3-1.解释以下名词：
金属键、晶格、晶胞、合金、组元、相、机械混合物、铁素体、奥氏体、渗碳体、马氏体、黄铜、青铜、形变铝合金、非晶态
金属键：是化学键的一种，主要在金属中存在。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。无方向性和饱和性. 晶胞：晶体内部的基本重复单元（最小重复单元）.
合金：是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的混合物。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。 组元：组成合金的独立的、最基本的单元称为组元，组元可以是组成合金的元素或稳定的化合物。
相：指一个宏观物理系统所具有的一组状态，也通称为物态。
机械混合物：指由两种或以上的互不相溶晶体结构(纯金属、固溶体或化合物)机械地混合而形成的显微组织。机械混合物的性能主要取决于组成它的各组成物的性能以及其数量、形状、大小和分布情况。 铁素体：是碳溶解在α-Fe中的间隙固溶体，常用符号F表示。具有体心立方晶格，其溶碳能力很低.
奥氏体：是钢铁的一种层片状的显微组织，通常是ɣ-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，也称为沃斯田铁或ɣ-Fe。一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。
渗碳体：铁与碳形成的稳定化合物，其化学式为Fe3C。渗碳体的含碳量为ωc=6.69%，熔点为1227℃。其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高HBW=800，塑性、韧性几乎为零，脆性很大。
马氏体：是黑金属材料的一种组织名称，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体
黄铜：由铜和锌所组成的合金，由铜、锌组成的黄铜就叫作普通黄铜，如果是由二种以上的元素组成的多种合金就称为特殊黄铜。黄铜有较强的耐磨性能，黄铜常被用于制造阀门、水管、空调内外机连接管和散热器等。
青铜：是金属冶铸史上最早的合金，在纯铜(紫铜)中加入锡或铅的合金，有特殊重要性和历史意义，与纯铜(紫铜)相比，青铜强度高且熔点低(25%的锡冶炼青铜，熔点就会降低到800℃。纯铜(紫铜)的熔点为1083℃)。青铜铸造性好，耐磨且化学性质稳定.
形变铝合金：
非晶态：固态物质原子的排列所具有的近程有序、长程无序的状态。
3-2.最常见的金属晶体结构有哪几种?
面心立方（fcc）、体心立方（bcc）、密排六方（hcp）
α－Fe、Cr、V、Mo、Nb、W属于体心立方晶格；一般具有较高强度、硬度和熔点，但塑性和韧性差；烷基叔丁基醚
γ－Fe、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；一般具有良好的塑性和韧性；
Co、Mg、Ti、Zn属于密排六方晶格；强度低，塑性和韧性差.
3-3.默画出Fe-Fe3C相图，说明相图中的主要点、线的意义，填出各相区的主要组织和组成物。
参考教材第三章图3-13Fe-Fe3C相图.
3-4.总结铁碳合金中渗碳体的形态对合金性能影响的特点?
提高合金的硬度；
降低强度、塑性和韧性；
增加脆性.
3-5.钢和铸铁在成分、组织和性能上的主要区别是什么?
钢铸铁
成分以铁、碳为主要成分的合金，
含碳量小于2.11%，还含有少
量的硅、锰、磷、硫等元素.
含碳量大于2.11%的铁碳合金，还含有硅、锰、磷、
硫及某些合金元素.铸铁的成分大致为：2.5%～
4.0%C、1.0%～3.0%Si、0.5%～1.4%Mn、0.01%～
0.5%P、0.02%～0.20S.铸铁含碳、硅较高，含硫、
磷杂质元素较多.
组织碳
磺酸酯素
钢
低碳钢（含碳量≦
0.25%）；中碳钢（含
碳量0.25%～0.6%）；
高碳钢（含碳
量>0.6%）
灰
口
铸
铁
耐磨铸铁
因断口呈灰而得名，简称灰铸铁。灰
橡皮弹
铸铁的化学成分一般为：2.5%～3.6%C、
1.1%～
2.5%Si、0.6%～1.2%Mn、P≦
0.5%、S≦0.15%.组织特点是在基体上
分布着片状石墨.灰铸铁的性能主要取
决于基体性能和石墨的数量、形状、大
小和分布情况。
可
锻
铸
铁
塑性比灰铸铁好，故又称为韧性铸铁或
延性铸铁。
球
墨
铸
铁顶到子宫肚子涨
3.6%～3.8%C、2.0%～2.8%Si、0.6%～
0.8%Mn、P≦0.1%、S<0.07%、0.3%～
0.5%Mg、0.02%～0.04%（稀土）.组织
特点是基体加球状石墨，球状石墨的数
量越少，愈细，分布越均匀，机械性能
越高。
合
金
钢
低合金钢（合金元
素总含量≦5%）；
中合金钢（合金元
素总含量5%～
10%）；高合金钢（合
金元素总含
量>10%）.
