《材料科學(xué)基礎(chǔ)》作業(yè)答案

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)任課教師：付華任課教師：付華 Fundamentals of Material Science作業(yè)題答案緒論緒論 1、材料科學(xué)主要研究的核心問題是、材料科學(xué)主要研究的核心問題是 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 和和 性能性能 的關(guān)系。的關(guān)系。 材料的結(jié)構(gòu)是理解和控制性能的中心環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)是理解和控制性能的中心環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)的最微細(xì)水平是的最微細(xì)水平是 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu) ，第二個水平是，第二個水平是 原子原子排列方式排列方式 ，第三個水平是，第三個水平是 顯微組織顯微組織 。 2. 根據(jù)材料的性能特點和用途，材料分為根據(jù)材料的性能特點和用途，材料分為 結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料 和和 功能材料功能材

2、料 兩大類。兩大類。 根據(jù)原子之間的鍵合特點，材料分為根據(jù)原子之間的鍵合特點，材料分為 金屬金屬 、 陶瓷陶瓷(無機非金屬）無機非金屬） 、 高分子高分子 和和復(fù)合材料復(fù)合材料四大類。四大類。第一章第一章 材料的原子結(jié)構(gòu)材料的原子結(jié)構(gòu) 1. 金屬材料中原子結(jié)合以金屬材料中原子結(jié)合以 金屬金屬 鍵為主，鍵為主， 陶瓷材料（無機非金屬材料）以陶瓷材料（無機非金屬材料）以 共價鍵共價鍵 和和 離子鍵離子鍵 結(jié)合鍵為主，結(jié)合鍵為主， 聚合物材料以聚合物材料以 共價鍵共價鍵 和和 氫鍵氫鍵和和范德華范德華 鍵鍵為主。為主。 第二章第二章 材料的結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu) 一、填空題一、填空題 1、晶體是、晶體是 基

3、元（原子團）以周期性重復(fù)方式在基元（原子團）以周期性重復(fù)方式在三維空間作有規(guī)則的排列的固體三維空間作有規(guī)則的排列的固體 。 2、晶體與非晶體的最根本區(qū)別是、晶體與非晶體的最根本區(qū)別是 晶體原子排布長程有晶體原子排布長程有序，而非晶體是長程無序短程有序序，而非晶體是長程無序短程有序 。 3、晶胞是、晶胞是 晶體結(jié)構(gòu)中的最小單位晶體結(jié)構(gòu)中的最小單位 。 4、根據(jù)晶體的對稱性，晶系有、根據(jù)晶體的對稱性，晶系有 3 大晶族，大晶族， 7 大晶系，大晶系， 14 種布拉菲種布拉菲Bravais點陣，點陣， 32 種點群，種點群， 230 種空間群。種空間群。 5、金屬常見的晶格類型有、金屬常見的晶格類型

4、有 體心立方體心立方 、 面心立方面心立方 、 密排六方密排六方 。 6、fcc晶體的最密排方向為晶體的最密排方向為 ，最密排，最密排面為面為 111 ，最密排面的堆垛順序為，最密排面的堆垛順序為 ABCABCABCABC 。 7、fcc晶體的致密度為晶體的致密度為 0.74 ，配位數(shù)為，配位數(shù)為 12 ，原子在（原子在（111）面上的原子配位數(shù)為）面上的原子配位數(shù)為 6 。 8、bcc晶體的最密排方向為晶體的最密排方向為 ，最密排，最密排面為面為 110 ，致密度為，致密度為 0.68 ，配位數(shù)為，配位數(shù)為 8 。 9、晶體的宏觀對稱要素有、晶體的宏觀對稱要素有 對稱點對稱點 、 對稱軸對稱

5、軸 、 對稱面對稱面 。 10、CsCl型結(jié)構(gòu)屬于型結(jié)構(gòu)屬于 簡單立方格子簡單立方格子 ，NaCl型結(jié)型結(jié)構(gòu)屬于構(gòu)屬于 面心立方格子面心立方格子 ，CaF2型結(jié)構(gòu)屬于型結(jié)構(gòu)屬于 面心面心立方格子立方格子 。 11、MgO晶體具有晶體具有 NaCl型型結(jié)構(gòu)，其對稱型是結(jié)構(gòu)，其對稱型是3L4 4L36L29PC ，晶族是，晶族是 高級晶族高級晶族 ，晶系是，晶系是 立立方晶系方晶系 ，晶體的鍵型是，晶體的鍵型是 離子鍵離子鍵 。 12、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中的基本結(jié)構(gòu)單元是、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中的基本結(jié)構(gòu)單元是 硅硅氧四面體氧四面體SiO4。 13、幾種硅酸鹽晶體的絡(luò)陰離子分別為、幾種硅酸鹽晶體的絡(luò)陰離子分

6、別為Si2O76-、Si2O64-、Si4O104-、AlSi3O81-，它們的晶體，它們的晶體結(jié)構(gòu)類型分別為結(jié)構(gòu)類型分別為 組群狀組群狀 ， 鏈狀鏈狀 ， 層狀層狀 ，和，和 架狀架狀 。 14、表征晶體中晶向和晶面的方法有、表征晶體中晶向和晶面的方法有 解析法解析法 和和 圖示圖示 法。（法。（晶體投影圖晶體投影圖 ） 二、分析計算二、分析計算 1、（、（2-3）（）（1）晶面）晶面A在在x、y、z軸上的截距軸上的截距分別是分別是2a、3b和和6c，求該晶面的米勒指數(shù)；，求該晶面的米勒指數(shù)；（2）晶面）晶面B在在x、y、z軸上的截距分別是軸上的截距分別是a/3、b/2和和c，求該晶面的米勒

