纯金属结晶作业答案

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纯金属的凝固习题与答案

纯金属的凝固习题与答案1 说明下列基本概念凝固、结晶、过冷、过冷度、结构起伏、能量起伏、均匀形核、非均匀形核、临界晶核半径、临界晶核形核功、形核率、生长线速度、光滑界面、粗糙界面、动态过冷度、柱状晶、等轴晶、树枝状晶、单晶、非晶态、微晶、液晶。

2 当球状晶核在液相中形成时，系统自由能的变化为σππ23344r G r G V +∆=∆，(1)求临界晶核半径c r ；(2)证明V V c c G A G c ∆-==∆231σ(c V 为临界晶核体积)；(3)说明上式的物理意义。

3 试比较均匀形核与非均匀形核的异同点，说明为什么非均匀形核往往比均匀形核更容易进行。

4 何谓动态过冷度?说明动态过冷度与晶体生长的关系。

在单晶制备时控制动态过冷度的意义？5 分析在负温度梯度下，液态金属结晶出树枝晶的过程。

6 在同样的负温度梯下，为什么Pb 结晶出树枝状晶而Si 的结晶界面却是平整的?7 实际生产中怎样控制铸件的晶粒大小?试举例说明。

8 何谓非晶态金属?简述几种制备非晶态金属的方法。

非晶态金属与晶态金属的结构和性能有什么不同。

9 何谓急冷凝固技术?在急冷条件下会得到哪些不同于一般晶体的组织、结构?能获得何种新材料?. 计算当压力增加到500×105Pa 时锡的熔点的变化，已知在105Pa 下,锡的熔点为505K ，熔化热7196J/mol ，摩尔质量为118.8×10-3kg/mol ，固体锡的体积质量7.30×103kg/m 3，熔化时的体积变化为+2.7%。

2. 考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：ΔT=1，10，100和200℃，计算： (a)临界晶核尺寸；(b)半径为r*的团簇个数；(c)从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化ΔGv ； (d)从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化 ΔGv 。

铝的熔点T m =993K ，单位体积熔化热ΔH f =1.836×109J/m 3，固液界面自由能γsc =93J/m 2，原子体积V 0=1.66×10-29m 3。

第二章纯金属的结晶答案

第二章纯金属的结晶(一) 填空题1．金属结晶两个密切联系的基本过程是形核和长大2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为凝固，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为固态相变。

3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是变质剂的作用在于增加晶核的数量或者阻碍晶核长大。

钢中常用的变质剂为V,Ti,Al。

变质处理常用于大铸件，实际效果较好。

4．铸锭和铸件的区别是。

铸锭是将熔化的金属倒入永久的或可以重复使用的铸模中制造出来的。

凝固之后，这些锭（或棒料、板坯或方坯，根据容器而定）被进一步机械加工成多种新的形状。

用铸造方法获得的金属物件，即把熔炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其他方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经落砂、清理和后处理，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。

5．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是控制过冷度、变质处理、振动、搅动6．金属冷却时的结晶过程是一个放热过程。

7．液态金属的结构特点为短程有序。

8．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的细，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的粗，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的细，薄铸件的晶粒比厚铸件细。

9．过冷度是金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。

一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越细。

(二) 判断题1 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。

即先形核，形核停止以后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。

N2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

N3．近代研究表明：液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。

( Y ) 4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的过程。

( N ) 金属玻璃---如果液体金属急速地降温，获得极大过冷度，以至没有形核就将温到原子扩散难以进行的温度，得到固体金属，它的原子排列状况与液态金属相似，这种材料称为非晶态金属，又称金属玻璃。

5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。

金属学及热处理练习题答案

第一章金属的晶体结构马氏体沉淀硬化不锈钢,它是美国 ARMCO 钢公司在1949年发表的,其特点是强度高,耐蚀性好,易焊接,热处理工艺简单,缺点是延韧性和切削性能差,这种马氏体不锈钢与靠间隙元素碳强化的马氏体钢不同,它除靠马氏体相变外并在它的基体上通过时效处理析出金属间化合物来强化。

正因为如此而获得了强度高的优点,但延韧性却差。

1、试用金属键的结合方式，解释金属具有良好的导电性、正的电阻温度系数、导热性、塑性和金属光泽等基本特性.答：(1)导电性：在外电场的作用下，自由电子沿电场方向作定向运动。

