材料科学基础习题07

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7. 根据图中的合金X,在四相反应前为Q+R+U三相平衡,四相反应后为U+Q+V三相平衡。试证明该反应为R+Q→U+V类型反应。

第九章

. 从内部微观结构角度简述纳米材料的特点。

2. 试分析课本中图9.11所示Ni3Al粒子尺寸对Ni-Al合金流变应力影响的作用机制。 3. 说明晶体结构为何不存在5次或高于6次的对称轴? 4. 何谓准晶?如何描绘准晶态结构?

5. 非晶态合金的晶化激活能可用Ozawa作图法,利用在不同的连续加热条件下测得的晶化

温度Tx和加热速率a之间存在lnTx/a~1/Tx呈线性关系求得,已测得非晶Fe79B16Si5合金预晶化相?-Fe的Tx如下表,求激活能。

加热速率/K? min-1 2.5 5 10 20 晶化温度/K Tx1 (开始) Tx2 (结束) 772 781 790 800 786 794 803 812 6. 何谓高聚物的玻璃化转变温度?简述其影响因素。

7. 由于结晶的不完整性,结晶态的高聚物中晶区和非晶区总是并存的。已测得两种结晶态的聚四氟乙烯的(体积分数)结晶度和密度分别为 密度为2.26g/cm3的聚四氟乙烯样品的结晶度。

51.3%,

74.2%和 ?1 2.144

g/cm3,?2 2.215 g/cm3。a) 试计算完全结晶的和完全非晶态聚四氟乙烯的密度;b) 计算

8. 试证明:脱溶分解的扩散系数D为正值(正常扩散),而Spinodal分解的扩散系数D为负值(上坡扩散)。在这两种相变中,形成析出相的最主要区别是什么?

9. 调幅分解浓度波动方程为 ,求临界波长?c。其中

,M为互迁移率, 为浓度梯度造成的错配度,

(E为弹性模量,v为泊松比)K为常数,?为波长,Z为距离,t为时间,

(GS为固溶体自由能,x表示固溶体成分)。

10. Cu的原子数分数为2%的Al-Cu合金先从520℃快速冷却至27℃,并保温3h后,形成平均间距为1.5?10-6cm的G.P.区。已知27℃时,Cu在Al中的扩散系数D=2.3?10-25cm2/s,假定过程为扩散控制,试估计该合金的空位形成能及淬火空位浓度。

11. Cu的原子数分数为4.6%的Al-Cu合金经550℃固溶处理后,?相中含有x(Cu)=2%,对其重新加热到100℃并保温一段时间后,析出的?相遍布整个合金体积,?相为fcc结构,r = 0.143 nm,?粒子的平均间距为5nm,计算:a) 每cm3合金中含有?相粒子;b) 若析出?后,?相中Cu原子可忽略不计,则每个?粒子中含有多少Cu原子?

12. 淬火态合金在15℃时效1小时,过饱和固溶体中开始析出沉淀相,如在100℃时效处理,经1分钟即开始析出。要使其1天内不发生析出,则淬火后应保持在什么温度?(提示:应用Arrhenius速率方程)

13. 固态相变时,设单个原子的体积自由能变化为?GB = 200 ?T/TC,单位为J/cm3,临界转变温度TC=1000K,应变能? = 4 J/cm3,共格界面能?共格=4.0?10-6 J/cm2,非共格界面能 ?

非共格

= 4.0?10-5 J/cm2,试计算:a) ?T=50℃时的临界形核功

=

时的?T。

与 之比;b)

14. 亚共析钢TTT图如下,按图9-1中所示的不同冷却和等温方式热处理后,分析其形成的组织并作显微组织示意图。

15. 1.2%C钢淬火后获得马氏体和少量残留奥氏体组织,如果分别加热至180℃,300℃和680℃保温2小时,各将发生怎样变化?说明其组织特征并解释之。

16. 一片厚度为h,半径为r的透镜片状马氏体体积可近似地取为?r2h,片周围应变区体积

(G为切变弹性模量,?可取为 ,应变区中单位体积应变能可取为

为切变角)。设马氏体生长时片的直径不变,试说明当片增厚时,由于受应变能的限制,

片厚不能超过最大值hmax,并存在下列关系: 为奥氏体与马氏体的自由能差。

,式中,?F

17. 根据Bain机制,奥氏体(A)转变成马氏体(M)时,面心立方晶胞转变为体心正方晶胞,并沿(x3)M方向收缩18%,而沿(x1)M和(x2)M方向膨胀12%,如图9-2所示。已知fcc的a = 0.3548nm,a) 求钢中A→M的相对体积变化;b) 由于体积变化而引起在长度方向上的变化又为多少?c) 若钢的E = 200GPa,则需要多大拉应力才能使钢产生b)所得的长度变化。 18. 某厂采用9Mn2V刚制造塑料模具,要求硬度为58~63HRC。采用790℃油淬后200~220℃回火,使用时经常发生脆断。后来改用790℃加热后在260~280℃的硝盐槽中等温4小时后空冷,硬度虽然降低至50HRC,但寿命大大提高,试分析其原因。

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