材料科学基础习题

1、金属学部分复习题1、金属的晶体结构：名词解释：金属键：原子失去电子后则变成正离子，共有化的自由电子和正离子以静电引力而结合起来，这种结合方式叫做金属键，它没有饱和性和方向性。晶体结构：指晶体中实际质点（原子、离子、分子）的具体排列情况。常见的晶体结构有三种，体心立方结构、面心立方结构、密排六方结构。晶体：原子在三维空间中有规则的周期性重复排列的物质非晶体：原子不按照一定的空间排列顺序的固体晶格：人为地将阵点用直线连接起来形成的空间格子晶胞：从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元来分析阵点排列的规律性，这个最小几何单元称为晶胞晶格常数：晶胞的棱边长度原子半径：指原子的尺寸。体心立方晶

2、胞中的原子半径，面心立方晶格，密排六方晶格配位数：晶体结构中与任一个原子最近邻且等距离的原子数目致密度：指HYPERLINK /view/23946.htm晶胞中原子本身所占的体积百分数，即晶胞中所包含的原子体积与晶胞体积的比值晶向指数：确定步骤以晶格中某结点为原点，以晶胞的三个棱边为坐标轴x、y、z，以棱边长度为坐标轴的长度单位；定出欲求晶向上任意两点坐标。将末点的坐标值减去始点的坐标值，得到沿该坐标系各轴方向移动的点阵参数的数目。将这三个值化为最小简单整数，依次写入方括号中，即得所求的晶向指数uvw。若晶向指向坐标的负方向时，则坐标值中出现负值，这时在晶向指数的这一数字上冠以负号。晶面指数

3、：确定步骤建立如前所述的坐标系，坐标原点应位于待定晶面外，以免出现零截距；以棱边长度为度量单位，求出待定晶面在各轴上的截距；如果该晶面与某轴平行，则截距为无穷大。取截距的倒数，并化为最小简单整数，放在圆括号内，即为所求的晶面指数（hkl）。如果所求晶面在坐标轴上的截距为负值，则在该指数上加一负号。各向异性：沿HYPERLINK /view/530971.htm晶格的不同方向，HYPERLINK /view/21855.htm原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同同素异晶转变：当外部条件改变时，金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变晶界：晶体结构相同

4、但位向不同的晶粒之间的界面晶体缺陷：在实际的晶体中，由于晶体形成条件、原子的HYPERLINK /view/748950.htm热运动及其它条件的影响，原子的排列不可能那样完整和规则，往往存在偏离了理想晶体结构的区域，可分为点缺陷（空位、间隙原子和置换原子）、线缺陷（位错）和面缺陷三类。晶格畸变：空位、间隙原子、置换原子的存在使其周围原子间的相互作用失去平衡，偏离其平衡位置，就在这些缺陷的周围出现一个涉及几个原子间距范围的弹性畸变区，因而引起周围晶格产生畸变能量起伏：对一个原子来说，这一瞬间能量可能高些，另一瞬间可能低些，这种现象单晶体：单个晶粒的晶体多晶体：由两颗以上晶粒所组成的晶体亚晶：实

5、际晶粒中原子并非完全按照同一位向规则排列，它是由许多具有一定位向差（几十分到12）的小晶块组成，这些小晶块称亚晶金属有哪些特性?如何解释这些特性?常见金属的晶体结构有哪几种？高的导电性和导热性，一般不透明，有金属光泽，一定的强度和韧度，正的电阻温度系数。取决于组成金属的原子结构特点及由此而决定的结合方式常见的金属晶体结构有三种：体心立方结构、面心立方结构、密排六方结构。晶体与非晶体的的概念、区别。晶体物质有何特性？概念：晶体是原子在三维空间中有规则的周期性重复排列的物质 非晶体是原子不按照一定的空间排列顺序的固体区别：晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，具有长程有序，并成周期性重复

