2013 材料科学基础复习题汇总

1. 若fcc的Cu中每500个原子会失去一个，其晶格常数为0.3615nm，试求Cu的密度。 

2.由于H原子可填入-Fe的间隙位置，若每200个铁原子伴随着一个H原子，试求-Fe密度与致密度（已知-Fe的晶格常数0.286nm，原子半径0.1241nm；H原子半径0.036nm）。

3.MgO的密度为3.58,其晶格常数为0.42nm，试求每个MgO单位晶胞内所含的Schottky缺陷之数目(Mg, O 的原子量分别为24.305，15.999)。

4.Fcc晶体中如下操作形成什么位错，Burgers矢量是什么？

(1)抽出(111)面的一个圆片；

(2)插入(110)半原子面，此面终止在(111)面上。

5.当刃型位错周围的晶体中含有(a)超平衡的空位、(b)超平衡的间隙原子、(c)低于平衡浓度的空位、(d)低于平衡浓度的间隙原子等四种情形时，该位错将怎样攀移？

6.指出下图中位错环ABCDA的各段位错线是什么性质的位错？它们在外应力τxy 作用下将如何运动？在外应力σyy 作用下将如何运动?

7.下图是一个简单立方晶体，滑移系统是{100}<001>。今在(011)面上有一空位片ABCDA，又从晶体上部插入半原子片EFGH，它和(010)面平行，请分析：

(1) 各段位错的柏氏矢量和位错的性质；

(2) 哪些是定位错？哪些是可滑位错？滑移面     

是什么？(写出具体的晶面指数。)

    (3) 如果沿[01]方向拉伸，各位错将如何运动？

    (4) 画出在位错运动过程中各位错线形状的变化，指出割阶、弯折和位错偶的位置。

(5)画出晶体最后的形状和滑移线的位置。

8. 晶体滑移面，有一圆形位错环如图所示。问：

(1) 晶体滑移面的上部晶体外加切应力方向和Burgers矢量

同向或反向时，位错环向外滑移？

(2) 位错环平衡半径和外加切应力的关系式。

9.同一滑移面上有二段Burgers矢量相同异号刃型位错（AB，CD位错线方向相反），位错线处在同一直线上，每段位错线长度x, 相距x。若他们做F-R位错源开动。问：

(1) F-R位错源开动过程（考虑交互作用）；

(2) 位错源开动临界切应力。

10. 面心立方晶体中位错。如下图Thompson四面体，根据DA,DB,DC 矢量的指数，计算、回答下列问题。

(1)6个全位错的Burgers矢量；

(2)4个Frank分位错的Burgers矢量；

(3)12个Shockley分位错的Burgers矢量；

(4)6个压杆分位错的Burgers矢量。

11. Lomer-Cottrell位错锁的形成。如下图，fcc晶体中，面上各有一个全位错分解成扩展位错。分解前位错线平行于滑移面交线。

 (1)、面上分解前全位错的Burgers矢量、位错的性质；

(2)、面上领先位错相遇生成的新位错Burgers矢量、位错的性质、滑移面、可动性。

晶体结构习题

1. 对于面心立方点阵： 

(1)  写出 {111} 晶面族包含的所有晶面的晶面指数； 

(2) 在一个晶胞中画出 {111} 晶面族所有晶面（每个晶面为三角形）； 

(3) 在以上图中，标出所有晶面交线（三角形三条边）的晶向指数。 

2. 对于面心点阵，计算回答下列问题 

(1) [111] 与 [011] 的晶向夹角 ; 

(2) (101) 与（ 111 ）晶面的夹角 ; 

