金属学与热处理课后习题答案8
金属学及热处理习题参考答案(1-9章)
第一章金属及合金的晶体结构一、名词解释：1．晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。
2．非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。
3．晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。
4．晶胞：构成晶格的最基本单元。
5．单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。
6．多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。
7．晶界：晶粒和晶粒之间的界面。
8．合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。
9．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。
10．相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。
11．组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。
12．固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。
二、填空题：1．晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。
2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。
3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。
4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。
5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。
6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。
7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。
8．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。
9．位错两种基本类型是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是刃型位错所特有的。
10．在立方晶系中，｛120｝晶面族包括(120)、(120)、(102)、(102)、(210)、 (210)、(201)、 (201)、(012)、(012)、(021)、(021)、等晶面。
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第一章1•作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1-2）、（4 2 1）等晶面和［-1 02］、3•某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。
解：设X方向的截距为5a, Y方向的截距为2a,则Z方向截距为3c=3X2a/3=2a,取截距的倒数，分别为1/5a，1/2a, 1/2a化为最小简单整数分别为2,5,5故该晶面的晶面指数为（2 5 5）4体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面解：（1 0 0）面间距为a/2, （1 1 0）面间距为"2a/2, （1 1 1）面间距为"3a/3三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0）7证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633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，如图所示贝卩OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a因厶ABC是等边三角形，所以有OC=2/3CE由于(BC)2=(CE)2+(BE)2有(CD)2=(OC)2+(1/2C)2，即I /T J(CU)(c)2- '3 2因此c/a=V8/3=1.6338•试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为r=0.414R解：面心立方八面体间隙半径r=a/2-v2a/4=0.146a面心立方原子半径R二辺a/4，贝卩a=4R/\2，代入上式有R=0.146X4R/ V2=0.414R9. a ）设有一刚球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。
b）经X射线测定，在912C时丫-Fe的晶格常数为0.3633nm, a -Fe的晶格常数为0.2892nm,当由丫-Fe转化为a -Fe时，求其体积膨胀，并与a）比较，说明其差别的原因。
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第一章金属的晶体结构1-1作图表示出立方晶系（ 1 2 3[-2 1 1]、[3 4 6]等晶向。
）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、答：1-2 立方晶系的 {1 1 1}晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。
答：{1 1 1} 晶面共包括（ 1 1 1 ）、（-1 1 1 ）、（1 -1 1 ）、（1 1 -1 ）四个晶面，在一个立方晶系中画出上述四个晶面。
