1、1 第一部分：习题集 材料科学基础复习思考题 第一章：材料的结构 一、 解释以下基本概念 空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、 组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶 强化、第二相强化。 二、 填空题 1、材料的键合方式有四类，分别是（ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） 。 2、金属原子的特点是最外层电子数（ ） ，且与原子核引力（ ） ，因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成（ ） 。 3、我们把原子在物质内部呈（ ）排列的固体物质称为晶体， 晶体物质具有以下三个特点，分别是（ ） ， （ ） ， （ ） 。 4、三种常见的金属晶格分别
2、为（ ） ， （ ）和（ ） 。 5、体心立方晶格中，晶胞原子数为（ ） ，原子半径与晶格常数 的关系为（ ） ，配位数是（ ） ，致密度是（ ） ，密 排晶向为（ ） ，密排晶面为（ ） ，晶胞中八面体间隙个数 为（ ） ，四面体间隙个数为（ ） ，具有体心立方晶格的常见 金属有（ ） 。 6、面心立方晶格中，晶胞原子数为（ ） ，原子半径与晶格常数 的关系为（ ） ，配位数是（ ） ，致密度是（ ） ，密 排晶向为（ ） ，密排晶面为（ ） ，晶胞中八面体间隙个数 为（ ） ，四面体间隙个数为（ ） ，具有面心立方晶格的常见 金属有（ ） 。 7、密排六方晶格中，晶胞原子数为（ ） ，原子
3、半径与晶格常数 的关系为（ ） ，配位数是（ ） ，致密度是（ ） ，密 2 排晶向为（ ） ，密排晶面为（ ） ，具有密排六方晶格的常 见金属有（ ） 。 8、合金的相结构分为两大类，分别是（ ）和（ ） 。 9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（ ）和（ ） ，按照固溶度分为（ ）和（ ） ，按照溶质原子与溶剂原 子相对分布分为（ ）和（ ） 。 10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（ ） 、 （ ） 、 （ ） 、 （ ） 。 11、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） 。 12、金属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（ ）
4、、硬度（ ） 、脆性（ ） ，因此在合金中不作为（ ）相，而是少量存 在起到第二相（ ）作用。 13、CuZn、Cu 5Zn8、Cu 3Sn 的电子浓度分别为（ ） ， （ ） ， （ ） 。 14、如果用 M 表示金属，用 X 表示非金属，间隙相的分子式可以写 成如下四种形式，分别是（ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） 。 15、Fe 3C 的铁、碳原子比为（ ） ，碳的重量百分数为（ ） ，它是（ ）的主要强化相。 三、作图表示出立方晶系（123） 、 （0 ） 、 （421）等晶面和 02、 11、346等晶向。 四、 立方晶系的 111晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体， 并
5、注明各晶面的晶面指数。 五、某晶体的原子位于正方晶格的结点上，其晶格常数 a=b ， 。今有一晶面在 X、Y、Z 坐 标轴上的截距分别为 5 个原子 间距、2 个原子间距和 3 个原子 间距，求该晶面的晶面指数。 六、体心立方晶格的晶格常数为 a，试求出（100） 、 （110） 、 （111） 晶面的面间距大小，并指出 面间距最大的晶面。 七、已知面心立方晶格的晶格常数为 a，试求出（100） 、 （110） 、 3 （111）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。 八、试从面心立方晶格中绘出体心正方晶胞，并求出它的晶格常数。 九、证明理想密排六方晶胞中的轴比 c/a=1.633。 十、
