第一章
1.作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向
3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=b≠c，c=2/3a。今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。
解：设X方向的截距为5a，Y方向的截距为2a，则Z方向截距为3c=3X2a/3=2a，取截距的倒数，分别为
1/5a，1/2a，1/2a
化为最小简单整数分别为2,5,5
故该晶面的晶面指数为（2 5 5）
4.体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面
解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/2，（1 1 1）面间距
为√3a/3
三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0）
7.证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633
证明：理想密排六方晶格配位数为12，即晶胞上底面中心原子与其下面的3个位于晶胞内的原子相切，成正四面体，如图所示
则OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a
因△ABC是等边三角形，所以有OC=2/3CE
由于(BC)2=(CE)2+(BE)2
则
有(CD)2=(OC)2+(1/2c)2，即
因此c/a=√8/3=1.633
8.试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为r=0.414R
解：面心立方八面体间隙半径r=a/2-√2a/4=0.146a
面心立方原子半径R=√2a/4，则a=4R/√2，代入上式有
R=0.146X4R/√2=0.414R
9.a）设有一刚球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。b）经X射线测定，在912℃时γ-Fe的晶格常数为0.3633nm，α-Fe的晶格常数为0.2892nm，当由γ-Fe转化为α-Fe时，求其体积膨胀，并与a）比较，说明其差别的原因。
解：a）令面心立方晶格与体心立方晶格的体积及晶格常数分别为V面、V踢与a面、a体，钢球的半径为r，由晶体结构可知，对于面心晶胞有
4r=√2a面，a面=2√2/2r，V面=（a面）3=（2√2r）3
对于体心晶胞有
4r=√3a体，a体=4√3/3r，V体=（a体）3=（4√3/3r）3
则由面心立方晶胞转变为体心立方晶胞的体积膨胀△V为
△V=23V体-V面=2.01r3
B）按照晶格常数计算实际转变体积膨胀△V实，有
△V实=2△V体-V面=2x(0.2892)3-(0.3633)3=0.000425nm3
实际体积膨胀小于理论体积膨胀的原因在于由γ-Fe转化为α
-Fe时,Fe原子的半径发生了变化，原子半径减小了。
10.已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为0.286nm和0.3607nm，求1cm3中铁和铜的原子数。
解：室温下Fe为体心立方晶体结构，一个晶胞中含2个Fe原子，Cu为面心立方晶体结构，一个晶胞中含有4个Cu原子1cm3=1021nm3
令1cm3中含Fe的原子数为N Fe，含Cu的原子数为N Cu，室温下一个Fe的晶胞题解为V Fe，一个Cu晶胞的体积为V Cu，则N Fe=1021/V Fe=1021/(0.286)3=3.5x1018
N Cu=1021/V Cu=1021/(0.3607)3=2.8X1018
11.一个位错环能不能各个部分都是螺型位错或者刃型位错，试说明之。
解：不能，看混合型位错
13.试计算{110}晶面的原子密度和[111]晶向原子密度。
解：以体心立方{110}晶面为例
{110}晶面的面积S=a x √2a
{110}晶面上计算面积S内的原子数N=2
则{110}晶面的原子密度为ρ=N/S= √2a-2
[111]晶向的原子密度ρ=2/√3a
15.有一正方形位错线，其柏式矢量如图所示，试指出图中各段线的性能，并指出任性位错额外串排原子面所在的位置。
D C
b
A B
AD、BC段为刃型位错；
DC、AB段为螺型位错
AD段额外半原子面垂直直面向里
BC段额外半原子面垂直直面向外
第二章
1.证明均匀形核时，形成临界晶粒的ΔGk 与其体积V 之间的关系为ΔG k = V/2△G v
证明：由均匀形核体系自由能的变化
（1）可知，形成半径为r k的球状临界晶粒，自由度变化为
（2）对（2）进行微分处理，有
(3)
将（3）带入（1），有
（4）
由于，即3V=r k S （5）
将（5）带入（4）中，则有
2.如果临界晶核是边长为a 的正方形，试求其△Gk 和a 的关系。为什么形成立方晶核的△G k比球形晶核要大？
3.为什么金属结晶时一定要有过冷度，影响过冷度的因素是什么，固态金属融化时是否会出现过热，为什么？
答：由热力学可知，在某种条件下，结晶能否发生，取决于固相的自由度是否低于液相的自由度，即?G =GS-GL<0；只有当温度低于理论结晶温度Tm 时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态金属才能自发地转变为固态金属，因此金属结晶时一定要有过冷度。影响过冷度的因素：影响过冷度的因素：1）金属的本性，金属不同，过冷度大小不同；2）金属的纯度，金属的纯度越高，过
冷度越大；3）冷却速度，冷却速度越大，过冷度越大。固态金属熔化时会出现过热度。原因：由热力学可知，在某种条件下，熔化能否发生，取决于液相自固态金属熔化时会出现过热度。原因：由度是否低于固相的自由度，即?G = GL-GS<0；只有当温度高于理论结晶温度Tm 时，液态金属的自由能才低于固态金属的自由能，固态金属才能自发转变为液态金属，因此金属熔化时一定要有过热度。
4.试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。
相同点：均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径，非均匀形核的临界形核功也等于三分之一.