(3) (100) 、 (110) 、 (111) 面是否属于同一晶带轴。 

3. 对于立方晶系，证明 (hkl) 晶面与 [hkl] 晶向垂直。 

4. 分别计算面心立方、体心立方点阵 {001} 、 {011} 、 {111} 面的面间距。 

5. Cu 的密度为 8.96 g/cm3, 计算 CU 的点阵常数与原子半径。 

6.  某理想 hcp 结构金属， 密度 1.74 g/cm3, 原子量 24 ， 求 a 、 c 、 c/a 、原子半径和致密度。 

7. 金刚石的晶格常数 0.357 nm, 求原子半径、密度、原子排列致密度；石墨密度 2.25 g/cm3, 计算金刚石转变成石墨相对体积变化。 

8. MgO 为 NaCl 型晶体结构，负、正离子半径依次为 0.178 um, 0.132 um 。计算： 

(1)  晶胞原子数； 

(2)  属于那种Bravais 点阵； 

(3)  正负原子在哪个晶向相切； 

(4)  正、负离子位置； 

(5)  点阵常数； 

(6)  配位数； 

(7)  密度； 

(8)  致密度。 

9. Mn 为立方结构，a=0.632 nm  密度7.28 g/cm3 ， r=0.122nm 求 ： 

(1)  每个晶胞中原子数； 

(2) Bravais 点阵类型； 

(3)  致密度。 

10.A2 结构的Fe 转变成A1 结构的Fe ，晶胞体积收缩1.06%, 计算： 

(1)A1,A2 结构铁的原子半径比； 

(2) 原子半径相对变化率。 

11. 碳原子占据A1 结构Fe 的８面体间隙。计算： 

(1) 如果全部８面体间隙都被碳原子占据，碳的溶解度（原子百分数）； 

(2) 如果碳的溶解度（原子百分数）为8.9%, ８面体间隙占据率是多少。 

12. 黄铜(CuZn) 具有B2 结构，当合金成分为计量成分时, Cu,Zn 原子比为50:50 。若90 ％ Cu 原子位置占据晶胞体心位置，而且Cu,Zn 原子比为54:46 ，求百分之几的晶胞顶点位置被剩余Cu 原子位置占据。 

13 ．Cu ，Zn ， Sn 的价电子数分别是1 ，2 ，4 。 求Cu- 10 at% Zn -Sn 固溶体中, 最多能固溶多少Sn 。 

14 ．FCC 铁中C 的固溶度为 2 at%, 求八面体间隙占据率；BCC 铁的原子排列致密度比FCC 小 ，为什么C 的极限固溶度小？ 

15. 从晶体结构角度， 比较间隙固溶体，间隙相，间隙化合物的区别。 

材料科学基础（I）基础习题

晶体结构

1. 填空

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___________，原子的半径是____________。

2.  bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是________________。

3.  Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是________________。

4.  在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是_________________。

5.   在fcc晶胞中，八面体间隙中心的坐标是____________。

6.  空间点阵只可能有___________种，铝晶体属于_____________点阵。Al的晶体结构是__________________，-Fe的晶体结构是____________。Cu的晶体结构是_______________，

7点阵常数是指__________________________________________。

8图1是fcc结构的(-1,1,0 )面，其中AB和AC的晶向指数是__________，CD的晶向指数分别

是___________，AC所在晶面指数是 --------------------。

9  晶胞中每个原子平均占有的体积称为____________________________________。

10  FCC包含有<112>晶向的晶面是___________________。

11.图2为简单立方点阵晶胞，其中ABC面的指数是______________，AD的晶向指数是_______________。

12.   在空间点阵中选取晶胞的原则是：（1）_______________________________(2)_________________________________(3)________________________________________(4)____________________________。

13  以点阵常数a为单位，fcc晶体的原子半径是___________，bcc晶体的原子半径是____________，fcc晶体（110）面的晶面间距是_______________________，[110]方向的原子间距为_______________，fcc晶体的结构原子体积为_____________________。

14  金刚石的晶体___________，每个晶胞中的原子数为_____________________。

15  （h1k1l1）和（h2k2l2）两晶面的晶带轴指数[uvw]为______________________________。

16  面心立方结构每个晶胞中八面体间隙数为________，四面体间隙数为______。

17  立方晶系晶面间距计算公式是_______________________。

18  Zn室温的点阵常数a=2.69A，c=4.9468A，其轴比为____________，配位数为_______。

19  工业多晶体金属不呈现性能的各向异性，其原因是______________________________。

20  纯铁冷却时在912 发生同素异晶转变是从___________结构转变为___________结构，其原子半径发生_______________变化。

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。（  ）

3.简述

金属键，晶体，同素异晶转变（并举例），晶胞，点阵常数，

晶面指数，晶面族，晶向指数，晶向族（举例），

晶带和晶带轴，配位数，致密度，晶面间距， 

面心立方结构，体心立方结构，密排六方结构， 

合金相结构

1.填空

1. 形成无限固溶体的必要条件是：（1）_________________，（2）_________________--，（3）____________________。

2. 形成有序固溶体的必要条件是：（1）_________________________，（2）________________，（3）_________________________。