7、指數(shù)。，求該晶面的米勒指數(shù)。 1:2:361:31:21所以晶面指數(shù)為（3 2 1）（2）截距倒數(shù)為：）截距倒數(shù)為：3，2，1； 晶面指數(shù)為（晶面指數(shù)為（3 2 1）2 P89，24：O OX Y Z P89，24：思考！思考！111上的特征晶向上的特征晶向（111）與）與的關(guān)系的關(guān)系3、寫出立方晶系中晶面族、寫出立方晶系中晶面族100、110、111包含的等價晶面。寫出包含的等價晶面。寫出晶向族包含的等價晶向。晶向族包含的等價晶向。100=（100)+(010)+(001)4、（2-9 ）4、（、（2-9）求）求 （1）晶面（）晶面（121）和（）和（100）的晶帶軸指數(shù)；晶面（的晶帶軸指數(shù)

8、；晶面（100）和（）和（010）的晶帶軸指數(shù)；）的晶帶軸指數(shù)；（2）晶向）晶向001和和111確定的晶面指數(shù)；包含確定的晶面指數(shù)；包含010和和 100 晶向的晶面指數(shù)。晶向的晶面指數(shù)。 4、（2-9） 5、(2-11) （1）abc、=90的晶體屬于什么的晶體屬于什么晶族和晶系？（晶族和晶系？（2）abc、=90的晶體屬于的晶體屬于什么晶族和晶系？（什么晶族和晶系？（3）能否據(jù)此確定這）能否據(jù)此確定這2種晶體的種晶體的Bravis點陣？點陣？ (1)(1)屬于正交晶系，屬于正交晶系， 由題中條件不能決定是什么布拉菲點陣，由題中條件不能決定是什么布拉菲點陣， 因為因為正交晶系正交晶系可以有可

9、以有體心、面心、底心體心、面心、底心和和 簡單正交簡單正交點陣。點陣。 （2 2）屬于三斜晶系，）屬于三斜晶系， 因為因為三斜晶系三斜晶系只有一種只有一種簡單點陣簡單點陣，可以，可以 確定布拉菲點陣是三斜點陣。確定布拉菲點陣是三斜點陣。6、Ni為面心立方結(jié)構(gòu)，原子半徑為面心立方結(jié)構(gòu)，原子半徑r=0.1243nm，求，求Ni的晶格常數(shù)和密度。的晶格常數(shù)和密度。 解：面心立方結(jié)構(gòu)在面對角線上原子相解：面心立方結(jié)構(gòu)在面對角線上原子相切，所以，代入條件可得，切，所以，代入條件可得， 40.35162ranm33732344 58.698.967(/)(0.3516 10 )6.022 10NiAMg

10、cma N7、Mo為體心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為體心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=0.3147nm，求，求Mo的原子半徑的原子半徑r 。 解：體心立方結(jié)構(gòu)在體對角線上原子相切，解：體心立方結(jié)構(gòu)在體對角線上原子相切，所以，所以， 43ra30.13634ranm82-15:CsCl中銫與氯的離子半徑分別為中銫與氯的離子半徑分別為0.167nm、0.181nm。試問（。試問（1）在）在CsCl內(nèi)離子在內(nèi)離子在或或方向是否相接觸？（方向是否相接觸？（2）每單位晶胞內(nèi)有幾個離子？）每單位晶胞內(nèi)有幾個離子？（3）各離子的配位數(shù)是多少？（）各離子的配位數(shù)是多少？（4）密度）密度 和和堆積系數(shù)（致密度）堆積系數(shù)（致密度

11、）K？ （1）CsCl內(nèi)離子在內(nèi)離子在方向方向相接觸相接觸. （2）每單位晶胞內(nèi)有）每單位晶胞內(nèi)有2個離子個離子; （3） Cs+和Cl-離子的離子的 配位數(shù)是配位數(shù)是8.CsCl 8 或 ClCs8配位配位六面體。（4）對CsCl晶體，晶體結(jié)構(gòu)為簡單立方，晶胞中含有一個正離子一個負(fù)離子，沿體對角線正負(fù)離子相切:a=0.4018nm322arr33333344()(0.1670.181 )330.6830.4018rrKa32(0.1670.181)0.696a CsCl的密度的密度(4) CsCl的分子量為: (35.453 +132.905 )=168.358，阿佛加得羅常數(shù)是6.0238

12、1023;每個CsCl分子的質(zhì)量A為： 168.358/(6.02381023)CsCl結(jié)構(gòu)：z=1233373/1 168.358/(6.02 10 )4.31( /)(0.4018 10 )AZM Ng cma92-16:MgO具有具有NaCl型結(jié)構(gòu)。型結(jié)構(gòu)。Mg2+的離子半徑的離子半徑為為0.072nm，O2-的離子半徑為的離子半徑為0.140 nm。試求試求MgO的密度的密度和堆積系數(shù)（致密度）和堆積系數(shù)（致密度）K。 解：MgO結(jié)構(gòu)為面心立方+-r0.414 0.732r+-r0.414 0.732r 解：MgO結(jié)構(gòu)為面心立方，晶胞中有四個正離子和四個負(fù)離子，沿棱邊方向正負(fù)離子相切:

