金属学轧钢作业修改后.doc

金属学作业第二章：金属及合金的晶体结构一、复习思考题 二、习题 一、 复习思考题1.概念：晶胞、单晶体、多晶体、晶粒、刃型位错、螺型位错、固溶体、金属间化合物2空间点阵与晶体点阵有何区别？试举例说明。3.晶体中的位错属于哪种缺陷？4.在体心立方晶格中原子密度最大的晶面和晶向分别是什么？在面心立方晶格中原子密度最大的晶面和晶向分别是什么？5.晶体与非晶体最根本的区别是什么？6.晶体中的缺陷类型有哪几种？举例说明。7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。8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。9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？ 10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。二、 习题1说明间隙固溶体和间隙化合物的异同点。2常见的金属化合物有哪几类？它们各有何特点？Mg2Si、ZnS、Fe3C、VC、Cu31Sn8等是哪种类型的化合物？3碳可以溶入铁中而形成间隙固溶体，试分析是-Fe还是-Fe能溶入较多的碳，为什么？4作图表示出立方晶系的（123）、（112）、（421）、（）晶面和210、111、346、晶向。5试计算体心立方晶格的100、110、111晶面的原子面密度和、晶向的原子线密度，并指出其中最密面和最密方向。6.固溶体和化合物在结构、性能方面有什么差异？7. 常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数各有什么特点？-Fe、-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？8. 已知-Fe的晶格常数a=2.8710-10 m， -Fe的晶格常数a= 3.6410-10 m，试求出-Fe和-Fe的原子半径和致密度。9. 在立方晶系的一个晶胞中画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。10. 求下列晶面的晶面间距，并指出晶面间距最大的晶面：（1）已知室温下-Fe的点阵常数为0.286nm，分别求出（100），（110），（123）的晶面间距。（2）已知916时-Fe的点阵常数为0.365nm，分别求出（100），（111），（112）的晶面间距。11、纯金属中溶入另一组元后（假设不会产生新相）会带来哪些微观结构上的变化？这些变化如何引起性能上的变化？三、基本概念 组织，相，位错，刃型位错，螺型位错，金属键，固溶体，金属化合物，晶胞，空间点阵，配位数，晶带，晶格，界面能，表面能第三章 纯金属的结晶一、 复习思考题指出下列各题错误之处，并更正1在任何温度下，液态金属中出现的最大结构起伏都是晶胚2在任何过冷度下，液态金属中出现的最大结构起伏都是晶核。3所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能增加时的晶胚大小。4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，还是可以成核。5为生产一批厚薄悬殊的砂型铸件，且要求均匀的晶粒度，则只要在工艺上采取加形核剂就可以满足。6非均匀成核总是比均匀成核容易，因为前者是以外加质点为结晶核心，不像后者那样形成界面，而引起自由能的增加。7在研究某金属细化晶粒工艺时，主要寻找那些熔点低，且与该金属晶格常数相近的形核剂，其形核的催化效能最高。8纯金属生长时，无论液/固界面呈粗糙或光滑型，其液相原子都是一个一个地沿着固相面的垂直方向连接上去。9无论温度分布如何，常用纯金属生长都是呈树枝状界面。10人们是无法观察到极纯金属的树枝状生长过程，所以树枝状的生长形态仅仅是一种推理。11纯金属结晶呈垂直方式生长时，其界面时而光滑，时而粗糙，交替生长。12从宏观上观察，若液/固界面是平直的称为光滑界面结构，若是呈金属锯齿形的称为粗糙界面结构。13实际金属结晶时，形核率随着过冷度的增加而增加，超过某一值后，出现相反的变化。14纯金属在结晶时，晶体长大所需要的动态过冷度有时还比形核所需要的临界过冷度大。 二、习题1试比较过冷度、动态过冷度及临界过冷度的区别。2分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。3什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？