金属学原理

金属学原理

一、名词解释：

1、晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。

2、位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态

3、变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。

4、合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或烧结、或用其它方法组合而成的具有金属特性的物质。

5、成分过冷：将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，成为成分过冷。

二、判断题

对多，错少

三、填空题

1．结晶的过程：（形核）、（晶粒长大）（2分）

2、结晶的动力（新旧两相自由能之差），阻力（晶胚产生新表面的表面能）I(2分)

3、F=C-P+1,其中F是（平衡系统的自由度数），C为（平衡系统的组元数），P为（平衡系统的相数）（3分）

4、扩散第一定律表达式：其中，J为（单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散通量）；D为（扩散系数）；为（体积浓度梯度），负号表示（物质的扩散方向与浓度梯度的方向相反）。（4分）

5、扩散的驱动力是（化学位梯度），阻力是（扩散激活能）。（2分）

6、塑形变形的方式（滑移）、（孪晶）。（2分）

7、相界的三种类型（共格）、（半共格）、（非共格）。（3分）

8、柏氏矢量与位错线垂直的是（刃型）位错，平行的是（螺型）位错。（2分）

9、面心立方的致密度（74%），滑移面（｛111｝），滑移方向（<110>）,体心立方的致密度（68%），

滑移面（｛110｝），滑移方向（<111>）。

10、显微组织经过（回复）、（再结晶）、（晶粒的长大）三个阶段。

11、钢中第二相的形态主要有三种，即（网状）、（片状）和（粒状）。

12、写出扩散系数的数学表达式，说出各符号的意义及影响因素。

扩散系数D可用下式表示：

式中，D0为（扩散常数），Q为扩散激活能，R为气体常数，T为热力学温度。由式上式可以看出，扩散系数D与温度呈指数关系，温度升高，扩散系数急剧增大。

四、图形题

1）、标出图①、图②中晶面的晶面指数及图③中所示晶向(AB，OC)的晶向指数。

①②③

①：()011②：（012）

AB：[]101OC：[101]

2）、标出图①、图②中晶面的晶面指数及图③中所示晶向(AC，OB )的晶向指数。

①②③

①：()210②：（112）

AC：[]011OB：[120]

3）、画出下列指数的晶向或晶面

00

（111）()011（0 21）[1 1 0] []1

Y

[001]

2、固态下互不溶解的三元共晶相图的投影图如图所示。

1.说出图中各点（M、N、P、E）室温下的显微组织。

M：B＋（B＋C）＋（A＋B＋C）；N：（A＋B）＋（A＋B＋C）；

P：C＋（A＋B＋C）；E：（A＋B＋C）。

2.求出E点合金室温下组织组成物的相对量和相组成物的相对量。

E点合金室温下组织组成物的相对量（A＋B＋C）为100%

相组成物的相对量为：

W A=Ea/Aa×100%

W B=Eb/Bb×100%

W C=Ec/Cc×100%

B

3.分析M点合金的结晶过程。

先从液相中结晶出B组元，当液相成分为K时，发生二元共晶转变，转变产物为（B＋C），当液相成分为E时，发生三元共晶转变，转变产物为（A＋B＋C）。室温下的显微组织为：B＋（B＋C）＋（A＋B＋C）。

2、固态下互不溶解的三元共晶相图的投影图如图所示。

A 1 B% B

1. 确定出E 点合金A 、B 、C 三个组元的化学成分。

2. 计算E 点合金组织组成物的相对量

3. 计算E 点合金相组成物的相对量

4. E 点合金的化学成分与相组成物相对量之间有什么关系？为什么？

e 1 B

1、 A 、B 、C 三个组元的化学成分为：A=Ca% ，B=Ab% ，C=Bc%

2、E 点合金组织组成物的相对量为：W (A ＋B ＋C)=100%

3、E 点合金相组成物的相对量为：%100⨯=AH EH W A ，%100⨯=BF

EF W B ， %100⨯=CD

ED W C 4、E 点合金的化学成分与相组成物相对量是相等的，即：Ca=EH/AH ，Ab=EF/BF ，

Bc=ED/CD 。因为三个组元在固态下互不溶解，都已纯金属的形成存在，所以三个相（A 、B 、

C ）的相对量就应该等于其各自的化学成分。

五、简答题

1、晶界具有的一些特性：

①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。

2、过冷度与液态金属结晶的关系：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。1、液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。2、从热力学的角度上看，没有过冷度，结晶就没有驱动力。过冷度越大，固液两相自由能之差越大，即相变驱动力越大，结晶速度越快。2、结构条件：根据 T R k ∆∝1可知，当过冷度T ∆为零时临界晶核半径R k 为无穷大，液态金属无法形核。

3、临界形核功（21T G ∆∝∆），过冷度趋于零，临界形核功也趋于无穷大，无法形核，所以液态金属不能结晶。

4、晶体的长大必须在过冷的液体中进行，也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。

5、有过冷度，结晶不一定进行，必须T ∆大于等于临界T ∆。

3、奥氏体与铁素体的异同点：

相同点：都是铁与碳形成的间隙固溶体；强度硬度低，塑性韧性高。

不同点：1、结构不同：铁素体为体心结构，奥氏体面心结构；2、含碳量不同：铁素体最高含碳量为0.0218%， 奥氏体最高含碳量为2.11%，3、形成不同：铁素体是由奥氏体直接转变或由奥氏体发生共析转变得到，奥氏体是由包晶或由液相直接析出的；4、存在的温度区间不同，727度以上为奥氏体，以下为铁素体。

二次渗碳体与共析渗碳体的异同点。

相同点：都是渗碳体，成份、结构、性能都相同。

不同点：1、来源不同，二次渗碳体由奥氏体中析出，共析渗碳体是共析转变得到的；2、形态不同二次渗碳体成网状，共析渗碳体成片状；3、对性能的影响不同，片状的强化基体，提高强度，网状降低强度。

4、影响置换固溶体溶解度的因素有哪些？

1、原子尺寸因素：组元间原子尺寸越接近，尺寸越小，固溶体固溶度越大。

2、电负性因素：两元素间电负性差值越小，形成的置换固溶体的固溶度越大。

3、电子溶度因素：电子浓度越小，越易形成无限固溶体。

4、晶体结构因素;溶质与溶剂的晶体结构相同时，固溶度越大，