不同点：非均匀形核要克服的位垒比均匀形核的小得多，在相变的形核过程通常都是非均匀形核优先进行。核心总是倾向于以使其总的表面能和应变能最小的方式形成，因而析出物的形状是总应变能和总表面能综合影响的结果。
5.说明晶体成长形状与温度梯度的关系
（1）、在正的温度梯度下生长的界面形态：
光滑界面结晶的晶体，若无其它因素干扰，大多可以成长为以密排晶面为表面的晶体，具有规则的几何外形。粗糙界面结构的晶体，在正的温度梯度下成长时，其界面为平行于熔点等温面的平直界面，与散热方向垂直，从而使之具有平面状的长大形态，可将这种长大方式叫做平面长大方式。
（2）、在负的温度梯度下生长的界面形态粗糙界面的晶体在负的温度梯度下生长成树枝晶体。主干叫一次晶轴或一次晶枝。其它的叫
二次晶或三次晶。对于光滑界面的物质在负的温度梯度下长大时，如果杰克逊因子α不太大时可能生长为树枝晶，如果杰克逊因子α很大时，即使在负的温度梯度下，仍有可能形成规则形状的晶体。
6.简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点
形成原因：1）表层细晶区：低温模壁强烈地吸热和散热，使靠近模壁的薄层液体产生极大地过冷，形成原因形成原模壁又可作为非均匀形核的基底，在此一薄层液体中立即产生大量的晶核，并同时向各个方向生长。晶核数目多，晶核很快彼此相遇，不能继续生长，在靠近模壁处形成薄层很细的等轴晶粒区。
2）柱状晶区：模壁温度升高导致温度梯度变得平缓；过冷度小，不能生成新晶核，但利于细晶区靠近液相的某些小晶粒长大；远离界面的液态金属过热，不能形核；垂直于模壁方向散热最快，晶体择优生长。
3）中心等轴晶区：柱状晶长到一定程度后，铸锭中部开始形核长大---中部液体温度大致是均匀的，每个晶粒的成长在各方向上接近一致，形成等轴晶。
性能特点：1）表层细晶区：组织致密，力学性能好；
2）柱状晶区：组织较致密，存在弱面，力学性能有方向性；
3）中心等轴晶区：各晶粒枝杈搭接牢固，无弱面，力学性能无方向性。
7.为了得到发达的柱状晶区应采用什么措施，为了得到发达的等轴晶区应采取什么措施？其基本原理如何？
答：为了得到发达的柱状晶区应采取的措施：1）控制铸型的冷却能力，采用导热性好与热容量大的铸型为了得到发达的柱状晶区应采取的措施：材料，增大铸型的厚度，降低铸型的温度。2）提高浇注温度或浇注速度。3）提高熔化温度。基本原理：基本原理：1）铸型冷却能力越大，越有利于柱状晶的生长。2）提高浇注温度或浇注速度，使温度梯度增大，有利于柱状晶的生长。3）熔化温度越高，液态金属的过热度越大，非金属夹杂物溶解得越多，非均匀形核数目越少，减少了柱状晶前沿液体中的形核的可能，有利于柱状晶的生长。
为了得到发达的等轴晶区应采取的措施：为了得到发达的等轴晶区应采取的措施：1）控制铸型的冷却能力，采用导热性差与热容量小的铸型材等轴晶区应采取的措施料，增大铸型的厚度，提高铸型的温度。2）降低浇注温度或浇注速度。3）降低熔化温度。
基本原理：基本原理：1）铸型冷却能力越小，越有利于中心等轴晶的生长。2）降低浇注温度或浇注速度，使温度梯度减小，有利于等轴晶的生长。3）熔化温度越低，液态金属的过热度越小，非金属夹杂物溶解得越少，非均匀形核数目越多，增加了柱状晶前沿液体中的形核的可能，有利于等轴晶的生长。
第三章
1.在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状生长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？
纯金属凝固时，要获得树枝状晶体，必需在负的温度梯度下；在正的温度梯度下，只能以平面状长大。而固溶体实际凝固时，往往会产生成分过冷，当成分过冷区足够大时，固溶体就会以树枝状长大。
2.何谓合金平衡相图，相图能给出任一条件下的合金显微组织吗？
合金平衡相图是研究合金的工具，是研究合金中成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。其中二元合金相图表示二元合金相图表示在平衡状态下，合金的组成相或组织状态与温度、成分、压力之间关系的简明图解。平衡状态：合金的成分、质量份数不再随时间而变化的一种状态。合金的极缓慢冷却可近似认为是平衡状态。
三元合金相图是指独立组分数为3的体系，该体系最多可能有四个自由度，即温度、压力和两个浓度项，用三维空间的立体模型已不足以表示这种相图。若维持压力不变，则自由度最多等于3，其相图可用立体模型表示。若压力、温度同时固定，则自由度最多为2，可用平面图来表示。通常在平面图上用等边三角形(有时也有用直角坐标表示的)来表示各组分的浓度。
不能，相图只能给出合金在平衡条件下存在的合金显微组织
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？
在固溶体合金凝固时，在正的温度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差别，导致固液界面前沿的熔体的温度低于实际液相线温度，从而产生的过冷称为成分过冷。
这种过冷完全是由于界面前沿液相中的成分差别所引起的。温度梯度增大，成分过冷减小。成分过冷必须具备两个条件：第一是固~液界面前沿溶质的富集而引起成分再分配；第二是固~液界面前方液相的实际温度分布，或温度分布梯度必须达到一定的值。
对合金而言，其凝固过程同时伴随着溶质再分配，液体的成分始终处于变化当中，液体中的溶质成分的重新分配改变了相应的固液平衡温度，这种关系有合金的平衡相图所规定。利用“成分过冷”判断合金微观的生长过程。
第四章
1.分析分析ωc=0.2%,wc=0.6%,wc=1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却到室温的转变过程。
ωc=0.2%: L---L+δ---δ→γ(1495度)---γ+L---γ----α+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C; (γ=A,α=F;下同)
ωc=0.6%: L---γ+L---γ----α+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C;
ωc=1.2%: L---γ+L---γ----Fe3C+γ----γ→α(727度)---α
+Fe3C;
室温下相组成物的相对含量:
ωc=0.2%，渗碳体相对含量=(0.2-0.02)/6.67 %,余量铁素体
ωc=0.6%，渗碳体相对含量=(0.6-0.02)/6.67 %,余量铁素体
ωc=1.2% 渗碳体相对含量=(1.2-0.02)/6.67 %,余量铁素体
室温下组织组成物的相对含量:
ωc=0.2%，珠光体相对含量=(0.2-0.02)/0.77%,余量铁素体
ωc=0.6%，珠光体相对含量=(0.6-0.02)/0.77 %,余量铁素体
ωc=1.2%,渗碳体相对含量=(1.2-0.77)/6.67 %,余量珠光体
2.分析ωc=
3.5%、ωc=
4.7%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和组织转变示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物。
