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材料科學(xué)基礎(chǔ) 任課教師 付華 FundamentalsofMaterialScience 作業(yè)題答案 緒論 1 材料科學(xué)主要研究的核心問題是結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系 材料的結(jié)構(gòu)是理解和控制性能的中心環(huán)節(jié) 結(jié)構(gòu)的最微細(xì)水平是原子結(jié)構(gòu) 第二個(gè)水平是原子排列方式 第三個(gè)水平是顯微組織 2 根據(jù)材料的性能特點(diǎn)和用途 材料分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類 根據(jù)原子之間的鍵合特點(diǎn) 材料分為金屬 陶瓷 無機(jī)非金屬 高分子和復(fù)合材料四大類 第一章材料的原子結(jié)構(gòu) 1 金屬材料中原子結(jié)合以金屬鍵為主 陶瓷材料 無機(jī)非金屬材料 以共價(jià)鍵和離子鍵結(jié)合鍵為主 聚合物材料以共價(jià)鍵和氫鍵和范德華鍵為主 第二章材料的結(jié)構(gòu) 一 填空題1 晶體是基元 原子團(tuán) 以周期性重復(fù)方式在三維空間作有規(guī)則的排列的固體 2 晶體與非晶體的最根本區(qū)別是晶體原子排布長程有序 而非晶體是長程無序短程有序 3 晶胞是晶體結(jié)構(gòu)中的最小單位 4 根據(jù)晶體的對稱性 晶系有3大晶族 7大晶系 14種布拉菲Bravais點(diǎn)陣 32種點(diǎn)群 230種空間群 5 金屬常見的晶格類型有體心立方 面心立方 密排六方 6 fcc晶體的最密排方向?yàn)?最密排面為 111 最密排面的堆垛順序?yàn)锳BCABCABCABC 7 fcc晶體的致密度為0 74 配位數(shù)為12 原子在 111 面上的原子配位數(shù)為6 8 bcc晶體的最密排方向?yàn)?最密排面為 110 致密度為0 68 配位數(shù)為8 9 晶體的宏觀對稱要素有對稱點(diǎn) 對稱軸 對稱面 10 CsCl型結(jié)構(gòu)屬于簡單立方格子 NaCl型結(jié)構(gòu)屬于面心立方格子 CaF2型結(jié)構(gòu)屬于面心立方格子 11 MgO晶體具有NaCl型結(jié)構(gòu) 其對稱型是3L44L36L29PC 晶族是高級(jí)晶族 晶系是立方晶系 晶體的鍵型是離子鍵 12 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中的基本結(jié)構(gòu)單元是硅氧四面體 SiO4 13 幾種硅酸鹽晶體的絡(luò)陰離子分別為 Si2O7 6 Si2O6 4 Si4O10 4 AlSi3O8 1 它們的晶體結(jié)構(gòu)類型分別為組群狀 鏈狀 層狀 和架狀 14 表征晶體中晶向和晶面的方法有解析法和圖示法 晶體投影圖 二 分析計(jì)算 1 2 3 1 晶面A在x y z軸上的截距分別是2a 3b和6c 求該晶面的米勒指數(shù) 2 晶面B在x y z軸上的截距分別是a 3 b 2和c 求該晶面的米勒指數(shù) 所以晶面指數(shù)為 321 2 截距倒數(shù)為 3 2 1 晶面指數(shù)為 321 2 P89 2 4 P89 2 4 思考 111 上的特征晶向 111 與的關(guān)系 3 寫出立方晶系中晶面族 100 110 111 包含的等價(jià)晶面 寫出晶向族包含的等價(jià)晶向 100 100 010 001 4 2 9 4 2 9 求 1 晶面 121 和 100 的晶帶軸指數(shù) 晶面 100 和 010 的晶帶軸指數(shù) 2 晶向 001 和 111 確定的晶面指數(shù) 包含 010 和 100 晶向的晶面指數(shù) 4 2 9 5 2 11 