晶體結(jié)構(gòu)習(xí)題

第二章晶體結(jié)構(gòu)與晶體中的缺陷1、證明等徑圓球面心立方最密堆積的空隙率為25.9％。解：設(shè)球半徑為a，那么球的體積為4/3πa3，求的z=4，那么球的總體積〔晶胞〕4×4/3πa3，立方體晶胞體積：，空間利用率=球所占體積/空間體積=74.1%，空隙率=1-74.1%=25.9%。2、金屬鎂原子作六方密堆積，測(cè)得它的密度為1.74克/厘米3，求它的晶胞體積。解：ρ=m/V=1.74g/cm3，V=1.37×10-22。3、根據(jù)半徑比關(guān)系，說(shuō)明以下離子與O2-配位時(shí)的配位數(shù)各是多少?解：Si4+

4；K+

12；Al3+

6；Mg2+

6。4、一個(gè)面心立方緊密堆積的金屬晶體，其原子量為M，密度是8.94g/cm3。試計(jì)算其晶格常數(shù)和原子間距。解：根據(jù)密度定義，晶格常數(shù)原子間距=5、試根據(jù)原子半徑R計(jì)算面心立方晶胞、六方晶胞、體心立方晶胞的體積。解：面心立方晶胞：六方晶胞〔1/3〕：體心立方晶胞：6、MgO具有NaCl結(jié)構(gòu)。根據(jù)O2-半徑為0.140nm和Mg2+半徑為0.072nm，計(jì)算球狀離子所占據(jù)的體積分?jǐn)?shù)和計(jì)算MgO的密度。并說(shuō)明為什么其體積分?jǐn)?shù)小于74.05%？解：在MgO晶體中，正負(fù)離子直接相鄰，a0=2(r++r-)=0.424(nm)體積分?jǐn)?shù)=4×(4π/3)×(0.143+0.0723)/0.4243=68.52%密度=4×(24.3+16)/[6.023×1023×(0.424×10-7)3]=3.5112(g/cm3)MgO體積分?jǐn)?shù)小于74.05%，原因在于r+/r-=0.072/0.14=0.4235>0.414，正負(fù)離子緊密接觸，而負(fù)離子之間不直接接觸，即正離子將負(fù)離子形成的八面體空隙撐開(kāi)了，負(fù)離子不再是緊密堆積，所以其體積分?jǐn)?shù)小于等徑球體緊密堆積的體積分?jǐn)?shù)74.05%。7、半徑為R的球，相互接觸排列成體心立方結(jié)構(gòu)，試計(jì)算能填入其空隙中的最大小球半徑r。體心立方結(jié)構(gòu)晶胞中最大的空隙的坐標(biāo)為〔0，1/2，1/4〕。解：在體心立方結(jié)構(gòu)中，同樣存在八面體和四面體空隙，但是其形狀、大小和位置與面心立方緊密堆積略有不同〔如圖2-1所示〕。設(shè)：大球半徑為R，小球半徑為r。那么位于立方體面心、棱心位置的八面體空隙能夠填充的最大的小球尺寸為：位于立方體〔0.5,0.25,0〕位置的四面體空隙能夠填充的最大的小球尺寸為：圖2-1體心立方結(jié)構(gòu)8、純鐵在912℃由體心立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成面心立方，體積隨之減小1.06%。根據(jù)面心立方結(jié)構(gòu)的原子半徑R面心計(jì)算體心立方結(jié)構(gòu)的原子半徑R體心。解：因?yàn)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)中，單位晶胞4個(gè)原子，；而體心立方結(jié)構(gòu)中，單位晶胞2個(gè)原子，所以，解得：RF=1.0251RI，或RI=0.9755RF9、有效離子半徑可通過(guò)晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定算出。在下面NaCl型結(jié)構(gòu)晶體中，測(cè)得MgS的晶胞參數(shù)為a=0.52nm(在這種結(jié)構(gòu)中，陰離子是相互接觸的)。假設(shè)CaS(a=0.567nm)、CaO(a=0.48nm)和MgO(a=0.42nm)為一般陽(yáng)離子—陰離子接觸，試求這些晶體中各離子的半徑。解：∵M(jìn)gS中a=5.20，陰離子相互接觸，a=，∴=1.84；∵CaS中a=5.67，陰－陽(yáng)離子相互接觸，a=2(r++r-)，∴=0.95；∵CaO中a=4.80，陰－陽(yáng)離子相互接觸，a=2(r++r-)，∴=1.40；∵M(jìn)gO中a=4.20，陰－陽(yáng)離子相互接觸，a=2(r++r-)，∴=0.7010、氟化鋰(LiF)為NaCl型結(jié)構(gòu)，測(cè)得其密度為2.6g／cm3，根據(jù)此數(shù)據(jù)計(jì)算晶胞參數(shù)，并將此值與你從離子半徑計(jì)算得到數(shù)值進(jìn)行比擬。解：LiF為NaCl型結(jié)構(gòu)，Z=4，，，，根據(jù)離子半徑，。11、Li2O的結(jié)構(gòu)是O2-作面心立方堆積，Li+占據(jù)所有四面體空隙位置。求：(1)計(jì)算四面體空隙所能容納的最大陽(yáng)離子半徑，并與書末附表Li+半徑比擬，說(shuō)明此時(shí)O2-能否互相接觸。(2)根據(jù)離子半徑數(shù)據(jù)求晶胞參數(shù)。(3)求Li2O的密度。解：〔1〕如圖2-2是一個(gè)四面體空隙，O為四面體中心位置。，，，，∽，，，查表知+=0.68>0.301，∴O2-不能互相接觸；〔2〕體對(duì)角線==4(r++r-)，a=4.665；〔3〕ρ=m/V=1.963g/cm3圖2-2四面體空隙12、MgO和CaO同屬NaCl型結(jié)構(gòu)，而它們與水作用時(shí)，那么CaO要比MgO活潑，試解釋之。解：與，>，使CaO結(jié)構(gòu)較MgO疏松，H2O易于進(jìn)入，所以活潑。13、根據(jù)CaF2晶胞圖畫出CaF2晶胞的投影圖。解：如圖2-3。圖2-314、算一算CdI2晶體中的I-及CaTiO3晶體中O2-的電價(jià)是否飽和。解：CdI2晶體，Cd2+：CN=6，I-與三個(gè)在同一邊的Cd2+相連；I-：CN=3，，I-電價(jià)飽和；CaTiO3晶體，Ca2+：CN=12，Ti4+：CN=6，O2-[OTi2Ca4]：CN=6；，O2-電價(jià)飽和。15、(1)畫出O2-作而心立方堆積時(shí)，各四面體空隙和八面體空隙的所在位置(以一個(gè)晶胞為結(jié)構(gòu)基元表示出來(lái))；(2)計(jì)算四面體空隙數(shù)、八而休空隙數(shù)與O2-數(shù)之比；(3)根據(jù)電價(jià)規(guī)那么，在下面情況下，空隙內(nèi)各需填入何種價(jià)數(shù)的陽(yáng)離子，并對(duì)每一種結(jié)構(gòu)舉出—個(gè)例子。