材料科學(xué)與工程復(fù)習(xí)思考題-資料下載頁
2025-08-06 03:06本頁面
【正文】 ：①石墨對鑄鐵機(jī)械性能的影響石墨：松軟而脆弱的固態(tài)物質(zhì)，抗拉強(qiáng)度amp。lt。20MPa，延伸率趨近于零；石墨存在基體中，尤如一種裂紋或孔洞，分割削弱基體，破壞基體組織連續(xù)性；還會引起應(yīng)力在該處集中，構(gòu)成裂紋源。因而，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性都比鋼鐵低得多。 基體相同的情況下，石墨形狀由片狀 (普通灰鑄鐵)變?yōu)榧?xì)片狀 (孕育灰鑄鐵)和球狀 (球墨鑄鐵)時，其對基體的削弱作用以及應(yīng)力集中的程度將依次減弱，表現(xiàn)出抗拉強(qiáng)度依次升高。 ②基體對鑄鐵機(jī)械性能的影響基體中鐵素體的數(shù)量增多，塑性、韌性提高；珠光體數(shù)量增加，塑性、韌性降低，但強(qiáng)度、硬度有所增高。3．灰口鑄鐵組織的形成過程中，石墨化過程的三個階段。解：第一階段高溫石墨化C’D’由液相凝固形成一次石墨1154℃共晶轉(zhuǎn)變，共晶石墨LC’→AE’＋G (奧氏體＋石墨)；第二階段中間石墨化1154～738℃，碳溶解度下降，奧氏體成分沿E’S’變化，過飽和碳析出石墨，二次石墨GII。第三階段低溫石墨化 P’Q’738℃,共析轉(zhuǎn)變，共析石墨AS→ F＋G(鐵素體＋石墨)；三次石墨GⅢ 4．Fe －Fe3C和Fe－G 相圖二者的主要區(qū)別。解：在極為緩慢的冷卻條件下，鐵碳合金由Fe－G 相圖進(jìn)行結(jié)晶，F(xiàn)e－G 相圖在Fe －Fe3C相圖的上方，F(xiàn)e－G更穩(wěn)定。Fe －Fe3C相圖中凡是有滲碳體存在的相區(qū)，在Fe－G 相圖中均由石墨取代；凡是析出滲碳體的點線在Fe－G 相圖中均析出石墨，只是位置稍有變化，其特征點溫度和含碳量略有不同。5．灰口鑄鐵的組織按其基體的不同，可分為哪三種。灰口鑄鐵的組織可看成是； 解：鐵素體灰口鑄鐵、鐵素體珠光體灰口鑄鐵、珠光體灰口鑄鐵?；铱阼T鐵的組織可看成是鋼加上片狀石墨。6. 灰口鑄鐵和球墨鑄鐵在組織和性能上有何區(qū)別。解：灰口鑄鐵的組織特點是在基體上分布著片狀石墨。球墨鑄鐵的組織特點是基體加球狀石墨性能：球化越完整，球狀石墨尺寸越細(xì)小，可減少應(yīng)力集中，力學(xué)性能越優(yōu)越；疲勞強(qiáng)度與中碳鋼相似，耐磨性好，制造重要和形狀復(fù)雜機(jī)械零件，如曲軸、連桿、渦輪、齒輪、水壓機(jī)缸套等。思考題 1 硅酸鹽結(jié)構(gòu)的基本特點和類型。解：硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)特點：－(1)結(jié)構(gòu)中Si4+間沒有直接的鍵，而是通過O2連結(jié)；(2) 以硅氧四面體為結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)；－ (3) 每一個O2只能連接2個硅氧四面體；(4) 硅氧四面體間只能共頂連接，不能共面連接。硅酸鹽晶體的主要結(jié)構(gòu)類型：島狀結(jié)構(gòu)；組群狀（環(huán)狀）結(jié)構(gòu)；鏈狀結(jié)構(gòu)；層狀結(jié)構(gòu)；架狀結(jié)構(gòu)。2 玻璃的定義及其通性，玻璃中的氧化物分為哪三類。解：定義：將原料加熱熔融（熔體），快冷卻（過冷卻）形成，室溫下保持熔體結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)，固體非晶態(tài)(無定形)物質(zhì)。通性：①各向同性；②熱力學(xué)介穩(wěn)性；③狀態(tài)轉(zhuǎn)化的漸變性。玻璃中的氧化物分為：①網(wǎng)絡(luò)生成體氧化物；②網(wǎng)絡(luò)外體氧化物；③中間體氧化物。 作業(yè)題3．高嶺石Al4[Si4O10](OH)8(Al2O3?2SiO2?2H2O)的結(jié)構(gòu)。解：三斜晶系，單網(wǎng)層結(jié)構(gòu)：硅氧四面體層+ 八面體層3+2下層為硅氧四面體層，硅氧四面體中的活性氧向上；上層為八面體層（由 1個Al，2個O－－ , 4個OH組成）， 每一個活性氧同時連接1個硅氧四面體和2個[AlO2(OH)4]八面體，層與層間為氫鍵結(jié)合，結(jié)合力較弱，層間易解理成片狀，但OHO之間仍有一定的吸引力，所以單網(wǎng)層之間水分子不易進(jìn)去，不因水含量增加而膨脹。 