蠕
墨
铸
铁
新型铸铁，强度接近于球墨铸铁，具有
一定的韧性和较高的耐磨性。同时还具
有灰铸铁良好的铸造性和导热性。它里
面的石墨介于片状和球状之间的一种
中间形状的石墨。主要用于制造气缸盖
气缸套，钢钉模等零件。
特
殊
性
能
铸
铁
耐磨
铸铁
耐热
铸铁
在高温下具有较好的抗氧化和
抗生长的铸铁。
耐蚀
铸铁
性能具有一定的机械性能，良好
的工艺性能优良的铸造性能，良好的减摩性、耐磨性和切削加
工性及缺口敏感性.
钢：含碳量少(<2.1%)，由渗碳体[铁与碳形成的稳定化
合物Fe3C]或铁素体C溶于a-Fe中的固溶体和珠光体[珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在Y-Fe中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。]构成，强度、韧性好，
铸铁：含碳量较高(>2.1%)，由莱氏体[莱氏体是液态
铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为wc=4.3%。]和渗碳体及珠光体构成，基体中分布片或球状石墨，具有良好的铸造性、减摩耐磨性等
共晶转变：具有E点成分的液相，在一定的温度下，同时结晶出一定成分的两个固相，即M点成分的a相与N点成分的β相。
共析转变：定义共析，顾名思义，即两种或以上的固相(新相)，从
同一固相(母相)中一起析出，而发生的相变，称为共析转变，有时也称共析反应。3-6.什么是再结晶?如何选定再结晶退火温度?钢的再结晶退火温度是多少?
薄页纸
再结晶：当变形金属加热到较高温度，原子的活动能力增大，其显微组织结构会发生明显的变化，由破碎的晶粒变成完整的晶粒：由拉长的晶粒变成等轴晶粒。这个过程也是新晶粒的成核和长大的过程，同时使加工硬化与残余应力也完全消除。这个过程称为再结晶。
再结晶退火温度的确定方式要根据变形程度以及再结晶温度、再结晶温度绘制3维立体图来确定具体工作条件下的温度。
钢的再结晶退火温度在780℃比较合适
3-7.试比较各类铸铁之间的性能差别?
灰口铸铁因断口呈灰而得名，简称灰铸铁。灰铸铁的化学成分一般为：2.5%～3.6%C、1.1%～2.5
%Si、0.6%～1.2%Mn、P≦0.5%、S≦0.15%.组织特点是在基体上分布着片状石墨.灰铸铁的性能主要取决于基体性能和石墨的数量、形状、大小
和分布情况。
可
锻
铸
铁
塑性比灰铸铁好，故又称为韧性铸铁或延性铸铁。
球墨铸铁3.6%～3.8%C、2.0%～2.8%Si、0.6%～0.8%Mn、P≦0.1%、S<0.07%、0.3%～0.5%Mg、0.02%～0.04%（稀土）.组织特点是基体加球状石墨，球状石墨的
数量越少，愈细，分布越均匀，机械性能越高。
蠕墨铸铁新型铸铁，强度接近于球墨铸铁，具有一定的韧性和较高的耐磨性。同时还具有灰铸铁良好
的铸造性和导热性。它里面的石墨介于片状和球状之间的一种中间形状的石墨。主要用于制造气缸盖气缸套，钢钉模等零件。
特殊性能铸铁耐磨
铸铁
耐热
铸铁
在高温下具有较好的抗氧化和抗生长的铸铁。
耐蚀
铸铁
3-8.CaTiO3为标准钙钛矿型结构，简述其结构特征，分析其中钙离子、钛离子和氧离子的
配位数。
立方晶系：Ca 2+占立方体顶角，O 2-占立方体面心，Ti 4+占立方体体心
配位数：Ca 2+为12（12个O 2-），Ti 4+为6（6个O 2-），
O 2-为（4个Ca 2++2个Ti 4+）
3-9.查阅相关离子电荷及离子半径，判断以下物质的晶体结构：(a)CsI ，（b ）NiO,，(c)KI ，（d ）NiS
。并给出你的理由。
3-10.黏土、滑石和云母同为层状结构硅酸盐，为什么它们却表现出非常大的机械性能差异?答：因为硅氧层间不同的键合形式会对层状结构硅酸盐的性质产生非常大的影响。例如，白云母结构中，负离子片间由K +结合，层内及层间均为较强的化学键合，因而解理难以进行；滑石结构中层间依靠范德华键结合，层内键合强二层间键合弱，易沿着层面发生解理。3-11.简要说明硅酸盐的几种结构单元的主要特点。岛状结构硅酸盐
