材料科學基礎習題

1、金屬學金屬學部分復習題部分復習題1 1、金屬的晶體結構：、金屬的晶體結構：名詞解釋：金屬鍵金屬鍵：原子失去電子后則變成正離子，共有化的自由電子和正離子以靜電引力而結合起來，這種結合方式叫做金屬鍵，它沒有飽和性和方向性。晶體結構晶體結構：指晶體中實際質點（原子、離子、分子）的具體排列情況。常見的晶體結構有三種，體心立方結構、面心立方結構、密排六方結構。晶體晶體：原子在三維空間中有規(guī)則的周期性重復排列的物質非晶體非晶體：原子不按照一定的空間排列順序的固體晶格晶格：人為地將陣點用直線連接起來形成的空間格子晶胞晶胞：從晶格中選取一個能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元來分析陣點排列的規(guī)律性，這個最小幾何

2、單元稱為晶胞晶格常數晶格常數：晶胞的棱邊長度原子半徑原子半徑：指原子的尺寸。體心立方晶胞中的原子半徑，面心立方晶格ar43，密排六方晶格ar42ar21配位數配位數：晶體結構中與任一個原子最近鄰且等距離的原子數目致密度致密度：指晶胞中原子本身所占的體積百分數，即晶胞中所包含的原子體積與晶胞體積的比值VnVK1晶向指數：晶向指數：確定步驟（1）以晶格中某結點為原點，以晶胞的三個棱邊為坐標軸 x、y、z，以棱邊長度為坐標軸的長度單位；定出欲求晶向上任意兩點坐標。（2）將末點的坐標值減去始點的坐標值，得到沿該坐標系各軸方向移動的點陣參數的數目。（3）將這三個值化為最小簡單整數，依次寫入方括號中，即得

3、所求的晶向指數uvw。若晶向指向坐標的負方向時，則坐標值中出現負值，這時在晶向指數的這一數字上冠以負號。晶面指數晶面指數：確定步驟（1）建立如前所述的坐標系，坐標原點應位于待定晶面外，以免出現零截距；（2）以棱邊長度為度量單位，求出待定晶面在各軸上的截距；如果該晶面與某軸平行，則截距為無窮大。（3）取截距的倒數，并化為最小簡單整數，放在圓括號內，即為所求的晶面指數（hkl） 。如果所求晶面在坐標軸上的截距為負值，則在該指數上加一負號。各向異性：各向異性：沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不盡相同，由此導致晶體在不同方向的物理化學特性也不同同素異晶轉變：同素異晶轉變：當外部條件改變時，

4、金屬內部由一種晶體結構向另一種晶體結構的轉變晶界：晶界：晶體結構相同但位向不同的晶粒之間的界面晶體缺陷：晶體缺陷：在實際的晶體中，由于晶體形成條件、原子的熱運動及其它條件的影響，原子的排列不可能那樣完整和規(guī)則，往往存在偏離了理想晶體結構的區(qū)域，可分為點缺陷（空位、間隙原子和置換原子） 、線缺陷（位錯）和面缺陷三類。晶格畸變：晶格畸變：空位、間隙原子、置換原子的存在使其周圍原子間的相互作用失去平衡，偏離其平衡位置，就在這些缺陷的周圍出現一個涉及幾個原子間距范圍的彈性畸變區(qū)，因而引起周圍晶格產生畸變能量起伏：能量起伏：對一個原子來說，這一瞬間能量可能高些，另一瞬間可能低些，這種現象單晶體：單晶體：

5、單個晶粒的晶體多晶體：多晶體：由兩顆以上晶粒所組成的晶體亞晶亞晶：實際晶粒中原子并非完全按照同一位向規(guī)則排列，它是由許多具有一定位向差（幾十分到 12）的小晶塊組成，這些小晶塊稱亞晶金屬有哪些特性金屬有哪些特性? ?如何解釋這些特性如何解釋這些特性? ?常見金屬的晶體結構有哪幾種？常見金屬的晶體結構有哪幾種？高的導電性和導熱性，一般不透明，有金屬光澤，一定的強度和韌度，正的電阻溫度系數。取決于組成金屬的原子結構特點及由此而決定的結合方式常見的金屬晶體結構有三種：體心立方結構、面心立方結構、密排六方結構。晶體與非晶體的的概念、區(qū)別。晶體物質有何特性？晶體與非晶體的的概念、區(qū)別。晶體物質有何特性？