13、 2()2(0.0720.140)0.424arrnm3333+-33444r +r4.140 +0.07233=0.685a0.424（）（0）堆積系數(shù)K MgO的密度的密度 MgO的分子量為（24.305 +15.999 ）40.30，阿佛加得羅常數(shù)是6.02381023，每個MgO 分子的質(zhì)量A為： 40.30/(6.02381023)。MgO結(jié)構(gòu)：z=423337 3/440.30/(6.02 10 )3.51( /)(0.424 10 )AZM Ng cma102-24: 第一種，橄欖石 MgFe2SiO4 ,Si:O=1:4，島狀， 共頂數(shù)為0； 第二種第二種:異極礦異極礦 Zn4

14、 Si2O7(OH)2 ，共頂數(shù)一個，共頂數(shù)一個， 成對硅氧團，組群狀；成對硅氧團，組群狀； 第三種：藍(lán)錐礦 BaTiSi3O9 Si:O=1：3， 共頂數(shù)為兩個，組群狀；三節(jié)環(huán)； 第四種：綠寶石第四種：綠寶石Be3Al2Si6O18, Si:O=1:3，組群狀；，組群狀； 六節(jié)環(huán)；六節(jié)環(huán)； 第五種： 硅灰石Ca3Si3O9三節(jié)環(huán)，組群狀； 第六種：魚眼石第六種：魚眼石 KCa4Si4O102F8H2O, Si:O=4：10， 層狀；層狀； 第七種: 鈣長石 CaAl2Si2O8, Si(Al):O=1:2，架狀。 第八種：白榴石第八種：白榴石 KAlSi2O6, Si(Al):O=1:2，架

15、狀。，架狀。 第三章 晶體結(jié)構(gòu)缺陷 P116 一、填空題一、填空題 1 1、按幾何組態(tài)，晶體中的缺陷分為、按幾何組態(tài)，晶體中的缺陷分為 點缺陷點缺陷 、 線線缺陷缺陷 、面缺陷面缺陷 和體缺陷和體缺陷。 2 2、點缺陷主要包括、點缺陷主要包括 空位空位、 間隙原子間隙原子、置換原子置換原子 ；線缺陷有線缺陷有 位錯位錯 ；面缺陷包括面缺陷包括 晶界、相界、表面晶界、相界、表面 等等。 3 3、描述位錯性質(zhì)及特征的是、描述位錯性質(zhì)及特征的是 柏氏矢量柏氏矢量b 。 4 4、位錯的類型有、位錯的類型有 刃位錯刃位錯 、 螺位錯螺位錯 和和 混合位混合位錯錯 。 5 5、位錯線與柏氏矢量垂直的位錯為

16、、位錯線與柏氏矢量垂直的位錯為 刃位錯刃位錯 ，位錯位錯線與柏氏矢量平行的位錯稱為線與柏氏矢量平行的位錯稱為 螺位錯螺位錯 。 6 6、位錯的基本運動方式有、位錯的基本運動方式有 滑移滑移 和和 攀移攀移 。 7 7、 刃位錯刃位錯 可以滑移和攀移可以滑移和攀移， 螺位錯螺位錯 可以可以滑移而不攀移，能進行交滑移的位錯必然是滑移而不攀移，能進行交滑移的位錯必然是 螺螺位錯位錯 。 8 8、位錯滑移一般沿著晶體的、位錯滑移一般沿著晶體的 密排密排（面）和（面）和 密密排排（方向）進行（方向）進行。 9 9、柏氏矢量實際上反應(yīng)了位錯線周圍區(qū)域、柏氏矢量實際上反應(yīng)了位錯線周圍區(qū)域 晶格晶格畸變畸變

17、的大小和方向。的大小和方向。 1010、兩平行同號螺位錯間的作用力為、兩平行同號螺位錯間的作用力為 斥力斥力 （引力或斥力？） 。 1111、全位錯是、全位錯是柏氏矢量等于點陣矢量的位錯柏氏矢量等于點陣矢量的位錯 ； 不全位錯是不全位錯是柏氏矢量不等于點陣矢量的位錯柏氏矢量不等于點陣矢量的位錯 。 1212、面心立方晶體的不全位錯類型主要有、面心立方晶體的不全位錯類型主要有Shockley不全位錯不全位錯 和和 Franker不全位錯不全位錯 ，柏氏矢量分別為柏氏矢量分別為b=a/6 ， b=a/3 。只能發(fā)生攀移運動只能發(fā)生攀移運動的位錯是的位錯是 Franker不全位錯不全位錯。 1313