解：下图表示ωc=3.5%%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程：
下图表示ωc=4.7%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程：
3.计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量。
答：铁碳合金中二次渗碳体即Fe3CⅡ的最大可能含量产生在
2.11%C的铁碳合金中，因此
（Fe3CⅡ）max=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）x100%=22.64%
三次渗碳体即Fe3CⅢ的可能最大含量在0.0218%C的铁碳合金中，因此
（Fe3CⅢ）max（0.0218-0.006）/（6.69-0.006）x100%=0.24%
4.分别计算莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体的含量。
解：在莱氏体中，
Fe3C共晶%=（4.3-2.11）/（6.69-2.11）*100%=47.8%
Fe3CⅡ%=[（6.69-4.3）/（6.69-2.11）]*[（2.11-0.77）/
（6.69-0.77）]*100%=11.8%
Fe3C共析%=[（6.69-4.3）/（6.69-2.11）-11.8%]*[（0.77-0.0218）/（6.69-0.0218）]*100%=4.53%
5.为了区分两种弄混的钢，工人分别将A、B两块碳素钢试样加热至850 ℃保温后缓冷，金相组织分别为：A试样的先共析铁素体面积为41.6%，珠光体面积为58.4%；B试样的二次渗碳体面积为7.3%，珠光体面积为92.7%；设铁素体和渗碳体的密度相同,铁素体的含碳量为零，求A、B两种碳素钢的含碳量。
解：这两个试样处理后都是得到的平衡态组织，首先判断A试样为亚共析钢，根据相图杠杆原理列出方程如下：
(0.77-X)/(0.77-0.0218)=41.6% 这样得到X=45.0%，大概是45钢的成分范围。
同理B试样为过共析钢(6.69-X)/(6.69-0.77)=92.7%；X=1.2%，大概是T12钢的范围，当然相应地还可以利用杠杆的另外一端来求了。
6.利用Fe-FeC3相图说明铁碳合金的成分、组织和性能的关系。
从相组成物的情况来看，铁碳合金在室温下的平衡组织均由铁素体和渗碳体组成，当碳质量分数为零时，合金全部由铁素体所组成，随着碳质量分数的增加，铁素体的量呈直线下降，到w c为6.69%时降为零，相反渗碳体则由零增至100%。
碳质量分数的变化不仅引起铁素体和渗碳体相对量的变化，而且两相相互组合的形态即合金的组织也将发生变化，这是由于成分的变化引起不同性质的结晶过程，从而使相发生变化的结果，由图3-35可见，随碳质量分数的增加，铁碳合金的组织变化顺序为：F→F+Fe3CⅢ→F+P→P→P+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ+Le→Le→Le+ Fe3CⅠ
w c<0.0218%时的合金组织全部为铁素体，w c=0.77%时全部为珠光体，w c=4.3%时全部为莱氏体，w c=6.69%时全部为渗碳体，在上述碳质量分数之间则为组织组成物的混合物；而且，同一种组成相，由于生成条件不同，虽然相的本质未变，但其形态会有很大的差异。如渗碳体，当w c<0.0218% 时，三次渗碳体从铁素体中析出，沿晶界呈小片状分布；经共析反应生成的共析渗碳体与铁素体呈交替层片状分布；从奥氏体中析出的二次渗体则以网状分布于奥氏体的晶界；共晶渗碳体与奥氏体相关形成，在莱氏体中为连续的基体，比较粗大，有时呈
鱼骨状；从液相中直接析出的一次渗碳体呈规则的长条状。可见，成分的变化，不仅引起相的相对量的变化，而且引起组织的变化，从而对铁碳合金的性能产生很大的影响。
1)切削加工性能
钢中碳质量分数对切削加工性能有一定的影响。低碳钢的平衡结晶组织中铁素体较多，塑性、韧性很好，切削加工时产生的切削热较大，容易黏刀，而且切屑不易折断，影响表面粗糙度，因此，切削加工性能不好；高碳钢中渗碳体较多，硬度较高，严重磨损刀具，切削性能也不好；中碳钢中铁素体与渗碳体的比例适当，硬度与塑性也比较适中，切削加工性能较好。一般说来，钢的硬度在170～250HBW时切削加工性能较好。
2)压力加工性能
金属压力加工性能的好坏主要与金属的锻造性有关。金属的锻造性是指金属在压力加工时能改变形状而不产生裂纹的性能。钢的锻造性主要与碳质量分数及组织有关，低碳钢的锻造性较好，随着碳质量
分数的增加，锻造性逐渐变差。由于奥氏体具有良好的塑性，易于塑性变形，钢加热到高温获得单相奥氏体组织时可具有良好的锻造性。白口铸铁无论在低温或高温，其组织都是以硬而脆的渗碳体为基体，锻造性很差，不允许进行压力加工。
3)铸造性能
随着碳质量分数的增加，钢的结晶温度间隔增大，先结晶形成的树枝晶阻碍未结晶液体的流动，流动性变差。铸铁的流动性要好于钢，随碳质量分数的增加，亚共晶白口铁的结晶温度间隔缩小，流动性随之提高；过共晶白口铁的流动性则随之降低；共晶白口铁的结晶温度最低，又是在恒温下结晶，流动性最好。碳质量分数对钢的收缩性也有影响，一般说来，当浇注温度一定时，随着碳质量分数的增加，钢液温度与液相线温度差增加，液态收缩增大；同时，碳质量分数增加，钢的凝固温度范围变宽，凝固收缩增大，出现缩孔等铸造缺陷的倾向增大。此外，钢在结晶时的成分偏析也随碳质量分数的增加而增大。
7.Fe-FeC3相图有哪些应用，又有哪些局限性
答：铁—渗碳体相图的应用：
1）在钢铁选材方法的应用；
2）在铸造工艺方法的应用；
3）在热锻、热轧、热锻工艺方法的应用；
4）在热处理工艺方法的应用。
渗碳体相图的局限性：
1）只反映平衡相,而非组织；
2）只反映铁二元合金中相的平衡；
3）不能用来分析非平衡条件下的问题
第五章
1.试在A、B、C 成分三角形中，标出注下列合金的位置：
1）ωC=10%，ωC=10%，其余为A；
2）ωC=20%，ωC=15%，其余为A；
3）ωC=30%，ωC=15%，其余为A；
4）ωC=20%，ωC=30%，其余为A；
5）ωC=40%，A和B组元的质量比为1:4；
6）ωA=30%，A和B组元的质量比为2:3；
解：6）设合金含B 组元为WB，含C 组元为WC，则WB/WC=2/3 WB+WC=1?30% 可求WB=42%，WC=28%。
2.在成分三角形中标注P （ωA=70%、ωB=20%、ωC=10%）；Q （ωA=30%、ωB=50%、ωC=20%）；N（ωA=30%、ωB=10%、ωC=60%）合金的位置，然后将5kgP合金、5kgQ合金和10kgN合金熔合在一起，试问新合金的成分如何？
解：设新合金的成分为ω新A、ω新B、ω新C ，则有
ω新A =(53ωP A +53ωQ A +103ωN A)/(5+5+10)=(5370%+5330%+10330%)/20=40.0% ;
ω新B=(53ωP A+53ωQ A+103ωN A)/(5+5+10)=(5320%+53
50%+10310%)/20=22.5% ;
ω新C=(53ωP A+53ωQ A+103ωN A)/(5+5+10)=(5310%+5320%+10360%)/20=37.5%;
所以，新合金的成分为：ω新A =40.0%、ω新B =22.5%、ω新C =37.5%。
第六章
1.
