060,00060,00075,00075,00090,00090,000105,000105,000120,000120,000135,000答：(a)= 22500+37500+52500+67500+82500+97500+112500+127500 = 900+2625+8400+17550+19800+11700+9000+3825 = 73800 (g/mol)(b)= 22500+37500+52500+67500+82500+97500+112500+127500 = 225+1500+5775+16200+22275+15600+13500+ 6375 = 81450 (g/mol)(c)此聚合物为聚苯乙烯根据下面的分子量分布和重均聚合度为585的条件，判断是否为聚甲基丙烯酸甲酯均聚物分子量分布(g/mol)x i w i8,00020,00020,00032,00032,00044,00044,00056,00056,00068,00068,00080,00080,00092,000答：聚甲基丙烯酸甲酯链节分子式为：C5H8O2(—CH2CH3COOCH3C—)；其分子量m = 5+8+2=mol重均分子量为：=14000+26000+38000+50000+62000+74000+86000=140+1300+4560+12500+16740+15540+7740=58520与条件相符，能形成均聚物高密度聚乙烯通过诱导氯原子随机取代氢而被氯化。

土木工程材料第二版课后习题答案土木工程材料的基本性第一章（1）当某一建筑材料的孔隙率增大时，材料的密度、表观密度、强度、吸水率、搞冻性及导热性是下降、上生还是不变？（2）材料的密度、近似密度、表观密度、零积密度有何差别？答：（3）材料的孔隙率和空隙率的含义如何？如何测定？了解它们有何意义？答：P指材料体积内，孔隙体积所占的百分比：P′指材料在散粒堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的百分比：了解它们的意义为：在土木工程设计、施工中，正确地使用材料，掌握工程质量。

（4）亲水性材料与憎水性材料是怎样区分的？举例说明怎样改变材料的变水性与憎水性？答：材料与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性材料；材料与水接触时不能被水润湿的性质称为憎水性材料。

例如：塑料可制成有许多小而连通的孔隙，使其具有亲水性。

例如：钢筋混凝土屋面可涂抹、覆盖、粘贴憎水性材料，使其具有憎水性。

（5）普通粘土砖进行搞压实验，浸水饱和后的破坏荷载为183KN，干燥状态的破坏荷载为207KN（受压面积为115mmX120mm），问此砖是否宜用于建筑物中常与水接触的部位？答：（6）塑性材料和塑性材料在外国作用下，其变形性能有何改变？答：塑性材料在外力作用下，能产生变形，并保持变形后的尺寸且不产生裂缝；脆性材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，突然破坏，无明显的塑性变形。

（7）材料的耐久性应包括哪些内容？答：材料在满足力学性能的基础上，还包括具有抵抗物理、化学、生物和老化的作用，以保证建筑物经久耐用和减少维修费用。

（8）建筑物的屋面、外墙、甚而所使用的材料各应具备哪些性质？答：建筑物的屋面材料应具有良好的防水性及隔热性能；外墙材料应具有良好的耐外性、抗风化性及一定的装饰性；而基础所用材料应具有足够的强度及良好的耐水性。

第1章天然石材（1）岩石按成因可分为哪几类？举例说明。

答：可分为三大类：1)岩浆岩，也称火成岩，是由地壳内的岩浆冷凝而成，具有结晶构造而没有层理。

第一章单向静拉伸力学性能1、解释下列名词。

1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。

3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。

韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。

8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。

9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。

10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。

沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。

11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。

弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等2、说明下列力学性能指标的意义。

答：E弹性模量 G切变模量σ规定残余伸长应力2.0σr屈服强度金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应gt变硬化指数【P15】3、金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？答：主要决定于原子本性和晶格类型。

2：求[11-1]和[20-1]两晶向所决定的晶面。
3 在铅的（100）平面上，1mm2 有多少原子？已知铅为 fcc 面心立方结构，其原子半径 R=0.175×10-6mm。
4 在面心立方 fcc 晶胞中，﹤110﹥方向中位于（111）平面上的有哪些方向。
5 画出一个体心立方晶胞，在晶胞上画出： 1 发生滑移的一个晶面 2 在这个面上发生滑移的几个滑移方向。
21. 原子排列最密的晶面，其面间距______________（最大或最小）。 22. 公式 d=a/h2+k2+l2 只适用于计算______________________结构相平行晶面间的距离。
2. 判断 1. -Fe 致密度比 -Fe 小，所以 -Fe 溶解碳比 -Fe 多。（ ） 2. 立方晶系中具有相同指数的晶面与晶向必定相互垂直。（ ） 3. 原子半径大小与其在晶体中配位数无关。（ ） 4. 密排六方结构不能称作一种空间点阵。（ ） 5. 铁素体的点阵常数比 a-Fe 的点阵常数小。（ ） 6. 金属键无方向性及饱和性。（ ） 7. 在立方晶系中，[-111]（1-1-1）。（ ） 8. 在 fcc 和 bcc 结构中，一切相邻的平行晶面间的距离可用公式：d=a/√h2+k2+l2 ( ) 9. 结构原子体积是指结构晶胞中每个原子的体积。（ ） 10. 立方晶系的(100)，（010）和（001）面属于同一个晶带。（ ） 11. 由 -Fe 转变为 -Fe 时，原子半径增大（ ），发生体积膨胀（ ）。 12. Fcc 和 bcc 结构中的八面体间隙均为正八面体。（ ） 13. 空间点阵中每个阵点周围具有等同的环境。（ ） 14 一个面心立方结构相当于体心正方结构。（ ） 15. 从实用观点来看体心立方金属中的空隙比面心立方金属中的更为重要。（ ）

