材料科学基础答案(矿大)

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1、2021/8/141习题一习题一: (P51) : (P51) 1.1.)210(021 112（421421）（1 12323）3462021/8/1422.2.计算计算f.c.c100f.c.c100、110110、111111面间距面间距2)100(2aadaad42)110(4aad33)111(32021/8/1433.3.计算计算f.c.c110f.c.c110面密度，面密度，线密度线密度22222/124/14aaAaal2212/122021/8/1444.4.在在 面上绘出面上绘出 晶向晶向）（101031123112z zx x1 1x x3 3x x2 2）（101020

2、21/8/1455.5.画六方系中的常见晶向画六方系中的常见晶向000101120110z zx x1 1x x3 3x x2 2021101212021/8/1466.6.下述电子排列方式中，哪一个是惰性元素、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卤族元素、碱族、碱土族元素及过渡金属? ? ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d73d7 4s2 4s2 过渡过渡 ls2 2s2 2p6 ls2 2s2 2p6 3s2 3p63s2 3p6 惰性惰性 1s2 1s2 2s2 2p5 2s2 2p5 卤族卤族 ls

3、2 2s2 2p6 ls2 2s2 2p6 3s2 3s2 碱土碱土 ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d23d2 4s2 4s2 过渡过渡 ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 4s1 碱族碱族2021/8/1477 7为什么金属键结合的固体材料的密度比离子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键或共价键固体为高? ? 答：答： 由质量较大，半径较小的金属原子构成。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。金属键无方向性和饱和性，密堆结

4、构能量较低，稳定。2021/8/148作业作业2 2：1 1、计算离子晶体中配位数为、计算离子晶体中配位数为3 3和和4 4的最小离子半径比的最小离子半径比r r+ +r r- -。155.0130301CosrrCosrrrr r+ +r+r- -r r- -225.0123421104431114rraaraarr2021/8/1492 2、已知、已知NaFNaF核间距为核间距为0.231nm0.231nm，F F- -半径为半径为0.133nm0.133nm，求正负，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、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

5、）。晶胞中原子数）。r r+ + = r= r0 0-r-r- - = 0.231-0.133 = 0.098= 0.231-0.133 = 0.098r r+ +/r/r- - = 0.737= 0.737查上表，查上表，n n = n= n- -8 8，立方体间隙；，立方体间隙；空间点阵空间点阵: : 简单立方简单立方结构单元结构单元: NaF: NaF晶胞中原子数晶胞中原子数 1Na+1F 1Na+1FNaNa+ +F F- -2021/8/14103 3、示意画出金刚石型结构的晶胞，说明其中包含有几、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。个原子，并写

6、出各个原子的坐标。4143414343434341414141432021/8/1411习题二：（习题二：（P79P79）1.1.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、硬度约高于纯溶剂，远低于金属同溶剂组元；强度、硬度约高于纯溶剂，远低于金属化合物，塑性、韧性较好。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；结构不同于任何组为基

7、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。元；熔点高、硬而脆。2021/8/14122.2.溶解度分析溶解度分析 AgAgd d0 0=0.288=0.288，f.c.cf.c.c结构，结构，极限极限电子浓度电子浓度1.361.36，价电子数价电子数1 1100)100(/uxxvae 原子直径差越小，价电子数差越小，溶解度越高。原子直径差越小，价电子数差越小，溶解度越高。2021/8/14135. 5. 银和铝都具有面心立方结构，它们的原子半银和铝都具有面心立方结构，它们的原子半径分别为径分别为r rAgAg=0.1441nm=0.1441nm，r rAlAl=0.142

8、8nm=0.1428nm，问它们，问它们在固态下能否无限互溶？为什么？在固态下能否无限互溶？为什么？不能。虽然不能。虽然AgAg和和AlAl结构相同，原子半径相差很小，但结构相同，原子半径相差很小，但AgAg的价电子数为的价电子数为1 1，AlAl为为3 3，理论溶解度只有，理论溶解度只有18%18%，所以，所以在固态下它们不能无限互溶。在固态下它们不能无限互溶。2021/8/14147. 7. 立方立方ZnSZnS的密度为的密度为4.1Mg/m4.1Mg/m3 3，试计算两离子的中心距离。，试计算两离子的中心距离。ZnSZnS： f.c.c f.c.c结构，结构，晶胞分子数：晶胞分子数：4

9、4；摩尔质量：摩尔质量： m0 = 97.39= 97.39设：晶胞设：晶胞体积为体积为V0nmNmVa54.0430030ZnZn+2+2S S-2-2nma234. 054. 043111402021/8/1415习题习题3 3:(P109):(P109)2.2.分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。正的温度梯度：固液界面偶然的凸出，前端过冷度较小，正的温度梯度：固液界面偶然的凸出，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。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：凸出前端过冷度较大，生长更快。树枝晶负的温度梯

10、度：凸出前端过冷度较大，生长更快。树枝晶长大。长大。2021/8/14164.4.试分析单晶体形成的基本条件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；籽晶引种有利于单超纯和小的过冷度，以控制形核；籽晶引种有利于单晶形成。晶形成。2021/8/1417纯纯NiNi平衡结晶平衡结晶, ,已知已知T TNiNi=1726K=1726K，T=319T=319L Lm m = 18075/6.6 = 2739 J/cm= 18075/6.6 = 2739 J/cm3 3，r r* * = 1nm= 1nm。求求、G G* *。25*/1053.22cmJTTLmmTLmTmr2*22233

11、16*TLTGmmp JG18*10059.12021/8/14187. 7. 简述纯金属晶体长大机制与简述纯金属晶体长大机制与S/LS/L界面结构的关系界面结构的关系 粗糙界面粗糙界面: :垂直长大机制垂直长大机制 对于对于2 2的材料，光滑界面能量较低，的材料，光滑界面能量较低，为了维持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。维晶核和螺型位错长大机制。2021/8/1419习题习题4-14-1：（：（P188P188）. .平衡结晶过程平衡结晶过程合金合金 温度温度 转变转变 组成组成 1 1 L L 1

12、 12 2 L L L+ L+ 1 L1 L 1 12 2 L L先先 L+ L+ 2 L( 2 L() )共共 L+L+ 1 - L1 - L 1 12 L2 L L L 2 L+ 2 L+ L+ L+ + 2 23 L3 L余余 L+ L+ 3 34 - 4 - 1 - L1 - L1 12 L2 L L L 1 - L1 - L1 12 L2 L L+ L+2 23 - 3 - 3 3 + +室温相：室温相： + +室温组织：室温组织： + +2021/8/1429Zn%L+Cu40tTLL冷却曲线冷却曲线2021/8/1430习题习题4-24-2：（：（P188P188）6.6.绘制绘

13、制Au-VAu-V相图相图AuV12001000140020008060402016001800L2021/8/14317. Fe-Fe7. Fe-Fe3 3C C相图计算相对量相图计算相对量12A CDEFG 912912SPQ11481148727727LA4.3%2.11%0.0218%6.69%LdFP0.77%LdKP+FP+Fe3CP+LdLd+Fe3CA AcmcmA A1 1BHJN4%2021/8/1432室温组织：室温组织： P + Fe P + Fe3 3C C + Ld + Ld%3.8611.23.411.24%LdW%6.10)863.01(77.069.611.2

14、69.6%PW%1 .3)%6 .103 .86100(%3CFeW%5 .8869. 677. 069. 6%FW%5 .11885.01%3CFeWP P中中: :2021/8/1433%53.4)118.0478.01 (0218.069.60218.077.0%W%8.4711.269.611.23.4%WLdLd中中: :%8 .11)478.01 (77.069.677.011.2%W共析共析Fe3C共晶共晶Fe3CFe3C2021/8/14349.9.汽车挡泥板应选用高碳钢还是低碳钢制造？汽车挡泥板应选用高碳钢还是低碳钢制造？ 应选低碳钢。因为应选低碳钢。因为挡泥板对强度硬度要求

15、挡泥板对强度硬度要求不高，不高，低碳钢塑性韧性好，易于轧制成型。低碳钢塑性韧性好，易于轧制成型。2021/8/143510.10.求求2020钢钢800800时的相组成、成分及相对量。时的相组成、成分及相对量。 相组成：相组成：A+F A成分：成分： F成分：成分：相对量：相对量：）（）（46. 080091072791077. 0Fewc%AF9107270.02180.778000.2）（）（013. 08009107279100218. 0%3 .55%1%7 .44013. 046. 02 . 046. 0%FAFWWW2021/8/1436W习题习题5 5：（：（P189P189）1

16、2. (1)12. (1)标出标出X、Y、Z合金位置合金位置 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：合金：wPb= 0.34，wSn= 0.18，wZn= 0.482021/8/1437(2)(2)将将2KgX、4KgY、6KgZ混合得合金混合得合金W W合金成分：合金成分：48. 0118. 0121 . 063 . 0415. 0234. 0121 . 065 . 0475. 02SnPbZnSnPbwwwww2021

17、/8/1438（3 3）问用）问用3KgX3KgX与什么合金混合可得与什么合金混合可得6KgY?6KgY?由直线定理：用由直线定理：用3KgM合金合金混合可得混合可得6KgY合金合金 M合金：合金： wPb= 0.25，wSn= 0.45， wZn= 0.30ZnPbSnXYZWM2021/8/143914.14.简单三元共晶相图分析简单三元共晶相图分析合金：合金：单单(L)(L)双双(L+A)(L+A)三三(L+A+C)(L+A+C)四四(L+A+B+C)(L+A+B+C)三三(A+B+C)(A+B+C)LALA初初L(A+C)L(A+C)共共L(A+B+C)L(A+B+C)共共室温组织：室

18、温组织：A+(A+C)A+(A+C)共共+(A+B+C)+(A+B+C)共共ABCEe1e2e3(A+B+C)(A+B+C)(A+C)(A+C)A A2021/8/1440LA初初L(A+C)共共L(A+B+C)共共TELtT2021/8/1441合金合金室温组织室温组织： C+(A+C) C+(A+C)共共+(A+B+C)+(A+B+C)共共合金合金室温组织：室温组织： C+(B+C) C+(B+C)共共+(A+B+C)+(A+B+C)共共合金合金室温组织：室温组织： B+(B+C) B+(B+C)共共+(A+B+C)+(A+B+C)共共合金合金室温组织：室温组织： B+(A+B) B+(A

19、+B)共共+(A+B+C)+(A+B+C)共共 ABCEe1e2e32021/8/144216.Al-Cu-Mg16.Al-Cu-Mg相图分析相图分析 合金合金X X初生相为初生相为，开始，开始凝固温度约为凝固温度约为620620。 合金合金Y Y初生相为初生相为S S，开始凝，开始凝固温度约为固温度约为530530。四个交点：四个交点： E ET T：L L + + + S+ S P P1 1: L + Q S + T: L + Q S + T P P2 2: L + S : L + S + T+ T E Eu u: L: L + + + T + TEuSQTAlCuMgETP1P2YX合金

20、合金X：wCu=0.15，wMg=0.05合金合金Y：wCu=0.20，wMg=0.202021/8/144318. 18. 分析分析2Cr132Cr13、4Cr134Cr13和和Cr12Cr12凝固过程凝固过程2021/8/1444 2Cr132Cr13：温度温度 转变转变 组织组织1 12 L2 L初初 L+ L+ 2 23 L+3 L+ L+ L+ +3 34 4 + +4 45 5 5 56 6 (+ C+ C3 3) ) +(+(+ C+ C3 3) ) 6 6 CC3 3 ( (+ C+ C3 3)+C)+C3 3室温组织室温组织：( (+C+C3 3) )共共+ C+ C3 3特

21、点：特点： 碳化物最少。碳化物最少。后续处理：后续处理： 加热至加热至4 45 5温度温度奥氏体化后快冷，奥氏体化后快冷，可提高防锈能力。可提高防锈能力。2021/8/1445 4Cr134Cr13：温度温度 转变转变 组织组织1 12 L2 L初初 L+ L+ 2 23 L+3 L+ L+ L+ +3 34 L4 L L+ L+4 45 5 5 56 6 CC2 2 +C+C2 26 67 7 + C+ C2 2CC3 3 +C+C2 2+C+C3 37 78 8 CC3 3 +C+C3 38 89 9 (+C+C3 3) ) +(+(+C+C3 3) ) 9 9 CC3 3 ( (+C+C

22、3 3)+C)+C3 3 室温组织室温组织：( (+C+C3 3) )共共+C+C3 3特点：特点： 碳化物较碳化物较2Cr132Cr13多，多，防锈能力较差，切防锈能力较差，切削性能好。削性能好。2021/8/1446 Cr12Cr12温度温度 转变转变 组织组织1 12 L2 L初初 L+ L+ 2 23 L3 L余余（+C+C2 2） L+ L+初初( (+C+C2 2) )3 34 4 CC2 2 ( (+C+C2 2)+()+(+C+C2 2)+C)+C2 2 4 45 5 C C2 2 + +C C2 25 5 CC2 2 +C+C2 2室温组织：室温组织：( (+C+C2 2)+

23、()+(+C+C2 2)+C)+C2 2+ C+ C2 2特点：特点： 碳化物最多，碳化物最多，非不锈钢，模具钢。非不锈钢，模具钢。2021/8/1447习题习题6 6：（：（P209P209）2. 2. 稳态扩散问题稳态扩散问题: : 已知已知: 700: 700N N在在FeFe中中求求: :单位时间通过铁膜片的单位时间通过铁膜片的N N原子总量。原子总量。sD/cm1042770030mm0.01mm1000 mol/m3100 mol/m3s/1053. 1/1054. 2186原原子子个个NsmoldxdcDAJAQJ2021/8/14483.3.已知已知ZnZn2+2+、CrCr3

24、+3+在在ZnCrZnCr2 2O O4 4中扩散系数为：中扩散系数为：)/)338904exp(105 . 823/42smRTDOZnCrCr（)/()357732exp(10623/42smRTDOZnCrZn)/(1088. 2216/42smDOZnCrZn求：求：1403k1403k时的扩散系数时的扩散系数)/1057. 5215/42smDOZnCrCr（Cr2O3ZnO标记向标记向CrCr2 2O O3 3方向移动方向移动2021/8/14497.Fe-O7.Fe-O相图分析相图分析C6C1C2C3C4C5TFeO%30222426286008001000-Fe+FeO-Fe+

25、FeOFeOFe3O4Fe2O3C1C6C2C3C4C5xFeOFe2O3Fe3O4-Fe10002021/8/1450700700C1C1C2C3C2TFeO%30222426286008001000-Fe+FeO-Fe+FeOFeOFe3O4Fe2O3C3xFeO表面主要为表面主要为FeOFeO。氧化速度较低。氧化速度较低。2021/8/1451500500C1TFeO%30222426286008001000-Fe+FeO-Fe+FeOFeOFe3O4Fe2O3C1x 表面形成薄表面形成薄层层FeFe3 3O O4 4，阻止了，阻止了氧的渗入。氧的渗入。2021/8/14522021/8/1453阳离子配位体规律阳离子配位体规律- - - - - - r +/r -是决定离子晶体配位多面体形态的关键因素。是决定离子晶体配位多面体形态的关键因素。2021/8/1454213835部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！