3.  影响正常价化合物形成的主要因素是_____________________________。

4.  C原子半径为0.77A，Cr的原子半径为1.28A，则Cr23C6是____________化合物。

5.  随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度______________，塑性______________，导电性___________________。

6. 如图是铜金有序固溶体的晶胞，其分子式为___________。

7  影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是：

  （1）_______________________；

（2）___________________________;

  （3）_______________________；

（4）___________________________和环境因素。

8形成置换固溶体时，两组元原子半径的相对差小于_______________，是有利于大量固溶的因素之一。

9  Cu是一价，Sn是四价，则Cu3Sn化合物的电子浓度为__________。

10  铁碳合金中奥氏体的晶体结构是____________，铁素体的晶体结构是________________。

11置换式固溶体的不均匀性主要表现为存在____________________________________和_______________________。

12.  电子化合物的形成条件为_______________，晶型___________，例如___________________________。

13间隙相的形成元素为____________________，晶型为_________________例如___________________。

14  高速钢中VC相结构为________________，黄铜中CuZn相结构为________________。

15  填隙固溶体溶质溶于溶剂金属点阵的____________，只能形成___________固溶体。

16  按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为_____________和_________________。

17  元素的负电性是指_____________________________________，在周期表中，同一周期元素的负电性由左向右逐渐_____________，而同一族元素的负电性由上到下逐渐____________。二元合金中两组元的电负性差越大，越易形成___________________，越不易形成___________________。

18. 无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是：强度和硬度__________，塑性_______________，导电性_________________。

19   电子浓度是指_________________之比，CuZn型超结构的电子浓度等于_____________，属于____________空间点阵。

20  随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度__________，塑性_____________，导电性______________。

2. 选择与判断

1  形成间隙固溶体时，溶剂的点阵常数_____。

A  增大    B  减小    C  不变

2.在固溶体自由能与成分的关系式中，两组元相互作用参数的表达式为_______。

A NZ(eAB+(eAA+eBB)/2)   B  NZ(eAB-(eAA+eBB)/2)  C  EAB=(eAA+eAB)/2

3. 图2是铜金有序固溶体的结构晶胞，

此有序固溶体的分子式为_____________。

A  Cu2Au5       

 B  CuAu2      

 C  CuAu

4.钨（W）的原子半径为1.41A，

碳的原子半径为0.77A，则WC为________

A  间隙固溶体， B  间隙相，      C  间隙化合物

5.．-Co为hcp结构，-Co为FCC结构，

则Fe-Co无限固溶体为_____________结构。

   A   FCC ，    B   BCC，    C   hcp

6.  在有序固溶体中，异类原子结合力小于同类原子结合力。（  ）

7.  所有金属间化合物都能提高合金的强度。（  ）

8.  Nb的原子半径为1.47A，C原子半径为0.77A，则NbC为间隙化合物（  ）

9.  纯金属发生同素异性转变将产生成分和有序度方面的改变。（  ）

10.  与固溶体相比，金属化合物具有高硬度低塑性。（  ）

11.  在拓扑相中，半径较大的原子构成密排主层（  ），次层一般是半径较小的原子（  ）。

3.名词解释

置换固溶体，有序固溶体，无序固溶体，

间隙固溶体和间隙化合物，间隙相与间隙化合物，

正常价化合物，电子浓度，电子化合物

4.问答

1：分析氢，氮，碳，硼在-Fe 和-Fe 中形成固溶体的类型，H2, N, C, B进入点阵中的位置。元素的原子半径如下：氢：0.46A     氮：0.71A     碳：0.77A     硼：0.91A

2：指出固溶体与金属化合物在晶体结构和机械性能方面的区别。

晶体缺陷

1 填空

1 空位是热力学_______________的缺陷，而位错是热力学_____________的缺陷。

2 fcc晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________；bcc晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________;hcp晶体中单位位错（全位错）的柏氏矢量是_________________;fcc中Frank位错的柏氏矢量是___________。

3 一根柏氏矢量b=a/2<110>的扩展位错滑出晶体后，在晶体表面产生的台阶的高度为_____________________。

4 在某温度下，晶体中的空位数与点阵数的比值称为__________________。

2为位错线单位矢量，b为柏氏矢量，则b =0时为_______位错，b =b时为________________位错，b =-b时为______________位错。