=1\*ROMANI．所有四面體空隙位置均填滿；=2\*ROMANII．所有八而體空隙位置均填滿；=3\*ROMANIII．填滿—半四面體空隙位置；=4\*ROMANIV．填滿—半八面休空隙位置。解：〔1〕略；〔2〕四面體空隙數(shù)/O2-數(shù)=2：1，八面體空隙數(shù)/O2-數(shù)=1：1；〔3〕=1\*ROMANI．CN=4，z+/4×8=2，z+=1，Na2O，Li2O；=2\*ROMANII．CN=6，z+/6×6=2，z+=2，F(xiàn)eO，MnO；=3\*ROMANIII．CN=4，z+/4×4=2，z+=4，ZnS，SiC；=4\*ROMANIV．CN=6，z+/6×3=2，z+=4，MnO2。16、以下硅酸鹽礦物各屬何種結(jié)構(gòu)類型：Mg2[SiO4]，K[AlSi3O8]，CaMg[Si2O6]，Mg3[Si4O10](OH)2，Ca2Al[AlSiO7]解：島狀；架狀；單鏈；層狀〔復(fù)網(wǎng)〕；組群〔雙四面體〕。17、石棉礦如透閃石Ca2Mg5[Si4O11](OH)2具有纖維狀結(jié)晶習(xí)性，而滑石Mg2[Si4O10](OH)2卻具有片狀結(jié)晶習(xí)性，試解釋之。解：透閃石雙鏈結(jié)構(gòu)，鏈內(nèi)的Si-O鍵要比鏈間的Ca-O、Mg-O鍵強(qiáng)很多，所以很容易沿鏈間結(jié)合力較弱處劈裂成為纖維狀；滑石復(fù)網(wǎng)層結(jié)構(gòu)，復(fù)網(wǎng)層由兩個(gè)[SiO4]層和中間的水鎂石層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，復(fù)網(wǎng)層與復(fù)網(wǎng)層之間靠較弱的分子間作用力聯(lián)系，因分子間力弱，所以易沿分子間力聯(lián)系處解理成片狀。18、石墨、滑石和高嶺石具有層狀結(jié)構(gòu)，說(shuō)明它們結(jié)構(gòu)的區(qū)別及由此引起的性質(zhì)上的差異。解：石墨中同層C原子進(jìn)行SP2雜化，形成大鍵，每一層都是六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于間隙較大，電子可在同層中運(yùn)動(dòng)，可以導(dǎo)電，層間分子間力作用，所以石墨比擬軟。19、(1)在硅酸鹽晶體中，Al3+為什么能局部置換硅氧骨架中的Si4+；(2)Al3+置換Si4+后，對(duì)硅酸鹽組成有何影響?(3)用電價(jià)規(guī)那么說(shuō)明Al3+置換骨架中的Si4+時(shí)，通常不超過(guò)一半，否那么將使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。解：(1)Al3+可與O2-形成[AlO4]5-；Al3+與Si4+處于第二周期，性質(zhì)類似，易于進(jìn)入硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中與Si4+發(fā)生同晶取代，由于鮑林規(guī)那么，只能局部取代；(2)Al3+置換Si4+是局部取代，Al3+取代Si4+時(shí)，結(jié)構(gòu)單元[AlSiO4][ASiO5]，失去了電中性，有過(guò)剩的負(fù)電荷，為了保持電中性，將有一些半徑較大而電荷較低的陽(yáng)離子如K+、Ca2+、Ba2+進(jìn)入結(jié)構(gòu)中；〔3〕設(shè)Al3+置換了一半的Si4+，那么O2-與一個(gè)Si4+一個(gè)Al3+相連，陽(yáng)離子靜電鍵強(qiáng)度=3/4×1+4/4×1=7/4，O2-電荷數(shù)為-2，二者相差為1/4，假設(shè)取代超過(guò)一半，二者相差必然>1/4，造成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。20、說(shuō)明以下符號(hào)的含義：VNa，VNa’，VCl?，.(VNa’VCl?)，CaK?，CaCa，Cai??解：鈉原子空位；鈉離子空位，帶一個(gè)單位負(fù)電荷；氯離子空位，帶一個(gè)單位正電荷；最鄰近的Na+空位、Cl-空位形成的締合中心；Ca2+占據(jù)K.位置，帶一個(gè)單位正電荷；Ca原子位于Ca原子位置上；Ca2+處于晶格間隙位置。21、寫出以下缺陷反響式：(1)NaCl溶入CaCl2中形成空位型固溶體；(2)CaCl2溶入NaC1中形成空位型固溶體；(3)NaCl形成肖脫基缺陷；(4)AgI形成弗侖克爾缺陷(Ag+進(jìn)入間隙)。解：(1)NaClNaCa’+ClCl+VCl·(2)CaCl2CaNa·+2ClCl+VNa’(3)OVNa’+VCl·(4)AgAgVAg’+Agi·22、什么是肖特基缺陷、弗蘭克爾缺陷？他們屬于何種缺陷，發(fā)生缺陷時(shí)位置數(shù)是否發(fā)生變化？答：肖特基缺陷：晶體的結(jié)構(gòu)基元，從正常的結(jié)點(diǎn)位置上位移到晶體的外表而正常位置上出現(xiàn)了空位，這種缺陷即是。位置數(shù)增殖，體積增大。弗蘭克爾缺陷：晶體結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)基元，從正常的結(jié)點(diǎn)位置上位移到晶體的間隙位置上，而正常位置上出現(xiàn)了空位，這種缺陷即是。位置數(shù)不增殖，體積不增大。23、試寫出少量MgO摻雜到Al2O3中和少量YF3摻雜到CaF2中的缺陷方程?！瞐〕判斷方程的合理性?！瞓〕寫出每一方程對(duì)應(yīng)的固溶式。解：〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕〔a〕書寫缺陷方程首先考慮電價(jià)平衡，如方程〔1〕和〔4〕。在不等價(jià)置換時(shí)，3Mg2+→2Al3+；2Y3+→3Ca2+。這樣即可寫出一組缺陷方程。其次考慮不等價(jià)離子等量置換，如方程〔2〕和〔3〕2Mg2+→2Al3+；Y3+→Ca2+。這樣又可寫出一組缺陷方程。在這兩組方程中，從結(jié)晶化學(xué)的晶體穩(wěn)定性考慮，在離子晶體中除螢石型晶體結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生間隙型固溶體以外，由于離子晶體中陰離子緊密堆積，間隙陰離子或陽(yáng)離子都會(huì)破壞晶體的穩(wěn)定性。