1-3某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数为a=b≠ c,c=2/3a 。
今有一晶面在 X、Y、Z 坐标轴上的结局分别为 5 个原子间距、 2 个原子间距和 3个原子间距，求该晶面的晶面指数。
答：由题述可得： X 方向的截距为×2a/3=2a 。
取截距的倒数，分别为1/5a ，1/2a ，1/2a5a， Y 方向的截距为2a，Z 方向截距为3c=3化为最小简单整数分别为故该晶面的晶面指数为（2，5，5 255 ）1-4 体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（ 1 0 0 ）、（ 1 1 0 ）、（1 1 1 ）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。
答：H（ 1 0 0） ==a/2 H（ 1 1 0） ==√2a/2H）==√3a/6（111面间距最大的晶面为（ 1 1 0 ）1-5 面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（ 1 0 0 ）、（ 1 1 0 ）、（1 1 1 ）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。
答：H（ 1 0 0） ==a/2H（ 1 1 0） ==√2a/4H（ 1 1 1） ==√3a/3面间距最大的晶面为（ 1 1 1 ）注意：体心立方晶格和面心立方晶格晶面间距的计算方法是：1、体心立方晶格晶面间距：当指数和为奇数是H=，当指数和为偶数时 H=2、面心立方晶格晶面间距：当指数不全为奇数是H=，当指数全为奇数是H=。
1-6 试从面心立方晶格中绘出体心正方晶胞，并求出它的晶格常数。
金属学与热处理课后答案(崔忠圻版)
第二章纯金属的结晶2-3 为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？答：（1）因为金属结晶时存在过冷现象，是为了满足结晶的热力学条件，过冷度越大，固、液两项的自由能差越大，相变驱动力越大。
（2）过冷度随金属的纯度不同和本性不同，以及冷却速度的差异可以再很大范围内变化。
金属不同，过冷度也不同；金属的纯度越高，则过冷度越大；冷却速度越大，过冷度越大，反之，越小。
（3）会，当液态金属的自由能低于固态时，这时实际结晶温度高于理论结晶温度T m，此时，固态金属才能自发的转变为液态金属，称为过热。
2-4试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。
答;均匀形核是指：若液相中各区域出现新相晶核的几率是相同的；非均匀形核：液态金属中存在微小的固相杂质质点，液态金属与型壁相接触，晶核可以优先依附现成的固体表面形核。
在实际的中，非均匀形核比均匀形核要容易发生。
二者形核皆需要结构起伏，能量起伏，过冷度必须大于临界过冷度，晶胚的尺寸必须大于临界晶核半径。
2-5说明晶体成长形状与温度梯度的关系？答;正温度梯度下以平面状态的长大形态，服温度梯度下以树枝状长大。
2-6简述铸锭三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点？（1）表层细晶区形成原因：①型壁临近的金属液体产生极大过冷度满足形核的热力学条件；②型壁可以作为非均匀形核的基地。
该晶区特点：组织细密，力学性能较好，但该晶区较薄，一般没有多大的实际意义。
（2）柱状晶区的形成原因：①液态金属结晶前沿有适当的过冷度，满足形核要求；②垂直于型壁方向散热最快，晶体向相反的方向生长；③外因是散热的方向性；④内因是晶体晶体生长的各向异性。
该晶区的特点：相互平行的柱状晶接触面及相邻垂直的柱状晶区的交界面较为脆弱，并常聚集着易熔杂质和非金属夹杂物，使铸锭在热压力加工时，容易沿着这些脆弱面开裂，组织比较致密。
（3）中心等轴晶区形成特定：①中心液体达到过冷，加上杂质元素的作用，满足形核的要求；②散热失去方向性，晶核自由生长，长大速度差不多，长成等轴区。
金属学与热处理(第三版)课后习题答案 哈工大工业大学 崔忠圻主编
金属学与热处理课后答案第一章填表：晶格类型原子数原子半径配位数致密度体心立方2a43868%面心立方4a421274%密排六方6a211274%5、作图表示出立方晶系（123）、（0-1-2）、（421）等晶面和[-102]、[-211]、[346]等晶向10、已知面心立方晶格常数为a，分别计算（100）、（110）、和（111）晶面的晶面间距；并求出【100】、【110】和【111】晶向上的原子排列密度（某晶向上的原子排列密度是指该晶向上单位长度排列原子的个数）答：（100）：（110）：（111）：14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？答:组元：组成合金最基本的、独立的物质。
相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。
固溶体：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。
固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶剂原子在整个晶体中都按—定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。
置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。
影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构15、何谓固溶强化？置换固溶体和间隙固溶体的强化效果哪个大？为什么？答：固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降的现象。
间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体的强化效果。
