中南大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)課后習(xí)題答案(已修改)
2025-01-27 00:11 本頁(yè)面
【正文】 第一章 原子排列與晶體結(jié)構(gòu)1. [110]， (111)， ABCABC…， ， 12 , 4 ， ； [111]， (110) , , 8 , 2 ， ； ， (0001) ， ABAB ， ， 12 ， 6 ， 。2. ， 4 ， 8 。3. FCC ， BCC ，減少 ，降低 ，膨脹 ，收縮 。4. 解答：見(jiàn)圖1－15. 解答：設(shè)所決定的晶面為（hkl），晶面指數(shù)與面上的直線[uvw]之間有hu+kv+lw=0，故有：h+kl=0,2hl=0。可以求得（hkl）＝（112）。6 解答：Pb為fcc結(jié)構(gòu)，原子半徑R與點(diǎn)陣常數(shù)a的關(guān)系為，故可求得a＝106mm。則（100）平面的面積S＝a2＝012mm2，每個(gè)（100）面上的原子個(gè)數(shù)為2。所以1 mm2上的原子個(gè)數(shù)＝1012。第二章 合金相結(jié)構(gòu)一、 填空1） 提高，降低，變差，變大。2） （1）晶體結(jié)構(gòu)；（2）元素之間電負(fù)性差；（3）電子濃度 ；（4）元素之間尺寸差別3） 存在溶質(zhì)原子偏聚 和短程有序 。4） 置換固溶體 和間隙固溶體 。5） 提高 ，降低 ，降低 。6） 溶質(zhì)原子溶入點(diǎn)陣原子溶入溶劑點(diǎn)陣間隙中形成的固溶體。二、 問(wèn)答 解答： aFe 為bcc結(jié)構(gòu)，致密度雖然較小，但是它的間隙數(shù)目多且分散，間隙半徑很小，即R＝，即R＝。氫，氮，碳，硼由于與aFe的尺寸差別較大，在aFe中形成間隙固溶體，固溶度很小。aFe的八面體間隙的[110]方向R= Ra，間隙元素溶入時(shí)只引起一個(gè)方向上的點(diǎn)陣畸變，故多數(shù)處于aFe的八面體間隙中心。B原子較大，有時(shí)以置換方式溶入aFe。 由于gFe為fcc結(jié)構(gòu)，間隙數(shù)目少，間隙半徑大， Ra，即R＝， Ra，即R＝。氫，氮，碳，硼在gFe 中也是形成間隙固溶體，其固溶度大于在aFe中的固溶度，氫，氮，碳，硼處于gFe的八面體間隙中心。簡(jiǎn)答：異類(lèi)原子之間的結(jié)合力大于同類(lèi)原子之間結(jié)合力；合金成分符合一定化學(xué)式；低于臨界溫度（有序化溫度）。第三章 純金屬的凝固1. 填空1. 結(jié)構(gòu)和能量。2 表面，體積自由能 ,。3 晶核長(zhǎng)大時(shí)固液界面的過(guò)冷度。4 減少，越大，細(xì)小。5. 快速冷卻。二、 問(wèn)答1 解答： 凝固的基本過(guò)程為形核和長(zhǎng)大，形核需要能量和結(jié)構(gòu)條件，形核和長(zhǎng)大需要過(guò)冷度。細(xì)化晶粒的基本途徑可以通過(guò)加大過(guò)冷度，加入形核劑，振動(dòng)或攪拌。2 解答： 根據(jù)金屬結(jié)晶過(guò)程的形核和長(zhǎng)大理論以及鑄錠的散熱過(guò)程，可以得出通常鑄錠組織的特點(diǎn)為最外層為細(xì)小等軸晶，靠?jī)?nèi)為柱狀晶，最內(nèi)層為粗大等軸晶。3 解答： 液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)，均勻形核時(shí)臨界晶核半徑rK與過(guò)冷度vT關(guān)系為，臨界形核功vGK等于。異質(zhì)形核時(shí)固相質(zhì)點(diǎn)可作為晶核長(zhǎng)大，其臨界形核功較小，θ為液相與非均勻形核核心的潤(rùn)濕角。形核率與過(guò)冷度的關(guān)系為： ，其中N為形核率，C為常數(shù)，ΔGA、ΔGk分別表示形核時(shí)原子擴(kuò)散激活能和臨界形核功。在通常工業(yè)凝固條件下形核率隨過(guò)冷度增大而增大。4 解答： 在金屬凝固時(shí)，可以近似認(rèn)為L(zhǎng)M=vHm,根據(jù)均勻形核時(shí)臨界晶核半徑rK與過(guò)冷度vT關(guān)系為，可以計(jì)算得到r＝10－7cm＝。