1 a b c 90 的晶體屬于什么晶族和晶系 2 a b c 90 的晶體屬于什么晶族和晶系 3 能否據(jù)此確定這2種晶體的Bravis點(diǎn)陣 1 屬于正交晶系 由題中條件不能決定是什么布拉菲點(diǎn)陣 因?yàn)檎痪悼梢杂畜w心 面心 底心和簡單正交點(diǎn)陣 2 屬于三斜晶系 因?yàn)槿本抵挥幸环N簡單點(diǎn)陣 可以確定布拉菲點(diǎn)陣是三斜點(diǎn)陣 6 Ni為面心立方結(jié)構(gòu) 原子半徑r 0 1243nm 求Ni的晶格常數(shù)和密度 解 面心立方結(jié)構(gòu)在面對角線上原子相切 所以 代入條件可得 7 Mo為體心立方結(jié)構(gòu) 晶格常數(shù)a 0 3147nm 求Mo的原子半徑r 解 體心立方結(jié)構(gòu)在體對角線上原子相切 所以 8 2 15 CsCl中銫與氯的離子半徑分別為0 167nm 0 181nm 試問 1 在CsCl內(nèi)離子在或方向是否相接觸 2 每單位晶胞內(nèi)有幾個(gè)離子 3 各離子的配位數(shù)是多少 4 密度 和堆積系數(shù) 致密度 K 1 CsCl內(nèi)離子在方向相接觸 2 每單位晶胞內(nèi)有2個(gè)離子 3 Cs 和Cl 離子的配位數(shù)是8 CsCl8 或 ClCs8 配位六面體 4 對CsCl晶體 晶體結(jié)構(gòu)為簡單立方 晶胞中含有一個(gè)正離子一個(gè)負(fù)離子 沿體對角線正負(fù)離子相切 a 0 4018nm CsCl的密度 4 CsCl的分子量為 35 453 132 905 168 358 阿佛加得羅常數(shù)是6 0238 1023 每個(gè)CsCl分子的質(zhì)量A為 168 358 6 0238 1023 CsCl結(jié)構(gòu) z 1 9 2 16 MgO具有NaCl型結(jié)構(gòu) Mg2 的離子半徑為0 072nm O2 的離子半徑為0 140nm 試求MgO的密度 和堆積系數(shù) 致密度 K 解 MgO結(jié)構(gòu)為面心立方 解 MgO結(jié)構(gòu)為面心立方 晶胞中有四個(gè)正離子和四個(gè)負(fù)離子 沿棱邊方向正負(fù)離子相切 MgO的密度 MgO的分子量為 24 305 15 999 40 30 阿佛加得羅常數(shù)是6 0238 1023 每個(gè)MgO分子的質(zhì)量A為 40 30 6 0238 1023 MgO結(jié)構(gòu) z 4 10 2 24 第一種 橄欖石MgFe2 SiO4 Si O 1 4 島狀 共頂數(shù)為0 第二種 異極礦Zn4 Si2O7 OH 2 共頂數(shù)一個(gè) 成對硅氧團(tuán) 組群狀 第三種 藍(lán)錐礦BaTi Si3O9 Si O 1 3 共頂數(shù)為兩個(gè) 組群狀 三節(jié)環(huán) 第四種 綠寶石Be3Al2 Si6O18 Si O 1 3 組群狀 六節(jié)環(huán) 第五種 硅灰石Ca3 Si3O9 三節(jié)環(huán) 組群狀 第六種 魚眼石KCa4 Si4O10 2F 8H2O Si O 4 10 層狀 第七種 鈣長石Ca Al2Si2O8 Si Al O 1 2 架狀 第八種 白榴石K AlSi2O6 Si Al O 1 2 架狀 第三章晶體結(jié)構(gòu)缺陷P116 一 填空題1 按幾何組態(tài) 晶體中的缺陷分為點(diǎn)缺陷 線缺陷 面缺陷和體缺陷 2 點(diǎn)缺陷主要包括空位 間隙原子 置換原子 線缺陷有位錯(cuò) 面缺陷包括晶界 相界 表面等 3 描述位錯(cuò)性質(zhì)及特征的是柏氏矢量b 4 位錯(cuò)的類型有刃位錯(cuò) 螺位錯(cuò)和混合位錯(cuò) 5 位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直的位錯(cuò)為刃位錯(cuò) 