物理冶金原理第一章习题讲解(北航)
《冶金原理》课后习题和解答
第一章1 冶金原理研究的主要内容包括________、________和________。
冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。
2 金属熔体指________、________。
液态的金属、合金。
1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用_______的理论和方法研究提取冶金过程，为解决有关_____问题、开拓____的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。
物理化学、技术、新2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为________、______、_______、_______四种类型。
金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。
3、冶金原理按具体的冶金对象分为______冶金原理及_____冶金原理。
钢铁、有色金属。
4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为________、_______、________、__________四种。
在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣。
熔渣。
5、熔渣是_______和_______的重要产物之一。
金属提炼、精炼过程。
6、熔渣是指主要由各种______熔合而成的熔体。
氧化物。
7、________的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。
富集渣、8、_______的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。
精炼渣。
9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，要求熔渣具有较低的______、______和_______。
粘度、密度、渣-锍界面张力。
10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的______.物理化学性质。
11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择________，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
熔渣成分12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。
《冶金原理》课后习题和解答
第一章1 冶金原理研究的主要内容包括________、________和________。
冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。
2 金属熔体指________、________。
液态的金属、合金。
1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用_______的理论和方法研究提取冶金过程，为解决有关_____问题、开拓____的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。
物理化学、技术、新2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为________、______、_______、_______四种类型。
金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。
3、冶金原理按具体的冶金对象分为______冶金原理及_____冶金原理。
钢铁、有色金属。
4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为________、_______、________、__________四种。
在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣。
熔渣。
5、熔渣是_______和_______的重要产物之一。
金属提炼、精炼过程。
6、熔渣是指主要由各种______熔合而成的熔体。
氧化物。
7、________的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。
富集渣、8、_______的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。
精炼渣。
9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，要求熔渣具有较低的______、______和_______。
粘度、密度、渣-锍界面张力。
10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的______.物理化学性质。
