中南大學材料科學基礎課后習題答案-資料下載頁
2025-01-15 00:11本頁面
【正文】 的釘扎，增加了位錯滑移阻力。如溶質原子與位錯的彈性交互作用的科垂爾氣團和斯諾克氣團，溶質原子與擴展位錯交互作用的鈴木氣團使層錯寬度增加，位錯難于束集，交滑移困難；溶質原子形成的偏聚和短程有序，位錯運動通過時破壞了偏聚和短程有序使得能量升高，增加位錯的阻力，以及溶質原子與位錯的靜電交互作用對位錯滑移產(chǎn)生的阻力使材料強度升高。彌散強化也是通過阻礙位錯運動強化材料，如位錯繞過較硬、與基體非共格第二相的Orowan機制和切割較軟、與基體共格的第二相粒子的切割機制。產(chǎn)生加工硬化的各種可能機制有滑移面上平行位錯間的交互作用的平行位錯硬化理論，以及滑移面上位錯與別的滑移面上位錯林切割產(chǎn)生割階的林位錯強化理論。1 名詞正吸附：材料表面原子處于結合鍵不飽和狀態(tài)，以吸附介質中原子或晶體內部溶質原子達到平衡狀態(tài)，當溶質原子或雜質原子在表面濃度大于在其在晶體內部的濃度時稱為正吸附；晶界能：晶界上原子從晶格中正常結點位置脫離出來，引起晶界附近區(qū)域內晶格發(fā)生畸變，與晶內相比，界面的單位面積自由能升高，升高部分的能量為晶界能；小角度晶界：多晶體材料中，每個晶粒之間的位向不同，晶粒與晶粒之間存在界面，若相鄰晶粒之間的位向差在10176?！?176。之間，稱為小角度晶界；晶界偏聚：溶質原子或雜質原子在晶界或相界上的富集，也稱內吸附，有因為尺寸因素造成的平衡偏聚和空位造成的非平衡偏聚。2 問答1 簡答： 復合材料由顆?；蚶w維與基體構成，存在大量界面。按照顯微結構，其界面層可以區(qū)分為基體與復合物的機械固體嚙合結合、形成化學反應的化合層結合、形成完全或部分固溶體的結合幾種情況。結合層的結合面體積分數(shù)越大，結合層強度越高，基體與復合物之間的結合鍵力越大，結合強度越高。2 簡答： 晶界具有晶界能，容易發(fā)生溶質原子和雜質原子的晶界偏聚，是原子易擴散通道，晶界在加熱時會發(fā)生遷移，晶界是相變等優(yōu)先形核的地方，晶界易受腐蝕，晶界增多在室溫下強化材料，在高溫下弱化材料強度，晶界處易于析出第二相，晶界容易使位錯塞積，造成應力集中，晶界上原子排列混亂。3 簡答：一般金屬的晶界能與晶粒位向差有關，并隨位向差增大而增大，小角度晶界的晶界能小于大角度晶界的晶界能，但大角度晶界能一般可以看成常數(shù)，約為（5～6）10－5J/cm2。4 簡答： 影響晶界遷移的因素主要有界面能、溶質原子、第二相質點數(shù)量、尺寸和溫度。界面能降低是晶界遷移的驅動力，與晶界曲率半徑成反比，與界面的表面能成正比，因此大角度晶界遷移率總是大于小角度晶界的遷移率；溶質原子阻礙晶界遷移；第二相質點數(shù)量越多、尺寸越小對晶界的遷移阻礙作用越大，溫度越高晶界遷移越快。第十章 原子擴散1 簡答： 影響擴散的因素主要有溫度，溫度越高，擴散越快；晶體缺陷如界面、晶界位錯容易擴散；不同致密度的晶體結構溶質原子擴散速度不一樣，低致密度的晶體中溶質原子擴散快，各向異性也影響溶質原子擴散；在間隙固溶體中溶質原子擴散容易；擴散原子性質與基體金屬性質差別越大，擴散越容易；一般溶質原子濃度越高，擴散越快；加入其它組元與溶質原子形成化合物阻礙其擴散。2 解答：Ni為fcc結構，一個晶胞中的原子個數(shù)為4，依題意有：在Ni/MgO界面鎳板一側的Ni的濃度CNi為100%，每cm3中Ni原子個數(shù)為：NNi/MgO=(4原子/晶胞)/(10－8cm3)=1022原子/cm3，在Ta/MgO界面Ta板一側的Ni的濃度0%，這種擴散屬于穩(wěn)態(tài)擴散，可以利用菲克第一定律求解。