(完整版)《金属学与热处理》复习题参考答案最新（精华版）

1、金属学与热处理复习题绪论基本概念：1. 工艺性能 :金属材料适应实际加工工艺的能力。（分类）2. 使用性能：金属材料在使用时抵抗外界作用的能力。（分类）3. 组织：用肉眼， 或不同放大倍数的放大镜和显微镜所观察到的金属材料内部的情景。宏观组织：用肉眼或用放大几十倍的放大镜所观察到的组织。（金属内部的各种宏观缺陷）显微组织：用 100-2000倍的显微镜所观察到的组织。（各个组成相的种类、形状、尺寸、相对数量和分布，是决定性能的主要因素）4 ：结构：晶体中原子的排列方式。第一章基本概念 ：1. 金属：具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度升高而增加。2. 金属键；金属正离子和自由电子之间相互作

2、用而形成的键。3. 晶体：原子（离子）按一定规律周期性地重复排列的物质。4. 晶体特性： (原子)规则排列；确定的熔点；各向异性；规则几何外形。5. 晶胞：组成晶格的最基本的几何单元。6. 配位数:晶格中任一原子周围与其最近邻且等距的原子数目。177. 晶面族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶面称为晶面族。8. 晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族。9. 多晶型性：当外部条件（如温度和压强）改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。又称为同素异构转变。10. 晶体缺陷：实际晶体中原子排列偏离理想结构的现象。11. 空位：晶格结点上的原子由于热振动脱离了结点位置，

3、在原来的位置上形成的空结点。12. 位错：晶体中有一列或若干列原子发生了有规则的错排现象，使长度达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内的原子离开其平衡位置，发生了有规律的错动。13. 柏氏矢量：在实际晶体中沿逆时针方向环绕位错线作一个闭合回路。在完整晶体中以同样的方向和步数作相同的回路，由回路的终点向起点引一矢量，该矢量即为这条位错线的柏氏矢量。14. 晶粒：晶体中存在的内部晶格位向完全一致， 而相互之间位向不相同的小晶体。15. 各向异性：由于晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而晶体在不同方向上的性能有所差异。16. 伪各向同性：由于多晶体中各个晶粒的位向不同，所以不表示出单晶

4、体的各向异性。17. 小角度晶界：相邻晶粒位向差小于10 o 的晶界。18. 大角度晶界：相邻晶粒位向差小于10 o 的晶界。基础知识 ：1. 三种典型金属结构的晶体学特点。（点阵常数，原子半径，晶胞内原子数，配位数，致密度，间隙种类及大小）2. 立方晶系晶面指数和晶向指数的确定方法。3. bcc 和 fcc 晶胞三个主要晶面和三个主要晶向的原子排列状况和密度。4. 刃型位错、螺型位错、混合位错中位错线与柏氏矢量的关系。垂直平行既不垂直也不平行思考题 ：1. 位错密度对力学性能有什么影响。不含位错将具有极高的强度。含有较多位错会降低强度。位错密度大大提高后强度又提高。一般依靠增加位错密度来提高

5、金属强度。2. 在立方晶系晶胞中画出：(001) 和001 ； (110) 和110 ；(111) 和111 ； (211)和211 ；(121) 和121 ，说明相同指数的晶面和晶向之间的关系。教科书习题： 5 ，8. 9. 10 ， 11 ，13 ，14 。第二章基本概念 ：1. 结构起伏：液体中存在微小范围内近似于固态结构的的原子集团， 称为短程有序， 此短程有序瞬时形成，又瞬时消失，时聚时散，称为结构起伏。2. 能量起伏：微小区域的能量在平均能量上下波动。3. 过冷：金属的实际结晶温度 tm 低于理论结晶温度 tn（熔点）4. 晶坯：过冷液体中的结构起伏形成时体积自由能降低，有可能转变

6、为晶体， 成为晶核的“胚芽”。5. 晶核：在过冷液体中能够稳定存在并长大的小晶体。6. 均匀形核：依靠结构起伏自发形成晶核。7. 非均匀形核：晶核依附于液态金属中微小固相质点的表面形成。8. 临界晶核半径：半径大于某一尺寸的晶胚能够长大成为晶核，该尺寸称为临界晶核半径。9. 临界过冷度 :达到某一过冷度时，液体中最大结构起伏的尺寸达到临界晶核半径，该过冷度称为临界过冷度。10. 光滑界面（小平面界面）：从原子尺度看，界面上的固相原子形成完整的原子平面；从宏观角度看，界面呈曲折的台阶状，由一系列小平面组成。11. 粗糙界面 (非小平面界面 )：从原子尺度看， 界面上存在几个原子层厚度的过度层，两

7、相原子犬牙交错；从宏观角度看，由于过渡层很薄，反而呈现出平整的界面结构。故又称非小平面界面。思考题 ：1. 什么是接触角？分析接触角的大小对非均匀形核的作用，如何减小接触角。接触角：非自发形核时，在固相质点表面形成球冠状晶核，球冠表面和固相质点的基底之间的夹角。接触角对非自发形核作用：非自发形核的临界半径与自发形核相等，但其晶核是v球冠形，1r 3 ( 233 c osc os3)接触角越小，临界晶核体积越小，形核功越小，形核率越高。减少接触角的措施： 固相质点和结晶的晶体， 两者的结构（原子排列的几何形状、原子大小，原子间的距离）越近似，它们之间的表面能就越小，接触角也越小。2. 什么是细晶