11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择________，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
熔渣成分12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。
冶金原理 课后题答案
第一章 冶金热力学基础1．基本概念：状态函数，标准态，标准生成自由能及生成焓，活度、活度系数和活度相互作用系数，分解压和分解温度，表面活性物质和表面非活性物质，电极电势和电池电动势，超电势和超电压。
2．△H 、△S 和△G 之间有何关系，它们的求算方法有什么共同点和不同点？3．化合物生成反应的ΔG °-T 关系有何用途？试根据PbO 、NiO 、SiO2、CO 的标准生成自由能与温度的关系分析这些氧化物还原的难易。
4．化学反应等温式方程联系了化学反应的哪些状态？如何应用等温方程的热力学原理来分析化学反应的方向、限度及各种 因素对平衡的影响？5．试谈谈你对活度标准态的认识。
活度标准态选择的不同，会影响到哪些热力学函数的取值？哪些不会受到影响？6．如何判断金属离子在水溶液中析出趋势的大小？7．试根据Kelvin 公式推导不同尺寸金属液滴（半径分别为r1、r2）的蒸汽压之间的关系。
8．已知AlF 3和NaF 的标准生成焓变为ΔH °298K,AlF3(S)=-1489.50kJ ·mol -1, ΔH °298K,NaF(S)=-573.60kJ ·mol -1，又知反应AlF 3(S)+3NaF (S)=Na 3AlF 6(S)的标准焓变为ΔH °298K=-95.06kJ ·mol -1，求Na 3AlF 6(S)的标准生成焓为多少？(-3305.36 kJ ·mol -1)9．已知炼钢温度下：（1）Ti (S)+O 2=TiO 2(S) ΔH 1=-943.5kJ ·mol -1（2）[Ti]+O 2=TiO 2(S) ΔH 2=-922.1kJ ·mol -1 （3）Ti (S)=Ti(l) ΔH 3=-18.8kJ ·mol -1求炼钢温度下，液态钛溶于铁液反应Ti(l)=[Ti]的溶解焓。
《冶金物理化学》答案解析
=-492310
J/mol
1-9 用 Si 热法还原 MgO， 即 Si+2MgO2=2Mg(s)+SiO2(s0 的标准吉布斯自由能与温度的 关系为： ∆ r G =
θ
( 523000 − 211.71T )
J/mol
试计算： （1）在标准状态下还原温度； （2）若欲使还原温度降到 1473K，需创造什么条件？ 解：(1) 令 即 523000-211.71T=0 ∆ r Gθ = 0
1 Fes + O2( g ) + Al2O3 = FeO • Al2O3 (s) 2
3.128 ×104 lg( pO2 / pa ) = − + 12.895 T
∆ f Gθ = ( −578200 + 166.5T ) J / mol
在 1373-1700K 的平衡氧分压为 已知 Mo+O2=MoO2(S)
0 -601.8
θ θ H 298 − H0 / kJ / mol
-212.12
8656.7
解：先将气态 O2 的 fef 值换算为 298K 时的 fef
θ θ θ θ GT − H 298 Gθ − H 0 H θ − H0 [ = ]O2 [ T ]O2 − [ 298 ]O2 T T T
=-212.12-8656.7/1000 =-220.78 J/mol ⋅ k 由反应式
= 2 × (−1986300 + 402.1T ) − 2 × (−1687200 + 326.8T ) − (−578200 + 166.5T )
= −20000 − 15.9T
代入 T=1600K 则有 ∆ r G = −45440 J / mol
《冶金原理》课后习题及解答1-
第一章1 冶金原理研究的主要内容包括_冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。
2 金属熔体指液态的金属、合金。
1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用__物理化学、_____的理论和方法研究提取冶金过程，为解决有关__技术___问题、开拓__新__的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。
、2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为__金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。
3、冶金原理按具体的冶金对象分为__钢铁____冶金原理及__有色金属___冶金原理。
4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为____冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣____四种。
在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_熔渣____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
