安工大材料科學基礎1作業習題答案

安工大材料科學基礎1 作業習題答案資料(擴散習題純金屬凝固作業題）

1. 說明下列概念的物理意義：

（1）擴散通量；（2）擴散係數；（3）穩態擴散和非穩態擴散；（4）克根達耳效應；（5）互擴散係數；（6）間隙式擴散；（7）空位機制；（8）擴散啟用能；（9）擴散驅動力；（10）反應擴散；（11）熱力學因子。

2. 如圖所示，在ni和ta中間插入乙個0.05cm厚的mgo層作為擴散屏障以阻止ni和ta兩種金屬之間的相互作用。

在1400 ℃時，ni原子能穿過mgo層擴散到ta中。計算：①每秒鐘通過mgo層的ni原子數；②ni原子層減少一微公尺厚度所需的時間是多少？

已知ni原子在mgo中的擴散係數是9×10－12cm2/s，且1400℃時ni原子的晶格常數為3.6×10－8cm。

被mgo層隔離開的ni和ta擴散偶

解：在ni和mgo介面上ni的濃度為：

在ta和mgo介面上ni的濃度應為0，所以濃度梯度為：

ni通過mgo的擴散通量為：

因此，每秒鐘透過介面的ni原子總數為：

在一秒鐘之內，從ni/mgo介面擴散出去的ni原子的體積為：

則ni層每秒鐘減少的厚度為：

由此可得，ni層減少一微公尺所需的時間為：

3.設碳原子在鐵中的八面體間隙三維空間中躍遷。

(1)試證明碳原子在在γ鐵中擴散係數，其中a為點陣常數，γ為間隙原子的跳動頻率。

(2)躍遷的步長為2.53×10－10m。γ鐵在925℃滲碳4h，碳原子躍遷頻率為γ＝1.7×109/s，求碳原子總遷移路程s和碳原子總遷移的均方根位移。

4. 對含碳0.1％的碳鋼工件在900℃進行滲碳處理。

表面保持1.2％c的滲碳氣氛。要求距工件表面0.

2 cm處含碳0.45％，已知碳在奧氏體中擴散係數。計算：

(1) 滲碳時間；

(2) 如果要求距工件表面0.3 cm處含碳0.45％，滲碳時間延長多少倍。

(3) 如果滲碳溫度為800℃，示意畫出工件相分布與碳濃度分布。

純金屬凝固作業題

1、已知液態純鎳在過冷度為319℃時發生均勻形核。設臨界晶核半徑為1nm，純鎳的熔點為1726k，熔化熱δhm=18075j/mol，摩爾體積vni=6.6cm3/mol，計算純鎳的液-固介面能和臨界形核功。

解：(1)( )

(2)（）

2、設純金屬凝固形成立方晶核。分別推導出在均勻形核、非均勻形核情況下：

(1)、臨界晶核半徑與過冷度關係式；

(2)、臨界形核功與晶核臨界表面積關係式；

(3)、臨界形核功與晶核臨界體積關係式。