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1、作 业 评 讲,材料科学基础,2020/8/4,习题一: (P51) 1.,（421）,（123）,2020/8/4,2.计算f.c.c100、110、111面间距,2020/8/4,3.计算f.c.c110面密度，线密度,2020/8/4,4.在 面上绘出 晶向,2020/8/4,5.画六方系中的常见晶向,2020/8/4,6.下述电子排列方式中，哪一个是惰性元素、卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金属?, ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2 过渡 ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 惰性 1s2 2s2 2p5 卤族 ls2 2s2 2p6 3s2 碱土 ls2 2s
2、2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 过渡 ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 碱族,2020/8/4,7为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高?,答： 由质量较大，半径较小的金属原子构成。 金属键无方向性和饱和性，密堆结构能量较低，稳定。,2020/8/4,作业2：,1、计算离子晶体中配位数为3和4的最小离子半径比r+r-。,r+r-,r-,2020/8/4,2、已知NaF核间距为0.231nm，F-半径为0.133nm，求正负离子的配位数，说明晶体结构特征（空间点阵、结构单元、晶胞中原子数）。,r+ = r0-r- = 0.231-0.133 = 0.0
3、98 r+/r- = 0.737 查上表，n = n-8，立方体间隙； 空间点阵: 简单立方 结构单元: NaF 晶胞中原子数 1Na+1F,Na+,F-,2020/8/4,3、示意画出金刚石型结构的晶胞，说明其中包含有几个原子，并写出各个原子的坐标。, ,2020/8/4,习题二：（P79）,1.固溶体与金属化合物在成分、结构和性能上有何差异？ 固溶体：成分在一定范围变化，位于相图两端；结构同溶剂组元；强度、硬度约高于纯金属，远低于金属化合物，塑性、韧性较好。 金属化合物：典型成分可用分子式表示，可以化合物为基形成固溶体，位于相图中间；结构不同于任何组元；熔点高、硬而脆。,2020/8/4,
4、2.溶解度分析,Agd0=0.288，f.c.c结构，极限电子浓度1.36，价电子数1,原子直径差越小，价电子数差越小，溶解度越高。,2020/8/4,5. 银和铝都具有面心立方结构，它们的原子半径分别为rAg=0.1441nm，rAl=0.1428nm，问它们在固态下能否无限互溶？为什么？,不能。虽然Ag和Al结构相同，原子半径相差很小，但Ag的价电子数为1，Al为3，理论溶解度只有18%，所以在固态下它们不能无限互溶。,2020/8/4,7. 立方ZnS的密度为4.1Mg/m3，试计算两离子的中心距离。,ZnS： f.c.c结构， 晶胞分子数：4； 摩尔质量： m0 = 97.39 设：晶
5、胞体积为V0,2020/8/4,习题3:(P109),2.分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。 正的温度梯度：晶体在生长过程中，若固液界面出现偶然的凸出，前端过冷度较小，生长慢，根部过冷度较大长大快，凸出消除。平面推移。 负的温度梯度：若固液界面出现偶然的凸出，凸出前端过冷度较大，生长更快，有利于枝杆纵深发展。树枝晶长大。,2020/8/4,4.试分析单晶体形成的基本条件,超纯和小的过冷度，以控制形核；籽晶引种有利于单晶形成。,2020/8/4,纯Ni平衡结晶,已知TNi=1726K，T=319Lm = 18075/6.6 = 2739 J/cm3，r* = 1nm。求、G*。,2020/8/
6、4,6. 简述纯金属晶体长大机制与S/L界面结构的关系,粗糙界面:垂直长大机制 对于2的材料，光滑界面能量较低，为了维持晶体在长大过程中平面界面结构不至于破坏，需以二维晶核和螺型位错长大机制。,2020/8/4,习题4-1：（P188）,.平衡结晶过程 合金 温度 转变 组成 1 L 12 L L+ 2 + 室温相： + 室温组织： +,2.相图分析,T,t,1,2,L,2020/8/4,合金：,温度 转变 组成 1 L 12 L先 L+ 2 L()共 L+ 2 - ()共 室温相： + 室温组织： 先()共,T,t,1,2,L,L(),2020/8/4,.计算相对量,合金： 室温相： + 室
7、温组织： +,室温相与组织组成物 相对量相同,2020/8/4,合金：,室温相： + 室温组织： 先()共,2020/8/4,.求合金成分,A,B,T,L,5,20,50,x,90,.快速冷却组织的差异,合金：出现离异共晶。 合金：共晶体相对量增加， 组织更细小。,2020/8/4,3.分析Ti-W合金平衡与非平衡冷却过程,合金：平衡结晶 温度 转变 组成 1 - L 12 L L 2 L+ L+ 23 L余 L+ 34 - 4 室温组织： 非平衡组织：因包晶反应不充分，可能有少量残留。,2020/8/4,合金：平衡结晶,温度 转变 组成 1 - L 12 L L 2 + 室温组织： 非平衡结