原因：溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果越好。
间隙固溶体晶格畸变大于置换固溶体的晶格畸变16、何谓间隙相？它与间隙固溶体及复杂晶格间隙化合物有何区别？答：间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，形成的简单的晶体结构称为间隙相。
金属学与热处理原理崔忠圻第三版课后题全部答案
10.
11. 多晶型转变：大部分金属只有一种晶体结构，但也有少数金属如 Fe、Mn、Ti、Co 等具有两种或几种的晶体结 构，当外界条件（如温度、压强）改变时，金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶型转变。
-8.1% 12. 晶带：平行于或相交于同一直线的一组晶面叫做一个晶带。
晶带轴：晶带中平行于或相交于的那条直线叫做晶带轴。 13.（1-211）（-3211）（-1-122） 14.组元：组成合金的最基本的、独立的物质称为组元，一般来说，组元是组成合金的元素，也可以是稳定的化合物；
随着晶胚 r 增大，系统的自由能下降，这样的晶胚可以自发地长成稳定的晶核，当 r= rk =时，这种晶胚既可能消失，
也可能长大称为稳定的晶核，因此把 rk 称为临界形核半径；
⑾活性质点：在非均匀形核中，固态杂质和晶核（晶体）界面满足点阵匹配原理(结构相似、尺寸相当)，就可能
能量起伏；
⑦均匀形核：液相中各个区域出现新相晶核的几率是相同的，这种形核方式称为均匀形核；
⑧形核功：形成临界晶核时，体积自由能的下降只补偿了表面能的 2/3，还有 1/3 的表面能没有得到补偿，需要
对形核作功，故称
△Gk=1/3Skσ为形核功；
⑨临界形核半径：当 r＜rk 时，随着晶胚 r 增大，系统自由能增加，这种晶胚不能成为稳定的晶核，当 r＞rk 时，
电子浓度决定的，故电子浓度影响着固溶度：公式
上式 Va、Vb 分别为溶剂和溶质的原子价，X 为溶剂 B 的摩尔分数。一定的金属晶体结构的单位体积中能容纳的 价电子数有一定限度，超过这个限度会引起结构不稳定甚至变化，故此固溶体的电子浓度有一极限值。（fcc 为 1.36，bcc 为 1.48）元素的原子价越高，则其固溶度越小。 4 晶体结构因素：溶剂与溶质的晶体结构类型是否相同，是其能否形成无限固溶体的必要条件。如果组元的 晶体结构不同，只能形成有限固溶体。即使组元晶体结构相同但是不能形成无限固溶体，其溶解度也将大于晶 格类型不同的组元间的溶解度。 以上 4 个要素都有利时所形成的固溶体固溶度可能较大，甚至无限固溶体。但上述四个要素只是形成固溶体的必要 条件。此外，温度越高，固溶度越大。 15. 固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑韧性有所下降的现象称为固溶 强化。 由于间隙原子造成的晶格畸变比置换固溶体要大得多，所以间隙固溶体的强化效果要好。 16. 间隙相：过渡族金属能与原子甚小的非金属形成化合物，当非金属原子半径与金属原子半径比值小于 0.59 时， 形成的化合物具有比较简单的晶体结构，称为间隙相； 间隙相与间隙固溶体之间有着本质的区别，间隙相是一种化合物，它具有与其组元完全不同的晶体结构，而间隙 固溶体则保持溶剂组元的晶格类型； 间隙相的非金属原子半径与金属半径比小于 0.59 且具有较简单的结构，而间隙化合物的非金属原子与金属原子 半径比大于 0.59 且结构比较复杂。此外，间隙相一般比间隙化合物硬度更高，更稳定。 17. Ag、Al 都具有面心立方晶体结构，如果 Ag、Al 在固态下形成无限固溶体，则必须是置换固溶体，影响置换 固溶体的四个因素：原子半径、电负性、电子浓度、晶体结构。Ag、Al 的原子半径相差不大、电负性相差不大，晶 体结构都为面心立方晶体，这三个因素都比较有利，但是面心立方结构单位体积能容纳的价电子数有一定限度，超 过这个限度就会引起结构的不稳定甚至改变，故而有电子浓度有一定的限度。AL 的化合价位+3（很大），只需溶入 相对较少的 AL 就能达到极限电子浓度，即溶解度有一定限度，不能形成无限固溶体。 18. P107 19. 晶体结构：固溶体保持着溶剂组元的晶格类型，此外固溶体结构还会发生如下变（①晶格畸变；②偏聚与有序； ③有序固溶体）； 金属化合物晶结构不同于任一组元，是合金组元间发生相互作用形成的新相； 机械性能：固溶体相对来说塑韧性较好，硬度低；金属化合物硬而脆。 20. 点缺陷都会造成晶格畸变，对金属的性能产生影响，如使屈服强度升高、电阻增大、体积膨胀等等；此外，点 缺陷的存在将加速扩散，因而凡是与扩散有关的相变、化学热处理、高温下的塑性变形和断裂等等，都与空位和间 隙原子的存在和运动有关系。 21. 刃形位错：设有一简单立方晶体，某一原子面在晶体内部中断，这个原子平面中断处的边缘就是一个刃形位错， 犹如用一把锋利的钢刀将晶体上半部分切开，沿切口硬插入一额外半原子面一样，将刃口处的原子列称为刃形位错 线。 螺形位错：一个晶体的某一部分相对于其它部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原 子面上升（下降）一个晶面间距。在中央轴线（即位错线）附近的原子是按螺旋型排列的，这种位错称为螺形位错。 各种间隙原子核尺寸较大的置换原子，它们的应力场是压应力，因此在正刃形位错的上半部分的应力相同，二者
金属学与热处理课后答案（哈工大第3版）
金属学与热处理课后答案第一章填表：晶格类型原子数原子半径配位数致密度体心立方2a 43868%面心立方4a 421274%密排六方6a211274%5、作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向10、已知面心立方晶格常数为a ，分别计算（100）、（110）、和（111）晶面的晶面间距；并求出【100】、【110】和【111】晶向上的原子排列密度（某晶向上的原子排列密度是指该晶向上单位长度排列原子的个数）答：（100）： d ℎkl =a ℎ2+k 2+l 2=a 1+0+0=a （110）：d ℎkl =a ℎ2+k 2+l 2=a 1+1+0=22a（111）：dℎkl=aℎ2+k2+l2=a1+1+1=33a14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？答: 组元：组成合金最基本的、独立的物质。