6、试证明面心立方晶格的八面体间隙半径 r=0.414R,四面体间隙半 径 r=0.225R;体心立方晶格的八面体间隙半径 ;晶向的 r=0.154R,晶向的 r=0.633R;四面体间隙半径 r=0.291R, (R 为原子 半径)。 十一、 a）设有一钢球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转 变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。 b）经 x 射线测定，在 912时，-Fe 的晶格常数为 0.3633nm, -Fe 的晶格常数为 0.2892nm,当由 -Fe 转变为 -Fe 时,试求其体 积膨胀,并与 a)相比较,说明其差别的原因 .。 十二、已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为 0.286
7、nm 和 0.3607nm, 分别求 1cm3 中铁和铜的原子数。 十三、Ni 的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为 r=0.1243nm， 试求 1cm3 中 Ni 的原子数。 十四、.Mo 的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数 a=0.31468nm， 试求 Mo 的原子半径 r。 十五、Cu 具有面心立方结构，其原子半径为 r=0.1278nm，试求 Cu 的密度（Cu 的相对原子量为 63.5） 十六、试计算体心立方晶格100、110 、111等晶面的原子密度 和100 、 110 、 111等晶向的原子密度，并指出其最密排晶面 和最密排晶向。 （提示：晶面的原子密度为单位面积上的原
8、子数，晶 向的原子密度为单位长度上的原子数） 。 十七、试计算面心立方晶格100、110 、111等晶面的原子密度 和100 、 110 、 111等晶向的原子密度，并指出其最密排晶面 和最密排晶向。 4 十八、求金刚石结构中通过（0，0，0）和（3/4， 3/4，1/3）两碳原 子的晶向指数，及与该晶向垂直的晶面指数。 十九、求（121）与（100）决定的晶带轴与（001）和（111）所决定 的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。 二十、计算立方系321 与120 及（111）与 之间的夹角。 1 二十一、.a)算出 fcc 和 bcc 晶体中四面体间隙及八面体间隙的大小， 用原子半径 R 表示，
9、并注明间隙中心坐标； b)写出溶解在 -Fe 中 C 原子所处位置，若此类位置全部被 C 原子占据，那么问在此情况下，-Fe 能溶解多少重量百分比的 C？而 实际上碳在铁中的最大溶解度是多少？两者在数值上有差异的原因是 什么？ 二十二、为什么-Fe 的溶碳能力远大于-Fe 的溶碳能力？ 二十三、Na +和 Cl-的离子半径分别为 0.097nm，0.181nm，NaCl 具有 面心立方点阵，试求其配位数、晶格常数及致密度。 二十四、渗碳体(Fe 3C)是一种间隙化合物，它具有正交点阵结构，其 点阵常数 a=0.4514nm，b=0.508nm，c=0.6734nm ，其密度 =7.66g/cm
10、3，试求每单位晶胞中 Fe 原子与 C 原子的数目？ 二十五、试计算金刚石结构的致密度。 5 第二章：晶体缺陷 一. 解释以下基本概念 肖脱基空位、弗仑克尔空位、位错、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、 位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克-瑞德源、派-纳力、单 位位错、不全位错、堆垛层错、位错反应、扩展位错、表面能、界面 能、对称倾侧晶界、共格界面、非共格界面、内吸附. 二、填空题 1、按照几何尺寸分类，晶体中存在三种缺陷，分别是（ ）， （ ），（ ）。 2、晶体中点缺陷主要表现形式有（ ），（ ）和（ ）。 3、位错有两种基本类型，分别是（ ），（ ）。 4、刃型位错的柏氏矢量与位错线（
11、 ），螺型位错的柏氏矢量与 位错线（ ）。 5、柏氏矢量代表晶体滑移的（ ）和（ ），也表示位错 线周围（ ）总量的大小。 6、位错的运动有两种，分别是（ ）和（ ），刃型位错的柏 氏矢量与其垂直的位错线所构成的平面称为（ ），对于一条刃 型位错而言，该面是唯一的，故不可能产生（ ）运动。 7、体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格的单位位错的柏氏 矢量分别可表示成（ ）、（ ）和（ ）。 8、面心立方晶体中有两种重要的不全位错，柏氏矢量分别为（ ），（ ）。 9、晶体的面缺陷主要包括（ ），（ ），（ ）， （ ）。 10、具有不同结构的两相之间的界面称为（ ），该界面有三种， 分别是（