位錯(cuò)線與柏氏矢量平行的位錯(cuò)稱為螺位錯(cuò) 6 位錯(cuò)的基本運(yùn)動(dòng)方式有滑移和攀移 7 刃位錯(cuò)可以滑移和攀移 螺位錯(cuò)可以滑移而不攀移 能進(jìn)行交滑移的位錯(cuò)必然是螺位錯(cuò) 8 位錯(cuò)滑移一般沿著晶體的密排 面 和密排 方向 進(jìn)行 9 柏氏矢量實(shí)際上反應(yīng)了位錯(cuò)線周圍區(qū)域晶格畸變的大小和方向 10 兩平行同號(hào)螺位錯(cuò)間的作用力為斥力 引力或斥力 11 全位錯(cuò)是柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò) 不全位錯(cuò)是柏氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò) 12 面心立方晶體的不全位錯(cuò)類型主要有Shockley不全位錯(cuò)和Franker不全位錯(cuò) 柏氏矢量分別為b a 6 b a 3 只能發(fā)生攀移運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)是Franker不全位錯(cuò) 13 位錯(cuò)間轉(zhuǎn)化 位錯(cuò)反應(yīng) 要滿足的條件有幾何條件 柏氏矢量守恒和能量條件 反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量降低 14 兩個(gè)不全位錯(cuò)夾一片層錯(cuò)的位錯(cuò)稱為擴(kuò)展位錯(cuò) 二 分析題 1 3 6 畫一個(gè)方形位錯(cuò)環(huán) 1 在此平面上畫出柏氏矢量 使其平行于位錯(cuò)環(huán)的其中一邊 任意選擇并畫出位錯(cuò)線方向 據(jù)此指出位錯(cuò)環(huán)各段的性質(zhì) 2 能否使該位錯(cuò)環(huán)處處為刃位錯(cuò) 3 能否使該位錯(cuò)環(huán)處處為螺位錯(cuò) 3 6 2 在滑移面上有一位錯(cuò)環(huán) 柏氏矢量為b 位錯(cuò)環(huán)的方向和柏氏矢量的方向如圖所示 1 指出位錯(cuò)環(huán)各段的性質(zhì) 2 能否使該位錯(cuò)環(huán)處處為刃位錯(cuò) 3 能否使該位錯(cuò)環(huán)處處為螺位錯(cuò) 4 該位錯(cuò)環(huán)滑移出晶體后 晶體有怎樣的滑動(dòng) 大小和方向 3 3 11 試分析在fcc中 下列位錯(cuò)反應(yīng)能否進(jìn)行 并指出其中三個(gè)位錯(cuò)的性質(zhì)類型 反應(yīng)后生成的新位錯(cuò)能否在滑移面上運(yùn)動(dòng) 3 11 幾何條件 能量條件 shockley不全位錯(cuò) Franker不全位錯(cuò) 全位錯(cuò) b a 3和 111 面垂直 純?nèi)形诲e(cuò) b垂直于滑移面 不是fcc晶體的滑移方向 不能滑移 只可攀移 shockley不全位錯(cuò) Franker不全位錯(cuò) 全位錯(cuò) 4 3 8 比較刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)的異同點(diǎn) 刃型位錯(cuò)與螺型位錯(cuò)有什么異同點(diǎn) 第四章晶態(tài)固體中的擴(kuò)散 一 填空題1 菲克第一定律描述的是穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散狀態(tài)下的擴(kuò)散規(guī)律 菲克第二定律描述的是非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散狀態(tài)下的擴(kuò)散規(guī)律 2 