8、晶：晶界处会出现少量的包晶 室温组织： 包,2020/8/4,4.计算并分析Al-Cu合金顺序凝固组织分布,分析： 随凝固L/S界面右移，液体中溶质Cu越来越高，当浓度达33.2时，随后的液体全部转变成共晶（+）。 已知：,L,+,5.63,33.2,52.5,548,660.37,591,Al,Cu,56,5.65,L,L/S,2020/8/4,根据： 当凝固分数 时，CL=33.2%，L余(+)。 相起始浓度为K0C0=0.96% 终点浓度为：,(+),CS,C0=5.65,33.2,0.96,5.63,z,2020/8/4,5.分析Cu-Zn相图,902包晶 L+ 835包晶 L+ 70
9、0包晶 L+ 598包晶 L+ 558共析 + 424包晶 L+ ,温度 转变 组成 1 - L 12 L L+ 23 - 3 + 室温相： + 室温组织： +,2020/8/4,冷却曲线,2020/8/4,习题4-2：（P188）,6.绘制Au-V相图,Au,V,1200,1000,1400,2000,80,60,40,20,1600,1800,L,2020/8/4,7. Fe-Fe3C相图计算相对量,A,C,D,E,F,G 912,S,P,Q,1148,727,L,A,4.3%,2.11%,0.0218%,6.69%,Ld,F,P,0.77%,Ld,K,P+F,P+Fe3C,P+Fe3C+
10、Ld,Ld+Fe3C,B,H,J,N,4%,2020/8/4,室温组织： P + Fe3C + Ld,P中:,2020/8/4,Ld中:,共析Fe3C,共晶Fe3C,Fe3C,2020/8/4,9.汽车挡泥板应选用高碳钢还是低碳钢制造？,应选低碳钢。因为挡泥板对强度硬度要求不高，低碳钢塑性韧性好，易于轧制成型。,2020/8/4,10.求20钢800时的相组成、成分及相对量。,相组成：A+F A成分： F成分： 相对量：,Fe,wc%,A,F,910,727,0.0218,0.77,800,0.2,2020/8/4,W,习题5：（P189）,12. (1)标出X、Y、Z合金位置 X：wPb=
11、0.75,wSn= 0.15,wZn= 0.10 Y：wPb= 0.50,wSn= 0.30,wZn= 0.20 Z：wPb= 0.10,wSn= 0.10,wZn= 0.80,Zn,Pb,Sn,X,Y,Z,W合金：wPb= 0.34，wSn= 0.18，wZn= 0.48,2020/8/4,(2)将2KgX、4KgY、6KgZ混合得合金W,W合金成分：,2020/8/4,（3）问用3KgX与什么合金混合可得6KgY?,由直线定理：用3KgM合金混合可得6KgY合金 M合金： wPb= 0.25，wSn= 0.45， wZn= 0.30,Zn,Pb,Sn,X,Y,Z,W,M,2020/8/4,
12、14.简单三元共晶相图分析,合金： 单(L)双(L+A)三(L+A+C) 四(L+A+B+C)三(A+B+C) LA初 L(A+C)共 L(A+B+C)共 室温组织： A+(A+C)共+(A+B+C)共,(A+B+C),(A+C),A,2020/8/4,LA初,L(A+C)共,L(A+B+C)共,TE,L,t,T,2020/8/4,合金室温组织： C+(A+C)共+(A+B+C)共 合金室温组织： C+(B+C)共+(A+B+C)共 合金室温组织： B+(B+C)共+(A+B+C)共 合金室温组织： B+(A+B)共+(A+B+C)共,2020/8/4,16.Al-Cu-Mg相图分析,合金X初
13、生相为，开始凝固温度约为620。 合金Y初生相为S，开始凝固温度约为530。 四个交点： ET：L + + S P1: L + Q S + T P2: L + S + T Eu: L + + T,Y,X,合金X：wCu=0.15，wMg=0.05 合金Y：wCu=0.20，wMg=0.20,2020/8/4,18. 分析2Cr13、4Cr13和Cr12凝固过程,2020/8/4,2Cr13： 温度 转变 组织 12 L初 L+ 23 L+ L+ 34 + 45 56 (+ C3) +(+ C3) 6 C3 (+ C3)+C3,室温组织： (+C3)共+ C3 特点： 碳化物最少。 后续处理：
14、加热至45温度奥氏体化后快冷，可提高防锈能力。,2020/8/4,4Cr13： 温度 转变 组织 12 L初 L+ 23 L+ L+ 34 L L+ 45 56 C2 +C2 67 + C2C3 +C2+C3 78 C3 +C3 89 (+C3) +(+C3) 9 C3 (+C3)+C3,室温组织： (+C3)共+C3 特点： 碳化物较2Cr13多，防锈能力较差，切削性能好。,2020/8/4,Cr12 温度 转变 组织 12 L初 L+ 23 L余（+C2） L+初(+C2) 34 C2 (+C2)+(+C2)+C2 45 C2 +C2 5 C2 +C2 室温组织： (+C2)+(+C2)+
15、C2+ C2,特点： 碳化物最多，非不锈钢，模具钢。,2020/8/4,习题6：（P209）,2. 稳态扩散问题: 已知: 700N在Fe中 求:单位时间通过铁膜片的N原子总量。,30mm,0.01mm,1000 mol/m3,100 mol/m3,J,2020/8/4,3.已知Zn2+、Cr3+在ZnCr2O4中扩散系数为：,求：1403k时的扩散系数,Cr2O3,ZnO,标记向Cr2O3方向移动,2020/8/4,7.Fe-O相图分析,FeO,Fe2O3,Fe3O4,-Fe,1000,2020/8/4,700,C1,C1,C2,C3,C2,T,Fe,O%,30,22,24,26,28,600,800,1