18、、位錯間轉(zhuǎn)化（位錯反應(yīng)）要滿足的條件有、位錯間轉(zhuǎn)化（位錯反應(yīng)）要滿足的條件有幾幾何條件：柏氏矢量守恒何條件：柏氏矢量守恒 和和能量條件：反應(yīng)后位錯能量條件：反應(yīng)后位錯的總能量降低的總能量降低 。 1414、兩個不全位錯夾一片層錯的位錯稱為、兩個不全位錯夾一片層錯的位錯稱為 擴展擴展 位位錯。錯。二、分析題二、分析題 1、（、（3-6）畫一個方形位錯環(huán)，）畫一個方形位錯環(huán)， （1）在此平面上畫出柏氏矢量，使其平）在此平面上畫出柏氏矢量，使其平行于位錯環(huán)的其中一邊，任意選擇并畫行于位錯環(huán)的其中一邊，任意選擇并畫出位錯線方向，據(jù)此指出位錯環(huán)各段的出位錯線方向，據(jù)此指出位錯環(huán)各段的性質(zhì)。性質(zhì)。 （2）

19、能否使該位錯環(huán)處處為刃位錯？）能否使該位錯環(huán)處處為刃位錯？ （3）能否使該位錯環(huán)處處為螺位錯？）能否使該位錯環(huán)處處為螺位錯？ 3-6 2、在滑移面上有一位錯環(huán)，柏氏矢量為、在滑移面上有一位錯環(huán)，柏氏矢量為b，位錯環(huán)的方向和柏氏矢量的方向如圖所示。位錯環(huán)的方向和柏氏矢量的方向如圖所示。（1）指出位錯環(huán)各段的性質(zhì)。）指出位錯環(huán)各段的性質(zhì)。 （2）能否使該位錯環(huán)處處為刃位錯？）能否使該位錯環(huán)處處為刃位錯？ （3）能否使該位錯環(huán)處處為螺位錯？）能否使該位錯環(huán)處處為螺位錯？ （4）該位錯環(huán)滑移出晶體后，晶體有怎樣的）該位錯環(huán)滑移出晶體后，晶體有怎樣的滑動（大小和方向）？滑動（大小和方向）？ 3、（、（3

20、-11）試分析在）試分析在fcc中，下列位錯反應(yīng)能否中，下列位錯反應(yīng)能否進行進行?并指出其中三個位錯的性質(zhì)類型？反應(yīng)后并指出其中三個位錯的性質(zhì)類型？反應(yīng)后生成的新位錯能否在滑移面上運動？生成的新位錯能否在滑移面上運動？ 111a 101a 121a 1112633-11 幾何條件： 能量條件：shockley不全位錯 Franker不全位錯全位錯b=a/3和111面垂直。純?nèi)形诲e。b垂直于滑移面，不是垂直于滑移面，不是fcc晶體的滑移方向，晶體的滑移方向，不能滑移，只可攀移。不能滑移，只可攀移。shockley不全位錯 Franker不全位錯全位錯4、（、（3-8）比較刃位錯和螺位錯的異同點。

21、）比較刃位錯和螺位錯的異同點。刃型位錯與螺型位錯有什么異同點刃型位錯與螺型位錯有什么異同點?第四章 晶態(tài)固體中的擴散晶態(tài)固體中的擴散 一、填空題一、填空題 1、菲克第一定律描述的是 穩(wěn)態(tài)擴散穩(wěn)態(tài)擴散 狀態(tài)下的擴散規(guī)律；菲克第二定律描述的是 非穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)擴散擴散 狀態(tài)下的擴散規(guī)律。 2、穩(wěn)態(tài)擴散是指單位時間內(nèi)通過垂直于給定單位時間內(nèi)通過垂直于給定方向的單位面積的凈原子數(shù)（擴散通量方向的單位面積的凈原子數(shù)（擴散通量/濃度）濃度）不隨時間變化不隨時間變化 ；非穩(wěn)態(tài)擴散是指 單位時間單位時間內(nèi)通過垂直于給定方向的單位面積的凈原子內(nèi)通過垂直于給定方向的單位面積的凈原子數(shù)（擴散通量數(shù)（擴散通量/濃度）隨時

22、間變化濃度）隨時間變化。 3、Fick擴散第二方程的高斯解適合求解總量為總量為M的擴散元素沉積為一薄層的擴散元素沉積為一薄層擴散問題 ；Fick擴散第二方程的誤差函數(shù)解適合求解 無限長棒（擴無限長棒（擴散偶）或半無限長棒的散偶）或半無限長棒的擴散問題。 4、擴散的微觀機理有 空位擴散空位擴散 、 間隙擴散、間隙擴散、 位位錯擴散錯擴散 、 表面擴散、晶界擴散表面擴散、晶界擴散 等。 5、空位擴散的阻力比間隙擴散 大大 ，激活能 高高。 6、在表面擴散、晶界擴散、體擴散、位錯擴散方式中，擴散系數(shù)D最大的是 表面擴散表面擴散 。 7、在間隙固溶體中，H、O、C等原子以 間隙擴撒機制間隙擴撒機制 方

23、式擴散。 8、Cu-Al合金和Cu組成的擴散偶發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)，標(biāo)記向Cu-Al合金一側(cè)漂移，則 Al 的擴散通量大。 9、上坡擴散是指 物質(zhì)從低濃度向高濃物質(zhì)從低濃度向高濃度處聚集的反向擴散。度處聚集的反向擴散。 10、擴散的驅(qū)動力是 化學(xué)位梯度化學(xué)位梯度 。 11、伴隨有反應(yīng)的擴散稱為 反應(yīng)擴散反應(yīng)擴散 。二、計算題二、計算題 （4-1）含）含0.85%C的普碳鋼加熱到的普碳鋼加熱到900在在空氣中保溫空氣中保溫1小時后外層碳濃度降到零。小時后外層碳濃度降到零。 (a) 推導(dǎo)脫碳擴散方程的解，假定推導(dǎo)脫碳擴散方程的解，假定t0時，時，x=0處，處，=0。 (b) 假如要求零件外層的碳濃度為