相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。
固溶体：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。
固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶剂原子在整个晶体中都按—定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。
置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。
影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构15、何谓固溶强化？置换固溶体和间隙固溶体的强化效果哪个大？为什么？答：固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降的现象。
间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体的强化效果。
原因：溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果越好。
金属学与热处理原理崔忠圻第三版课后题全部答案
互相排斥；但与下半部分应力相反，二者互相吸引。所以这些点缺陷大多易于被吸收而跑到正刃形位错的下半部分 或者负刃形位错的上半部分聚集起来。对于尺寸较小的置换原子，则易于聚集于刃形位错的另一半受压应力的地方。 正因为如此，刃形位错往往总是携带者大量的溶质原子，形成所谓的“柯氏气团”。这样一来，就会使位错的晶格畸 变降低，同时使位错难以运动，造成金属的强化。 22. 晶体的面缺陷包括晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面两类，其中内界面又有晶界、亚晶界、孪晶界、 堆垛层错和相界等。
第二章 纯金属的结晶
1.①过冷现象：金属结晶时实际来自晶温度低于理论结晶温度的现象叫做过冷现象；
②过冷度：金属的实际结晶温度 Tn 与理论结晶温度 Tm 之差称为过冷度；
③近程有序：在金属液体的微小范围内，存在着紧密接触规则排列的原子集团，称为近程有序；
④远程有序：在晶体中大范围的原子是紧密接触规则排列的，称为远程有序；
第一章 金属与合金的晶体结构
1. 金属键：贡献出价电子的原子，则变成正离子，沉浸在电子云中，它们依靠运动于其间的公有化的自由电 子的静电作用而结合起来，这种结合叫做金属键，它没有饱和性和方向性。
根据金属键的本质，金属具有以下特性： 1 导电性：在外加电场的作用下，金属中的自由电子能够沿着电场方向定向运动，形成电流，从而有良 好的导电性； 2 导热性：自由电子的运动和正离子的振动使金属具有良好的导热性； 3 正电阻温度系数：当温度升高时，正离子或原子本身振动的振幅加大，可阻碍电子的通过，使电阻升 高，即表现为正电阻温度系数； 4 金属光泽：自由电子很容易吸收可见光的能量，而被激发到较高的能级，当它跳回到原有能级时，就 把吸收的可见光能量重新辐射出来，从而金属不透明，具有金属光泽； 5 延展性：金属键没有饱和性和方向性，故金属的两部分发生相对位移时，金属正离子始终被包围在电 子云中，即仍继续保持着金属键合，这样，金属就能经受变形而不断裂，具有延展性。 2. 由双原子作用模型图，R0 相当于原子的平衡位置，任 何对平衡位置的偏离，都会收到一个力（吸引力或排斥力） 的作用，促使其回到平衡位置。（此外原子间的最大结合力不 是出现在平衡位置，而是在 R1 位置，这个结合力与金属的理 论抗拉强度相对应。）在吸引力的作用下把远处的原子移近所 做的功能使原子的势能更低（为负值），当原子移至平衡位置 R0 时，其结合能达到最低值，此时原子的势能最低、最稳定。 任何对 R0 的偏移，都会使原子的势能增加，从而使原子处于 不稳定状态，原子就有力图回到低能状态，即回到平衡距离 的倾向。将上述双原子作用模型加以推广，不难理解，当大 量金属原子结合成固体时，为使固态金属具有最低的能量， 以保持其稳定状态，原子之间也必须保持一定的平衡距离， 这边是固态金属中原子趋于规则排列的重要原因。如果试图 从固态金属中把某个原子从平衡位置拿走，就必须对它做功， 以克服周围原子对它的作用力。这个要被拿走的原子周围邻 近的原子数越多，原子间的结合能就越低，能量越低的状态 是最稳定的状态，而任何系统都有自发从高能状态向低能状 态转化的趋势。因此，常见金属的原子总是自发地趋于紧密的排列。 4. 晶体结构：晶体结构是指晶体中的质点（原子、离子、分子或原子集团）的具体排列情况，也就是晶体中的这 些质点在三维空间有规律的周期性的重复排列方式； 晶格：为了方便起见，常人为地将阵点用直线连接起来形成空间格子，称之为晶格。 晶胞：为了简便起见，可以从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元来分析阵点的排列的规律 性，这个最小的几何单元成为晶胞。 8.-2.52% 9.（112）（211）（121）（-112）（1-12）（-11-2）（2-11）（21-1）（-211）（-121）（1-21）（12-1）12 个晶面
金属学与热处理(哈尔滨工业大学_第二版)课后习题答案_附总复习提纲加习题
第六章1.试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强度越高、塑性越好的原因是什么？2.答：由Hall-Petch 公式可知，屈服强度σs 与晶粒直径平方根的倒数 d v2呈线性关系。
在多晶体中，滑移能否从先塑性变形的晶粒转移到相邻晶粒主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的位错塞积群所产生的应力集中能否激发相邻晶粒滑移系中的位错源，使其开动起来，从而进行协调性的多滑移。
