二、填空1. 晶体按对称性可分为______晶族,______晶系,总共有______种点群和______种空间群。
2. 面心立方堆积中,晶胞的原子数为______,它有______个四面体空隙,______个八面体空隙。
3. 铸锭三晶区指______、______和______。
4. 固态相变形核的驱动力是______,阻力主要是______和______。
5. 再结晶完成后,晶粒长大可分为______晶粒长大和______晶粒长大。
6. 强化金属材料的方法有______强化、______强化、______强化和______强化。
7. 马氏体相变时,新相往往在母相的一定晶面上开始形成,这个晶面称为______。
四、论述及计算题1. 影响晶态固体中原子扩散的因素有哪些?并加以简单说明。
影响晶态固体中原子扩散的因素有:
(1)温度。温度越高,扩散系数越大,扩散速率越快。
(2)晶体结构及固溶体类型。致密度较小的晶体结构中扩散激活能较小,扩散易于进行;对称性较低的晶体结构,扩散系数的各向异性显著;间隙固溶体中的扩散激活能远小于置换固溶体,扩散容易进行。
(3)第三组元。根据加入的第三组元的性质不同,有的促进扩散,有的阻碍扩散。
(4)晶体缺陷。沿晶界的扩散系数远大于体扩散系数;沿位错管道扩散时扩散激活能较小,因而位错加速扩散。
2. 分析回复与再结晶阶段变形金属中空位与位错的变化及其对性能的影响。
回复阶段:空位浓度下降接近平衡浓度,造成电阻率下降,晶体密度增加。同一滑移面异号位错相互抵消造成位错密度略有下降,高温回复阶段刃型位错通过滑移、攀移运动发生多边化过程,造成加工硬化现象保留,强度、硬度略有下降,残余应力基本消失。
再结晶阶段:伴随再结晶过程原子的重新排列,位错密度大大下降,变形过程所产生的复杂位错交互作用消失,加工硬化现象消失,变形各种金属性能恢复至未变形前。
3. 简要说明加工硬化现象带来的利与弊。如何消除加工硬化现象?
加工硬化现象带来的利:变形过程位错密度增加,位错间发生交互作用(如位错交截、位错缠结等),发生位错塞积,从而起到强化金属材料的作用。还可使金属材料变形均匀。
加工硬化现象带来的弊:造成塑性变形困难。
采用后续再结晶处理消除加工硬化现象。
4. 已知碳在γ-Fe中的扩散常数D
0=2.0×10
-5m
2/s,扩散激活能Q=140×10
3J/mol。
(1)计算在870℃和927℃两种温度下碳在γ-Fe中的扩散系数。
(2)要想得到在927℃渗碳10小时相同厚度,在870℃渗碳需要多长时间?(忽略不同温度下碳在γ-Fe中溶解度的不同)
(1)870℃碳在γ-Fe中的扩散系数:7.94×10-12m2/s927℃碳在γ-Fe中的扩散系数:15.99×10-12m2/s(2)需要20.12小时。
5. 分别画出面心立方晶体的

晶向和

晶面,六方晶系中

0]晶向和

晶面。
见下图。

6. 铌酸钾KNbO
3为优异的非线性光学晶体,属钙钛矿结构,其晶胞这样构成:K
+离子半径为178pm,占据立方体角顶位置,Nb
5+(78pm)占据体心位置,O
2-(126pm)占据面心位置。
(1)画出该结构的晶胞,标注原子坐标;
(2)该结构中,钾和氧离子联合构成哪种堆积;
(3)分析结构中各离子配位数是否合理;
(4)计算结构是否符合静电价规则;
(5)铌酸锂LiNbO
3结构属三方晶系,它和KNbO
3能否形成连续固溶体。
(1)晶胞如图所示。原子坐标为 K:0,0,0;O:1/2,1/2,0;1/2,0,1/2;0,1/2,1/2;Nb:1/2,1/2,1/2。

(2)该结构中,钾和氧离子联合构成面心立方堆积。
(3)

,配位数合理。
(4)

,符合静电价规则。
(5)不能。晶体结构不同因而不能形成连续固溶体。
7. YbF
3和NaF掺入CaF
2晶体中,若镱离子和钠离子都是置换了阳离子的位置,请写出缺陷反应方程式。

。
8. 在面心立方晶体中,柏氏矢量

的位错与

的位错相遇,能否发生位错反应生成b
3,写出方程式,解释理由,并指出b
1、b
2和b
3分别属于哪种位错。
几何条件:

,
能量条件:

,符合能量条件,反应可以进行。
b
1为全位错,b
2为肖克莱不全位错,b
3为弗兰克不全位错。
9. Fe-Fe
3C相图如图所示。
(1)写出恒温转变的反应式;
(2)分析含碳量为1.0%的合金平衡冷却过程,说明室温时的组织组成和相组成;
(3)计算室温时组织组成物的相对含量。

(1)包晶转变:L+δ→γ;共晶转变:L→γ+Fe
3C;共析转变:γ→α+Fe
3C。
(2)如图所示:1)从熔体首先按匀晶转变,结晶出奥氏体;2)熔体全部转变为奥氏体;3)奥氏体析出二次渗碳体;4)有珠光体出现。室温时的组织组成:二次渗碳体和珠光体;相组成:α和Fe
3C。

(3)

,珠光体96.11%。