礦大材料科學(xué)與工程作業(yè)評講

作業(yè)評講材料科學(xué)基礎(chǔ)Ⅰ第一頁，共五十六頁。2023/5/1習(xí)題一:(P51)

1.（421）（123）第二頁，共五十六頁。2023/5/12.計算f.c.c{100}、{110}、{111}面間距第三頁，共五十六頁。2023/5/13.計算f.c.c{110}面密度，<110>線密度第四頁，共五十六頁。2023/5/14.在面上繪出晶向zx1x3x2第五頁，共五十六頁。2023/5/15.畫六方系中的常見晶向zx1x3x2第六頁，共五十六頁。2023/5/16.下述電子排列方式中，哪一個是惰性元素、鹵族元素、堿族、堿土族元素及過渡金屬?①ls22s22p63s23p63d74s2過渡②ls22s22p63s23p6

惰性③1s22s22p5鹵族④ls22s22p63s2

堿土⑤ls22s22p63s23p63d24s2過渡⑥ls22s22p63s23p64s1堿族第七頁，共五十六頁。2023/5/17．為什么金屬鍵結(jié)合的固體材料的密度比離子鍵或共價鍵固體為高?

答：①由質(zhì)量較大，半徑較小的金屬原子構(gòu)成。②金屬鍵無方向性和飽和性，密堆結(jié)構(gòu)能量較低，穩(wěn)定。第八頁，共五十六頁。2023/5/1作業(yè)2：1、計算離子晶體中配位數(shù)為3和4的最小離子半徑比r+／r-。r++r-r-第九頁，共五十六頁。2023/5/12、已知NaF核間距為0.231nm，F(xiàn)-半徑為0.133nm，求正負離子的配位數(shù)，說明晶體結(jié)構(gòu)特征（空間點陣、結(jié)構(gòu)單元、晶胞中原子數(shù)）。r+=r0-r-=0.231-0.133=0.098r+/r-=0.737查上表，n＋=n-＝8，立方體間隙；空間點陣:簡單立方結(jié)構(gòu)單元:NaF晶胞中原子數(shù)1Na+1FNa+F-第十頁，共五十六頁。2023/5/13、示意畫出金剛石型結(jié)構(gòu)的晶胞，說明其中包含有幾個原子，并寫出各個原子的坐標(biāo)。①②③④③①②④第十一頁，共五十六頁。2023/5/1習(xí)題二：（P79）1.固溶體與金屬化合物在成分、結(jié)構(gòu)和性能上有何差異？固溶體：成分在一定范圍變化，位于相圖兩端；結(jié)構(gòu)同溶劑組元；強度、硬度約高于純金屬，遠低于金屬化合物，塑性、韌性較好。金屬化合物：典型成分可用分子式表示，可以化合物為基形成固溶體，位于相圖中間；結(jié)構(gòu)不同于任何組元；熔點高、硬而脆。第十二頁，共五十六頁。2023/5/12.溶解度分析Ag d0=0.288，f.c.c結(jié)構(gòu)，極限電子濃度1.36，價電子數(shù)1 元素原子直徑價電子數(shù)溶解度極限理論值電子濃度Cd0.30420.4350.361.435In0.31430.2100.181.42Sn0.31640.1300.121.39Sb0.32350.0780.091.312原子直徑差越小，價電子數(shù)差越小，溶解度越高。第十三頁，共五十六頁。2023/5/15.銀和鋁都具有面心立方結(jié)構(gòu)，它們的原子半徑分別為rAg=0.1441nm，rAl=0.1428nm，問它們在固態(tài)下能否無限互溶？為什么？不能。雖然Ag和Al結(jié)構(gòu)相同，原子半徑相差很小，但Ag的價電子數(shù)為1，Al為3，理論溶解度只有18%，所以在固態(tài)下它們不能無限互溶。第十四頁，共五十六頁。2023/5/17.立方ZnS的密度為4.1Mg/m3，試計算兩離子的中心距離。ZnS：f.c.c結(jié)構(gòu)，晶胞分子數(shù)：4；摩爾質(zhì)量：

m0=97.39設(shè)：晶胞體積為V0Zn+2S-2第十五頁，共五十六頁。2023/5/1習(xí)題3:(P109)2.分析純金屬生長形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系。正的溫度梯度：晶體在生長過程中，若固液界面出現(xiàn)偶然的凸出，前端過冷度較小，生長慢，根部過冷度較大長大快，凸出消除。平面推移。負的溫度梯度：若固液界面出現(xiàn)偶然的凸出，凸出前端過冷度較大，生長更快，有利于枝桿縱深發(fā)展。樹枝晶長大。第十六頁，共五十六頁。2023/5/14.試分析單晶體形成的基本條件超純和小的過冷度，以控制形核；籽晶引種有利于單晶形成。第十七頁，共五十六頁。2023/5/1純Ni平衡結(jié)晶,已知TNi=1726K，△T=319℃