4试分析单晶体形成的基本条件。5已知铜的熔点为1083，结晶潜热为1.88109J/m3，液固界面的界面能为0.144 J/m2。试计算铜在853凝固时（均匀形核）的临界晶核半径？并计算临界晶核中有多少个铜原子？6在液态中形成一个半径为r的球形晶核时，证明临界形核功Gk与临界晶核体积V间的关系为Gk=V/2Gv7简述纯金属晶体长大的机制及其与固/液界面微观结构的关系。 8.设液体结晶时，形成边长为a的立方体晶核。已知均匀形核的单位固液界面能和固液单位体积自由能差Gv，推导出临界晶核边长a*和临界晶核形成功G*。9. 从能量的角度，分析指出结晶过程的阻力是什么？动力是什么？10. 简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点。三、讨 论 题今欲获得全部为细等轴晶粒的铸件，你知道有哪些方法？并请说出各种方法的基本原理。第四章 二元合金的结晶及相图一、复习思考题指出下列各题错误之处，并更正。1固溶体晶粒内的枝晶偏析，由于主轴与枝间的成分不同，所以整个晶粒不是一个相。2固溶体合金无论平衡或非平衡结晶过程中，液/固界面上液相成分沿着液相平均成分线变化；固相成分沿着固相平均成分线变化。3根据相律计算，在匀晶相图中的两相区内，其自由度为2，即温度与成分都可以独立改变。4在共晶线上利用杠杆定律可以计算出共晶体的重量百分数，而共晶线属于三相区，所以杠杆定律不仅适用于两相区，也适用于三相区。5任何合金在不平衡结晶时，总是先结晶的固溶体晶轴含高熔点组元较多，而后结晶的固溶体枝间含低熔点组元较多。6固溶体核长大的过程，就是液相与固相内出现“平衡不平衡平衡不平衡”的反复发展过程。7当固溶体合金液相快速冷却至液、固两相区内某一温度，并保持一定的时间后，再缓慢冷至室温，仍可以获得平衡状态的组织。8固溶体合金圆棒顺序结晶过程中，液/固界面推进的速度越快，则棒中宏观偏析越严重。9平均分配系数取决于液相线与固相线的水平距离。因此，合金的成分越靠近匀晶相图的两端，就越小。10将固溶体合金棒反复多次“熔化凝固”，并采用定向快速凝固的方法，可以有效地提纯金属。11厚薄不均匀的Ni-Cu合金铸件，结晶后薄处易形成树枝状组织，而厚处易形成胞状组织。12亚共晶合金的典型平衡组织为初生相+共晶相。13在不平衡结晶条件下，靠近共晶线端点内侧的合金比外侧的合金易于形成离异共晶组织。14具有包晶转变的合金，室温的相组成物为+，其中相均是包晶转变产物。15具有包晶转变合金的室温组织中，不平衡结晶状态比平衡结晶状态的初生相总是偏多。16纯金属和固溶体的铸态组织一样，都具有等轴晶粒。 二、习题1试比较共晶转变、包晶转变、共析转变与匀晶转变的异同。 2. 在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能成树枝状成长，而固溶体合金却能成树枝状成长？3.有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的含镊量WNi=90%，另一个铸件的WNi=50%，铸件自然冷却。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。4.何谓成分过冷？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？三、讨 论 题1.由于实际操作中金属液体的凝固往往很难保证按平衡凝固进行，那么，对于分别具有匀晶、共晶、包晶相图的非平衡凝固过程是如何进行的？你认为可能会出现哪些缺陷？如何防止或克服这些缺陷？第五章 铁碳相图及铁碳合金的结晶一、复习思考题指出下列各题错误之处，并更正：1铁素体与奥氏体的根本区别在于溶碳量不同，前者少而后者多。2727是铁素体与奥氏体的同素异构转变温度。3Fe-Fe3C相图上的G点是相与相的同素异构转变温度。4在平衡结晶条件下，无论何种成分的碳钢所形成的奥氏体都是包晶转变产物。5在Fe-Fe3C系合金中，只有过共析钢的平衡结晶组织中才有二次渗碳体存在。6在Fe-Fe3C系合金中，只有含碳量低于0.0218%的合金，平衡结晶的组织中才有三次渗碳体存在。7Fe-Fe3C相图中的GS线也是碳在奥氏体中的溶解度曲线。8凡是碳钢的平衡结晶过程都具有共析转变，而没有共晶转变；相反，对于铸铁则只有共晶转变而没有共析转变。9无论何种成分的碳钢，随着含碳量的增加，组织中铁素体相对量减少，而珠光体相对量不断增加。10在含碳4.3%共晶白口铸铁的显微组织中，白色的基体为Fe3C，其中包括Fe3C、Fe3C、Fe3C、Fe3C共析及Fe3C共晶。