计算方法τk=σs2cosλcosυ=F/A cosλcosυ
4. 试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强度越高、塑性越好的原因是什么？
答：由Hall-Petch 公式可知，屈服强度σs 与晶粒直径平方根的倒数d v2呈线性关系。在多晶体中，滑移能否从先塑性变形的晶粒转移到相邻晶粒主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的位错塞积群所产生的应力集中能否激发相邻晶粒滑移系中的位错源，使其开动起来，从而进行协调性的多滑移。由τ=nτ0知，塞积位错数目n越大，应力集中τ越大。位错数目n与引起塞积的晶界到位错源的距离成正
《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。
7.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，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，所以不表示出单晶体的各向异性。 17.小角度晶界：相邻晶粒位向差小于10o的晶界。 18.大角度晶界：相邻晶粒位向差小于10o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）
金属学与热处理原理哈工大考研初试经典题目呕心沥血总结 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
哈工大金属学与热处理原理初试经典试题呕心沥血总结题记：权威的答案是考研专业课成功的保证！！！希望这份资料，能够照亮每一个苦苦求学的孩子通往哈工大的漫漫征程。 分享人：刚爷闯天下 第三章 什么是成分过冷画图说明成分过冷是如何形成的（以固相中无扩散，液相中只有扩散而无对流搅拌的情况为例说明）并说明成分过冷对晶体长大方式及铸锭组织的影响。 成分过冷：实质是液相成分变化引起过冷状况发生变化。 异分结晶必然导致溶质在液、固相中的浓度变化，而固溶体的平衡结晶温度则随合金成分的不同而变化，进而引起过冷状况变化。 自己把图画上(共五个) 假设液态金属中仅扩散，即扩散不能充分进行。 ，故将溶质排到界面前由图（a）结晶的固相成分总是低于平衡成分C o 沿，由于不能充分扩散，便在界面处产生溶质浓度梯度薄层。结合图（c）（d），固溶体平衡结晶温度随溶质浓度的变化而变化。将实际温度分布（b）与平衡结晶温度分布（e）叠加，便在固液界面前一定范围的液相中出现了过冷区域。平衡结晶温度与实际结晶温度之差为过冷度，这个过冷度是由于液相中成分变化引起的，故称为成分过冷。 成分过冷对晶体长大方式的影响： 随着成分过冷的增大，固溶体晶体由平面状向胞状、树枝状的形态发展 成分过冷对铸锭组织的影响： 固溶体合金的铸锭组织也是由表层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区组成。当溶质含量固定时，随着G/√R的增加成分过冷区下降，铸锭组织由等轴晶向柱状晶发展；当G/√R固定时，随着浓度的增加，成分过冷区增大，铸锭组织由柱状晶向等轴晶过度，有利于等轴晶形成。 （注：液相中的温度梯度G越小，成长速度R和溶质的浓度C o越大，则有利于形成成分过冷。） 第四章 试述铁碳合金平衡组织中铁素体和渗碳体的形态、特征和数量对合金组织和性能的影响。
14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？ 答: 组元：组成合金最基本的、独立的物质。 相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。 固溶体：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。 固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶剂原子在整个晶体中都按—定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。 置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。 影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构 何谓柏氏矢量？ 答：柏氏矢量：不但可以表示位错的性质，而且可以表示晶格畸变的大小和方向，从而使人们在研究位错时能够摆脱位错区域内原子排列具体细节的约束 1、名词解释： 过冷现象：结晶时，实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。在一定压力下,当液体的 温度已低于该压力下液体的凝固点,而液体仍不凝固的现象叫液体的过冷现象 结构起伏液态金属中近程有序的原子集团处于瞬间出现、瞬间消失、此起彼伏、变化不定 的状态之中，仿佛在液态金属中不断涌现出一些极微小的固态结构一样。这种不断变化的近 程有序原子集团成为结构起伏。 能量起伏液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停地 变化，时高时低的现象。 2、根据结晶的热力学条件解释。为什么金属结晶时一定要有过冷度？冷却速度与过冷度有什么关系？ 答：由热力学第二定律知道，在等温等压条件下，一切自发过程都朝着使系统自由能降低的方向进行。液态金属要结晶，其结晶温度一定要低于理论结晶温度Tm，此时的固态金属自由能低于液态金属的自由能，两相自由能之差构成了金属结晶的驱动力。要获得结晶过程所必须的驱动力，一定要使实际结晶温度低于理论结晶温度，这样才能满足结晶的热力学条件。过冷度越大，液、固两相自由能的差值越大，即相变驱动力越大，结晶速度越快，所以金属结晶必须有过冷度。冷却速度越大，过冷度越大；反之，冷却速度越小，则过冷度越小. 12、常温下晶粒大小对金属性能有何影响？根据凝固理论，试述细化晶粒的方法有哪些？答：金属的晶粒越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也越好。 细化晶粒的方法： 1）控制过冷度，在一般金属结晶时的过冷度范围内，过冷度越大，晶粒越细小；2）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；3）振动、搅动，对即将凝固的金属进行振动或搅动，一方面是依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面是使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加. 3、何谓枝晶偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响,如何消除？ 2）答：枝晶偏析：在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象称为晶内偏析，由于固溶体晶体通常是树枝状，枝干，枝间的化学成分不同，所以之为枝晶偏析。形成原因：固溶体合金平衡结晶的结果，使前后从液相中结晶出的固相成分不同，再加上冷却较快，不能使成分扩散均匀，结果就使每个晶粒内部的化学成分很不均匀，先结晶的含高熔点组元多，后结晶的含低熔点组元多，再结晶内部存在浓
第一章金属及合金的晶体结构 一、名词解释： 1．晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。2．非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。 3．晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 4．晶胞：构成晶格的最基本单元。 5．单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。 6．多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。 7．晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 8．合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 9．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 10．相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 11．组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 12．固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。 二、填空题： 1．晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。 2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。 8．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。
哈工大金属学与热处理复习资料
