习题课作业答案

1、思考题思考题 1、名词解释：结合键、离子键、金属键、共价键 2、下列物质含有何种键：黄铜（brass）、橡胶（rubber）、 金刚石（diamond）、SiO2、单晶Si、NaCl。 第一章第一章 1、名词解释：离子键、金属键、共价键 离子键：通过两个或多个原子得到或失去电子通过两个或多个原子得到或失去电子 而成为离子形成的键称为离子键而成为离子形成的键称为离子键 金属键：金属中的自由电子与金属正离子相互作用金属中的自由电子与金属正离子相互作用 所构成的键称为金属键所构成的键称为金属键 共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间由两个或多个电负性相差不大的原子间 通过共用电子对而形成的键称为

2、共价键通过共用电子对而形成的键称为共价键 2、下列物质含有何种键：黄铜（brass）、 金刚石（diamond）、SiO2、单晶Si、NaCl。 黄铜：金属键 ， 金刚石：共价键 SiO2：共价键；单晶Si：共价键； NaCl：离子键 第二章第二章 1、锆（、锆（Zr，Zirconium）具有）具有HCP结构，密度为结构，密度为6.51 g/cm3， MZr=91.22 g/mol, 阿伏伽德罗常数：阿伏伽德罗常数：6.023*1023个个/mol （a）计算晶胞体积；）计算晶胞体积； （b）如果）如果c/a为为1.593，计算，计算c和和a。 2123 3 0 *(6.51*10)*6.02

3、3*10 42.984 91.22 M a N nm M 33 6 /0.13959139.59 42.984 Ca VnnmA 22 3 33 3 (* )(*1.593 )0.13959 22 0.3202 1.5930.5102 C Vacaa anm canm a是原子密度；M是质量密度；No是阿伏伽德罗常数(a) (b) 2、铑（、铑（Rh，Rhodium）的原子半径为）的原子半径为0.1345 nm，密度为，密度为12.41 g/cm3。判定其晶体结构属于。判定其晶体结构属于FCC，还是，还是BCC？MRh=102.91 g/mol 2123 3 0 *(12.41*10)*6.0

4、23*10 72.63 102.91 M a N nm M 3333 3 3 3 4 2 44 ()(*0.1345)0.0551 22 44*2 2 72.65 4 (4*0.1345) () 2 C a C R a R Vanm n nm R V If FCC If BCC 333 3 3 3 4 3 44 ()(*0.1345) 33 22*3 3 66.74 4 (4*0.1345) () 3 C a C R a R Va n nm R V 3、在立方晶胞中画出下列晶向：、在立方晶胞中画出下列晶向： 4、在立方晶胞中画出下列晶面：、在立方晶胞中画出下列晶面： .031;321 ;331

5、 ;210;121;101 ).321();221 ();131 ();210();211();110( X Z Y 110 012 133 121 123 103 X Z Y (011) (011) (102) (122) (123) (112) (131) 5、确定下图中晶向和晶面的指数。、确定下图中晶向和晶面的指数。 011A 210B 112C 112D (324)A (221)B 6、计算比较、计算比较FCC中中100、110、111晶向的线密度。晶向的线密度。 设原子半径为设原子半径为R，则，则 7、计算比较、计算比较BCC中（中（100）、（）、（110）晶面的面密度。）晶面的面

6、密度。 4 2 R a 100 110 111 2 /2 /20.707 4 /21 2 / 31/60.408 KR a KRa KRa 设原子半径为设原子半径为R，则，则 4 3 R a 22 (100) 2 (110) /3 /160.589 2/( * 2 )3 /8 20.833 KRa KRaa 8、说明晶体结构和空间点阵的差别。、说明晶体结构和空间点阵的差别。 空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的 周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，故它只能有周期性和对称性，由于各阵点的周围环境相同，故

7、它只能有14种类型；种类型； 而晶体结构则是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情而晶体结构则是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情 况，它们能组成各种类型的排列，因此，实际存在的晶体结构是无限的。况，它们能组成各种类型的排列，因此，实际存在的晶体结构是无限的。 9、解释以下基本概念、解释以下基本概念 空间点阵、晶格、晶胞、空间点阵、晶格、晶胞、7个晶系、个晶系、合金、相、固溶体、中间相合金、相、固溶体、中间相 空间点阵空间点阵：将原子抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点，由这些阵：将原子抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点，由这些阵 点在三维空间规则排列的阵列称

8、为空间点阵。点在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵。 晶格：为了便于描述空间点阵的图形，用许多平行的直线将所有阵点晶格：为了便于描述空间点阵的图形，用许多平行的直线将所有阵点 连接起来，所构成的三维几何格架，称为晶格。连接起来，所构成的三维几何格架，称为晶格。 晶胞晶胞：在点阵中取出的一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作：在点阵中取出的一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作 为点阵的组成单元，称为为点阵的组成单元，称为晶胞。晶胞。 7个晶系个晶系：三斜、单斜、正交、六方、菱方、四方、立方：三斜、单斜、正交、六方、菱方、四方、立方 合金：两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元

