金属学习题（上）

1、第一章 原子排列本章需掌握的内容：材料的结合方式：共价键，离子键，金属键，范德瓦尔键，氢键；各种结合键的比较及工程材料结合键的特性；晶体学基础：晶体的概念，晶体特性（晶体的棱角，均匀性，各向异性，对称性），晶体的应用空间点阵：等同点，空间点阵，点阵平移矢量，初基胞，复杂晶胞，点阵参数。晶系与布拉菲点阵：种晶系，14种布拉菲点阵的特点；晶面、晶向指数：晶面指数的确定及晶面族，晶向指数的确定及晶向族，晶带及晶带定律六方晶系的四轴座标系的晶面、晶向指数确定。典型纯金属的晶体结构：三种典型的金属晶体结构：fcc、bcc、hcp；晶胞中原子数、原子半径，配位数与致密度，晶面间距、晶向夹角晶体中原子堆垛方

2、式，晶体结构中间隙。1. 填空1. fcc结构的密排方向是_，密排面是_，密排面的堆垛顺序是_致密度为_配位数是_晶胞中原子数为_，把原子视为刚性球时，原子的半径是_；bcc结构的密排方向是_，密排面是_致密度为_配位数是_ 晶胞中原子数为_，原子的半径是_；hcp结构的密排方向是_，密排面是_，密排面的堆垛顺序是_，致密度为_配位数是_，晶胞中原子数为_，原子的半径是_。2. bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是_。3. Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是_。4. 在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是_。5. 在fcc晶胞中，八面体间隙中心的坐标是_。6. 空

3、间点阵只可能有_种，铝晶体属于_点阵。Al的晶体结构是_，a-Fe的晶体结构是_。Cu的晶体结构是_，7 点阵常数是指_。8 图1是fcc结构的(-1,1,0 )面，其中AB和AC的晶向指数是_，CD的晶向指数分别是_，AC所在晶面指数是 -。9 晶胞中每个原子平均占有的体积称为_。10 FCC包含有<112>晶向的晶面是_。ABC D 1图1ABC D图211. 图2为简单立方点阵晶胞，其中ABC面的指数是_，AD的晶向指数是_。12. 在空间点阵中选取晶胞的原则是：（1）_(2)_(3)_(4)_。13 以点阵常数a为单位，fcc晶体的原子半径是_，bcc晶体的原子半径是_，f

4、cc晶体（110）面的晶面间距是_，110方向的原子间距为_，fcc晶体的结构原子体积为_。2. 判断1. a-Fe致密度比g-Fe小，所以a-Fe溶解碳比g-Fe多。（ ）2. 立方晶系中具有相同指数的晶面与晶向必定相互垂直。（ ）3. 原子半径大小与其在晶体中配位数无关。（ ）4. 密排六方结构不能称作一种空间点阵。（ ）5. 铁素体的点阵常数比a-Fe的点阵常数小。（ ）6. 金属键无方向性及饱和性。（ ）7. 在立方晶系中，-111（1-1-1）。（ ）8. 在fcc和bcc结构中，一切相邻的平行晶面间的距离可用公式：d=a/h2+k2+l2 ( )9. 结构原子体积是指结构晶胞中每个

5、原子的体积。（ ）10. 立方晶系的(100)，（010）和（001）面属于同一个晶带。（ ）11. 由g-Fe转变为a-Fe时，原子半径增大（ ），发生体积膨胀（ ）。12. Fcc和bcc结构中的八面体间隙均为正八面体。（ ）13. 空间点阵中每个阵点周围具有等同的环境。（ ）14 一个面心立方结构相当于体心正方结构。（ ）15. 从实用观点来看体心立方金属中的空隙比面心立方金属中的更为重要。（ ）3. 简述金属键，晶体，同素异晶转变（并举例），晶胞，点阵常数，晶面指数，晶面族，晶向指数，晶向族（举例），晶带和晶带轴，配位数，致密度，晶面间距， 面心立方结构，体心立方结构，密排六方结构，

