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高等建筑材料”复习题（2013）1. 理解 Fe-Fe3C 合金相图；不同含碳量情况下析晶的过程及组织典型铁碳合金的平衡结晶过程根据 - 相图，铁碳含金可分为三类：Fe3⑴ 0.218%C工 业 纯 铁 ⑵  2.1C07过 共 析 钢 %共 析 钢 8亚 共 析 钢钢⑶  69%43过 共 晶 白 口 铸 铁共 晶 白 口 铸 铁亚 共 晶 白 口 铸 铁6.9%C21白 口 铸 铁下面分别对以上七种典型铁碳含金的结晶过程进行分析3.3.1 工业纯铁以含碳 0.01％的铁碳合金为例，其冷却曲线（如图 3.2）和平衡结晶过程如下合金在 1 点以上为液相 冷却至稍低于 1 点时，开始从 中结晶出 ，至 2 点合金全LL部结晶为 从 3 点起， 逐渐转变为 ，至 4 点全部转变完了 4-5 点间 冷却不变自 5 点始，AA从 中析出 在 晶界处生核并长大，至 6 点时 全部转变为 在 6-7 点间 冷却不变在AFAAFF7-8 点间，从 晶界析出 因此合金的室温平衡组织为 + 呈白色块状； 量ICe3 ICe3 ICe3极少，呈小白片状分布于 晶界处。

若忽略 ，则组织全为 ICFe3图 3.2 工业纯铁结晶过程示意图3.3.2 共析钢其冷却曲线和平衡结晶过程如图 3.3 所示合金冷却时，于 1 点起从 中结晶出 ，至 2 点全部结晶完了在 2-3 点间 冷却不变至 3 点时，LAA发生共析反应生成 从 3′继续冷却至 4 点， 皆不发生转变因此共析钢的室温平衡组织全APP部为 ， 呈层片状P共析钢的室温组织组成物也全部是 ，而组成相为 和 ，它们的相对质量为：FCe3;%%8106.97F %312FCe图 3.3 共析钢结晶过程示意图3.3.3 亚共析钢以含碳 0.4％的铁碳含金为例，其冷却曲线和平衡结晶过程如图 3.4 所示合金冷却时，从 1 点起自 中结晶出 ，至 2 点时， 成分变为 0.53％ ， 变为 0.09％ ，LLCC发生包晶反应生成 ，反应结束后尚有多余的 2′点以下，自 中不断结晶出 ，至 3 点合金7.0A A全部转变为 在 3-4 点间 冷却不变从 4 点起，冷却时由 中析出 ， 在 晶界处优先生核AF并长大，而 和 的成分分别沿 和 线变化至 5 点时， 的成分变为 0.77％ ， 的成分FGSP F变为 0.0218％ 。

此时 发生共析反应，转变为 ， 不变化从 5′继续冷却至 6 点，合金组织CF不发生变化，因此室温平衡组织为 + 呈白色块状； 呈层片状，放大倍数不高时呈黑色块FP状碳含量大于 0.6％的亚共析钢，室温平衡组织中的 常呈白色网状，包围在 周围图 3.4 亚共析钢结晶过程示意图含 0.4％ 的亚共析钢的组织组成物（ 和 ）的相对质量为：CFP；%%510.2074P %4951组成相（ 和 ）的相对质量为：Fe3 ;369469Ce由于室温下 的含碳量极微，若将 中的含碳量忽略不计，则钢中的含碳量全部在 中，所以FF P亚共析钢的含碳量可由其室温平衡组织来估算即根据 的含量可求出钢的含碳量为：P由于 和 的密度相近，钢中 和 的含量（质量百分数）可以近似用对应的%0.7PCPF面积百分数来估算图 3.5 过共析钢结晶过程示意图3.3.4 过共析钢以碳含量为 1.2％的铁碳合金为例，其冷却曲线和平衡结晶过程如图 3.5 所示合金冷却时，从 1 点起自 中结晶出 ，至 2 点全部结晶完了在 2-3 点间 冷却不变，从 3LAA点起，由 中析出 ， 呈网状分布在 晶界上至 4 点时 的碳含量降为 0.77％，4-4′AICFe3I3发生共析反应转变为 ，而 不变化。

