《材料科学基础2》作业

1、 简述菲克第一定律和菲克第二定律的含义，并写出表达式，表明字母的物理含义。

2、在900℃对一批钢齿轮成功渗碳需要10个小时，此温度下铁为FCC晶体。如果渗碳炉在900℃运行1个小时需要耗费1000元，在1000℃运行1小时需要耗费1500元，若将渗碳温度提高到1000℃完成同样渗碳效果，是否可以提高其经济效益？(已知碳在奥氏体铁中的扩散激活能为137.52 KJ/mole )

3、在870℃比在930℃渗碳淬火变形小又可以得到较细的晶粒，若已知碳在奥氏体铁中的

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扩散常数为2.0×105m2/s,扩散激活能为140×103J/mol,请计算：

（a）870℃时碳在奥氏体铁中的扩散系数；（4分） （b）将渗层加深一倍需要多少时间？（4分）

（c）若规定0.3％C为渗碳层厚度的量度，则在930℃渗碳10小时的渗层厚度为870℃渗碳10小时的多少倍？（气体常数R＝8.314J/mol）（4分）

4、含碳量0.85%的碳钢在某一温度下经1小时脱碳后表面的碳浓度降为0，已知该温度下碳的扩散系数D=1.1×10-7 m2/s （1）求碳的浓度分布。

（2）如要表面碳浓度为0.8%，则表面应该车去多少深度？

5、在纯铜圆柱体一个顶端电镀一层薄的放射性同位素铜。在高温退火20h后，对铜棒逐层剥层测量放射性强度α（α正比于浓度），数据如下： 距顶端距离x (cm) α(任意单位) 0.1 5012 0.2 3981 0.3 2512 0.4 1413 0.5 524.8 求铜的自扩散系数。

6、纯Cr和纯Fe组成扩散偶,一个小时后界面移动了15.2μm。当界面处Cr的摩尔分数 x(Cr)=0.478时,有  x /  l =126/cm,(l为扩散距离)，互扩散系数为1.43*10E-9 cm2/s 求: Cr和Fe的本征扩散系数

7请简述扩散的微观机制有哪些？哪种方式比较容易进行？

8、对于某间隙固溶体系，在500℃时间隙原子的迁移速率为5*108次/秒，在800℃时迁移速率为8*1010次/秒，计算此过程的激活能Q。

9影响晶体固体中原子扩散的主要因素有哪些？并加以简单说明

10、在MgO中引入高价的W6+，将产生什么离子空位？比较MgO和掺W6+的MgO的抗氧化性哪个好些？

11、设某离子晶体的点阵常数为5*10-8 cm，振动频率为1012赫兹，位能U=0.5eV，求在室温下的离子迁移率。

第五章作业

1、一个圆柱形钢材直径为10mm，长度40mm，两端受到100MPa的张应力后，直径和长度分别变为9.9986mm和40.019mm，假定此时试样仍是弹性体，计算这种钢的弹性模量E、切变模量G和泊松比ν。

2、 Mg单晶的试样拉伸时，3个滑移方向与拉伸轴的夹角分别为38 °, 45 °, 85 °, 基面

法线与拉伸轴的夹角为60，如果在拉应力为2.05MPa时开始观察到塑性变形，则Mg的临界分切应力为多少？

3、若BCC晶体的(1，-1，0) * [111]滑移系的临界分切应力为60MPa，试问在[001]和[010]方向上必须施加多少应力才能产生滑移？ 4、（1）试说明多晶结构材料晶粒越细小晶体强度越高的原因。（2）已知当退火后纯铁的晶粒大小为16个/mm2时，屈服强度σs＝100N/mm2；当晶粒大小为4096个/mm2时，σs＝250N/mm2；试求晶粒大小为256个/mm2时，屈服强度σs的值；

5、低碳钢板在深冲变形时，工件表面变得粗糙不平，如何解决此问题？

6、总结合金强化的四种主要机制，并解释强化的原因。

7. 需要将直径6mm的铝材加工成直径0.5mm铝丝，但为了保证产品的质量，此铝材的冷加工量（横截面受缩率）不能超过85%，如何制定合理的加工工艺？

8、 金属发生塑性变形后显微组织、结构发生什么变化？性能发生什么变化？

9、工业纯铜的熔点为1083℃，在剧烈冷变形后的铜板上取三个试样，分别加热到200℃、500℃、800℃，各保温一个小时，然后空冷。请推测各试样热处理后的显微组织特征，并说明它们在强度和塑性方面的区别及原因。