Lm=18075/6.6=2739J/cm3，r*=1nm。

求σ、△G*。TLmTmrD=s2*2223316*TLTGmmD=Dps第十八頁，共五十六頁。2023/5/16.簡述純金屬晶體長大機制與S/L界面結(jié)構(gòu)的關(guān)系粗糙界面:垂直長大機制對于α<2的材料，粗糙界面能量較低，為了維持晶體在生長過程中界面處于穩(wěn)定狀態(tài)，液相原子將隨機地垂直進入L/S界面，使晶體連續(xù)地垂直界面生長。光滑界面:橫向長大機制對于α>2的材料，光滑界面能量較低，為了維持晶體在長大過程中平面界面結(jié)構(gòu)不至于破壞，需以二維晶核和螺型位錯長大機制。第十九頁，共五十六頁。2023/5/1習(xí)題4-1：（P188）⑴.平衡結(jié)晶過程Ⅰ合金溫度轉(zhuǎn)變組成

>1－L1～2

L→αL+α

<2α→βⅡ

α+βⅡ

室溫相：α+β室溫組織：α+βⅡ

ABT℃αβⅠⅡL52050809012122.相圖分析T℃t→12L→α第二十頁，共五十六頁。2023/5/1Ⅱ合金：溫度轉(zhuǎn)變組成>1－L1～2

L→β先

L+β2L→(β＋α)共

L+β+α<2-β＋(β＋α)共室溫相：α+β室溫組織：β先＋(β＋α)共ABT℃αβⅠⅡL5205080901212T℃t→12L→βL→(β＋α)第二十一頁，共五十六頁。2023/5/1⑵.計算相對量Ⅰ合金：室溫相：α+β室溫組織：α+βⅡABT℃αβⅠⅡL5205080901212室溫相與組織組成物相對量相同第二十二頁，共五十六頁。2023/5/1Ⅱ合金：室溫相：α+β室溫組織：β先＋(β＋α)共ABT℃αβⅠⅡL5205080901212第二十三頁，共五十六頁。2023/5/1⑶.求合金成分ABT℃αβL52050x90⑷.快速冷卻組織的差異Ⅰ合金：出現(xiàn)離異共晶。Ⅱ合金：共晶體相對量增加，組織更細小。ABT℃αβⅠⅡL5205080901212第二十四頁，共五十六頁。2023/5/13.分析Ti-W合金平衡與非平衡冷卻過程Ⅰ合金：平衡結(jié)晶溫度轉(zhuǎn)變組成

>1-L1～2L→βL＋β2L+β→αL+β+α2～3L余→αL+α3～4-α

<4α→βⅡα＋β室溫組織：α＋βⅡ

非平衡組織：因包晶反應(yīng)不充分，可能有少量β殘留。TiW4093LαβL+αL+βα+βT℃ⅡⅠ123412第二十五頁，共五十六頁。2023/5/1Ⅱ合金：平衡結(jié)晶溫度轉(zhuǎn)變組成

>1-L1～2L→βL＋β

<2β→αⅡ

β+α室溫組織：β＋αⅡ非平衡結(jié)晶：β晶界處會出現(xiàn)少量的包晶α室溫組織：β＋α包＋αⅡTiW4093LαβL+αL+βα+βT℃ⅡⅠ123412第二十六頁，共五十六頁。2023/5/14.計算并分析Al-Cu合金順序凝固組織分布分析：隨α凝固L/S界面右移，液體中溶質(zhì)Cu越來越高，當(dāng)濃度達33.2％時，隨后的液體全部轉(zhuǎn)變成共晶（α+β）。已知：

Lαβα+β5.6333.252.5548℃660.37℃591℃AlCu→565.65αLL/S第二十七頁，共五十六頁。2023/5/1根據(jù)：當(dāng)凝固分數(shù)時，CL=33.2%，L余→(α+β)。α相起始濃度為K0C0=0.96%終點濃度為：α(α+β)CSC0=5.6533.20.965.63z第二十八頁，共五十六頁。2023/5/15.分析Cu-Zn相圖902℃包晶L+α→β835℃包晶L+β→γ700℃包晶L+γ→δ598℃包晶L+δ→ε558℃共析δ→γ+ε424℃包晶L+ε

→η溫度轉(zhuǎn)變組成>1-L1～2L→βL+β2～3-β

<3β→αⅡα+β室溫相：α+β室溫組織：β+αⅡ第二十九頁，共五十六頁。2023/5/1Zn%→αβLα+βCu40tT℃L→ββ→αⅡ冷卻曲線第三十頁，共五十六頁。2023/5/1習(xí)題4-2：（P188）6.繪制Au-V相圖AuV12001000140020008060402016001800αβγL第三十一頁，共五十六頁。2023/5/17.Fe-Fe3C相圖計算相對量A

CDEFG

912℃SPQ1148℃727℃LA4.3%2.11%0.0218%6.69%LdFP0.77%Ld’KP+FP+Fe3CⅡP+Fe3CⅡ+Ld’Ld’+Fe3CⅠBHJN4%第三十二頁，共五十六頁。2023/5/1室溫組織：P+Fe3CⅡ+Ld’P中:第三十三頁，共五十六頁。2023/5/1Ld’中:共析Fe3C共晶Fe3CFe3CⅡ第三十四頁，共五十六頁。2023/5/19.汽車擋泥板應(yīng)選用高碳鋼還是低碳鋼制造？應(yīng)選低碳鋼。因為擋泥板對強度硬度要求不高，低碳鋼塑性韌性好，易于軋制成型。第三十五頁，共五十六頁。2023/5/110.求20鋼800℃時的相組成、成分及相對量。相組成：A+FA成分：F成分：相對量：Fewc%AF9107270.02180.778000.2第三十六頁，共五十六頁。2023/5/1W習(xí)題5：（P189）12.