5、熔渣是_金属提炼______和_____精炼过程__的重要产物之一。
6、熔渣是指主要由各种_氧化物_____熔合而成的熔体。
7、__富集渣______的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。
8、__精炼渣_____的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。
9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，要求熔渣具有较低的粘度、密度、渣-锍界面张力。
10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的物理化学性质。
11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择__熔渣成分______，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。
预期方向；限度；转化率。
13大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物：FeO、CaO、SiO214高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物：CaO、Al2O3、SiO215熔盐——盐的熔融态液体，通常指无机盐的熔融体16在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物叫________ 冶金熔体1、应为熔盐有着与水溶液相似的性质，因此熔盐电解成为了铝、镁、衲、锂等金属唯一的或占主导地位的生产方法。
钢铁冶金原理第一章
1.1.2化学反应的等温方程式
得出吉布斯自由能的变化
B B
v1 B1 v2 B2 v3 B3 v4 B4 ... v j B j
对于气体B1，B2等的化学反应：
v G v G
B
o B
RT ln p
vB B
vB B
简写为
G G RT ln p
o
vB —— 参加反应的气体物质的化学计量数，对于反应物 去负号，生成物去正号 pB ——气体物质的量纲一的分压
a
此外，在热力学的计算中，常涉及到活度标准态之间的转换，有 下列几种转换关系： ①纯物质标准态活度与假想纯物质标难态活度之间的转换
②纯物质标准态活度与质量1％溶液标准态活度之间的转换
③假想纯物质标准态活度与质量1％溶液标准态活度之间的转换
1.3 溶液的热力学关系式 1.3.1 偏摩尔量(化学势)
所谓偏摩尔量，就是在恒温、恒压及其他组分的物质的量保 持不变的条件下，溶液的广度性质X(X代表U，V，H，S，G)对某 组分B物质的量的偏微商：
式中
偏摩尔量有3个重要公式： 1）微分式
xB ——组分B的偏摩尔量 nK ——除 nK 外，其余组分的物质的量。
Gm——溶液的摩尔吉布斯自由能，J/mol
2）集合公式
式中 称为理想溶液的标 准化学势。 可进一步导出溶液的其他热力学函数，
1.3.3 稀溶液
溶质的蒸气压服从亨利定律，而溶剂的蒸气压服从 拉乌尔定律的溶液称为稀溶液。 稀溶液不同标准态的化学势的表达式： 1)假想纯物质标准态
2)质量1％溶液标准态
3)纯物质标难态
稀溶液的
S B
由两部分组成：
o ①形成理想溶液的熵变：-R1nxB，即溶质无序分布在溶剂中； B ②溶质在溶剂中出现的有序态，与 有关，而与浓度无关。 或上式可表示为：
物理冶金学原理1、2、3
4.标准极射赤面投影 在图1.24（b）的极射赤面投影中，｛100｝ 面的简单，对称的位置显示了立方晶体的标准极
射赤面投影的特征。为了从图1.24（a）所示的取
向获得这种取向。只需将极射赤面投影围绕中心
钉按顺时针方向旋转63°即可。为了简便起见，
我们只讨论了｛100｝面，其它晶面也可同样在极 射赤面投影中表现出来。
水平面为｛100｝型晶面，而在图1.16（b）中的
垂直面则为（100）面。这些数字就是该晶面的 密勒指数。
2.密勒指数的确定 （1）确定晶面在三个晶轴上的截距，这些截距用从 原点开始的轴长表示：
X
2 1／2
Y
3 1／3
Z
1 1
轴
截距
(2）取这些数字的倒数 （3）将这些倒数化为具有同一比例的最小整数
2.乌拉尔网的建立及作用 （1）要使极射赤面投影上的点得以定量 的测量出来，须将常用的纬线和经线系统 的进行极射赤面投影，图1.22。求得的参考 图像即所谓的乌拉尔网，可以用来确定任 一给定的晶面的位置。
（2）乌拉尔网主要用于测量两个晶面之间 的角度。其方法为将两个晶面的极射赤面 投影画在透明纸上，然后将这张纸放在乌 拉尔网上并将其中心钉住图1.23a，然后将 极射赤面投影围绕中心钉相对与乌拉尔网 旋转，知道（100）和（010）面都落在同 一经线上为止，图1.23b。于是，它们之间 的角度就可以准确的读出，并且求得为 90°。
三． 晶体结构 1. 初基晶胞
晶体结构用初基晶胞来描述尤为优越，初 基晶胞是指在点阵的角顶上有阵点存在的晶胞。
采用初基晶胞的优点就是每个晶胞事实上
只含有一个原子，图1.13（a）可用来证实这 种说法。
冶金传输原理习题答案
第一章 流体的主要物理性质（吉泽升版）1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。
它包括液体和气体。