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散是指單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于給定方向的單位面積的凈原子數(shù) 擴(kuò)散通量 濃度 不隨時(shí)間變化 非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散是指單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于給定方向的單位面積的凈原子數(shù) 擴(kuò)散通量 濃度 隨時(shí)間變化 3 Fick擴(kuò)散第二方程的高斯解適合求解總量為M的擴(kuò)散元素沉積為一薄層擴(kuò)散問題 Fick擴(kuò)散第二方程的誤差函數(shù)解適合求解無限長棒 擴(kuò)散偶 或半無限長棒的擴(kuò)散問題 4 擴(kuò)散的微觀機(jī)理有空位擴(kuò)散 間隙擴(kuò)散 位錯(cuò)擴(kuò)散 表面擴(kuò)散 晶界擴(kuò)散等 5 空位擴(kuò)散的阻力比間隙擴(kuò)散大 激活能高 6 在表面擴(kuò)散 晶界擴(kuò)散 體擴(kuò)散 位錯(cuò)擴(kuò)散方式中 擴(kuò)散系數(shù)D最大的是表面擴(kuò)散 7 在間隙固溶體中 H O C等原子以間隙擴(kuò)撒機(jī)制方式擴(kuò)散 8 Cu Al合金和Cu組成的擴(kuò)散偶發(fā)生柯肯達(dá)爾效應(yīng) 標(biāo)記向Cu Al合金一側(cè)漂移 則Al的擴(kuò)散通量大 9 上坡擴(kuò)散是指物質(zhì)從低濃度向高濃度處聚集的反向擴(kuò)散 10 擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是化學(xué)位梯度 11 伴隨有反應(yīng)的擴(kuò)散稱為反應(yīng)擴(kuò)散 二 計(jì)算題 4 1 含0 85 C的普碳鋼加熱到900 在空氣中保溫1小時(shí)后外層碳濃度降到零 a 推導(dǎo)脫碳擴(kuò)散方程的解 假定t 0時(shí) x 0處 0 b 假如要求零件外層的碳濃度為0 8 表面應(yīng)車去多少深度 900 時(shí) Dc 1 1 10 7cm2 s 解 1 X 5 3 10 4m 0 53mm t 1h 3600s Dc 1 1 10 7cm2 s 2 4 3 20鋼在930 滲碳 表面碳濃度達(dá)到奧氏體中碳的飽和濃度Cs 1 4 此時(shí)Dc 3 6 10 2mm2 h 若滲層深度定為從表面到碳含量0 4 的位置 求滲層深度與時(shí)間的關(guān)系 4 3 0 4 1 4 1 4 0 2 erf erf 0 83 0 97 解 可以用半無限長棒的擴(kuò)散來解 x t Cs 1 4 C0 0 2 C 0 4 D 3 6 10 2mm2 h t s 4 7 870 滲碳與927 滲碳相比較 優(yōu)點(diǎn)是熱處理產(chǎn)品晶粒細(xì)小 淬火后變形小 若已知D0 2 0 10 5m2 s Q 140KJ mol 求 1 在上兩溫度下 碳在 鐵中的擴(kuò)散系數(shù) 2 若忽略不同溫度下碳在 鐵中的溶解度差別 870 滲碳需用多少時(shí)間才能獲得927 滲碳10小時(shí)的滲層厚度 4 7 T1 870 1143K T2 927 1200KD0 2 0 10 5m2 s Q 140kJ mol 14 104J mol D1 D0e Q RT 2 0 10 5exp 14 104 8 314 1143 0 82 10 11 m2 s D2 D0e Q RT 2 0 10 5exp 14 104 8 314 1200 1 61 10 11 m2 s 4 9 純鐵滲硼 900 4h生成的Fe2B層厚度為0 068mm 960 4h為0 14mm 假定Fe2B的生長受擴(kuò)散速度的控制 求硼原子在Fe2B中的擴(kuò)散激活能Q 4 9 D D0e Q RT T1 900 1173K t1 4h