由τ=nτ0知，塞积位错数目n越大，应力集中τ越大。
位错数目n与引起塞积的晶界到位错源的距离成正比。
晶粒越大，应力集中越大，晶粒小，应力集中小，在同样外加应力下，小晶粒需要在较大的外加应力下才能使相邻晶粒发生塑性变形。
在同样变形量下，晶粒细小，变形能分散在更多晶粒内进行，晶粒内部和晶界附近应变度相差较小，引起的应力集中减小，材料在断裂前能承受较大变形量，故具有较大的延伸率和断面收缩率。
另外，晶粒细小，晶界就曲折，不利于裂纹传播，在断裂过程中可吸收更多能量，表现出较高的韧性。
2.金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力？研究这部分残留内应力有什么实际意义？金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力？研究这部分残留内应力有什么实际意义？答：残余内应力存在的原因1）塑性变形使金属工件或材料各部分的变形不均匀，导致宏观变形不均匀；2）塑性变形使晶粒或亚晶粒变形不均匀，导致微观内应力；3）塑性变形使金属内部产生大量的位错或空位，使点阵中的一部分原子偏离其平衡位置，导致点阵畸变内应力。
实际意义：可以控制材料或工件的变形、开裂、应力腐蚀；可以利用残留应力提高工件的使用寿命。
3.何谓脆性断裂和塑性断裂，若在材料中存在裂纹时，试述裂纹对脆性材料和塑性材料断裂过程中的影响。
答：塑性断裂又称为延性断裂，断裂前发生大量的宏观塑性变形，断裂时承受的工程应力大于材料的屈服强度。
在塑性和韧性好的金属中，通常以穿晶方式发生塑性断裂，在断口附近会观察到大龄的塑性变形痕迹，如缩颈。
金属学与热处理课后习题答案(崔忠圻版)
金属学与热处理课后习题答案(崔忠圻版) 第十章钢的热处理工艺10-1 何谓钢的退火,退火种类及用途如何,答:钢的退火:退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
退火种类:根据加热温度可以分为在临界温度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。
退火用途:1、完全退火:完全退火是将钢加热至AC3以上20-30?，保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
其主要应用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、消除内应力和加工硬化、提高塑韧性、均匀钢的化学成分和组织、改善钢的切削加工性能，消除中碳结构钢中的魏氏组织、带状组织等缺陷。
2、不完全退火:不完全退火是将钢加热至AC1- AC3(亚共析钢)或AC1-ACcm(过共析钢)之间，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
对于亚共析钢，如果钢的原始组织分布合适，则可采用不完全退火代替完全退火达到消除内应力、降低硬度的目的。
对于过共析钢，不完全退火主要是为了获得球状珠光体组织，以消除内应力、降低硬度，改善切削加工性能。
3、球化退火:球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。
主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。
其目的是降低硬度、改善切削加工性能，均匀组织、为淬火做组织准备。
4、均匀化退火:又称扩散退火，它是将钢锭、铸件或锻轧坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。
其目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。
5、再结晶退火:将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当时间，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。
其目的是使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留内应力，使钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。
金属学与热处理习题答案
金属学与热处理习题答案金属学与热处理习题答案金属学和热处理是材料科学与工程中的重要分支，涉及到金属材料的结构、性能和加工工艺等方面。
在学习过程中，我们经常会遇到一些习题，下面将为大家提供一些常见的金属学与热处理习题的答案，希望能对大家的学习有所帮助。
1. 金属的晶体结构有哪些类型？它们分别具有什么特点？金属的晶体结构主要有面心立方结构（FCC）、体心立方结构（BCC）和简单立方结构（SC）。
其中，FCC结构具有最密堆积，原子间的距离最短，具有良好的塑性和导电性；BCC结构在原子间具有较大的空隙，因此具有较低的密度和较高的硬度；而SC结构最为简单，原子间的距离最大，密度最低。
2. 什么是晶体缺陷？请列举几种常见的晶体缺陷。
晶体缺陷是指晶体中存在的原子排列不完美的现象。
常见的晶体缺陷包括点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷主要包括空位、间隙原子和替位原子；线缺陷主要包括位错和螺旋位错；面缺陷主要包括晶界和孪晶。
3. 什么是固溶体？固溶体的形成有哪些条件？固溶体是指在固态下，两种或多种金属元素以固溶的形式存在于同一晶体中。
固溶体的形成需要满足以下条件：原子尺寸相近；化学亲和力相似；晶体结构相似。
4. 什么是时效硬化？它是如何发生的？时效硬化是指在一定温度下，固溶体中的溶质原子在晶格间扩散，形成弥散相，从而使材料的硬度和强度提高的过程。
时效硬化过程主要包括溶质原子扩散、弥散相的形核和长大。
5. 什么是淬火？淬火的目的是什么？淬火是指将金属材料加热至适当温度后迅速冷却的过程。
淬火的目的是通过快速冷却来使材料的组织转变为马氏体，从而提高材料的硬度和强度。