6、概念：晶體是原子在三維空間中有規(guī)則的周期性重復排列的物質 非晶體是原子不按照一定的空間排列順序的固體區(qū)別：晶體是內部質點在三維空間成周期性重復排列的固體，具有長程有序，并成周期性重復排列，有固定的熔點，有各向異性。 非晶體是內部質點在三維空間不成周期性重復排列的固體，具有近程有序，但不具有長程有序。如玻璃。外形為無規(guī)則形狀的固體，無固定的熔點，各同向性。晶體特性：（1)晶體往往具有整齊規(guī)則的幾何外形； (2)晶體有固定的熔點，在熔化過程中，溫度始終保持不變； (3)晶體有各向異性的特點。晶體具有各向異性的原因？工業(yè)上使用的金屬材料為什么不顯示各向異性？晶體具有各向異性的原因？工業(yè)上使用的金屬材

7、料為什么不顯示各向異性？原因：由于在晶體內部原子的周期性排列結構中，不同方向上原子或分子的排列情況不同工業(yè)上使用的金屬材料為多晶體，多晶體中的晶粒位向是任意的，晶粒的各項異性被相互抵消。因此，一般整個金屬不顯示各向異性面心立方晶格面心立方晶格(fcc),(fcc),體心立方晶格體心立方晶格(bcc),(bcc),密排六方晶格（密排六方晶格（hcphcp）結構中哪一個晶面和晶向）結構中哪一個晶面和晶向的原子排列密度最大的原子排列密度最大? ?面心：（111） 、110 體心：（110） 、111掌握原子半徑、原子密度的計算方法與配位數的確定。掌握原子半徑、原子密度的計算方法與配位數的確定。作圖表

8、示作圖表示111111、110110、010010、001001；（；（111111） 、 （110110） 、 （010010） 、 （011011）晶向和晶面。）晶向和晶面。若晶面指數與晶向指數相同，它們之間存在什么關系？若晶面指數與晶向指數相同，它們之間存在什么關系？立方晶系中屬于垂直關系金屬材料的性能取決于什么？金屬材料的性能取決于什么？熱處理以及化學成分，性能主要考慮屈服，抗拉，延伸，沖擊，有時也考慮沖擊功常見常見 FeFe、FeFe、CrCr、AuAu、AgAg、AlAl、CuCu、ZnZn、NiNi、W W 等金屬是屬于哪種晶體結構？等金屬是屬于哪種晶體結構？體、面、體、面、面、

9、面、面、密、面、體金屬存在的實際晶體缺陷有哪些？金屬存在的實際晶體缺陷有哪些？點缺陷、線缺陷、面缺陷三種缺陷。其中點缺陷包括空位、間隙原子、置換原子。線缺陷包括刃型位錯、螺型位錯。面缺陷包括晶體的表面、晶界、亞晶界、相界。在立方晶系中，晶向在立方晶系中，晶向uvwuvw與晶面（與晶面（hklhkl）互相平行的條件是什么？）互相平行的條件是什么？晶格常數為晶格常數為 a a 的面心立方，其原子數為多少？原子半徑是多少？配位數是多少？致密度的面心立方，其原子數為多少？原子半徑是多少？配位數是多少？致密度是多少？是多少？4 、 、12、0.74ar42a-Fea-Fe 和和 MgMg 金屬晶格的致密

10、度、配位數、滑移系數分別為多少？金屬晶格的致密度、配位數、滑移系數分別為多少？ a-Fe：0.68 8 12 Mg： 0.74 12 32 2、. .純金屬的結晶純金屬的結晶名詞解釋：結晶：結晶：物質由原子排列不規(guī)則的液體轉變?yōu)樵优帕幸?guī)則的固體晶體的過程過冷現象：過冷現象：金屬的實際結晶溫度低于理論結晶溫度的現象過冷度：過冷度：二者溫度之差，nmTTT遠程有序：遠程有序：在晶體中若每種質點在整個圖形中各自都呈現規(guī)律的周期性重復近程有序：近程有序：指材料的結構在原子、分子范圍內有一定規(guī)則排列均勻形核：均勻形核：在一定的過冷度下，依靠短程有序的原子集團形成晶核，不受雜質或外表面的影響非均勻形核非

11、均勻形核: :依附于金屬液中多種雜質微粒表面形成晶核的形核過程臨界晶核臨界晶核: :既可能消失，也可能長大成為穩(wěn)定的晶核，其長大趨勢等于消失趨勢的晶胚形核率（形核率（N N）: :當溫度低于理論結晶溫度時，單位體積液體在單位時間內所形成的晶核數mT正溫度梯度正溫度梯度: :液相中的溫度隨至界面距離的增加而提高的溫度分布狀況，過冷度隨至界面距離的增加而減小負溫度梯度負溫度梯度: :液相中的溫度隨至界面距離的增加而降低的溫度分布狀況，過冷度隨至界面距離的增加而增大成分過冷成分過冷: :凝固時由于溶質再分配造成固液界面前沿溶質濃度變化，引起理論凝固溫度的改變而在液固界面前液相內形成的過冷變質處理變質

