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。

11．点缺陷有空位、间隙原子和置换原子等三种；属于面缺陷的小角度晶界可以用亚晶界来描述。

三、判断题：1．固溶体具有与溶剂金属相同的晶体结构。

（√）2．因为单晶体是各向异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。

（×）3．金属多晶体是由许多位向相同的单晶体组成的。

（×）4．因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数，所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。

（√）5．在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。

（√）6．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。

（×）7．晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。

（√）四、选择题：1．组成合金中最基本的，能够独立存在的物质称为：（b）a．相；b．组元；c．合金。

2．正的电阻温度系数的含义是：（b）3．a．随温度升高导电性增大；b．随温度降低电阻降低；c．随温度增高电阻减小。

4．晶体中的位错属于：（c）5．a．体缺陷；b．面缺陷；c．线缺陷；d．点缺陷。

6．亚晶界是由：（b）7．a．点缺陷堆积而成；b．位错垂直排列成位错墙而构成；c．晶界间的相互作用构成。

8．在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是：（b）9．a．<100>；b．<110>；c．<111>。

10．在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是：（b）11．a．｛100｝；b．｛110｝；c．｛111｝。

12．α-Fe和γ-Fe分别属于什么晶格类型：（b）13． a ．面心立方和体心立方； b ．体心立方和面心立方；c ．均为面心立方；d ．均为体心立方14． 固溶体的晶体结构与 相同。

（a ）a ．溶剂；b ．溶质；c ．其它晶型。

15． 间隙相的性能特点是：（c ）a ．熔点高，硬度低；b ．硬度高，熔点低；c ．硬度高，熔点高五、问答题：1． 常见的金属晶格类型有哪几种回答要点：1）体心立方晶格；其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和中心各有一个原子。

2）面心立方晶格；其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。

3）密排六方晶格；其晶胞是一个立方六柱体，在六方柱体的各个角上和上下底面中心各排列着一个原子，在顶面和底面间还有三个原子。

2． 金属化合物具有什么样的性能特点回答要点：熔点高、硬度高、脆性大。

3． 指出下面四个晶面和四个晶向的指数填写在对应的括号内。

Bx FD A y Cz (100) (110) (112) (111) A: [100]B: [110] C: [201] D: [111]4．标出图2-1中给定的晶面指数与晶向指数：晶面OO′A′A、OO′B′B、OO′C′C、OABC、AA′C′C、AA′D′D；晶向OA、OB、OC、OD、OC′、OD′。

答：晶面OO′A′A：（010）；晶面OO′B′B：（110）；晶面OO′C′C：（100）；晶面OABC：（001）；晶面AA′C′C：（110）；晶面AA′D′D：（210）。

晶向OA：[100]；晶向OB：[110]；晶向OC：[010]；晶向OD：[120]；晶向OC′：[011]；晶向OD′：[122]。

5．在立方晶胞中标出以下晶面和晶向：晶面DEE′ D′：（210）；晶面DBC′：（111）or （1 1 1）晶向D′ E′：[120]；晶向C′ D：[011]。

第二章金属及合金的相图一、名词解释：1．枝晶偏析：固溶体合金结晶时，如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。

先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多。

结果造成在一个晶粒内化学成分分布不均，这种现象称为枝晶偏析或晶内偏析。

2．中间相：金属化合物也叫中间相，是不同组元间发生相互作用，形成了不同于任一组元的具有独特原子排列和性质的新相，这种新相可以用分子式来大致表示其组成，但这种分子式不一定符合传统化学价的概念。