★课程考试大纲要求 考试内容 1）金属学理论 a:金属与合金的晶体结构及晶体缺陷 b:纯金属的结晶理论 c:二元合金相图及二元合金的结晶 d:铁碳合金及Fe-Fe 3C 相图 e:三元合金相图 f:金属的塑性变形理论及冷变形金属加热时的组织性能变化 （前六章，去掉6.7节 超塑性） 2）热处理原理及工艺 a:钢的加热相变理论 b:钢的冷却相变理论 c:回火转变理论 d:合金的时效及调幅分解 e:钢的普通热处理工艺及钢的淬透性 （后三章） 题型结构 a:基本知识与基本概念题 （约30分） b:理论分析论述题（约60分） c:实际应用题（约30分） d:计算与作图题（约30分） 试题形式 a:选择题 b:判断题 c:简答与计算 d: 综合题等 ★样题 一、选择题（在每小题的五个备选答案中，选出一个或一个以上正确的答案，将其标号填入括号内。正确的答案没有选全或选错的，该题无分。） 1. 与固溶体相比，金属化合物的性能特点是( )。 ①熔点高、硬度低； ② 硬度高、塑性高；③ 熔点高、硬度高； ④熔点高、塑性低； ⑤ 硬度低、塑性高 2．若体心立方晶胞的晶格常数为a, 则其八面体间隙 ( )。 ① 是不对称的； ② 是对称的； ③ 位于面心和棱边中点； ④ 位于体心和棱边中点； ⑤ 半径为a 4 32－ 3．奥氏体是( )。 ① 碳在γ- Fe 中的间隙固溶体; ② 碳在α- Fe 中的间隙固溶体; ③ 碳在α- Fe 中的有限固溶体; ④ 碳在γ- Fe 中的置换固溶体； ⑤碳在α- Fe 中的有序固溶体
4．渗碳体是一种 ( )。 ① 间隙相；② 金属化合物； ③正常价化合物； ④电子化合物；⑤ 间隙化合物 5．六方晶系的[100]晶向指数，若改用四坐标轴的密勒指数标定，可表示为 ( )。 ① []0112；② []0211； ③ []0121；④ []1102；⑤ []0110 6．晶面(110)和(111)所在的晶带，其晶带轴的指数为( )。 ① []101；② []011；③ []101；④ []110；⑤ []011 7．在室温平衡状态下，碳钢的含碳量超过0.9%后，随着含碳量增加，其 ( )。 ① 强度、塑性均下降； ② 硬度升高、塑性下降; ③ 硬度、塑性均下降; ④ 强度、塑性均不变； ⑤强度、塑性均不确定 8. 共晶成分的合金通常具有如下特性 ( )。 ① 铸造性能好; ② 锻造性能好; ③ 焊接性能好; ④ 热处理性能好； ⑤ 机械加工性能好 9. 钢的淬透性取决于 ( )。 ① 淬火冷却速度; ② 钢的临界冷却速度; ③ 工件的尺寸、形状； ④ 淬火介质； ⑤ 奥氏体的稳定性 10．淬火+高温回火被称为 ( )。 ① 时效处理；② 变质处理；③ 调质处理；④ 固溶处理；⑤ 均匀化处理 11．铁素体在加热到A3温度时将转变为奥氏体，这种转变称为 ( )。 ① 同素异晶转变；② 再结晶; ③ 结晶；④ 回复； ⑤ 重结晶 12．下贝氏体是 ( )。 ① 过饱和的α固溶体；② 过饱和的α固溶体和碳化物组成的复相组织； ③ 呈现羽毛状； ④ 呈现板条状； ⑤ 呈现竹叶状 13． 铸铁与碳钢的区别在于有无( )。 ① 渗碳体; ② 珠光体; ③ 铁素体; ④莱氏体； ⑤ 马氏体 14．实际金属一般表现出各向同性，这是因为实际金属为( )。 ① 固溶体； ② 单晶体； ③ 理想晶体； ④ 多晶体；⑤ 金属化合物 15. 合金元素碳溶入铁素体，将引起铁素体 ( )。 ①晶格畸变； ② 固溶强化； ③ 韧性提高； ④ 硬度提高； ⑤ 塑性下降 16. 通常情况下，随回火温度提高，淬火钢的 ( )。 ①强度下降；②硬度下降；③塑性提高；④韧性基本不变； ⑤ 硬度变化较小 17. 完全退火主要适用于 ( )。 ① 亚共析钢；②共析钢；③过共析钢；④ 非铁合金； ⑤ 铸铁合金 18．钢的回火处理工艺是 ( )。
第一章金属及合金的晶体结构 一、名词解释: 1 ?晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。 2?非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。 3 ?晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 4?晶胞：构成晶格的最基本单元。 5. 单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。 6?多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。 7?晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 8. 合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 9. 组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 10. 相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 11. 组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 12. 固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相 、填空题: 1 .晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。 2?常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3?实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4?根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5?置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 6 ?合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。 7. 同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光—泽，正的电阻温度系数。 8. 金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。 9. 位错两种基本类型是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是刃型位错所特有的 10. 在立方晶系中，｛120｝晶面族包括(120)、(120)、(102)、(102)、(210)、(210)> (201)、
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶格类型晶胞中的原子 数原子半 径 配位 数 致密度 体心立方 2 a 4 38 68% 面心立方 4 a 4 212 74% 密排六方 6 a 2 112 74% 晶格类型fcc(A1) bcc(A2) hcp(A3) 间隙类型正四面 体 正八面 体 四面体扁八面体四面体 正八面 体 间隙个数8 4 12 6 12 6 原子半径 r A a 4 2a 4 3 2 a 间隙半径 r B () 4 2 3a -()42 2 a -()43 5a -()43 2a -()42 6a -()21 2a - 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶
金属学与热处理期末练习题（含答案） 1、金属的机械性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标，其中衡量金属材料在静载荷下机械性能的指标有____强度_______、_____硬度______、_________塑性__。衡量金属材料在交变载荷和冲击载荷作用下的指标有_______韧性____和____疲劳强度_______。 2、常见的金属晶格类型有___面心立方晶格____ 、___体心立方晶格___ ____和__密棑六方晶格_ ________。 3、常用的回火方法有低温回火、_中温回火__________ 和____高温回火_______ 。 4、工程中常用的特殊性能钢有___不锈钢______、耐热钢_________和耐磨刚。 5、根据铝合金成分和工艺特点，可将铝合金分为__变形铝合金_________和铸造铝合金两大类。 6、按冶炼浇注时脱氧剂与脱氧程度分，碳钢分为_镇静钢________、半镇静钢_________、特殊镇静钢_________和__沸腾钢_______。 7、铸铁中_________碳以石墨形式析出___________________的过程称为石墨化，影响石墨化的主要因素有_化学成分__________ 和冷却速度。 8、分别填写下列铁碳合金组织符号： 奥氏体A、铁素体F、渗碳体fe3c 、 珠光体P 、高温莱氏体ld 、低温莱氏体ld’。 9、含碳量小于%的钢为低碳钢，含碳量为的钢为中碳钢，含碳量大于% 的钢为高碳钢。 10、三大固体工程材料是指高分子材料、复合材料和陶瓷材料。 二、选择题（每小题1分，共15分） （ b ）1、拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大拉应力称为材料的（）。 A 屈服点 B 抗拉强度 C 弹性极限 D 刚度 （b）2、金属的（）越好，其锻造性能就越好。 A 硬度 B 塑性 C 弹性 D 强度 （ c ）3、根据金属铝的密度，它属于（）。 A 贵金属 B 重金属 C 轻金属 D 稀有金属 （ d ）4、位错是一种（）。