因而間隙型缺陷在離子晶體中〔除螢石型〕較少見(jiàn)。上述四個(gè)方程以〔2〕和〔3〕較合理。當(dāng)然正確的判斷必須用固溶體密度測(cè)定法來(lái)決定?！瞓〕(1)(2)(3)(4)24、試寫出以下缺陷方程〔每組寫出二種〕，并判斷是否可以成立，同時(shí)簡(jiǎn)單說(shuō)明理由?！?〕〔2〕〔3〕解：1、〔1〕兩種缺陷反響方程式為：A、B、其中A可以成立，因?yàn)镹aCl型的MgO晶體，只有較小的四面體空隙未被陽(yáng)離子占據(jù)，Al3+離子填隙會(huì)破壞晶體的穩(wěn)定性?！?〕兩種缺陷反響方程式為：A、B、A、B兩種都可能成立，其中在較低溫度下，以A方式固溶；在高溫下〔>1800℃〕，以B方式固溶。因?yàn)閆rO2為螢石型結(jié)構(gòu)，在高溫下具有較大的立方體和八面體空隙，能夠形成填隙型缺陷?！?〕兩種缺陷反響方程式為：A、B、A可能性較大。因螢石晶體中存較多的八面體空隙，F(xiàn)-離子半徑較小，形成填隙型固溶體比擬穩(wěn)定。25、試述晶體結(jié)構(gòu)中點(diǎn)缺陷的類型。以通用的表示法寫出晶體中各種點(diǎn)缺陷的表示符號(hào)。試舉例寫出CaCl2中Ca2+置換KCl中K+或進(jìn)入到KCl間隙中去的兩種點(diǎn)缺陷反響表示式。解：晶體結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)缺陷類型共分為：間隙原子、空位和雜質(zhì)原子等三種。在MX晶體中，間隙原子的表示符號(hào)為Mi或Xi；空位缺陷的表示符號(hào)為：VM或VX。如果進(jìn)入MX晶體的雜質(zhì)原子是A，那么其表示符號(hào)可寫成：AM或AX〔取代式〕以及Ai〔間隙式〕。當(dāng)CaCl2中Ca2+置換KCl中K+而出現(xiàn)點(diǎn)缺陷，其缺陷反響式如下：CaCl2中Ca2+進(jìn)入到KCl間隙中而形成點(diǎn)缺陷的反響式為：26、在缺陷反響方程式中，所謂位置平衡、電中性、質(zhì)量平衡是指什么？解：位置平衡是指在化合物MaXb中，M格點(diǎn)數(shù)與X格點(diǎn)數(shù)保持正確的比例關(guān)系，即M:X=a:b。電中性是指在方程式兩邊應(yīng)具有相同的有效電荷。質(zhì)量平衡是指方程式兩邊應(yīng)保持物質(zhì)質(zhì)量的守恒。27、TiO2-x和Fe1-xO分別為具有陰離子空位和陽(yáng)離子空位的非化學(xué)計(jì)量化合物。試說(shuō)明其導(dǎo)電率和密度隨氧分壓PO2變化的規(guī)律〔以缺陷方程幫助說(shuō)明〕。答：〔1〕TiO2-x的缺陷反響方程為：根據(jù)質(zhì)量守恒定律可得，故其密度隨氧分壓增加而增加，而電導(dǎo)率隨氧分壓的增加而減小，與氧分壓的1/6次方成反比?！?〕Fe1-xO缺陷反響方程式為：，或根據(jù)質(zhì)量守恒定律可得，故其密度隨氧分壓增加而下降，而電導(dǎo)率隨氧分壓的增加而增加，與氧分壓的1/6次方成正比。28、對(duì)某晶體的缺陷測(cè)定生成能為84KJ/mol，計(jì)算該晶體在1000K和1500K時(shí)的缺陷濃度。解：根據(jù)熱缺陷濃度公式：由題意△G=84KJ/mol=84000J/mol那么其中R=8.314J/mol·K當(dāng)T1=1000K時(shí)，當(dāng)T2=1500K時(shí)，29、試寫出在以下二種情況，生成什么缺陷？缺陷濃度是多少？〔a〕在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡紅寶石；〔b〕在Al2O3中，添加0.5mol%的NiO，生成黃寶石。解：〔a〕在Al2O3中，添加0.01mol%的Cr2O3，生成淡紅寶石的缺陷反響式為：生成置換式雜質(zhì)原子點(diǎn)缺陷。其缺陷濃度為：0.01%×＝0.004%＝4×10-3%〔b〕當(dāng)添加0.5mol%的NiO在Al2O3中，生成黃寶石的缺陷反響式為：生成置換式的空位點(diǎn)缺陷。其缺陷濃度為：0.5%×＝0.3%30、非化學(xué)計(jì)量缺陷的濃度與周圍氣氛的性質(zhì)、壓力大小相關(guān)，如果增大周圍氧氣的分壓，非化學(xué)計(jì)量化合物Fe1-xO及Zn1+xO的密度將發(fā)生怎樣變化？增大？減少？為什么？解：〔a〕非化學(xué)計(jì)量化合物Fe1-xO，是由于正離子空位，引起負(fù)離子過(guò)剩：按質(zhì)量作用定律，平衡常數(shù)由此可得：即：鐵空位的濃度和氧分壓的1/6次方成正比，故當(dāng)周圍分壓增大時(shí)，鐵空位濃度增加，晶體質(zhì)量減小，那么Fe1-xO的密度也將減小?！瞓〕非化學(xué)計(jì)量化合物Zn1+xO，由于正離子填隙，使金屬離子過(guò)剩：根據(jù)質(zhì)量作用定律得[]即：間隙離子的濃度與氧分壓的1/6次方成反比，故增大周圍氧分壓，間隙離子濃度減小，晶體質(zhì)量減小，那么Zn1+xO的密度也將減小。31、非化學(xué)計(jì)量氧化物TiO2-x的制備強(qiáng)烈依賴于氧分壓和溫度：〔a〕試列出其缺陷反響式。〔b〕求其缺陷濃度表達(dá)式。解：非化學(xué)計(jì)量氧化物TiO2-x，其晶格缺陷屬于負(fù)離子缺位而使金屬離子過(guò)剩的類型?！瞐〕缺陷反響式為：或〔b〕缺陷濃度表達(dá)式：32、〔a〕在MgO晶體中，肖特基缺陷的生成能為6eV，計(jì)算在25℃和1600℃時(shí)熱缺陷的濃度?！瞓〕如果MgO晶體中，含有百萬(wàn)分之一mol的Al2O3雜質(zhì)，那么在1600℃時(shí)，MgO晶體中是熱缺陷占優(yōu)勢(shì)還是雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)？說(shuō)明原因。解：〔a〕根據(jù)熱缺陷濃度公式：由題意△G=6ev=6×1.602×10-19=9.612×10-19JK=1.38×10-23J/KT1=25+273=298KT2=1600+273=1873K298K：1873K：9〔b〕在MgO中參加百萬(wàn)分之一的Al2O3雜質(zhì)，缺陷反響方程為：此時(shí)產(chǎn)生的缺陷為[]雜質(zhì)。