《工程材料力学性能》（第二版） 《工程材料力学性能》（第二版） 课后答案
第一章
一、 解释下列名词
材料单向静拉伸载荷下的力学性能
滞弹性：在外加载荷作用下，应变落后于应力现象。 静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材科从变形到断裂所消耗的功。 弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料 能够完全弹性恢复的最高应力。 比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。 包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限 (ζ P)或屈服强度(ζ S)增加；反向加载时弹性极限(ζ P)或屈服 强度(ζ S)降低的现象。
二、 金属的弹性模量主要取决于什么?为什么说它是一个对结构不敏感的力学 姓能? 答案：金属的弹性模量主要取决于金属键的本性和原子间的结合力，而 材料的成分和组织对它的影响不大，所以说它是一个对组织不敏感的性能指
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《工程材料力学性能》（第二版）
标，这是弹性模量在性能上的主要特点。改变材料的成分和组织会对材料的 强度(如屈服强度、抗拉强度)有显著影响，但对材料的刚度影响不大。 三、什么是包辛格效应，如何解释，它有什么实际意义? 答案：包辛格效应就是指原先经过变形，然后在反向加载时弹性极限或 屈服强度降低的现象。特别是弹性极限在反向加载时几乎下降到零，这说明 在反向加载时塑性变形立即开始了。 包辛格效应可以用位错理论解释。第一，在原先加载变形时，位错源在 滑移面上产生的位错遇到障碍，塞积后便产生了背应力，这背应力反作用于 位错源，当背应力(取决于塞积时产生的应力集中)足够大时，可使位错源停 止开动。背应力是一种长程(晶粒或位错胞尺寸范围)内应力，是金属基体平 均内应力的度量。因为预变形时位错运动的方向和背应力的方向相反，而当 反向加载时位错运动的方向与原来的方向相反了，和背应力方向一致，背应 力帮助位错运动，塑性变形容易了，于是，经过预变形再反向加载，其屈服 强度就降低了。这一般被认为是产生包辛格效应的主要原因。其次，在反向 加载时， 在滑移面上产生的位错与预变形的位错异号，要引起异号位错消毁， 这也会引起材料的软化，屈服强度的降低。 实际意义：在工程应用上，首先是材料加工成型工艺需要考虑包辛格效 应。其次，包辛格效应大的材料，内应力较大。另外包辛格效应和材料的疲 劳强度也有密切关系，在高周疲劳中，包辛格效应小的疲劳寿命高，而包辛 格效应大的，由于疲劳软化也较严重，对高周疲劳寿命不利。 可以从河流花样的反“河流”方向去寻找裂纹源。 解理断裂是典型的脆性断裂的代表，微孔聚集断裂是典型的塑性断裂。

张联盟《材料科学基础》（第2版）笔记和课后习题（含考研真题）详解完整版>精研学习网>免费在线试用20％资料全国547所院校视频及题库资料考研全套>视频资料>课后答案>往年真题>职称考试目录隐藏第1章材料引言1.1复习笔记1.2课后习题详解1.3名校考研真题详解第2章晶体结构2.1复习笔记2.2课后习题详解2.3名校考研真题详解第3章晶体结构缺陷3.1复习笔记3.2课后习题详解3.3名校考研真题详解第4章非晶态结构与性质4.1复习笔记4.2课后习题详解4.3名校考研真题详解第5章表面结构与性质5.1复习笔记5.2课后习题详解5.3名校考研真题详解第6章相平衡和相图6.1复习笔记6.2课后习题详解6.3名校考研真题详解第7章基本动力学过程—扩散7.1复习笔记7.2课后习题详解7.3名校考研真题详解第8章材料中的相变8.1复习笔记8.2课后习题详解8.3名校考研真题详解第9章材料制备中的固态反应9.1复习笔记9.2课后习题详解9.3名校考研真题详解第10章烧结10.1复习笔记10.2课后习题详解10.3名校考研真题详解第11章腐蚀与氧化11.1复习笔记11.2课后习题详解11.3名校考研真题详解第12章疲劳与断裂12.1复习笔记12.2课后习题详解12.3名校考研真题详解内容简介隐藏本书是张联盟主编的《材料科学基础》（第2版）的学习辅导书，主要包括以下内容：（1）梳理知识脉络，浓缩学科精华。

