1、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。 1
2、0 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
3、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)、 (21
4、0)、 (210)、 (201)、 (201)、 (012)、 (012)、 (021)、 (021)、 等 晶面 。 11 点缺陷有 空位 、 间隙 原子 和 置换 原子 等三 种； 属于面缺陷的小角度晶界可以用 亚晶界 来描述 。 三、 判断题： 1 固溶体具有与溶剂金属相同的晶体结构。 （ ） 2 因为单晶体是各 向 异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。（ ） 3 金属多晶体是由许多 位 向相同的单晶体组成的。（ ） 4 因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数，所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。（ ） 5 在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的 距离
5、也最大。（ ） 6 金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。（ ） 7 晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。（ ） 四、 选择题： 1 组成合金中最基本的，能够独立存在的物质称为 ： （ b） a相； b 组元 ； c 合金 。 2 正的电阻温度系数的含义是： （ b） a随温度升高导电性增大； b随温度降低电阻降低； c随温度增高电阻减小。 3 晶体中的位错属于： （ c） a体缺陷； b面缺陷； c线缺陷； d点缺陷。 4 亚晶界是由： （ b） a点缺陷堆积而成； b位错垂直排列成位错墙而构成； c晶界间 的相互作用构成。 5 在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是： （ b）
6、 a ； b ； c 。 6 在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是： （ b） a 100； b 110； c 111。 7 -Fe 和 -Fe 分别属于什么晶格类型： （ b） a面心立方和体心立方； b体心立方和面心立方； c均为面心立方 ； d均为体心立方 8 固溶体的晶体结构与 相同。（ a） a溶剂； b溶质； c其它晶型。 9 间隙相的性能特点 是：（ c） a熔点高，硬度低； b硬度高，熔点低； c硬度高，熔点高 五 、 问 答题： 1 常见的金属晶格类型有哪几种？ 回答要点： 1）体心立方晶格；其晶胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和中心各有一个原子。 2）面心立方晶格；其晶
7、胞是一个立方体，在立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子。 3）密排六方晶格；其晶胞是一个立方六柱体，在六方柱体的各个角上和上下底面中心各排列着一个原子，在顶面和底面间还有三个原子。 2 金属化合物具有什么样的性能特点？ 回答要点：熔点高、硬度高、脆性大。 3 指出下面四个晶面和 四个晶向的指数填写在对应的括号内。 B x F D A y C z (100) (110) (112) (111) A: 100 B: 110 C: 201 D: 111 4 标出图 2-1 中给定的晶面指数与晶向指数： 晶面 OOAA、 OOBB、 OOCC、 OABC、 AACC、 AADD；晶向 OA、 O
8、B、 OC、 OD、OC、 OD。 答：晶面 OOAA：（ 010）；晶面 OOBB：（ 110）； 晶面 OOCC：（ 100）；晶面 OABC：（ 001）； 晶面 AACC：（ 110）；晶面 AADD：（ 210）。 晶向 OA： 100；晶向 OB： 110； 晶向 OC： 010； 晶向 OD： 120； 晶向 OC： 011；晶向 OD： 122。 5 在立方晶胞中标出以下晶面和晶向： 晶面 DEE D：（ 210）； 晶面 DBC：（ 111） or （ 1 1 1） 晶向 D E： 120； 晶向 C D： 011。 第二章 金属 及 合金的相图 一、 名词解释： 1 枝晶偏
9、析 ： 固溶体 合金 结晶时 ， 如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。先结晶的树枝晶晶枝 含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多。结果造成在一个晶粒内化学成分分布不均，这种现象称为 枝晶偏析 或 晶内偏析 。 2 中间相： 金属化合物也叫中间相，是不同组元间发生相互作用，形成了不同于任一组元的具有独特原子排列和性质的新相，这种新相可以用分子式来大致表示其组成，但这种分子式不一定符合传统化学价的概念 。 3 固溶强化：通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象 。 4 脱溶反应： + ，式中 是亚稳定的过饱和固溶体， 是稳定的或亚稳定的脱溶物， 是一个更稳定
