金属学与热处理复习题

一、名词解释

金属晶体结构多晶形性同素异构转变位错密度堆垛层错

组元凝固金属间化合物过冷度自由度相

相变成分过冷过冷度匀晶相图共晶转变包晶转变

共析转变变质处理二元共晶相图铁素体马氏体奥氏体

珠光体莱氏体微观偏析间隙固溶体合金固溶体

固溶度置换固溶体有限固溶体无限固溶体无序固溶体有序固溶体

固溶强化弥散强化细晶强化组织形核形核功

非均匀形核形核率能量起伏结构起伏临界形核半径长大

杠杆定律渗碳体滑移滑移系临界分切应力加工硬化

回复再结晶临界变形度热加工冷加工一次再结晶

二次再结晶扩散上坡扩散自扩散反应扩散

杠杆定律：在合金相图的两相区中，平衡两相的成分点与合金的成分点位于一条直线上，前者为杠杆的端点，后者为杠杆的支点，平衡两相的相对量与支点到相应相端点的线段长度成反比。

二、填空题

(1) 物质从液体（态）转变为固（态）体（晶体）的过程叫做结晶。每一种物质都有一定的平衡结晶温度或者称为理论结晶温度。但实际上，液体温度达到理论结晶温度时并不能进行结晶，而必须在它温度以下的某一温度（称为实际开始结晶温度）才开始结晶。在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为过冷现象，实际结晶温度与理论结晶温度的差值称为，随金属的本性和纯度不同以及冷却速度的差异可以在很大的范围内变化。金属不同过冷度。金属的纯度越高，过冷度越。冷却速度越快，实际结晶温度就越，过冷度就越；反之冷却速度越慢，实际结晶温度就理论结晶温度，过冷度就越。但是不管冷却速度多么缓慢，也不可能在理论结晶温度进行结晶，即对于一定的金属来说，过冷度有一个最小值，若过冷度小于这个值，结晶过程就不能进行了。

（2）下图是Pb-Sn二元共晶相图，图中AEB为，AMENB为，MF为Sn在Pb中的，也叫固溶度曲线，NG为。相图中有个单相区：即、和。α相是Sn溶于Pb中的固溶体，β相是。各个单相区之间有三个两相区，即、和。在L+α、L+β与α+β两相区之间的水平线MEN表示。相图中的MEN水平线称为，E点称为，E点对应的温度称为，成分对应于共晶点的合金称为，成分位于共晶点以左、M点以右的合金称为，成分位于共晶点以右、N点以左的合金称为。

（3）滑移面总是原子排列最的，而滑移方向也总是原子排列最的。这是因为在晶体的原子密度的晶面上，原子间的结合力，而面与面之间的距离却，即密排晶面之间的原子间结合力，滑移阻力，因而最易于滑移。沿原子密度最的晶向滑移时，阻力也。

（4）除化学成分外，金属的和也是决定金属材料性能的重要因素。

金属是具有的电阻温度系数的物质，其电阻随温度的升高而。

常见金属中的原子总是自发地趋于紧密的排列，以保持最稳定的状态。金属中的原子排列是有规则的，这种原子在三维空间作有规则的周期性排列的物质称为晶体，金属一般均为晶体。晶体具有的熔点，而非晶体没有的熔点或凝固点。

（5）晶体的另一个特点是在不同的方向上其性能表现出或大或小的差异，称之为。晶体与非晶体之间存在着本质的差别，但在一定的条件下，将原子呈不规则排列的非晶体转变为原子呈规则排列的晶体，反之亦然。

（6）将构成晶体的原子或原子群忽略，而将其抽象为纯粹的几何点，称之为。由阵点有规则地周期性重复排列所形成的三维空间阵列称为。将阵点用直线连接起来形成空间格子，称之为。从晶格中选取的能够完全反映晶格特征的最小的几何单元称为。

（7）自然界中的晶体有成千上万种，根据晶胞的三个晶格常数和三个轴间夹角的相互关系，晶体的空间点阵有种类型，称为布拉菲点阵。种空间点阵归属于个晶系。在工业上使用的金属元素中，除了少数具有复杂的晶体结构外，绝大多数都具有比较简单的晶体结构，其中最典型、最常见的金属晶体结构有种类型，即体心、和。

（8）体心立方晶胞的点阵常数为a，其原子半径为，体心立方晶胞的原子数为，体心立方结构的配位数为，体心立方结构的致密度为。体心立方有八面体间隙和四面体间隙，八面体间隙半径为，四面体间隙半径为。

（9）面心立方的点阵常数为a，其原子半径为，面心立方晶胞的原子数为，面心立方结构的配位数为，面心立方结构的致密度为。面心立方有八面体间隙和四面体间隙，八面体间隙半径为，四面体间隙半径为。

（10）密排六方的晶格常数有两个：正六边形边长为a，上下两底面之间的距离为c，其原子半径为，密排六方结构的配位数为，密排六方的致密度为。

晶体缺陷分为、、三类。

（11）常见的点缺陷有、、，空位是一种热平衡缺陷，温度升高，空位浓度，温度降低，则空位浓度。

三、简答题

(1)一个位错环能不能各个部分都是螺型位错或者刃型位错，试说明之。

(2)金属结晶时为什么必须过冷

(3)金属结晶时如何获得晶粒细小的组织

(4)Fe-FeC3相图有哪些应用，又有哪些局限性？

(5)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？

(6)滑移和孪生有何区别，试比较它们在塑性变形过程的作用。

(7)试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系，阐明加工硬化在机械零构件生产和服役过程中的重要试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系，意义。

(8)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？

(9)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。

(10)何谓断裂韧度，它在机械设计中有何作用？

(11)用冷拔铜丝制成导线，冷拔之后应如何处理，为什么？

(12)分析回复和再结晶阶段空位与位错的变化及其对性能的影响。

(13)金属材料在热加工时为了获得较小的晶粒组织，应该注意什么问题？

(14)为了获得较小的晶粒组织，应该根据什么原则制定塑性变形以及退火工艺？

(15)固态金属扩散的条件是什么？

(16)铸造合金均匀化退火前的冷塑性变形对均匀化过程有何影响?是加速还是减缓? 为什么。

四、作图表示立方晶体的（1 2 3）、（0 1 2）、（101）、（201）晶面及[1 0 2]、[2 1 1 ] 、[201] 、

[112]晶向。

五、画出Fe-Fe 3C 相图，并标注各点温度和成分。并利用Fe-FeC 3相图说明铁碳合金的成分、组织和性能的关系。

六、计算、证明及问答题

（1）计算含碳0.6%的碳钢在室温下的组织相对含量和相的相对含量，并画出在室温下的平衡组织示意图，并在图中标明组织的名称。

（2）证明均匀形核的临界形核功**12V G V G ∆=-∆（注：单位面积表面能用表示，单位体积固相与液相的自由焓差值用V G ∆表示）。

（3）已知铁原子的直径 d =2.54埃,铜原子的直径 d =2.55埃,试求铁和铜的晶格常数?

（4）为什么单晶体具有各向异性？宏观金属又为什么并不表现出各向异性？

（5）计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量。

（6）已知铜在铝中的扩散常数 D 0＝0.84×10-5m 2／s ，Q ＝136×103J ／mol ，试计算在 477℃和 497℃时铜在铝中的扩散系数。

（7）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) 渗碳应当在γ-Fe 中进行还是应当在 α-Fe 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？