9、素，经熔炼、烧结合金：两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结 或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。 相：是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和性能均一，相：是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和性能均一， 并以界面相互分开的组成部分。并以界面相互分开的组成部分。 固溶体：合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相。固溶体：合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相。 中间相：合金中其结构与组成元素的结构均不相同的新相。中间相：合金中其结构与组成元素的结构均不相同的新相。 10、三种典型的金属晶体结构是什么

10、结构？一个晶胞中有几个原子？原子 半径与晶格常数之间有什么关系？配位数和致密度各是多少？四面体和八 面体间隙的数目各是多少？画出各晶格类型的原子排列方式（晶胞）及举 例3种典型的金属。 常见金属：常见金属： -Fe、Cr、 W、Mo、 V、Nb等等 常见金属：常见金属： -Fe、 Ni、Al、Cu、Pb、 Au等等 常见金属：常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等等 Characteristics of BCC, FCC and HCP structures 固态金属在不同的温度和压力下具有不同的晶体结构，这种 性质称为多晶型性。 纯铁的同素异构转变纯铁的同素异构转变 1394912 -Fe

11、-Fe -Fe BCCFCCBCC 11、什么是固体金属的多晶型性（同素异构转变）？画出纯Fe的冷却曲线， 并以此说明纯Fe的同素异构转变过程。 12、根据溶质原子在溶剂晶格中的位置，固溶体分为哪两类？分别 加以说明。 置换固溶体：溶质原子占据溶剂点阵的阵点所形成的固溶体。 间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。 13、中间相分为哪三类？分别加以说明。 （1）正常价化合物 按照化学上原子价规律所形成的化合物 （2）电子化合物 电子浓度决定晶体结构的化合物 （3）间隙相、间隙化合物、拓扑密堆相 由组成元素的原子尺寸决定的化合物。 14、试、试比较纯金属、固溶体和中间相的力学性能上

12、的差异。比较纯金属、固溶体和中间相的力学性能上的差异。 强度、硬度逐渐升高；塑性、韧性逐渐降低。 15、试比较间隙固溶体、间隙相和间隙化合物的结构和性能的异、试比较间隙固溶体、间隙相和间隙化合物的结构和性能的异 同点。同点。 类别类别间隙固溶体间隙固溶体间隙相间隙相间隙化合物间隙化合物 相同点一般都是由 过渡金属与原子半径较小的C、H、B等 非金属组元构成 不同点 晶体结构 属于固溶体相， 保持溶剂的晶格 类型 属于金属间化合 物相，形成不同 其组元的新的简 单点阵结构 属于金属间化合 物相，具有复杂 晶体结构 表达式、b、用化学分子式表达 机械性能强度、硬度较低， 塑性、韧性较好 极高的熔点

13、和硬 度，同时其脆性 也很大，是高合 金钢和硬质合金 中的重要强化相 间隙化合物也具 有很高的熔点和 硬度，脆性较大。 略低于间隙相的 性能 16、FeAl为电子化合物，计算其电子浓度，为电子化合物，计算其电子浓度，Fe、Al的价电子贡的价电子贡 献分别为献分别为0和和+3。 17、下列合金相为何种类型、下列合金相为何种类型 Cr7C3 、Mg2Pb、 WC 、FeAl、Cu3Al、Fe4N、Fe3C Cr7C3 、Fe3C ：间隙化合物：间隙化合物 Mg2Pb：正常价化合物：正常价化合物 WC 、 Fe4N ：间隙相：间隙相 FeAl 、Cu3Al ：电子化合物：电子化合物 e/a=3/2=

14、1.5 2、解释以下基本概念、解释以下基本概念 晶粒、单晶体、多晶体、晶界晶粒、单晶体、多晶体、晶界 肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、肖脱基空位、弗仑克尔空位、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错的滑移、位错的滑移、 位错的攀移位错的攀移、位错密度、位错反应、扩展位错、堆垛层错、单位位错、全位错、位错密度、位错反应、扩展位错、堆垛层错、单位位错、全位错、 不全位错、部分位错、表面能、孪晶、相界。不全位错、部分位错、表面能、孪晶、相界。 1、晶体缺陷分为哪三类？各具体包括哪些？、晶体缺陷分为哪三类？各具体包括哪些？ 点缺陷：空位、间隙原子、杂质或溶质原子 线缺陷：位错 面缺

15、陷：晶界、相界、孪晶界、堆垛层错 第三章第三章 晶粒 指晶格位向基本一致的小晶体。 单晶体 由一个晶粒组成的晶体。 多晶体 由若干个位向不同的晶粒组成的晶体。 晶界 晶粒与晶粒之间的交界。 肖脱基空位肖脱基空位 脱离平衡位置的原子迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置，而使晶体内部留下空脱离平衡位置的原子迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置，而使晶体内部留下空 位，称为肖脱基空位。位，称为肖脱基空位。 弗仑克尔空位弗仑克尔空位 脱离平衡位置的原子挤入点阵的间隙位置，而在晶体中同时形成数目相等的空位和间脱离平衡位置的原子挤入点阵的间隙位置，而在晶体中同时形成数目相等的空位和间 隙原子，称为弗仑克尔