(2)正的电阻温度系数：随着温度升高，正离子振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，即金属的电阻是随温度的升高而增加的。

(3)导热性：自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能。

(4) 延展性：金属键没有饱和性和方向性，经变形不断裂。

(5)金属光泽：自由电子易吸收可见光能量，被激发到较高能量级，当跳回到原位时辐射所吸收能量，从而使金属不透明具有金属光泽。

2、填空：1)金属常见的晶格类型是面心立方、体心立方、密排六方。

2)金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有金属键的结合方式。

3)物质的原子间结合键主要包括金属键、离子键和共价键三种。

4)大部分陶瓷材料的结合键为共价键。

5)高分子材料的结合键是范德瓦尔键。

6)在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为（（ 140 ）） .7)在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB 晶向指数为（-110），OC晶向指数为（221），OD晶向指数为（121）。

8)铜是（面心）结构的金属，它的最密排面是（111 ）。

9) α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有（α-Fe 、 Cr、V ），属于面心立方晶格的有（γ-Fe、Al、Cu、Ni ），属于密排六方晶格的有（ Mg、Zn ）。

第三章__纯金属的凝固答案

第三章纯金属的凝固本章主要内容：液态金属的结构；金属结晶过程：金属结晶的条件，过冷，热力学分析，结构条件晶核的形成：均匀形核：能量分析，临界晶核，形核功，形核率，非均匀形核：形核功，形核率晶体的长大：动态过冷度（晶体长大的条件），固液界面微观结构，晶体长大机制，晶体长大形态：温度梯度，平面长大，树枝状长大、结晶理论的应用实例：铸锭晶粒度的控制，单晶制备，定向凝固，非晶态金属一、填空1..在液态金属中进行均质形核时，需要__结构_起伏和____能量起伏。

1.金属凝固的必要条件是__________过冷度和能量起伏_____________。

2.细化铸锭晶粒的基本方法是：（1）___控制过冷度_，（2）___变质处理__，（3）____振动、搅拌等____。

5、形成临界晶核时体积自由能的减小只能补偿新增表面能的____2/3____。

6、液态金属均质形核时，体系自由能的变化包括（体积自由能）和（表面自由能）两部分，其中__表面_____自由能是形核的阻力，____体积___自由能是形核的动力；临界晶核半径r K与过冷度△T呈__反比_TLTrmm∆-=σ2_关系，临界形核功△G K等于____()223316TLTGmmk∆∙=∆σπ表面能的1/3___。

7 动态过冷度是______晶核长大时固液界面（前沿）的过冷度___。

8 在工厂生产条件下，过冷度增大，则临界晶核半径__减小___，金属结晶冷却速度越快，N/G比值___越大_____，晶粒越细_小。

9 制备单晶的基本原理是__保证一个晶核形成并长大__，主要方法有____尖端成核法和___垂直提拉法。

10. 获得非晶合金的基本方法是_____快速冷却___________。

11 铸锭典型的三层组织是______细晶粒区________, ___柱状晶区____, _____等轴晶区____。

12 纯金属凝固时，其临界晶核半径的大小、晶粒大小主要决定于_______过冷度_______________。

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。

材料结构习题纯晶体凝固答案

《材料结构》习题：纯晶体的凝固1. 设均匀形核时其晶核为球形，试证明临界形核功ΔG c 与临界晶核体积V c 的关系为：12c c V G V G ∆=-∆ 2. 设非均匀形核时其晶核为球冠形，试证明临界形核功*c G ∆与临界晶核体积*c V 也存在上列关系式。

3. 当临界晶核为球形和小立方体形时，试分别求出各临界晶核中的原子数n 的表达式：n =f (ΔG V , σ,V)式中V 为每个原子的体积。

4. 试说明金属结晶时粗糙型液－固界面的微观结构特点，指出该界面在结晶过程中的作用。

5. 综述金属结晶的热力学条件、动力学条件、能量条件和结构条件。

6. 已知金的熔点Tm 为1063℃，熔化潜热Lm 为12.8kJ/mol ，密度为19.3g/cm3，摩尔质量为197g/mol 。

若液态金在1000℃均匀形核时的临界晶核半径r ＝43.3×10-10m ，试计算金的液固界面能σ和临界形核功。

7. 根据克拉珀龙方程可以推导出液－固或固－固相变温度与压力的关系式： T V T H P mm m ∆∆∆=∆ 式中，ΔH m 为相变潜热；T m 为相变温度；ΔV m 为摩尔体积变化。