4．從顯微結(jié)構(gòu)看，陶瓷材料主要有哪些相構(gòu)成？各構(gòu)成相的主要作用和對陶瓷性能的影響是什么？為什么外界溫度的急劇變化可以使許多陶瓷器件開裂或破碎?解：晶相、,玻璃相、氣相和晶界晶粒是陶瓷最主要的組成相，晶相的性質(zhì)是影響陶瓷性能的主要因素；燒成－冷卻過程中，晶界處產(chǎn)生熱應(yīng)力，出現(xiàn)微裂紋，降低陶瓷強(qiáng)度。玻璃相的作用，粘結(jié)分散的晶粒，抑止晶粒長大；填充晶粒間的空隙，填充氣孔，提高致密度，降低燒結(jié)溫度。氣相會降低陶瓷強(qiáng)度，造成裂紋。保留一定的氣相，陶瓷的比重小，絕熱性好。因為大多數(shù)陶瓷主要由晶相和玻璃相組成，這兩種相的熱膨脹系數(shù)相差較大，由高溫很快冷卻時，每種相的收縮不同，所造成的內(nèi)應(yīng)力足以使陶瓷器件開裂或破碎5．計算硅酸鹽玻璃Na2OSiO2的4個基本結(jié)構(gòu)參數(shù)解：Z=4，R=(1+2)/1=3∴X=2RZ=2*34=2，Y=4X=26 計算14mol% Na2O8mol%CaO78mol% SiO2硅酸鹽玻璃的4個結(jié)構(gòu)參數(shù)。Y（多面體中橋氧數(shù)）對玻璃性質(zhì)有什么影響？解：Z = 414180。1+8180。1+78180。2R== 78180。1X=2180。===Y 大，結(jié)構(gòu)緊密，強(qiáng)度大，膨脹系數(shù)小，電導(dǎo)率小，粘度大；或Y 小，結(jié)構(gòu)疏松，強(qiáng)度小，膨脹系數(shù)大，電導(dǎo)率大，粘度小。7．陶瓷材料中主要結(jié)合鍵是什么?從結(jié)合鍵的角度解釋陶瓷材料所具有的特殊性能? 解：陶瓷材料中主要的結(jié)合鍵是離子鍵及共價鍵；由于離子鍵及共價鍵鍵能很強(qiáng)，故陶瓷的抗壓強(qiáng)度很高，硬度極高；因為原子以離子鍵和共價鍵結(jié)合時，外層電子處于穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，不能自由運動，陶瓷材料的熔點很高，抗氧化性好，耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性高。8．分析滑石Mg 3 [ Si4O10](OH)2的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系解：復(fù)網(wǎng)層結(jié)構(gòu)硅氧四面體層+ 八面體層+ 硅氧四面體層上下層均為硅氧四面體層，上層活性氧全向下，下層活性氧全向上，中間夾一鎂氫氧層(由－－1個Mg2+，4個O2 , 2個OH組成八面體）。每一個活性氧同時連接1個[SiO4]四面體和3－個[MgO4(OH)2]八面體，每一層O2電價飽和。層與層間結(jié)合為范德華鍵，層間鍵合弱，易沿層面解理。9．分析鈣鈦礦CaTiO3晶體的結(jié)構(gòu)解：立方晶系Ca2+ ，在立方體頂角配位數(shù)為12（O2）；O2 ，在面心配位數(shù)為6 （4 Ca2+ +2 Ti4+）；Ti4+ ，在體心配位數(shù)為6 （O2）； [TiO6]8八面體通過頂角共用氧，形成三維網(wǎng)絡(luò)；思考題1．說明炭黑的結(jié)構(gòu)解：炭黑的基本（低）結(jié)構(gòu)，一次結(jié)構(gòu)3~5個碳粒子（CC共價鍵）聚融成三維空間的聚集體或聚熔體；化學(xué)結(jié)合，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。橡膠混煉時，不易破壞，是炭黑在橡膠中的最小分散單位。炭黑的二次（高）結(jié)構(gòu)，附聚體或凝聚體兩個以上的聚集體，以物理力凝聚成松散結(jié)合，聚集體間空隙較大；較強(qiáng)吸附能力。2．炭黑按用途分為哪兩大類解：色素用炭黑（顏料）、橡膠用炭黑（補(bǔ)強(qiáng)等）3．復(fù)合材料的定義和組成解：兩種或兩種以上物理、化學(xué)、力學(xué)性能不同的物質(zhì)，經(jīng)復(fù)合工藝組合而成的多相固體材料。組成：①基體；②復(fù)合材料所用的增強(qiáng)材料4．復(fù)合材料所用的增強(qiáng)材料分類解：A顆粒增強(qiáng)體；B (短纖維)與晶須；C纖維及其織物
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