12、處理: :在澆注前往液態(tài)金屬中加入形核劑，促進形成大量的非均勻晶核來細化晶粒結構起伏結構起伏: :在液態(tài)金屬中，每一瞬間都涌現出大量的短程有序的原子集團，這種此消彼長、瞬息萬變、結構不穩(wěn)定的現象晶粒晶粒:結晶物質在生長過程中，由于受到外界空間的限制，未能發(fā)育成具有規(guī)則形態(tài)的晶體，而只是結晶成的顆粒狀簡述液態(tài)金屬結晶的基本過程，熟悉金屬結晶的熱力學條件、結構條件；簡述液態(tài)金屬結晶的基本過程，熟悉金屬結晶的熱力學條件、結構條件；為什么金屬結晶時一定要有過冷度？影響過冷度的因素有哪些？為什么金屬結晶時一定要有過冷度？影響過冷度的因素有哪些？因為實際凝固點的溫度比理論凝固點的溫度要低一些 所以他們的差

13、值就表現為一定的過冷度冷卻速度影響了過冷度 冷卻速度越大 過冷度也越大影響形核率的因素有哪些？影響形核率的因素有哪些？形核溫度、形核時間、形核襯底的數量、新相與襯底潤濕角()、形核襯底的形狀鑄錠分幾個晶區(qū)？各晶區(qū)形成原因分析。鑄錠分幾個晶區(qū)？各晶區(qū)形成原因分析。 P62P621）表層細晶區(qū)（激冷層）： 核心多晶粒細?。?自 發(fā) 形核過冷度大非自發(fā)形核模壁（2）柱狀晶區(qū)： 過冷度變小，不能獨立形核?？考毦е腥∠蛴欣ㄒ淮屋S平行于垂直模壁方 向）晶?？焖傧蛞后w中成長。（3）中心等軸晶區(qū)： 錠中心整個液體達到過冷； 中心存在晶核（晶種） 。中心區(qū)晶種來源： 成分過冷理論：液體中心區(qū)出現成分過冷，形成

14、大量晶核，成長為等軸晶。影響晶粒大小的因素、控制晶粒大小的方法主要采用的措施是什么？影響晶粒大小的因素、控制晶粒大小的方法主要采用的措施是什么？過冷度、變質處理、振動、攪拌 P40電磁攪拌、機械振動在液態(tài)金屬的結晶過程中主要起什么作用？并作簡明扼要的分析。電磁攪拌、機械振動在液態(tài)金屬的結晶過程中主要起什么作用？并作簡明扼要的分析。促使晶核提前形成、是成長中的枝晶破碎，使晶核數目增加 P41鑄錠有哪些缺陷？生產實際中怎樣減輕和消除？鑄錠有哪些缺陷？生產實際中怎樣減輕和消除？ P64P64縮孔（集中縮孔、分散縮孔） 、氣孔、偏析3 3、二元合金的相結構與結晶、二元合金的相結構與結晶名詞解釋：合金：

15、合金：由兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經熔煉、燒結或其他方法組合而成并且有金屬特性的物質相：相：指合金中結構相同、成分相同、性能均一并以界面相互分開的均勻組成部分組織：組織：對組織材料的相的類型、形狀、數量、大小、分布等特征的描述，特征相同的部分歸為一種組織組成物合金系：合金系：由給定組元可按不同比例配制出一系列不同成分的合金，這一系列合金就構成一個合金系統(tǒng)固溶體：固溶體：凡溶質原子完全溶于固態(tài)溶劑中，并能保持溶劑元素的晶格類型所形成合金相置換固溶體：置換固溶體：溶質原子位于溶劑晶格的某些結點位置，這些結點上的溶劑原子被溶質原子所置換間隙固溶體：間隙固溶體：溶質原子不是占據溶劑晶格的正

16、常結點位置，而是填入溶劑原子間的一些間隙中有限固溶體：有限固溶體：溶質組元在該固溶體中的濃度有一定的限度，超過限度就不再溶解無限固溶體：無限固溶體：溶質與溶劑以任何比例都能互溶，固溶度可從 1%達 100%。無限固溶體只可能是置換固溶體金屬間化合物（中間相）：金屬間化合物（中間相）：兩組元組成的合金中，在形成有限固溶體的情況下，如果溶質含量超過其溶解度時，將會出現新相，其成分處在最大溶解度之間，具有高熔點、高硬度間隙相：間隙相：當非金屬原子半徑與金屬原子半徑比值小于 0.59 時，化合物具有比較簡單的晶體結構，稱為間隙相間隙化合物：間隙化合物：當非金屬原子半徑與金屬原子半徑比值大于 0.59