6、4. 问答1：在简单立方晶胞中画出(1-2 1)晶面和11-2晶向，在hcp晶胞的（0001）面上标出（-12-10）晶面和-12-10晶向。2：求11-1和20-1两晶向所决定的晶面。3 在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知铅为fcc面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm。4 在面心立方fcc晶胞中，110方向中位于（111）平面上的有哪些方向。5 画出一个体心立方晶胞，在晶胞上画出： 1 发生滑移的一个晶面 2 在这个面上发生滑移的几个滑移方向。6 写出图3中ABCD四面体各面的晶面指数和BC，CA的晶向指数。ABCD图4O BAC图37. 在图4中画出

7、(1 1 2 0)晶面和1 2 1 0 晶向。求图示密排六方晶胞OA，OB晶向指数及ABC的晶面指数。8：画出fcc中具有下列密勒指数的晶面和晶向。1（111）111； 2（321）-2369：画出hcp晶胞，并画出(10-10)晶面及11-20晶向。10：画出bcc晶胞下列晶面上原子平面排列情况：（110），（111）12：画出两个面心晶胞组成的体心正方晶胞，并画出（111）fcc，（011）体心正方晶面与-211fcc，01-1体心正方晶向，并指出两晶面与两晶向存在何种关系。第二章 合金相结构本章的主要内容：固溶体：固溶体的分类有置换固溶体及影响固溶度因素，间隙固溶体，缺位固溶体中间相：正

8、常价化合物，电子化合物，间隙相与间隙化合物，金属间化合物的性质与应用固溶体的微观不均匀性：超结构，以fcc、bcc及hcp为基的超结构，有序参数1.填空1. 形成无限固溶体的必要条件是：（1）_，（2）_-，（3）_。2. 形成有序固溶体的必要条件是：（1）_，（2）_，（3）_。3. 影响正常价化合物形成的主要因素是_。4. C原子半径为0.77A，Cr的原子半径为1.28A，则Cr23C6是_化合物。图1 5. 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度_，塑性_，导电性_。6. 如图是铜金有序固溶体的晶胞，其分子式为_。7 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是： （1）_；（2）_; （3

9、）_；（4）_和环境因素。8形成置换固溶体时，两组元原子半径的相对差小于_，是有利于大量固溶的因素之一。2. 选择与判断1 形成间隙固溶体时，溶剂的点阵常数_。A 增大 B 减小 C 不变2.在固溶体自由能与成分的关系式中，两组元相互作用参数的表达式为_。A NZ(eAB+(eAA+eBB)/2) B NZ(eAB-(eAA+eBB)/2) C EAB=(eAA+eAB)/2图2 3. 图2是铜金有序固溶体的结构晶胞，此有序固溶体的分子式为_。A Cu2Au5 B CuAu2 C CuAu5. 钨（W）的原子半径为1.41A，碳的原子半径为0.77A，则WC为_A 间隙固溶体， B 间隙相，

10、C 间隙化合物5.a-Co为hcp结构，b-Co为FCC结构，则Fe-Co无限固溶体为_结构。 A FCC ， B BCC， C hcp6. 在有序固溶体中，异类原子结合力小于同类原子结合力。（ ）7. 所有金属间化合物都能提高合金的强度。（ ）8. Nb的原子半径为1.47A，C原子半径为0.77A，则NbC为间隙化合物（ ）9. 纯金属发生同素异性转变将产生成分和有序度方面的改变。（ ）10. 与固溶体相比，金属化合物具有高硬度低塑性。（ ）11. 在拓扑相中，半径较大的原子构成密排主层（ ），次层一般是半径较小的原子（ ）。3.名词解释置换固溶体，有序固溶体，无序固溶体，间隙固溶体和间隙