16、空位。隙原子，称为弗仑克尔空位。 刃型位错刃型位错 在一个完整晶体的上半部插入一多余的半原子面，它终止于晶体的内部，好像一把刀在一个完整晶体的上半部插入一多余的半原子面，它终止于晶体的内部，好像一把刀 刃插入晶体中，使上下两部分晶体之间产生了原子错排，称为刃型位错。刃插入晶体中，使上下两部分晶体之间产生了原子错排，称为刃型位错。 螺型位错螺型位错 位错线附近的原子按螺旋形排列的位错位错线附近的原子按螺旋形排列的位错 柏氏矢量柏氏矢量 采用伯氏回路来定义位错，借助一个规定的矢量揭示位错的本质，这个矢量即为伯氏采用伯氏回路来定义位错，借助一个规定的矢量揭示位错的本质，这个矢量即为伯氏 矢量。矢量。

17、 位错的滑移位错的滑移 在外加切应力的作用下，通过位错中心附近的原子沿伯氏矢量方向在滑移面上不断地在外加切应力的作用下，通过位错中心附近的原子沿伯氏矢量方向在滑移面上不断地 作少量的位移作少量的位移 位错的攀移位错的攀移 位错在垂直于滑移面的方向上的运动位错在垂直于滑移面的方向上的运动 位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度位错密度：单位体积晶体中所含的位错线的总长度 位错反应位错反应 位错之间的相互转化（分解或合并）称为位错反应位错之间的相互转化（分解或合并）称为位错反应 扩展位错扩展位错 一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错组态称为扩展位一个全位错分解为两个不

18、全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错组态称为扩展位 错。错。 堆垛层错堆垛层错 实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能遭到破坏和错排，称为堆垛层错实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能遭到破坏和错排，称为堆垛层错 单位位错 伯氏矢量等于单位点阵矢量的位错 全位错 伯氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错 不全位错 伯氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错 部分位错 伯氏矢量小于点阵矢量的位错 表面能表面能 晶体表面单位面积自由能的增加称为表面能晶体表面单位面积自由能的增加称为表面能 孪晶孪晶 两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成晶面对称的位向两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共

19、晶面构成晶面对称的位向 关系，两个晶体就称为孪晶。关系，两个晶体就称为孪晶。 相界相界 具有不同结构的两相之间的分界面称为相界。具有不同结构的两相之间的分界面称为相界。 3、计算、计算Fe在在 850o 时，每立方米体积中的空位数。时，每立方米体积中的空位数。 已知已知Fe在在850o 时的空位时的空位 形成能、密度及原子重量分别为形成能、密度及原子重量分别为1.08 eV/atom、7.65 g/cm3、55.85 g/mol。 23 223 0 22628 2824 5 *7.65*6.023*10 8.25*10/ 55.85 *(8.25*10 )*108.25*10 1.08 * *

20、exp(/)8.25*10 *1*exp()1.18*10 8.62*10*1123 M a a V N cm M NV nNAEkT 个 个 4 4、如图，在晶体的滑移面上有一柏氏矢量为、如图，在晶体的滑移面上有一柏氏矢量为b b的位错环，并受到均匀切应的位错环，并受到均匀切应 力力 和正应力和正应力s s的作用。的作用。 （1 1）分析该位错环各段位错的结构类型；）分析该位错环各段位错的结构类型； （2 2）在）在 的作用下，该位错环如何运动？的作用下，该位错环如何运动？ A B CD b s ss s （1 1） AB:AB:右螺型；右螺型；BCBC：正刃型；：正刃型； CDCD：左螺型

21、；：左螺型；DADA：负刃型：负刃型 （2 2）在）在 的作用下，位错环上部分晶体将不断沿着的作用下，位错环上部分晶体将不断沿着x x轴方向轴方向 （即（即b b的方向）运动，下部分晶体则反向（沿的方向）运动，下部分晶体则反向（沿-x-x轴方向）运轴方向）运 动。这种运动必然伴随着位错环的各边向环的外侧运动，即动。这种运动必然伴随着位错环的各边向环的外侧运动，即 ABAB、BCBC、CDCD和和DADA四段位错分别沿着四段位错分别沿着-z-z、x x、z z和和-x-x轴方向运动，轴方向运动， 从而导致位错环扩大。从而导致位错环扩大。 5、说明刃型位错、螺型位错和混合位错的特征 类型类型柏氏矢

22、量柏氏矢量b 切应力切应力 方向方向 位错线运位错线运 动方向动方向 晶体滑晶体滑 移方向移方向 晶体滑移大晶体滑移大 小与小与b关系关系 滑移面滑移面 个数个数 刃刃 螺螺 混合混合 垂直位错线垂直位错线 平行位错线平行位错线 有夹角有夹角 与与b一致一致 与与b一致一致 与与b一致一致 垂直位错线垂直位错线 垂直位错线垂直位错线 垂直位错线垂直位错线 与与b一致一致 与与b一致一致 与与b一致一致 相等相等 相等相等 相等相等 唯一唯一 多个多个 6、判断下列位错反应能否进行？、判断下列位错反应能否进行？ (1)111111001 22 (2)110121211 266 (3)112111