本书每章的复习笔记均对该章的重难点进行了整理，并参考了国内名校名师讲授该教材的课堂笔记。

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本书从历年考研真题中挑选具有代表性的部分，并对之做了详尽的解析。

初%
4.3 3.0 100% 4.3 2.11
59.36%
Ld % 100% 59.36% 40.64%
L'd Ld 40.64%
Fe3CⅡ%最大
2.11 0.77 6.69 0.77
100%
22.6%
Fe3CⅡ%(由 初中析出） 初 % 22.6%
59.36% 22.6% 13.41%
1 T1
)
exp
1.5 1018 1.38 1023
( 1 1 ) 293 1123
exp 274
2.N N0 6.021023 9.58106 5.341028 / m3
M
107.9
ne exp
N
kT
kT ln ne
N
1.381023 1073ln
3.6 1023 5.34 1028
1.791022
g
/
个
1cm3的原子
数为
： 9.58g / cm3 1.791022 g /
个
5.351022 个
/
cm3
CV
ne N
Aexp EV kT
ln
3.6 1023 106 / cm3 5.351022 / cm3
8.31J
EV / mol 1073K
EV 106192J / mol
8.（1）AB和CD位错线的形状都不变， 但AB的长度缩短b2，CD的长度增加b1
（2）AB位错上形成右螺型扭折，EF上 形成左螺型扭折。
9.半径为r1的位错环。10.自己看
11.（1）能，因为能量降低
（2）
b
a 3
111 ,
Frank不全位错

材料科学基础第二版答案材料科学基础是材料科学与工程专业的入门课程，它为学生提供了材料科学的基本概念、原理和知识体系。

本文档将为您提供材料科学基础第二版的答案，希望能够对您的学习和教学有所帮助。

第一章，材料科学基础概论。

1. 什么是材料科学？材料科学是研究材料的结构、性能、制备和应用的学科，它涉及金属、陶瓷、高分子材料等各种材料的研究和开发。

2. 材料的分类有哪些？材料可以分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类，每一类又可以进一步细分。

3. 材料的性能指标有哪些？材料的性能指标包括力学性能、物理性能、化学性能、热学性能等多个方面。

第二章，晶体结构。

1. 什么是晶体？晶体是由原子或分子按一定的规则排列而成的固体，具有规则的几何形状和周期性的结构。

2. 晶体结构的分类有哪些？晶体结构可以分为离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体四种类型，每一种类型都有其特定的结构特点和性质。

3. 晶体缺陷对材料性能有何影响？晶体缺陷会对材料的机械性能、热学性能、电学性能等产生影响，了解晶体缺陷对材料设计和制备具有重要意义。

第三章，材料的物理性能。

1. 材料的密度如何影响其性能？材料的密度直接影响其质量和体积，对材料的力学性能、热学性能等有重要影响。

2. 材料的热膨胀系数是什么？材料的热膨胀系数是材料在温度变化时长度变化的比例，对材料的热胀冷缩性能有重要影响。

3. 材料的导热性能和电导率有何关系？材料的导热性能和电导率都与材料内部的电子、原子结构密切相关，了解二者之间的关系对材料的应用具有指导意义。

第四章，材料的力学性能。

1. 材料的弹性模量是什么？材料的弹性模量是材料在受力时表现出的弹性变形能力，是衡量材料刚度的重要参数。

2. 材料的屈服强度和抗拉强度有何区别？材料的屈服强度是材料在受力时开始产生塑性变形的应力值，而抗拉强度是材料在拉伸断裂时所承受的最大应力值。

3. 材料的硬度测试方法有哪些？材料的硬度测试方法包括布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等多种方法，每种方法都有其适用的范围和特点。

第一章 原子排列与晶体结构1. fcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 ，把原子视为刚性球时，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；bcc 结构的密排方向是 ，密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ；hcp 结构的密排方向是 ，密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 ，致密度为 ，配位数是 ,，晶胞中原子数为 ，原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 。

2. Al 的点阵常数为0.4049nm ，其结构原子体积是 ，每个晶胞中八面体间隙数为 ，四面体间隙数为 。

3. 纯铁冷却时在912e 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。

4. 在面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。

在hcp 晶胞的（0001）面上标出）（0121晶面和]0121[晶向。

5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。

6 在铅的（100）平面上，1mm 2有多少原子？已知铅为fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm 。