x1 0 068mmT2 960 1233K t2 4h x2 0 14mmQ Q 2 9 105J mol 第五章相與相平衡 一 填空題 1 組元是組成材料最基本的 獨(dú)立存在的物質(zhì) 組元一般是化學(xué)元素或化合物 2 相是系統(tǒng)中成分 結(jié)構(gòu)相同 性能一致的均勻組成部分 不同相之間有界面分開 相界處物質(zhì)的性能發(fā)生突變 相平衡是指各相的化學(xué)熱力學(xué)平衡 3 組織是由各種不同形貌及含量的相或組元所構(gòu)成的微觀圖像 平衡凝固是指極其緩慢冷卻條件下的凝固 4 在二元系合金相圖中 杠桿法則只能用于兩相區(qū) 5 根據(jù)滲碳體的形狀 鋼中珠光體分為片狀珠光體和球狀珠光體兩種 6 根據(jù)含碳量 鋼分類為亞共析鋼 共析鋼和過共析鋼 隨著碳含量的增加 鋼的硬度和塑性的變化規(guī)律是硬度提高 塑性下降 7 在三元系濃度三角形中 凡成分位于過一頂點(diǎn)直線上的合金 它們含有另兩個(gè)頂角所代表的兩組元含量之比相等 平行于一邊的任一直線上的合金 其成分共性為含這個(gè)邊對應(yīng)頂點(diǎn)的組元含量均相等 8 根據(jù)三元相圖的垂直截面圖 可以分析合金的凝固過程 9 根據(jù)三元相圖的水平 等溫 截面圖 可以用杠桿法則計(jì)算各相的相對量 10 二元合金相圖三相平衡轉(zhuǎn)變的類型主要有共晶 析 反應(yīng)和包晶 析 反應(yīng) 三元合金相圖四相平衡轉(zhuǎn)變的類型主要有共晶反應(yīng) 包共晶反應(yīng)和包晶反應(yīng) 二 改錯(cuò)題1 指出下列相圖中的錯(cuò)誤 說明原因并加以改正 畫出正確的相圖 2 5 6 指出相圖中的錯(cuò)誤 說明理由并改正 5 6 三 分析計(jì)算1 下圖為A B固溶體合金的相圖 試根據(jù)相圖確定 a 成分為 B 40 的合金首先凝固出來的固溶體成分 b 若首先凝固出來的固溶體成分含60 B 合金的成分為多少 c 成分為70 B的合金最后凝固的液體成分 d 合金成分為50 B 凝固到某溫度時(shí)液相含有40 B 固體含有80 B 此時(shí)液體和固體各占多少分?jǐn)?shù) a 成分為 B 40 的合金首先凝固出來的固溶體成分 a 80 b b 若首先凝固出來的固溶體成分含60 B 合金的成分為多少 b 20 b c 成分為70 B的合金最后凝固的液體成分 c 25 b L 80 50 80 40 75 50 40 80 40 25 d 合金成分為50 B 凝固到某溫度時(shí)液相含有40 B 固體含有80 B 此時(shí)液體和固體各占多少分?jǐn)?shù) 2 5 3 畫出Pb Sn相圖 標(biāo)出各相區(qū)存在的組織 指出組織中含 最多和最少的合金成分 指出共晶體最多和最少的合金成分 5 3 含 II最多的成分 C點(diǎn) 最少為f點(diǎn) 共晶體最多 成分e點(diǎn) 共晶體最少 c點(diǎn)以左 d點(diǎn)以右 3 5 4 根據(jù)Pb Sn相圖 說明 Sn 30 的Pb Sn合金在下列溫度時(shí) 其組織中存在哪些相 并求相的相對含量 1 高于300 2 剛冷至183 共晶轉(zhuǎn)變尚未開始 3 在183 共晶轉(zhuǎn)變完畢 4 冷到室溫 1 300 以上 液相L 2 183 未共晶轉(zhuǎn)變 液相L L cx ec 30 19 61 9 19 25 6 ex ec 61 9 30 61 9 19 74 4 X 5 4 X 3 183 共晶轉(zhuǎn)變完 相 組織 ex ec 61 9 30 61 9 19 74 4 L cx ec 30 19 61 9 19 25 6 相 總 dx cd 97 5 30 97 5 19 86 0 xc cd 30 19 97 5 19 14 0 X ed cd 97 5 61 9 97 5 19 45 3 ce cd 61 9 19 97 5 19 54 7 總 25 6 45 3 74 