而由上式可知：[Al2O3]=[]雜質(zhì)∴當(dāng)參加10-6Al2O3時(shí)，雜質(zhì)缺陷的濃度為[]雜質(zhì)=[Al2O3]=10-6由〔a〕計(jì)算結(jié)果可知：在1873K，[]熱=8×10-9顯然：[]雜質(zhì)＞[]熱，所以在1873K時(shí)雜質(zhì)缺陷占優(yōu)勢(shì)。33、對(duì)于刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)，區(qū)別其位錯(cuò)線方向、柏氏矢量和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向的特點(diǎn)。解：刃位錯(cuò)：位錯(cuò)線垂直于，位錯(cuò)線垂直于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向；螺位錯(cuò)：位錯(cuò)線平行于，位錯(cuò)線平行于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向。34、有兩個(gè)相同符號(hào)的刃位錯(cuò)，在同一滑移面上相遇，它們將是排斥還是吸引？答：排斥，張應(yīng)力重疊，壓應(yīng)力重疊。35、晶界對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)將發(fā)生怎么樣的影響？能預(yù)計(jì)嗎？答：晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。36、晶界有小角度晶界與大角度晶界之分，大角度晶界能用位錯(cuò)的陣列來(lái)描述嗎？答：不能，在大角度晶界中，原子排列接近于無(wú)序的狀態(tài)，而位錯(cuò)之間的距離可能只有一、兩個(gè)原子的大小，不適用于大角度晶界。37、從化學(xué)組成、相組成考慮，試比擬固溶體與化合物、機(jī)械混合物的差異。解：固溶體機(jī)械混合物化合物形成原因以原子尺寸“溶解”生成粉末混合原子間相互反映生成相數(shù)單相均勻多相單相均勻化學(xué)計(jì)量不遵守定比定律遵守定比定律化學(xué)組成不確定有幾種混合物就有多少化學(xué)組成確定38、對(duì)磁硫鐵礦進(jìn)行化學(xué)分析：按分析數(shù)據(jù)的Fe／S計(jì)算，得出兩種可能的成分：Fe1-xS和FeS1-x。前者意味著是Fe空位的缺陷結(jié)構(gòu)；后者是Fe被置換。設(shè)想用一種實(shí)驗(yàn)方法以確定該礦物究竟屬哪一類成分。答：Fe1-xS中存在Fe空位，VFe’’非化學(xué)計(jì)量，存在h·，P型半導(dǎo)體；FeS1-x中金屬離子過(guò)剩，存在S2-空位，存在e’，N型半導(dǎo)體；因Fe1-xS、FeS1-x分屬不同類型半導(dǎo)體，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其半導(dǎo)體性質(zhì)即可。39、說(shuō)明為什么只有置換型固溶體的兩個(gè)組份之間才能相互完全溶解，而填隙型固溶體那么不能。答：〔1〕晶體中間隙位置是有限的，容納雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)能力≤10%；〔2〕間隙式固溶體的生成，一般都使晶格常數(shù)增大，增加到一定的程度，使晶格變得不穩(wěn)定而離解；置換固溶體形成是同號(hào)離子交換位置，不會(huì)對(duì)接產(chǎn)生影響，所以可形成連續(xù)固溶體。40、在MgO-Al2O3和PbTiO3-PbZrO3中哪一對(duì)形成有限固溶體，哪一對(duì)形成無(wú)限固溶體，為什么?解：MgO-AL2O3：r大-r小/r大=15%，即rMg、rAl半徑相差大，MgO〔NaCl型〕、Al2O3〔剛玉〕結(jié)構(gòu)類型差異大，形成有限固溶體；PbTiO3-PbZrO3：形成無(wú)限固溶體，因?yàn)楸M管Ti4+、Zr4+半徑相差較大〔15.28〕,但都是〔ABO3〕鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，Ti4+、Zr4+都填充八面體空隙，該空隙體積較大，可填入的陽(yáng)離子的半徑r值可在一定范圍內(nèi)變化，而不至于使結(jié)構(gòu)變化。41、簡(jiǎn)述形成連續(xù)置換型固溶體的條件是什么？并舉一實(shí)例。答：形成連續(xù)置換型固溶體的條件：〔1〕離子尺寸因素。相互替代的兩離子尺寸應(yīng)滿足?！?〕晶體結(jié)構(gòu)類型相同?！?〕相互替代的兩個(gè)離子電價(jià)相同或復(fù)合替代離子電價(jià)總和相同?！?〕相互替代的兩個(gè)離子電負(fù)性相近。42、ZnO是六方晶系，a=0.3242nm，c=0.5195nm，每個(gè)晶胞中含2個(gè)ZnO分子，測(cè)得晶體密度分別為5.74，5.606g/cm3，求這兩種情況下各產(chǎn)生什么型式的固溶體？解：六方晶系的晶胞體積在兩種密度下晶胞的重量分別為W1=d1v=5.74×4.73×10-23=2.72×10-22(g)W2=d2v=5.606×4.73×10-23=2.65×10-22(g)理論上單位晶胞重=(g)∴密度是d1時(shí)為間隙型固溶體，是d2時(shí)為置換型固溶體。43、對(duì)于MgO、Al2O3和Cr2O3，其正、負(fù)離子半徑比分別為0.47、0.36和0.40。Al2O3和Cr2O3形成連續(xù)固溶體。(a)這個(gè)結(jié)果可能嗎？為什么？(b)試預(yù)計(jì)，在MgO－Cr2O3系統(tǒng)中的固溶度是有限還是很大？為什么？解：〔a〕Al2O3與Cr2O3有可能形成連續(xù)固溶體。因?yàn)椋孩佗诮Y(jié)構(gòu)類型相同，均屬剛玉型結(jié)構(gòu)?！瞓〕對(duì)于MgO－Cr2O3系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)類型相差較大，前者為NaCl型，后者為剛玉型。雖然，也不可能形成完全互溶的固溶體，而只能是有限固溶。44、Al2O3在MgO中將形成有限固溶體，在低共熔溫度1995℃時(shí)，約有18wt%Al2O3溶入MgO中，MgO單位晶胞尺寸減小。試預(yù)計(jì)以下情況下密度的變化。(a)Al3+為間隙離子；(b)Al3+為置換離子。