5 三根右螺型位错线的正向都指向位错结点，则它们的柏氏矢量之和等于______。

6 设位错运动时引起晶体体积的变化为V，则V=0时为___________运动，V0时为______________运动。

7 在位错应变能公式E=Gb2Ln(r/r0)/4k中，对于刃型位错K等于_________，对螺型位错K等于_____________。

8 在简单立方晶体中，A、B两位错的滑移面和自由表面的交线如图1所示，则A为________型位错，B为_________型位错。

9 fcc晶体中单位位错的柏氏矢量是________________，肖克莱位错的柏氏矢量是____________，弗兰克位错的柏氏矢量是_______________。

10 单位体积中位错线总长度称为________________。

11螺型位错的应力场只有两个相等的_______应力分量，其表达式为________________________。

12简单立方晶体、fcc晶体、bcc晶体和hcp晶体中单位位错的柏氏矢量依次是_____________、_______________________、______________________。

13 通常把一个全位错分解为两个________________位错，中间夹一片层错的位错组态称为______________。

14 位错概念和位错模型首先是由_________________等人提出来的。

15 位错线和柏氏矢量如图所示，其中AB是___________位错，BC是__________位错，DE是________________位错。

16 对含刃位错的晶体施加垂直于多余半原子面的压应力有利于______攀移，施加拉应力有助于______攀移。

17 fcc晶体中单位位错的柏氏矢量是__________________，Shockley位错的柏氏矢量是__________，Frank位错的柏氏矢量是___________________。

18. 图1为ABC位错线，AB是_____________位错，BC是________________位错，在切应力作用下，AB_______________运动，BC向______________运动。

图1

19 作用在位错线上的力Fd=_________________________，这个力Fd与位错____________方向。

20 使弗兰克----瑞德源“动作”所需的临界切应力________________________________。

21 位错可定义为_____________________________________________________。

22 位错塞积时障碍物对领先位错的作用力大小为__________________________________。

23 在外加应力作用下，当位错在晶体中滑动时，刃型位错的运动方向与b_____________与________________________，与位错线_________________________________。

24 具有                结构的层错能           的金属容易进行交滑移，其滑移痕迹为__________________________________________。

2 选择

1 由于化学交互作用的结果，溶质原子在层错区的偏聚，称为____________。

A 克气团         B 铃木气团            C 柯垂耳气团

2 层错的边缘一定是________________。

A 肖克莱位错         B弗兰克位错           C 不全位错

3 在fcc晶体中，位错反应_______________能进行。

A   a/6[112]+a/6[110]a/3[111]        B   a/2[10-1]a/6[2-1-1]+a/6[11-2]

4 肖克莱位错具有螺型、刃型和混合型三种，它们能够_______________。

A 攀移           B 交滑移         C 沿滑移面滑移

5  晶体中点缺陷的存在，使电阻________。

A增大             B减小                    C不变

6  把一根右螺型位错线的正方向反向，则此位错_______。

A变为左螺型位错              B仍为右螺型位错

7  三个位错及其柏氏矢量如图所示，则b2与b1之和_________。

A大于b1          B:小于b1             C等于b1

8  位错的应变能与其柏氏矢量__________成正比。

A  b              B    b2               C   b3

9  两刃型位错及其柏氏矢量如图所示，AB位错向下滑移与CD位错交割后，则________

      A  AB产生割阶    B  AB产生扭折    C  CD产生割阶   D    CD产生扭折

10  fcc晶体的（111）面按ABCBABCABC···顺序堆垛时，其中含有________。

      A  一片抽出型层错   B  一片插入型层错     C一片抽出型和插入型层错

11  Shockley位错__________。

A   只能滑移        B只能攀移        C既能滑移又能攀移

12  fcc晶体中，有根位错线的方向为[-110]，b=a/2[110]，则此位错_________。

A 不能滑移         B 能滑移           C 能交滑移

13  晶体中一位错环，柏氏矢量为b，在切应力作用下(  )

A扩大           B缩小             C不变

14  滑移线在(  )可观察到：

A光学显微镜     B电子显微镜       C肉眼

15  位于fcc晶格的（001）面上，l=[-110]，b=a/2[110]的位错（  ）

A能滑移         B不能滑移         C能交滑移

16  空位（  ）过程中重要作用。

A   形变孪晶的形成      B 自扩散       C 交滑移

17  两根具有反向柏氏矢量的刃型位错，分别处于两个平行滑移面上（两滑移面相隔一个原子间距）相向运动后，在相遇处（  ）

A 相互抵消           B形成一排空位        C  形成一排间隙原子

18  在一块晶体中有一根刃型位错P和一根相同长度的螺型位错Q，比较两者能量有(  )