12、），（ ）和（ ）。 三. 在 Fe 中形成 1mol 空位的能量为 104.675kJ，试计算从 20升温 至 850时空位数目增加多少倍？ 6 四、指出下图各段位错的性质,并说明刃型位错部分的多半原子面. 五、如右图,某晶体的滑移面上有一柏氏矢量为 b 的位错环,并受到一 均匀切应力 . (1)分析该位错环各段位错的结构类型. (2)求各段位错线所受的力的大小及方向. (3)在 的作用下,该位错环将如何运动? (4)在 的作用下,若使此位错环在晶体中 稳定不动,其半径应为多少? 六、面心立方晶体中，在（111）面上的单位位错 b=a/2 10，在 1 （111）面上分解为两个肖克莱不完全位
13、错，请写出该位错反应，并 证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出： 七、已知单位位错 a/2 01能与肖克莱不完全位错 a/612 相结合 11 形成弗兰克不全位错，试说明： （1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。 7 （2）判断此位错反应能否进行？ （3）这个位错为什么称固定位错？ 八、判定下列位错反应能否进行？若能进行，试在晶胞上作出矢量图。 九、试分析在（111）面上运动的柏氏矢量为 b=a/2 10的螺型位错 1 受阻时，能否通过交滑移转移到（1 1），（11 ），（ 11）面中的 某个面上继续运动？为什么？ 十、已知柏氏矢量的大小为 b=0.25nm，如果对称倾侧晶界的取向差 =1和
14、 10，求晶界上位错之间的距离。从计算结果可得到什么 结论？ 十一、根据晶粒的位向差及其特点，晶界有那些类型？有何特点属性？ 8 第三章：纯金属的凝固 一、 解释以下基本概念 结晶、过冷、过冷度、结构起伏、能量起伏、均匀形核、非均匀 形核、临界晶核半径、临界晶核形核功、形核率、变质处理、光 滑界面、粗糙界面、树枝晶、柱状晶、等轴晶、单晶、非晶、微 晶、准晶、多晶体。 二、填空题 1、金属结晶一般发生在理论结晶温度以下，这种现象称为（ ） ， 理论结晶温度与实际结晶温度的差值叫做（ ） ，冷却速度越大， 则（ ）越大。 2、金属结晶过程是一个不断（ ）和（ ）的过程，直至 液体耗尽为止。若由一个
15、晶核长成的晶体叫做（ ） ，多个晶核 长成的晶体叫做（ ） 。 3、要获得结晶过程所必须的驱动力，一定要有（ ） ，过冷度（ ） ，液固两相自由能差值（ ） ，驱动力（ ） ，临界晶核半 径（ ） ，临界晶核形核功（ ） ，形核率（ ） ，结晶后 （ ）越细小。 4、在过冷液体中，会出现许多尺寸不同的原子小集团称为（ ） ， 只有当原子小集团的半径大于（ ）时，才可作为晶核而长大。 5、在形核时，系统总自由能变化是（ ）降低和（ ）增加 的代数和，前者是形核的（ ） ，后者是形核的（ ） 。 6、均匀形核时，临界晶核形核功与过冷度的关系可表达成（ ） ， 它表明当形成临界尺寸晶核时，体积自由能
16、补偿表面能的（ ） ， 尚有（ ）表面能没有得到补偿，需依靠（ ） 。 7、非均匀形核时，其形核功大小与润湿角有关，当 =00 时，G 非 9 =（ ） ，当=90 0 时，G 非 =（ ） ，当=180 0 时，G 非 =（ ） 。说明润湿角越小，对形核越（ ） 。 8、晶核长大与液固界面结构有关，一般粗糙界面以（ ）方式长 大，而光滑界面以（ ）方式长大。 9、为获得细晶粒，在金属结晶时通常采用（ ） ， （ ）和（ ）等方法。 10、金属铸锭一般由三个晶区组成，表面为（ ） ，中间为（ ） ，心部为（ ） 。 11、非均匀形核时临界球冠半径与均匀形核临界晶核半径（ ） ， 但非均匀形核的
17、晶核体积比均匀形核时（ ） ，当过冷度相同时， 形核率（ ） ，结晶后晶粒（ ） 。 12、金属结晶时形核方式有（ ）和（ ） ，在实际铸造生产 中常已（ ）方式形核。 三、 a）设为球形晶核，试证明均匀形核时，形成临界晶粒的 G K 与其体积 VK 之间的关系式为 。 b）当非均匀形核形成球冠形晶核时，其 G K 与 V 之间的关系 如何？ 四、如果临界晶核是边长为 aK 的正方体，试求出其 G K 与 aK 的关 系。为什么形成立方体晶核的 G K 比球形晶核要大？ 五、为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？ 固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？ 六、试比较均匀形核与非
