科学、成型、新材、新科、治金专业《实验指导书》2020
科学、成型、新材、新科、冶金专业 《实 验 指 导 书》 2020
目录1观摩、组装金属晶体结构模型42金属硬度的测定.8203金相样品制备的一般方法...254铁碳相图平衡组织的观察与分析5金属凝固组织的观察与分析..306金属材料冷变形组织和性能分析，..33377金属材料退火过程的组织和性能分析.408金相显微镜的原理、结构及使用.439合金凝固组织的观察与分析，实验1燃烧热的测定...47..54实验2温度对原电池电动势的影响实验3..58乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定.63实验4二元液系相图绘制..69实验1化学反应热效应的测定实验2...73酸碱滴定实验3电导率法测定BaSO4的溶度积常数.76.78实验4硫酸亚铁铵的制备及铁含量的测定.81实验5钢铁零件氧化发蓝处理实验六纳米铁粉的制备..84
目录 1 观摩、组装金属晶体结构模型. 4 2 金属硬度的测定. 8 3 金相样品制备的一般方法.20 4 铁碳相图平衡组织的观察与分析.25 5 金属凝固组织的观察与分析 .30 6 金属材料冷变形组织和性能分析.33 7 金属材料退火过程的组织和性能分析.37 8 金相显微镜的原理、结构及使用.40 9 合金凝固组织的观察与分析 .43 实验 1 燃烧热的测定.47 实验 2 温度对原电池电动势的影响.54 实验 3 乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定.58 实验 4 二元液系相图绘制.63 实验 1 化学反应热效应的测定.69 实验 2 酸碱滴定.73 实验 3 电导率法测定 BaSO4的溶度积常数.76 实验 4 硫酸亚铁铵的制备及铁含量的测定 .78 实验 5 钢铁零件氧化发蓝处理.81 实验六 纳米铁粉的制备 .84
材料科学基础实验
材料科学基础实验
1观摩、组装金属晶体结构模型学时计划：2学时【实验目的】（1）理解晶体的原子堆垛模型、点阵模型和球棍模型。（2）掌握晶体点阵的类型：7大晶系、14种布拉维点阵。（3）掌握常见的几种晶体结构模型。（4）学会组装晶体结构模型。【实验原理】材料学研究的对象一一材料，大多数是晶体。晶体的结构和特性决定了它在有着极其广泛的用途。不同原子构成的晶体具有不同的性质，即使同种原子构成的晶体，由于结构不同其性质也会有很大的差别。各种不同结构的晶体具有各自不同的特性。但是，在不同的晶体之间仍存在着某些共同的特征：长程有序、解理性、晶面角守恒、各向异性、对称性等。晶体是由一种或多种原子构成的，原子的种类越多其结构就越复杂。晶体结构的复杂性并不影响晶体结构的共性存在。晶体长程有序的周期性排列使得法国天文学家、地质学家奥古斯特·布拉维（AugusteBravais）在1848年用数学方法推导出晶体空间点阵只有14种从而创立了空间点阵学说，其理论是对晶体长程有序的周期性最有效的描述。假定组成晶体的原子都是直径不变的刚球，晶体就是由这样的刚球堆垛而成，这样的模型称为原子堆垛模型或刚球模型。其优点是立体感强，很直观缺点是很难看清原子的排列和特点，不便于研究。为了便于研究晶体中原子排列的规律和特点，而将晶体内部的质点抽象为纯粹的几何点，称之为阵点。由阵点推演出的晶体模型，称为点阵模型或晶格模型。点阵模型的优点是便于用数学方法进行研究，缺点是不直观，尤其是没有反映出多原子晶体中各个原子的排列特点。采用球棍模型（Ball-and-stickmodels）可以兼顾原子堆垛模型和点阵模型的优点，克服它们的缺点。球棍模型是德国化学家奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼（AugustWilhelmvonHofmann）用来表现化学分子的三维空间分布所作的，目的是用来讲课。本实验通过对晶体棍球模型的观摩，加深对晶体的感性认识。将拆散的模型部件重新组装还原为原来的模型，加强晶体中原子或质点排列的相互位置及规律性的理解，同时锻炼动手能力。晶体学要求在反映晶体周期性的同时，还要表述每种晶体特殊的对称性。由于晶面作有规则的排列，则晶体在外型上具有一定的对称性质。这种宏观上的对称性就是晶体内在结构上的规律性的体现，它意味着晶体可以进行对称操作，并且具有同该对称操作相联系的对称元素。由于晶格周期性的限制，晶体仅具有为数不多的对称类型。晶体学中的晶胞不仅要反映晶格的周期性，而且要反映晶体的对称性。如果在坐标系中研究晶胞的结构特点，那么，晶体可分为7大晶系，14种布拉维点阵；详见表1和图1
