金属材料与热处理复习习题汇总.docx

第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小如晶界和亚晶界亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。

非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂2 .常见的金属晶体结构有哪几种？a-Fe、y-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；a—Fe、Cr、V属于体心立方晶格；丫一Fe、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方品格；3 .配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度晶体中配位数和致密度越大，则晶体中原子排列越紧密4 .晶面指数和晶向指数有什么不同？答：晶向是指晶格中各种原子列的位向，用品向指数来表示，形式为Lvw】；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为（hkl）5 .实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？答：如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。

因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成品格崎变，从而使晶体强度增加同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能6 .为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性7 .过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：①冷却速度越大，则过冷度也越大②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱③过冷度增大，AF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不禾I」，结晶发生困难8 .金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？答：①金属结晶的基本规律是形核和核长大②受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。

9 .在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？答：①采用的方法：变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小②变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒③机械振动、搅拌第二章合金的结构与二元状态图1．解释下列名词：合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶强化，弥散强化答：合金：通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金组元：组成合金的最基本的、独立的物质称为组元相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，均称之为相相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图固溶体：合金的组元之间以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格结构与组成合金的某一组元的相同，这种相称为固溶体金属间化合物：合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相，称为金属间化合物它的晶体结构不同于任一组元，用分子式来表示其组成。

机械混合物：合金的组织由不同的相以不同的比例机械的混合在一起，称机械混合物枝晶偏析：实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析比重偏析：比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大，则在缓慢冷却条件下凝固时，先共晶相便会在液体中上浮或下沉，从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致，产生比重偏析固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化弥散强化：合金中以固溶体为主再有适量的金属间化合物弥散分布，会提高合金的强度、硬度及耐磨性，这种强化方式为弥散强化2．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；答：置换固溶体：溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部分原子而组成的固溶体称置换固溶体间隙固溶体：溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体，即间隙固溶体2）相组成物与组织组成物；相组成物：合金的基本组成相组织组成物：合金显微组织中的独立组成部分3.下列元素在a-Fe中形成哪几种固溶体？Si、C、N、Cr、Mn答：Si、Cr、Mn形成置换固溶体；C、N形成间隙固溶体。

4．试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.答：固溶强化：溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而位错运动时受到阻力增大弥散强化：金属化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶体为基体再有适量的金属间化合物均匀细小弥散分布时，会提高合金的强度、硬度及耐磨性这种用金属间化合物来强化合金的方式为弥散强化加工强化：通过产生塑性变形来增大位错密度，从而增大位错运动阻力，引起塑性变形抗力的增加，提高合金的强度和硬度区别：固溶强化和弥散强化都是利用合金的组成相来强化合金，固溶强化是通过产生晶格畸变，使位错运动阻力增大来强化合金；弥散强化是利用金属化合物本身的高强度和硬度来强化合金；而加工强化是通过力的作用产生塑性变形，增大位错密度以增大位错运动阻力来强化合金；三者相比，通过固溶强化得到的强度、硬度最低，但塑性、韧性最好，加工强化得到的强度、硬度最高，但塑韧性最差，弥散强化介于两者之间5．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？答：在结构上：固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成在性能上：形成固溶体和金属间化合物都能强化合金，但固溶体的强度、硬度比金属间化合物低，塑性、韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好的综合机械性能。

6 .何谓共晶反应、包晶反应和共析反应？试比较这三种反应的异同点.答：共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外一种固相的反应过程共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相平衡状态不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应7 .二元合金相图表达了合金的哪些关系？答：二元合金相图表达了合金的状态与温度和成分之间的关系8 .在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么？答：应用杠杆定律可以计算合金相互平衡两相的成分和相对含量9 .已知A（熔点600C）与B（500C）在液态无限互溶；在固态300c时A溶于B的最大溶解度为30%,室温时为10%{1B不溶于A;在300c时，含40%B的液态合金发生共晶反应现要求：1）作出A-B合金相图；2）分析20%A,45%A,80%A等合金的结晶过程，并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。

答：（1）(2) 20%A^金如图①：合金在1点以上全部为液相，当冷至1点时，开始从液相中析出a周溶体，至2点结束，2〜3点之间合金全部由a固溶体所组成，但当合金冷到3点以下，由于固溶体a的浓度超过了它的溶解度限度，于是从固溶体a中析出二次相A,因此最终显微组织：o+Ato相组成物：o+AA=(90-80/90)*100%=11%o=1-A%=89%45%A合金如图②：合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出a固溶体,此时液相线成分沿线BE变化，固相线成分沿BD线变化，当冷至2点时，液相线成分到达E点，发生共晶反应，形成(A+a)共晶体，合金自2点冷至室温过程中，自中析出二次相An,因而合金②室温组织：An+o+(A+a)相组成物：A+a组织：An=(70-55)/70*100%=21%o=1-An=79%A+后(70-55)/(70-40)*100%=50%相：A=(90-55)/90*100%=50%a=1-A%=50%80%哈金如图③：合金在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出A,此时液相线成分沿AE线变化，冷至2点时，液相线成分到达点，发生共晶反应，形成(A+a)共晶体，因而合金③的室温组织：A+(A+a)相组成物：A+a组织：A=(40-20)/40*100%=50%A+o=1-A%=50%相：A=(90-20)/90*100%=78%o=1-A%=22%10．某合金相图如图所示。

1)试标注①一④空白区域中存在相的名称；2)指出此相图包括哪几种转变类型；3)说明合金I的平衡结晶过程及室温下的显微组织答：(1)①：L+丫②：丫+B③：0+(a+B)④：B+an(2)匀晶转变；共析转变(3)合金①在1点以上全部为液相，冷至1点时开始从液相中析出T固溶体至2点结束,2〜3点之间合金全部由T固溶体所组成，3点以下，开始从Y固溶体中析出a固溶体，冷至4点时合金全部由a固溶体所组成，4〜5之间全部由a固溶体所组成，冷到5点以下，由于a固溶体的浓度超过了它的溶解度限度，从a中析出第二相B固溶体，最终得到室稳下的显微组织：a+Bn11.有形状、尺寸相同。