23、111 362 (4) 100111111 22 aa a aaa aaa aa a 能进行能进行 能进行能进行 能量相等，不能进行能量相等，不能进行 反应后能量增加，不能进行反应后能量增加，不能进行 (1)111111001 22 (2)110121211 266 (3)112111111 362 (4) 100111111 22 aa a aaa aaa aa a （1）a/2002=a001 a23/4+ a23/4= a23/2 a2 （2）a/2110=a/6330= a/2110 a21/2a21/6+a21/6=1/3a2 能进行能进行 能进行能进行 （3）a/6333=a/21

24、11 a23/4=a23/4能量相等，不能进行能量相等，不能进行 （4）与（1）反向反应后能量增加，不能进行反应后能量增加，不能进行 7、什么是割阶和扭折？刃型位错、螺型位错的割阶 和扭折有什么特点？ 割阶和扭折：位错运动时，在受到阻碍的情况下，可能一 部分线段首先进行滑移，并形成曲折线段，该曲折线段在 位错的滑移面上时，称为扭折；该曲折线段垂直于位错的 滑移面时，称为割阶。 刃型位错的割阶部分仍未刃型位错，扭折部分为螺型位错； 螺型位错中的割阶和扭折部分均为刃型位错 8、试用Frank-Read源简述位错增殖机制 如图所示，AB为一刃型位错，两个端点固定，在外力作用下，位错线 朝受力方向弓出

25、、扩大，如图(a)-(d)所示；在(d)中，位错相互靠近处为 异号位错，它们相互吸引、湮灭，最后原位错分成两部分，一部分是一 个完整的位错环，在外力作用下继续想外扩张；剩下的另一部分位错回 到原来位置，在外力作用下开始重复上一个过程。这个过程不断重复就 产生新的位错环，即位错增殖，这种增殖方式为Frank-Read增殖。 9、简述晶界的特点 1)1) 晶粒的晶粒的长大长大和晶界的和晶界的平直化平直化能减少能减少晶界面积晶界面积和和晶界能晶界能。 2)2) 晶界处原子排列不规则，晶界处原子排列不规则，常温常温下对下对位错位错的的运动运动起起阻碍阻碍作用，宏观上表作用，宏观上表 现出现出提高强度提

26、高强度和和硬度硬度；而；而高温高温下晶界由于起粘滞性，易使下晶界由于起粘滞性，易使晶粒间滑动晶粒间滑动； 常温下，晶粒越细，材料的强度越高常温下，晶粒越细，材料的强度越高细晶强化。细晶强化。 3) 3) 晶界处有晶界处有较多的缺陷较多的缺陷，如空穴、位错等，具有较高的动能，原子，如空穴、位错等，具有较高的动能，原子扩散扩散 速度速度比晶内比晶内高高； 4) 4) 固态相变时，由于晶界能量高且原子扩散容易，所以固态相变时，由于晶界能量高且原子扩散容易，所以新相新相易在易在晶界处晶界处 形核形核； 5) 5) 由于由于成分偏析成分偏析和和内吸附内吸附现象，晶界容易富集杂质原子，晶界现象，晶界容易富

27、集杂质原子，晶界熔点低熔点低， 加热时易导致晶界先熔化；加热时易导致晶界先熔化； 6 6）由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态，以及晶界富集杂质原子的 缘故，缘故，晶界腐蚀比晶内腐蚀速率快晶界腐蚀比晶内腐蚀速率快晶间腐蚀晶间腐蚀。 10、根据晶粒的位相差及结构特点，晶界有哪些类型？有何、根据晶粒的位相差及结构特点，晶界有哪些类型？有何 特点属性？特点属性？ 小角度晶界小角度晶界 大角度晶界大角度晶界 对称倾斜对称倾斜 不对称倾斜不对称倾斜 扭转扭转 1、概念、概念 回复、再结晶、晶粒长大、再结晶温度。回复、再结晶、晶粒长大、再结晶温度

28、。 回复：冷变形后加热阶段，新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化阶段。 再结晶：无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程 晶粒长大：再结晶结束之后晶粒继续长大的过程 再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度。 第五章作业第五章作业 2、什么是滑移系，说明面心立方、体心立方的滑移面和滑移方向 滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系 面心立方：、110 体心立方：、111 3、金属材料受力会产生变形，变形方式主要包括哪三种形式，指出主 要的两种变形方式的异同点。 金属材料受力后产生变形的方式主要有滑移、孪生和扭折。 滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于