6、排列，有固定的熔点，有各向异性。 非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体，具有近程有序，但不具有长程有序。如玻璃。外形为无规则形状的固体，无固定的熔点，各同向性。晶体特性：（1)晶体往往具有整齐规则的几何外形； (2)晶体有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持不变； (3)晶体有各向异性的特点。晶体具有各向异性的原因？工业上使用的金属材料为什么不显示各向异性？原因：由于在晶体内部原子的周期性排列结构中，不同方向上原子或分子的排列情况不同工业上使用的金属材料为多晶体，多晶体中的晶粒位向是任意的，晶粒的各项异性被相互抵消。因此，一般整个金属不显示各向异性面心立方晶格(fcc),体心立

7、方晶格(bcc),密排六方晶格（hcp）结构中哪一个晶面和晶向的原子排列密度最大?面心：（111）、110 体心：（110）、111掌握原子半径、原子密度的计算方法与配位数的确定。作图表示111、110、010、001；（111）、（110）、（010）、（011）晶向和晶面。若晶面指数与晶向指数相同，它们之间存在什么关系？立方晶系中属于垂直关系金属材料的性能取决于什么？热处理以及化学成分，性能主要考虑屈服，抗拉，延伸，冲击，有时也考虑冲击功常见Fe、Fe、Cr、Au、Ag、Al、Cu、Zn、Ni、W等金属是属于哪种晶体结构？体、面、体、面、面、面、面、密、面、体金属存在的实际晶体缺陷有哪些？

8、点缺陷、线缺陷、面缺陷三种缺陷。其中点缺陷包括空位、间隙原子、置换原子。线缺陷包括刃型位错、螺型位错。面缺陷包括晶体的表面、晶界、亚晶界、相界。在立方晶系中，晶向uvw与晶面（hkl）互相平行的条件是什么？晶格常数为a的面心立方，其原子数为多少？原子半径是多少？配位数是多少？致密度是多少？4 、 、12、0.74a-Fe和Mg金属晶格的致密度、配位数、滑移系数分别为多少？ a-Fe：0.68 8 12 Mg： 0.74 12 32、.纯金属的结晶名词解释：结晶：物质由原子排列不规则的液体转变为原子排列规则的固体晶体的过程过冷现象：金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象过冷度：二者温度之差，远

9、程有序：在晶体中若每种质点在整个图形中各自都呈现规律的周期性重复近程有序：指材料的结构在原子、分子范围内有一定规则排列均匀形核：在一定的过冷度下，依靠短程有序的原子集团形成晶核，不受杂质或外表面的影响非均匀形核:依附于金属液中多种杂质微粒表面形成晶核的形核过程临界晶核:既可能消失，也可能长大成为稳定的晶核，其长大趋势等于消失趋势的晶胚形核率（N）:当温度低于理论结晶温度时，单位体积液体在单位时间内所形成的晶核数正温度梯度:液相中的温度随至界面距离的增加而提高的温度分布状况，过冷度随至界面距离的增加而减小负温度梯度:液相中的温度随至界面距离的增加而降低的温度分布状况，过冷度随至界面距离的增加而增

10、大成分过冷:凝固时由于溶质再分配造成固液界面前沿溶质浓度变化，引起理论凝固温度的改变而在液固界面前液相内形成的过冷变质处理:在浇注前往液态金属中加入形核剂，促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒结构起伏:在液态金属中，每一瞬间都涌现出大量的短程有序的原子集团，这种此消彼长、瞬息万变、结构不稳定的现象晶粒:结晶物质在HYPERLINK /view/539997.htm生长过程中，由于受到外界空间的限制，未能HYPERLINK /view/30568.htm发育成具有规则形态的HYPERLINK /view/51869.htm晶体，而只是HYPERLINK /view/148817.htm结晶成的HY