11、化合物，间隙相与间隙化合物，正常价化合物，电子浓度，电子化合物4.问答1：分析氢，氮，碳，硼在a-Fe 和g-Fe 中形成固溶体的类型，H2, N, C, B进入点阵中的位置。元素的原子半径如下：氢：0.46A 氮：0.71A 碳：0.77A 硼：0.91A2：指出固溶体与金属化合物在晶体结构和机械性能方面的区别。第三章 纯金属的凝固本章主要内容：液态金属的结构；金属结晶过程：金属结晶的条件，过冷，热力学分析，结构条件晶核的形成：均匀形核：能量分析，临界晶核，形核功，形核率非均匀形核：形核功，形核率晶体的长大：动态过冷度（晶体长大的条件），固液界面微观结构，晶体长大机制，晶体长大形态：温度梯度

12、，平面长大，树枝状长大陶瓷、聚合物的凝固结晶理论的应用实例：铸锭晶粒度的控制，单晶制备，定向凝固，非晶态金属1. 填空1. 在液态金属中进行均质形核时，需要_起伏和_能量起伏。2. 金属凝固的必要条件是_。 3. 液态金属凝固时，均质形核的条件是：（1）_；（2）_，（3）_。4. 细化铸锭晶粒的基本方法是：（1）_，（2）_，（3）_。5 形成临界晶核时体积自由能的减小只能补偿新增表面能的_。 6 液态金属均质形核时，体系自由能的变化包括两部分，其中_自由能是形核的阻力，_自由能是形核的动力；临界晶核半径rK与过冷度vT呈_关系，临界形核功vGK等于_。7 动态过冷度是_。8 在工厂生产条件

13、下，过冷度增大，则临界晶核半径_，金属结晶冷却速度越快，N/G比值_，晶粒越_。9 制备单晶的基本原理是_，主要方法有_法和_法。10. 获得非晶合金的基本方法是_。11 铸锭典型的三层组织是_, _, _。12 根据凝固理论，为了细化铸锭晶粒，对于小尺寸的铸锭一般可采用_方法，对于大尺寸的铸锭则采用_方法。13 纯金属凝固时，其临界晶核半径的大小、晶粒大小主要决定于_。14 液态金属凝固时，异质形核需要的过冷度比均质形核小，这是因为_。（异质形核时固相质点可作为晶核长大，其临界形核功较小。）2 名词解释过冷度，临界晶核，临界晶核半径，自发形核，能量起伏，形核功，形核率，变质处理，柱状晶带，等

14、轴晶，异质形核，非晶态金属3 判断1 纯金属中含有少量杂质在热力学上是稳定的。（ ）2 临界半径rK大小仅与过冷度有关。（ ）3 液态金属凝固时，临界晶核半径与过冷度成反比。（ ）4 在液态金属中形成临界晶核时，体系自由能的变化为零。（ ）5 任何温度下液态金属中出现最大结构起伏是晶胚。（ ）6 任何过冷度下液态金属中出现的最大结构起伏却是晶核。（ ）7 湿润角q =180e 时，异质形核最容易进行。（ ）8 枝臂间距是指相邻两树枝晶一次轴之间的距离。（ ）9 为了细化晶粒，工艺上采用增大过冷度的方法，这只对小件或薄件有效，而对较大厚壁铸件并不适用。（ ）10 从非均匀形核计算公式：A非均匀=

15、A均匀（2-3cosq+cos3q）/4看出当q=00时固相杂质相当于现成的大晶核。（ ）11 理论凝固温度与固/液界面处温度之差，称为动态过冷度。（ ）12 动态过冷度是指结晶过程中实际液相温度熔点之差。（ ）13 液态金属结晶时，其临界晶粒半径rK是不变的恒定值。（ ）14液态金属结晶时，其理论结晶温度与固/液界面处温度之差称为临界过冷度。（ ）4 问答1 根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。2 试根据凝固理论，分析通常铸锭组织的特点。3 试说明在铸锭中获得细等轴晶组织可以采取的措施。4 回答液态金属凝固时均质形核的有关问题：（1） 写出临界晶核半径gk的表达式；（2） 画出gk与过冷度