答案：1. [110]， (111)， ABCAB C…， 0.74 ， 12 , 4 ，ar 42=； [111]，(110) , 0.68 , 8 , 2 ，ar 43=； ]0211[， (0001) ， ABAB ， 0.74 ，12 ， 6 ，2a r =。

2. 0.01659nm 3 ， 4 ， 8 。

3. FCC ， BCC ，减少 ，降低 ，膨胀 ，收缩 。

4. 解答：见图1－15. 解答：设所决定的晶面为（hkl ），晶面指数与面上的直线[uvw]之间有hu+kv+lw=0，故有：h+k-l=0,2h-l=0。

可以求得（hkl ）＝（112）。

Problems - Chapter 5 1. FIND: Calculate the stress on a tensioned fiber.GIVEN: The fiber diameter is 25 micrometers. The elongational load is 25 g. ASSUMPTIONS: The engineering stress is requested.DATA: Acceleration due to gravity is 9.8 m/sec 2. A Newton is a kg-m/sec 2. A Pascal is a N/m 2. A MPa is 106 Pa.SOLUTION: Stress is force per unit area. The cross-sectional area is πR 2 = 1963.5 square micrometers. The force is 25 g (kg/1000g)(9.8 m/sec 2) = 0.245 N. Thus, the stress isσ = F/A =02451960100125262..N umum m MPa⨯☞☟☝✋ ☺=COMMENTS: You must learn to do these sorts of problems, including the conversions. 2. GIVEN: FCC Cu with a o = 0.362nmREQUIRED: A) Lowest energy Burgers vector, B) Length in terms of radius of Cu atom, C) Family of planesSOLUTION: We note that the Burgers vector is the shortest vector that connects crystallographically equivalent positions. A diagram of the structure is shown below:FCC structure with (111) shownWe note that atoms lying along face diagonals touch and are crystallographically equivalent. Therefore, the shortest vector connecting equivalent positions is ½ face diagonal. For example,one such vector is10]1[ 2a o as shown in (111).A. The length of this vector is0.256nm = 20.362= 2a= 4a+ 4a o 2o 2oB. By inspection, the size of the vector is 2 Cu atom radii.C. Slip occurs in the most densely packed plane which is of the type {111}. These are thesmoothest planes and contain the smallest Burgers vector. This means that the dislocations move easily and the energy is low.3. GIVEN:∣b∣ = 0.288nm in AgREQUIRED: Find lattice parameterSOLUTION: Recall the Ag is FCC. For FCC structures the Burgers vector is ½ a facediagonal as shown. We see that4. A. FCC structureThe (111) plane is shown in a unit cell with all atoms shown. Atoms touch along face diagonals. The (111) plane is the most closely packed, and the vectors shown connect equivalent atomic position. Thus 10]1[ 21= b etc. Then in general >110< 2a= bB. For NaC1We see that the shortest vector connecting equivalent positions is 10]1[ 2aas shown. Thisdirection lies in both the {100} and {110} planes and both are possible slip planes. However {110} are the planes most frequently observed as the slip planes. This is because repulsive interionic forces are minimized on these planes during dislocation motion. Thus we expect 1/2<110> Burgers vectors and {110} slip planes.5.GIVEN:Mo crystal0.272nm = ba o = 0.314nmREQUIRED: Determine the crystal structure.If Mo were FCC, then 0.222nm = 20.314= b __but |b| = 0.272 ⇒ Mo is not FCC.Assuming Mo is BCC, then 0.272nm.= 0.314 X 23 = b __Thus the Burgers vector isconsistent with Mo being BCC.6.FIND: Is the fracture surface in ionic solids rough or smooth?SOLUTION: Cleavages surfaces of ionic materials are generally smooth. Once a crack is started, it easily propagates in a straight line in a specific crystallographic direction on a specificcrystallographic plane. Ceramic fracture surfaces are rough when failure proceeds through the noncrystalline boundaries between small crystals.7. GIVEN: BCC Cr with |b| = 0.25nmREQUIRED: Find lattice parameter aASSUME: >111< 2a= b for BCC structureSOLUTION:2a 3= 4a+ 4a+ 4a= b 222__from the formula for the magnitude of a vector:8. GIVEN: Normal stress of 123 MPa applied to BCC Fe in [110] directionREQUIRED: Resolved shear in [101] on (010)SOLUTION: Recall that the resolved shear stress is given by:τ = σ cos θ cos φ (1)where θ = angle between slip direction and tensile axis; φ = angle between normal to slip plane and tensile axisThus MPa 43.5 = 2121 123 = ⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛τ9. GIVEN: Stress in [123] direction of BCC crystalREQUIRED: Find the stress needed to promote slip if τcR = 800 psi. The slip plane is (11_0) and slip direction is [111]. SOLUTION: Recall τ = σ cos θ cos φ (1)θ = [123] [111][123] ⋅ [111] = ∣[123]∣ ∣[111]∣cos θφ = [123] [11_0][123] ⋅ [11_0] = ∣[123]∣ ∣[11_0]∣cos φ10.Burgers vectors lie in the closest packed directions since the distance between equivalentcrystallographic positions is shortest in the close-packed directions. This means that the energy associated with the dislocation will be minimum for such dislocations since the energy is proportional to the square of the Burgers vector.11. Close packed planes are slip planes since these are the smoothest planes (on an atomic level) and would then be expected to have the lowest critical resolved shear stress.12.GIVEN: Dislocation lies on (11_1) parallel to intersection of (11_1) and (111) with Burgers vector parallel to [1_1_0]. Structure is FCC.REQUIRED: A) Burgers vector of dislocation and, B) Character of dislocation.SOLUTION: A) Since the structure is FCC, the Burgers vector is parallel to <110> and has magnitude. 