试分别计算：(1) 已知α-F e →γ-Fe 在1大气压下T m ＝912℃，若外加压力增加到1000大气压时，转变温度应是多少（已知ΔH m ＝920.5J/mol ，α-F e 的密度为7.57g/cm 3，γ-Fe 的密度为7.63g/cm 3，Fe 的摩尔质量为55.85g/mol ）。

(2) 已知纯铁熔化时体积变化为膨胀3％，求10个大气压下的熔点（已知L m ＝15.2kJ/mol ，T m =1803K ，密度为7.6g/cm 3，摩尔质量为55.85g/mol ）。

习题答案1. 证明：设均匀形核时其球形晶核半径为r ，则32232344304802242143232V V V c Vc V c V c c V c c V c V G V G A r G r G r G rr G r G r G G r G r r G V G σππσππσσσπππ∆=∆+=∆+∂∆=⇒∆+∂∆∴=-=-∆∆∴∆=∆-=-∆=-∆令＝即2．证明：设非均匀形核时其球冠状晶核的曲率半径为r ，高为h ，则系统总表面自由能的增量ΔG S 为S L L W W LW LW G A A A A αααασσσσ∆==+-∑因为晶核周边表面张力应彼此平衡，则cos LW W L αασσσθ=+ 即cos W LW L αασσσθ-=-222(1cos )L A rh r αππθ==-222(sin )(1cos )W A r r απθπθ==-222S 232(1cos )(1cos )cos (23cos cos )L L L G r r r αααπθσπθσθπσθθ∆=---=-+ 球冠的体积 23311(3)(23cos cos )33V r h h r ππθθ=-=-+ 令31()(23cos cos )4f θθθ=-+ **3*24()4()3V S V L G V G G r G f r f απθπσθ∆=∆+∆=∆+则 **2**04()8()0c V c L G r G f r f rαπθπσθ∂∆=⇒∆+∂令＝ ****22L c c cL V r G r G αασσ∆∴=-=-∆ 即 ****3**2*3*424()()323c V cc V c c V r G G r G r f r G f ππθπθ⎛⎫∆∴∆=∆-=-∆ ⎪⎝⎭ **3***41()32c c c c V V r f G V G πθ=∴∆=-∆3．解: (1)当临界晶核为球形时，设其半径为r c ，则33333243233323c c c V Vc V r V r G G V n V G V σπσππσ=-∴==-∆∆∴==-∆(2)当晶核为正方形时，设其边长为a ，则326V V G V G A a G a σσ∆=∆+=∆+2403120c V c c VG a G a a r G σσ∂∆=⇒∆+=-∂∆令＝，即 333336464c c c V V V V a n V G V G σσ=∴==-=-∆∆4．答：金属结晶时粗糙型液－固界面的微观结构为粗糙界面。

第二章纯金属的结晶(金属学与热处理崔忠圻课后答案)

金属学与热处理第二版（崔忠圻）答案第二章纯金属的结晶2-1 a）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gk与其体积V之间关系式为△Gk=V△Gv/2b）当非均匀形核形成球冠状晶核时，其△Gk与V之间的关系如何？答：2-2 如果临界晶核是边长为a的正方体，试求出△Gk和a之间的关系。

为什么形成立方体晶核的△Gk比球形晶核要大。

答：2-3 为什么金属结晶时一定要由过冷度？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：金属结晶时需过冷的原因：如图所示，液态金属和固态金属的吉布斯自由能随温度的增高而降低，由于液态金属原子排列混乱程度比固态高，也就是熵值比固态高，所以液相自由能下降的比固态快。

当两线相交于Tm温度时，即Gs=Gl，表示固相和液相具有相同的稳定性，可以同时存在。

所以如果液态金属要结晶，必须在Tm温度以下某一温度Tn，才能使Gs＜Gl，也就是在过冷的情况下才可自发地发生结晶。

把Tm-Tn的差值称为液态金属的过冷度影响过冷度的因素：金属材质不同，过冷度大小不同；金属纯度越高，则过冷度越大；当材质和纯度一定时，冷却速度越大，则过冷度越大，实际结晶温度越低。

