西南工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與基礎(chǔ)第三版(劉智恩)習(xí)題解析-文庫吧
2024-12-26 07:48 本頁面
【正文】 傾側(cè)晶界的取向差 θ = 1176。 和 10176。 , 求晶界上位錯(cuò)之間的距離 . 從計(jì)算結(jié)果可得到什么結(jié)論 ? 解 根據(jù) bD?? , 得到 θ = 1176。 ,10176。 時(shí) , D ≈ , . 由此可知 , θ = 10176。 時(shí)位錯(cuò)之間僅隔 5~6個(gè)原子間距 , 位錯(cuò)密度太大 , 表明位 錯(cuò)模型已經(jīng)不適用了 . 第二章 固體中的相結(jié)構(gòu) 1. 已知 Cd, In, Sn, Sb等元素在 Ag中的固熔度極限 (摩爾分?jǐn)?shù) )分別為 , , , 。 它們的原子直徑分別為 nm, nm, nm, nm。 Ag 的原子直徑為 nm. 試分析其固熔度極限差異的原因 , 并計(jì)算它們在固熔度極限時(shí)的電子濃度 . 6 答 : 在原子尺寸因素相近的情況下 , 熔質(zhì)元素在一價(jià)貴金屬中的固熔度 (摩爾分?jǐn)?shù) )受原子價(jià)因素的影響較大 , 即電子濃度 e/a 是決定固熔度 (摩爾分?jǐn)?shù) )的一個(gè)重要因素 , 而且電子濃度存在一個(gè)極限值 (約為 ). 電子濃度可用公式 A B B B(1 )c Z x Z x? ? ? 計(jì)算 . 式中 , ZA, ZB分別為 A, B組元的價(jià)電子數(shù) 。 xB為 B組元的摩爾分?jǐn)?shù) . 因此 , 隨著熔質(zhì)元素價(jià)電子數(shù)的增加 , 極限固熔度會越來越小 .Cd, In, Sn, Sb 等元素與Ag 的原子直徑相差不超過 15%(最小的 Cd 為 %, 最大的 Sb 為 %), 滿足尺寸相近原則 , 這些元素的原子價(jià)分別為 2, 3, 4, 5價(jià) , Ag為 1價(jià) , 據(jù)此推斷它們的固熔度極限越來越小 , 實(shí)際情況正好反 映了這一規(guī)律 。 根據(jù)上面的公式可以計(jì)算出它們在固熔度 (摩爾分?jǐn)?shù) )極限時(shí)的電子濃度分別為 , , , . 2. 碳可以熔入鐵中而形成間隙固熔體 , 試分析是 α Fe 還是 γ Fe 能熔入較多的碳 . 答 : α Fe為體心立方結(jié)構(gòu) , 致密度為 。 γ Fe為面心立方結(jié)構(gòu) , 致密度為 . 顯然 , α Fe中的間隙總體積高于 γ Fe, 但由于 α Fe的間隙數(shù)量多 , 單個(gè)間隙半徑卻較小 , 熔入碳原子將會產(chǎn)生較大的畸變 , 因此 , 碳在 γ Fe中的固熔度較 α Fe的大 . 3. 為 什么只有置換固熔體的兩個(gè)組元之間才能無限互熔 , 而間隙固熔體則不能 ? 答 : 這是因?yàn)樾纬晒倘垠w時(shí) , 熔質(zhì)原子的熔入會使熔劑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變 , 從而使體系能量升高 . 熔質(zhì)原子與熔劑原子尺寸相差越大 , 點(diǎn)陣畸變的程度也越大 , 則畸變能越高 , 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越低 , 熔解度越小 . 一般來說 , 間隙固熔體中熔質(zhì)原子引起的點(diǎn)陣畸變較大 , 故不能無限互熔 , 只能有限熔解 . 第三章 凝固 1. 分析純金屬生長形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系 . 答 : 純金屬生長形態(tài)是指晶體宏觀長大時(shí)固 液界面的形貌 . 界面形貌取決于界面 7 前沿液相中的溫度梯 度 .(1) 平面狀長大 : 當(dāng)液相具有正溫度梯度時(shí) , 晶體以平直界面方式推移長大 . 此時(shí) , 界面上任何偶然的、小的凸起深入液相時(shí) , 都會使其過冷度減小 , 長大速率降低或停止長大 , 而被周圍部分趕上 , 因而能保持平直界面的推移 . 長大過程中晶體沿平行溫度梯度的方向生長 , 或沿散熱的反方向生長 , 而其它方向的生長則受到限制 . (2) 樹枝狀長大 : 當(dāng)液相具有負(fù)溫度梯度時(shí) , 晶體將以樹枝狀方式生長 . 此時(shí) , 界面上偶然的凸起深入液相時(shí) , 由于過冷度的增大 , 長大速率越來越大 。 而它本身生長時(shí)又要釋放結(jié)晶潛熱 , 不利 于近旁的晶體生長 , 只能在較遠(yuǎn)處形成另一凸起 . 這就形成了枝晶的一次軸 , 在一次軸成長變粗的同時(shí) , 由于釋放潛熱使晶枝側(cè)旁液體中也呈現(xiàn)負(fù)溫度梯度 , 于是在一次軸上又會長出小枝來 , 稱為二次軸 , 在二次軸上又長出三次軸……由此而形成樹枝狀骨架 , 故稱為樹枝晶 (簡稱枝晶 ). 2. 簡述純金屬晶體長大機(jī)制及其與固 液界面微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系 . 答 : 晶體長大機(jī)制是指晶體微觀長大方式 , 即液相原子添加到固相的方式 , 它與固液界面的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān) .(1) 垂直長大方式 : 具有粗糙界面的物質(zhì) , 因界面上約有50%的原子位置空 著 , 這些空位都可以接受原子 , 故液相原子可以進(jìn)入空位 , 與晶體連接 , 界面沿其法線方向垂直推移 , 呈連續(xù)式長大 .(2) 橫向 (臺階 )長大方式 : 包括二維晶核臺階長大機(jī)制和晶體缺陷臺階長大機(jī)制 , 具有光滑界面的晶體長大往往采取該方式 . 二維晶核模式 , 認(rèn)為其生長主要是利用系統(tǒng)的能量起伏 , 使液相原子在界面上通過均勻形核形成一個(gè)原子厚度的二維薄層狀穩(wěn)定的原子集團(tuán) , 然后依靠其周圍臺階填充原子 , 使二維晶核橫向長大 , 在該層填滿后 , 則在新的界面上形成新的二維晶核 , 繼續(xù)填滿 , 如此反復(fù)進(jìn)行 .晶體缺陷方式 , 認(rèn) 為晶體生長是利用晶體缺陷存在的永不消失的臺階 (如螺型位錯(cuò)的臺階或攣晶的溝槽 )長大的 . 第四章 相圖 8 1. 在 AlMg合金中 , xMg為 , 計(jì)算該合金中鎂的 wMg為多少 . 解 設(shè) Al 的相對原子量為 MAl, 鎂的相對原子量為 MMg, 按 1mol AlMg 合金計(jì)算 , 則鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可表示為 M g M gMgA l A l M g M g 100%xMw x M x M???.將 xMg = , xAl = , MMg = 24, MAl = 27 代入上式中 ,
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