(1)標(biāo)出X、Y、Z合金位置X：wPb=0.75,wSn=0.15,wZn=0.10Y：wPb=0.50,wSn=0.30,wZn=0.20Z：wPb=0.10,wSn=0.10,wZn=0.80ZnPbSnXYZW合金：wPb=0.34，wSn=0.18，wZn=0.48第三十七頁，共五十六頁。2023/5/1(2)將2KgX、4KgY、6KgZ混合得合金WW合金成分：第三十八頁，共五十六頁。2023/5/1（3）問用3KgX與什么合金混合可得6KgY?由直線定理：用3KgM合金混合可得6KgY合金M合金：wPb=0.25，wSn=0.45，wZn=0.30ZnPbSnXYZWM第三十九頁，共五十六頁。2023/5/114.簡單三元共晶相圖分析①合金：單(L)→雙(L+A)→三(L+A+C)→四(L+A+B+C)→三(A+B+C)L→A初L→(A+C)共L→(A+B+C)共室溫組織：A+(A+C)共+(A+B+C)共ABCEe1e2e3①②③④⑤(A+B+C)(A+C)A第四十頁，共五十六頁。2023/5/1L→A初L→(A+C)共L→(A+B+C)共TELtT℃第四十一頁，共五十六頁。2023/5/1②合金室溫組織：C+(A+C)共+(A+B+C)共③合金室溫組織：C+(B+C)共+(A+B+C)共④合金室溫組織：B+(B+C)共+(A+B+C)共⑤合金室溫組織：B+(A+B)共+(A+B+C)共ABCEe1e2e3①②③④⑤第四十二頁，共五十六頁。2023/5/116.Al-Cu-Mg相圖分析合金X初生相為α，開始凝固溫度約為620℃。合金Y初生相為S，開始凝固溫度約為530℃。四個交點：ET：L→α+θ+SP1:L+Q→S+TP2:L+S→α+TEu:L→α+β+TEuθαSQβTγAlCu→Mg→ETP1P2YX合金X：wCu=0.15，wMg=0.05合金Y：wCu=0.20，wMg=0.20第四十三頁，共五十六頁。2023/5/118.分析2Cr13、4Cr13和Cr12凝固過程①②③第四十四頁，共五十六頁。2023/5/12Cr13：溫度轉(zhuǎn)變組織1～2L→α初

L+α

2～3L+α→γL+α+γ3～4α→γ

α+γ4～5－γ5～6γ→(α+C3)γ+(α+C3)<6α→C3(α+C3)+C3室溫組織：(α+C3)共+C3特點：碳化物最少。后續(xù)處理：加熱至4～5溫度奧氏體化后快冷，可提高防銹能力。第四十五頁，共五十六頁。2023/5/14Cr13：溫度轉(zhuǎn)變組織1～2L→α初

L+α

2～3L+α→γL+α+γ3～4L→γL+γ4～5－γ5～6γ→C2γ+C26～7γ+C2→C3

γ+C2+C37～8γ→C3γ+C38～9γ→(α+C3)γ+(α+C3)<9α→C3(α+C3)+C3

室溫組織：(α+C3)共+C3特點：碳化物較2Cr13多，防銹能力較差，切削性能好。第四十六頁，共五十六頁。2023/5/1Cr12溫度轉(zhuǎn)變組織1～2L→γ初

L+γ

2～3L余→（γ+C2）L+γ初＋(γ+C2)3～4γ→C2

(γ+C2)+[(γ+C2)+C2]4～5γ→α＋C2

γ+α＋C2<5α→C2

α+C2室溫組織：(α+C2)+[(α+C2)+C2]+C2特點：碳化物最多，非不銹鋼，模具鋼。第四十七頁，共五十六頁。2023/5/1習(xí)題6：（P209）2.穩(wěn)態(tài)擴散問題:已知:700℃N在Fe中求:單位時間通過鐵膜片的N原子總量。30mm0.01mm1000mol/m3100mol/m3J第四十八頁，共五十六頁。2023/5/13.已知Zn2+、Cr3+在ZnCr2O4中擴散系數(shù)為：求：1403k時的擴散系數(shù)Cr2O3ZnO標(biāo)記向Cr2O3方向移動第四十九頁，共五十六頁。2023/5/17.Fe-O相圖分析C6C1C2C3C4C5T℃FeO%30222426286008001000α-Fe+FeOγ-Fe+FeOFeOFe3O4Fe2O3C1C6C2C3C4C5xFeOFe2O3Fe3O4γ-Fe1