16、DT的关系曲线示意图；（3） 写出形核功DGk与临界晶核界面能的关系式；（4） 简述均质形核的必要条件。5 简述液态金属结晶时，过冷度与临界晶粒半径，形核功及形核率的关系。6 简述湿润角q，杂质粒子的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。7 铜的熔点Tm=1356K，熔化热vHm=1628J/cm2，s=177erg/cm2，点阵常数a=0.3615nm。求铜vT=100e 时均匀形核的临界核心半径和每个临界核心的原子数目。8 欲获得铸锭整个断面为细等轴晶或整个断面为柱状晶，各需要采取哪些措施？9：何谓过冷，过冷度，动态过冷度，它们对结晶过程有何影响？10：根据冷却速度对金属组织的影响，现要获得

17、微晶，非晶，亚稳相，请指出其凝固时如何控制。第四章 二元合金相图与合金凝固本章主要内容： 相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律；二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼；二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙粗糙界面,粗糙光滑界面,光滑光滑界面；共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶；二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶合金的非平衡凝固与组织包晶反应的应用铸锭：铸锭的

18、三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭的缺陷其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变 二元相图总结及分析方法二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图，Al-Mn相图，Al2O3-SiO2二元系相图相图与合金性能的关系1.填空1 相律表达式为_。2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有_起伏。3. 按液固界面微观结构，界面可分为_和_。4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是_，光滑界面晶体的长大机制是_和_。5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生_偏析，用_热处理方法可以消除。

19、6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈_状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为_状。7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为_。8 亚共晶合金的典型平衡组织为_，亚共析合金的典型平衡组织为_。9 共晶，包晶，偏晶，熔晶反应式分别为_, _, _, _。10 共析，偏析，包析反应式分别为_，_，_。11 固溶体合金凝固时，溶质分布的有效分配系数k1=_，当凝固速率很大时，则k1趋于_。12 不发生成分过冷临界条件的表达式为_。13 应用相图可以判断_,_, _, _ 。14 纯金属凝固时，一般只有在_

20、条件下才生长成树枝晶，当金属中含有杂质或固溶体合金凝固由于发生_所以在_条件下也可能生长树枝晶。固溶体合金定向凝固时，液相中溶质混合越充分，则凝固后铸锭成分_。15 平衡分配系数K=0.1时，经三次区域熔炼后料棒前端杂质浓度将降低至原来的_。16 合金中相平衡的条件是_。17 二元系中两相区的边界线都表示相转变的_和平衡相的_。18. 在二元相图中，L1a+L2叫_反应，bL+a称为_转变，而反应aab称为_反应，a+b®g称为_反应。19 Fe-Fe3C相图中含碳量小于_为钢，大于_为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由_和_两个基本相组成；根据溶质原子的位置，奥氏体其晶体结构是_，是_

21、固溶体，铁素体是_，其晶体结构是_，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含量是_；珠光体的含碳量是_它是由_和_组成的两相混合物；莱氏体的含碳量_；在常温下，亚共析钢的平衡组织是_，过共析钢的平衡组织是_，亚共晶白口铸铁的平衡组织是_，莱氏体的相组成物是_，变态莱氏体的相组成物是_ ，Fe3CI是从_中析出的，Fe3CII是从_中析出的，Fe3CIII是从_中析出的，它们的含碳量为_，Fe3C主要性能特点是_，A共析反应后的生成物称为_。2. 选择1 图1中合金非平衡凝固后的组织为_。A b B b+aII C b+未转变的a图2 图12 要得到细小的层片状共晶组织，必须_。A增大过冷度 B降低凝固速

