材料化学习题(2)

7. 在NiO中引入高价的W6+。

（a） 将产生什么离子的空位？ （b） 每个W6+将产生多少个空位？

（c） 比较NiO和渗W的NiO(即NiO-WO3)的抗氧化性哪个好？ 8. 已知Al在Al2O3中扩散常数D0=2.8×10-3(m2/s)，激活能477（KJ/mol），而O（氧）在Al2O3中的D0=0.19(m2/s),Q=636(KJ/mol)。 (a) 分别计算两者在2000K温度下的扩散系数D； (b) 说明它们扩散系数不同的原因。

9. 在NaCl晶体中掺有少量的Cd，测出Na在NaCl的扩散系数与1/T的关系，如图所示。图中的两段折现表示什么，并说明DNaCl与1/T不成线性关系的原因。 第5章 材料的形变和再结晶

1. 有一根长为5 m，直径为3mm的铝线，已知铝的弹性模量为70GPa，

求在200N的拉力作用下，此线的总长度。

2．一Mg合金的屈服强度为180MPa，E为45GPa，a）求不至于使一块10mm?2mm的Mg板发生塑性变形的最大载荷；b） 在此载荷作用下，该镁板每mm的伸长量为多少？

3. 已知烧结Al2O3的孔隙度为5%，其E=370GPa。若另一烧结Al2O3的E=270GPa，试求其孔隙度。

4. 有一Cu-30%Zn黄铜板冷轧25%后厚度变为1cm，接着再将此板厚度减少到0.6cm，试求总冷变形度，并推测冷轧后性能变化。

5. 有一截面为10mm?10mm的镍基合金试样，其长度为40mm，拉伸实验结果如下：

载荷（N） 标距长度（mm） 43，100 40.1 86，200 40.2 102，000 40.4 104，800 40.8 109，600 41.6 113，800 42.4 121，300 44.0

2+

126，900 46.0 127，600 48.0

113，800（破断） 50.2

试计算其抗拉强度?b，屈服强度?0.2，弹性模量?以及延伸率?。 6. 将一根长为20m，直径为14mm的铝棒通过孔径为12.7mm的模具拉拔，求a）这根铝棒拉拔后的尺寸；b）这根铝棒要承受的冷加工率。

7. Zn单晶在拉伸之前的滑移方向与拉伸轴的夹角为45?，拉伸后滑移方向与拉伸轴的夹角为30?，求拉伸后的延伸率。

8 Al单晶在室温时的临界分切应力?C =7.9×105Pa。若室温下对铝单晶试样作为拉伸试验时，拉伸轴为[123]方向，试计算引起该样品屈服所需加的应力。

9. Al单晶制成拉伸试棒（其截面积为9mm2）进行室温拉伸，拉伸轴与[001]交成36.7?，与[011]交成19.1?，与[111]交成22.2?，开始屈服时载荷为20.40N，试确定主滑移系的分切应力。

10. Mg单晶体的试样拉伸时，三个滑移方向与拉伸轴分别交成38°、45°、85°，而基面法线与拉伸轴交成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？

11 MgO为NaCl型结构，其滑移面为{110}，滑移方向为<110>，试问沿哪一方向拉伸（或压缩）不能引起滑移？

12. 证明：bcc及fcc金属产生孪晶时，孪晶面沿孪生方向的切变均为0.707。

13. 试指出Cu和?-Fe两晶体易滑移的晶面和晶向，并求出他们的滑移面间距，滑移方向上的原子间及点阵阻力。（已知GCu=48.3GPa，G?-Fe=81.6GPa，v=0.3）

14. 40钢经球化退火后渗碳体全部呈半径为10?m的球状，且均匀地分布在??Fe基础上。已知Fe的切变模量G=7.9×104Mpa，??Fe的点阵常数a=0.28nm，试计算40钢的切变强度。

15. 已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的?-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和196MPa,问平均晶粒直径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多

少？

16. 三点弯曲试验常用来检测陶瓷材料的力学行为。有一圆形截面Al2O3试样，其截面半径r=3.5mm，两支点间距为50mm，当负荷达到950N，试样断裂。试问当支点间距为40mm时，具有边长为12mm正方形截面的另一同样材料试样在多大负荷会发生断裂?