18、均匀形核的异同点，说明为什么非均匀形核 往往比均匀形核更容易进行。 七、在其它条件相同时，试比较下列铸造条件下金属晶粒尺寸大小， 并说明为什么？ 1、砂型铸造与金属型铸造 2、铸薄壁件与铸厚壁件 3、高温浇注与低温浇注 10 八、说明晶体成长形状与温度梯度的关系，分析在负温度梯度下，金 属结晶出树枝晶的过程。 九、简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点。 十、为了得到发达的柱状晶区应该采取什么措施？为了得到发达的等 轴晶区应该采取什么措施？其基本原理如何？ 十一、考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度， 即：T=1，10 ，100 和 200，计算： (a)临界晶核尺寸； (b
19、)从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化 Gv； (c)从液态转变到固态时，临界尺寸 r*处的自由能的变化 Gv。 (铝的熔点 Tm=993K，单位体积熔化热 Hf=1.836109J/m3，固液界面 自由能 sc=93J/m2，原子体积 V0=1.6610-29m3。) 十二、已知液态纯镍在 1.1013105Pa(1 个大气压) ，过冷度为 319 时发生均匀形核。设临界晶核半径为 1nm，纯镍的熔点为 1726K，熔 化热 Hm=18075J/mol，摩尔体积 Vx=6.6cm3/mol，计算纯镍的液-固 界面能和临界形核功。 十三、指出下列各题错误之处，并改正之。 （1）所谓临界晶核
20、，就是体系自由能的减少完全补偿表面能增加 时的晶胚大小。 （2）在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能 成核，但是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以形核。 （3）无论温度分布如何，常用纯金属都是以树枝状方式生长。 十四、何谓非晶态金属？简述几种制备非晶态金属的方法。非晶态 金属与晶态金属的结构和性能有什么不同？ 11 第四章：二元相图 一、 解释以下基本概念 组元、相、化学位、成分过冷、平衡分配系数、自由度、相律、 同素异晶转变、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包 析转变、熔晶转变、偏晶转变、合晶转变、组织、伪共晶、离异 共晶、枝晶偏析、比重偏析、正偏析、反偏析、区
21、域偏析、区域 提纯、铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、变态莱氏体、一次渗 碳体、二次渗碳体、三次渗碳体。 二、填空题 1、相律是表示平衡条件下，系统的自由度数、（ ）数和（ ）之间的关系，根据相律可知二元系最大的平衡相数是（ ）。 2、在二元合金相图中，根据相律，两个单相区必然交于（ ） 点，两个单相区之间必然存在一个（ ）相区，三相平衡时，系 统的自由度等于（ ） ，说明转变（ ）和三个相的（ ）都是恒定的。 3、二元合金相图杠杆定律只适用于（ ）区，当二元系处于两 相平衡时，可根据杠杆定律确定两平衡相的（ ）和计算两平衡 相的（ ） 。 4、固溶体合金在结晶时也遵循形核长大规律，形核时也需要
22、（ ）起伏、 （ ）起伏，还需（ ）起伏。 5、同纯金属相比，固溶体合金结晶的特点是（ ）结晶，其结晶 常发生在一定的（ ）区间内，始终进行着溶质原子和溶剂原子 的（ ）过程。 6、枝晶偏析的大小与液相线与固相线间的（ ）有关，与溶质原 子的（ ）有关，与结晶时的（ ）有关。 7、固溶体合金在凝固时会产生成分过冷，成分过冷区的大小与结晶 12 速度 R 有关，与界面前沿实际温度分布 G 有关，与溶质浓度 C0 大小 有关，一般 G( ),R( ),C0( )越容易产生成分过冷。 8、固溶体合金在正的温度梯度下，因成分过冷区的大小不同，晶体 形态可能出现（ ） ， （ ）和（ ） 。 9、发生共