17、時，化合物結構很復雜，成為間隙化合物平衡結晶：平衡結晶：在一定條件下合金系中參與相變過程的各相的成分和相對質量不再變化所達到的一種狀態(tài)。此時合金系穩(wěn)定，不隨時間而改變。只有共晶成分的合金才能獲得完全的共晶組織非平衡結晶：非平衡結晶：成分在共晶點附近的亞共晶或過共晶合金，也可能得到全部共晶組織固溶強化：固溶強化：在固溶體中，隨著溶質濃度的增加，固溶體的強度、硬度提高，而塑性、韌性有所下降枝晶偏析：枝晶偏析：合金以樹枝狀凝固時，枝晶干中心部位與枝晶間的溶質濃度明顯不同的成分不均勻現象共晶反應：共晶反應：在一定溫度下，由一定成分的液相同時結晶出兩個成分一定的固相的轉變過程包晶反應：包晶反應：一個液相

18、和一個固相在恒溫下生成另一個固相的轉變過程共析反應：共析反應：一定成分的固相，在一定溫度下分解為另外兩個一定成分的固相的轉變過程組織組成物：組織組成物：在顯微組織中均能清楚地區(qū)分開，是組成顯微組織的獨立部分相組成物：相組成物：組成合金的各相偽共晶：偽共晶：非共晶成分的合金所得到的共晶組織離異共晶：離異共晶：由于先共晶相數量較多，共晶相組織很少，共晶組織中與初晶相相同的那一相會依附于先共晶相上長大，另外一個相單獨分布于晶界處，使得共晶組織的特征消失，這種兩相分離的共晶稱為離異共晶。影響固溶體固溶度大小的四個因素？影響固溶體固溶度大小的四個因素？ P16P161、晶體結構 2、原子尺寸因數 3、化

19、學親和力、4、原子價因數固溶體合金的性能怎樣？固溶體合金的性能怎樣？ P18P18生產實際中利用什么方法消除枝晶偏析？生產實際中利用什么方法消除枝晶偏析？ P50P50根據教材根據教材 P55P55 圖圖 3 31919 分析含分析含 SnSn 量為量為 30%30%的鉛錫合金的結晶過程，并利用杠桿定律計的鉛錫合金的結晶過程，并利用杠桿定律計算該合金在室溫下的組織組成物和相組成物的相對百分量算該合金在室溫下的組織組成物和相組成物的相對百分量能較好地利用已學過的知識改正相圖中的錯誤，完成相圖中按組織組成物和相組成物的能較好地利用已學過的知識改正相圖中的錯誤，完成相圖中按組織組成物和相組成物的填寫

20、。填寫。掌握合金性能與相圖之間的關系掌握合金性能與相圖之間的關系掌握杠桿定理的應用。掌握杠桿定理的應用。在多相合金中固溶體是作為什么相？金屬化合物是作為什么相？在多相合金中固溶體是作為什么相？金屬化合物是作為什么相？ 3、長大方式：垂直長大 4、形核方式：均勻、非均勻 5、晶體結構形態(tài)：正溫度梯度時平面狀長大或負溫度梯度時樹枝狀長大形態(tài)不同點：1、合金是異分結晶，需要成分起伏 2、合金的結晶需要一定的溫度范圍，而純金屬是恒溫結晶 3、晶體結晶形態(tài)：固溶體合金有成分過冷，所以，固溶體合金在正溫度梯度時也可能出現胞狀或樹枝狀長大的形態(tài)4 4、鐵碳合金、鐵碳合金名詞解釋：鐵素體：鐵素體：碳溶于 鐵中

21、的間隙固溶體，為體心立方晶格奧氏體：奧氏體：碳溶于 鐵中的間隙固溶體，為面心立方晶格滲碳體：滲碳體：鐵和碳形成的間隙化合物，含碳量為 6.69%，屬于復雜結構的間隙化合物珠光體：珠光體：珠光體是在 727恒溫下，由奧氏體發(fā)生共析轉變所形成%77. 0cw的鐵素體與滲碳體的共析體%0218. 0cw.純金屬與固溶體合金平衡結晶有什么相同點和不同點？純金屬與固溶體合金平衡結晶有什么相同點和不同點？相同點：1、過冷 2、形核條件：能量起伏、結構起伏一次滲碳體：一次滲碳體：由液相中直接得到的滲碳體二次滲碳體：二次滲碳體：從奧氏體中析出的滲碳體三次滲碳體：三次滲碳體：從鐵素體中析出的滲碳體高溫萊氏體高溫