29、另一部分发生滑 动位移的现象；孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另 一部分所发生的切变。主要区别：A、孪生通过晶格切变使晶格位向 改变，使变形部分与未变形部分呈镜面对称；而滑移不引起晶格位 向改变。B、孪生时，相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距； 而滑移时滑移面两侧晶体的相对位移量是原子间距的整数倍。C、孪 生所需要的切应力比滑移大得多，变形速度大得多。 4、金属和合金有哪几种强化方法？其原理是什么？ 固溶强化、细晶强化、加工硬化、弥散强化 固溶强化：随溶质含量的增加，固溶体合金的强度和硬度提高，塑性和韧性降低。 机制：是溶质原子对位错的运动起了钉扎作用，从而阻碍了位错运动。 细晶

30、强化：随合金组织的晶粒逐渐变细，合金的强度和硬度提高，塑性和韧性也提 高。 机制：金属晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多，使金属塑性变形的抗力越 高，所以，强度、硬度越高。 弥散强化：合金中第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、 韧性略有下降。 机制：是第二相颗粒阻碍了位错的运动，提高了变形抗力。 加工硬化：随冷塑性变形的增加，合金的强度和硬度提高，塑性和韧性降低。 机制：随变形量增加, 位错密度增加，由于位错之间的交互作用(堆积、缠结)，使得 位错难以继续运动，从而使变形抗力增加。 5、什么是加工硬化？说明加工硬化导致性能产生什么变化？ 金属材料经冷变形加工后，强度、硬

31、度显著提高，塑性很快下降的现象。 6、金属及合金发生冷加工变形后，若在不同温度下对其进行加热，材料将依 次会经历哪三个阶段？并指出材料性能在每个阶段下的变化。 金属及合金发生冷加工变形后，若在不同温度下对其进行加热，材料将依 次会经历回复、再结晶和晶粒长大这三个阶段。 在回复阶段，材料组织仍保持原有的变形晶粒形貌，材料的强度、硬度 和塑性变化不大，内应力部分消除，电阻率随温度升高而连续下降。在再结晶 阶段，材料组织由无畸变的等轴新晶粒取代了原有的变形晶粒，材料强度、硬 度下降，塑性提高，加工硬化现象消除，内应力全部消除，变形储能在此阶段 释放最大。在晶粒长大阶段，是再结晶后在晶界界面能的驱动下

32、，新晶粒会发 生合并长大，最终达到一个相对稳定的尺寸，性能变化都趋于平缓。 7、试述热变形与冷变形的区别 加工温度在再结晶温度以上的加工是热变形 加工温度在再结晶温度以下的加工是冷变形 8、什么是动态回复和动态再结晶？ （1） 动态回复：在塑变过程中发生的回复。 （ 2 ）动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶。 第六章第六章 思思 考考 题题 一、概念：一、概念： 结晶结晶 结构起伏、能量起伏、过冷度、晶胚、临界晶核、临结构起伏、能量起伏、过冷度、晶胚、临界晶核、临 界形核功、均匀形核、非均匀形核、动态过冷度、光滑界界形核功、均匀形核、非均匀形核、动态过冷度、光滑界 面、粗糙界面面、粗糙界面

33、结晶 由液态至固态的转变称为凝固，如果凝固后的固体是晶体，则称为 结晶（226） 结构起伏 液体的原子排列是长程无序、短程有序，这种短程原子集团不是固 定不变的，它是一种此消彼长、瞬息万变、尺寸不稳定的结构，这 种现象称为结构起伏（229） 能量起伏能量起伏 指体系中每个微小体积所实际具有的能量，会偏离体系平均能量指体系中每个微小体积所实际具有的能量，会偏离体系平均能量 水平而瞬时涨落的现象。（水平而瞬时涨落的现象。（232） 过冷度过冷度 熔点与实际凝固温度之差（熔点与实际凝固温度之差（230） 晶胚晶胚 当温度降到熔点以下，在液体中时聚时散的短程有序原子集团当温度降到熔点以下，在液体中时聚

34、时散的短程有序原子集团 （231） 临界晶核临界晶核 能使晶坯成为晶核的最小晶核半径。（能使晶坯成为晶核的最小晶核半径。（231） 临界形核功临界形核功 形成临界晶核所需的功（形成临界晶核所需的功（232） 均匀形核均匀形核 新相晶核在母相中均匀地生成，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂新相晶核在母相中均匀地生成，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂 质粒子或外表面的影响（质粒子或外表面的影响（230） 非均匀形核非均匀形核 新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核。新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核。 （231） 动

35、态过冷度动态过冷度 液固界面向液相移动时所需的过冷度（液固界面向液相移动时所需的过冷度（238） 光滑界面光滑界面 固相的表面为基本完整的原子密排面，液、固两相截然分开，从微观上看是光滑固相的表面为基本完整的原子密排面，液、固两相截然分开，从微观上看是光滑 的界面（的界面（237） 粗糙界面粗糙界面 在固液两相之间的界面从微观来看是高低不平的，存在几个原子层厚度的过渡层，在固液两相之间的界面从微观来看是高低不平的，存在几个原子层厚度的过渡层， 在过渡层中约有半数的位置为固相原子所占据的界面（在过渡层中约有半数的位置为固相原子所占据的界面（237） 1、金属液体在熔点温度保温，则、金属液体在熔点