24、假如要求零件外層的碳濃度為0.8%，表，表面應(yīng)車去多少深度？（面應(yīng)車去多少深度？（900時，時， Dc=1.110 -7 cm2/s）解：（解：（1）00,0.85sCC0()()2ssxCCCC erfDt740(00.85)()2 1.1 10103600 xCerf40.85()3.98 10 xCerf40.80.85()3.98 10 xerf4()0.94123.98 10 xerf41.343.98 10 xX=5.310-4 m=0.53 mmt=1h=3600sDc=1.110 -7 cm2/s（2） （4-3）20鋼在鋼在930滲碳，表面碳濃度滲碳，表面碳濃度達(dá)到奧氏體中碳

25、的飽和濃度達(dá)到奧氏體中碳的飽和濃度Cs=1.4%，此時此時Dc=3.610 -2 mm2/h，若滲層深度，若滲層深度定為從表面到碳含量定為從表面到碳含量0.4%的位置，求滲的位置，求滲層深度與時間的關(guān)系。層深度與時間的關(guān)系。 4-3 0.4=1.4-(1.4-0.2)erf() erf()=0.83 =0.97解：可以用半無限長棒的擴散來解 ：x ,t? Cs=1.4%, C0=0.2%, C=0.4%, D=3.610-2mm2/h260.9712 3.6 10103600 xt66.13 10 xt(t: s) （4-7）870滲碳與滲碳與927滲碳相比較，優(yōu)點滲碳相比較，優(yōu)點是熱處理產(chǎn)品

26、晶粒細(xì)小，淬火后變形小。若是熱處理產(chǎn)品晶粒細(xì)小，淬火后變形小。若已知已知D0=2.010 -5 m2/s，Q=140 KJ/mol， 求：求： （1）在上兩溫度下，碳在）在上兩溫度下，碳在鐵中的擴散系數(shù)。鐵中的擴散系數(shù)。 （2）若忽略不同溫度下碳在）若忽略不同溫度下碳在鐵中的溶解度鐵中的溶解度差別，差別，870滲碳需用多少時間才能獲得滲碳需用多少時間才能獲得927滲碳滲碳10小時的滲層厚度？小時的滲層厚度？4-7 T1=870=1143K, T2=927 =1200K D0=2.010-5m2/s, Q=140kJ/mol=14104J/mol0QRTDD eD1D0eQ/RT=2.010-5

27、exp(-14104/8.3141143) =0.8210-11(m2/s)D2D0eQ/RT=2.010-5exp(-14104/8.3141200) =1.6110-11(m2/s)121 12 222xxDtD t （4-9）純鐵滲硼，）純鐵滲硼，9004h生成的生成的Fe2B層厚度為層厚度為0.068mm，9604h為為0.14mm，假定假定Fe2B的生長受擴散速度的控制，求的生長受擴散速度的控制，求硼原子在硼原子在Fe2B中的擴散激活能中的擴散激活能Q。4-9DD0eQ/RT T1=900=1173K, t1=4h, x1=0.068mm T2=960 =1233K, t2=4h,

28、x2=0.14mm Q?Q=2.9105J/mol第五章 相與相平衡 一、填空題一、填空題 1. 組元是組成材料最基本的、獨立存在的物質(zhì)組成材料最基本的、獨立存在的物質(zhì)，組元一般是化學(xué)元素化學(xué)元素或化合物化合物 。2. 相是 系統(tǒng)中成分、結(jié)構(gòu)相同，性能一致的均勻系統(tǒng)中成分、結(jié)構(gòu)相同，性能一致的均勻組成部分，不同相之間有界面分開，相界處物質(zhì)組成部分，不同相之間有界面分開，相界處物質(zhì)的性能發(fā)生突變的性能發(fā)生突變。相平衡是指各相的 化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)平衡。3. 組織是 由各種不同形貌及含量的相或組元所構(gòu)由各種不同形貌及含量的相或組元所構(gòu)成的微觀圖像。成的微觀圖像。 。平衡凝固是指 極其緩慢極其緩慢

29、 冷卻條件下的凝固。 4. 在二元系合金相圖中，杠桿法則只能在二元系合金相圖中，杠桿法則只能用于用于 兩兩 相區(qū)。相區(qū)。 5. 根據(jù)滲碳體的形狀，鋼中珠光體分為根據(jù)滲碳體的形狀，鋼中珠光體分為 片狀珠光體片狀珠光體 和和 球狀珠光體球狀珠光體 兩種。兩種。 6. 根據(jù)含碳量，鋼分類為根據(jù)含碳量，鋼分類為 亞共析鋼亞共析鋼 、 共析鋼共析鋼 和和 過共析過共析 鋼。鋼。 隨著碳含量的增加，鋼的硬度和塑性的隨著碳含量的增加，鋼的硬度和塑性的變化規(guī)律是變化規(guī)律是 硬度提高，塑性下降硬度提高，塑性下降 。 7. 在三元系濃度三角形中，凡成分位于在三元系濃度三角形中，凡成分位于 過過一頂點直線一頂點直線