在 4′-5 点间冷却时组织不发生转变因此室温平衡组Pe织为 + 在显微镜下， 呈网状分布在层片状 周围Ie3 I3 P含 1.2％ 的过共析钢的组成相为 和 ；组织组成物为 和 ，它们的相对质量为：FCe3 ICFe3P%;%%CFI3 971710.69712P3.3.5 共晶白口铸铁共晶白口铸铁的冷却曲线和平衡结晶过程如图 3.6 所示图 3.6 共晶白口铸铁结晶过程示意图合金在 1 点发生共晶反应，由 转变为（高温）莱氏体 （ + ） 在 1′-2 点间， 中LLeACF3 Le的 不断析出 与共晶 无界线相连，在显微镜下无法分辨，但此时的莱氏体由AICFe3I3CFe3+ + 组成由于 的析出，至 2 点时 的碳含量降为 0.77％，并发生共析反应转变I3 I为 ；高温莱氏体 转变成低温莱氏体 ′( + + )从 2′至 3 点组织不变化所以PLeLePICF3e3室温平衡组织仍为 ′，由黑色条状或粒状 和白色 基体组成（见图 3.12） 共晶白口铸铁的组织组成物全为 ′，而组成相还是 和 ，它们的相对重量可用杠杆定3律求出3.3.6 亚共晶白口铸铁 以碳含量为 3％的铁碳合金为例，其冷却曲线和平衡结晶讨程如图 3.7 所示。

图 3.7 亚共晶白口铸铁结晶过程示意图合金自 1 点起，从 中结晶出初生 ，至 2 点时 的成分变为含 4.3％ （ 的成分变为含LALCA2.11％） ，发生共晶反应转变为 ，而 不参与反应在 2′-3 点间继续冷却时，初生 不断在其e外围或晶界上析出 ，同时 中的 也析出 至 3 点温度时，所有 的成分均变为ICFe3 ICFe30.77％，初生 发生共析反应转变为 ；高温莱氏体 也转变为低温莱氏体 ′在 3′以下到 4APLe点，冷却不引起转变因此室温平衡组织为 + + ′ 网状 分布在粗大块状 的周围，I3 IF3 P′ 则由条状或粒状 和 基体组成LeP3亚共晶白口铸铁的组成相为 和 组织组成物为 、 、和 ′它们的相对质量可e3 PIe3以两次利用杠杆定律求出先求合金钢冷却到 2 点温度时初生 和 的相对质量：1.2A3.4L%%;%3.41. 415959043 A通过共晶反应全部转变为 ，并随后转变为低温莱氏体 ′，所以 ′％ = ％ = 3.4LeLeeLe％ = 41％再求 3 点温度时（共析转变前）由初生 析出的 及共析成分的 的相对质量：1.2AICF3 7.0A。

7.0 46590.76213590.7621 CFeI由于 发生共析反应转变为 ，所以 的相对质量就是 46％7.0AP3.3.7 过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁的结晶过程与亚共晶白口铸铁大同小异，唯一的区别是：其先析出相是一次渗碳体（ ）而不是 ，而且因为没有先析出 ，进而其室温组织中除 ′中的 以外再没有 ，ICFe3 ALeP即室温下组织为 ′＋ ，组成相也同样为 和 ，它们的质量分数的计算仍然用杠杆定律，LeICF3 FCe3方法同上2. 缺陷对晶体材料强度影响；钢材的几种强化手段并各举 1 例3. 为什么晶体材料为各向异性，而实际工程中建筑钢材却无此表现？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性多晶由很多单晶构成，而且自然徘布无规律，所以各项异性相当于存在于各个方向，也就是没有各项异性了4. 试计算体心立方、面心立方以及密排六方晶胞的密积系数，并证明密排六方的理想轴比 c/a 为 63.1/8证明：理想密排六方晶格配位数为 12，即晶胞上底面中心原子与其下面的 3 个位于晶胞内的原子相切，成正四面体，如图所示则 OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a因△ABC 是等边三角形，所以有 OC=2/3CE由于(BC) 2=(CE)2+(BE)2则有(CD) 2=(OC)2+(1/2c)2，即因此 c/a=√8/3=1.6335. 均质生核时，试证明 ， 。