解：〔a〕Al3+為間隙離子：缺陷反響為：〔1〕固溶式分子式：〔2〕〔b〕Al3+為置換離子：缺陷反響為：〔3〕固溶式分子式：〔4〕取100g試樣為基準(zhǔn)：〔為摩爾數(shù)〕mAl2O3==0.176(m為摩爾數(shù))mMgO==2.035∴MgO中固溶18%wt的Al2O3后的分子式為：2O3或Mg2.035Al0.352O2.563〔5〕〔5〕式各項(xiàng)除以2.563得Mg0.794Al0.137O〔6〕由〔6〕式得x=0.137代入〔2〕〔4〕式，對(duì)〔a〕有即Mg0.794Al0.137O〔b〕有Mg0.794Al0.137O設(shè)：固溶前后晶胞體積不變，那么密度變化為：〔PMgO，分別代表固溶前后密度〕所以，固溶后的密度小于固溶前的密度。45、用0.2molYF3參加CaF2中形成固溶體，實(shí)驗(yàn)測(cè)得固溶體的晶胞參數(shù)a=0.55nm，測(cè)得固溶體密度ρ=3.64g/cm3，試計(jì)算說(shuō)明固溶體的類型？〔元素的相對(duì)原子質(zhì)量：Y=88.90；Ca=40.08；F=19.00〕解：YF3參加CaF2的缺陷反響方程如下：(1)(2)方程〔1〕和〔2〕的固溶式：(1)Ca1-xYxF2+x(2)Ca(1-3/2x)YxF2按題意x=0.2代入上述固溶式得：間隙型固溶體分子式為Ca0.8Y0.2F2..2置換型固溶體分子式為Ca0.7Y0.2F2；它們的密度分別設(shè)為ρ1和ρ2。CaF2是螢石型晶體，單位晶胞內(nèi)含有4個(gè)螢石分子。ρ1==3.659〔g/cm3〕ρ2==3.346〔g/cm3〕由ρ1與ρ2計(jì)算值與實(shí)測(cè)密度ρ=3.64g/cm3比擬，ρ1值接近3.64g/cm3，因此0.2molYF3參加CaF2中形成間隙型固溶體。2-5以NaCl晶胞為例，試說(shuō)明面心立方緊密堆積中的八面體和四面體空隙的位置和數(shù)量。答：以NaCl晶胞中〔001〕面心的一個(gè)球〔Cl-離子〕為例，它的正下方有1個(gè)八面體空隙〔體心位置〕，與其對(duì)稱，正上方也有1個(gè)八面體空隙；前后左右各有1個(gè)八面體空隙〔棱心位置〕。所以共有6個(gè)八面體空隙與其直接相鄰，由于每個(gè)八面體空隙由6個(gè)球構(gòu)成，所以屬于這個(gè)球的八面體空隙數(shù)為6×1/6=1。在這個(gè)晶胞中，這個(gè)球還與另外2個(gè)面心、1個(gè)頂角上的球構(gòu)成4個(gè)四面體空隙〔即1/8小立方體的體心位置〕；由于對(duì)稱性，在上面的晶胞中，也有4個(gè)四面體空隙由這個(gè)參與構(gòu)成。所以共有8個(gè)四面體空隙與其直接相鄰，由于每個(gè)四面體空隙由4個(gè)球構(gòu)成，所以屬于這個(gè)球的四面體空隙數(shù)為8×1/4=2。2-6臨界半徑比的定義是：緊密堆積的陰離子恰好互相接觸，并與中心2-9MgO具有NaCl結(jié)構(gòu)。根據(jù)O2-半徑為0.140nm和Mg2+半徑為0.072nm，計(jì)算球狀離子所占據(jù)的體積分?jǐn)?shù)和計(jì)算MgO的密度。并說(shuō)明為什么其體積分?jǐn)?shù)小于74.05%？解：在MgO晶體中，正負(fù)離子直接相鄰，a0=2(r++r-)=0.424(nm)體積分?jǐn)?shù)=4×(4π/3)×(0.143+0.0723)/0.4243=68.52%密度=4×(24.3+16)/[6.023×1023×(0.424×10-7)3]=3.5112(g/cm3)MgO體積分?jǐn)?shù)小于74.05%，原因在于r+/r-=0.072/0.14=0.4235>0.414，正負(fù)離子緊密接觸，而負(fù)離子之間不直接接觸，即正離子將負(fù)離子形成的八面體空隙撐開(kāi)了，負(fù)離子不再是緊密堆積，所以其體積分?jǐn)?shù)小于等徑球體緊密堆積的體積分?jǐn)?shù)74.05%。2-10半徑為R的球，相互接觸排列成體心立方結(jié)構(gòu)，試計(jì)算能填入其空隙中的最大小球半徑r。體心立方結(jié)構(gòu)晶胞中最大的空隙的坐標(biāo)為〔0，1/2，1/4〕。解：在體心立方結(jié)構(gòu)中，同樣存在八面體和四面體空隙，但是其形狀、大小和位置與面心立方緊密堆積略有不同〔如圖2-3所示〕。設(shè)：大球半徑為R，小球半徑為r。那么位于立方體面心、棱心位置的八面體空隙能夠填充的最大的小球尺寸為：〔3〕溶質(zhì)分布：液、固相內(nèi)溶質(zhì)完全混合〔平衡凝固〕－a;固相不混合、液相完全混合－b;固相不混合、液相完全不混合－c；固相不混合、液相局部混合－d?！?〕區(qū)域熔煉〔上述溶質(zhì)分布規(guī)律的應(yīng)用〕5成分過(guò)冷及其對(duì)晶體生長(zhǎng)形態(tài)的影響〔1〕成分過(guò)冷：由成分變化與實(shí)際溫度分布共同決定的過(guò)冷。〔2〕形成：界面溶質(zhì)濃度從高到低－液相線溫度從低到高?！矆D示：溶質(zhì)分布曲線－勻晶相圖－液相線溫度分布曲線－實(shí)際溫度分布曲線－成分過(guò)冷區(qū)。〕〔3〕成分過(guò)冷形成的條件和影響因素條件：G/R<mC0(1-k0)/Dk0合金固有參數(shù)：m,k0;實(shí)驗(yàn)可控參數(shù)：G,R。〔4〕成分過(guò)冷對(duì)生長(zhǎng)形態(tài)的影響〔正溫度梯度下〕G越大，成分過(guò)冷越大－生長(zhǎng)形態(tài)：平面狀－胞狀－樹(shù)枝狀。第三節(jié)二元共晶相圖及合金凝固共晶轉(zhuǎn)變：由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)一定成分固相的轉(zhuǎn)變。共晶相圖：具有共晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。〔液態(tài)無(wú)限互溶、固態(tài)有限互溶或完全不溶，且發(fā)生共晶反響。共晶組織：共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物?！彩莾上嗷旌衔铩?相圖分析〔相圖三要素〕〔1〕點(diǎn)：純組元熔點(diǎn)；最大溶解度點(diǎn)；共晶點(diǎn)〔是亞共晶、過(guò)共晶成分分界點(diǎn)〕等?！?〕線：結(jié)晶開(kāi)始、結(jié)束線；溶解度曲線；共晶線等?！?〕區(qū)：3個(gè)單相區(qū)；3個(gè)兩相區(qū)；1個(gè)三相區(qū)。2合金的平衡結(jié)晶及其組織〔以Pb-Sn相圖為例〕〔1〕Wsn<19％的合金