36、温度保温，则 a 需要很长时间才能结晶；需要很长时间才能结晶； b 到熔点温度就会结晶；到熔点温度就会结晶； c 永不结晶。永不结晶。 （C） 2、下述哪些现象结晶时出现？（多选）、下述哪些现象结晶时出现？（多选） a 在低于熔点的温度下结晶才能进行；在低于熔点的温度下结晶才能进行； b 结晶时有热量放出；结晶时有热量放出； c 液态金属冷却到熔点时就开始结晶。液态金属冷却到熔点时就开始结晶。 （a） （b） 3、形成临界晶核时需要的形核功由什么提供？（单选）、形成临界晶核时需要的形核功由什么提供？（单选） a由外界加热提供；由外界加热提供； b由能量起伏提供；由能量起伏提供； c由体积自由能

37、提供。由体积自由能提供。 （b） （c） 4、临界晶核有可能继续长大，也有可能消失（熔化）。、临界晶核有可能继续长大，也有可能消失（熔化）。 a 是是 b 否否 （a） 二、选择题：二、选择题： 5、在相同过冷度的条件下，（下述说法哪些正确？）（多选）、在相同过冷度的条件下，（下述说法哪些正确？）（多选） a 非均匀形核比均匀形核的形核率高；非均匀形核比均匀形核的形核率高； b 均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径；均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径； c 非均匀形核比均匀形核的形核功小；非均匀形核比均匀形核的形核功小； d 非均匀形核比均匀形核的临界晶核体积小。非均匀形核比均匀

38、形核的临界晶核体积小。 （a） （b） （c）（）（d） 6、在负的温度梯度下，晶体生长以平面状向前推进。、在负的温度梯度下，晶体生长以平面状向前推进。(单选单选) a 是是 b 否否 c 不能确定不能确定 （b） 7、形核率越高、晶体生长速率越小，最后得到的晶粒越细小。、形核率越高、晶体生长速率越小，最后得到的晶粒越细小。(单选单选) a 是是 b 否否 c 不能确定不能确定 （a） 8、快速凝固技术能获得的新材料有：非晶态合金，超细晶态金属或合金。、快速凝固技术能获得的新材料有：非晶态合金，超细晶态金属或合金。a 是是 b 否否 （a） 9、制取单晶体的技术关键是保证液体结晶时只有一个晶核

39、。、制取单晶体的技术关键是保证液体结晶时只有一个晶核。 a 是是 b 否否 （a） 1、简述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量条件及结构条件、简述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量条件及结构条件 热力学条件热力学条件 实际凝固温度应低于熔点，即需要过冷度。实际凝固温度应低于熔点，即需要过冷度。只有过冷，才能使得系统自由能小于只有过冷，才能使得系统自由能小于0。 动力学条件动力学条件 动态过冷动态过冷DTk0。 为液为液-固界面前沿液体的温度固界面前沿液体的温度TTm (熔点熔点)， 能量条件：能量起伏能量条件：能量起伏 当形成一个临界晶核时，还有当形成一个临界晶核时，还有1/3的表面能

40、必须由液体中的能量的表面能必须由液体中的能量 起伏来提供。起伏来提供。 结构条件：结构起伏结构条件：结构起伏 液体中存在的短程有序结构是结晶时产生晶核的基础。液体中存在的短程有序结构是结晶时产生晶核的基础。 2、简述纯金属晶体长大的方式？、简述纯金属晶体长大的方式？ 根据液固界面微观结构：连续长大、二维形核长大和借螺位错长大根据液固界面微观结构：连续长大、二维形核长大和借螺位错长大 三、简答题：三、简答题： 3、分析纯金属生长形态与温度梯度的关系（、分析纯金属生长形态与温度梯度的关系（242-243） （1）在正的温度梯度下，若为光滑界面结构的晶体，其生长形态呈台阶状，）在正的温度梯度下，若为

41、光滑界面结构的晶体，其生长形态呈台阶状， 小平面与溶液等温面呈一定的角度。若为粗糙界面结构的晶体，其生长形态小平面与溶液等温面呈一定的角度。若为粗糙界面结构的晶体，其生长形态 呈平面状，界面与液相等温而平行。呈平面状，界面与液相等温而平行。 （2）在负的温度梯度下，液固界面不可能保持平面状而会形成许多伸向液体）在负的温度梯度下，液固界面不可能保持平面状而会形成许多伸向液体 的分枝，同时在这些晶枝上又可能会长出二次晶枝，在二次晶枝再长出三次的分枝，同时在这些晶枝上又可能会长出二次晶枝，在二次晶枝再长出三次 晶枝，即生长方式为树枝状生长。树枝状生长在具有粗糙界面的物质（如金晶枝，即生长方式为树枝状