30、 上的合金，它們含有另兩個頂角上的合金，它們含有另兩個頂角所代表的兩組元含量之比相等。平行于一邊所代表的兩組元含量之比相等。平行于一邊的任一直線上的合金，其成分共性為的任一直線上的合金，其成分共性為 含這含這個邊對應(yīng)頂點的組元含量均相等個邊對應(yīng)頂點的組元含量均相等 。 8. 根據(jù)三元相圖的垂直截面圖，可以分析根據(jù)三元相圖的垂直截面圖，可以分析 合金的凝固過程合金的凝固過程 。 9. 根據(jù)三元相圖的水平（等溫）截面圖，根據(jù)三元相圖的水平（等溫）截面圖，可以可以 用杠桿法則計算各相的相對量用杠桿法則計算各相的相對量。 10. 二元合金相圖三相平衡轉(zhuǎn)變的類型主要二元合金相圖三相平衡轉(zhuǎn)變的類型主要有有

31、 共晶（析）反應(yīng)共晶（析）反應(yīng)和和 包晶（析）反應(yīng)包晶（析）反應(yīng) 。三元合金相圖四相平衡轉(zhuǎn)變的類型主要有三元合金相圖四相平衡轉(zhuǎn)變的類型主要有 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng) ， 包共晶反應(yīng)包共晶反應(yīng) 和和 包晶反應(yīng)包晶反應(yīng) 。二、改錯題二、改錯題1. 指出下列相圖中的錯誤，說明原因并加以改指出下列相圖中的錯誤，說明原因并加以改正，畫出正確的相圖。正，畫出正確的相圖。 2. （5-6） 指出相圖中的錯誤，說明理由并指出相圖中的錯誤，說明理由并改正。改正。5-6:三、分析計算三、分析計算1. 下圖為下圖為A-B固溶體合金的相圖，試根據(jù)固溶體合金的相圖，試根據(jù)相圖確定：相圖確定： (a) 成分為成分為(B)=40

32、%的合金首先的合金首先凝固出來的固溶體成分；凝固出來的固溶體成分； (b) 若首先凝固出來的固溶體成分若首先凝固出來的固溶體成分含含60%B，合金的成分為多少？，合金的成分為多少？ (c) 成分為成分為70%B的合金最后凝固的合金最后凝固的液體成分；的液體成分； (d ) 合金成分為合金成分為50%B，凝固到某，凝固到某溫度時液相含有溫度時液相含有40%B，固體含有，固體含有80%B，此時液體和固體各占多少，此時液體和固體各占多少分?jǐn)?shù)？分?jǐn)?shù)？ (a) 成分為成分為(B)=40%的合金首先的合金首先凝固出來的固溶體成分；凝固出來的固溶體成分； (a)80%b。 (b) 若首先凝固出來的固溶體成若

33、首先凝固出來的固溶體成分含分含60%B，合金的成分為多少？，合金的成分為多少？ （b）20%b (c) 成分為成分為70%B的合金最后凝固的合金最后凝固的液體成分；的液體成分； （c ）25%b。 L%=(80-50)/(80-40)=75% %=(50-40)/(80-40)=25% (d ) 合金成分為合金成分為50%B，凝固到某溫度時液相含有，凝固到某溫度時液相含有40%B，固體含有固體含有80%B，此時液體和固體各占多少分?jǐn)?shù)？，此時液體和固體各占多少分?jǐn)?shù)？2. （5-3） 畫出畫出Pb-Sn相圖，標(biāo)出各相區(qū)存在的組織，相圖，標(biāo)出各相區(qū)存在的組織，指出組織中含指出組織中含最多和最少的合金

34、成分，指出共最多和最少的合金成分，指出共晶體最多和最少的合金成分。晶體最多和最少的合金成分。 5-3: 含II最多的成分：C點。最少為f點。 共晶體最多：成分 e點。 共晶體最少：c點以左，d點以右。 3. （5-4） 根據(jù)根據(jù)Pb-Sn相圖，說明相圖，說明(Sn)=30%的的Pb-Sn合金在下列溫度時，合金在下列溫度時，其組織中存在哪些相，并求相的相對含其組織中存在哪些相，并求相的相對含量。（量。（1）高于）高于300；（；（2）剛冷至）剛冷至183，共晶轉(zhuǎn)變尚未開始；（，共晶轉(zhuǎn)變尚未開始；（3）在）在183共晶轉(zhuǎn)變完畢；（共晶轉(zhuǎn)變完畢；（4）冷到室溫。）冷到室溫。 （1）300以上：液相以

35、上：液相L（2）183，未共晶轉(zhuǎn)變：液相，未共晶轉(zhuǎn)變：液相L L%=cx/ec=(30-19)/(61.9-19)=25.6% %=ex/ec=(61.9-30)/(61.9-19)=74.4%X 5-4：X （3）183，共晶轉(zhuǎn)變完，共晶轉(zhuǎn)變完：相：相 組織：組織：（） %=ex/ec=(61.9-30)/(61.9-19)=74.4%（） L%=cx/ec=(30-19)/(61.9-19)=25.6% 相相（總）（總） %=dx/cd=(97.5-30)/(97.5-19)=86.0% %=xc/cd= =(30-19) /(97.5-19)=14.0%X （） %=ed/cd=(97.

