《材料科学基础一二章答案》由会员分享,可在线阅读,更多相关《材料科学基础一二章答案(12页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、5.作图表示立方品系c弟一早(102)(012)(421)晶面和彳02211346晶向(102)(012)(421)1022113469.在立方晶系中画出112的所有晶面解:112包括(112),(121),(211),(彳12),(112),(112),(121),(121),(121),(211),(211),(211);(112)(121)(211)(112)(112)(112)(121)(121)(121)(211)(211)(211)11.何谓多晶型转变?以Fe为例说明之;Fe加热至912c会发生多晶型转变,如果原子半径不变,试求出此时的体积变化。答:(1)当外部条件(如温度和压强)
2、改变时,金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶型转变;(2)Fe在912c以下为体心立方结构,称为a-Fe;在912-1394C时,具有面心立方,称为丫Fe;设Fe原子半径为r,面心立方中看成面对角线上原子直接接触,所以晶胞半径=2a=4r/r。体积为aA3=16-3,面心立方晶胞含有4个Fe原子;体心立方体对角线直接接触,所以晶胞半径b=4r/=2.31r。体积为bA3=12.3A3,而体心立方有2个Fe原子,所以4个原子占的体积是12.3M3a=24.6人3;面心/体心=16rA3/(24.6M3)=0.92综上,由体心变为面心结构,体积减小为原来的92%。15何谓固溶强化?
3、置换固溶体和间隙固溶体的强化效果哪个大?为什么?答:(1)固溶强化:在固溶体中,随着溶质浓度的增加,固溶体的强度硬度提高,而韧性,塑性有所下降的现象(2)间隙固溶体的强化效果高于置换固溶体。因为溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大,所引起的晶格畸变也越大,强化效果也就越好。由于间隙原子造成的晶格畸变比置换原子大得多,所以其强化效果好。16何谓间隙相?它与间隙固溶体及复杂品格间隙化合物有何区别?答:(1)当非金属原子半径与金属原子半径比值小于0.59时,形成具有简单晶格的间隙化合物,称为间隙相;(2)间隙相是一种化合物,它是与其组元完全不同的晶体结构,而间隙固溶体则保持着溶剂组元的晶格类型。非金属与
4、金属的原子半径比是大于0.59时,形成具有复杂结构的间隙化合物。间隙相与复杂间隙化合物相比具有比较简单的晶体结构,间隙相硬度更高,更稳17.碳可以溶入a-Fe和丫Fe间隙中,eFe的致密度k=0.68,-Fe的k=0.74,但丫Fe的溶碳能力却比o-Fe大,通过计算说明原因(o-Fe在727c时原子半径为0.1252nm,什在1184c时原子半径为0.1293nm)。答:”-Fe是体心立方晶体,Fe是面心立方晶体,体心立方晶格的最大间隙是四面体间隙,面心立方晶格的最大间隙是八面体间隙;a-Fe最大间隙是四面体间隙为0.126a,-Fe最大间隙是八面体间隙为0.146a,对于a-Fe,Ra=/4
5、.a=0.1252nmRB=0.126a=0.03643nm对于Fe,Ra=/4.a=0.1293nmRB=0.146a=0.05340nm”-Fe的致密度虽然比丫Fe的低,但因它的间隙数量少,间隙直径小,所以它的溶碳能力比丫Fe的低。弟早2.根据结晶的热力学条件解释为什么金属结晶时一定要有过冷度?冷却速度与过冷度有什么关系?答:由热力学第二定律知道,在等温等压条件下,一切自发过程都朝着使系统自由能降低的方向进行。液态金属要结晶,其结晶温度一定要低于理论结晶温度Tm,此时的固态金属自由能低于液态金属的自由能,两相自由能之差构成了金属结晶的驱动力。要获得结晶过程所必须的驱动力,一定要使实际结晶温
6、度低于理论结晶温度,这样才能满足结晶的热力学条件。过冷度越大,液、固两相自由能的差值越大,即相变驱动力越大,结晶速度越快,所以金属结晶必须有过冷度。冷却速度越大,过冷度越大;反之,冷却速度越小,则过冷度越小。5.综述金属的均匀形核过程:(1)证明临界晶核半径rk=2(T/AGv晶胚的体积为V,表面积为S,液固两相单位体积自由能之差为AGv,单位面积的表面能为b,系统自由能变为AG;AG=-VAGv+bS;=-4/3兀rA3AGv+4ttrA2.对式进行微分并令其等于零,可得:rk=2(T/AGv(2)证明rk=2o-Tm/LmATrk=2b/AGyAGv=Lm.AT/Tm;即rk=2o-Tm/
7、LmAT(3)证明临界形核功AG=&(t/3当r=rk时AG=AG;AG=-4/3nA3AGv+4H人2.;仆=2b/AGyAG=1/34口(2b/AGv)人2.=1/3Sk(r(4)均匀形核的条件是什么?答:要有结构起伏与能量起伏;液态金属要过冷,且过冷度必须大于临界过冷度;结晶必须在一定温度下进行(5)、过冷度对形核率N有何影响?答:开始时,形核率随过冷度的增加而增大,当超过极大值之后,形核率又随过冷度的增加而减小,当过冷度非常大时,形核率接近于零。6、何谓非均匀形核?叙述非均匀形核的必要条件答:非均匀形核:新相优先出现于液相中的某些区域的形核方式。必要条件:(1)液体必须过冷,提供形核的
8、热力学条件,G0;(2)有结构起伏;(3)有能量起伏GAG但所需的能量起伏小。10.设晶核为一立方体,推导临界晶核半径边长和临界形核功32答:设立方彳边长为a,体积为V(Va),表面积S(S6a)。GVGvSGV固-液单位体积自由能之差,单位面积表面能32,aGaGV6a令G0,得aK即立方体晶核的临界边长3 -2把aK带入G a GV 6a中,整理得Gv32Gv因此临界形核功Gk3212、常温下晶粒大小对金属性能有何影响?根据凝固理论,试述细化晶粒的方法有哪些?答:金属的晶粒越细小,强度和硬度则越高,同时塑性韧性也越好。细化晶粒的方法1)控制过冷度,在一般金属结晶时的过冷度范围内,过冷度越大,晶粒越细小;2)变质处理,在浇注前往液态金属中加入形核剂,促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒;3)振动、搅动,对即将凝固的金属进行振动或搅动,一方面是依靠从外面输入能量促使晶核提前形成,另一方面是使成长中的枝晶破碎,使晶核数目增加。