金属学与热处理习题.docx

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金属学与热处理习题

第一章金属的晶体结构

（一）．填空题

1．同非金属相比，金属的主要特性是__________

2．晶体与非晶体的最根本区别是__________

3．金属晶体中常见的点缺陷是__________，最主要的面缺陷是__________。

4．位错密度是指__________，其数学表达式为__________。

5．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做__________，而晶胞是指__________。

6．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是__________，而面心立方晶格是__________。

7．晶体在不同晶向上的性能是__________，这就是单晶体的__________现象。

一般结构用金属为__________晶体，在各个方向上性能__________，这就是实际金属的__________现象。

8．实际金属存在有__________、__________和__________三种缺陷。

位错是__________缺陷。

实际晶体的强度比理想晶体的强度__________得多。

。

9．常温下使用的金属材料以__________晶粒为好。

而高温下使用的金属材料在一定范围内以__________晶粒为好。

‘

10．金属常见的晶格类型是__________、__________、__________。

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__________，OC晶向指数为__________，OD晶向指数为__________。

12．铜是__________结构的金属，它的最密排面是__________，若铜的晶格常数a=0.36nm,那么最密排面上原子间距为__________。

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

14．已知Cu的原子直径为0．256nm，那么铜的晶格常数为__________。

1mm3Cu中的原子数为__________。

15．晶面通过（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__________.

17．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__________的结合方式。

18．同素异构转变是指__________。

纯铁在__________温度发生__________和__________多晶型转变。

19．在常温下铁的原子直径为0．256nm，那么铁的晶格常数为__________。

20．金属原子结构的特点是______________________________________。

21．物质的原子间结合键主要包括__________、__________和__________三种。

22．大部分陶瓷材料的结合键为__________。

23．高分子材料的结合键是__________。

25．位错线与柏氏矢量垂直，该位错为_________，位错线与柏氏矢量平行时为_______位错。

26．无限固溶体永远是________________；间隙固溶体永远是_____________。

27．位错线在晶体内部可以_________，可以形成_______，但不可以中止于________。

28．影响置换固溶体溶解度的因素主要有________________________________。

29．在面心立方结构的单胞中，碳原子可以存在位置的坐标是________________，单位晶胞内最多能有_____个碳原子可以溶入单胞内。

30．间隙相和间隙化合物都是由原子半径较小的非金属元素和过渡族元素组成，它们的主要区别是____。

31．刃型位错在切应力的作用下可以进行_________运动；在垂直于半原子面的正应力的作用下可以进行____，即半原子面的_____和_____运动；正攀移机制是___________，负攀移机制为__________。

32．在切应力的作用下，当位错在晶体中滑移运动时，刃位错运动方向与b方向_____,与τ方向_______，与位错线________；螺型位错线的运动方向与b________,与τ方向_______，与位错线方向_____。