11、PERLINK /view/837396.htm颗粒状简述液态金属结晶的基本过程，熟悉金属结晶的热力学条件、结构条件；为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素有哪些？因为实际凝固点的温度比理论凝固点的温度要低一些 所以他们的差值就表现为一定的过冷度冷却速度影响了过冷度 冷却速度越大 过冷度也越大影响形核率的因素有哪些？形核温度、形核时间、形核衬底的数量、新相与衬底润湿角()、形核衬底的形状铸锭分几个晶区？各晶区形成原因分析。 P621）表层细晶区（激冷层）： 核心多晶粒细小： 自 发 形核过冷度大非自发形核模壁（2）柱状晶区： 过冷度变小，不能独立形核。靠细晶中取向有利（一次轴平行于垂

12、直模壁方 向）晶粒快速向液体中成长。（3）中心等轴晶区： 锭中心整个液体达到过冷； 中心存在晶核（晶种）。中心区晶种来源： 成分过冷理论：液体中心区出现成分过冷，形成大量晶核，成长为等轴晶。影响晶粒大小的因素、控制晶粒大小的方法主要采用的措施是什么？过冷度、变质处理、振动、搅拌 P40电磁搅拌、机械振动在液态金属的结晶过程中主要起什么作用？并作简明扼要的分析。促使晶核提前形成、是成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加 P41铸锭有哪些缺陷？生产实际中怎样减轻和消除？ P64缩孔（集中缩孔、分散缩孔）、气孔、偏析3、二元合金的相结构与结晶名词解释：合金：由两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼、

13、烧结或其他方法组合而成并且有金属特性的物质相：指合金中结构相同、成分相同、性能均一并以界面相互分开的均匀组成部分组织：对组织材料的相的类型、形状、数量、大小、分布等特征的描述，特征相同的部分归为一种组织组成物合金系：由给定组元可按不同比例配制出一系列不同成分的HYPERLINK /view/101949.htm合金，这一系列合金就构成一个合金系统固溶体：凡溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素的晶格类型所形成合金相置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置，这些结点上的溶剂原子被溶质原子所置换间隙固溶体：溶质原子不是占据溶剂晶格的正常结点位置，而是填入溶剂原子间的一些间隙中有限固溶体

14、：溶质组元在该固溶体中的浓度有一定的限度，超过限度就不再溶解无限固溶体：溶质与溶剂以任何比例都能互溶，固溶度可从1%达100%。无限固溶体只可能是置换固溶体金属间化合物（中间相）：两组元组成的合金中，在形成有限固溶体的情况下，如果溶质含量超过其溶解度时，将会出现新相，其成分处在最大溶解度之间，具有高熔点、高硬度间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径比值小于0.59时，化合物具有比较简单的晶体结构，称为间隙相间隙化合物：当非金属原子半径与金属原子半径比值大于0.59时，化合物结构很复杂，成为间隙化合物平衡结晶：在一定条件下合金系中参与相变过程的各相的成分和相对质量不再变化所达到的一种状态。此时合

15、金系稳定，不随时间而改变。只有共晶成分的合金才能获得完全的共晶组织非平衡结晶：成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金，也可能得到全部共晶组织固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降枝晶偏析：合金以树枝状凝固时，枝晶干中心部位与枝晶间的溶质浓度明显不同的成分不均匀现象共晶反应：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程包晶反应：一个液相和一个固相在恒温下生成另一个固相的转变过程共析反应：一定成分的固相，在一定温度下分解为另外两个一定成分的固相的转变过程组织组成物：在显微组织中均能清楚地区分开，是组成显微组织的独立部分相组成物：

16、组成合金的各相伪共晶：非共晶成分的合金所得到的共晶组织离异共晶：由于先共晶相数量较多，共晶相组织很少，共晶组织中与初晶相相同的那一相会依附于先共晶相上长大，另外一个相单独分布于晶界处，使得共晶组织的特征消失，这种两相分离的共晶称为离异共晶。影响固溶体固溶度大小的四个因素？ P161、晶体结构 2、原子尺寸因数 3、化学亲和力、4、原子价因数固溶体合金的性能怎样？ P18生产实际中利用什么方法消除枝晶偏析？ P50根据教材P55 图319分析含Sn量为30%的铅锡合金的结晶过程，并利用杠杆定律计算该合金在室温下的组织组成物和相组成物的相对百分量能较好地利用已学过的知识改正相图中的错误，完成相图中