10、简述回复的机制及其驱动力。

11、有两批工业纯铝分别于12月1日和12月3日以相同的变形量进行轧制，然后于12月3日同时进行再结晶退火，采用相同退火时间，发现这两批样品完成再结晶的温度不同，哪一批样品的再结晶温度较高？为什么？

12. 已知锌单晶的回复激活能为20000 cal/mol，在0℃回复到残留75%的加工硬化需5min，

在27℃和-50℃回复到同样程度需多长时间？ 13. 用一冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉，并随工件一起加热到1000C，加热完毕，当吊

出工件时钢丝绳发生断裂。试分析其原因。

14.已知Cu-30%Zn合金的再结晶激活能为250KJ/mol，此合金在400℃的恒温下完成再结晶需要1个小时，计算390℃恒温下完成再结晶需要多少小时。

15、 将一锲型铜片置于间距恒定的两轧辊间轧制，

(1) 画出此铜片经完全再结晶后晶粒大小沿片长方向变化的示意图； (2) 如果在较低温度退火，何处先发生再结晶?为什么?

16．为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形5％后于650℃退火1 h，组织反而粗化；增大冷变

形量至80％，再于650℃退火1 h，仍然得到粗大晶粒。试分析其原因，指出上述工艺不合理处，并制定一种合理的晶粒细化工艺。（已知Al的熔点为660℃）

17. 低碳钢零件要求各向同性，但在热加工后形成比较明显的带状组织。请提出几种具体方法来减轻或消除在热加工中形成带状组织的因素。

18．试比较去应力退火过程与动态回复过程位错运动有何不同？从显微组织上如何区分动、

静态回复和动、静态再结晶?

19．为何金属材料经热加工后机械性能较铸造状态为佳?

20. 简述晶态陶瓷材料塑性变形的特点。

21. 简述高聚物在单向拉伸过程中出现细颈后截面积基本保持不变的原因。

第九章作业：

1、 简述纳米晶、准晶、非晶的结构特点，并各举例说明一种制备方法。

2、 什么是时效？Al－Cu合金时效通常经历哪些过程？说明其产生时效强化的原因。 3、 什么是调幅分解？说明发生调幅分解的先决条件。调幅分解的组织有何特点？ 4、 简述调幅分解与形核长大型相变的不同之处，并指出成分自由能曲线中这两种扩散相变

所属的成分范围。

5、 马氏体相变的主要特征有哪些？说明片状马氏体与板条马氏体在组织形态、晶内亚结

构、成分以及力学性能方面的区别。

第十章作业：

6、 根据电子能带结构，说明导体、半导体、绝缘体各自的能带结构特点及其对导电机制的

影响。 7、 费米能的物理意义，费米函数的表达及意义。

8、 什么是本征半导体和非本征半导体（包括N型和P型）？

9、 在液氮温度下，用光激发本征锗晶体产生传导电子，其平均密度为10cm，在此温度

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下，电子的迁移率为0.5×10cm/V·s。假如将100V电压加到边长为1cm的立方晶体

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上，这时产生的电流为多少安培？电子电荷e=1.602*10C

10、 C、Si、Ge、Sn的能隙分别为5.4eV，1.1eV，0.67eV，和0.8eV，估算下述材料中

电子在室温（27℃）下进入导带的几率，根据计算结果评价各材料的导电性。 （1）金刚石； （2）硅单晶 （3）锗单晶； （4）金属锡 11、 为什么金属材料的电阻率随温度的升高而增加，而半导体和绝缘材料的电阻率却

随温度的升高而下降？ 12、 简要说明金属、陶瓷和高分子的导热机制。 13、 从原子势能不对称解释热膨胀效应。

14、 简述磁矩起源和磁性的分类。说明铁磁性和亚铁磁性，以及反磁性、顺磁性的相似性

及差异性。 15、 说明磁化曲线不同阶段的磁畴变化。

16、 ZnS的能隙为3.54eV，要激发ZnS的电子需要光子的波长是多少？如在ZnS中加入杂

质，使之在导带的1.38eV处产生一能量陷阱，试问发光时的波长是多少？ 17、 硅与金刚石的能带结构相似，只是禁带宽度不同。已知硅的禁带宽度为1.14eV，金刚

石的禁带宽度为5.33eV，根据它们的禁带宽度求它们能吸收辐射的最大波长各是多少？ 18、 为什么金属通常对可见光是不透明的，而非金属可以透明也可以不透明？ 19、 说明透明材料呈现颜色的原因。

20、 什么叫自发辐射和受激辐射？从辐射的机理来看，普通光源与激光光源的发光有何不同？简述激光器原理。

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