36、5-61.9)/(97.5-19)=45.3% %=ce/cd= (61.9-19) /(97.5-19)=54.7% 總：總： %= 25.6% 45.3%+ 74.4%=86.0% %= 25.6% 54.7%=14.0%(4)室溫相：室溫相： %=xg/fg %=fx/fg 4. （5-7） 畫出簡易的鐵碳相圖，畫出簡易的鐵碳相圖， （1）指出）指出PSK、ECF各點成分、各線的反各點成分、各線的反應(yīng)特征及反應(yīng)式；應(yīng)特征及反應(yīng)式； （2）標(biāo)出各相區(qū)的相組成物；）標(biāo)出各相區(qū)的相組成物； （3）標(biāo)出各相區(qū)的組織組成物。）標(biāo)出各相區(qū)的組織組成物。 5758 亞共析鋼組織：F+P 0.2%C:P

37、%P4/PS =0.2/0.77=26%F%=74%0.6%C:P%0.6/0.77=78%F%=22%58 相： Fe3C 0.2%C: %(6.69-0.2)/6.69=97%Fe3C %=0.2/6.69=3%0.6%C:Fe3C %0.6/6.69=9%F%=91%1.0%C: 組織組織 PFe3CII： P%=AK/SK=(6.69-1.0)/(6.69-0.77)=96% Fe3CII%=SA/SK=(1.0-0.77)/(6.69-0.77)=4% 相相： Fe3C 1.0%C:Fe3C %1.0/6.69=15%F%=85%5-9:組織組織: PFe3CIILd : Ld%=(

38、 3.5-2.11)/(4.3-2.11)=63.5% A=36.5% Fe3CII %=(2.11-0.77)/(6.69-0.77) 36.5%=8.3%P%=36.5-8.3=28.2%組織轉(zhuǎn)變組織轉(zhuǎn)變 L LL LA AA ALd ALd AFeFe3 3C CIIIILd PLd PFeFe3 3C CIIIILd Ld 組織轉(zhuǎn)變組織轉(zhuǎn)變 L LL LA AA ALd ALd AFeFe3 3C CIIIILd PLd PFeFe3 3C CIIIILd Ld 相相： Fe3C 3.5%C:Fe3C %3.5/6.69=52.3%F%=47.7%組織轉(zhuǎn)變組織轉(zhuǎn)變 L L+FeL L+

39、Fe3 3C CI I Fe Fe3 3C CI I+Ld Fe+Ld Fe3 3C CI I+Ld+Ld 組織組織: Fe3CILd : Ld%=( 6.69-4.5)/(6.69-4.3)=91.6% Fe3CI %=(4.5-4.3)/(6.69-4.3)=8.4% 相相： Fe3C 4.5%C:Fe3C %4.5/6.69=67%F%=33% 6. 如下相圖：（如下相圖：（1）該相圖的組元是什么？）該相圖的組元是什么？ （2）標(biāo)出所有相區(qū)的組成相。）標(biāo)出所有相區(qū)的組成相。 （3）指出該相圖中有何特征反應(yīng)，寫出反應(yīng)式。）指出該相圖中有何特征反應(yīng)，寫出反應(yīng)式。 （4）指出含）指出含80%的

40、的Al2O3時的室溫平衡組織，并計時的室溫平衡組織，并計算組織組成物的相對含量。算組織組成物的相對含量。 (1)組元為：組元為：Al2O3，ZrO2；(2)標(biāo)注如圖：標(biāo)注如圖： (3)特征反應(yīng)：特征反應(yīng)： 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng) (4) 含含80%的的Al2O3時時 (20% ZrO2)室溫平衡組織：室溫平衡組織： Al2O3+（Al2O3+ ZrO2） Al2O3%=(42.6-20)/42.6=53% （Al2O3+ ZrO2）%= 20/42.6=47% 7. 下圖為使用高純原料在密封條件下的下圖為使用高純原料在密封條件下的Al2O3SiO2相圖，相圖，A3S2（3 Al2O32 SiO2）為

41、莫來石固溶體，共晶成分為莫來石固溶體，共晶成分E1點為點為10wt%Al2O3，含，含60%摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù)Al2O3的的A3S2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%。 要求：要求： （1）填寫空白相區(qū)的）填寫空白相區(qū)的相組成。相組成。 （2）寫出）寫出2個水平反個水平反應(yīng)線的反應(yīng)，并指出應(yīng)線的反應(yīng)，并指出反應(yīng)類型。反應(yīng)類型。 E1: 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng)E2:共晶反應(yīng)共晶反應(yīng) （3）一種由）一種由SiO2-30%Al2O3(wt%)構(gòu)成的耐構(gòu)成的耐高溫材料，分析其平衡凝固后的室溫組織是高溫材料，分析其平衡凝固后的室溫組織是什么，并計算組織組成物的含量。該材料能什么，并計算組織組成物的含量。該材料能否用