10、的固溶体，晶体结构和 一样，但其成分更接近 平衡状态 。 5 包晶偏析： 包晶转变的产物 相包围着初生相 ，使液相与 相隔开，液相和 相中原子之间的相互扩散必须通过 相，这就导致了包晶转变的速度往往是极缓慢的。实际生产中的冷速较快，包晶反应所依赖的固体中的原子扩散往往不能充分进行，导致生成的 固溶体中发生较大的偏析，称之为 包晶偏析 。 二、 填空题： 1 固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度 高 。 2 Cu-Ni合金进行塑性变形时，其滑移面为 111 。 3 固溶体出现枝晶偏析后，可用 扩散退火 加以消除。 4 以电子浓度因素起主导作用而生成的化合物称 电子化合物 。 5 共晶反应 式为
11、Ld c+e，共晶反应的特点是 发生共晶反应时三相共存，它们各自的成分是确定的，反应在恒温下平衡的进行 。 三、 判断题： 1 间隙固溶体一定是无限固溶体。（ ） 2 间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。（ ） 3 平衡结晶获得的 20%Ni的 Cu-Ni合金比 40%的 Cu-Ni合金的硬度和强度要高。（ ） 4 在共晶相图中，从 L中结晶出来的 晶粒与从 中析出的 晶粒具有相同的晶体结构。（ ） 5 一个合金的室温组织为 + +（ +），它由三相组成。（ ） 四、 选择题： 1 在发生 L+ 共晶反应时，三相的成分： （ b） a相同； b确定； c不定。 2 共析成分的合金在共析
12、反应 + 刚结束时，其组成相为：（ d） a +； b +； c +； d + 3 一个合金的组织为 + +（ +），其组织组成物为 :（ b） a 、 ； b 、 、（ +）； c 、 、 。 4 具有匀晶型相图的单相固溶体合金：（ b） a铸造性能好 ； b锻压性能好 ； c 热处理性能好 ； d切削性能好 5 二元合金中，共晶成分的 合金 ：（ a） a铸造性能好； b锻造性能好； c焊接性能好； d热处理性能好 五、 问 答题： 1 熟悉 Pb-Sn二元合金相图， 1）分析几类成分的合金的平衡结晶过程；画出室温平衡组织式意图；标上各组织组成物。 2）熟悉杠杠定律在合金组织组成物的相对量
13、计算中的运用。 2 （略） 第三章 金属与合金的结晶 一、 名词解释： 1 结晶：纯金属或合金由液体转变为固态的过程。 2 重结晶： 也叫二次结晶，是 金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程，改变了晶体结构。 3 过 冷度：理论结 晶温度（ T0）和实际结晶温度（ T1）之间存在的温度差。 4 变质处理：在浇注前向金属液中加入少量变质剂 促进形核的处里工艺 。 二、 填空题： 1 金属结晶时，冷却速度 越快 ，实际结晶温度就越低，过冷度越大。 2 纯金属的结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是 形核 和 长大 。 3 当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 促进形
14、核，细化晶粒 。 4 液态金属结晶时，结晶过程的推动力是 自由能差 （ F） 降低 ，阻力是 自由能增加 。 5 能起非自发生核作用的杂质，必须符合 结构相似、尺寸相当 的原则。 6 过冷度是指 理论结晶温度与实际结晶温 度之差 ，其表示符号为 T。 7 过冷是结晶的 必要 条件。 8 细化晶粒可以通过 增加过冷度 、 添加变质剂 和 附加振动 等途径实现。 9 典型铸锭结构的三个晶区分别为： 表面 细晶区、柱状晶区和 中心 等轴晶区 。 三、 判断题： 1 纯金属的结晶过程是一个恒温过程。 （ ） 2 液态金属只有在过冷条件下才能够结晶。 （ ） 3 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
15、（ ） 4 室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。（ ） 5 金属由液态转变成固态的结晶过程，就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。（ ） 6 纯金属结晶时，生核率随冷度的增加而不断增加。（ ） 7 当晶核长大时，随过冷度增大，晶核的长大速度增大。但当过冷度很大时，晶核长大的速度很快减小。（ ） 8 当过冷度较大时，纯金属晶体主要以平面状方式长大。（ ） 9 当形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是一个多面体。（ ） 10 在工程上评定晶粒度的方法是在放大 100 倍的条件，与标准晶粒度图作比较，级数越高 ， 晶粒越细。（ ） 11 过冷度的大小取决