23、晶反应时，因三相平衡，f=( )，此时这一转变是在 （ ）温度下进行，三个平衡相的成分均（ ） 。 10、固溶体合金因选择结晶会产生（ ）偏析，亚共晶合金或过 共晶合金因先析出相与液相间密度不同，会产生（ ）偏析，前 者可通过（ ）退火消除，后者可通过依靠凝固过程中（ ）防止或减轻。 11、合金的铸造性能取决于液相线与固相线之间（ ） ，其值越 小，铸造性能（ ） ，二元系具有（ ）成分的合金铸造性能 最好。 12、在二元系中，由一相分解为二相的三相平衡转变有（ ） ， （ ） ， （ ）和（ ） 。 13、在二元系中，由二相转变为一相的三相平衡转变有（ ） ， （ ）和（ ） 。 14、原合
24、金成分不是共晶成分，经快速冷却形成的全部共晶组织，称 为（ ） 。 15、铁素体是碳溶入（ ）中的（ ）固溶体，奥氏体是碳溶 入（ ）中的（ ）固溶体，渗碳体是（ ） 。 16、奥氏体在 1148时最大溶碳量可达（ ） ，在 727时奥氏 体的溶碳量为（ ） 。 17、珠光体是（ ）反应的产物，它是由（ ）和（ ）组成的机械混合物。 18、工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢的含碳量分别为（ ） ， （ ） ， （ ） ， （ ） 。 13 19、亚共析钢、共析钢、过共析钢在室温下的平衡组织分别是（ ） ， （ ） ， （ ） 。 20、在 Fe-Fe3C 相图中 HJB 线、ECF 线、PS
25、K 线分别称为（ ） ， （ ）和（ ） 。 22、根据含碳量和组织特点，可将铁碳合金分为三大类，分别是（ ） ， （ ）和（ ） 。 23、根据 Fe-Fe3C 相图计算的一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体 最大可能含量分别为（ ），（ ）和（ ）。 24、变态莱氏体是（ ）和（ ）的机械混合物，由于含有 大量的渗碳体，所以塑性（ ），脆性（ ），但是（ ）好。 25、钢中的硫是有害元素，易造成钢的（ ）性，这是因为 FeS 能与（ ）形成低熔点的（ ）之故。 26、在平衡冷却后，随含碳量的增加，钢的硬度（ ），塑性和 韧性（ ）。 三、在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状成长，而
26、固 溶体合金却能呈树枝状成长？ 四、何为合金平衡相图，相图能给出任一条件下合金的显微组织吗？ 五、有两个形状、尺寸均相同的 Cu-Ni 合金铸件，其中一个铸件的含 镍量 Ni=90%，另一铸件 Ni=50%，铸后自然冷却。问凝固后哪一 个铸件的偏析严重？为什么？找出消除偏析的措施。 六、何为成分过冷？成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组 织有何影响？ 七、共晶点和共晶线有什么关系？共晶组织一般是什么形态？如何形 成？ 14 八、铋（熔点为 271.5）和锑(熔点为 630.7)在液态和固态时均能 彼此无限互溶， Bi=50%的合金在 520时开始凝固出成分为 Sb=87%的固相。 Bi=
27、80%的合金在 400时开始凝固处成分为 Sb=64%的固相。根据上述条件，要求： （1）绘出 Bi-Sb 相图，并标出各线和各相区的名称。 （2）从相图上确定含锑量为 Sb=40%合金开始结晶和结晶终了温度， 并求出它在 400是的平衡相成分及其含量。 九、根据下列实验数据绘出概略二元共晶相图，组元 A 的熔点为 1000，组元 B 的熔点为 700； B=25%的合金在 500结晶完毕， 并由 %的先共晶相 与 %的（+ ）共晶体组成； B=50%的317326 合金在 500结晶完毕后则由 40%的先共晶 相与 60%的（+） 共晶体组成，而此合金中的 相总量为 50%。 十、组元 A
28、的熔点为 1000，组元 B 的熔点为 700, 在 800时存在包晶反应；（ B=5%）+L( B=50%) ( B=30%)； 在 600时存在共晶反应：L( B=80%) ( B=60%) +( B=95%); 在 400时发生共析反应：( B=50%) （ B=2%） +( B=97%)。根据这些数据画出 AB 二元相图。 十一、在 C-D 二元系中，D 组元比 C 组元有较高的熔点， C 在 D 中没有固溶度。该合金系存在下述恒温反应： 15 （1） （2） （3） %)70()4560DCDww（ （4） 根据上述数据，绘出概略的 CD 二元相图。 十二、已知 A 组元（熔点 60