42、生长。树枝状生长在具有粗糙界面的物质（如金 属）中表现最为显著。而对于具有光滑界面的物质来说，在负的温度梯度下属）中表现最为显著。而对于具有光滑界面的物质来说，在负的温度梯度下 虽也出现树枝状生长的倾向，但往往不甚明显。虽也出现树枝状生长的倾向，但往往不甚明显。 正温度梯度下的两种界面形状正温度梯度下的两种界面形状 4、简述液固界面的构造（、简述液固界面的构造（237） 分为光滑界面和粗糙界面分为光滑界面和粗糙界面 光滑界面年以上为液相，以下为固相，固相的表面为基本完整的原子密排面，液光滑界面年以上为液相，以下为固相，固相的表面为基本完整的原子密排面，液 固两相截然分开，所以从微观上看是光滑的

43、，但在宏观上它往往由不同位向的小固两相截然分开，所以从微观上看是光滑的，但在宏观上它往往由不同位向的小 平面组成。平面组成。 粗糙界面，可以认为在固液相之间的界面从微观来看是高低不平的，存在几个原粗糙界面，可以认为在固液相之间的界面从微观来看是高低不平的，存在几个原 子厚度的过渡层，在过渡层中约有半数的位置为固相原子所占据。但由于过渡层子厚度的过渡层，在过渡层中约有半数的位置为固相原子所占据。但由于过渡层 很薄，因此从宏观来看，界面显得平直，不出现曲折的小平面。很薄，因此从宏观来看，界面显得平直，不出现曲折的小平面。 5、凝固后获得细晶粒的方法有哪些？ 增加过冷度、加入形核剂、振动 第七章 作

44、业 一、说明下列基本概念一、说明下列基本概念 工业纯铁、碳钢、铸铁、工业纯铁、碳钢、铸铁、包晶转变、共晶转变、共析转变、铁素体、奥包晶转变、共晶转变、共析转变、铁素体、奥 氏体、氏体、渗碳体、渗碳体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、珠光体、莱氏珠光体、莱氏 体。体。 1、工业纯铁：含碳量小于工业纯铁：含碳量小于0.0218的铁碳合金的铁碳合金 2、碳钢：含碳量在、碳钢：含碳量在0.0218-2.11之间的铁碳合金之间的铁碳合金 3、白口铸铁：含碳量在、白口铸铁：含碳量在2.11-6.69之间的铁碳合金之间的铁碳合金 4、包晶转变：恒温下，由一个液相和一个

45、固相转变为另一个固相的转变、包晶转变：恒温下，由一个液相和一个固相转变为另一个固相的转变 5、共晶转变：恒温下，由一个液相同时转变为两个不同固相的转变、共晶转变：恒温下，由一个液相同时转变为两个不同固相的转变 6、共析转变：恒温下，由一个固相转变为另两个不同固相的转变、共析转变：恒温下，由一个固相转变为另两个不同固相的转变 7、铁素体：碳在、铁素体：碳在-Fe中的固溶体中的固溶体 8、奥氏体：碳在、奥氏体：碳在-Fe中的固溶体中的固溶体 9、渗碳体：铁与碳形成的金属化合物。、渗碳体：铁与碳形成的金属化合物。 10、一次渗碳体：由液相中形成的渗碳体、一次渗碳体：由液相中形成的渗碳体 二、下列说法

46、正确的是：二、下列说法正确的是：（多选）（多选） 1、A、铁素体是碳溶解于、铁素体是碳溶解于-Fe中形成的固溶体，具有体心立方晶体结构；中形成的固溶体，具有体心立方晶体结构； B、 渗碳体是碳溶解于渗碳体是碳溶解于-Fe中形成的固溶体，具有体心立方晶体结构；中形成的固溶体，具有体心立方晶体结构； C 、奥氏体是碳溶解于、奥氏体是碳溶解于-Fe中形成的固溶体，具有面心立方晶体结构。中形成的固溶体，具有面心立方晶体结构。 2、亚共析钢的含碳量范围是：、亚共析钢的含碳量范围是：（单选）（单选） A、0.0218% 0.77%C；B、0.77% 2.11%C；C、2.11% 4.3%C。 3、共析钢的

47、室温组织是：、共析钢的室温组织是：（单选）（单选） A、珠光体、珠光体P +二次渗碳体二次渗碳体Fe3CII；B、珠光体、珠光体P（100%）；）； C 莱氏体莱氏体Ld (100%)。 AC A B 11、二次渗碳体：从奥氏体中析出的渗碳体二次渗碳体：从奥氏体中析出的渗碳体 12、三次渗碳体：从铁素体中析出的渗碳体、三次渗碳体：从铁素体中析出的渗碳体 13、珠光体：铁素体与渗碳体的机械混合物，共析产物、珠光体：铁素体与渗碳体的机械混合物，共析产物 14、莱氏体：奥氏体与渗碳体的机械混合物，共晶产物、莱氏体：奥氏体与渗碳体的机械混合物，共晶产物 4、计算、计算1148共晶转变刚结束时莱氏体中渗