6. 什么是回火？回火的目的是什么？回火是指将淬火后的材料加热至适当温度后保温一段时间，然后再冷却的过程。
回火的目的是通过调控材料的硬度和韧性，使其达到最佳的力学性能。
7. 什么是冷处理？冷处理的目的是什么？冷处理是指将金属材料在室温下进行塑性变形的过程。
冷处理的目的是通过塑性变形来改变材料的晶体结构和力学性能，提高材料的硬度和强度。
金属学与热处理课后答案（哈工大第3版）
⾦属学与热处理课后答案（哈⼯⼤第3版）⾦属学与热处理课后答案第⼀章填表：5、作图表⽰出⽴⽅晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶⾯和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向10、已知⾯⼼⽴⽅晶格常数为a，分别计算（100）、（110）、和（111）晶⾯的晶⾯间距；并求出【100】、【110】和【111】晶向上的原⼦排列密度（某晶向上的原⼦排列密度是指该晶向上单位长度排列原⼦的个数）答：（100）：（110）：（111）：14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？答: 组元：组成合⾦最基本的、独⽴的物质。
相：合⾦中结构相同、成分和性能均⼀并以界⾯相互分开的组成部分。
固溶体：合⾦组元之间以不同的⽐例相互混合形成的晶体结构与某⼀组元相同的固相。
固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发⽣了变化，主要包括以下⼏个⽅⾯：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某⼀温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶剂原⼦在整个晶体中都按—定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。
置换固溶体：溶质原⼦位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。
影响置换固溶体固溶度的因素：原⼦尺⼨，电负性，电⼦浓度，晶体结构15、何谓固溶强化？置换固溶体和间隙固溶体的强化效果哪个⼤？为什么？答：固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提⾼，⽽塑性、韧性有所下降的现象。
间隙固溶体的强化效果⼤于置换固溶体的强化效果。
原因：溶质原⼦与溶剂原⼦的尺⼨差别越⼤，所引起的晶格畸变也越⼤，强化效果越好。
间隙固溶体晶格畸变⼤于置换固溶体的晶格畸变16、何谓间隙相？它与间隙固溶体及复杂晶格间隙化合物有何区别？答：间隙相：当⾮⾦属原⼦半径与⾦属原⼦半径的⽐值⼩于0.59时，形成的简单的晶体结构称为间隙相。
间隙相与间隙固溶体有本质的区别，间隙相是⼀种化合物，它具有与其组元完全不同的晶格结构，⽽间隙固溶体则任保持着溶剂组元的晶格类型。
(完整版)金属学及热处理习题参考答案(1-9章)
第一章金属及合金的晶体结构一、名词解释:1 •晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。
2•非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。
3 •晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。
4•晶胞：构成晶格的最基本单元。
5. 单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。
6•多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。
7•晶界：晶粒和晶粒之间的界面。
8. 合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。
9. 组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。
10. 相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。
11. 组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。
12. 固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相二、填空题：1 .晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。
2•常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。
3•实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。
4•根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。
5•置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。
6 •合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。
7. 同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光—泽，正的电阻温度系数。
8. 金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。
9. 位错两种基本类型是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是刃型位错所特有的。
10. 在立方晶系中，｛120｝晶面族包括(120)、(120)、(102)、(102)、(210)、(210)> (201)、(201)、(012)、(012)、(021)、(021)、等晶面。
金属学与热处理课后答案