流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。
1-2某种液体的密度ρ=900 Kg ／m 3，试求教重度y 和质量体积v 。
解：由液体密度、重度和质量体积的关系知：)m /(88208.9900g 3N VG=*===ργ ∴质量体积为)/(001.013kg m ==ρν1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN ／m 2时体积为995cm 3，当压强为1MN ／m 2时体积为1000 cm 3，问它的等温压缩率k T 为多少? 解：等温压缩率K T 公式(2-1): TT P V V K ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆-=1 ΔV=995-1000=-5*10-6m 3注意：ΔP=2-1=1MN/m 2=1*106Pa将V=1000cm 3代入即可得到K T =5*10-9Pa -1。
注意：式中V 是指液体变化前的体积1.6 如图1.5所示，在相距h ＝0.06m 的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板，在薄板的上下分别放有不同粘度的油，并且一种油的粘度是另一种油的粘度的2倍。
当薄板以匀速v ＝0.3m/s 被拖动时，每平方米受合力F=29N ，求两种油的粘度各是多少?解：流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为YA F 0yx νητ==平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即hh F 0162/22/h νηνηνητ=+==合代入数据得η=0.967Pa.s第二章 流体静力学（吉泽升版）2-1作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点? 解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。
质量力是作用在流体内部任何质点上的力，大小与质量成正比，由加速度产生，与质点外的流体无关。
而表面力是指作用在流体表面上的力，大小与面积成正比，由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。
物理冶金原理课件阶段复习知识与及习题参考答案
热力学基础
题目1
简述热力学第一定律的内容及其在物理冶金中的应用。
答案1
热力学第一定律指出，在一个封闭系统中，能量不能消失或产生，只能从一种形 式转化为另一种形式。在物理冶金中，这一原理用于指导金属材料的熔炼、凝固 和相变过程，通过控制温度、压力等条件实现能量的有效利用和转化。
热力学基础
题目2
解释热力学第二定律中熵的概念，并说明其在冶金过程中的应用。
结果分析
根据实验数据，对实验结果进行分析 和解释，探讨实验现象的本质和规律 。
实验结果与讨论
实验结果
总结实验的主要结果，包括观察到的现象、测量的数据等。
结果讨论
对实验结果进行深入讨论，探讨可能的误差来源、实验条件的优化等，并提出进一步的 研究方向。
05 习题参考答案
热力学部分习题答案
总结词
掌握热力学基本概念和原理，能够解决实际 问题。
04 物理冶金原理实验与实践
实验设备与实验方法
实验设备
介绍实验所需的设备，如高温炉 、真空炉、金相显微镜等，以及 这些设备的主要功能和使用方法 。
实验方法
详细说明实验的操作流程，包括 实验前的准备、实验过程、实验 后处理等，以及实验中需要注意 的事项。
实验数据处理与分析
数据处理
介绍实验数据的收集、整理、处理和 分析的方法，包括数据的图表表示、 统计分析等。
动力学基础
题目4
解释固态相变过程中动力学控制的相变机制，并说明 其对金属材料性能的影响。
答案4
固态相变过程中，相变机制受到动力学控制。根据动力 学条件的不同，相变机制可以是扩散控制或界面控制的 。扩散控制的相变机制涉及原子在固溶体中的长程扩散 ，如调幅分解和有序化过程；而界面控制的相变机制则 涉及新旧相之间的界面移动，如马氏体相变和贝氏体相 变等。这些相变机制对金属材料的性能具有重要影响， 如通过控制相变速率可以调控材料的力学性能和物理性 能。
冶金传输原理吴铿编动量传输部分习题参考答案
第一章习题参考答案（仅限参考）（题目改成单位质量力的国际单位） （不能承受拉力） (d 为表现形式)13. 解：由体积压缩系数的定义，可得：14. 解：由牛顿内摩擦定律可知，式中 A dl π=由此得 d 8.57d x v v F A dl N y μμπδ==≈5. 解：112a a p p gh gh gh p ρρρ=++=+汞油水（测压计中汞柱上方为标准大气压，若为真空结果为1.16m ）6．解：（测压管中上方都为标准大气压）（1）()()13121a a p p g h h g h h p ρρ=+-=-+油水ρ=833kg/m 3（2）()()13121a a p p g h h g h h p ρρ=+-=-+油水h 3=1.8m. 7．解：设水的液面下降速度为为v ，dz v dt =-单位时间内由液面下降引起的质量减少量为：24d v πρ 则有等式：224d v v πρ=，代入各式得：20.50.2744dz d z dt πρ-=整理得：解得：(212115180.2744d t s πρ⎛⎫=-= ⎪⎝⎭ 8. 解：10p p gh ρ=+a5．答：拉格朗日法即流体质点法必须首先找出函数关系x(a,b,c,t)，y(a,b,c,t)，z(a,b,c,t)，ρ(a,b,c,t)等。