29、0）与 B 组元（熔点 500）在液态无 限互溶，固态时 A 在 B 中的最大固溶度（质量分数）为 A=30%， 室温时为 A=10%。但 B 在固态和室温时均不溶于 A。在 300时， 含 B=40%的液态合金发生共晶反应。试绘出 AB 合金相图；试计 算 A=20%、 A=45%、 A=80%的合金在室温下组织组成物和相组 成物的相对重量。 十三、假定需要用 Zn=30%的 Cu-Zn 合金和 Sn=10%的 Cu-Sn 合金 制造尺寸、形状形同的铸件，参照 Cu-Zn 和 Cu-Sn 二元相图，回答 下述问题： （1）哪种合金的流动性好？ （2）哪种合金形成缩松的倾向大？ （3）哪种合金
30、的热裂倾向大？ （4）哪种合金的偏析倾向大？ 十四、默画出 FeFe3C 相图，标注各点、线的名称、温度和成分， 并标注各个区域的组织。 16 十五、分析含碳量为 0.2%、0.6%、1.2%的碳钢从液态冷却到室温的 结晶过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算 室温下的相组成物及组织组成物的含量。 十六、分析含碳量为 3.0%和 4.7%的白口铸铁的平衡结晶过程，计算 室温下的相组成物及组织组成物的含量。 十七、计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量。 十八、说明含碳量对碳钢的组织和性能的影响。 十九、为了区分两种弄混的碳钢，工作人员分别截取了 A、B 两块试 样，
31、加热至 800保温后以极其缓慢的速度冷却到室温，观察金相组 织，结果如下： A 试样的先共析铁素体面积为 41.6%，珠光体的面积为 58.4%； B 试样的二次渗碳体的面积为 7.3%，珠光体的面积为 92.7%； 设铁素体和渗碳体的密度相同，铁素体的含碳量为零，试求 A、B 两 种碳钢的含碳量。 二十、指出下列相图中的错误，并加以改正。 二十一、Mg-Ni 系的一个共晶反应为 507 L(23.5Wt.%Ni) (纯镁)+Mg 2Ni(54.6Wt.%Ni) 设 C1为亚共晶合金，C 2为过共晶合金，这两种合金中的先共晶相的 重量分数相等，但 C1合金中的 总量为 C2合金中的 总量的 2
32、.5 倍，试计算 C1和 C2的成分。 17 二十二、铁碳相图有哪些应用，又有哪些局限性。 第六章：固体材料的变形与断裂 一、 解释以下基本概念 弹性变形、塑性变形、滑移、孪生、滑移带、滑移系、多滑移、 交滑移、取向因子、软位向、硬位向、临界分切应力、加工硬化、 形变织构、纤维组织、丝织构、板织构、细晶强化、弥散强化、 断裂、脆性断裂、韧性断裂、解理断裂、穿晶断裂、沿晶断裂 二、填空题 1、金属塑性变形的方式有两种，分别是（ ）和（ ） 。 2、体心立方晶体的滑移面是（ ） ，滑移方向是（ ） ，共 有（ ）个滑移系。 3、面心立方晶体的滑移面是（ ） ，滑移方向是（ ） ，共 有（ ）个滑移
33、系。 4、密排六方晶体的滑移面是（ ） ，滑移方向是（ ） ，共 有（ ）个滑移系。 5、临界分切应力的表达式是（ ） ，该式表明滑移系的分切应力 大小与（ ）有关，分切应力越大，越容易（ ） 。 6、单晶体塑性变形时，把 =90 0 或者 =90 0 的取向称为（ ） ， 把取向因子为 0。5 时对应的取向称为（ ） ，若取向因子大，则 屈服强度（ ） 。 7、晶体发生滑移时会引起晶面的转动，拉伸时滑移面力求转向与力 轴（ ）方向，使原来有利取向滑移系变得愈来愈不利，称之为 （ ） 。 8、对滑移系少的（ ）金属，在受到切应力作用下易产生孪生变 18 形，体心立方金属在（ ）时才发生孪生变形
34、。 9、金属经过塑性变形之后，其晶粒外形会沿受力方向（ ） ，当 变形量很大时各晶粒（ ） ，呈现（ ）称为纤维组织。 10、多晶体塑性变形时，由于形变受到（ ）阻碍和相邻的取向 不同的（ ）约束，形变抗力比单晶体大，其屈服强度与晶粒直 径关系为（ ） ，称为霍尔配奇公式。 11、金属经过塑性变形之后，不但晶粒外形有所变化，晶粒内部的位 错密度（ ） ，形成胞状结构，随变形量增大，胞块数量（ ） ， 尺寸（ ） 。 12、在常温下，金属的晶粒尺寸愈小，其强度（ ） ，塑性和韧性 （ ） 。 13、塑性变形量越大，金属的强度（ ） ，塑性和韧性（ ） ， 这种现象称为（ ） 。 14、金属冷塑性