固态金属熔化时是否会出现过热及原因：会。

原因：与液态金属结晶需要过冷的原因相似，只有在过热的情况下，Gl＜Gs，固态金属才会发生自发地熔化。

2-4 试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。

答：相同点：形核驱动力都是体积自由能的下降，形核阻力都是表面能的增加。

具有相同的临界形核半径。

所需形核功都等于所增加表面能的1/3。

不同点：非均匀形核的△Gk小于等于均匀形核的△Gk，随晶核与基体的润湿角的变化而变化。

非均匀形核所需要的临界过冷度小于等于均匀形核的临界过冷度。

两者对形核率的影响因素不同。

非均匀形核的形核率除了受过冷度和温度的影响，还受固态杂质结构、数量、形貌及其他一些物理因素的影响。

2-5 说明晶体生长形状与温度梯度的关系。

答：液相中的温度梯度分为：正温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而提高的温度分布情况。

金属材料结晶试题及答案

金属材料结晶试题及答案一、单选题1. 金属材料在固态下由无定形转变为有定形的过程称为：A. 凝固B. 熔化C. 相变D. 结晶答案：D2. 金属结晶过程中，晶核的形成方式有：A. 均匀形核B. 非均匀形核C. 以上都是D. 以上都不是答案：C3. 金属晶体中，晶格常数的单位是：A. 米B. 厘米C. 毫米D. 纳米答案：D4. 金属结晶时，晶粒生长的驱动力是：A. 温度差B. 压力差C. 浓度差D. 以上都不是答案：C5. 金属结晶过程中，影响晶粒大小的主要因素是：A. 冷却速度B. 冷却时间C. 冷却介质D. 以上都是答案：D二、多选题1. 金属结晶过程中，影响晶核数量的因素包括：A. 冷却速度B. 冷却介质C. 合金元素D. 原始晶粒数量答案：ABCD2. 金属结晶过程中，影响晶粒生长的因素包括：A. 冷却速度B. 冷却介质C. 晶体缺陷D. 晶体取向答案：ABC三、判断题1. 金属结晶过程中，冷却速度越快，晶粒越粗大。

（错误）2. 金属结晶时，晶格常数越大，晶格缺陷越少。

（错误）3. 金属结晶时，晶核的形成和生长是同时进行的。

（正确）4. 金属结晶过程中，晶粒大小与冷却速度无关。

（错误）5. 金属结晶时，非均匀形核比均匀形核更容易发生。

（正确）四、简答题1. 简述金属结晶的基本原理。

答案：金属结晶是指金属在冷却过程中，由无定形状态转变为有定形的晶体状态的过程。

这一过程包括晶核的形成和晶粒的生长两个阶段。

晶核的形成可以是均匀形核或非均匀形核，而晶粒的生长则是在晶核的基础上，通过原子的有序排列形成的。

2. 金属结晶过程中，冷却速度对晶粒大小有何影响？答案：冷却速度对晶粒大小有显著影响。

冷却速度越快，晶粒生长的时间就越短，导致晶粒尺寸较小；反之，冷却速度越慢，晶粒生长的时间就越长，晶粒尺寸就越大。

五、计算题1. 已知某金属的冷却速度为10℃/s，初始晶粒尺寸为0.1mm，冷却介质为水。

计算在冷却过程中，晶粒尺寸的变化。

《金属学和热处理》崔忠圻[第二版]课后答案解析[完整版]

第一章金属的晶体结构之阿布丰王创作1-1 作图暗示出立方晶系（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。

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}晶面共包含（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5a，Y方向的截距为2a，Z方向截距为3c=3×2a/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）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/2H（1 1 0）==√2a/2H（1 1 1）==√3a/6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、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。

答：1-7 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，将各原子中心相连接形成一个正四面体，如图所示：此时c/a=2OD/BC在正四面体中：AC=AB=BC=CD ,OC=2/3CE所以：OD2=CD2-OC2=BC2- OC2OC=2/3CE，OC2=4/9CE2，CE2=BC2-BE2=3/4BC2可得到OC2=1/3 BC2，OD2= BC2- OC2=2/3 BC2OD/BC=√6/3所以c/a=2OD/BC=2√6/3≈1-8 试证明面心立方晶格的八面体间隙半径r=0.414R，四面体间隙半径r=0.225R；体心立方晶格的八面体间隙半径：<1 0 0>晶向的r=0.154R，<1 1 0>晶向的r=0.633R，四面体间隙半径r=0.291R。