实际上就是要跟踪每一个流体质点，可见这个方法在方程的建立和数学处理上将是十分困难的。
因而除研究波浪运动等个别情况外很少采用。
实际上，在大多数的工程实际问题中，通常并不需要知道每个流体质点至始至终的运动过程，而只需要知道流体质点在通过空间任意固定点时运动要素随时间变化状况，以及某一时刻流场中各空间固定点上流体质点的运动要素，然后就可以用数学方法对整个流场进行求解计算。
6．答：流体在运动过程中，若每一空间点的物理量（运动参数）不随时间改变，则称为恒定流动（又称定常流动），否则称为非恒定流动（又称非定常流动）流体质点的运动轨迹称为迹线。
冶金传输原理【周俐】第一章课后习题及解答
冶传第一章习题答案1-1如图，质量为1.18×102㎏的平板尺寸为b×b=67×67㎝2，在厚δ=1.3 ㎜的油膜支承下以u=0.18m/s 匀速下滑，问油的粘度系数为多少？ 解：如图所示：2324sin 51.18109.81 1.310sin 137.16/6767100.18F uA F mg mg N s m Auμδθθδμ--==⨯⨯⨯⨯⨯∴==⨯⨯⨯1-2一平板在距另一平板2㎜处以0.61m/s 的速度平行移动，板间流体粘度为 2.0×10-3N·s/m 2,稳定条件下粘性动量通量为多少？粘性力又是多少？两者方向如何？以图示之。
解：粘性动量通量τ与粘性切应力'τ大小相等τ='τ=31230.612.010 6.110/210F u N m A d μ---==⨯⨯=⨯⨯1-3圆管中层流速分布式为)1(22Rr u u m x -=求切应力在r 方向上的分布，并将流速和切应力以图示之。
解：2222x m m du F r r u u A dr R Rτμμμ===-=1-4 221/0.007/T m cm s ρν=＝，的水在水平板上流动，速度分布为33(/)x u y y m s =-求：（1） 在1x x =处板面上的切应力；（2） 在11x x y mm == ，处于x 方向有动量通量存在吗？若有，试计算其值。
（3） 在11x x y mm == ，处的粘性动量通量。
'ττ快板慢板快流层u解：（1）2)4032(330.00710100032.110/y x y du Fy A dyN m τρυρυ=-=-===-=⨯⨯⨯=⨯（2）3310310/0xy u m s --=⨯≠∴在x=x 1,y=1mm 处于x 方向有动量通量存在 232321000(310)9.010/x xp x Au tu mv u N m ρτρ--∆∆∆===⨯⨯=⨯ （3）粘性动量通量433'21010000.007103 2.110/xy F Adu N m dyρυτ---===⨯⨯⨯=⨯ 1-5如上题，求x=x 1,y=1m 处两种动量通量，并与上题相比较。
1力学冶金讲稿-1-2.2.7解析
3）加载曲面（瞬时的或后继的屈服曲面）
力学冶金
北京科技大学材料学院
刘雅政
课程概述 :
力学冶金是硕士研究生的一门学位课 前修课:本科生的《材料成形理论基础》(固态成形)
在此 课的基础上的深化，扩展和综合; 微细观材料学和宏观力学结合起来； 系统工程：把组成塑性加工过程的各个独立部分视为一个系 统来进行过程综合。
新的知识结构：建立塑性加工系统工程
A. 线弹性
σ
σ=Eε
`
σ ε
B. 刚塑性
σ=σs
σs ε
2).简单应力状态的模型
C. 线粘性
D. 粘-塑性
s
E. 粘-弹性
s
E
3)复杂应力状态的模型
A. 线弹性
m k
ij i j 2Gij
ij ' 2Gij
1.金属塑性加工过程概论
1.1 引言
金属塑性加工方法多种多样，如轧制、锻造、挤压、拉拢、深冲等， 工程材料经受的这诸多的各种各样的加工，
加工目的只有两个：改变材料的几何形状和改善其性能。
改变几何形状：主要属于几何学问题 简单坯料（方、圆、扁坯）通过工具的作用，产生塑性变形而成 为一个几何学上复杂的产品，（如各种型钢、工、槽、扁、角、 轨、钢管，这多为热轧产品。 复杂性：很高的尺寸精度，很低的表面粗糙度，良好的板形，高精 度的厚度偏差等。 有色金属的冷挤压产品也是几何学上很复杂的。
素来减少某些化学元素），来改善材料的化学性能。
物理冶金：在不改变材料的化学成分的情况下，主要通 过
控制材料的加热、冷却、相变等物理手段改变材料的 组织结 构，从而改变材料的性能。
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3、求体心立方（BCC）、面心立方（FCC）及密排六方（HCP） 晶胞的原子数、原子半径、配位数、致密度、间隙半径；
原子半径：4 R 2a R
2 a 4
原子数： 8/8+6/2=4
11 1 1 11 (000) (0 ) ( 0 ) ( 0) 22 2 2 22
2 a 4
3
原子半径：4 R 2a R
3 2 a c 4
4、碳在 -Fe（BCC）及 -Fe（FCC）中的最大固溶度（原子百分数）分别为0.1% 和8.9%，若碳原子均位于八面体间隙中，试分别计算八面体间隙被碳原子占据的百 分数；