48、碳体共晶转变刚结束时莱氏体中渗碳体Fe3C的相对量。的相对量。（单选）（单选） A、52%；B、60%；C、48%。 5、计算室温时莱氏体中渗碳体计算室温时莱氏体中渗碳体Fe3C的相对量。的相对量。 （单选（单选） A、48.23%C；B、52.77%C；C、64.27%。 6、随着含碳量的增高，亚共析钢的随着含碳量的增高，亚共析钢的 （单选（单选） A 强度、硬度升高，塑性下降；强度、硬度升高，塑性下降； B 塑性升高，强度、硬度下降；塑性升高，强度、硬度下降； C 强度、硬度和塑性都升高。强度、硬度和塑性都升高。 7、对于过共析钢，含碳量越高，对于过共析钢，含碳量越高，（单选（单选） A

49、钢的强度、硬度越高，塑性越低；钢的强度、硬度越高，塑性越低； B 钢的强度、硬度越低，塑性越高；钢的强度、硬度越低，塑性越高； C 钢的硬度越高，强度和塑性越低。钢的硬度越高，强度和塑性越低。 C C A C 三、熟悉最基本的反应类型及相图三、熟悉最基本的反应类型及相图 四、熟练应用杠杆定律四、熟练应用杠杆定律 五、熟练掌握铁碳合金相图，应用杠杆定律五、熟练掌握铁碳合金相图，应用杠杆定律 六、默画出铁碳相图（图、填相区、标注各点），掌握铁碳相图中六、默画出铁碳相图（图、填相区、标注各点），掌握铁碳相图中P、 S、Q、E、C、D的含碳量，的含碳量，写出铁碳合金状态图中三条水平线上的写出铁碳合金状

50、态图中三条水平线上的 反应类型和反应式。反应类型和反应式。 七、分析工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、共晶白口铸铁、七、分析工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、共晶白口铸铁、 亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁从液相冷却到室温的组织转变过亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁从液相冷却到室温的组织转变过 程。程。 八、工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、共晶白口铸铁、亚共八、工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、共晶白口铸铁、亚共 晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的成分范围和室温组织各是什么？晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的成分范围和室温组织各是什么？ 1. 分别计算在共析温度下和室温时珠光体中相的相对重量

51、百分比。分别计算在共析温度下和室温时珠光体中相的相对重量百分比。 2. 计算计算45钢钢(含碳量为含碳量为0.45)在室温下相和组织组成物的相对重量百分比。在室温下相和组织组成物的相对重量百分比。 2 1 3 3. 计算含碳量为计算含碳量为1.0的过共析钢在室温下组织组成物的相对重量百分比，的过共析钢在室温下组织组成物的相对重量百分比， 以及在过共析钢区域范围内能够析出的以及在过共析钢区域范围内能够析出的Fe3CII的最大百分比。的最大百分比。 课堂练习课堂练习 K 4. 计算含碳量为计算含碳量为3.0的亚共晶白口铸铁在室温下的组织组成物的相对重的亚共晶白口铸铁在室温下的组织组成物的相对重 量

52、百分比。量百分比。 4 1. 分别计算在共析温度下和室温时珠光体中相的相对重量百分比。分别计算在共析温度下和室温时珠光体中相的相对重量百分比。 1 共析温度下：共析温度下：Q = SK / PK = (6.69-0.77)/(6.69-0.0218)*100% = 88.8 % QFe3C = 100 % - 88.8% = 11.2 % K 室温下：室温下：Q = SK / QK = (6.69-0.77)/(6.69-0.0008)*100% = 88.5 % QFe3C = 100 % - 88.5% = 11.5 % 2. 计算计算45钢钢(含碳量为含碳量为0.45)在室温下相和组织组

53、成物的相对重量百分比。在室温下相和组织组成物的相对重量百分比。 2 相组成：相组成：Q = 2K / QK = (6.69-0.45)/(6.69-0.0008)*100% = 93.3 % QFe3C = 100 % - 93.3% = 6.7 % K 组织组成：组织组成：Q = 2S / QS = (0.77-0.45)/(0.77-0.0008)*100% = 41.6 % QP = 100 % - 41.6% = 58.4 % 3 3. 计算含碳量为计算含碳量为1.0的过共析钢在室温下组织组成物的相对重量百分比，以及的过共析钢在室温下组织组成物的相对重量百分比，以及 在过共析钢区域范围

54、内能够析出的在过共析钢区域范围内能够析出的Fe3CII的最大百分比。的最大百分比。 K 组织组成：组织组成：QFe3CII= 3S / SK = (1-0.77)/(6.69-0.77)*100% = 3.9 % QP = 100 % - 3.9 % = 96.1 % Fe3CII最大百分比：最大百分比：QFe3CII= ES / SK = (2.11-0.77)/(6.69-0.77)*100% = 22.6 % 4 4. 计算含碳量为计算含碳量为3.0的亚共晶白口铸铁在室温下的组织组成物的相对重量的亚共晶白口铸铁在室温下的组织组成物的相对重量 百分比。百分比。 K 组织组成：组织组成：QLe= QLe = E4 / EC = (3.0-2.11)/(4.3-2.11)*100% = 40.6 % QFe3CII = (4C / EC )*(ES / KS) = (4.3-3.0)/(4.3-2.11) * (2.11-0.77)/(6.69-0.77) *100% = 1