故濃度梯度為dc/dx＝（0－1022原子/cm3）/（）＝－1024原子/（），則Ni原子通過MgO層的擴散通量：J＝－D（dc/dx）=－910－12cm2/s(－1024原子/（）)=1013Ni原子/（)每秒鐘在22cm2的面積上通過MgO層擴散的Ni原子總數(shù)N為N＝J面積＝[1013Ni原子/（)]4cm2=1013Ni原子/s。每秒鐘從界面擴散走的Ni原子體積，故V＝（1013Ni原子/s）/（1022原子/cm3）＝10－9cm3/s，用厚度d表示在該面積中每秒擴散的Ni原子為d＝V/面積＝（10－9cm3/s）/（22cm2）＝10－10cm/s，也就是說要將1mm厚的Ni層擴散掉，所需時間t為：t＝（1mm）/（10－10cm/s）＝556000秒＝154小時。3 解答：1）滲碳情況符合菲克第二定律的特殊解的應用條件，可以利用菲克第二定律進行解決。菲克第二定律特殊解公式：其中依題意有Cs＝，C0=，Cx=，x=。帶入上式，則有，即：從表10－1可以得出誤差函數(shù)值，有，Dt＝()2=。任何滿足Dt＝，由于擴散與溫度、時間有關，D=D0exp(Q/RT)，帶入C在Fe中的D0＝，激活能Q＝32900cal/mol，D=(32900cal/mol/（cal/）T)=(16558/T)，因此由Dt＝()2=，滲碳時間與滲碳溫度的關系為：故可以列出一些典型的滲碳溫度與時間如下：T＝900℃=1173K，則t=116174s=；T＝1000℃=1273K，則t=36360s=；T＝1100℃=1373K，則t=14880s=；T＝1200℃=1473K，則t=6560s=。可以根據(jù)上述溫度與時間的關系，考慮合金相變和加熱爐、生產(chǎn)效率進行合理選擇，一般以1000℃左右較為合適。2）在滲碳溫度和其它條件不變的情況下，要求滲碳深度增加一倍，由1）可知有關系存在，可以解得t＝；4 簡答：由于反應擴散的原因，試樣中不能出現(xiàn)兩相區(qū)，故試樣從表面到心部的組織最外層為α相，靠里層為γ相，心部不受脫碳影響為α相和γ相。5 簡答：1）滲碳在gFe中進行而不在aFe中進行，滲碳溫度要高于727e ，是因為aFe中最大碳溶解度（質量分數(shù)）％，％的鋼鐵，滲碳時零件中碳濃度梯度為0，滲碳無法進行；而且由于溫度低，擴散系數(shù)小，滲碳緩慢。在gFe中進行則可獲得較高的表層碳濃度梯度，溫度也高，可使?jié)B碳順利進行。2）滲碳溫度高于1100e 會使鋼板的晶粒長大，降低其機械性能。6 簡答：1）在有限的時間內不可能使枝晶偏析完全消失，2）冷加工可以促進均勻化過程；經(jīng)過冷加工后枝晶被破碎，縮短了枝晶間距。7 簡答： 原子擴散在材料中的影響包括晶體凝固時形核、長大；合金的成分過冷；成分均勻化，包晶反應非平衡凝固時保留高溫組織的特點，固態(tài)相變時的形核，晶界形核、晶界運動、晶界偏聚、高溫蠕變，氧化，焊接，化學熱處理（滲C、N等），粉末冶金，涂層等各方面。8 解答：上坡擴散是擴散過程中擴散元素從低濃度向高濃度出擴散；如各種溶質原子氣團的形成和共析反應產(chǎn)物的形成均為上坡擴散。9 簡答：間隙固溶體中溶質原子在間隙中發(fā)生間隙擴散，在置換式固溶體中發(fā)生原子與空位交換實現(xiàn)擴散的空位機
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