16、于冷却速度和金属的本性。（ ） 四、选择题： 1 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：（ b） a越高； b越低； c越接近理论结晶 温度。 2 为细化晶粒，可采用：（ b） a快速浇注； b加变质剂； c以砂型代金属型。 3 实际金属结晶时，通过控制生核速率 N 和长大速度 G 的比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得细小 晶粒：（ a） a N/G 很大时； b N/G 很小时； c N/G 居中时。 4 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：（ b） a更高 ； b更低 ； c；相等 ； d高低波动 5 液态金属结晶时， （ c） 越大，结晶后金
17、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 五、 问 答题： 1 金属结晶的必要条件是什么？过冷度与冷却速度有何关系？ 回答要点： 过冷是金属结晶的必要条件。过冷度越大，冷却速度越快。 2 简述纯金属的结晶过程。 回答要点： 纯金属的结晶过程是在冷却曲线上的水平线段内发生的。它是异构不断形成晶核和晶核不断长大的过程。当温度降至结晶温度时，液态金属中某些部位的原子首先有规则的排列成细小的晶体，成为晶核，也称自发晶核。另外，某些外来的难熔质点也可充当晶核，形成非自发晶核，随着时间的推移，已形成的晶核不断长大，与此同时，又有新的晶核形成、长大，直至金 属液全部
18、凝固。凝固结束后，各个晶核长成的晶粒彼此接触。 3 试画出纯金属的冷却曲线，分析曲线中出现 “平台 ”的原因。 回答要点： 曲线中出现 “平台 ”是因为在结晶过程中放出的结晶潜热与散失的热量平衡，因而结晶过程是在同一个温度下进行的。 4 金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长速度受到哪些因素的影响？ 回答要点： 金属由液体转变为固体的过程，实质上就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程。晶核的形成率受 T和杂质的影响，成长速度受 T的影响。 5 在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，试从过冷度 对结晶基本过程的影响，分析细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施 回答要
19、点： 由于过冷度越大，晶粒越细，因而能增加过冷度的措施均有利于细化晶粒，主要是增加冷却速度。 6 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小： 1） 金属模浇注与砂型浇注； 答：金属模浇注比砂型浇注晶粒细小。 2） 变质处理与不变质处理； 答：变质处理晶粒细小。 3） 铸成薄件与铸成厚件； 答：铸成薄件的晶粒细小。 4） 浇注时采用震动与不采用震动； 答：浇注时采用振动的晶粒较细小。 7 为什么钢锭希望尽量减少柱状晶 区？ 回答要点： 柱状晶区具有方向性，使金属存在各向异性，且存在弱面部夹杂及低熔点杂质富集于晶面，降低了金属的性能。 8试叙述匀晶系不平衡结晶条件下将产生什么组织，分
20、析其形成条件、形成过程和组织特征。 第四章 铁碳合金及 Fe-Fe 3C 相图 一、 名词解释： 1 铁素体：碳溶解于 Fe 中形成的间隙固溶体。 2 渗碳体：是铁与碳形成的质量分数为 6.69%的金属化合物。 3 奥氏体：碳溶解于 Fe 中形成的间隙固溶 体。 4 珠光体：是由铁素体与渗碳体组成的机械化合物。 5 莱氏体：奥氏体与渗碳体的混合物为莱氏体。 6 -Fe：铁在不同的温度范围具有不同的晶体结构，即具有同素异构 转变 ，温度低于 912时 ， Fe 呈体心立方晶格，称为 “-Fe”。 7 Fe Fe3C 相图：是表示在极缓慢冷却的条件下，不同化学成分的铁碳合金组织状态随温度变化的图形
21、 。 是人类经过长期生产实践以及大量科学实验后总结出来的。 8 同素异构转变： 一些金属，在固态下随温度或压力的改变 ,还会发生晶体结构变化，即由一种晶格转变为另一种晶格的变化，称为同素异构转变。 二、 填空 题： 1 根据含碳量和室温组织的不同，钢可分为三种，分别为 亚共析钢 、 共析钢 、 过共析钢 。 2 分别填出下列铁碳合金基本组织的符号 ， 铁素体 ： F() ， 奥氏体 ： A( )， 珠光体 ： P，渗碳体 ： Fe 3C， 高温莱氏体 ： Ld ， 低温莱氏体 ： Ld。 3 在铁碳合金基本组织中属于固溶体的有 铁素体 或（奥氏体） ，属于金属化合物的 渗碳体 ，属于机械混合物
22、的有 珠光体 和 莱氏体 。 4 一块纯铁在 912 发生 -Fe -Fe 转变时，体积将 发生 收缩 。 5 F 的晶体结构为 体心立方 ； A 的晶体结构为 面心立方 。 6 共析 成分的铁碳合金室温平衡组织是 珠光体 ，其组成相是 铁素体和渗碳体 。 7 用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体含量为 80%，则此钢的碳含量为 61.6%。 三、 判断题： 1 所有金属都具有同素异构转变现象。 （ ） 2 碳溶于 -Fe 中形成的间隙固溶体，称为奥氏体。 （ ） 3 纯铁在 780C 时为体心立方晶格的 Fe 。 （ ） 4 金属化合物的特性是硬而脆，莱氏体的性能也是硬而脆故莱氏体属于金属化合物。 （ ）