17. 现有一?6mm铝丝需最终加工至?0.5mm铝材，但为保证产品质量，此丝材冷加工量不能超过85%，如何制定其合理加工工艺？

18. 铁的回复激活能为88.9 kJ/mol，如果经冷变形的铁在400℃进行回复处理，使其残留加工硬化为60%需160分钟，问在450℃回复处理至同样效果需要多少时间？

19. Ag冷加工后位错密度为1012/cm2,设再结晶晶核自大角度晶界向变形基体移动，求晶界弓出的最小曲率半径（Ag: G=30GPa，b=0.3nm，??=0.4J/m2）。

20. 已知H70黄铜（30%Zn）在400℃的恒温下完成再结晶需要1小时，而在390℃完成再结晶需要2小时，试计算在420℃恒温下完成再结晶需要多少时间？

21. 设有1cm3黄铜，在700℃退火，原始晶粒直径为2.16?10-3cm，黄铜的界面能为0.5J/m2，由量热计测得保温2小时共放出热量0.035J，求保温2小时后的晶粒尺寸。

22. 设冷变形后位错密度为1012/cm2的金属中存在着加热时不发生聚集长大的第二相微粒，其体积分数f=1%，半径为1?m，问这种第二相微粒的存在能否完全阻止此金属加热时再结晶（已知G=105MPa，b=0.3nm，比界面能?=0.5J/m2）。

1. 计算当压力增加到500×105Pa时锡的熔点的变化时,已知在105Pa下,锡的熔点为505K，熔化热7196J/mol，摩尔质量为118.8×10-3kg/mol，固体锡的体积质量密度7.30×103kg/m，熔化时的体积变化为+2.7%。 2. 考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：ΔT=1，10，

100和200℃，计算： (a) 临界晶核尺寸； (b) 半径为r*的晶核个数；

(c) 从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化ΔG*（形核功）；

(d) 从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化 ΔGv。 铝的熔点Tm=993K，单位体积熔化热Lm=1.836×109J/m3，固液界面比表面能δ=93mJ/m，书中表6-4是121mJ/m,原子体积V0=1.66×10m。

3. （a） 已知液态纯镍在1.013×10Pa(1个大气压)，过冷度为319℃时发生均

匀形核。设临界晶核半径为1nm，纯镍的熔点为1726K，熔化热Lm=18075J/mol，摩尔体积V=6.6cm3/mol，计算纯镍的液-固界面能和临界形核功。

（b）若要在2045K发生均匀形核，需将大气压增加到多少?已知凝固时体积

353

变化ΔV=-0.26cm/mol(1J=9.87×10 cm.Pa)。

4. 用示差扫描量热法研究聚对二甲酸乙二酯在232.4℃的等温结晶过程，由结

晶放热峰测得如下数据。

结晶时间t(分) 7.6 11.4 17.4 21.6 25.6 27.6 31.6 35.6 36.6 38.1 结晶度(%) 3.41 11.5 34.7 54.9 72.7 80.0 91.0 97.3 98.2 99.3 试以Avrami作图法求出Avrami指数n，结晶常数K和半结晶期t1/2。 5. 试说明结晶温度较低的高分子的熔限较宽，反之较窄。

第7章 二元系相图及合金的凝固

1. 组元A和B在液态完全互溶，但在固态互不溶解，且形成一个与A、B不同晶体

结构的中间化合物，由热分析测得下列数据： 含B量（wt%.%） 液相线温度（℃） 固相线温度（℃） 0 — 1000 20 900 750 40 765 750 43 — 750 50 930 750 63 — 1040 80 850 640 90 — 640 100 — 800

（a） 画出平衡相图，并注明个区域的相、各点的成分及温度，并写出中间化

合物的分子式（原子量A=28，B=24）。

（b）100kg的含20wt.%B的合金在800℃平衡冷却到室温，最多能分离出多少纯A。

5

2

2

-29

3

2. 假定我们在SiO2中加入10at%的Na2O，请计算氧与硅之比值。如果O:Si≤2.5是玻璃化趋势的判据，则形成玻璃化的最大Na2O是多少？ 3. 根据所示的CaO-ZrO2相图，做下列工作： （a）写出所有的三相恒温转变

（b）计算4wtêO-ZrO2陶瓷在室温时为单斜ZrO2固溶体 (Monoclinic ZrO2 SS)

和立方ZrO2固溶体(Cubic ZrO2 SS)的相对量(用mol%表示)。假定单斜ZrO2固溶体和立方ZrO2固溶体在室温的溶解度分别为2molêO和15molêO。

第8章 三元相图

1. 某三元合金K在温度为t1时分解为B组元和液相，两个相的相对量WB/WL=2。已知合金K中A组元和C组元的重量比为3，液相含B量为40%，试求合金K的成分。 2. 三组元A、B和C的熔点分别是1000℃、900℃和750℃，三组元在液相和固相都完全互溶，并从三个二元系相图上获得下列数据： 成分（wt.%） 温度（℃） A B C 液相线 固相线 50 50 — 975 950 50 — 50 920 850 — 50 50 840 800

（a） 在投影图上作出950℃和850℃的液相线投影； （b） 在投影图上作出950℃和850℃的固相线投影; (c)画出从A组元角连接到BC中点的垂直截面图；

3. 成分为40%A、30%B和30%C的三元系合金在共晶温度形成三相平衡，三相成分如下：

液相： 50%A 40%B 10%C α相 85%A 10%B 5%C β相 10%A 20%B 70%C

(a) 计算液相、α相和β相各占多少分数；

(b)试估计在同一温度，α相和β相的成分同上，但各占50%时合金的成分。第6章 单组元相图及纯晶体凝固

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