2a For a Burgers vector parallel to [1_1_0] the scalar multiplier must be a/2. Thus b _ = a/2 [1_1_0]. B) We must determine the line direction of the dislocation. From the diagramwe see that the BV and line direction are at 60o which means the dislocation is mixed.13. GIVEN: Dislocation reaction below:REQUIRED: Show it is vectorially correct and energetically proper. SOLUTION: [100] a =] 111[ 2a+[111] 2aThe sum of the x, y & z components on the LHS must be equal to the corresponding component on the right hand side.x component (LHS) = x component (RHS)y component (LHS) = y component (RHS)z component (LHS) = z component (RHS)Energy: The reaction is energetically favorable if | b 1 | 2 + | b 2 | 2 > | b 3| 3Thus the reaction is favorable since a > a 43+ a 4322214. GIVEN: Dislocation in FCCParallel to [1_01] i.e. t_ = [1_01]REQUIRED: Character and slip planeSOLUTION: Character is found by angle between b_ and t_. Note b_ t_∙ = -1 + 0 + 1 = 0. Thus b__t_. Since b__t_the dislocation is pure edge.To find the slip plane we note that the cross produce of t_ & b_gives a vector that is normal to the plane in which t_ & b_lie. This vector so formed has the same indices as the plane since we have a fundamentally cubic structure.We see from the diagram that these vectors lie on (010).Thus, we have the plane (01_0) which is the same as the (010) plane. This does not move by glide since planes of the kind {100} are not slip planes for the FCC structure.15.FCC metals are more ductile than BCC or HCP because: 1) there is no easy mechanism for nucleation of microcracks in FCC as there is for BCC and HCP; 2) the stresses for plastic deformation are lower in FCC due to the (generally) smoother planes. This means that the microcracks that form in BCC & HCP will have high stresses tending to make them propagate. 16.For a simple cubic system, the lowest energy Burgers vectors are of the type <001> since this is the shortest distance connecting equivalent atomic positions. This means that the energy is lowest since the strain energy is proportional to the square of the Burgers vector. 17.GIVEN:At. wt. 0 = 16At. wt. Mg = 24.32 Same structure as NaCl ρ = 3.65 g/cm 3REQUIRED: Find length of Burgers Vector in MgOSOLUTION: The structure of MgO is shown schematically below along with the shortestBurgers vector. To solve the problem we first note that we require the lattice parameter a o . We can take a sub-section of the unit cell (cross-hatched cube) whose edge is 2a o unitslong.We can calculate the total mass of this cube and the volume and calculate the density. Since the mass is known and the density is known, the volume may be calculated from which a o may beextracted.and ½ Mg ++ ions in our cube. Thus a10 x 3.35 x 8= 8/ a 10 x 2.02) + (1.33= 3.653o-233o-2318.GIVEN: Critical resolved shear stress (0.34MPa), slip system (111)[1_10], and tensile axis [101]REQUIRED: Applied stress at which crystal begins to deform and crystal structure. SOLUTION: (A)The situation is shown belowτcrss = σ cos θ ⋅ cos φθ = angle between tensile axis and slip directionθ = angle between tensile axis and normal to slip planeφ = [111] [101] θ = [101] [1_01][111] ⋅ [101] = ∣[111]∣ ∣[101]∣cos φ [101] ⋅ [110] = ∣[101]∣ ∣[110]∣cos θ(B): To have a {111}<110> slip system, the material must have an FCC structure.19. GIVEN:τcrss = 55.2 MPa, (111)[1_01] slip system, [112] tensile axisREQUIRED: Find the highest normal stress that can be applied before dislocation motion in the [10 1_] direction.SOLUTION: The situation is shown below. Essentially the problem reduces to finding the value of the tensile stress when the critical resolved shear is reached.τcrss = σ cosθ⋅ cosφθ = [112] [1_01] φ = [112] {111}B. Would have exactly the same stress for a BCC metal (φ & θ would be interchanged).20. GIVEN:σ at yield = 3.5 MPa; (111) [11_0] slip system [11_1] tensile axisREQUIRED: Compute τcrssSOLUTION:τcrss = σcosθcosφθ = [11_1] [11_0] φ = [11_1] [111]21. Item Edge ScrewLinear defect? Yes YesElastic Distortion? Yes YesGlide? Yes YesClimb? Yes NoCross-slip? No YesBurgers Vector (BV) ⊥ to line // to lineUnique slip plane? Yes NoOffset // to BV // to BVMotion // to BV ⊥ to BV22. GIVEN: BCC metal with τcrss = 7MPa [001] tensile axis.REQUIRED: (a) Slip system that will be activated and (b) normal stress for plasticdeformation.SOLUTION: Recall that for BCC metals the usual slip system is <111> {110}. Deformation occurs on the plane and direction for which cos θ⋅cos φ is a maximum since this will have the maximum resolved shear stress. The situation is shown below.