① -Fe中，平均每个晶胞中有2个Fe原子 和6个八面体间隙，设每个晶胞中占有 X X个C原子，可得到： 0.1% ，则八 2 X 面体间隙被碳原子 X 占据的百分数为： 6 =0.033% γ-Fe中，平均每个晶胞中有4个Fe原子 和4个八面体间隙，设每个晶胞中占有 X 8.9% X个C原子，可得到： 4 ，则八 X X 面体间隙被碳原子占据的百分数为： 4 =9.77%
配位数： 12
0.74
4 2 4 a 3 4 致密度：
a
3
八面体间隙中心到最近邻原子中心的方向是
100
方向
1 r 八面 2 a R 0.414R
四面体间隙中心到最近邻原子中心的方向是
111方向
3 r 四面 4 a R 0.224R
8、组元A具有面心立方晶体结构，组元B固溶于A中形成 置换式固溶体，试问A3B还是A2B成分的固溶体更易形成 有序固溶体？
组元B溶于A中，置 换面心立方中的顶 点位置的A组元，面 心位置仍有A组元占 据，每个晶胞中A、 B比例符合A3B，故 A3B更易形成有序固 溶体。
10.试述固体合金中原子扩散的微观机制及影响金属原子扩散的主要因素 • 原子扩散微观机制：
6、何谓固溶强化？试分析影响金属固溶强化效果的因素
• 固溶强化是指固溶体中由于合金元素的加入而使强度 硬度提高，塑性下降的现象。 （固溶体的强度硬度大于各组元而塑性较低的现象 ） • 固溶强化理论最主要的是位错的钉札机制，即位错与 溶质原子的交互作用。溶质原子向位错偏聚，形成溶 质气团，降低位错的应变能和系统能量，使位错难于 移动。另外由于原子尺寸的差异造成晶格畸变，阻碍 位错的滑移，也会产生强化效果 • 影响因素：固溶体类型；原子尺寸差；晶体结构；电 化学性质；元素固溶度。
②a-Fe中C原子占据八面体间隙的百分数 = 0.1%m 100% 0.033%
99.9%m 3
γ-Fe中C原子占据八面体间隙的百分数
8.9%m 100% 9.77% = 91.1%m 1
……
5、试述置换式固溶体与间隙式固溶体的形成条件、影响固溶度的主 要因素及性能特点。
• 当溶剂与溶质原子尺寸相近，电负性相差不大 时易形成置换式固溶体，绝大多数金属都形成 置换式固溶体，固溶度的大小主要取决于晶体 结构类型、原子尺寸和化学亲和力等。 • 当溶质原子足够小，可以填充溶剂结构的间隙 时可以形成间隙固溶体。由于金属大多是密堆 积结构，间隙的尺寸与金属原子直径相比是很 小的，故只有氢、硼、碳、氮等非金属元素的 原子才能形成间隙固溶体。间隙原子使晶格严 重变形，能够极大地提够材料的强度。
•
晶体缺陷密度：
空位浓度: 过饱和空位（固溶后不能停留太长时间） 晶界（晶粒尺寸）: 纳米材料（表面纳米化－渗氮） 位错及层错密度：是扩散的快速通道 相界:
• • •
表面曲率：曲率半径越小、表面自由能越高、扩散驱动力越大（粉末冶金烧结、小晶粒缩小大晶粒长大） 其他合金元素的影响：或增加或减小或无影响 溶质浓度
7、试比较间隙固溶体与间隙相的结构特征及性能特点
• 间隙固溶体属于一次固溶体，位于相图 端部和纯组元相连接，它的晶体结构保 持纯组元的晶体结构，溶质原子处于溶 剂晶体结构的间隙中，只能有一定的溶 解度。 • 间隙相：具有完全不同于各组成元素的 晶体结构，各组元原子按一定规则在晶 格中呈有序排列。结合键为金属键与共 价键的混合。具有较高的硬度和熔点。
1. 空位机制：置换式溶质原子 • 温度： D = Do×exp(-Q/RT) 2. 间隙机制：间隙溶质原子 3. 位错、层错、晶界、相界、表面…
• 影响金属原子扩散的主要因素：
• 扩散元素性质：熔点、原子间结合力，同溶剂原子间的原子尺寸差、化学亲和力等
熔点越高扩散激活能越大扩散系数越小 原子间结合力越强扩散激活能越大扩散系数越小 原子尺寸差越小晶格奇变越小扩散系数越小 化学亲和力越高（原子间结合力越强）扩散激活能越大扩散系数越小 • 溶剂金属性质：晶体结构、熔点、结合能 晶体结构致密度越高（BCC与 FCC相差1500倍) 原子扩散激活能越高、扩散系数越小 熔点越高（原子间结合力越强）扩散激活能越大扩散系数越小 与溶质原子化学亲和力越高（原子间结合力越强）扩散激活能越大扩散系数越小 同溶质原子的尺寸差越小晶格奇变越小扩散系数越小
BC 011
AC 101
BD 101
AD 011 CD 110
面BCD 111 或 111
面ABC 111 或 111
面ACD 111 或 111
面ABD 111 或 111
四面体间隙半径是
扁八面体
a a r 四面 R 0.29 R 2 4
2
2
原子数：12/6+2/2+3=6 a a 2 R R 原子半径： 2
(理想情况下，c/a=1.633)
配位数：6+6(理想情况下CN=12) 致密度：
6 4 R3 3 6 0.74
原子数： 1+8/8=2
(000) (
111 ) 222
配位数：8+6（考虑次紧邻原子）
原子半径：4 R 3a R
3
3 a 4
4 3 2 a 3 4 致密度：
a
3
0.68
八面体间隙中心到最近邻原子中心的方向是 100 方向
1 r 八面 2 a R 0.154 R
晶体学基础、金属及合金相结 构、固体金属原子扩散
2、在面心立方晶胞中，ABCD四点构成一个正四面体，四点的坐标分别为A (0, 1/2, 1/2), B (1/2, 1, 1/2), C (1/2, 1/2, 0), D (0, 1, 0)， 写出该四面体中四个面的晶面指数及六条边的 晶向指数。
AB 110