5： 解答： 過(guò)冷是指金屬結(jié)晶時(shí)實(shí)際結(jié)晶溫度Tn比理論結(jié)晶溫度Tm低的現(xiàn)象。過(guò)冷度ΔT指Tm與Tn的差值。動(dòng)態(tài)過(guò)冷度指晶核長(zhǎng)大時(shí)的過(guò)冷度。金屬形核和長(zhǎng)大都需要過(guò)冷，過(guò)冷度增大通常使形核半徑、形核功減少，形核過(guò)程容易，形核率增加，晶粒細(xì)化。6 解答： 冷卻速度極大影響金屬凝固后的組織。冷卻快一般過(guò)冷度大，使形核半徑、形核功減少，形核過(guò)程容易，形核率增加，晶粒細(xì)化，冷卻非?？鞎r(shí)可以得到非晶，在一般工業(yè)條件下快速冷卻可以得到亞穩(wěn)相。 解答： 純金屬凝固時(shí)潤(rùn)濕角θ＝0176。，形核功為0，固相粒子促進(jìn)形核效果最好；潤(rùn)濕角θ＝180176。，異質(zhì)形核功等于均勻形核功，固相粒子對(duì)形核無(wú)促進(jìn)作用；潤(rùn)濕角0176。θ180176。，形核功比均勻形核的形核功小，θ越小，固相粒子促進(jìn)形核效果越好。雜質(zhì)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)與晶核相同或相近時(shí)，促進(jìn)形核效果好，當(dāng)兩者結(jié)構(gòu)不相同時(shí)，一般對(duì)促進(jìn)形核效果差或不促進(jìn)形核。雜質(zhì)粒子的表面成凹形時(shí)，促進(jìn)形核效果好，成平面狀時(shí)次之，凸形時(shí)最差。第四章 二元合金相圖與合金凝固一、填空1. 成分2. 光滑界面 ,粗糙界面3. 垂直長(zhǎng)大機(jī)制，二維平面長(zhǎng)大 , 依靠晶體缺陷長(zhǎng)大4 枝晶 ，均勻化退火 5 平直狀 ， 樹(shù)枝 。6. _偽共晶_。7 ， 1 。8. 共晶 ， 熔晶 ， 偏析 ，包析9 % ， % ； P 和 Fe3C ； FCC， 間隙 ， 間隙固溶體 ， BCC ， % ； ， 珠光體 和 滲碳體 ； % ； P+F， P+Fe3C ， Ld ， A+ Fe3C ， P+Fe3C +Fe3CII ， 液相 ， A ， F ， ， 硬、脆 ， P 。2 問(wèn)答1 解答： 1）見(jiàn)圖中標(biāo)注。兩相區(qū)由相鄰的兩個(gè)單相區(qū)所構(gòu)成。水平線代表三相區(qū)，見(jiàn)3）中的恒溫反應(yīng)式。2）穩(wěn)定化合物為δ、ε，不穩(wěn)定化合物為β、γ。3）1455℃，L＋δ－ε，包晶反應(yīng)；1387℃，L－ε＋Ni，共晶反應(yīng)；1135℃，L＋δ－γ，包晶反應(yīng)；855℃，L＋γ－β，包晶反應(yīng)；640℃，L－Al＋β，共晶反應(yīng)；4）Ni 30%(重量)的合金在平衡冷卻時(shí)的相變過(guò)程：L－γ；855℃，L＋γ－β，包晶反應(yīng)；L－β；640℃，L－Al＋β，共晶反應(yīng)；室溫下相組成為Al＋β，,β=1Al%=%。室溫下組織組成為β+(Al＋β)共晶，，(Al＋β)共晶=1β%=%。5）含Ni89%（重量）的NiAl合金其平衡凝固時(shí)室溫組織為Ni和Ni中析出的ε，非平衡凝固后會(huì)出現(xiàn)非平衡共晶組織，即為Ni和少量的1387℃反應(yīng)生成的L－（ε＋Ni）共晶。6）X合金平衡凝固完畢時(shí)的組織a初晶占80%，則(a+b)共晶＝20％，設(shè)此合金中Ni組元的含量是X，,可以求得X＝%。7）1500e 時(shí)AlNi合金系的自由能—成分曲線示意圖如圖。2 解答： 1）a相晶體結(jié)構(gòu)與Cu的結(jié)構(gòu)保持一致，為fcc結(jié)構(gòu)；2）共晶反應(yīng)前的平衡分配系數(shù)；3) %Sn合金在正常條件下凝固后，由于固相平均成分線相對(duì)于固相線下移，在合金凝固過(guò)程中剩余少量液相出現(xiàn)非平衡結(jié)晶，發(fā)生包晶反應(yīng)而出現(xiàn)少量b相。這些少量b相可以通過(guò)均勻化退火消除。4）Cu70%Sn合金平衡凝固過(guò)程為L(zhǎng)－ε，+—，L—η，—+（Sn），η－共晶反
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