4 86 0 25 6 54 7 14 0 4 室溫相 x g fg fx fg 4 5 7 畫出簡易的鐵碳相圖 1 指出PSK ECF各點(diǎn)成分 各線的反應(yīng)特征及反應(yīng)式 2 標(biāo)出各相區(qū)的相組成物 3 標(biāo)出各相區(qū)的組織組成物 5 7 5 8 亞共析鋼組織 F P0 2 C P P4 PS 0 2 0 77 26 F 74 0 6 C P 0 6 0 77 78 F 22 5 8 相 Fe3C0 2 C 6 69 0 2 6 69 97 Fe3C 0 2 6 69 3 0 6 C Fe3C 0 6 6 69 9 F 91 1 0 C 組織P Fe3CII P AK SK 6 69 1 0 6 69 0 77 96 Fe3CII SA SK 1 0 0 77 6 69 0 77 4 相 Fe3C1 0 C Fe3C 1 0 6 69 15 F 85 5 9 組織 P Fe3CII Ld Ld 3 5 2 11 4 3 2 11 63 5 A 36 5 Fe3CII 2 11 0 77 6 69 0 77 36 5 8 3 P 36 5 8 3 28 2 相 Fe3C3 5 C Fe3C 3 5 6 69 52 3 F 47 7 組織 Fe3CI Ld Ld 6 69 4 5 6 69 4 3 91 6 Fe3CI 4 5 4 3 6 69 4 3 8 4 相 Fe3C4 5 C Fe3C 4 5 6 69 67 F 33 6 如下相圖 1 該相圖的組元是什么 2 標(biāo)出所有相區(qū)的組成相 3 指出該相圖中有何特征反應(yīng) 寫出反應(yīng)式 4 指出含80 的Al2O3時(shí)的室溫平衡組織 并計(jì)算組織組成物的相對含量 1 組元為 Al2O3 ZrO2 2 標(biāo)注如圖 3 特征反應(yīng) 共晶反應(yīng) 4 含80 的Al2O3時(shí) 20 ZrO2 室溫平衡組織 Al2O3 Al2O3 ZrO2 Al2O3 42 6 20 42 6 53 Al2O3 ZrO2 20 42 6 47 7 下圖為使用高純原料在密封條件下的Al2O3 SiO2相圖 A3S2 3Al2O3 2SiO2 為莫來石固溶體 共晶成分E1點(diǎn)為10wt Al2O3 含60 摩爾分?jǐn)?shù)Al2O3的A3S2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75 要求 1 填寫空白相區(qū)的相組成 2 寫出2個(gè)水平反應(yīng)線的反應(yīng) 并指出反應(yīng)類型 E1 共晶反應(yīng)E2 共晶反應(yīng) 3 一種由SiO2 30 Al2O3 wt 構(gòu)成的耐高溫材料 分析其平衡凝固后的室溫組織是什么 并計(jì)算組織組成物的含量 該材料能否用來盛裝熔融態(tài)的鋼 1600 在此情況下有多少百分率的耐熱材料會(huì)熔化 3 SiO2 30 Al2O3 wt 材料 平衡凝固后的室溫組織 A3S2 A3S2 SiO2 A3S2 30 10 75 10 30 8 A3S2 SiO2 75 30 75 10 69 2 不能盛裝熔融態(tài)的鋼 1600 會(huì)熔化 有69 2 的耐熱材料會(huì)熔化 8 5 14 下圖為A B C三元共晶相圖的投影圖 指出n1 n2 n3 E n4點(diǎn)從液態(tài)平衡冷卻結(jié)晶的室溫相和組織組成物 并分別計(jì)算相和組織的相對含量 5 14 組織組成物 n1 A A B C n2 B B C A B C n3 A B C n4 A B A B C 相組成物 A B C 5 14 n1 相組成物 A B C 5 14 n1 組織組成物 A A B C 5 14 n2 相組成物 A B C 5 14 n2 組織組成物 B B C A B C n3 相組成物 A B C 5 14 組織組成物 n3 A B C 100 n4 5 14 相組成物 A B C 組織組成物 