42、來盛裝熔融態(tài)的鋼（否用來盛裝熔融態(tài)的鋼（1600）？在此情）？在此情況下有多少百分率的耐熱材料會熔化？況下有多少百分率的耐熱材料會熔化？ （3）SiO2-30%Al2O3(wt%)材料，材料， 平衡凝固后的室溫組織：平衡凝固后的室溫組織： A3S2+（A3S2+SiO2） A3S2%=(30-10)/(75-10)=30.8% （A3S2+SiO2）%=(75-30)/(75-10)=69.2% 不能盛裝熔融態(tài)的鋼（不能盛裝熔融態(tài)的鋼（1600），會熔化。），會熔化。 有有69.2%的耐熱材料會熔化。的耐熱材料會熔化。 8. （5-14） 下圖為下圖為A-B-C 三元共晶相圖的三元共晶相圖的投

43、影圖，指出投影圖，指出n1、n2、n3(E)、n4點從液態(tài)點從液態(tài)平衡冷卻結(jié)晶的室溫相和組織組成物，并平衡冷卻結(jié)晶的室溫相和組織組成物，并分別計算相和組織的相對含量。分別計算相和組織的相對含量。 5-14 組織組成物：組織組成物： n1：A+(A+B+C) n2：B+(B+C)+(A+B+C) n3： (A+B+C) n4：(A+B)+(A+B+C) 相組成物：相組成物： A+B+C5-14 n1： 相組成物：相組成物： A+B+C5-14 n1： 組織組成物：組織組成物： A+(A+B+C)5-14 n2 相組成物：相組成物： A+B+C5-14 n2 組織組成物：組織組成物： B+(B+C

44、)+(A+B+C) n3 相組成物：相組成物： A+B+C5-14 組織組成物：組織組成物： n3： (A+B+C) 100% n45-14 相組成物：相組成物： A+B+C 組織組成物：組織組成物： (A+B)+(A+B+C) 9. 下圖為某三元相圖投影圖上下圖為某三元相圖投影圖上3條液相單條液相單變量線及其溫度走向，判斷四相平衡反變量線及其溫度走向，判斷四相平衡反應(yīng)類型，寫出反應(yīng)式。應(yīng)類型，寫出反應(yīng)式。+ +L +L + +L 共晶反應(yīng)共晶反應(yīng) 包共晶反應(yīng)包共晶反應(yīng) 包晶反應(yīng)包晶反應(yīng) 10. 下圖是下圖是MgO-Al2O3-SiO2三元系相圖的三元系相圖的平面投影圖及局部放大圖，寫出四相平

45、平面投影圖及局部放大圖，寫出四相平衡點處代表的反應(yīng)特征及反應(yīng)式。衡點處代表的反應(yīng)特征及反應(yīng)式。第六章第六章 材料的凝固材料的凝固 1、凝固過程包括、凝固過程包括 形核形核 和和 長大長大 2個過程。個過程。 2、材料的凝固的驅(qū)動力是、材料的凝固的驅(qū)動力是 液固相變自由能差液固相變自由能差 ，阻力是阻力是 界面能界面能 。 3、凝固形核的方式有、凝固形核的方式有 均勻形核均勻形核 和和 非均勻形非均勻形核核 ，其中，其中 非均勻形核非均勻形核 的臨界形核功較小。的臨界形核功較小。 4、均勻形核時液、固兩相自由能差只能補償、均勻形核時液、固兩相自由能差只能補償表面能的表面能的（2/3），），其他靠

46、系統(tǒng)中的其他靠系統(tǒng)中的 （能量起伏）（能量起伏）補償。補償。 5、液、液/固界面的微觀結(jié)構(gòu)分為固界面的微觀結(jié)構(gòu)分為 粗糙界面粗糙界面 和和 光光滑界面滑界面 。 6、在正溫度梯度下，晶體生長成、在正溫度梯度下，晶體生長成 平直平直 界面；界面；負(fù)溫度梯度下成長時，一般金屬界面都呈負(fù)溫度梯度下成長時，一般金屬界面都呈 樹樹枝枝 狀。狀。 7、在正的溫度梯度下，純金屬以、在正的溫度梯度下，純金屬以 平面平面 狀形狀形式長大，固溶體合金由于存在式長大，固溶體合金由于存在 成分過冷成分過冷 以以 樹樹枝枝 狀形式長大。狀形式長大。 8、固溶體結(jié)晶的形核條件是、固溶體結(jié)晶的形核條件是 結(jié)構(gòu)起伏結(jié)構(gòu)起伏 、 能量起伏能量起伏 、 溫度場溫度場 、 成分過冷成分過冷 和和 過冷度過冷度 。 9、固溶體結(jié)晶與純金屬結(jié)晶的差異表現(xiàn)為、固溶體結(jié)晶與純金屬結(jié)晶的差異表現(xiàn)為溫溫度場度場、 濃度場濃度場 及及成分過冷成分過冷現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 10、平衡結(jié)晶是指、平衡結(jié)晶是指 無限緩慢無限緩慢 冷卻，組元間互冷卻，組元間互擴散擴散 充分充分，每個階段都達(dá)到，每個階段都達(dá)到 平衡相平衡相均均勻成份。勻成份。 11、晶內(nèi)偏析（枝晶偏析）是、晶內(nèi)偏析（枝晶偏析）是一個晶粒內(nèi)部一