材料科学基础习题 (3).doc

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1、第四章习题一块含0.1%C的碳钢在930C渗碳，渗到0.05cm的地方碳的浓度达到0.45%。在t〉0的全部吋间，渗碳气氛保持表面成分为1%,假设龙二2.0X105exp(-140000/RT)(m2/s),(a)计算渗碳吋间；(b)若将渗层加深一•倍，则需多长时间？(c)若规定0.3%0作为渗碳层厚度的量度，则在930C渗碳10小时的渗层厚度为870°C渗碳10小时的多少倍？答(a)由Fick第二定律得：案»—"八2Q两边同除合金密度.得査表可得■^^■O61.Q・O.2xeXp(l.OXlO'(s)(b)由关系式x二丽,得:两式札I比，得:

2、当温度相同吋，Di二于是得:•翳"°"八®叭因为：上930二上870，D

3、3M(873次2»)-9.5x](J«对于温度从298K提高到873K,扩散速率D分别提高4.6X109和9.5X1028倍，显示出温度对扩散速率的重要影响。半激活能越大，扩散速率对温度的敏感性越大。1.有一硅单晶片，厚0.5mm，其一面上毎10?个硅原子包含两个稼原子，另一个面经处理后含傢的浓度增咼O试求在该顶I」每10个硅原了需包含几个傢原了，才能使浓度梯度为2X10'26原了/n?m硅的晶格常数为0・5407nm°2.为研究稳态条件卜•间隙原了在血心立方金属屮的扩散情况，在厚0.25mm的金属薄膜的一个端面（面积lOOOmn?)保持对应温

4、度下的饱和间隙原子,另一端面为间隙原子为零。测得F列数据:温度(K)薄膜屮间隙原了的溶解度(kg/m3)间隙原了通过薄膜的速率(g/s)122314.40.0025113619.60.0014计算在这两个温度下的扩散系数和间隙原子在面心立方金属中扩散的激活能。3.—块含0.1%C的碳钢在9309渗碳，渗到0.05cm的地方碳的浓度达到0.45%。在t>0的全部时间,渗碳气氛保持表面成分为1%，假设Dc7=2.0x10-5exp(-140000/RT)(m2/s),(a)计算渗碳时间;(b)若将渗层加深一倍,则需多长时间?(c)若规定0.3%C作

5、为渗碳层厚度的量度，则在930°C渗碳10小时的渗层厚度为87or渗碳10小时的多少倍？4•含0.85%C的普碳钢加热到900oC在空气屮保温1小时后外层碳浓度降到乐⑷推导脱碳扩散方程的解,假定t>0时，x=0处，p=0o(b)假如要求零件外层的碳浓度为0.8%,表面应车去多少深度?(Dc7=l.lxio-7cm/s)5.试利用下图4-lFc-O分析纯恢在1000rtC氧化时氧化层内的组织与氧化浓度分布规律，训出示意图。77C1000800600400LFeV-Fe+FeOa-Fe+FeOFeOFeQ.2426283Cwo/10^图4・1温度/

6、t6•根据上图4-2所示实际测定lgD与1/T的关系图，计算单晶体银和多晶体银在低于70CTC温度范围的扩散激活能,并说明两者扩散激活能差异的原因。7.设纯钻和纯铁组成扩散偶,扩散1小时后,Matano平面移动了1.52x10%m。已知摩尔分数CCr=0.478时,dC/dx=126/cm,互扩散系数为i.43xio-9cm2/s,试求Matanolid的移动速度和辂、铁的本征扩散系数D®D卜°。(实验测得Matano面移动距离的平方与扩散时间之比为常数。DFc=0.56xl0-9(cm2/s))&对于体积扩散和晶界扩散，假定Q汹M/2Q休枳，

7、试画出其InD相对温度倒数1/T的曲线，并指出约在哪个温度范围内，晶界扩散起主导作用。9.丫铁在925°C渗碳4h,碳原了跃迁频率为1.7x10%,若考虑碳原了在丫恢屮的八面体间隙跃迁，(a)求碳原子总迁移路程S：(b)求碳原(总迁移的均方根位移：(c)若碳原/在20°C时跃迁频率为*2.1x10%,求碳原了的总迁移路程和根均方位移。10.假定聚乙烯的聚合度为2000,键角为109.5°,求伸直链的长度为—与自由旋转链的均方根末端距之比值，并解释某些高分子材料在外力作用下可产生很大变形的原因。(l=0.154nm,h2=nl2)11•己知聚乙烯

8、的Tg=-68°C,聚屮醛的Tg二83°C,聚二屮基硅氧烷的Tg=-128°C,K分析高分了•链的柔顺性与它们的Tg的一般规律。12.试分析高分子的分