①

凝固過(guò)程〔冷卻曲線、相變、組織示意圖〕。

②

二次相〔次生相〕的生成：脫溶轉(zhuǎn)變〔二次析出或二次再結(jié)晶〕。

③

室溫組織〔α＋βⅡ〕及其相對(duì)量計(jì)算?！?〕共晶合金

①

凝固過(guò)程〔冷卻曲線、相變、組織示意圖〕。②

共晶線上兩相的相對(duì)量計(jì)算。③

室溫組織〔α＋β＋αⅡ＋βⅡ〕及其相對(duì)量計(jì)算?！?〕亞共晶合金

①

凝固過(guò)程〔冷卻曲線、相變、組織示意圖〕。

②

共晶線上兩相的相對(duì)量計(jì)算。

③

室溫組織〔α＋βⅡ＋〔α＋β〕〕及其相對(duì)量計(jì)算。④

組織組成物與組織圖組織組成物：組成材料顯微組織的各個(gè)不同本質(zhì)和形態(tài)的局部。組織圖：用組織組成物填寫的相圖。3不平衡結(jié)晶及其組織〔1〕偽共晶

①

偽共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶組織。

②

形成原因：不平衡結(jié)晶。成分位于共晶點(diǎn)附近。

③

不平衡組織由非共晶成分的合金得到的完全共晶組織。共晶成分的合金得到的亞、過(guò)共晶組織?！矀喂簿^(qū)偏移〕〔2〕不平衡共晶①

不平衡共晶：位于共晶線以外成分的合金發(fā)生共晶反響而形成的組織。

②

原因：不平衡結(jié)晶。成分位于共晶線以外端點(diǎn)附件?！?〕離異共晶①

離異共晶：兩相別離的共晶組織。②

形成原因平衡條件下，成分位于共晶線上兩端點(diǎn)附近。不平衡條件下，成分位于共晶線外兩端點(diǎn)附。

③

消除：擴(kuò)散退火。4共晶組織的形成〔1〕共晶體的形成成分互惠－交替形核片間搭橋－促進(jìn)生長(zhǎng)兩相交替分布共晶組織〔2〕共晶體的形態(tài)粗糙－粗糙界面：層片狀〔一般情況〕、棒狀、纖維狀〔一相數(shù)量明顯少于另一相〕粗糙－平滑界面：具有不規(guī)那么或復(fù)雜組織形態(tài)〔由于兩相微觀結(jié)構(gòu)不同〕所需動(dòng)態(tài)過(guò)冷度不同，金屬相任意長(zhǎng)大，另一相在其間隙長(zhǎng)大。可得到球狀、針狀、花朵狀、樹(shù)枝狀共晶體。非金屬相與液相成分差異大。形成較大成分過(guò)冷，率先長(zhǎng)大，形成針狀、骨骼狀、螺旋狀、蜘蛛網(wǎng)狀的共晶體?！?〕初生晶的形態(tài)：金屬固溶體：粗糙界面－樹(shù)枝狀；非金屬相：平滑界面－規(guī)那么多面體。第四節(jié)二元包晶相圖包晶轉(zhuǎn)變：由一個(gè)特定成分的固相和液相生成另一個(gè)特點(diǎn)成分固相的轉(zhuǎn)變。包晶相圖：具有包晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。1相圖分析點(diǎn)、線、區(qū)。2平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織〔1〕包晶合金的結(jié)晶結(jié)晶過(guò)程：包晶線以下，L,

α對(duì)β過(guò)飽和－界面生成β－三相間存在濃度梯度－擴(kuò)散－β長(zhǎng)大－全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣?。室溫組織：β或β＋αⅡ。〔2〕成分在C-D之間合金的結(jié)晶結(jié)晶過(guò)程：α剩余；室溫組織：α＋β＋αⅡ＋βⅡ。3不平衡結(jié)晶及其組織異常α相導(dǎo)致包晶偏析〔包晶轉(zhuǎn)變要經(jīng)β擴(kuò)散。包晶偏析：因包晶轉(zhuǎn)變不能充分進(jìn)行而導(dǎo)致的成分不均勻現(xiàn)象?！钞惓＆孪嘤刹黄胶獍мD(zhuǎn)變引起。成分在靠近固相、包晶線以外端點(diǎn)附件。4包晶轉(zhuǎn)變的應(yīng)用〔1〕組織設(shè)計(jì)：如軸承合金需要的軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)的組織?！?〕晶粒細(xì)化。第五節(jié)其它類型的二元相圖自學(xué)內(nèi)容第六節(jié)鐵碳合金相圖一二元相圖的分析和使用〔1〕二元相圖中的幾何規(guī)律

①相鄰相區(qū)的相數(shù)差1〔點(diǎn)接觸除外〕－相區(qū)接觸法那么；

②三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點(diǎn)是平衡相的成分點(diǎn)。

③假設(shè)兩個(gè)三相區(qū)中有2個(gè)相同的相，那么兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)。

④單相區(qū)邊界線的延長(zhǎng)線應(yīng)進(jìn)入相鄰的兩相區(qū)?！?〕相圖分析步驟

①以穩(wěn)定的化合物分割相圖；

②確定各點(diǎn)、線、區(qū)的意義；

③分析具體合金的結(jié)晶過(guò)程及其組織變化注：虛線、點(diǎn)劃線的意義－尚未準(zhǔn)確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn)變線、有序－無(wú)序轉(zhuǎn)變線?！?〕相圖與合金性能的關(guān)系①

根據(jù)相圖判斷材料的力學(xué)和物理性能

②

根據(jù)相圖判斷材料的工藝性能鑄造性能：根據(jù)液固相線之間的距離XX越大，成分偏析越嚴(yán)重〔因?yàn)橐汗滔喑煞植町惔蟆?；X越大，流動(dòng)性越差〔因?yàn)橹d旺〕；X越大，熱裂傾向越大〔因?yàn)橐汗虄上喙泊娴臏貐^(qū)大〕。塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區(qū)的合金。熱處理性能：選擇具有固態(tài)相變或固溶度變化的合金。二鐵－碳合金相圖1組元和相〔1〕組元：鐵－石墨相圖：Fe,C;鐵－滲碳體相圖：Fe-Fe3C。相：L,

δ,A(γ),F(α),Fe3C(K)?！财涠x〕2相圖分析點(diǎn)：16個(gè)。線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線：GS,ES,PQ。區(qū)：5個(gè)單相區(qū)，7個(gè)兩相區(qū)，3個(gè)三相區(qū)。相圖標(biāo)注：相組成物標(biāo)注的相圖。組織組成物標(biāo)注的相圖。3合金分類：工業(yè)純鈦〔C%<0.0218%〕、碳鋼〔0.0218<C%<2.11%〕、鑄鐵〔C%>2.11%〕4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織〔1〕典型合金〔7種〕的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。〔2〕重要問(wèn)題：Fe3CⅠ,Fe3CⅡ,Fe3CⅢ

的意義及其最大含量計(jì)算。Ld-Ld`轉(zhuǎn)變。二次杠桿的應(yīng)用。5含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響〔1〕對(duì)平衡組織的影響〔隨C%提高〕組織：α＋Fe3CⅢ

Ld`＋Fe3CⅠ；相：α減少，F(xiàn)e3C增多；Fe3C形態(tài)：Fe3CⅢ〔薄網(wǎng)狀、點(diǎn)狀〕共析Fe3C〔層片狀〕Fe3CⅡ〔網(wǎng)狀〕共晶Fe3C〔基體〕Fe3CⅠ〔粗大片狀〕?！?〕對(duì)力學(xué)性能的影響強(qiáng)度、硬度升高，塑韌性下降。〔3〕對(duì)工藝性能的影響適合鍛造：C%<2.11%，可得到單相組織。適合鑄造：C%～4.3%。，流動(dòng)性好。適合冷塑變：C%<0.25%，變形阻力小。適合熱處理：0.0218~2.11，有固態(tài)相變。第七節(jié)相圖的熱力學(xué)解釋圖示講解第八節(jié)鑄錠組織及其控制1鑄錠組織〔1〕鑄錠三區(qū)：表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)?！?〕組織控制：受澆鑄溫度、冷卻速度、化學(xué)成分、變質(zhì)處理、機(jī)械振動(dòng)與攪拌等因素影響。2鑄錠缺陷〔1〕不銹鋼