环状结构硅酸盐
链状结构硅酸盐
层状结构硅酸盐
架状结构
相邻硅氧四面体间不共用顶角氧，相互不连接而各自孤立存在，形成孤岛状结构硅酸盐。在这类结构中，由于是以离子键相连接，键合力强且在各个方
硅氧四面体共用两顶，即硅氧四面体中有两个顶角上的氧分别与其他硅氧四面体共用，[SiO 4]硅氧四面体的连接可在空间不断延伸，所形成的络阴离子
硅氧四面体共用两顶，当其连接在一维方向无限延伸，则得到单链状结构的络阴离子团，
硅氧四面体中有三个顶角氧分别与其他四面体共用，则得到二维方向无限延伸的硅氧负离子片。负离子片内是键合较强的极性共价键，而负离子片间可硅氧四面体的所有四个顶角氧均分别与其他硅复四面体体共用，则在三维空间形成规则的架状网络，通常将其表示为3∞[Si02],，这即为纯晶态二氧
向相差不大，因此这类物质表现出较高的硬度，结构稳定且没有明显的解理。团结构通式为
[SiO
3
]
n
2n-，当
由数个硅氧四
面体在空间连
接成为闭合
环，则得到环
状结构硅酸盐
络阴离子团。
通过结构中引
人的阳离子以
离子键相连
接，也可依靠
负离子片间的
范德华键相连
接而形成层状
结构硅酸盐。
化硅的品体结
构。
3-12.简述无机非金属材料中不同键合类型对材料性能的影响，并举例说明。
很多氧化物、氮化物、碳化物、硫化物和卤化物均是以离子键合而存在。离子键的特点是不具有方向性和饱和性，有利于离子在空间作密堆积，因此离子晶体通常具有较大的密度。例如，氯化钠晶体为典型的离子键合晶体，其中氯原子与钠原子在键合时分别发生电子得失形成带负电的氯离子和带正电的钠离子，在空间分别形成面心立方的氯离子点阵和面心立方的钠离子点阵，相位1/2(a+b+c)，在空间相错穿插，依靠离子间静电引力键合而形成氯化钠离子晶体。共价晶体即原子晶体。许多具有三电价或三价以上的元素，在其晶体结构中是由电子共有所产生的力结合起来的。共价键的特征是具有严格的方向性和饱和性，原子在空间的排布达不到密堆积程度，堆积效率较低。因此，通常共价晶体的特征是具有较高的硬度、较低的密度和低的导电性。例如，IVB族的元素在以共价键成键时应该具有四个与之键合的近邻元素，其中单晶硅的键合最具代表性。每个硅原子以自旋相反的电子对分别与四个最邻近的硅原子键合，硅原子的三维排列由这些具有方向性的共价键网络所决定。
混合键合的情况，即晶体结构中既存在共价键，又存在离子键，甚至存在范德华键。此时，已很难将该晶体归结为共价晶体或离子晶体。白云母KAl2-[AISiOnJ(OH,F)2和滑石Mg:[Si;Os]e(OH)2同属层状
结构硅酸盐。在白云母结构中，层片内为共价键合，层间由K+键合，其键合形式为典型的离子共价混合键；而在滑石结构中，层片内为共价键合及包含OH-、二价正离子和三价正离子的离子键合，层间却为范德华键，其键合形式为典型的离子共价范德华混合键。
3-13.在冷却形成固体的过程中，以离子键为原子间主要键合形式的材料与一以共价键为主要键合形式的材料，谁更容易形成非晶体？简述理由。
3-14.与金属材料和无机非金属材料比较，高分子材料的组成和结构有什么特征? 与一般低分子不同，高分子由若干个最基本的结构单元以共价键键接构成，高分子材料是通过若干高分子链聚集以及高分子链与其他添加组分的相互作用而构成。与金属和无机金属材料相比，高分子材料的组成和结构具有如下特征:（1）平均分子量大和存在分子量分布
（2）具有多种形态；高分子材料的形态主要取决于高分子链的形态。
（3）组成与结构的多层次性
3-15.简述何为高分子链的凝聚态结构?高分子链凝聚态结构包含哪些内容?
高分子链间通过分子间相互作用，由微观的单个分子链聚集而成宏观的聚合物。高分子链的聚集态结构即是指高分子材料本体内部高分子链之间的几何排列状态，称为高分子的三次结构和高次结构。
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