一、论述题1. 绘出(110)、(112)、(113)晶面的晶带轴,并写出其具体的方向指数。
设晶带轴为[u,v,w],则由晶带轴定理有:

故方向指数为

或

。
晶面及晶带轴如图所示。

2. Cu-Sn-Zn三元系相图在600℃时的部分等温截面如图8-5所示。

①请在此图中标出合金成分点P点(Cu-32%Zn-5%Sn),Q点(Cu-40%Zn-6%Sn)和T点(Cu-33%Zn-1%Sn),并指出这些合金在600℃时由哪些平衡相组成?
②若将5kg的P合金、5kg的Q合金和10kg的T合金熔合在一起,则新合金的成分为多少?
见图39。

①在600℃时合金P由α+β相组成;合金Q由β+γ相组成;合金T由α相组成。
②设所求合金中铜、锡、锌的质量分数分别为ω(Cu),ω(Sn),ω(Zn)。根据已知条件,
P,Q,T合金分别占新合金中的质量分数为25%,25%,50%,由重心定律可得:
ω(Ca)=25%×63%+25%×54%+50%×66%=62.25%
ω(Sn)=25%×5%+25%×6%+50%×1%=3.25%
ω(Zn)=25%×62%+25%×40%+50%×33%=34.5%
即新合金的成分Cu,Sn,Zn的质量分数分别为62.25%,3.25%,34.5%。
3. 不用极射投影图,利用解析几何方法,如何确定立方品系中①两晶向间的夹角θ;②两晶面的夹角θ;③两晶面交线的晶向指数;④两晶向所决定的晶面指数。
① 设立方晶系中的两个晶向为[u
1v
1w
1]和[u
2v
2w
2],
由矢量数性积得知:[u
1v
1w
1]·[u
2v
2w
2]=|[u
1v
1w
1]|·|[u
2v
2w
2]|·cosθ
故此两晶向间夹角θ就可从其余弦值求得:

② 设立方晶系中有两个晶面(h
1k
1l
1)和(h
2k
2l
2),它们之间的夹角θ即为它们各自法线[h
1k
1l
1]和[h
2k
2l
2]之间的夹角,故可得

两晶面的夹角
θ=arccos(cosθ)
③ 设立方晶系中有两个不平行晶面(h
1k
1l
1)和(h
2k
2l
2),它们的交线为[uvw],按几何关系得知,这个晶向应同时位于这两个晶面上,故可得

解上述方程组可得

或

④ 设晶体中有两个不平行的晶向[u
1v
1w
1]和[u
2v
2w
2],它们所决定的晶面的晶面指数为(hkl),按晶带定律有

解上述方程可得

或

4. 画出Al-4.0%Cu合金在时效处理(≈130℃)中硬度随处理时间变化的曲线,并解释原因。
Cu-Al合金在时效处理过程中硬度随时间的变化曲线示于下图。

(1)由于原子偏聚或形成有序化区域,产生共格变形的晶格畸变。位错线切过析出物,会增加界面能、反相畴界能、再加上位错线与高密度析出物的长程相互作用,使材料强度增加。变化曲线中第一个峰形(GP区(GPI)和过渡相θ″(GPII))就是这个原因的结果。
(2)析出物的形貌由片状最后到球状,且持续粗化。位错线与析出物的长程相互作用,位错线绕过析出物,从而使材料强化。随着析出物粗化,这种强化作用减弱。变化曲线中第二个峰形(过渡相(θ′))就是这个原因的结果。
5. 如图3-27所示,某晶体滑移面上有一伯氏矢量为b的位错环,并受到一均匀剪应力τ的作用,①分析各段位错线所受力的大小并确定其方向。②在τ作用下,若要使它在晶体中稳定不动,其最小半径为多大?

①令逆时针方向为位错环线的正方向,则A点为正刃型位错,B点为负刃型位错,D点为右螺旋位错,C点为左螺旋位错,位错环上其他各点均为混合型位错。
各段位错线所受的力均为f=τb,方向垂直于位错线并指向滑移面的未滑移区。
②在外力τ和位错线的线张力T作用下,位错环最后在晶体中稳定不动,此时

,故

。
6. 假设所有的价电子都对电流有贡献,①计算Cu中电子的迁移率和②当在100cm长的铜线上加以10V的电压时,电子的迁移速率(铜的电导率为5.98×10
5(Ω·cm)
-1)。
①Cu只有一个价电子,因此,材料中价电子的数目与Cu原子的数目一样。Cu的点阵常数为3.6151×10
-8Cu是面心立方,每个晶胞有4个原子。
Cu的电阻率
ρ=1/σ=1/(5.98×10
5)=1.67×10
-6Ω·cm
故

②电场强度

电子迁移率为44.2cm
2/(V·s),因此电子迁移速率

7. 聚丙烯是由丙烯聚合而成的,其化学式是C
3H
6,结晶态聚丙烯属单斜晶系,其晶格常数a=0.665nm,b=2.096nm,c=0.65nm,α=γ=90°,β=99.3°,其密度ρ=0.91g/cm
3。试计算结品态聚丙烯的单位晶胞中C原子和H原子的数目。
设聚丙烯晶胞内C原子有x个,则H原子有2x个,而单胞体积
V=abcsinβ

故

2x=2×35=70
因此,C
3H
6晶胞中含有35个C原子,70个H原子。
8. 高密度的聚乙烯可以通过氯化处理,即用氯原子来取代结构单元中氢原子的方法实现。若用氯取代聚乙烯中8%的氢原子,试计算须添加氯的质量分数。
从上题得知聚乙烯的结构单元中含有2个C原子和4个H原子。若8%H原子被Cl原子所取代,则须添加Cl的质量分数为:
