中南大学 材料科学基础 课后习题答案

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1、第一章原子排列与晶体结构1.[110]，(111)，ABCABC…，0.74，12,4，；[111]，(110),0.68,8,2，；，(0001)，ABAB，0.74，12，6，。2.0.01659nm3，4，8。3.FCC，BCC，减少，降低，膨胀，收缩。4.解答：见图1－15.解答：设所决定的晶面为（hkl），晶面指数与面上的直线[uvw]之间有hu+kv+lw=0，故有：h+k-l=0,2h-l=0。可以求得（hkl）＝（112）。6解答：Pb为fcc结构，原子半径R与点阵常数a的关系为，故可求得a＝0.4949×10-6mm。则（100）平面的面积S＝a2

2、＝0.244926011×0-12mm2，每个（100）面上的原子个数为2。所以1mm2上的原子个数＝4.08×1012。第二章合金相结构一、填空1）提高，降低，变差，变大。2）（1）晶体结构；（2）元素之间电负性差；（3）电子浓度；（4）元素之间尺寸差别3）存在溶质原子偏聚和短程有序。4）置换固溶体和间隙固溶体。5）提高，降低，降低。6）溶质原子溶入点阵原子溶入溶剂点阵间隙中形成的固溶体，非金属原子与金属原子半径的比值大于0.59时形成的复杂结构的化合物。二、问答1、解答：a-Fe为bcc结构，致密度虽然较小，但是它的间隙数目多且分散，间隙半径很小，四面体间隙半径

3、为0.291Ra，即R＝0.0361nm，八面体间隙半径为0.154Ra，即R＝0.0191nm。氢，氮，碳，硼由于与a-Fe的尺寸差别较大，在a-Fe中形成间隙固溶体，固溶度很小。a-Fe的八面体间隙的[110]方向R=0.633Ra，间隙元素溶入时只引起一个方向上的点阵畸变，故多数处于a-Fe的八面体间隙中心。B原子较大，有时以置换方式溶入a-Fe。由于g-Fe为fcc结构，间隙数目少，间隙半径大，四面体间隙半径为0.225Ra，即R＝0.028nm，八面体间隙半径为0.414Ra，即R＝0.0522nm。氢，氮，碳，硼在g-Fe中也是形成间隙固溶体，其固溶度大

4、于在a-Fe中的固溶度，氢，氮，碳，硼处于g-Fe的八面体间隙中心。2、简答：异类原子之间的结合力大于同类原子之间结合力；合金成分符合一定化学式；低于临界温度（有序化温度）。第三章纯金属的凝固1.填空1.结构和能量。2表面，体积自由能,，。3晶核长大时固液界面的过冷度。4减少，越大，细小。5.快速冷却。二、问答1解答：凝固的基本过程为形核和长大，形核需要能量和结构条件，形核和长大需要过冷度。细化晶粒的基本途径可以通过加大过冷度，加入形核剂，振动或搅拌。2解答：根据金属结晶过程的形核和长大理论以及铸锭的散热过程，可以得出通常铸锭组织的特点为最外层为细小等轴晶，靠内为柱

5、状晶，最内层为粗大等轴晶。3解答：液态金属结晶时，均匀形核时临界晶核半径rK与过冷度vT关系为，临界形核功vGK等于。异质形核时固相质点可作为晶核长大，其临界形核功较小，，θ为液相与非均匀形核核心的润湿角。形核率与过冷度的关系为：，其中N为形核率，C为常数，ΔGA、ΔGk分别表示形核时原子扩散激活能和临界形核功。在通常工业凝固条件下形核率随过冷度增大而增大。4解答：在金属凝固时，可以近似认为LM=vHm,根据均匀形核时临界晶核半径rK与过冷度vT关系为，可以计算得到r＝0.79×10－7cm＝0.79nm。5：解答：过冷是指金属结晶时实际结晶温度Tn比理论结晶温度T

6、m低的现象。过冷度ΔT指Tm与Tn的差值。动态过冷度指晶核长大时的过冷度。金属形核和长大都需要过冷，过冷度增大通常使形核半径、形核功减少，形核过程容易，形核率增加，晶粒细化。6解答：冷却速度极大影响金属凝固后的组织。冷却快一般过冷度大，使形核半径、形核功减少，形核过程容易，形核率增加，晶粒细化，冷却非常快时可以得到非晶，在一般工业条件下快速冷却可以得到亚稳相。7、解答：纯金属凝固时润湿角θ＝0°，形核功为0，固相粒子促进形核效果最好；润湿角θ＝180°，异质形核功等于均匀形核功，固相粒子对形核无促进作用；润湿角0°<θ<180°，形核功比均匀形核的形核功小，θ越小，

7、固相粒子促进形核效果越好。杂质颗粒的晶体结构与晶核相同或相近时，促进形核效果好，当两者结构不相同时，一般对促进形核效果差或不促进形核。杂质粒子的表面成凹形时，促进形核效果好，成平面状时次之，凸形时最差。第四章二元合金相图与合金凝固一、填空1.成分2.光滑界面,粗糙界面3.垂直长大机制，二维平面长大,依靠晶体缺陷长大4枝晶，均匀化退火5平直状，树枝。6._伪共晶_。7，1。8.共晶，熔晶，偏析，包析90.0218%，4.3%；P和Fe3C；FCC，间隙，间隙固溶体，BCC，2.11%；0.77，珠光体和渗碳体；4.3%；P+F，P+Fe3C，Ld，A+Fe3C，P