14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？答: 组元：组成合金最基本的、独立的物质。
相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。
固溶体：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。
固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶剂原子在整个晶体中都按—定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。
置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。
影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构15、何谓固溶强化？置换固溶体和间隙固溶体的强化效果哪个大？为什么？答：固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降的现象。
间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体的强化效果。
原因：溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果越好。
间隙固溶体晶格畸变大于置换固溶体的晶格畸变16、何谓间隙相？它与间隙固溶体及复杂晶格间隙化合物有何区别？答：间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，形成的简单的晶体结构称为间隙相。
间隙相与间隙固溶体有本质的区别，间隙相是一种化合物，它具有与其组元完全不同的晶格结构，而间隙固溶体则任保持着溶剂组元的晶格类型。
间隙相与间隙化合物相比具有比较简单的晶体结构，间隙相一般比间隙化合物硬度更高，更稳定。
21、何谓刃型位错和螺型位错？定性说明刃型位错的弹性应力场与异类原子的相互作用，对金属力学性能有何影响？答：刃型位错：设有一简单立方晶体，某一原子面在晶体内部中断，这个原子平面中断处的边缘就是一个刃型位错，犹如一把锋利的钢刀将晶体上半部分切开，沿切口硬入一额外半原子面一样，将刃口处的原子列为刃型位错线。
《金属学与热处理》(第二版)课后习题参考答案
金属学与热处理第一章习题1.作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=b≠c，c=2/3a。
今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。
解：设X方向的截距为5a，Y方向的截距为2a，则Z方向截距为3c=3X2a/3=2a，取截距的倒数，分别为1/5a，1/2a，1/2a化为最小简单整数分别为2,5,5故该晶面的晶面指数为（2 5 5）4.体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/2，（1 1 1）面间距为√3a/3三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0）7.证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633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=1.6338.试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为r=0.414R解：面心立方八面体间隙半径r=a/2-√2a/4=0.146a面心立方原子半径R=√2a/4，则a=4R/√2，代入上式有R=0.146X4R/√2=0.414R9.a）设有一刚球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。
b）经X射线测定，在912℃时γ-Fe的晶格常数为0.3633nm，α-Fe的晶格常数为0.2892nm，当由γ-Fe转化为α-Fe时，求其体积膨胀，并与a）比较，说明其差别的原因。
金属学与热处理原理(第三版)课后答案 全
金属学与热处理课后答案第一章金属键？并用其解释金属的特性答：金属键就是金属阳离子和自由电子之间的强烈的相互作用，可以决定金属的很多物理性质。
金属的延展性就是由于在金属被锻造的时候，只是引起了金属阳离子的重新排布，而由于自由电子可以在整块金属内自由流动，金属键并未被破坏。
再如由于自由电子的存在使金属很容易吸收光子而发生跃迁，发出特定波长的光波，因而金属往往有特定的金属光泽。
金属中的自由电子沿着电场定向运动，导电性；自由电子的运动及正离子的震动，使之具有导热性；温度升高，正离子或原子本身振动的幅度加大，阻碍电子的通过，使电阻升高，具有正的电阻温度系数用双原子模型说明金属中原子为什么会呈现周期性规则排列，并趋于紧密排列答：当大量金属原子结合成固体时，为使体系能量最低，以保持其稳定，原子间必须保持一定的平衡距离，因此固态金属中的原子趋于周期性规则排列。
原子周围最近邻的原子数越多，原子间的结合能越低（因为结合能是负值），把某个原子从平衡位置拿走，克服周围原子对它的作用力所需做的功越大，因此固态金属中的原子总是自发地趋于紧密排列。
3.填表：晶格类型原子数原子半径配位数致密度间隙类型间隙半径间隙数目举例原子堆垛方式体心立方2a438 68% 八面体 a 18 α—Fe ABABAB四面体 a 24面心立方4a4212 74% 八面体 a 13 γ—Fe ABCABC四面体 a 8密排六方6a2112 74% 八面体 a 6 Mg ABABAB四面体8a 194什么是晶体结构？什么是晶格？什么是晶胞？答：晶体结构：指晶体中原子（离子，原子，分子集团）的具体的排列情况，也就是指晶体中这些质点在三维空间内有规律的周期性重复排列；晶格：将阵点用一系列平行的直线连接起来构成的空间格架。
晶胞：构成点阵的最基本单元。