纯金属的凝固习题与答案

3 试比较均匀形核与非均匀形核的异同点，说明为什么非均匀形核往往比均匀形核更容易进行。

4 何谓动态过冷度说明动态过冷度与晶体生长的关系。

在单晶制备时控制动态过冷度的意义5 分析在负温度梯度下，液态金属结晶出树枝晶的过程。

6 在同样的负温度梯下，为什么Pb 结晶出树枝状晶而Si 的结晶界面却是平整的7 实际生产中怎样控制铸件的晶粒大小试举例说明。

8 何谓非晶态金属简述几种制备非晶态金属的方法。

非晶态金属与晶态金属的结构和性能有什么不同。

9 何谓急冷凝固技术在急冷条件下会得到哪些不同于一般晶体的组织、结构能获得何种新材料. 计算当压力增加到500×105Pa 时锡的熔点的变化，已知在105Pa 下,锡的熔点为505K ，熔化热7196J/mol ，摩尔质量为×10-3kg/mol ，固体锡的体积质量×103kg/m 3，熔化时的体积变化为+%。

铝的熔点T m =993K ，单位体积熔化热ΔH f =×109J/m 3，固液界面自由能γsc =93J/m 2，原子体积V 0=×10-29m 3。

第三章纯金属的结晶、匀晶相图(含答案)

第二章纯金属的结晶、二元匀晶相图（含答案）一、填空题（在空白处填上正确的内容）1、纯金属的结晶过程是由________和________这两个基本过程所组成的。

答案：形核、晶粒长大2、金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象叫做________，理论结晶温度与实际结晶温度之差叫做________。

答案：过冷、过冷度3、晶核的生成、存在有两种方式，即________和________。

答案：自发形核、非自发形核4、控制金属结晶后晶粒大小的主要途径有________、________和________三种。

答案：增大过冷度、变质处理、振动与搅拌5、生产中，在金属进行结晶时辅以机械振动，其目的是________。

答案：细化晶粒6、相图是表示平衡条件下物质的状态与________和________之间关系的简明图解。

答案：温度、成份7、一般来说金属的结晶是指金属由________转变为________的过程，也就是原子由不规则排列逐步过渡到规则排列的过程。

答案：液体、晶体（固体）8、金属结晶的过程为________和________。

答案：形核、晶粒长大9、在二元合金相图上，横坐标为________，纵坐标为________，图中的区域为________。

答案：成份、温度、相10、金属结晶的过程为________和________。

答案：形核、长大11、生产中，当金属进行结晶时辅以机械振动，其目的是________。

答案：细化晶粒12、在金属结晶过程中，细化晶粒的主要方法有________、________和________。

答案：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌13、纯金属的结晶过程是由________和________这两个基本过程所组成的。

答案：形核、晶粒长大14、生产中常见的细化晶粒的方法有________、________和________三种。

答案：增大过冷度、变质处理、振动与搅拌15、合金相图是表示在平衡条件下，合金的状态有规律地随________和________的变化而变化的图解。

机械工程材料第三章材料的凝固.答案

共晶体长大示意图
具有共晶成分的合金称共晶合金。在共晶线上，凡
成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金，位于共
晶点以右的合
金称过共晶合
A
金。凡具有共晶线
成分的合金液
L+
B
C
D
体冷却到共晶
温度时都将发
生共晶反应。
⑵ 合金的结晶过程 ① 含Sn量小于C点合金(Ⅰ合金)的结晶过程
在3点以前为匀晶转变，结晶出单相固溶体，这种
根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。
Fe-C二元相图
三元相图
一、二元相图的建立
几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是热分析法。
二元相图的建立步骤为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例] 1. 配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，
找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。 2. 将临界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 3. 将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应
1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其变化为：
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
2、固态转变的特点 ⑴形核一般在某些特定部
相图被两条线分为三个相区，液相线以上为液相区L ，固相线以下为固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区（L+ ）。
L
液相线 L
+
固相线

Cu
成分（wt%Ni）
Ni
A portion of the copper-nickel phase diagram for which compositions and phase amounts are determined at point B