A Ep>Ee B Ep19  位错线受力方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体做相对滑移的方向（  ）

A 随位错线运动方向而改变     B 始终同柏氏矢量方向一致    C始终同外力方向一致。

20  冷加工金属回复时位错（  ）

A大量消失         B 增殖                   C 重排

21  冷加工回复时位错（  ）

A 增殖              B 大量消失            C 重排

22   第二相硬度不高、粒子不大时，位错主要通过（   ）

A 绕过机制        B 切割机制               C 热激活机制

3 判断

1 任何位错反应的发生，只需要判断其是否满足热力学条件即可。（  ）

2 一个位错环不可能处处都是螺位错，也不可能都是刃位错。（  ）

3 降低层错能的溶质原子与层错发生交互作用，使层错的宽度增大。（  ），难于束集（  ），交滑移容易（  ）。

4 柏氏矢量（b）的方向表示它与位错线的取向和位错的性质（  ），b的模量b表示位错线周围点阵畸变程度，即位错的强度（  ）；实际晶体中的b都是点阵矢量（  ），把b=单位点阵矢量的位错称为单位位错（  ）；b越大，位错的稳定性越高（  ）。

5  fcc晶体中的扩展位错都可束集和交滑移（  ）。

6  外力场作用在单位长度位错线上的力F= b（  ），此力垂直于位错线（  ），使位错产生滑移（  ）。

7  Frank位错、Lomer位错和面角位错对fcc金属的加工硬化起重要作用（  ）。

8  金属的层错能越高，越易产生扩展位错。（  ）

9  晶体中所有缺陷都会产生畸变，因而热力学上都是不稳定的。（  ）

10 刃型位错与螺型位错均可产生交滑移。（  ）

11  一条位错线，不管形状如何，均具有唯一的柏氏矢量。（  ）

12  孪生位错的柏氏矢量比单位位错小。（  ）

13 两平行位错的柏氏矢量垂直，则它们之间一定没有交互作用。（  ）

14  铝和铜层错能分别是200尔格/cm2和70尔格/cm2，切变模量分别为2655Kg/mm2和4405Kg/mm2，所以铝的扩散位错比铜的扩展位错宽。（  ）

15  螺型位错同刃型位错一样都存在多余半原子面。（  ）

16  位错是柏氏矢量不为零的晶体缺陷。（  ）

17  纯金属在热力学上实际上是不稳定的。（  ）

18  理想无缺陷金属在热力学上是稳定的。（  ）

19  金属的层错能越高，越易产生扩展位错。（  ）

20  晶体中所有缺陷都会产生畸变，因而热力学上都是不稳定的。（  ）

21  刃型位错与螺型位错均可产生交滑移。（  ）

22  位错受力方向都是晶体滑移方向。（  ）

23  金属在回复过程中会发生位错的攀移。（  ）

24  金属的强度和塑性都受位错运动的控制。（  ）

4 名词

空位的平衡浓度，位错，螺旋位错，混合位错，柏氏回路，位错密度，P-N力，割阶，扭折，位错反应，位错的线张力和作用在位错线上的力，扩展位错，不全位错，层错------层错能，位错增殖-------位错塞积，堆垛层错，弗兰克-瑞德位错源， 

奥罗万机制，科垂耳气团，面角位错，克气团，多边形化， 

位错与滑移线，单滑移与交滑移， 

扩散

1 填空

1  扩散系数的单位是_____________________________________________，扩散系数D的物理意义是__________________________________。

2  上坡扩散是指_______________________________________________，反应扩散是指______________________________________________。

3  扩散系数与温度之间关系的表达式为_____________________________________。

4  三元系的扩散层中不可能出现_____________________混合区。

5  空位扩散需具备的条件是（1）_________________，（2）______________。间隙扩散需具备的条件是_________________________。

6  互扩散系数D______________________________________。

7  置换式固溶体晶内扩散的主要机制是_____________，而间隙固溶体晶内扩散的主要机制是_________________。

8  扩散驱动力_____________________，再结晶驱动力_______________________，晶粒长大驱动力_______________________。

