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一、简答题

1． 解释名词扩散系数。

【答案】根据菲克第一定律，在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量（称为扩散通量，用J 表示）与该截面处的浓度梯度成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大，相应的数学表达式为：

式中，D 为扩散系数，

扩散通量

，

中的扩散系数D 仅为

2． 画一个斜方晶胞

指数。

【答案】如图所示。

为扩散物质（组元）的体积浓度，原子数为浓度梯度；“-”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散组元由高浓度区向低浓度区扩散；J 为，扩散系数是描述扩散速度的重要物理量，它相当于浓度梯度为1时的扩散数量级。 .. 并标注出坐标原点和三个基矢（a 、b 、c ），然通量，D 值越大则扩散越快。对于固态金属中的扩散，D 值都是很小的，例如，1000°C 时碳在后在晶胞中画出（210）晶面和一个与（210）晶面等同（同一晶面族）的晶面，并标出它的晶面

图

3． 请绘出面心立方点阵晶胞，并在晶胞中绘出（110）晶面；再以（110）晶面平行于纸面，绘出（110）晶面原子剖面图，并在其上标出[001]、

【答案】如图所示。

晶向。

图

4． 分析图中V 合金的平衡结晶过程。

图

【答案】图中合金中V 的平衡结晶过程为

5． 扩散的机制及影响因素。

【答案】（1）扩散机制主要由空位机制、间隙机制、换位机制。

（2）凡是与化学位有关的因素，均对扩散有影响：①温度的影响。温度越高，原子扩散系数越大；②扩散组元的影响。组元特性：固溶体中组元尺寸相差越大，扩散系数越大；组元间亲和力越大，扩散系数越小；组元熔点越高，扩散系数越小。组元浓度，通过扩散激活能和扩散常数影响扩散系数。第三组元，其影响比较复杂；③晶体结构的影响，体现在：密堆结构的扩散比非密堆结构中慢；间隙式扩散较置换式扩散快；各向异性时，沿原子密排的方向扩散慢，非密排的方向扩散快；④短路扩散。表面扩散系数远大于晶界扩散系数，两者又远大于体扩散系数。

6． 如图所示，一刃型位错环位于断面为正方形的棱柱滑移面上，正方形的两边分别沿x 和y 轴，

柏氏矢量沿z 轴。如果位错环只能滑移，示意画出在以下两种应力分布情况下位错环的平衡形状：

，与互析。

a ）位错环及所受应力状况；b ）位错环的平衡形状

图

【答案】位错环的平衡形状如图（b ）所示。

7． 简述形变金属在退火过程中显微组织、储存能及其力学性能和物理性能的变化。

【答案】随退火温度的升高或时间延长，出现亚晶合并长大，再结晶形核及长大，无位错的等轴再结晶晶粒取代长条状高位错密度的形变晶粒，然后是晶粒正常长大。储存能逐渐被释放；硬度及强度下降，伸长率上升；电阻降低，密度提高。再结晶时各种性能变化都比回复时强烈得多。

8． 空间点阵和晶体结构有何区别? 常见金属晶体结构中有哪一种不属于空间点阵? 为什么？

【答案】晶体结构是指自然界中由原子、分子、离子与空间点阵结合而成，实际存在的固体结构。而空间点阵是指阵点在空间呈规律分布，并且每个阵点都具有完全相同的物质环境和几何环境。这样，自然界中的晶体可以抽象为七大晶系14种布拉菲点阵。晶体结构相同的物质，其空间点阵可能不同；同样的空间点阵不同的物质，其晶体结构也可能相同。

密排六方不是空间点阵，原因是不满足几何环境相同的条件。

9． 解释弹性形变、滞弹性和弹性变形能。

【答案】（1）当外力撤消后，物体能完全恢复到原来的形状，就称这样的物体为弹性体，物体相应的形变为弹性形变，如弹簧的形变等。如果作用在物体上的外力很大，引起物体的形变也很大，那么除掉外力后物体就不能完全恢复到原样，这种特性称之为物体的塑性。

（2）在弹性范围内，应变落后于应力的现象称为滞弹性。它是相对于弹性现象而言的，如果受载物体上的应力与应变同步，两者据有单值函数关系且服从胡克定律，这样的物体称为理想线弹性体。滞弹性体的弹性模量不再为常数，弹性模量分为动弹性模量和静弹性模量两部分，把这两者的相对差值称为模量亏损。由于滞弹性的存在，会产生内耗（在机械振动过程中由于滞弹性造成的震动能量的损耗，机械能散发为热能的现象。）滞弹性很大的金属材料是极少数，多数材料的滞弹性很小。

（3）固体受外功作用而变形，在变形过程中，外力所作的功转变为储存于固体内的能量，固体在外力作用下，变形能有弹性变形因变形而储存能量称为变形能或应变能。能与塑性变形能。当外力逐渐减小，变形逐渐减小，固体会释放出部分能量而作功，这部分能量为弹性变形能。

10．何谓塑料？何谓橡胶？两者在室温时的力学性能有何显著差别？

【答案】塑料是指室温下处于玻璃态的高分子材料。

橡胶是指室温下处于高弹态的高分子材料。

室温下，塑料的硬度较高，但其脆性较大，容易脆性断裂，弹性较低；橡胶的硬度较低，但脆性较小，不易断裂，弹性较高容易发生弹性变形。