(Note that the slip directions are shown shortened in this view)Possible slip systems are listed below:sketch (also [11_1] on (011)) (also [1_11] on (01_1)) (also [1_1_1] on (101)) similar to planes shown in sketch. Also [111] on (1_01)We see by inspection that the resolved shear due to a tensile force in [001] will all be the same. The resolved shear on all other {110}<111> systems is zero.B. To compute the normal stress at the onset of plastic deformation we will consider (011) [1_1_1]τcrss = σcos θcos φ = 7θ = [001] [1_1_1]; cos φ = [001] [011]Note if we considered (101) [1_1_1] we would haveand we would obtain exactly the same answer.23. GIVEN: Yielding occurs at normal stress of σ = 170 MPa in [100] direction. Dislocationmoves on (101) in [111_] direction.REQUIRED:τcrss and crystal structuresSOLUTION: Assume an edge dislocation. τcrss = σcos⋅cosφθ = [100] [111_] φ = [100] [101]The - sign means that the slip direction is opposite to the motion of the dislocation. Essentially, we have a negative edge dislocation on (101) as shown below:The edge dislocation moves in [111_] direction but the offset is in [1_1_1] direction.The slip plane and slip direction are representative of BCC structures.24. GIVEN: (1_10)[111] slip system. [123] tensile axisτcrss = 800 psi for BCC crystal τcrss = 80 psi for FCC crystal withσFCC = 457 psi [123] tensile axis and (111)[11_0] system.REQUIRED: Normal stress at yield for BCC metalSOLUTION: The simplest way to solve this problem is to note cos θ⋅cos φ is the same for the BCC and FCC crystal with the meaning of φ and θ interchanged. Let M = cos θ⋅cos φ. (1) (2)(3)25.Here crystallographically equivalent positions join ions at cube corners (b v = a o ), face diagonals )a 2 = b (o v , cube diagonals )a 3 = b (o vThe most densely packed plane is the (110) in which we haveThe shortest vector that will reproduce all elements of the structure is a o . Thus b = a<100> COMMENT: We note that this is not sufficient for general deformation (e.g. a tensile axis ofthe type <100> produces zero shear on the 1<100> Burgers vectors. We expect then a<110> Burgers vectors as well.26. GIVEN:σ = 1.7 MPa [100] tensile axis (111)[101] slip systemsREQUIRED:τcrss, and crystal structure. Also find flaw in problem statement.SOLUTION: Since the slip system is of the type {111}<110> the structure is FCC. Theproblem is misstated since the Burgers vector must lie on the slip plane and [101] does not lieon (111). The slip direction would more appropriately be [101_]. Thus the slip system is(111)[101_] as shown below.27.⊥ = edge dislocation x = start of Burgers circuitb = Burgers vector y = end of Burgers circuit28. FIND: Show energy/area = force/length, that is, surface energy is surface tension in liquids.DATA: The units of energy are J = W/s or N-m. The units of force are N.SOLUTION: Energy/area = J/m2 =N-m/m2 = N/m = force/length29. GIVEN: Two grain sizes, 10μm and 40μmREQUIRED: A) ASTM GS# for both processes, B) Grain boundary area.SOLUTION: Assume that the grains are in the form of cubes for ease of calculation. TheASTM GS# is defined through the equation: n = 2N-1 where n = # grains/in2 at 100X.N=ASTM GS#To solve the problem we first convert the grain size to in. where D = length of cube edge in μm.At 100X linear magnification, the sides of the smaller grains will be:The area of each grain at 100X will beSimilarly the area of the 40μm grains at 100X isFor the 10μm dia grain, the # of grains per in 2 (at box) is645.16 = 10x 1.5501= n3-100X10μgrains/in 2at 100X Similarly 40.31 = 10x 24.811= n 3-100X 40μgrains/in 2at 100X For the 10μm grain size:B. In computing the total g.s. area we will assume 1 in 3 of materials. Since there are 6 facescube and the area of each face is shared by 2 cubes, each cube has an area of 3x Area of face. G.B. Area =d / 3 = d 3 x d 123⎥⎦⎤⎢⎣⎡GB Area (10μ gs) = 3/3.937 x 10-4 = 7620in 2/in 3 GB Area (40μ gs) = 3/15.75 x 10-4 = 1905in 2/in 330.GIVEN:σys = 200MPa at GS#4 = 300MPa at GS#6REQUIRED: σys at GS#9SOLUTION: Recall σys = σo + kd -1/2(1)for low carbon steel.If d = grain size (assume cubes) load = grain diameter at 100X(2)(3)16.82 = d11/24For ASTM GS# 4:For ASTM GS#6:23.78 = d11/24(5) Substituting (4) and (5) into (1) we have200 - σo + k(16.82) (6) 300 = σo + k(23.78) (7)Subtracting (6) from (7):100 = k(23.78 - 16.82)∴k = 14.37Substituting this value of κ into (6) yields 200 = σo + 14.37 x 16.82σo = -41.70 (this is not physically realistic since σo relates to the lattice friction stress which should not be negative)For ASTM GS#9Thus σys = σo + 14.37 x 40 = 41.70 + 574 = 533MPa31.GIVEN: ∣b ∣ = 0.25μm for BCC metal tilt boundary has angular difference of 2.5o REQUIRED: Dislocation density in tilt boundary wall SOLUTION: The physical situation is shown below:If b = Burgers vector, D = spacing between edge dislocation# of dislocations in boundary for a 1cm high boundary isD1(where D is in cm)32.33.FIND: Show D = b / θ.GIVEN: b is the magnitude of the Burger's vector; D is the spacing between dislocations, and θ is the tilt angle.SKETCH: See Fig. 5.3-4.SOLUTION: We can see the geometry more clearly using the following sketch:bFrom the Figure we can immediately write that tan/θ22=b D . Since the tan of a small angle is the angle itself:θ22=b D /, so that D = b / θ, as is written in the margin.34. FIND: How can you detect a cluster of voids or a cluster of precipitates in a material?SOLUTION: This can be a difficult challenge indeed. If the total void volume is large, then the density of the sample will be lower than that of dense material. The same is true for clusters ofprecipitate; however, usually the density difference between host and precipitate is not as greatas between host and air, so the technique does not work as well. Another possible technique is microscopy. Samples can be prepared for microscopy, perhaps by polishing and etching andthe defects observed