9  扩散第一定律表达式____________________________，扩散第二定律表达式___________________________。

10  扩散通量J的单位是____________________。

2  判断

1  金属的自扩散激活能等于（  ）

A空位形成能和迁移激活能的总和      B 空位的形成能    C空位的迁移能

2  晶界扩散比晶内扩散速率（   ）

A  大             B  小                     C  相等

3  固溶体中扩散的驱动力是___________。

     A温度梯度          B组元的浓度梯度       C组元的化学势剃度

4  扩散通量J的大小，是指单位时间内通过任何截面的流量。（  ）

5  氮在奥氏体中溶解度大，表明氮在奥氏体中扩散速度比铁素体中快。（  ）

6  如图1（AB二元相图），有一合金III ，从T1温度淬火至室温，然后再加热至T2温度时效，在时效时所产生的扩散过程，其(         )

A 2G/C2>0 B 2G/C2=0              C 2G/C2<0

图1

7  上坡扩散J与dc/dx方向（  ）：A一致，    B相反，          C垂直

8  扩散系数D只决定于晶体结构。（  ）

9  氮在奥氏体中溶解度大，表明氮在奥氏体中扩散速度比在铁素体中快。（  ）

10  扩散永远是由高浓度向低浓度方向进行。（  ）

11  反应扩散只受反应速度控制。（　　）

12  可以说扩散定律实际上只有一个。（  ）

13  扩散通量J的大小，是指单位时间内通过任何截面的流量。（  ）

14  扩散第一定律仅适用于稳态扩散。（  ）

15  扩散激活能越大，扩散速度越快。（  ）

16  只要合金中存在浓度梯度就一定会发生扩散。（  ）

17  纯铁在渗碳过程的扩散中，铁原子的扩散是不可忽略的。（  ）

18  间隙溶质原子的扩散系数，低于置换溶质原子的扩散系数。（  ）

3 名词

扩散通道，反应扩散，克肯达尔效应，间隙扩散，扩散激活能

化学势梯度，扩散通量，上坡扩散和下坡扩散，扩散系数

纯金属的凝固

1.填空

1..  在液态金属中进行均质形核时，需要________起伏和___________能量起伏。

2.金属凝固的必要条件是_____________________________。 

3.液态金属凝固时，均质形核的条件是：（1）_________________________________；（2）_______________________________，（3）___________________________________。

4.细化铸锭晶粒的基本方法是：（1）_______________________，（2）____________________，（3）___________________________。

5  形成临界晶核时体积自由能的减小只能补偿新增表面能的________。  

6  液态金属均质形核时，体系自由能的变化包括两部分，其中_____________自由能是形核的阻力，______________自由能是形核的动力；临界晶核半径rK与过冷度T呈_________关系，临界形核功GK等于___________________。