《金属学与热处理》试题库 一、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 四、简答 1、简述工程结构钢的强韧化方法。（20分）
2、简述Al-Cu二元合金的沉淀强化机制（20分） 3、为什么奥氏体不锈钢（18-8型不锈钢）在450℃～850℃保温时会产生晶间腐蚀？如何防止或减轻奥氏体不锈钢的晶间腐蚀？ 4、为什么大多数铸造合金的成分都选择在共晶合金附近？ 5、什么是交滑移?为什么只有螺位错可以发生交滑移而刃位错却不能？ 6、根据溶质原子在点阵中的位置，举例说明固溶体相可分为几类？固溶体在材料中有何意义？ 7、固溶体合金非平衡凝固时，有时会形成微观偏析，有时会形成宏观偏析，原因何在？ 8、应变硬化在生产中有何意义？作为一种强化方法，它有什么局限性？ 9、一种合金能够产生析出硬化的必要条件是什么？ 10、比较说明不平衡共晶和离异共晶的特点。 11、枝晶偏析是怎么产生的？如何消除？ 12、请简述影响扩散的主要因素有哪些。 13、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？ 14、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？ 15、请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 16、为什么钢的渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行？若不在γ-Fe相区进行会有什么结果？ 17、一个楔形板坯经冷轧后得到相同厚度的板材，再结晶退火后发现板材两端的抗拉强度不同，请解释这个现象。 18、冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理？若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理？ 19、位错密度有哪几种表征方式？ 20、淬透性与淬硬性的差别。 21、铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。 22、马氏体相变的基本特征？（12分） 23、加工硬化的原因？（6分） 24、柏氏矢量的意义？（6分） 25、如何解释低碳钢中有上下屈服点和屈服平台这种不连续的现象？（8分） 26、已知916℃时，γ-Fe的点阵常数0.365nm，（011）晶面间距是多少？（5分） 27、画示意图说明包晶反应种类，写出转变反应式？（4分） 28、影响成分过冷的因素是什么？（9分） 29、单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么？（9分） 30、简要说明纯金属中晶粒细度和材料强度的关系，并解释原因。（6分）
第一章 1?作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1-2）、（4 2 1）等晶面和［-1 0 2］、 今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。 解：设X方向的截距为5a, Y方向的截距为2a,则Z方向截距为3c=3X2a/3=2a,取截距的倒数，分别为 1/5a，1/2a, 1/2a 化为最小简单整数分别为2,5,5 故该晶面的晶面指数为（2 5 5） 4体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1） 晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面 3?某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数
解：（1 0 0）面间距为a/2, （1 1 0）面间距为"2a/2, （1 1 1）面间距为"3a/3 三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0） 7证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633 证明：理想密排六方晶格配位数为12,即晶胞上底面中心原子 与其下面的3个位于晶胞内的原子相切，成正四面体，如图所示 贝卩OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a 因厶ABC是等边三角形，所以有OC=2/3CE 由于(BC)2=(CE)2+(BE)2 有(CD)2=(OC)2+(1/2C)2，即 I /T J (CU)(c)2- ' 3 2 因此c/a=V8/3=1.633 8?试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为r=0.414R 解：面心立方八面体间隙半径r=a/2-v2a/4=0.146a
面心立方原子半径R二辺a/4，贝卩a=4R/\2，代入上式有 R=0.146X4R/ V2=0.414R 9. a ）设有一刚球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。b）经X射线测定，在912C时丫-Fe的晶格常数为0.3633nm, a -Fe的晶格常数为0.2892nm,当由丫-Fe转化为a -Fe时，求其体积膨胀，并与a）比较，说明其差别的原因。 解：a）令面心立方晶格与体心立方晶格的体积及晶格常数分别 为V面、V踢与a面、a体，钢球的半径为r，由晶体结构可知，对于面心晶胞有 4r=辺a 面，a 面=2辺/2r, V 面二（a 面）3= （2辺r）3 对于体心晶胞有 4r= \3a 体，a 体=4v3/3r, V 体二（a 体）3= （4\3/3r）3 则由面心立方晶胞转变为体心立方晶胞的体积膨胀厶V为 △V=2X V体-V 面=2.01r3 B）按照晶格常数计算实际转变体积膨胀厶V实，有 △V实=2^ V体-V 面=2x（0.2892）3-（0.3633）3=0.000425nm3 实际体积膨胀小于理论体积膨胀的原因在于由丫-Fe转化为a -Fe时,Fe原子的半径发生了变化，原子半径减小了。 10. 已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为0.286nm和0.3607nm,求
金属学与热处理复习题
第一章复习题 晶向指数相同，符号相反的为同一条直线 原子排列相同但空间位向不同的所有晶向 晶面指数的数字和顺序相同，符号相反则两平面互相平行 晶面的空间位向不同但原子排列相同的所有晶面 当一个晶向[uvw]与一个晶面（hkl）平行时hu+kv+lw=0 当一个晶向[uvw]与一个晶面（hkl）垂直时h=u，K=v，l=w 晶体的各向异性原因: 在不同晶面上的原子紧密程度不同 纯铁冷却时在912 发生同素异晶转变是从结构转变为结构，配位数，致密 度降低，晶体体积，原子半径发 生。 面心立方晶胞中画出） 11晶面和]211[晶向 （2 刃型位错的四个特征（作业） 螺型位错的四个特征（作业） 面心立方（FCC）体心立方（BCC）密排六方（HCP）晶胞原子数
原子半径 配位数 致密度 同素异构转变定义--18页 晶体缺陷的分类： 常见的点缺陷： 常见的面缺陷： 第二章复习题 一、填空 1、金属结晶两个密切联系的基本过程是和 2 、金属结晶的动力学条件为 3 、金属结晶的结构条件为 4 、铸锭的宏观组织包括 5、如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的晶粒更细，高 温浇注的铸件晶粒比低温浇注的晶粒粗大，采用振动浇注的铸件晶 粒比不采用振动的晶粒更细，薄铸件的晶粒比厚铸件晶粒更细。 二、问答 1、金属的结晶形核45页 2、金属的长大的要点52页 2、铸锭三晶区名称及形成过程（柱状晶为重点） 3、影响柱状晶生长的因素56-57页 三、名词解释： 1、细晶强化 2、变质处理 3、铸造织构 第三章二元合金的相结构与结晶作业题（复习题） 1、概念 合金、相、固溶体、固溶强化、、离异共晶、伪共晶 2、填空
第十章钢的热处理工艺 10-1 何谓钢的退火？退火种类及用途如何？ 答： 钢的退火：退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 退火种类：根据加热温度可以分为在临界温度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。 退火用途： 1、完全退火：完全退火是将钢加热至AC3以上20-30℃，保温足够长时间，使 组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 其主要应用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、消除内应力和加工硬化、提高塑韧性、均匀钢的化学成分和组织、改善钢的切削加工性能，消除中碳结构钢中的魏氏组织、带状组织等缺陷。 2、不完全退火：不完全退火是将钢加热至AC1- AC3（亚共析钢）或AC1-ACcm （过共析钢）之间，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。对于亚共析钢，如果钢的原始组织分布合适，则可采用不完全退火代替完全退火达到消除内应力、降低硬度的目的。对于过共析钢，不完全退火主要是为了获得球状珠光体组织，以消除内应力、降低硬度，改善切削加工性能。 