讨论 时vGr2* 23*)()/16(vG90（即半球形微粒）的异质生核，证明这时的 是均质生核时的一半6. 石膏制品具有质轻、隔热隔声、调湿、防火、装饰等优良性能，试简要说明石膏制品具有这些性能的原因1）凝结硬化快 建筑石膏加水拌合后 10min 内便失去塑性而初凝，30min 内即终凝硬化，并产生强度由于初凝时间短不便施工操作，使用时一般均加入缓凝剂以延长凝结时间常用的缓凝剂有：经石灰处理的动物胶（掺量 0.1%～0.2%） 、亚硫酸酒精废液（掺量 1%） 、硼砂、柠檬酸、聚乙烯醇等等掺缓凝剂后，石膏制品的强度将有所降低2）强度较高 建筑石膏的强度发展快，一般 7h 即可达最大值抗压强度约为8～12MPa （3）体积微膨胀 建筑石膏凝结硬化过程的体积微膨胀特性，使得石膏制品表面光滑、体形饱满、无收缩裂纹，特别适用于刷面和制作建筑装饰制品 （4）色白可加彩色 建筑石膏颜色洁白杂质含量越少，颜色越白可加入各种颜料调制成彩色石膏制品，且保色性好 （5）保温性能好 由于石膏制品生产时往往加入过量的水，蒸发后形成大量的内部毛细孔，孔隙率达 50%～60%，表观密度小（800～1000kg/m3） ，导热系数小，故具有良好的保温绝热性能，常用作保温材料，并具有一定的吸声效果。

（6）耐水性差但具有一定的调湿功能 建筑石膏制品的软化系数只有 0.2～0.3，不耐水但由于毛细孔隙较多，比表面积大，当空气过于潮湿时能吸收水分；而当空气过于干燥时则能释放出水分，从而调节空气中的相对湿度提高石膏耐水性的主要措施有掺加矿渣、粉煤灰等活性混合材，或者掺加防水剂、表面防水处理等 （7）防火性好 建筑石膏制品的导热系数小，传热慢，比热又大，更重要的是二水石膏遇火脱水，产生的水蒸汽能有效阻止火势蔓延，起到防火作用但脱水后制品强度要下降7. 玻璃的无规网络学说和晶子学说的主要内容；晶体和玻璃体概念；玻璃的共同特性8. 普通陶瓷烧结过程中的物理化学变化；微晶玻璃的特点及制备方法陶瓷坯体在烧成过程中的物理化学变化陶瓷坯体在烧成过程中一般经过低温阶段、氧化分解阶段和高温阶段1.低温阶段(由室温～300℃)坯料在窑内进行烧成时，首先是排除在干燥过程中尚未除去的残余水分这些残余水分主要是吸附水和少量的游离水，其量约为 2～5%随着水分排除固体颗粒紧密靠拢，发生少量的收缩但这种收缩并不能完全填补水分所遗留的空间，因此物料的强度和气孔率都相应的增加在 120～140℃之前，由于坯体内颗粒间尚有一定的孔隙，水分可以自由排出，可以迅速升温，随着温度进一步提高，坯体中毛细管逐渐变小，坯体内汽化加剧，使得开裂倾向增大。

例如，当加热至 120℃时，一克水占有的水蒸气容积为：22.4×(1+120/273)/18=1.79(升)如果坯体中含有 4～5%的游离水，则 100 克坯体的水蒸气体积达 7.16--8.95 升，相当于坯体体积的 155 倍这些水蒸气主要由坯体的边角部位排出为了保证水分排出不致使坯体开裂，在此阶段应注意均匀升温，速度要慢（大制品 30℃/时，中小制品 50～60℃/ 时），尤其是厚度和形状复杂的坯体更应注意此外，要求通风良好，以便使排出的水蒸气能迅速排出窑外，避免冷聚在坯体表面2.分解与氧化阶段(300～950℃ )此阶段坯体内部发生了较复杂的物理化学变化，粘土和其它含水矿物排除结构水；碳酸盐分解；有机物、碳素和硫化物被氧化，石英晶型转化等这些变化与窑内温度气氛和升温速度等因素有关1）粘土和其它含水矿物排除结构水粘土矿物因其类型不同、结晶完整程度不同、颗粒度不同、坯体厚度不同，脱水温度也有所差别，见表 11-1Al2O3·2SiO2·2H2O 加热— —→ Al 2O3·2SiO2＋2H。