7  动态过冷度是_______________________________________________。

8  在工厂生产条件下，过冷度增大，则临界晶核半径_____，金属结晶冷却速度越快，N/G比值___________，晶粒越___。

9  制备单晶的基本原理是_____________________________，主要方法有_____________法和______________法。

10.  获得非晶合金的基本方法是_____________________________。

11  铸锭典型的三层组织是______________, __________________, ___________________。

12  根据凝固理论，为了细化铸锭晶粒，对于小尺寸的铸锭一般可采用____________方法，对于大尺寸的铸锭则采用_______________方法。

13  纯金属凝固时，其临界晶核半径的大小、晶粒大小主要决定于______________________。

14 液态金属凝固时，异质形核需要的过冷度比均质形核小，这是因为_____。

（异质形核时固相质点可作为晶核长大，其临界形核功较小。）

2 名词解释

过冷度，临界晶核，临界晶核半径，自发形核，能量起伏，形核功，形核率，变质处理，

柱状晶带，等轴晶，异质形核，非晶态金属

3 判断

1 纯金属中含有少量杂质在热力学上是稳定的。（  ）

2 临界半径rK大小仅与过冷度有关。（  ）

3 液态金属凝固时，临界晶核半径与过冷度成反比。（  ）

4 在液态金属中形成临界晶核时，体系自由能的变化为零。（  ）

5 任何温度下液态金属中出现最大结构起伏是晶胚。（  ）

6 任何过冷度下液态金属中出现的最大结构起伏却是晶核。（  ）

7 湿润角 =180 时，异质形核最容易进行。（  ）

8 枝臂间距是指相邻两树枝晶一次轴之间的距离。（  ）

9 为了细化晶粒，工艺上采用增大过冷度的方法，这只对小件或薄件有效，而对较大厚壁铸件并不适用。（  ）

10 从非均匀形核计算公式：A非均匀=A均匀（2-3cos+cos3）/4看出当=00时固相杂质相当于现成的大晶核。（  ）

11 理论凝固温度与固/液界面处温度之差，称为动态过冷度。（  ）

12 动态过冷度是指结晶过程中实际液相温度熔点之差。（  ）

13 液态金属结晶时，其临界晶粒半径rK是不变的恒定值。（  ）

14液态金属结晶时，其理论结晶温度与固/液界面处温度之差称为临界过冷度。（  ）

1  回答液态金属凝固时均匀形核的有关问题：

(1)形核的必要条件；

(2)晶核半径k与、关系的表达式。

2  简述湿润角、杂质粒子的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。

参：  

纯金属凝固时

润湿角θ＝0°，形核功为0，固相粒子促进形核效果最好；

润湿角θ＝180°，异质形核功等于均匀形核功，固相粒子对形核无促进作用；

润湿角0°<θ<180°，形核功比均匀形核的形核功小，θ越小，固相粒子促进形核效果越好。

杂质颗粒的晶体结构与晶核相同或相近时，促进形核效果好，当两者结构不相同时，一般对促进形核效果差或不促进形核。

杂质粒子的表面成凹形时，促进形核效果好，成平面状时次之，凸形时最差。

3  证明金属形核时，无论是均匀形核、非均匀形核（平面墙），临界形核功与临界晶核体积、临界表面积的关系

4  铜的熔点=1356 K，熔化热1628 J/cm2，液固界面能=177 erg/cm2，点阵常数a=0.3615 nm。 求铜△T=100 ℃ 时均匀形核的临界核心半径和每个临界核心的原子数目。

5  何谓过冷，过冷度，动态过冷度，它们对结晶过程有何影响？

参：

过冷是指金属结晶时实际结晶温度T比理论结晶温度低的现象。过冷度ΔT指与T的差值。动态过冷度指晶核长大时的过冷度。金属形核和长大都需要过冷，过冷度增大通常使形核半径、形核功减少，形核过程容易，形核率增加，晶粒细化。

晶体扩散作业题

1. 如图所示，在Ni和Ta中间插入一个0.05cm厚的MgO层作为扩散屏障以阻止Ni和Ta两种金属之间的相互作用。在1400 ℃时，Ni原子能穿过MgO层扩散到Ta中。计算：①、每秒钟通过MgO层的Ni原子数；②、Ni原子层减少的速度v，减少一微米厚度所需的时间是多少（？已知Ni原子在MgO中的扩散系数是9×10－12cm2/s，且1400℃时Ni原子的晶格常数为3.6×10－8cm。

被MgO层隔离开的Ni和Ta扩散偶

2. 设碳原子在铁中的八面体间隙三维空间中跃迁。

(1)、试证明碳原子在在γ铁中扩散系数，其中a为点阵常数，Γ为间隙原子的跳动频率。

(2)、跃迁的步长为2.53×10－10m。γ铁在925℃渗碳4h，碳原子跃迁频率为Γ＝1.7×109/s，求碳原子总迁移路程S和碳原子总迁移的均方根位移。

解

3. 对含碳0.1％的碳钢工件在900℃进行渗碳处理。表面保持1.2％C的渗碳气氛。要求距工件表面0.2 cm处含碳0.45％，已知碳在奥氏体中扩散系数。计算：

(1)、渗碳时间；

(2)、如果要求距工件表面0.3 cm处含碳0.45％，渗碳时间延长多少倍；

(3)、如果是纯铁，渗碳温度为800℃，示意画出工件相分布与碳浓度分布。

解： 【扩散第二定律的应用】

（1）

4.设BCC-Fe加热到1000k，一侧与CO/CO2混合气体接触使在表面C的浓度为0.2%（质量分数），另一侧与氧化气氛接触，使C浓度保持0%，计算每秒每平方厘米传输到后表面的C的原子数。已知板厚0.1cm，bccFe的密度约为7.9g/cm^2，1000k时扩散系数为8.7×10^－7cm^2/s.