22、度 C 增大两相间的界面能4 要得到细小的层片状共晶组织，必须_。A增大过冷度 B降低凝固速度 C 增大两相间的界面能7 图中1，2，3合金在常温下凝固后，枝晶偏析最小的是_。 A 合金1 B 合金2 C 合金38 有枝晶偏析的铜镍合金，_A 枝干富Cu，枝间富NiB 枝干富Ni，枝间富CuC 枝干和枝间都富Cu9 室温下含0.3%C的钢平衡条件下，组织组成物为_。A F+P B F+Fe3C C (Fe3C)II+P10 铁碳合金中的Fe3CII是从_中析出来的。A 液相 B 奥氏体 C铁素体 D 珠光体11 Fe3CII含量最多的是_。A Fe-0.0218%C合金 B Fe-0.77%C

23、合金C Fe-2.11%C合金 D Fe-6.69%C合金12 亚共析钢于两相区长时加热，（ ）变成单相奥氏体。A 能 B 不能3 名词解释负温度梯度，粗糙界面，平衡分配系数，有效分配系数，枝晶偏析，均匀化退火，成分过冷，比重偏析，伪共晶，离异共晶，不平衡共晶，包析反应，共析反应，偏晶反应，珠光体，莱氏体，二次渗碳体，增幅分解， 4 判断1 固溶体合金形核比纯金属形核难。（ ）2 产生新相，其自由能一定要比母相低才能发生。（）3 在一定温度下二元合金中存在二相平衡条件是a相和b相有相同的自由能。（ ）4 晶粒之间化学成分不均匀的现象，称为枝晶偏析。（ ）5 晶内偏析可通过均匀化退火消除。（ ）

24、6 铜在凝固过程中以树枝晶长大时，其一次轴为<100>的可能性最大。（ ）7 存在晶内偏析的固溶体相由于其晶粒内各处成分不同，所以不能看成一个相。（ ）8 成分过冷愈大，树枝组织愈发达。（ ）9 任何合金的不平衡结晶总是先结晶的固溶体晶粒含高熔点组元多，而后结晶的固溶体枝晶含低熔点组元多。（ ）10 任何成分的亚共晶和过共晶合金不平衡结晶条件下所获得的组织与平衡组织比较，其中初生相相对量较少，而共晶体量相对较多。（ ）11 伪共晶区往往偏向晶格简单粗糙界面一边。（）1 离异共晶只能在非平衡条件下产生。（）1 过冷度越大，比重偏析越严重。（）1 扩散退火可消除区域偏析。（）15 在过

25、冷度相同的条件下，共晶反应的速度比包晶反应快。（ ）16 二元合金中的稳定化合物有一定熔点。（ ）在熔点以下不发生分解（ ）不稳定化合物都是共析反应的生成物。（ ）19 二元相图中三相平衡时温度恒定，而平衡三相成分可变。（ ）24 如图5的相图（二元共晶）的画法是正确的（ ） 图6图525 在二元合金中，铸造性能最好的是共晶合金。（ ）26 固溶体合金凝固时，在正温度梯度下晶体也可能以树枝晶长大。（ ）27 无论何种成分碳钢组织中铁素体相对量随C%增加而减少，珠光体相对量则增加。（ ）29 莱氏体和变态莱氏体存在的温度范围不同（ ），除此之外，二者无其他差别（ ）。30 铸铁平衡结晶过程只有共

26、晶转变而没有共析转变。（ ）31 Fe-Fe3C相图中，含碳量低于0.0218%的合金平衡结晶组织中才有三次Fe3C存在。（ ）32 铁素体与奥氏体的根本区别在于溶碳量不同，铁素体少而奥氏体多。（ ）5 问答1 由Al-Cu合金相图（图7），试分析：适合压力加工和铸造的合金的成分是什么，用什么方法可提高合金强度。2 试说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时可以呈树枝状方式成长，而纯金属则得不到树枝状晶。3 如图7二元合金，（1）分析合金I在平衡结晶和快速冷却不平衡结晶时的组织不同点；（2）分析合金II在平衡结晶后室温下相及组织，计算组织组成物的含量分布。4 如图8所示为Ni-Al相图 1）