using optical or electron microscopy. X-ray diffraction can also be used. With a random spacing of void or precipitate there is then an average spacing. SometimesBragg's law can be used to calculate the spacing if an intensity maximum is observed. Note that the angle of the maximum will be very small.COMMENTS: There are many other potential techniques that can potentially be used. Theyall rely on some property difference - magnetic, electrical, optical, or whatever.35. FIND: How can you ascertain whether a material contains both crystalline and noncrystallineregions?GIVEN: Recall that the density (and other properties) of crystalline material is greater than that of noncrystalline material of the same compositionSOLUTION: There are three methods in common usage to establish crystallinity polymers.These methods apply to all materials.1. Density. Measure the density of your sample and compare it to the density of noncrystallineand crystalline samples of the same composition.2. Differential Scanning Calorimetry. Heat your sample in a calorimeter. Samples that arecrystalline will absorb heat at the melting temperature and show a "melting endotherm". Somenoncrystalline samples (such as amorphous metals) will crystallize in the calorimeter and show a huge release of heat prior to melting. This is a "crystallization exotherm".3. X-ray diffraction. Crystalline materials show well-defined peaks.COMMENTS: Knowing whether a material is crystalline or noncrystalline is a commonchallenge to polymers scientists. We often need to quantify the fraction or percent crystallinity.Can you suggest a method for each of the 3 techniques outlined?36. FIND: State examples of materials' applications that require the material to behave in a purelyelastic manner.SOLUTION: There are many such possible examples. Since plastic deformation isnonrecoverable deformation, any application that requires repeated stressing and dimensional stability is a good example. Here are some examples:1. Springs in automobiles - leaf and coil springs2. A diving board3. Trusses in a bridge4. The walls in a building5. A bicycle frame6. Piano wire7. Airplane wings37. As the dislocation density ↑, there are more dislocation/dislocation interactions and the strengthgoes up. At the same time, the degree of “damage” also increases and the ductility decreases.38. If the point defect concentration ↑, the strength will go up as well. This is because the defectsmay migrate to edge dislocations where they cause jogs on the dislocations. A joggeddislocation is much harder to move and may itself require the generation of point defects tomove. In addition the point defects may collapse to form dislocation loops which also impede the motion of other dislocations making the materials stronger. If the defects are interstitials,they may migrate to areas around the dislocations in which the system energy is reduced. For the dislocation to move away from the interstitial an increase in the system energy is requiredwhich means the stress to move the dislocation must increase. If the point defect is asubstitutional atom, similar considerations apply. However, the magnitude of the energyreduction is less because of the less severe distortion. Thus the strength increase is not as high as for intersitital.39. As d↓σys↑ since this means the path over which a dislocation moves ↓. This means that thestress will have to increase to either nucleate or unlock dislocations in adjacent grains. Therelationship quantifying this behavior is the Hall-Petch equation: σys = σo + kd-1/240. The strength may increase as a result of:1. decreasing grain size - should not be too (see previous questions) temperature dependent.2. Adding impurities (e.g. C in Fe). The impurities “lock” the dislocation by associating withthe dislocation to lower the system energy. This will be very temperature dependent for dilute concentrations of impurities as the impurities will diffuse away at high temperatures.3. Adding precipitates - blocks the motion of dislocations through either having a differentcrystal structure or a large strain field. Since the precipitates are usually large compared to the atomistic dimension, strong temperature dependence is not expected.4. Cold work - increase quantity of dislocations.41. GIVEN: = 1012/cm 2 for low C steelREQUIRED: concentration of C atoms (at %) to lock all dislocationsSOLUTION: Recalling the At. weight of Fe is 55.85 and the density is about 7.8 gm/cm 3 we may write10 x 6.02 55.857.8 = N 23Fc(assume 1C atom for every Fe atom along dislocations)42. FIND: Why can you not bend the bar of tin?GIVEN: The bar has been well annealed, so the initial dislocation density is low. You are required to re-bend the bar after cold working.SOLUTION: The deformation has increased the dislocation density and the bar now requires much more stress, or force, to deform it. You are not necessarily a weakling, but you have been taken. Re-anneal the bar and bend it back or use brute force.COMMENTS: It is often difficult to bend a metal back to its original shape and this is just one of many possible reasons that depend on the metal and its thermo-mechanical。