A B A B C 9 下圖為某三元相圖投影圖上3條液相單變量線及其溫度走向 判斷四相平衡反應(yīng)類型 寫出反應(yīng)式 共晶反應(yīng) 包共晶反應(yīng) 包晶反應(yīng) 10 下圖是MgO Al2O3 SiO2三元系相圖的平面投影圖及局部放大圖 寫出四相平衡點(diǎn)處代表的反應(yīng)特征及反應(yīng)式 第六章材料的凝固 1 凝固過程包括形核和長大2個(gè)過程 2 材料的凝固的驅(qū)動(dòng)力是液固相變自由能差 阻力是界面能 3 凝固形核的方式有均勻形核和非均勻形核 其中非均勻形核的臨界形核功較小 4 均勻形核時(shí)液 固兩相自由能差只能補(bǔ)償表面能的 2 3 其他靠系統(tǒng)中的 能量起伏 補(bǔ)償 5 液 固界面的微觀結(jié)構(gòu)分為粗糙界面和光滑界面 6 在正溫度梯度下 晶體生長成平直界面 負(fù)溫度梯度下成長時(shí) 一般金屬界面都呈樹枝狀 7 在正的溫度梯度下 純金屬以平面狀形式長大 固溶體合金由于存在成分過冷以樹枝狀形式長大 8 固溶體結(jié)晶的形核條件是結(jié)構(gòu)起伏 能量起伏 溫度場 成分過冷和過冷度 9 固溶體結(jié)晶與純金屬結(jié)晶的差異表現(xiàn)為溫度場 濃度場及成分過冷現(xiàn)象 10 平衡結(jié)晶是指無限緩慢冷卻 組元間互擴(kuò)散充分 每個(gè)階段都達(dá)到平衡相均勻成份 11 晶內(nèi)偏析 枝晶偏析 是一個(gè)晶粒內(nèi)部出現(xiàn)的成份不均勻現(xiàn)象 消除晶內(nèi)偏析 枝晶偏析 方法擴(kuò)散退火或均勻化退火 12 宏觀偏析是非平衡凝固條件下 沿長度方向上溶質(zhì)的偏析 富集 現(xiàn)象 13 對于ko 1的合金棒 從左端向右端區(qū)域提純 雜質(zhì)元素會(huì)富集于右端 14 固溶體不平衡凝固時(shí) 凝固速度很慢 充分對流 攪拌 擴(kuò)散很快混合均勻條件下凝固后溶質(zhì)分布愈不均勻 宏觀偏析愈嚴(yán)重 15 成分過冷是由液相濃度變化引起熔點(diǎn)變化 與實(shí)際溫度分布之差決定的特殊過冷現(xiàn)象 16 界面前沿溫度梯度G越小 凝固速度R越大 成分過冷傾向大 17 液 固界面前沿成分過冷區(qū)越大 晶體越易長成樹枝狀形貌 18 常見的共晶組織形態(tài)有片層狀 棒條狀 球狀 針狀 螺旋狀等 19 鑄錠組織包括激冷層 表面細(xì)晶區(qū) 柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)三個(gè)晶區(qū) 20 對于液 固相變過程可通過控制過冷度來獲得數(shù)量和尺寸不等的晶體 要獲得晶粒多而尺寸小的細(xì)晶 則 T大 第七章晶態(tài)固體材料中的界面 1 表面能來源于表面原子一側(cè)無原子鍵結(jié)合 斷鍵 能量較高 一般地 割斷的鍵數(shù)越多 表面能越高 最密排表面 割斷的鍵數(shù)少 表面能最低 因此 晶體的外表面一般為最密排面 2 根據(jù)晶粒取向差的大小 晶界分為小角晶界和大角晶界 3 小角晶界分為傾轉(zhuǎn)晶界和扭轉(zhuǎn)晶界 傾轉(zhuǎn)晶界由刃位錯(cuò)構(gòu)成 扭轉(zhuǎn)晶界由螺位錯(cuò)構(gòu)成 4 晶界遷移的驅(qū)動(dòng)力是變形儲(chǔ)存能和彎曲界面化學(xué)位差 晶界移動(dòng)的結(jié)果是小晶粒消失 更小 大晶粒長大 5 根據(jù)兩相界面上的原子排列情況 相界分為共格相界 半共格相界和非共格相界 6 單相多晶體平衡時(shí)一般規(guī)律是兩個(gè)晶粒相遇于晶面 三個(gè)晶粒相遇于晶棱 四個(gè)晶粒相遇于角隅 7 在晶粒內(nèi)部形成第二相時(shí) 若第二相和基體之間的界面能大 則其形狀一般為球狀 若要減少彈性應(yīng)變能 一般會(huì)長成薄片 圓盤 形狀 祝同學(xué)們 學(xué)有所成 考試順利