3、球化退火：球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。 主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。其目的是降低硬度、改善切削加工性能，均匀组织、为淬火做组织准备。 4、均匀化退火：又称扩散退火，它是将钢锭、铸件或锻轧坯加热至略低于固相 线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。 5、再结晶退火：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当时间，然后 缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留内应力，使钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。 6、去应力退火：在冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，保温一段时间 然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其主要目的是消除铸件、锻轧件、焊接件及机械加工工件中的残留内应力（主要是第一类内应力），以提高尺寸稳定性，减小工件变形和开裂的倾向。 10-2 何谓钢的正火？目的如何？有何应用？ 答： 钢的正火：正火是将钢加热到AC3或Accm以上适当温度，保温适当时间进行完全奥氏体化以后，以较快速度（空冷、风冷或喷雾）冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变。 目的：细化晶粒、均匀成分和组织、消除内应力、调整硬度、消除魏氏组织、带状组织、网状碳化物等缺陷，为最终热处理提供合适的组织状态。
第1章金属和合金的晶体结构 1.1金属原子的结构特点：最外层的电子数很少，一般为1～2个，不超过3个。 金属键的特点：没有饱和性和方向性 结合力：当原子靠近到一定程度时，原子间会产生较强的作用力。结合力＝吸引力＋排斥力结合能＝吸引能＋排斥能（课本图1.2） 吸引力：正离子与负离子（电子云）间静电引力，长程力 排斥力：正离子间，电子间的作用力，短程力 固态金属原子趋于规则排列的原因：当大量金属原子结合成固体时，为使固态金属具有最低的能量，以保持其稳定状态，原子间也必须保持一定的平衡距离。 1.2晶体：基元在三维空间呈规律性排列。晶体结构：晶体中原子的具体排列情况， 也就是晶体中的这些质点在三维空间有规律的周期性的重复排列方式。 晶格：将阵点用直线连接起来形成空间格子。晶胞：保持点阵几何特征的基本单元 三种典型的金属晶体结构（要会画晶项指数，晶面指数） 共带面：平行或相交于同一直线的一组晶面组成一个晶带，这一组晶面叫做共带面 晶带轴：同一晶带中所有晶面的交线互相平行，其中通过坐标原点的那条直线。 多晶型转变或同素异构转变：当外部的温度和压强改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。 1.3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。组元：组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金的元素。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。固溶体：合金的组元通过溶解形成一种成分及性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相，称为固溶体。与固溶体结构相同的组元为溶剂，另一组元为溶质。 固溶体的分类：按溶质原子在溶剂晶格中的位置：置换固溶体与间隙固溶体。按溶质原子在固体中的溶解度：分为有限固溶体和无限固溶体。按溶质原子在固溶体内分布规则：分为有序固溶体和无序固溶体 固溶强化：在固体溶液中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性韧性下降。 间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，将形成具有简单晶体结构的金属间化合物。间隙化合物：与间隙相相反（比值大于0.59）。 1.4点缺陷：⑴空位⑵间隙原子⑶置换原子。线缺陷：线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。（刃型位错、螺型位错、混合型位错）滑移矢量：表示位错的性质，晶格畸变的大小的物理量（刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直；螺形位错的柏氏矢量与其位错线平行。）。 面缺陷：晶体的面缺陷包括晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面两类，其中的内界面又有晶界、亚晶界、 小角度晶界、大角度晶界：两相邻晶粒位向差小于或大于10° 相界面的结构有三类：共格界面、半共格界面、非共格界面 习题3 、5做一下 第2章纯金属的结晶 2.1结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 同素异构转变：金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。过冷是结晶的必要条件。（金属不同过冷度也不同，金属纯度越高过冷度越大。过冷度的速度取决于，冷却速度越大过冷度越大实际洁净无度越低，反之） 金属结晶:孕育—出现晶核—长大—金属单晶体 2.2从液体向固体的转变使自由能下降.液态金属结晶时，结晶过程的推动力是 自由能差降低（△F）是自由能增加，阻力是自身放热
第一章 复习题 晶向指数相同，符号相反的为同一条直线 原子排列相同但空间位向不同的所有晶向 晶面指数的数字和顺序相同，符号相反则两平面互相平行 晶面的空间位向不同但原子排列相同的所有晶面 当一个晶向[uvw]与一个晶面（hkl ）平行时hu+kv+lw=0 当一个晶向[uvw]与一个晶面（hkl ）垂直时h=u ，K=v ，l=w 晶体的各向异性原因: 在不同晶面上的原子紧密程度不同 纯铁冷却时在912e 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。 面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向 刃型位错的四个特征（作业） 螺型位错的四个特征（作业） 面心立方（FCC ） 体心立方（BCC ） 密排六方（HCP ） 晶胞原子数 原子半径 配位数 致密度 同素异构转变定义--18页 晶体缺陷的分类： 常见的点缺陷： 常见的面缺陷： 第二章 复习题 一、填空 1、金属结晶两个密切联系的基本过程是 和 2 、金属结晶的动力学条件为 3 、金属结晶的结构条件为 4 、铸锭的宏观组织包括 5、如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的晶粒更细 ，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的晶粒 粗大 ，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的晶粒更细，薄铸件的晶粒比厚铸件晶粒更细 。
二、问答 1、金属的结晶形核45页 2、金属的长大的要点52页 2、铸锭三晶区名称及形成过程（柱状晶为重点） 3、影响柱状晶生长的因素56-57页 三、名词解释： 1、细晶强化 2、变质处理 3、铸造织构 第三章二元合金的相结构与结晶作业题（复习题） 1、概念 合金、相、固溶体、固溶强化、、离异共晶、伪共晶 2、填空 1）固溶体按照溶质原子在晶格中所占位置分为和。2）固溶体按照固溶度不同分为和。 3）置换固溶体溶解度的影响因素有、、、、和温度。 4）置换固溶体中原子半径相对差别Δr 8%且两者的晶体结构相同时才有可能形成无限固溶体。 5）间隙固溶体形成无限固溶体（填“有可能”“不可能”） 6）正温度梯度下：随成分过冷程度增大分别形成、和。7）为消除晶偏析和离异共晶，工业上广泛应用方法。（作业题） 8）相变反应式L（液）→α（固）+β（固）表示反应；γ（固）→α（固）+β（固）表示反应。（作业题） 3、根据Pb-Sn相图（见下图及有关数据表），计算w Sn =40%的亚共晶合金在183℃共晶转变结束后，先共晶α相和共晶组织（α+β）的质量百分数，以及相组成物α和β相的质量百分数。（作业题）
金属学与热处理课后答案 第一章 填表： 晶格类型原子 数 原子半径配位数致密 度 体心立方2 a 4 3 8 68% 面心立方4 a 4 2 12 74% 密排六方6 a 2 1 12 74% 5、作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向 10、已知面心立方晶格常数为a，分别计算（100）、（110）、和（111）晶面的晶面间距；并求出【100】、【110】和【111】晶向上的原子排列密度（某晶向上的原子排列密度是指该晶向上单位长度排列原子的个数） 答：（100）： （110）：