金属材料结晶试题答案

金属材料结晶试题答案一、填空题1. 金属材料的结晶过程中，晶粒的长大是通过______方式进行的。

2. 在金属材料的冷却曲线上，晶粒生长的阶段对应的是______部分。

3. 金属材料的显微组织对其______性能有直接影响。

4. 金属的熔点是指金属从液态转变为固态时的______温度。

5. 金属的过冷度是指实际结晶温度低于其理论熔点的______温度差。

6. 金属的晶粒度可以通过改变______条件来调控。

7. 金属的冷加工和退火处理可以改善其______性能。

8. 金属的相图中，共晶组织是由______组成的。

9. 金属的晶粒度对其______强度有显著影响。

10. 金属的热处理过程中，正火是为了获得______的组织状态。

二、简答题1. 请简述金属结晶的基本过程及其特点。

2. 金属的晶粒度对其力学性能有何影响？3. 什么是金属的过冷现象？过冷度的大小对金属结晶有何影响？4. 金属的相图有哪些类型，它们各自的特点是什么？5. 金属的热处理包括哪些基本工艺？请简述它们的作用。

三、计算题1. 已知某金属的熔点为1500℃，在冷却过程中，实际结晶温度为1460℃，求该金属的过冷度。

2. 某金属棒材经过热处理后，其晶粒度为0.2mm，若要通过改变冷却速度来细化晶粒至0.1mm，理论上需要多快的冷却速度？3. 根据铁-碳相图，计算含碳量为0.8%的铁碳合金在室温下的组织组成。

四、论述题1. 论述金属的晶粒度对其耐腐蚀性能的影响。

2. 分析金属的热处理对提高其疲劳强度的作用机制。

3. 探讨金属的冷加工和退火处理对改善其塑性变形能力的作用。

4. 根据金属的相图，解释共晶组织的形成过程及其对材料性能的影响。

五、案例分析题1. 描述一个金属材料在实际生产中的应用案例，并分析其结晶过程对最终产品性能的影响。

2. 通过一个金属零件的热处理工艺案例，讨论不同热处理参数对零件性能的具体影响。

3. 针对一种特定的金属材料，分析其在特定工作条件下可能出现的失效模式，并提出相应的改进措施。

纯金属的结晶考试试卷及参考答案

纯金属的结晶考试试卷及参考答案(一) 填空题1．金属结晶两个密切联系的基本过程是形核和长大。

2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为结晶，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为相变。

3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是增加非均质形核的形核率来细化晶粒4．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是控制过冷度、加入结构类型相同的形核剂、振动、搅动5．金属冷却时的结晶过程是一个放热过程。

6．液态金属的结构特点为长程无序，短程有序。

7．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的细小，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的粗大，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的细小，薄铸件的晶粒比厚铸件细小。

8．过冷度是金属相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，即平衡相变温度与该实际转变温度之差。