5、作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向6立方晶系的{1 1 1}晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。
金属材料与热处理(第五版)习题册答案精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版金属材料与热处理习题册答案绪论填空题1．成分组织热处理性能2．光泽延展性导电性导热性合金3．成分热处理性能性能思考题答：机械工人所使用的工具、刀、夹、量具以及加工的零件大都是金属材料，所以了解金属材料与热处理的相关知识。
对我们工作中正确合理地使用这些工具；根据材料特点正确合理地选择和刃磨刀具几何参数；选择适当的切削用量；正确选择改善零件工艺性能的方法等都具有非常重要的指导意义。
第一章金属的结构与结晶填空题1．非晶体晶体晶体2．体心立方面心立方密排六方体心立方面心立方密排六方3．晶体缺陷间隙空位置代刃位错晶界亚晶界4．无序液态有序固态5．过冷度6．冷却速度冷却速度低7．形核长大8．强度硬度塑性9．固一种晶格另一种晶格判断题1．√2．×3．×4．×5．×6．√7．√8．√9．√10．√11．×12．√13．√14．×15．√选择题1．A2．C B A3．B名词解释1．答：晶格是假想的反映原子排列规律的空间格架；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
2．答：只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体；由很多的小晶体组成的晶体称为多晶体。
思考与练习1．冷却曲线上有一段水平线，是说明在这一时间段中温度是恒定的。
结晶实际上是原子由一个高能量级向一个较低的能量级转化的过程，所以在结晶时会放出一定的结晶潜热，结晶潜热使正在结晶的金属处于一种动态的热平衡，所以纯金属结晶是在恒温下进行的。
2．生产中常用的细化晶粒的方法有：增加过冷度、采用变质处理和采用变质处理等。
金属结晶后，一般是晶粒愈细，强度、硬度愈高，塑性、韧性也愈好，所以控制材料的晶粒大小具有重要的实际意义。
3．（1）金属模浇铸的晶粒小于砂型浇铸的晶粒（2）铸成薄件的晶粒小于铸成厚件的晶粒（3）浇铸时采用振动的晶粒小于不采用振动的晶粒4．味精、冰糖、云母、食盐及各类金属均是晶体。
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第八章扩散
8-1 何为扩散？固态扩散有哪些种类？
答：扩散是物质中原子（或）分子的迁移现象，是位置传输的一种方式。
根据扩散过程是否发生浓度变化可分为：自扩散、互扩散
根据扩散方向是否与浓度梯度的方向相同可分为：下坡扩散、上坡扩散
根据扩散过程是否出现新相可分为：原子扩散、反应扩散
8-2 何为上坡扩散和下坡扩散？举例说明。
答：
下坡扩散：原子或分子沿浓度降低的方向进行扩散，使浓度趋于均匀化。
比如铸件的均匀化退火、工件的表面渗碳过程均属于下坡扩散。
上坡扩散：原子或分子沿浓度升高的方向进行扩散，即由低浓度向高浓度方向扩散，使浓度趋于两极分化。
例如奥氏体向珠光体转变过程中，碳原子从浓度较低的奥氏体中向浓度较高的渗碳体中扩散。
8-3 扩散系数的物理意义是什么？影响因素有哪些？
答：扩散系数的物理意义：浓度梯度为1时的扩散通量。
D越大，扩散速度越快。
影响因素：
1、温度：扩散系数与温度呈指数关系，随温度升高，扩散系数急剧增大。
2、键能和晶体结构：键能高，扩散激活能大，扩散系数减小；不同的晶体结构
具有不同的扩散系数：例如从晶体结构来考虑，碳原子在铁素体中的扩散系数比在奥氏体中的大。
3、固溶体类型：不同类型的固溶体，扩散激活能不同，间隙原子的扩散激活能
比置换原子的小，扩散系数大。
4、晶体缺陷：晶体缺陷处，自由能较高，扩散激活能变小，扩散易于进行。
5、化学成分：当合金元素提高合金熔点，扩散系数减小；若降低合金熔点，扩
散系数增加
8-4 固态合金中要发生扩散必须满足那些条件？为什么？
答：
1、扩散需有驱动力。
扩散过程都是在扩散驱动力的作用下进行的，如没有扩散
驱动力，也就不能发生扩散。
2、扩散原子要固溶。
扩散原子在基体中必须由一定的固溶度，形成固溶体，才
能进行固态扩散。
3、温度要足够高。
固态扩散是依靠原子热激活而进行的，温度越高，原子的热
振动越激烈，原子被激活发生迁移的可能性就越大。
4、时间要足够长。
原子在晶体中每跃迁一次最多只能移动0.3-0.5nm的距离，只
有经过相当长的时间才能形成物质的宏观定向迁移。
8-5 铸造合金均匀化退火前的冷塑性变形对均匀化过程有和影响？是加速还是减缓？为什么？
答：加速。
原因：铸造合金经非平衡结晶后，会出现不同程度的枝晶偏析。
根据扩散第二定律可得知，铸锭均匀化退火所需时间与枝晶间距的平方成正比，与扩散系数成反比。
所以在退火前对合金进行冷塑性变形可破碎枝晶，减小枝晶间距，缩短均匀化的时间。
8-6 略（扩散系数计算）
8-7 略（消除枝晶偏析时间计算）
8-8 可否用铅代替铅锡合金做对铁进行钎焊的材料，试分析说明之？
答：不能。
原因：
因为钎焊过程只是钎料熔化，母材仍处於固体状态。
因此要求钎料与母材不但液态时能互溶，固态时也必须互溶，依靠他们之间的互扩散形成牢固的金属结合。
而铅是不固溶于铁的，因此如果以铅来做钎料，铁做母材，则铅是无法扩散到母材中的，无法起到钎焊的效果。
8-9 略
8-10 渗碳是将零件置于渗碳介质中使碳原子进入工件表面，然后以下坡扩散的方式使碳原子从表层向内部扩散的热处理方法。
试问：
1）温度高低对渗碳速度有何影响？
2）渗碳应在奥氏体中还是铁素体中进行？
3）空位密度、位错密度和晶粒大小对渗碳速度有何影响？
答：
1）温度越高，渗碳速度越快。
因为扩散系数随温度升高，急剧增大。
2）在奥氏体中进行。
虽然碳在铁素体中的扩散系数比在奥氏体中大，但是当把钢加热至奥氏体时，一方面温度升高，扩散系数急剧增加；另一方面，奥氏体的溶碳能力急剧增大，可增加渗层深度。
3）空位密度和位错密度越多，渗碳速度越快。
因为缺陷处能量较高，扩散激活能降低，增大扩散系数。
晶粒越小，渗碳速度越快。
因为晶粒越小，晶界面积越大，而原子沿晶界的扩散速度较快。