27、填出相图中各相区的平衡相2） 图中的a相和h相是何种晶体结构？3） 指出图中的稳定化合物和不稳定化合物。4 ）写出图中存在的恒温反应，指明反应类型 5 ）计算含Ni 30%(重量)的合金在在冷却时的相变过程，室温下的相组成与组织组成，并计算出其中组织组成物的百分数。 6 ）试说明含Ni89%（重量）的Ni-Al合金其平衡凝固与非平衡凝固后的显微组织的不同。III 图7图85 试说明在正温度梯度下，为什么固溶体合金凝固时可以呈树枝状方式成长，而纯金属则得不到树状晶。7 为使低合金钢焊接接头中的粗大树枝晶组织改变为胞状晶就能避免脆性，为此应如何确定焊接工艺？8 图9是Ti-Co相图的一部分，回答下

28、列问题。（1） 把空白相区填上相的名称。（2） 分析X合金（Ti-35%Co）在平衡条件下的相变过程：（1）要写出液相析出初晶和各三相平衡反应式；（2）要绘出液相刚凝固完毕时的显微组织示意图，并计算出其中相组成物和组织组成物的百分含量； 图10图99 根据Cu-Sn相图（图10）回答下列问题： （1）a相和b相为何种晶体结构？（2）Cu-13.57%Sn合金在常温下凝固后，将在a相的晶界上出现少量b相，其原因何在？如何消除b相？（1） 绘出Cu-70%Sn合金平衡凝固完毕时的显微组织示意图，并计算其中相组成物和组织组成物的百分数。25 6580图12 11 A组元为fcc结构，B组元为bcc结

29、构，A-B二元相图如图所示。1）图中的a和b相各为何种晶体结构？2）指出此二元系中比较适合做变形合金何铸造合金的成分范围。3）计算出亚共晶合金在TE温度时（共晶反应前）的平衡分配系数。4）设X合金平衡凝固完毕时的组织为a初晶+(a+b)共晶，其中a初晶占80%，则此合金中B组元的含量是多少？ 12 根据Cu-Zn相图（见图13）回答下列问题：图中的a相和h为何种晶体结构？写出各三相平衡反应式，且每个反应要注明反应时的温度工业用普通黄铜(即Cu-Zn合金，Zn<45%)非平衡凝固时，为何枝晶偏析小？计算出Cu-35%Zn合金液相刚凝固完毕时相组成物的百分数。画出850e 时Cu-Zn系合金

30、各相的自由能成分曲线示意图图14图13 14 如图14为Mg-Y相图） 填相区组成，写出相图上等温反应及Y=5%wt时的合金K在室温时的平衡组织，并计算相组成相对量。） 指出提高合金K强度的方法） 合金K在不同冷却速度下凝固后的组织。4）已知Mg为hcp结构，试计算Mg晶胞的致密度；5）简述图中Y=10%wt之合金的强化方法17 试画出Fe-Fe3C亚稳平衡相图。标注平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。分析含C%为0.49%合金的平衡和非平衡凝固过程。对Fe-1%C合金，在亚稳冷却转变和淬火冷却转变后组织、性能的差异。（ 亚稳，P+Fe3CII，淬火，马氏体相变。）18 根据铁碳相图回答下列问题： 1 写出下列合金的化学成分：（1） 最容易产生枝晶偏析的合金； 2）Fe3CII含量最多的合金；（2） 珠光体含量最多的合金； 4）莱氏体含量最多的合金。 2 画出Fe-1.2%C合金的室温平衡组织示意图，并计算出其中相组成物和组织组成物的百分含量。 3 画出1200时各相的自由能-成分曲线示意图。4 根据Fe-Fe3C状态图确定下列