(完整版)《金属学与热处理》复习题参考答案

《金属学与热处理》复习题

绪论

基本概念：

1.工艺性能:金属材料适应实际加工工艺的能力。（分类）

2.使用性能：金属材料在使用时抵抗外界作用的能力。（分类）

3.组织：用肉眼，或不同放大倍数的放大镜和显微镜所观察到的金属材料内部的情景。

宏观组织：用肉眼或用放大几十倍的放大镜所观察到的组织。

（金属内部的各种宏观缺陷）

显微组织：用100-2000倍的显微镜所观察到的组织。

（各个组成相的种类、形状、尺寸、相对数量和分布，是决定性能的主要因素）4：结构：晶体中原子的排列方式。

第一章

基本概念：

1.金属：具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度升高而增加。

2.金属键；金属正离子和自由电子之间相互作用而形成的键。

3.晶体：原子（离子）按一定规律周期性地重复排列的物质。

4.晶体特性：(原子)规则排列；确定的熔点；各向异性；规则几何外形。

5.晶胞：组成晶格的最基本的几何单元。

6.配位数:晶格中任一原子周围与其最近邻且等距的原子数目。

7.晶面族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶面称为晶面族。

8.晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族。

9.多晶型性：当外部条件（如温度和压强）改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。又称为同素异构转变。

10.晶体缺陷：实际晶体中原子排列偏离理想结构的现象。

11.空位：晶格结点上的原子由于热振动脱离了结点位置，在原来的位置上形成的空结点。

12.位错：晶体中有一列或若干列原子发生了有规则的错排现象，使长度达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内的原子离开其平衡位置，发生了有规律的错动。

13.柏氏矢量：在实际晶体中沿逆时针方向环绕位错线作一个闭合回路。在完整晶体中以同样的方向和步数作相同的回路，由回路的终点向起点引一矢量，该矢量即为这条位错线的柏氏矢量。

14.晶粒：晶体中存在的内部晶格位向完全一致，而相互之间位向不相同的小晶体。

15.各向异性：由于晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而晶体在不同方向上的性能有所差异。

16.伪各向同性：由于多晶体中各个晶粒的位向不同，所以不表示出单晶体的各向异性。

17.小角度晶界：相邻晶粒位向差小于10o的晶界。

18.大角度晶界：相邻晶粒位向差小于10o的晶界。

基础知识：

1.三种典型金属结构的晶体学特点。（点阵常数，原子半径，晶胞内原子数，配位数，致密度，间隙种类及大小）

2.立方晶系晶面指数和晶向指数的确定方法。

3.Bcc和fcc晶胞三个主要晶面和三个主要晶向的原子排列状况和密度。

4.刃型位错、螺型位错、混合位错中位错线与柏氏矢量的关系。

垂直平行既不垂直也不平行

思考题：

1.位错密度对力学性能有什么影响。

不含位错将具有极高的强度。含有较多位错会降低强度。位错密度大大提高后强度又提高。一般依靠增加位错密度来提高金属强度。

2.在立方晶系晶胞中画出：(001)和[001]；(110)和[110]；(111)和[111]；(211)和[211]；(121)和[121]，说明相同指数的晶面和晶向之间的关系。

教科书习题：5，8. 9. 10，11，13，14。

第二章

基本概念：

1.结构起伏：液体中存在微小范围内近似于固态结构的的原子集团，称为短程有序，

此短程有序瞬时形成，又瞬时消失，时聚时散，称为结构起伏。

2.能量起伏：微小区域的能量在平均能量上下波动。

3.过冷：金属的实际结晶温度Tm低于理论结晶温度Tn（熔点）

4.晶坯：过冷液体中的结构起伏形成时体积自由能降低，有可能转变为晶体，成为

晶核的“胚芽”。

5.晶核：在过冷液体中能够稳定存在并长大的小晶体。

6.均匀形核：依靠结构起伏自发形成晶核。

7.非均匀形核：晶核依附于液态金属中微小固相质点的表面形成。

8.临界晶核半径：半径大于某一尺寸的晶胚能够长大成为晶核，该尺寸称为临

界晶核半径。

9.临界过冷度:达到某一过冷度时，液体中最大结构起伏的尺寸达到临界晶核

半径，该过冷度称为临界过冷度。

10.光滑界面（小平面界面）：从原子尺度看，界面上的固相原子形成完整的原子平面；从宏观角度看，界面呈曲折的台阶状，由一系列小平面组成。

11.粗糙界面(非小平面界面)：从原子尺度看，界面上存在几个原子层厚度的过度层，两相原子犬牙交错；从宏观角度看，由于过渡层很薄，反而呈现出平整的界面结构。故又称非小平面界面。

思考题：

1.什么是接触角？分析接触角的大小对非均匀形核的作用，如何减小接触角。

接触角：非自发形核时，在固相质点表面形成球冠状晶核，球冠表面和固相质点的基底之间的夹角。

接触角对非自发形核作用：非自发形核的临界半径与自发形核相等，但其晶核是球冠形，)c os c os 32(3133θθπ+-=r V 接触角越小，临界晶核体积越小，形核功越小，形核率越高。

减少接触角的措施：固相质点和结晶的晶体，两者的结构（原子排列的几何形状、原子大小，原子间的距离）越近似，它们之间的表面能就越小，接触角也越小。

2.什么是细晶强化？细化铸件晶粒应采取什么措施？

细晶强化：常温下金属的晶粒越细小，强度和硬度越高，塑性和韧性也越好。 细化铸件的措施：（提高形核率）

(1)通过加大冷却速度来增加过冷度，以提高形核率。

(2)变质处理：在浇注前往液体中加入变质剂(孕育剂)，促进形成大量的非均匀晶核的工艺。

(3)采取振动和搅动方法，如：机械振动、电磁波搅拌、 超声波搅拌等。

作用：输入能量促进形核；破碎枝晶增加晶核。

教科书习题：5， 6

5.

正温度梯度条件下，晶体以平界面方式向液体推移长大。

原因：液相温度随至界面距离增加而提高，界面上偶然的突出部分，进入了过冷度较小的液体中，其生长速度会降低或停止生长，因而界面始终以平直界面向液体推进。

负温度梯度下，晶体以树枝状生长。

液相温度随至界面距离增加而降低。界面上偶然的突出部分，进入了过冷度更大的液体中，其生长速度会加快，形成一次晶轴，同样在一次晶轴侧面形成二次晶轴，最终形成多级的分枝，即形成树枝晶。