35、变形时，由于晶体转动，使金属晶体中原为任意取向 的各晶粒逐渐调整为取向彼此趋于一致，称之为（ ） 。有两种形 式的形变织构，分别是（ ）和（ ） 。 15、金属经过塑性变形之后，会产生残余内应力，有三种内应力，分 别是（ ） 、 （ ）和（ ） 。 三、 密排六方金属镁能否产生交滑移？滑移方向如何？ 四、 试用多晶体塑性变形理论解释室温下金属的晶粒越细强度越 高塑性越好的现象。 五、铜单晶其外表面平行于（001），若施加拉应力、力轴方向为 001，测得 c=0.7MN/m,求多大应力下材料屈服？ 六、 Fe 单晶拉力轴沿110方向，试问哪组滑移系首先开动？若 c=33.8Mpa，需多大应力材料
36、屈服？ 七、 已知纯铝 c=0.9MN/m,问： （1） 使（ 11）面产生101方向的滑移，则在001方向上 应该施加多大的力？ 19 （2） 使（ 11）面产生110方向的滑移呢？ 1 八、 体心立方的铁在（011）滑移面上，有一个 b1=a/21 1的单位 位错，在（0 1）面上，有一个 b2=a/2 11的单位位错，若在 切应力作用下，它们向着滑移面的交线处运动并发生反应，试 求新生位错的柏氏矢量，位错线方向；并说明该位错为什么是 固定位错。 九、 有一 70MPa 应力作用在 fcc 晶体的001方向上，求作用在 （111） 和（111） 滑移系上的分切应力。 十、 锌单晶体试样截面
37、积 A=78.5mm2,经拉伸试验测得的有关数据 如下表： 屈服载荷 （N） 620 252 184 148 174 273 525 角（ 0） 83 725 62 485 305 176 5 角（ 0） 255 26 38 46 63 748 825 COSCOS k (1) 根据以上数据求出临界分切应力并填入上表 (2) 求出屈服载荷下的取向因子，作出取向因子和屈服应力的关系曲 线，说明取向因子对屈服应力的影响。 十一、画出铜晶体的一个晶胞，在晶胞上指出： （1） 发生滑移的一个晶面； （2） 在这一晶面上发生滑移的一个方向； （3） 滑移面上的原子密度与100等其它晶面相比有何差别； （
38、4） 沿滑移方向的原子间距与其它方向相比有何差别。 十二、已知平均晶粒直径为 1mm 和 0.0625mm 的 -Fe 的屈服强度分 别为 112.7MPa 和 196MPa,问平均晶粒直径为 0.0196mm 的纯 铁的屈服强度为多少？ 20 十三、.Al 单晶制成拉伸试棒（其截面积为 9mm2）进行室温拉伸， 拉伸轴与001 交成 36.7，与011交成 19.1，与111交成 22.2，开始屈服时载荷为 20.40N，试确定主滑移系的分切应 力。 十四、Mg 单晶体的试样拉伸时，三个滑移方向与拉伸轴分别交成 38、45 、85，而基面（滑移面）法线与拉伸轴交成 60。如 果在拉应力为 2
39、.05MPa 时开始观察到塑性变形，则 Mg 的临 界分切应力为多少？ 十五、试述金属经塑性变形后组织结构与力学性能之间的关系，阐述 加工硬化在机械零部件生产和服役过程中的重要意义。 十六、试述固溶强化的机制。 十七、试述弥散硬化合金的强化机制。 21 第七章：回复与再结晶 一、 解释以下基本概念 回复、再结晶、多边形化、二次再结晶、冷加工、热加工、动态 回复、动态再结晶 二、填空题 1、冷变形金属经重新加热时，根据其组织和性能的变化，大体可分 为（ ） 、 （ ）和（ ）三个阶段。 2、低温回复主要涉及（ ） ，中温回复主要涉及（ ） ，高温 回复主要涉及（ ） 。 3、再结晶过程也是一个（
40、 ）与（ ）的过程，但是与重结 晶（同素异晶转变）相比，再结晶只发生组织变化而无（ ）变 化。 4、再结晶晶核形核方式有（ ） 、 （ ）和（ ） 。 5、再结晶温度与熔点之间存在下列关系（ ） ，一般塑性变形量 越大，再结晶温度（ ） ，金属纯度越高，再结晶温度（ ） 。 6、再结晶后晶粒大小与变形度有密切关系，一般随变形度增大，再 结晶后晶粒越（ ） ，但是变形度为（ ）时，再结晶后晶粒 （ ） ，人们称此变形度为临界变形度。 7、再结晶的晶粒长大是通过晶界迁移实现的，影响晶粒长大的因素 主要有（ ） 、 （ ） 、 （ ）和相邻晶粒的位相差。 8、热加工是指在（ ）温度以上的加工过程，在
41、该加工过程中形 变引起的（ ）与再结晶的（ ）过程同时存在。 22 9、热加工可以明显改善钢的质量，通过热加工可以消除（ ） ， 细化（ ） 、焊合（ ） ，改善（ ）分布。 10、晶粒长大的驱动力是（ ） ，晶粒长大是通过（ ）移动 实现的，其移动方向是（ ） 。 11、晶粒稳定的立体形状应该是（ ） ，其二维形状为（ ） ， 所有晶界均为直线，晶界间夹角为（ ） 。 12、二次再结晶是一种特殊的晶粒长大现象，它不需要重新形核，而 是少数晶粒获得特殊的（ ）条件，造成晶粒大小差别（ ） 。 三、试述不同温度下的回复机制。 四、何为一次再结晶和二次再结晶？发生二次再结晶的条件有那些？ 五、 何