一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越细小。

9、固态相变的驱动力是新、旧两相间的自由能差。

10、金属结晶的热力学条件为金属液必须过冷。

11、金属结晶的结构条件为在过冷金属液中具有尺寸较大的相起伏，即晶坯。

12、铸锭的宏观组织包括外表面细晶区、中间等轴晶区和心部等轴晶区。

(二) 判断题1 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。

即先形核，形核停止以后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。

( ×)2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

( ×) 3．近代研究表明：液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。

( √)4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的过程。

( √)5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。

( ×) P41+76．在结晶过程中，当晶核成长时，晶核的长大速度随过冷度的增大而增大，但当过冷度很大时，晶核的长大速度则很快减小。

( √) P53 图2-337．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。

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。

2020智慧树知到《工程材料》章节测试题目【完整答案】

2020智慧树知到《工程材料》章节测试题目【完整答案】智慧树知到《工程材料》章节测试答案第一章1、晶体点缺陷分为空位、间隙原子、置换原子。

答案: 对2、晶格中能够描述晶体结构特征的最小单元是晶胞。

答案: 对3、金属常见的晶格类型是体心立方、面心立方、密排六方。

答案: 对4、金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。

答案: 错5、多晶体具有( )。

答案: 各向同性6、纯金属结晶时,冷却速度越快,则实际结晶温度将( )。

答案: 越低7、一般金属结晶时,过冷度越大,则晶粒越细小。

答案: 对8、纯金属结晶的一般规律是不断形核和晶核不断长大的过程。

答案: 对9、金属结晶后晶粒大小取决于结晶时的形核率N和核长大速度G, 要细化晶粒必须( )。

答案: 增大N、降低G10、纯金属结晶时的必要条件是存在过冷度。

答案: 对11、常见的晶体缺陷不包括( )。

答案: 断裂12、晶体中的晶界属于( )。

答案: 面缺陷13、晶体中的位错属于( )。

答案: 线缺陷14、亚晶界是由( )。

答案: 位错垂直排列成位错墙而构成15、间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。

答案: 对16、固溶体的晶体结构与溶质结构相同。

答案: 错17、固态合金的相结构可分为固溶体和化合物两大类。

答案: 对18、根据溶质在溶剂中的溶解情况,置换固溶体可分为无限固溶体和有限固溶体。

答案: 对19、两种原子大小相差不多,原子的性质也较近似时,才可以组成置换固溶体。

答案: 对20、合金固溶强化的基本原因是( )。

答案: 晶格发生畸变第二章1、奥氏体是碳溶入α-Fe中所形成的间隙固溶体。

A.对B.错答案: 错2、珠光体P是一种两相组织。

A.对B.错答案: 对3、铁碳合金相图中，只有含碳量为0.77%的合金能够发生共析反应。

A.对B.错答案: 错4、随着含碳量的增加，铁碳合金的强度和硬度是一直增加的。

A.对B.错答案: 错5、任何成分的铁碳合金都是由铁素体和渗碳体组成。

金属的晶体结构习题答案

第一章金属的晶体构造( 一 ) 填空题3．金属晶体中常有的点缺点是空位、空隙原子和置换原子，最主要的面缺点是。

4．位错密度是指单位体积中所包含的位错线的总长度，其数学表达式为L 。

5．表示晶体中原子摆列形式的空间格子叫做V晶格，而晶胞是指从晶格中选用一个可以完整反响晶格特色的最小几何单元。

6．在常有金属晶格中，原子摆列最密的晶向，体心立方晶格是[111] ，而面心立方晶格是 [110] 。

7 晶体在不同晶向上的性能是不同的，这就是单晶体的各向异性现象。

一般构造用金属为多晶体，在各个方向上性能同样，这就是实质金属的伪等向性现象。

8 实质金属存在有点缺点、线缺点和面缺点三种缺点。

位错是线缺点。

9．常温下使用的金属资料以细晶粒为好。

而高温下使用的金属资料在必定范围内以粗晶粒为好。

10．金属常有的晶格种类是面心立方、体心立方、密排六方。

11．在立方晶格中，各点坐标为： A (1 ， 0， 1) ， B (0 ， 1， 1) ， C (1 ， 1， 1/2) ， D(1/2 ， 1，-1/2) ，那么 AB 晶向指数为[110] ，OC晶向指数为 [221] ，OD晶向指数为[121] 。

12．铜是面心构造的金属，它的最密排场是｛111｝，若铜的晶格常数a=, 那么最密排场上原子间距为。

13 α -Fe、γ -Fe 、Al 、Cu、Ni 、Cr、V、Mg、Zn 中属于体心立方晶格的有α -Fe、Cr、V ，属于面心立方晶格的有γ -Fe 、 Al 、 Cu、 Ni 、，属于密排六方晶格的有Mg、Zn 。

314．已知 Cu 的原子直径为0． 256nm，那么铜的晶格常数为中的原子数。

1mmCu 为。

15．晶面经过 (0 ，0，0) 、(1/2 、1/4 、0) 和 (1/2 ，0，1/2) 三点，这个晶面的晶面指数为. 16．在立方晶系中，某晶面在x 轴上的截距为2，在 y 轴上的截距为 1/2 ；与 z 轴平行，则该晶面指数为（ 140） .17．金属拥有优秀的导电性、导热性、塑性和金属光彩主假如由于金属原子拥有金属键的联合方式。