（二）判断题

1．因为单晶体具有各向异性的特征，所以实际应用的金属晶体在各个方向上的

性能也是不相同的。

（）

2．金属多晶体是由许多结晶位向相同的单晶体所构成。

（）

3．因为面心立方晶体与密排六方晶体的配位数相同，所以它们的原子排列密集程度也相同。

（）

4．体心立方晶格中最密原子面是｛111｝。

（）

5．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。

6．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。

（）

7．实际金属在不同方向上的性能是不一样的。

（）

8．纯铁加热到912℃时将发生α-Fe向γ-Fe的转变，体积会发生膨胀。

（）

9．面心立方晶格中最密的原子面是<111}，原子排列最密的方向也是<111>。

（）

10．在室温下，金属的晶粒越细，则其强度愈高和塑性愈低。

（）

11．纯铁只可能是体心立方结构，而铜只可能是面心立方结构。

（）

12．实际金属中存在着点、线和面缺陷，从而使得金属的强度和硬度均下降。

（）

13．金属具有美丽的金属光泽，而非金属则无此光泽，这是金属与非金属的根本区别。

（）

14．正的电阻温度系数就是指电阻随温度的升高而增大。

（）

15．多晶体是由多个取向不同的单晶体拼凑而成的。

（）

16．晶胞是从晶格中任意截取的一个小单元。

（）

17从热力学上讲，所有的晶体缺陷都使畸变能升高，即都是非平衡态。

（）

18从热力学上讲，理想晶体没有晶体缺陷，即没有晶格畸变能，即为平衡状态。

（）

19．晶体中原子偏离平衡位置，就会使晶体的能量升高，因此能增加晶体的强度。

（）

（三）选择题

1．正的电阻温度系数是指___________________

A．随温度增高导电性增大的现象B．随温度降低电阻下降的现象

C随温度升高电阻减少的现象D．随温度降低电阻升高的现象

2．金属键的一个基本特征是___________________

A．没有方向性B．具有饱和性C具有择优取向性D.没有传导性

3．晶体中的位错属于___________________

A．体缺陷B点缺陷C面缺陷D．线缺陷

4．亚晶界的结构是___________________

A．由点缺陷堆集而成B由位错垂直排列成位错墙面构成

C由晶界间的相互作用构成D由杂质和空位混合组成

5．多晶体具有___________________

A．各向同性B各向异性C伪各向同性D伪各向异性

6．在面心立方晶格中，原子线密度最大的晶向是___________________

A．<100>B<110>C．<111>D．<112>

7．在体心立方晶格中，原子面密度最小的晶面是___________________

A．<100}B{110}C{111}D{112}

8．金属原子的结合方式是___________________

A．离子键B共价键C金属键D分子键

9．晶态金属的结构特征是（）

A．近程有序排列B远程有序排C完全无序排列D部分有序排列

（四）改错题

1．面心立方晶格的致密度为0．68。

2．γ-Fe在912℃转变为a-Fe时体积收缩约1％。

这是因为γ-Fe的晶格常数大于a-Fe的晶格常数。

3．实际金属缺陷越多，则其强度硬度越低。

4．常温下，金属材料的晶粒越细小时，其强度硬度越高，塑性韧性越低。

5．体心立方晶格的最密排面是<100}面。

（五）问答题

1．试用金属键的结合方式，解释金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽等基本特性.

2．实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷，它们对金属的性能有什么影响?

3．实际晶体与理想晶体有何不同?

4．简述晶界的结构及特性？

5.非晶体的结构有何特点?

性能怎样?

6.何谓同素异构现象?

试以Fe为例阐述之。

试分析γ-Fe向α-Fe的体积变化情况。

（六）作图题

1．分别画出面心立方和体心立方晶格中的（110）晶面的原子平面排列图，并由图中找出原子半径与晶格常数之间的关系。

2．画出体心立方、面心立方晶格中原子最密的晶面和晶向，写出它们的晶面指数和晶向指数，并求出其单位面积和单位长度上的原子数。

3．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′。

4．作图表示出立方晶系的（123）、（0）、（421）晶面和[02]、[11]、[346]晶向。

5．作图表示出六方晶系的{101}和{110}晶面族所包括的晶面。

（七）计算题

1．已知铜原子直径为0．256nm，试计算lmm3铜中的原子数。

2．已知铁的原子量为55.85，1g铁有多少个原子?

计算它们在室温和1000℃时各有多少个晶胞?

3．试计算体心立方晶格的{100}、{110}、{111}晶面的原子面密度和<100>、<110>、<111>晶向的原子线密度，并指出其中最密面和最密方向。

（八）思考题

1．在立方晶胞内，绘出<111}晶面族所包括的晶面。

2．已知钛在20℃时，具有密排六方晶胞的体积是0．16nm3，其轴比c／a＝1．59。

求a与c的值和钛在晶胞底面中的原子半径是多少?

3．立方晶系的各{111}晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注出这些具体晶面的指数。

4．已知面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）和（111）晶面的面间距，并指出面间距最大的晶面。

5．体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）和（111）晶面的面间距，并指出面间距最大的面。

6．说明间隙固溶体和间隙化合物的异同点。

7．常见的金属化合物有哪几类？

它们各有何特点？

Mg2Si、MnS、Fe3C、VC、Cu31Sn8等是哪种类型的化合物？

8．作图说明一个面心立方结构相当于体心正方结构。

9．作图说明一个面心立方结构相当于棱方结构。

10．银和铝都具有面心立方点阵，且原子尺寸很接近（dAg=2.882?

，dAl=2.856?