（111）： 14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？ 答: 组元：组成合金最基本的、独立的物质。 相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。 固溶体：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。 固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶剂原子在整个晶体中都按—定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。 置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。 影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构 15、何谓固溶强化？置换固溶体和间隙固溶体的强化效果哪个大？为什么？ 答：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、韧性有所下降的现象。间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体的强化效果。原因：溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果越好。间隙固溶体晶格畸变大于置换固溶体的晶格畸变 16、何谓间隙相？它与间隙固溶体及复杂晶格间隙化合物有何区别？ 答：间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，形成的简单的晶体结构称为间隙相。间隙相与间隙固溶体有本质的区别，间隙相是一种化合物，它具有与其组元完全不同的晶格结构，而间隙固溶体则任保持着溶剂组元的晶格类型。间隙相与间隙化合物相比具有比较简单的晶体结构，间隙相一般比间隙化合物硬度更高，更稳定。 21、何谓刃型位错和螺型位错？定性说明刃型位错的弹性应力场与异类原子的相互作用，对金属力学性能有何影响？ 答：刃型位错：设有一简单立方晶体，某一原子面在晶体内部中断，这个原子平面中断处的边缘就是一个刃型位错，犹如一把锋利的钢刀将晶体上半部分切开，沿切口硬入一额外半原子面一样，将刃口处的原子列为刃型位错线。螺型位错：一个晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。在中央轴线处即为一螺型位错。 刃型位错的应力场可以与间隙原子核置换原子发生弹性交互作用，各种间隙及尺寸较大的置换原子，聚集于正刃型位错的下半部分，或者负刃型位错的上半部分；对于较小的置换原子来说，则易于聚集于刃型位错的另一半受压应力的地反。所以刃型位错往往携带大量的溶质原子，形成所谓的“柯氏气团”。这样一来，就会使位错的晶格畸变降低，同时使位错难于运动，从而造成金属的强化。 23何谓柏氏矢量？用柏氏矢量判断图中所示的位错环中A、B、C、D、E五段位错各属于哪一类位错？ 答：柏氏矢量：不但可以表示位错的性质，而且可以表示晶格畸变的大小和方向，从而使人们在研究位错时能够摆脱位错区域内原子排列具体细节的约束。A是右螺旋型位错、B左螺旋型位错、C
金属学与热处理试题库1、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 29、 30、 2、选择
1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中 _____。 A、两组元的原子尺寸不同 B、仅一组元的扩散 C、两组元的扩散速率不同 2、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于 _____。 A、单相区中 B、两相区中 C、三相平衡水平线上 3、铸铁与碳钢的区别在于有无 _____。 A、莱氏体 B、珠光体 C、铁素体 4、原子扩散的驱动力是 _____。 A、组元的浓度梯度 B、组元的化学势梯度 C、温度梯度 5、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为 _____。 A、原子互换机制 B、间隙机制 C、空位机制 6、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为 _____。 A、肖脱基缺陷 B、弗兰克尔缺陷 C、线缺陷 7、理想密排六方结构金属的c/a为 _____。 A、1.6 B、2×√(2/3) C、√(2/3) 8、在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及 _____。 A、单相区 B、两相区 C、三相区 9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是_____。（其中Ko是平衡分配系数） A、1 1999年哈尔滨工业大学金属学与热处理学科入学考试题 1：在立方晶系中，画出通过（0,0,0），（0,1,0），（1/2,1,1）三点的［120］晶向。（15分） 2：试阐述纯金属和固溶体合金结晶条件及长大方式的异同点。（15分） 3：根据Fe-Fe3C相图，指出铁碳合金中的渗碳体由哪五种？说明它们的形成条件（成分，温度）与形态特点，并计算它们在铁碳合金中的最大含量（％）（20分） 4：根据组元间互不溶解的三元共晶相图的投影图，说明O成分的合金平衡结晶过程，并计算出室温下该合金的相组织组成物的相对含量。（10分）[由于自己不会画图，所以没有图提供给大家] 5：试阐述强化金属的各种基本方法及机制。（15分） 6：试述共析钢淬火后在回火过程中的组织转变过程，写出三种典型的回火组织。（15分） 7：含碳量为1.2％的碳钢其原始组织为片状珠光体加网状渗碳体，为了获得回火马氏体加粒状渗碳体组织，应采用哪些热处理工艺？写出工艺名称和工艺参数（加热问题，冷却方式）。注：该合金的Ac1=730℃,Accm=820℃。 2000年哈尔滨工业大学金属学与热处理学科入学考试题 1：已经纯钢的［110］(111)滑移系的临界分切应力δc为1MPa，回答下列问题： ①要是(111)面上的错位沿［101］方向发生滑移，至少需要在［001］方向上施加多大的应力？ ②说明此时(111)面上的位错能否沿［110］方向滑移。（计算结果保留两位有效数字） 3：什么是伪共晶，离异共晶？说明它们的形成条件，组织形态以及对材料力学性能的影响。 4：图2试为组元在固态下完全不溶的三元共晶合金相图的投影图，作Ab的变温截面图，并分析O点成分合金的平衡结晶过程，写出室温下的组织。 5：试阐述晶粒度对钢的力学性能的影响，用位错观点解释晶粒度对屈服强度的影响规律，简述所学过的细化晶粒的工艺方法。 6：什么是魏氏组织？简述魏氏组织的形成条件，对钢力学性能的影响规律及其消除方法。 7：用T10A（含碳量1.0%,Ac1=730℃, Accm=800℃）钢制造冷冲头模的冲头，试制订最终热处理工艺（包括名称和具体参数），并说明热处理各阶段获得何种组织以及热处理后的工件的力学性能特点。 2002年哈尔滨工业大学金属学与热处理学科入学考试题 一、(10分)已知铜单晶的{111}<110>滑移系得临界分切应力为1Mpa。直径为1mm的铜单晶丝受轴向拉伸,加载方向平行于单晶的[001]方向,若使铜单晶丝不产生明显的塑性变形,求此单晶丝能承受的最大轴向载荷是多少?(计算结果保留3位有效数字) 二、(15分)根据组元间固态下互不溶解的三元共晶相图的投影图(如右图所示),说明O点成分合金平衡结晶过程,画出冷却曲线示意图,并写出室温下该合金的组织组成物相对含量的表达式。 三、(15分)求珠光体组织中铁素体相的相对含量是多少?若某铁碳合金组织中除有珠光体外,还有15%的二次渗碳体,试求该合金的含碳量是多少? 四、(15分)试叙述贝氏体的转变特点,并比较与珠光体和马氏体转变的异同点。 五、(15分)什么是异分结晶?说明如何利用区域熔炼方法提纯金属。提纯效果与什么因素有关? 六、(15分)某厂对高锰钢制造的碎矿机颚板经1100℃加热后,用崭新的优质冷拔态钢丝绳吊挂,由起重吊车运往淬火水槽,行至途中钢丝绳突然发生断裂,试分析钢丝绳发生断裂的主要原因。 七、(15分)用T10A钢(Wc=1.0%,Ac1=730℃,Accm=800℃)制造冷冲模的冲头,试制订预备热处理工艺(包括工艺名称和具体参数),并说明预备热处理的目的以及加热转变完成和冷至室温后获得何种组织。 2003年哈尔滨工业大学金属学与热处理学科入学考试题 一、（20分）已知面心立方晶格的晶格常数为a，分别计算（100）、（110）和（111）晶面的晶面间距；并求出[100]、[110]和[111]晶向上的原子排列密度（某晶向上的原子排列密度是指该晶向上单位长度排列原子的个数）；写出面心立方结构的滑移面和滑移方向，并说明原因。（计算结果保留两位有效数字） 二、（20分）右图为组元在固态下完全不溶的三元共晶合金相图的投影图： 1.作m n变温截面图，分析O1点成分合金的平衡结晶过程。 2.写出O1点成分合金室温下的相组成物，给出各相的相对含量的表达式。 3.写出O1点成分合金室温下的组织组成物，给出各组织组成物的相对含量的表达式 三、（25分）试述冷变形金属在加热时，其组织和性能发生的变化。 四、（20分）什么是离异共晶？举例说明离异共晶产生的原因及对合金性能的影响。 五、（20分）求莱氏体中共晶渗碳体的相对含量是多少？若某铁碳合金平衡组织中含有10%的一次渗碳体，试求该合金的含碳量是多少？（计算结果保留两位有效数字） 六、（20分）叙述板条马氏体和下贝氏体的组织形态，并说明板条马氏体和下贝氏体具有良好强韧性的原因。哈工大金属学与热处理1999-2012年考研初试真题及2013复习大纲
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