《金属材料与热处理》综合训练知识点训练解答模块3金属的结晶

模块三金属的结晶（P46）一、填空题1、金属的结晶是指由原子不规则排列的近程有序，转变为原子规则排列的晶体过程。

2、纯金属的冷却曲线是用热分析法测定的。

冷却曲线的纵坐标表示温度，横坐标表示冷却时间。

3、金属的理论结晶温度和金属的实际结晶温度之差称为过冷度。

4、过冷度的大小与冷却速度有关，冷速越快，金属的实际结晶温度越，过冷度也就越大。

5、金属的结晶过程是由形核和长大两个基本过程组成的。

6、细化晶粒的根本途径是控制结晶时的形核率及长大速度。

7、纯金属结晶的特点是结晶总是在一定的温度下才能进行，并且结晶的整个过程是在恒温下进行的。

8、金属结晶时，形核率越大，晶体长大速度越小，单位体积内的晶核就越多，晶粒就越细。

二、判断题（√）1、金属的实际结晶温度均低于理论结晶温度。

（×）2、金属结晶时过冷度越大，结晶后晶粒越粗。

（√）3、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。

（√）4、同素异构转变过程也遵循晶核形成与长大的规律。

（×）5、金属发生同素异构转变时要放出热量，转变是在恒温下进行的。

（√）6、纯金属具有固定的熔点。

（×）7、晶粒越粗的金属材料其力学性能越好。

（×）8、工业上使用的金属材料一般都是单晶体。

（×）9、理论结晶温度总是低于实际结晶温度，这一现象称为过冷现象。

（√）10、金属的结晶过程总是先产生晶核，而后晶核长大这两个基本过程组成。

（×）11、金属在一定范围内，随着过冷度的减小所形成的晶粒越细小，故生产中可通过适当减小过冷度的方法来达到细化晶粒的目的。

（×）12、凡由液态到固态的过程都称为结晶。

（×）13、金属结晶时，过冷度越小，结晶后的晶粒也越小。

（√）14、纯金属的结晶过程总是在恒温下进行。

（×）15、液态金属结晶时，冷却速度越快，理论结晶温度越低，过冷度越大。

三、选择题1、多晶体是由许多原子排列位向不同的（ C ）组成。

新教材高中化学第3章第2节第1课时金属晶体课时作业鲁科版选择性必修2(含答案)

新教材高中化学鲁科版选择性必修2：第1课时金属晶体1.下列关于金属晶体的说法正确的是（）A．金属晶体中只有金属原子B．金属晶体中存在单个分子C．金属晶体由金属阳离子和阴离子构成D．金属晶体中有金属阳离子，没有阴离子2．下列关于金属晶体的说法不正确的是（）A．金属晶体中一定存在金属键B．金属晶体中的金属键没有方向性和饱和性C．不同金属晶体中金属原子的堆积方式都一样D．金属晶体中的“自由电子”为整块金属所共有3．下列说法错误的是（）A．金属晶体是由金属阳离子和“自由电子”构成的，它们都占据晶胞的一定位置B．金属的导热性与“自由电子”的存在有关C．金属晶体能导电D．一般情况下，温度升高，金属的导电性减弱4．在金属晶体中，“自由电子”与金属离子碰撞时有能量传递，可以用此来解释金属的（）A．延展性 B．导电性C．导热性 D．还原性5．金属晶体熔、沸点高低和硬度大小一般取决于金属键的强弱，而金属键的强弱与金属离子所带电荷的多少及半径大小有关。

由此判断下列说法正确的是（）A．硬度：Mg>AlB．熔、沸点：Li<Na<K<Rb<CsC．熔、沸点：Mg>NaD．硬度：Mg<Ca知识点2 金属晶体的结构6．已知铜的晶胞结构如图所示，则在铜的晶胞中所含铜原子数及每个铜原子周围紧邻且等距的铜原子数分别为（）A．14、6 B．14、8C．4、8 D．4、127．下列说法错误的是（）A．金属晶体可以看作等径圆球的堆积B．Li、Na、K的晶胞具有相似性，均为立方体C．Ca和Mg位于同主族，二者的晶胞结构相似D．Fe的晶胞结构为8．图（a）、（b）、（c）分别代表几种金属晶体的晶胞结构，则图（a）、（b）、（c）中金属原子的个数比为（）A．11∶8∶4 B．3∶2∶1C．9∶8∶4 D．21∶14∶99．铝单质的晶胞结构如图甲所示，原子之间相对位置关系的平面图如图乙所示。

若已知铝原子半径为d，N A表示阿伏加德罗常数，铝的摩尔质量为M，则该晶体的密度可表示为。

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