），但他们在固态下却不能无限互溶，试解释其原因。

11．在一个简单立方的二维晶体中，画出一个正刃型位错和一个负刃型位错，并

（1）用柏氏回路求出正、负刃型位错的柏氏矢量；

（2）若将正、负刃型位错反向时，其柏氏矢量是否也随之反向；

（3）具体写出该柏氏矢量的大小和方向；

（4）求出此两位错的柏氏矢量和。

12．用作图法证明柏氏矢量与回路起点的选择及回路的具体途径无关。

13．在晶体中有一平面环状位错线，请问此位错环能否各部分都是刃型位错？

或各部分都是螺型位错？

为什么？

14．碳可以溶入铁中而形成间隙固溶体，试分析是α-Fe还是γ-Fe能溶入较多的碳，为什么？

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        和       

2在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为     ，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        。

3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是    

4．铸锭和铸件的区别是    。

5．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是    

6．金属冷却时的结晶过程是一个    热过程。

7．液态金属的结构特点为       。

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    ，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的    ，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的    ，薄铸件的晶粒比厚铸件    。

9．过冷度是        。

一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越   。

10．影响非晶体凝固的主要因素是   和   。

（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。

   （   ）

6．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。

  （   ）

7．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。

（   ）

8．所有相变的基本过程都是形核和核长大的过程。

（   ）

9．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细（   ）

10．在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。

（   ）

11．在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。

（   ）

12.金属的理论结晶温度总是高于实际结晶温度。

  （   ）

13.在实际生产条件下，金属凝固时的过冷度都很小（<20℃），其主要原因是由于非均匀形核的结果。

   （   ）

14.过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大小，均能保证结晶过程得以进行。

   （   ）

15.在实际生产中，评定晶粒度方法是在放大100倍条件下，与标准晶粒度级别图作比较，级数越高，晶粒越细。

   （   ） 

16.在任何温度下，液态金属中出现的相起伏都是晶胚。

（）

17.在过冷的液态金属中，凡是出现大于或等于临界晶核的晶胚都是晶核。

（）

18.不论晶胚大小，凡是体积自由能的减少不能补偿表面自由能的增高，就是有足够高的形核功提供，也不能形核。

（）

19.所谓临界晶核，就是形成晶胚时体积自由能的减少正好补偿三分之二表面自由能增加时的晶胚大小。

（）

20.纯金属均匀形核时，形核率随过冷度的增加而增加。

（）

21.实际金属凝固时，过冷度很小，这主要是由于非均匀形核的原因。

（）

22.临界晶核半径主要取决于过冷度，过冷度越大，临界晶核半径越小。

（）

23.非均匀形核功大小主要取决于过冷度，过冷度越大，临界形核功越小。

（）

24.纯金属凝固时，要得到枝晶组织，界面前沿液体中的温度梯度必须是正的温度梯度.（）

25.在实际生产中，纯金属凝固后形成具有三个晶区的铸锭组织。

（）

T3

26.实际金属凝固时过冷度越大，形核率越大。

（）

（三）选择题

1液态金属结晶的基本过程是     

  A．边形核边长大   B．先形核后长大

  C．自发形核和非自发形核 D．枝晶生长

2．液态金属结晶时，     越大，结晶后金属的晶粒越细小。

  A．形核率N   B．长大率G   C．比值N／G   D．比值G／N

3．过冷度越大，则     

  A．N增大、G减少，所以晶粒细小  B．N增大、G增大，所以晶粒细小

  C N增大、G增大，所以晶粒粗大  D．N减少、G减少，所以晶粒细小

4．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将      。

  A．越高   B越低   C．越接近理论结晶温度   D．没有变化

5．若纯金属结晶过程处在液—固两相平衡共存状态下，此时的温度将比理论结晶温度    

   A．更高   B．更低   C；相等   D．高低波动

6．在实际金属结晶时，往往通过控制N／G比值来控制晶粒度。

在下列情况下将获得粗大晶粒     。

   ·

A．N／G很大   B．N／C很小  C．N／G居中   D．N／G＝1

 （四）改错题

1．过冷度就实际结晶温度。

2．变质处理就是浇注时改变材料成分和质量的处理。

3．理论结晶温度低于金属的实际结晶温度。

4．凝固和结晶都是物质从液态变成固态的过程，所以凝固过程就是结晶过程。

5．冷却速度越大，理论结晶温度就越低。

（五）问答题

1．试述结晶过程的一般规律，研究这些规律有何价值与实际意义?

2．什么叫过冷度?

为什么金属结晶时必须过冷?

3．试从过冷度对金属结晶时基本过程的影响，分析细化晶粒，提高金属材料常温机械性能的措施。

4．为什么实际生产条件下，纯金属晶体常以树枝状方式进行长大?

5．为获得非晶态金属，经常将金属液滴到高速旋转的铜盘上，而玻璃则不需要采取这种措施，说明其原因。

6．当对液态金属进行变质处理时，变质剂的作用是什么?

7 晶粒大小对金属性能有何影响?

如何细化晶粒?