3．固溶强化：通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。

4．脱溶反应：α’ →α+β，式中α’是亚稳定的过饱和固溶体，β是稳定的或亚稳定的脱溶物，α是一个更稳定的固溶体，晶体结构和α’一样，但其成分更接近平衡状态。

5．包晶偏析：包晶转变的产物β相包围着初生相α，使液相与α相隔开，液相和α相中原子之间的相互扩散必须通过β相，这就导致了包晶转变的速度往往是极缓慢的。

实际生产中的冷速较快，包晶反应所依赖的固体中的原子扩散往往不能充分进行，导致生成的β固溶体中发生较大的偏析，称之为包晶偏析。

二、填空题：1．固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度高。

2．Cu-Ni合金进行塑性变形时，其滑移面为{111} 。

3．固溶体出现枝晶偏析后，可用扩散退火加以消除。

4．以电子浓度因素起主导作用而生成的化合物称电子化合物。

5．共晶反应式为L d←→αc+βe，共晶反应的特点是发生共晶反应时三相共存，它们各自的成分是确定的，反应在恒温下平衡的进行。

三、判断题：1．间隙固溶体一定是无限固溶体。

（×）2．间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。

（√）3．平衡结晶获得的20%Ni的Cu-Ni合金比40%的Cu-Ni合金的硬度和强度要高。

（×）4．在共晶相图中，从L中结晶出来的β晶粒与从α中析出的βⅡ晶粒具有相同的晶体结构。

（√）5．一个合金的室温组织为α+βⅡ+（α+β），它由三相组成。

（×）四、选择题：1．在发生L→α+β共晶反应时，三相的成分：（b）2．a．相同；b．确定；c．不定。

3．共析成分的合金在共析反应γ→α+β刚结束时，其组成相为：（d）4．a．γ+α+β；b．γ+α；c．γ+β；d．α+β5．一个合金的组织为α+βⅡ +（α+β），其组织组成物为:（b）6．a．α、β；b．α、βⅡ、（α+β）；c．α、β、βⅡ。

7．具有匀晶型相图的单相固溶体合金：（b）a．铸造性能好；b．锻压性能好；c．热处理性能好；d．切削性能好8．二元合金中，共晶成分的合金：（a）a．铸造性能好；b．锻造性能好；c．焊接性能好；d．热处理性能好五、问答题：1．熟悉Pb-Sn二元合金相图，1）分析几类成分的合金的平衡结晶过程；画出室温平衡组织式意图；标上各组织组成物。

2）熟悉杠杠定律在合金组织组成物的相对量计算中的运用。

2．（略）第三章金属与合金的结晶一、名词解释：1．结晶：纯金属或合金由液体转变为固态的过程。

2．重结晶：也叫二次结晶，是金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程，改变了晶体结构。

3．过冷度：理论结晶温度（T0）和实际结晶温度（T1）之间存在的温度差。

4．变质处理：在浇注前向金属液中加入少量变质剂促进形核的处里工艺。

二、填空题：1．金属结晶时，冷却速度越快，实际结晶温度就越低，过冷度越大。

2．纯金属的结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是形核和长大。

3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是促进形核，细化晶粒。

4．液态金属结晶时，结晶过程的推动力是自由能差（△F）降低，阻力是自由能增加。

5．能起非自发生核作用的杂质，必须符合结构相似、尺寸相当的原则。

6．过冷度是指理论结晶温度与实际结晶温度之差，其表示符号为△T。

7．过冷是结晶的必要条件。

8．细化晶粒可以通过增加过冷度、添加变质剂和附加振动等途径实现。

9．典型铸锭结构的三个晶区分别为：表面细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区。

三、判断题：1．纯金属的结晶过程是一个恒温过程。

（√）2．液态金属只有在过冷条件下才能够结晶。

（√）3．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

（×）4．室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。

（×）5．金属由液态转变成固态的结晶过程，就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。

（√）6．纯金属结晶时，生核率随冷度的增加而不断增加。

（×）7．当晶核长大时，随过冷度增大，晶核的长大速度增大。

但当过冷度很大时，晶核长大的速度很快减小。

（√）8．当过冷度较大时，纯金属晶体主要以平面状方式长大。

（×）9．当形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是一个多面体。

（×）10．在工程上评定晶粒度的方法是在放大100倍的条件，与标准晶粒度图作比较，级数越高，晶粒越细。

（√）11．过冷度的大小取决于冷却速度和金属的本性。

（√）四、选择题：1．金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：（b）2．a．越高；b．越低；c．越接近理论结晶温度。

3．为细化晶粒，可采用：（b）4．a．快速浇注；b．加变质剂；c．以砂型代金属型。

5．实际金属结晶时，通过控制生核速率N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得细小晶粒：（a）6．a．N/G很大时；b．N/G很小时；c．N/G居中时。