17、按组织组成物和相组成物的填写。掌握合金性能与相图之间的关系掌握杠杆定理的应用。在多相合金中固溶体是作为什么相？金属化合物是作为什么相？.纯金属与固溶体合金平衡结晶有什么相同点和不同点？相同点：1、过冷 2、形核条件：能量起伏、结构起伏 3、长大方式：垂直长大 4、形核方式：均匀、非均匀 5、晶体结构形态：正温度梯度时平面状长大或负温度梯度时树枝状长大形态不同点：1、合金是异分结晶，需要成分起伏 2、合金的结晶需要一定的温度范围，而纯金属是恒温结晶 3、晶体结晶形态：固溶体合金有成分过冷，所以，固溶体合金在正温度梯度时也可能出现胞状或树枝状长大的形态4、铁碳合金名词解释：铁素体：碳溶于铁中的间隙

18、固溶体，为体心立方晶格奥氏体：碳溶于铁中的间隙固溶体，为面心立方晶格渗碳体：铁和碳形成的间隙化合物，含碳量为6.69%，属于复杂结构的间隙化合物珠光体：珠光体是在727恒温下，由HYPERLINK /view/330479.htm奥氏体发生HYPERLINK /view/1479200.htm共析转变所形成的HYPERLINK /view/7557.htm铁素体与HYPERLINK /view/330485.htm渗碳体的共析体一次渗碳体：由液相中直接得到的渗碳体二次渗碳体：从奥氏体中析出的渗碳体三次渗碳体：从铁素体中析出的渗碳体高温莱氏体:共晶转变形成的奥氏体与渗碳体的混合物变态莱氏体:保持

19、了在高温下共晶转变后所形成的莱氏体的形态特征，但组成相发生了改变熟悉铁碳合金相图，各点、线的意义，各相区的组成相和组织组成物。（说明：不能自己命名各点、线的符号）分析含碳量为：0.10%、0.30%、0.77%、0.90%、3.0%的铁碳合金的结晶过程、同时绘制出冷却曲线和组织转变示意图，并利用杠杆定律计算合金在共析反应完毕和室温下的相组成物和组织组成物的相对百分数量。铁碳合金随着含碳量的增加或减少组织组成物和相组成物的变化情况钢中含碳量的变化对组织和性能有何影响？5、三元合金相图. .熟悉三元合金成分表示方法 、成分三角形（浓度三角形）、直线法则、杠杆定律的应用 能看懂并分析图5-17三元相

20、图投影图各成分点区域中合金的结晶过程和合金最终组织。6、金属及合金塑性变形与断裂名词解释：弹性变形:材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形塑性变形:在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。滑移：晶体的塑形变形是晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向发生滑移的结果，这种变形方式叫做滑移滑移系：晶体通过滑移产生塑性变形时，由滑移面和其上的滑移方向所组成的系统临界分切应力：能引起滑移或孪生所需要的最小分切应力软取向：当滑移面的法线、滑移方向和外力轴三者处于同一平面，且滑移面

21、的倾斜角为45度时，取向因子具有最大值0.5，此时的分切应力也最大，所以它是最有利于滑移的取向。硬取向：当外力与滑移面平行或垂直时，则s为最大值，根本无法滑移。孪生：通常把对称的俩部分晶体称为孪晶，而将形成孪晶的过程称为孪生加工硬化：在塑性变形的过程中，随着金属内部组织的变化，金属的力学性能也将产生明显的变化，既随着变形程度的的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化变形织构：多晶材料因塑性变形后的晶粒取向偏离非随机分布状态所形成的组织。板织构：轧板时形成的织构称为板织构丝织构：拔丝时形成的织构称为丝织构几种常见金属滑移系多少的计算？为什么面心立方金属的塑性比体心立方金属好？滑移的实质是？多晶体变形有何特点？细晶粒金属为什