22、萊氏體: :共晶轉變形成的奧氏體與滲碳體的混合物變態(tài)萊氏體變態(tài)萊氏體: :保持了在高溫下共晶轉變后所形成的萊氏體的形態(tài)特征，但組成相發(fā)生了改變熟悉鐵碳合金相圖，各點、線的意義，各相區(qū)的組成相和組織組成物。熟悉鐵碳合金相圖，各點、線的意義，各相區(qū)的組成相和組織組成物。 （說明：不能自己（說明：不能自己命名各點、線的符號）命名各點、線的符號）分析含碳量為：分析含碳量為：0.10%0.10%、0.30%0.30%、0.77%0.77%、0.90%0.90%、3.0%3.0%的鐵碳合金的結晶過程、同時繪制的鐵碳合金的結晶過程、同時繪制出冷卻曲線和組織轉變示意圖，并利用杠桿定律計算合金在共析反應完畢和室

23、溫下的相組出冷卻曲線和組織轉變示意圖，并利用杠桿定律計算合金在共析反應完畢和室溫下的相組成物和組織組成物的相對百分數量。成物和組織組成物的相對百分數量。鐵碳合金隨著含碳量的增加或減少組織組成物和相組成物的變化情況鐵碳合金隨著含碳量的增加或減少組織組成物和相組成物的變化情況鋼中含碳量的變化對組織和性能有何影響？鋼中含碳量的變化對組織和性能有何影響？5 5、三元合金相圖、三元合金相圖. . .熟悉三元合金成分表示方法 、成分三角形（濃度三角形） 、直線法則、杠桿定律的應用 能看懂并分析圖 5-17 三元相圖投影圖各成分點區(qū)域中合金的結晶過程和合金最終組織。6 6、金屬及合金塑性變形與斷裂、金屬及合

24、金塑性變形與斷裂名詞解釋：彈性變形彈性變形: :材料在外力作用下產生變形，當外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復原來形狀的性質稱為彈性。這種可恢復的變形稱為彈性變形塑性變形塑性變形: :在外力的作用下產生形變，當施加的外力撤除或消失后該物體不能恢復原狀的一種物理現象?；疲夯疲壕w的塑形變形是晶體的一部分相對于另一部分沿某些晶面和晶向發(fā)生滑移的結果，這種變形方式叫做滑移滑移系：滑移系：晶體通過滑移產生塑性變形時，由滑移面和其上的滑移方向所組成的系統(tǒng)臨界分切應力：臨界分切應力：能引起滑移或孿生所需要的最小分切應力軟取向：軟取向：當滑移面的法線、滑移方向和外力軸三者處于同一平面，且滑移面的傾

25、斜角為 45度時，取向因子具有最大值 0.5，此時的分切應力也最大，所以它是最有利于滑移的取向。硬取向：硬取向：當外力與滑移面平行或垂直時，則 s 為最大值，根本無法滑移。孿生：孿生：通常把對稱的倆部分晶體稱為孿晶，而將形成孿晶的過程稱為孿生加工硬化：加工硬化：在塑性變形的過程中，隨著金屬內部組織的變化，金屬的力學性能也將產生明顯的變化，既隨著變形程度的的增加，金屬的強度、硬度增加，而塑性、韌性下降細晶強化：細晶強化：通過細化晶粒而使金屬材料力學性能提高的方法稱為細晶強化變形織構：變形織構：多晶材料因塑性變形后的晶粒取向偏離非隨機分布狀態(tài)所形成的組織。板織構：板織構：軋板時形成的織構稱為板織構絲織構：絲織構：拔絲時形成的織構稱為絲織構幾種常見金屬滑移系多少的計算？為什么面心立方金屬的塑性比體心立方金屬好？幾種常見金屬滑移系多少的計算？為什么面心立方金屬的塑性比體心立方金屬好？滑移的實質是？滑移的實質是？多晶體變形有何特點？多晶體變形有何特點？細晶粒金屬為什么具有強度高、塑性好？細晶粒金屬為什么具有強度高、塑性好？利用位錯理論解釋固溶強化的原因。利用位錯理論解釋固溶強化的原因。單相合金與多相合金的塑性變形特點。單相合金與多相合金的塑性變形特點。塑性變形對金屬組織和性能有何影響塑性變形對金屬組織和性能有何影響金屬及合金冷變形產生加