①提高耐蝕性的途徑A、加Cr，提高基體的電極電位。B、加Cr、Al、Si，形成致密的鈍化膜。C、加Cr、Ni等，使其形成單相組織。

②典型馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼見(jiàn)表10-3?！?〕耐熱鋼

①耐熱性耐熱性是指高溫抗氧化性和熱強(qiáng)性〔高溫強(qiáng)度〕，熱強(qiáng)性用蠕變極限〔σ6000.1/1000〕和持久強(qiáng)度〔σ7001000〕來(lái)表征。

②提高耐熱性的途徑A、加Cr、Si、Al，形成致密的氧化膜，提高高溫抗氧化性。B、通過(guò)加合金元素提高原子間結(jié)合力，提高再結(jié)晶溫度、減慢原子的擴(kuò)散、增加組織的穩(wěn)定性來(lái)提高熱強(qiáng)性。

③按組織可分為：鐵素體型耐熱鋼、珠光體型耐熱鋼、馬氏體型耐熱鋼和奧氏體型耐熱鋼?！?〕耐磨鋼耐磨鋼是指在受到強(qiáng)烈摩擦、沖擊或巨大壓力時(shí)，表現(xiàn)出良好耐磨性的鋼種。典型耐磨鋼是高錳鋼，牌號(hào)為ZGMn13，其化學(xué)成分、熱處理、組織、性能特點(diǎn)及用途舉例見(jiàn)表10-3。表10-3特殊性能鋼鋼種馬氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼耐磨鋼典型牌號(hào)1Cr132Cr133Cr134Cr131Cr18Ni91Cr18Ni9TiZGMn13含碳量0.1-0.2%0.3-0.4%

≤0.12%1.0-1.4%合金元素Cr：提高基體電極電位，形成鈍化膜，從而提高耐蝕性Cr：提高基體電極電位，形成鈍化膜。Ni：使其呈單相奧氏體。Ti：防止晶間腐蝕Mn：使其能獲得單相奧氏體；增大鋼的加工硬化能力和韌性及作用最終熱處理淬火高溫回火淬火低溫回火固溶處理水韌處理組織回火索氏體回火馬氏體奧氏體奧氏體性能特點(diǎn)較好的耐蝕性，較高的強(qiáng)度和韌性較好的耐蝕性，較高的硬度和耐磨性良好的耐蝕性、塑韌性，良好的冷成型性的焊接性，加工硬化能力強(qiáng)，不能淬火強(qiáng)化，強(qiáng)度較低，有時(shí)產(chǎn)生晶間腐蝕在受到強(qiáng)烈摩擦、沖擊和巨大壓力時(shí)表現(xiàn)出良好的耐磨性和韌性用途舉例結(jié)構(gòu)零件，如汽輪機(jī)葉片等醫(yī)療器械、刃具等化工焊接件、耐酸容器、鍋爐汽輪機(jī)耐熱構(gòu)件等拖拉機(jī)履帶、挖掘機(jī)鏟齒、鐵路道叉鑄鐵1.鑄鐵的分類2.鑄鐵的石墨化〔1〕鑄鐵的石墨化過(guò)程第一階段包括從液態(tài)鐵水中直接析出石墨以及從奧氏體中析出二次石墨；第二階段包括共析轉(zhuǎn)變過(guò)程中形成的石墨?！?〕鑄鐵的石墨化程度與組織的關(guān)系見(jiàn)表10-4。表10-4共晶鑄鐵的石墨化程度與組織的關(guān)系石墨化程度得到的組織鑄鐵名稱第一階段第二階段完全石墨化完全石墨化鐵素體+石墨灰口鑄鐵未石墨化珠光體+石墨局部石墨化鐵素體+珠光體+石墨未石墨化未石墨化萊氏體白口鑄鐵局部石墨化未石墨化珠光體+二次滲碳+石墨+萊氏體麻口鑄鐵〔3〕影響石墨化的因素3.石墨對(duì)鑄鐵性能的影響石墨一方面破壞了基體的連續(xù)性，減少了實(shí)際承載面積；另一方面石墨邊緣會(huì)造成應(yīng)力集中，形成斷裂源。因此鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性都比鋼低。片狀石墨對(duì)基體削弱作用和應(yīng)力集中程度最大，而球狀石墨對(duì)基體的削弱作用和應(yīng)力程度較小。石墨的數(shù)量、大小和分布對(duì)鑄鐵性能也有顯著影響。4.常用普通鑄鐵的牌號(hào)、組織、性能特點(diǎn)和用途舉例見(jiàn)表10-5。5.鑄鐵的熱處理〔1〕熱處理只改變基體組織，不改變石墨形狀，其熱處理原理與鋼相似?！?〕灰口鑄鐵常用熱處理有：去應(yīng)力退火，消除白口、改善切削加工性的退火、外表淬火。〔3〕球墨鑄鐵中，石墨呈球狀，基體強(qiáng)度利用率高，因而熱處理強(qiáng)化效果好，可進(jìn)行多種熱處理來(lái)提高性能。常用熱處理有：退火、正火、調(diào)質(zhì)處理和等溫淬火等。有色金屬及其合金1.鋁及其合金〔1〕鋁合金的分類和編號(hào)〔2〕鋁合金的時(shí)效強(qiáng)化表10-5常用普通鑄鐵的牌號(hào)、組織、性能特點(diǎn)及用途舉例種類牌號(hào)表示方法組織性能特點(diǎn)用途舉例灰口鑄鐵HT×××

α+片狀石墨α+片狀石墨P

α+P+片狀石墨抗拉強(qiáng)度、塑性韌性低，抗壓強(qiáng)度高。良好的鑄造性，切削加工性、減摩性、消震性和低的缺口敏感性機(jī)床床身底座、工作臺(tái)等可鍛鑄鐵KHT×××

-××

KTZ

×××

-××

α+團(tuán)絮狀石墨P+團(tuán)絮狀石墨比灰口鑄鐵具有較高的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性汽車后橋外殼、低壓閥、管接頭、連桿等截面尺寸較小的零部件球墨鑄鐵QT×××

-××

α+球狀石墨P+球狀石墨α+P+球狀石墨S回+球狀石墨B下+球狀石墨比其它鑄鐵有更高的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、屈強(qiáng)比和更好的塑性、韌性，熱處理強(qiáng)化效果好?？芍圃熵?fù)荷較大、受力復(fù)雜的機(jī)器零件，如柴油機(jī)曲軸、連桿、齒輪、缸套等蠕墨鑄鐵RuT