11图4-1（a）为过共析钢苦味酸钠浸蚀后的组织，白色为奥氏体晶粒，黑白网状晶界为二次渗碳体。 12图4-1（b）组织为珠光体+铁素体，从图中定量关系可以看出，该钢属于60钢（含0.6%C）。13图4-1（c）为含0.77%C的珠光体组织，图中显示渗碳体片密集程度不同，凡是片层密集处则含碳量偏多，而疏稀处则含碳量偏少。14图4-1（d）为亚共晶白口铸铁的室温组织，其中呈树枝状分布的组织为珠光体，而莱氏体中小黑块为奥氏体。15在观察亚共晶白口铸铁组织时发现，在大块珠光体周围的莱氏体中（如图4-29（d）白色部分）含碳量偏高。二、习题1作含碳0.2%钢的冷却曲线，绘制1496、1494、912、750、725及20下的组织示意图。2厚20mm的共析钢板在强脱碳性气体中加热至930和780两种温度，并长时间保温，然后缓慢冷至室温，试画出钢板从表面至心部的组织示意图，并解释之。 3试说明铁碳合金平衡组织中各类渗碳体的形成条件、存在形式与显微组织特征。4试利用冷却曲线分析含碳量0.3%亚共析钢平衡组织的形成过程。若已知亚共析组织中先共析铁素体含量为90%，试确定该钢的大致含碳量。5试分析在一个含碳量2.0%的铁碳合金试样组织中出现少量莱氏体的原因。 6. （1）画出铁碳相图，标出各区的组织组成物；（2）分析20号、45号、T12、共析钢的平衡结晶过程及室温组织，并画出室温平衡组织示意图，标出各组织组成物；（3）根据杠杆定律，计算各组织组成物的相对重量。三、讨 论 题冷却速度对合金组织有着重要的影响，今要使钢：晶粒得到细化；产生良好的时效强化效果。请问从冷却速度方面，你能想到什么办法来达到以上目的？四、概念-Fe、铁素体、珠光体、奥氏体、金属键、离子键、共价键、极化键、位错、过冷度、相律期中测验一、解释名词 -Fe、铁素体、珠光体、奥氏体二、填空题1. 一块纯铁在912发生-Fe-Fe转变时，体积将 。2. F的晶体结构为 ；A的晶体结构为 。3. 共析成分的铁碳合金室温平衡组织是 ，其组成相是 。4. 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 。三、是非题1. 铁素体的本质是碳在-Fe中的间隙相。1. 20钢比T12钢的碳含量要高。2. Fe3C与 Fe3C的形态与晶体结构均不相同。3. 在退火状态（接近平衡组织），45钢比20钢的硬度和强度都高。4. 在铁碳合金平衡结晶过程中，只有成分为4.3%C的铁碳合金才能发生共晶反应。四、选择正确答案1. 奥氏体是：a. 碳在-Fe中的间隙固溶体；b.碳在-Fe中的间隙固溶体；c.碳在 -Fe中的有限固溶体。2. 珠光体是一种：a. 单相固溶体；b. 两相混合物；c. Fe与C的化合物。3. T10钢的含碳量为：a. 0.10%；b. 1.0%；c. 10%。4. 铁素体的机械性能特点是：a. 强度高、塑性好、硬度低；b. 强度低、塑性差、硬度低；c. 强度低、塑性好、硬度低。五、综合题（1）画出铁碳相图，标出各区的组织组成物；（2）分析20号、45号、T12、共析钢的平衡结晶过程及室温组织，并画出室温平衡组织示意图，标出各组织组成物；（3）根据杠杆定律，计算各组织组成物的相对重量。第七、八章 金属的塑性变形及回复与再结晶一、概念滑移，滑移系，弹性变形，塑性变形，加工硬化，回复，再结晶，热加工，再结晶温度，二次再结晶二、简述题1. 在再结晶核心的长大和再结晶后的晶粒正常长大过程中，晶界移动的驱动力各是什么？晶界移动的方向各有什么不同？2. 分别指出金属的冷变形量、再结晶温度及金属原始晶粒尺寸对金属再结晶后的晶粒大小有何影响，并说明产生这种影响的原因。3. 画图并叙述形变过程中位错的增殖机制。4. 简述形变金属在退火过程中显微组织、储存能及力学性能的变化。5. 说明使多晶体晶粒细化能使材料的强度提高、塑性增加的原因。6. 什么是形变织构？什么是再结晶织构？7. 冷变形金属加热发生低温回复、中温和高温回复时晶体内部发生了什么变化？8. 与单晶体的塑性变形相比较，说明多晶体塑性变形的特点。9. 什么是上屈服点和下屈服点？如何避免上屈服点和下屈服点的出现？分析吕德斯带形成的原因。10. 回复处理能使金属材料的组织结构和力学性能发生哪些变化？这种变化有何实际意义。第九章 固态相变1. 什么是相、相变和相图？2. 简述相变的几种分类方法和种类。3. 试述如何通过相变改变钢铁材料的性能。4. 简述固态相变的主要特征。5. 固态相变的阻力是哪几项？6. 金属固态相变有哪些主要特征。7. 什么叫固溶体的脱溶？说明连续脱溶和不连续脱溶在脱溶过程中母相成分变化的特点。8. 试说明临界点A1、A3、Acm与