8、强化？细化铸件晶粒应采取什么措施？细晶强化：常温下金属的晶粒越细小，强度和硬度越高，塑性和韧性也越好。细化铸件的措施：（提高形核率）(1) 通过加大冷却速度来增加过冷度，以提高形核率。(2) 变质处理：在浇注前往液体中加入变质剂(孕育剂)，促进形成大量的非均匀晶核的工艺。(3) 采取振动和搅动方法，如：机械振动、电磁波搅拌、超声波搅拌等。作用：输入能量促进形核；破碎枝晶增加晶核。教科书习题： 5 ， 65.正温度梯度条件下，晶体以平界面方式向液体推移长大。原因：液相温度随至界面距离增加而提高，界面上偶然的突出部分，进入了过冷度较小的液体中，其生长速度会降低或停止生长，因而界面始终以平直界面向液

9、体推进。负温度梯度下，晶体以树枝状生长。液相温度随至界面距离增加而降低。界面上偶然的突出部分，进入了过冷度更大的液体中，其生长速度会加快，形成一次晶轴，同样在一次晶轴侧面形成二次晶轴，最终形成多级的分枝，即形成树枝晶。6. 金属铸锭由哪三个晶区组成？每个晶区的性能特点是什么？金属铸锭分为三个晶区：表层细晶区，柱状晶区，中心等轴晶区。每个晶区性能特点：一、表层细晶区：晶粒非常细小，组织致密，但尺寸太小，一般影响不大。二、柱状晶区(1) 组织致密，气孔、缩孔小。(2) 不同方向的柱状晶界面处杂质、气孔、缩孔富集，塑性较差的材料，如钢铁和镍合金等，在热形变 (热轧、热锻 )时易开裂。三、中心等轴晶区

10、(1) 组织不够致密，显微缩孔较多，但经过热压力加工可焊合。(2) 各晶粒取向不相同，性能没有方向性。(3) 各晶粒相互交叉，裂纹不易扩展。第三章基本概念 ：合金：由两种或两种以上金属、或金属与非金属，通过熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。固溶体；以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其它组元原子所形成的均匀的固态溶体。中间相：超过固溶体的固溶度极限后，形成晶体结构和任一组元都不相同的一种新相，因位于相图中间，又称为中间相。不平衡结晶：冷却速度较大，固相来不及扩散，偏离了平衡结晶条件的结晶。晶内偏析；一个晶粒内部化学成分不均匀的现象。枝晶偏析：由于固溶体晶体通常呈树枝状，使枝干和

11、枝间的化学成分不同， 所以晶内偏析又称枝晶偏析。区域偏析：大范围内的化学成分不均匀现象称为区域偏析。伪共晶：非共晶成分的合金所得到的共晶组织。离异共晶：当合金中的先共晶相数量很多而共晶组织的量很少时，共晶组织中的一相与先共晶相依附长大，把另一相孤立出来，形成两相分离的共晶组织。基础知识：1. 形成无限固溶体的条件是什么？(1) 晶体结构因素：晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件。(2) 原子尺寸因素 :两个组元的原子尺寸相对大小 r70% ）的金属或合金，在1h 内能够完成再结晶（再结晶体积分数 95% ）的最低温度。4. 流线：热加工使铸态金属中的非金属夹杂沿变形方向拉长，形成彼此平行的宏

12、观条纹，称作流线。5. 低于再结晶温度的加工过程称为冷加工，有加工硬化现象。6. 高于再结晶温度的加工过程称为热加工，没有加工硬化现象。思考题 ：1. 回复对金属性能有什么影响？如何进行回复？要达到什么目的？回复对性能的影响： (1) 内应力降低 :弹性应变基本消除 ;(2) 硬度、强度下降不多； (3)电阻率明显下降。生产中采用去应力退火进行回复。目的：保持加工硬化，同时降低应力，防止工件变形、开裂，提高耐蚀性。2. 影响再结晶温度的因素(1) 冷变形量越大， 再结晶驱动力越大，再结晶温度越低； 变形量达到一定程度后， 再结晶温度趋于稳定。(2) 合金元素及杂质，趋于在位错、晶界处偏聚，阻碍

13、位错运动和晶界迁移，提高再结晶温度。(3) 形变金属晶粒越细小，再结晶温度越低。(晶界形核 )(4) 加热速度非常缓慢，和加热速度极快，都会使再结晶温度上升。(5) 在一定范围内增加保温时间，可降低再结晶温度。3. 带状组织 :复相合金中的各个相，在热加工时沿着变形方向交替地呈带状分布。产生原因 :铸锭中的枝晶偏析，在热加工时沿着变形方向伸长成条带状分布，冷却时即形成带状组织。可采用正火、扩散退火来消除或减轻。教科书习题 ：1， 5， 8 ，9。回复再结晶组织保留形变组织通过形核、长大形成同一晶格的等轴晶粒亚结构 点缺陷密度降低， 位错密度降低 位错密度大大降低并重新分布形成亚晶性能强度略下降， 塑性略提高， 内应 强度大大降低，塑性大大提高，内应力完力大部分消除， 电阻率明显降低 全消除，电阻率降至退火态1. 冷拔后应采用去应力退火，使之发生回复。5.8. 冷拔钢丝是依靠冷加工硬化来保证其强度的。在吊运高温工件时，钢丝受热发生再结晶，强度大幅度下降，造成断裂。9. 楔形板经冷轧得到相同厚度的板材，前部形变量小，后部形变量大，经再结晶退火后，前部晶粒尺寸较大，后部晶粒尺寸教小。第七章基本概念 ：扩散：由于热运动而导致原子(分子)在介质中迁移的现象 .自扩散：没有浓度变化的扩散，只发生在纯金属和均匀固溶体中。 互扩散：伴