×××

石墨呈蠕蟲(chóng)狀性能介于基體組織相同的灰鐵和球鐵之間柴油機(jī)缸蓋、氣缸套、機(jī)床床身、液壓閥等〔3〕簡(jiǎn)單硅鋁明的成分、組織、性能特點(diǎn)及用途2.工業(yè)用鋼類別多，內(nèi)容“零碎”，不易記憶。為解決此問(wèn)題，可從兩個(gè)方面：一方面進(jìn)行歸納總結(jié)，將“零碎”的內(nèi)容要條理化；另一方面先按下面的思路進(jìn)行理解，在理解的根底上再加以記憶。含碳量化學(xué)成分的選擇→

合金元素典型件的工作條件→性能要求→

組織→最終熱處理10.5課堂討論典型零件的選材與熱處理工藝的選用是學(xué)習(xí)本課程的主要目的之一。通過(guò)討論，不僅使學(xué)生對(duì)鋼的熱處理、工業(yè)用鋼等內(nèi)容加深理解，而且也使學(xué)生在綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去分析解決問(wèn)題方面得到一次訓(xùn)練。討論目的1.熟悉鋼的分類和編號(hào)，學(xué)會(huì)根據(jù)鋼的牌號(hào)來(lái)判斷鋼的類別、碳和合金元素的大致含量。2.熟悉典型鋼號(hào)中合金元素的作用。3.進(jìn)一步理解和掌握各類鋼的工作條件和性能要求、化學(xué)成分、最終熱處理或使用狀誠(chéng)、使用態(tài)組織和用途。討論題1.試判斷以下牌號(hào)的鋼中碳和合金元素的含量大致是多少？20T1050CrVA9SiCrCrWMnCr12MoV5CrMnMo4Cr132.說(shuō)明以下鋼號(hào)中合金元素的主要作用40Cr20CrMnTiGCr15SiMnW18Cr4V1Cr131Cr18Ni9CrWMn40CrNiMo3．判斷以下牌號(hào)的鋼屬于何類鋼〔按用途分〕？指出各類鋼常用的最終熱處理或使用狀態(tài)、使用態(tài)組織、主要性能特點(diǎn)和用途。Q23520Cr20CrMnTi45ZGMn1340CrNiMo6560Si2Mn65MnGCr15GCr15SiMnT129SiCrCrWMnW18Cr4VW6Mo5Cr4V25CrNiMo1Cr133Cr131Cr18Ni94．根據(jù)下面所列出的化學(xué)成分，寫出鋼的牌號(hào)，并指出其常用最終熱處理、使用態(tài)組織、主要性能特點(diǎn)和用途。5.欲制造車床主軸、機(jī)床變速齒輪、汽車變速齒輪、汽車板簧、軸承滾珠、高速車刀、熱鍛模，試問(wèn)上述零件或工具各應(yīng)選用何種材料？寫出其牌號(hào)。在制造過(guò)程中各需經(jīng)過(guò)何種最終熱處理？熱處理后得到何種組織？6.滲碳鋼適宜制作何種工作條件下的零件？為什么滲碳鋼均為低碳？滲碳后為什么還要淬火、低溫回火？7.調(diào)質(zhì)鋼適宜制作何種工作條件下的零件？為什么調(diào)質(zhì)鋼均為中碳？8.比擬結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼的合金化特點(diǎn)和熱處理特點(diǎn)。9.W18Cr4V鋼中，W、Cr、V的主要作用是什么？該鋼為什么是萊氏體鋼？為什么空冷就可獲得馬氏體組織？其最終熱處理為何要采用高溫淬火+560℃三次回火？10.判斷以下說(shuō)法是否正確，并說(shuō)明理由?！?〕GCr15鋼中，Wcr=15%〔2〕熱模具鋼屬于工具鋼，所以它一定是高碳鋼?！?〕奧氏體不銹鋼不能通過(guò)淬火來(lái)強(qiáng)化。〔4〕4Cr13屬于過(guò)共析鋼?！?〕ZGMn13是耐磨鋼，在任何條件下都會(huì)表現(xiàn)出良好的耐磨性。〔6〕σ6000.1/1000表示耐熱鋼的持久強(qiáng)度?！?〕調(diào)質(zhì)鋼制造零件過(guò)程中，必須要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理?！?〕可鍛鑄鐵可以鍛造。〔9〕變形鋁合金都能時(shí)效強(qiáng)化，而鑄造鋁合金都不能時(shí)效強(qiáng)化?！?0〕青銅是指銅和錫的合金。綜合題一：材料的結(jié)構(gòu)1談?wù)勀銓?duì)材料學(xué)科和材料科學(xué)的認(rèn)識(shí)。2金屬鍵與其它結(jié)合鍵有何不同，如何解釋金屬的某些特性？3說(shuō)明空間點(diǎn)陣、晶體結(jié)構(gòu)、晶胞三者之間的關(guān)系。4晶向指數(shù)和晶面指數(shù)的標(biāo)定有何不同？其中有何須注意的問(wèn)題？5畫出三種典型晶胞結(jié)構(gòu)示意圖，其表示符號(hào)、原子數(shù)、配位數(shù)、致密度各是什么？6碳原子易進(jìn)入-鐵，還是-鐵，如何解釋？7研究晶體缺陷有何意義？8點(diǎn)缺陷主要有幾種？為何說(shuō)點(diǎn)缺陷是熱力學(xué)平衡的缺陷？9位錯(cuò)概念是在什么背景下提出的？其易動(dòng)性是如何實(shí)現(xiàn)的？10試述位錯(cuò)的性質(zhì)。11試述博士矢量的意義。12與位錯(cuò)有關(guān)的三個(gè)力的表達(dá)式各是什么？簡(jiǎn)述其求解原理。13柯氏氣團(tuán)是如何形成的？它對(duì)材料行為有何影響？14晶體中的界面有何共性？它對(duì)材料行為有何影響？綜合題二：凝固、相結(jié)構(gòu)與相圖1簡(jiǎn)述合金相的分類，固溶體與純金屬相比，有何結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)？2固溶體與純金屬的結(jié)晶有何異同？3試述勻晶系不平衡結(jié)晶的過(guò)程〔平均成分線的形成、兩種偏析〕4分析共晶系合金典型的不平衡結(jié)晶組織及其形成原因。5試述含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響〔相含量、形態(tài)的變化〕。6說(shuō)明三元相圖的水平截面、垂直截面及投影圖的應(yīng)用。7分析兩種合金平衡冷卻過(guò)程，指出其室溫組織。8指出Fe-Fe3C相圖中適合鍛造、鑄造、冷塑變、熱處理加工的成分范圍，說(shuō)明原因。9什么是過(guò)冷？為何說(shuō)過(guò)冷是凝固的必要條件？10分析界面結(jié)構(gòu)和溫度梯度對(duì)晶體生長(zhǎng)形態(tài)的影響。11根據(jù)凝固理論，試述細(xì)化晶粒的根本途徑。12判斷不同溫度下晶核半徑與自由能變化關(guān)系曲線。13畫圖說(shuō)明成分過(guò)冷的形成，成分過(guò)冷對(duì)晶體生長(zhǎng)形