8．在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小?

9．综述金属结晶的热力学条件、能量条件、结构条件和动力学条件。

10．根据凝固理论，试述工业中细化晶粒的基本措施及其机理。

11．简述纯金属枝晶的形成条件和长大过程。

三、复习自测题

（一）判断题

1．液态金属结构与固态金属结构比较接近，而与气态金属相差较远。

2．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大、小，都能保证结晶过程得以进行。

3．当纯金属结晶时，形核率总是随着过冷度的增大而增加。

   （   ）

4．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。

    （   ）

5．金属晶体各向异性的产生，与不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度相关。

 （   ）

6．金属的结晶过程分为两个阶段，即先形核，形核停止之后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。

7．玻璃是非晶态固体材料，没有各向异性现象。

   （   ）

（二）选择题

1．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将    。

    A．越高   且越低   C越接近理论结晶温度   D．高低波动越大

2．在实际金属结晶时，往往通过控制N／G比值来控制晶粒度。

当    时，将获得粗大晶粒。

    A．N／G很大   B．N／G很小   C．N／G居中 ，0．N／G＝1

3．晶体中的晶界属于    。

    A．点缺陷   且线缺陷   C面缺陷   0．体缺陷

4．材料的刚度与    有关。

    A．弹性模量  B．屈服强度   C抗拉强度   D．延伸率

5．纯金属结晶的冷却曲线中，由于结晶潜热而出现结晶平台现象。

这个结晶平台对应的横坐标和纵坐标表示    。

    A理论结晶温度和时间   B时间和理论结晶温度

C自由能和温度   D．温度和自由能

（三）问答题

 1．阐述液态金属结构特点并说明它为什么接近固态而与气态相差较远?

 2．如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小，为什么?

①金属模浇注与砂模浇注；②高温浇注与低温浇注；

③铸成薄件与铸成厚件；④浇注时振动与不振动。

（四）作图题

   1．分别画出体心立方晶格和面心立方晶格中（110）晶面的原子平面排列图，并由图中找出原子半径与晶格常数之间的关系。

2．绘图说明过冷度对金属结晶时形核率和长大率的影响规律，并讨论之。

第三章二元合金的相结构与结晶

（一）填空题

1合金的定义是              

2．合金中的组元是指           。

3．固溶体的定义是           

4．Cr、V在γ-Fe中将形成    固溶体。

C、N则形成    固溶体。

5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要    些。

6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的组元。

7．共晶反应的特征是        ，其反应式为        

8．匀晶反应的特征是        ，其反应式为        

9．共析反应的特征是        ，其反应式为        

10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为        ，按原子溶入量可以分为        和        

11．合金的相结构有    和    两种，前者具有较高的    性能，适合于做    相；后者有较高的    性能，适合于做    相

12．看图4—1，请写出反应式和相区：

ABC    ；DEF    ；GHI    ；

①    ；②    ；③    ；④    ；⑤    ；⑥    ；

13．相的定义是        ，组织的定义是        

14．间隙固溶体的晶体结构与    相同，而间隙相的晶体结构与    不同。

15．根据图4—2填出：

水平线反应式    ；有限固溶体    、无限固溶体    。

液相线    ，固相线    ，固溶线    、    

16．接近共晶成分的合金，其    性能较好；但要进行压力加工的合金常选用    的合金。

17．共晶组织的一般形态是    。

18.固溶体合金，在铸造条件下，容易产生_______偏析，用__________方法处理可以消除。

19.AL－CuAL2共晶属于_    _型共晶，AL-Si共晶属于    __型共晶，Pb－Sn共晶属于_    _型共晶。

20.固溶体合金凝固时有效分配系数ke的定义是_    _。

当凝固速率无限缓慢时，ke趋于_    _；当凝固速率很大时，则ke趋于    __。

21.K0<1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K0越小，成分偏析越____,提纯效果越_____；而K0>1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K0越大，成分偏析越____,提纯效果越_____。

22.固溶体合金_____凝固时成分最均匀，液相完全混合时固溶体成分偏析（宏观偏析）最___    ，液相完全无混合时固溶体成分偏析最____，液相部分混合时固溶体成分偏析_________。

（二）判断题

1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。

（）

2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常选用具有单相（）

固溶体成分的合金。

（）

3．合金的强度与硬度不仅取决于相图类型，还与组织的细密程度有较密切的关。

（）

4．置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。

（）

5．合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。

（）

6．共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。

（）

7．共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。

（）

8．初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。

（）

9．根