42、为临界变形度？在工业生产中有何意义？ 六、 用冷拔钢丝绳吊挂颚板进行固溶处理，颚板温度接近 1100， 吊车送往淬火水槽途中发生断裂。此钢丝绳是新的，无疵病。 试分析钢丝绳断裂原因。 七、 一块纯金属板经冷冲压成金属杯并再结晶退火后，试画出截面 上的显微组织示意图。 八、 已知 W、Fe、Cu 的熔点分别是 3399、1538和 1083，试估 计其再结晶温度。 九、 现有一 6mm 铝丝需最终加工至 0.5mm 铝材，但为保证产品 质量，此丝材冷加工量不能超过 85%，如何制定其合理加工工 艺？ 十、 设有一楔型板坯经过冷轧后得到相同厚度的板材，然后进行再 结晶退火，试问该板材的晶粒大小是否
43、均匀？为什么？ 十一、 为获得细小晶粒组织，应该根据什么原则制定塑性变形及其 退火工艺。 23 第八章：扩散 一、 解释以下基本概念 扩散、稳态扩散、非稳态扩散、扩散激活能、上坡扩散、短路扩 散、反应扩散 二、填空题 1、扩散第一定律的表达式为（ ），它表示扩散速度与（ ）和（ ）成正比，其中的负号表示（ ）方向和（ ） 方向相反。 2、扩散第一定律为稳态扩散定律，适合于（ ）和（ ）都 不随时间变化的条件下，而实际大多数扩散过程都是在非稳态条件下 进行的，因此该表达式的应用受到限制。 3、扩散第二定律的表达式为（ ），它表示各处的浓度不仅与 距离有关，还与（ ）有关。 4、扩散的驱动力是（
44、）而不是浓度梯度，当浓度梯度与驱动 力方向一致时产生（ ）扩散，当浓度梯度与驱动力方向相反时 产生（ ）扩散。 5、扩散系数的数学表达式为（ ），它表明温度越高，扩散速 度（ ）。这是因为，温度越高，原子振动能（ ），晶体空位 浓度（ ），这些都有利于扩散。 24 6、固溶体类型不同，溶质原子的扩散激活能不同，一般间隙原子 激活能比置换原子的（ ），间隙原子扩散系数比置换原子的（ ），所以在渗层厚度相同的情况下，渗碳要比渗金属所需的（ ）短的多。 7、在 912，碳在 -Fe 中的扩散系数比在 -Fe 中的（ ） 得多，但是钢的渗碳常常在奥氏体中进行，而不在铁素体中进行，其 原因主要是（ ）和
45、（ ）。 8、原子在金属及合金中的扩散既可以在晶内进行，也可以沿晶界、 外表面等晶体缺陷处进行，一般来说，原子沿（ ）扩散最快， 沿（ ）次之，而沿（ ）最慢。 9、影响扩散的因素主要包括以下六个方面，分别是（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。 三、为什么钢的渗碳在奥氏体中进行而不在铁素体中进行？ 四、为什么往钢中渗金属要比渗碳困难？ 五、已知铜在铝中的扩散常数 D0=0。8410 -5m2/s , Q=136103J/mol ,试计算在 477和 497时铜在铝中的扩散系数。 并说明温度对扩散速度的影响。 六、 已知 930碳在 r-Fe 中的扩散系数 D=1.61*10-12m
46、/s,在这一温 度下对含碳 0.1%C 的碳钢渗碳，若表面碳浓度为 1.0%C，规定含 碳 0.3%处的深度为渗层深度，（1）求渗层深度 X 与渗碳时间的 关系式；（2）计算 930渗 10 小时、20 小时后的渗层深度 X10、X20；（3）X20/X10 说明了什么问题？ 七、 已知碳在 r-Fe 中的扩散常数 D0=2.0*10-5m/s,扩散激活能 Q=140*103J/mol,（1）求 870，930碳在 r-Fe 中的扩散系数； （2）在其它条件相同的情况下于 870和 930各渗碳 10 小时， 求 X930/X870,这个结果说明了什么问题？ 25 热处理原理与工艺复习思考题 一、 解释以下基本概念 固态相变、奥氏体化、本质晶粒度、起始晶粒度、实际晶粒度、 屈氏体、索氏体、粒状珠光体、上贝氏体、下贝氏体、魏氏体、 惯习面、K-S 关系、西山关系、马氏体、TTT 曲线、CCT 曲线、过 冷奥氏体、残余奥氏体、退火、正火、完全退火、球化退火、淬 火、等温淬火、分级淬火、调质处理、淬透性、淬硬性、回火、 回火脆性、二次淬火、二次硬化、集肤效应、化学热处理、表面 淬火 二、填空题 1、固态相变与液态金属结晶都需要遵循形核与长大规律，但因固 态相变时新相形核阻力不仅有表面能，还有