1 观摩、组装金属晶体结构模型 学时计划：2 学时 【实验目的】 （1）理解晶体的原子堆垛模型、点阵模型和球棍模型。 （2）掌握晶体点阵的类型：7 大晶系、14 种布拉维点阵。 （3）掌握常见的几种晶体结构模型。 （4）学会组装晶体结构模型。 【实验原理】 材料学研究的对象——材料，大多数是晶体。晶体的结构和特性决定了它在有着极其广 泛的用途。不同原子构成的晶体具有不同的性质，即使同种原子构成的晶体，由于结构不同， 其性质也会有很大的差别。各种不同结构的晶体具有各自不同的特性。但是，在不同的晶体 之间仍存在着某些共同的特征：长程有序、解理性、晶面角守恒、各向异性、对称性等。 晶体是由一种或多种原子构成的，原子的种类越多其结构就越复杂。晶体结构的复杂性 并不影响晶体结构的共性存在。晶体长程有序的周期性排列使得法国天文学家、地质学家奥 古斯特·布拉维（Auguste Bravais）在 1848 年用数学方法推导出晶体空间点阵只有 14 种， 从而创立了空间点阵学说，其理论是对晶体长程有序的周期性最有效的描述。 假定组成晶体的原子都是直径不变的刚球，晶体就是由这样的刚球堆垛而成，这样的模 型称为原子堆垛模型或刚球模型。其优点是立体感强，很直观；缺点是很难看清原子的排列 和特点，不便于研究。为了便于研究晶体中原子排列的规律和特点，而将晶体内部的质点抽 象为纯粹的几何点，称之为阵点。由阵点推演出的晶体模型，称为点阵模型或晶格模型。点 阵模型的优点是便于用数学方法进行研究；缺点是不直观，尤其是没有反映出多原子晶体中 各个原子的排列特点。采用球棍模型（Ball-and-stick models）可以兼顾原子堆垛模型和点 阵模型的优点，克服它们的缺点。球棍模型是德国化学家奥古斯特·威廉·冯·霍夫曼（August Wilhelm von Hofmann）用来表现化学分子的三维空间分布所作的，目的是用来讲课。 本实验通过对晶体棍球模型的观摩，加深对晶体的感性认识。将拆散的模型部件重新组 装还原为原来的模型，加强晶体中原子或质点排列的相互位置及规律性的理解，同时锻炼动 手能力。 晶体学要求在反映晶体周期性的同时，还要表述每种晶体特殊的对称性。由于晶面作有 规则的排列，则晶体在外型上具有一定的对称性质。这种宏观上的对称性就是晶体内在结构 上的规律性的体现，它意味着晶体可以进行对称操作，并且具有同该对称操作相联系的对称 元素。由于晶格周期性的限制，晶体仅具有为数不多的对称类型。 晶体学中的晶胞不仅要反映晶格的周期性，而且要反映晶体的对称性。如果在坐标系中 研究晶胞的结构特点，那么，晶体可分为 7 大晶系，14 种布拉维点阵；详见表 1 和图 1
表17大晶系与14种布拉维点阵符号晶族晶系晶胞点阵常数布拉维点阵阵点坐标图1abc，αβ≠简单三斜P000三斜Triclinic￥900(14)图1a*b+c;简单单斜P000(12)第一定向α=β=90°单斜+y,Monoclinic图1第二定向α==90°000,!10底心单斜c22(13)*β低级图1简单正交P000(8)图1000,111体心正交(10)222正交 (斜方)abc.α=β==900图1Orthogonal000,!10底心正交C(9)22图1000,110,101,011面心正交F(11)222222六方 (六角)图1a=b+c;P000简单六方(7)Hexagonalα=β=90°y=120g菱方（菱形、三图1a=b=c，α=β=≠角)R简单三方000900(6)中级Rhombohedral图1简单四方P000(4) 四方(正方）a=bc,α=β=Tetragonal=900图1000,111体心四方1(5) 222图1P简单立方000(1)立方 (等轴)图1a=b=c,α=β=000,111高级体心立方(2)Cubic=900222图1000,110,-0-,011面心立方Y(3)222222
表 1 7 大晶系与 14 种布拉维点阵 晶族 晶系 点阵常数 布拉维点阵 符号 阵点坐标 晶胞 低级 三斜 Triclinic a≠b≠c，α≠β≠ γ≠90º 简单三斜 P 000 图 1 （14） 单斜 Monoclinic a≠b≠c； 第一定向α=β=90º ≠γ， 第二定向α=γ=90º ≠β 简单单斜 P 000 图 1 （12） 底心单斜 C 000, 2 1 2 1 0 图 1 （13） 正交（斜方） Orthogonal a≠b≠c，α=β=γ =90º 简单正交 P 000 图 1 （8） 体心正交 I 000, 2 1 2 1 2 1 图 1 （10） 底心正交 C 000, 2 1 2 1 0 图 1 （9） 面心正交 F 000, 2 1 2 1 0, 2 1 0 2 1 ,0 2 1 2 1 图 1 （11） 中级 六方（六角） Hexagonal a=b≠c； α=β=90º，γ=120º 简单六方 P 000 图 1 （7） 菱方（菱形、三 角） Rhombohedral a=b=c，α=β=γ≠ 90º 简单三方 R 000 图 1 （6） 四方（正方） Tetragonal a=b≠c，α=β=γ =90º 简单四方 P 000 图 1 （4） 体心四方 I 000, 2 1 2 1 2 1 图 1 （5） 高级 立方（等轴） Cubic a=b=c，α=β=γ =90º 简单立方 P 000 图 1 （1） 体心立方 I 000, 2 1 2 1 2 1 图 1 （2） 面心立方 F 000, 2 1 2 1 0, 2 1 0 2 1 ,0 2 1 2 1 图 1 （3）