工程材料及成‎形技术基础课‎课后习题参考‎答案第一章：1-1 机械零件在工‎作条件下可能‎承受哪些负荷‎？这些负荷对零‎件产生什么作‎用？答：机械零件在工‎作条件下可能‎承受到力学负‎荷、热负荷或环境‎介质的作用（单负荷或复合‎负荷的作用）。

力学负荷可使‎零件产生变形‎或断裂；热负荷可使零‎件产生尺寸和‎体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强‎度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降‎；环境介质可使‎金属零件产生‎腐蚀和摩擦磨‎损两个方面、对高分子材料‎产生老化作用‎。

1-3 σs、σ0.2和σb含义‎是什么？什么叫比强度‎？什么叫比刚度‎？答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料‎。

σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形‎时的条件屈服‎强度，用于无明显屈‎服现象的材料‎。

σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀‎塑性变形的最‎大应力值。

比强度－材料的强度与‎其密度之比。

比刚度－材料的弹性模‎量与其密度之‎比。

思考１－１、１－２.2-3 晶体的缺陷有‎哪些？可导致哪些强‎化？答：晶体的缺陷有‎：⑴点缺陷——空位、间隙原子和置‎换原子，是导致固溶强‎化的主要原因‎。

⑵线缺陷——位错，是导致加工硬‎化的主要原因‎。

⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的‎主要原因。

2-5 控制液体结晶‎时晶粒大小的‎方法有哪些？答：见P101.3.4.2液态金属结‎晶时的细晶方‎法。

⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。

2-8 在铁-碳合金中主要‎的相是哪几个‎？可能产生的平‎衡组织有哪几‎种？它们的性能有‎什么特点？答：在铁-碳合金中固态‎下主要的相有‎奥氏体、铁素体和渗碳‎体。

可能产生的室‎温平衡组织有‎铁素体加少量‎的三次渗碳体‎（工业纯铁），强度低塑性好‎；铁素体加珠光‎体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次‎渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光‎体加二次渗碳‎体（亚共晶白口铸‎铁），莱氏体（共晶白口铸铁‎），莱氏体加一次‎渗碳体（过共晶白口铸‎铁），硬度高脆性大‎。