金属学思考题

材料科学基础思考题（纯金属的晶体结构部分）1、解释下列名词：合金、组织、结构、金属材料、材料科学、空间点阵、晶胞、晶格常数、晶带、致密度、配位数、同素异构转变。

2、说明布拉菲点阵的立方晶系无底心立方点阵的原因。

3、在一个立方晶胞中绘出{110}所包含的晶面。

4、在一个立方晶胞中绘出下列晶面和晶向：（123）、5、说明下列晶面是否属于同一晶带，若是则指出晶带轴的方向。

6、计算面心立方点阵中（110）晶面的面间距以及原子面密度。

7、计算体心立方点阵中（111）晶面的面间距以及原子面密度。

8、在六方晶胞中绘出（1121）和 [1 1 2 3]。

9、熟记fcc 、bcc 、hcp 晶胞中的原子数、原子半径、配位数、致密度、典型元素。

10、面心立方点阵和密排六方点阵配位数和致密度相同，为什么具有不同的原子排列。

11、面心立方结构间隙的类型、大小、数量如何。

12、体心立方结构间隙的类型、大小、数量如何。

材料科学基础思考题（纯金属的结晶部分）1、试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gc 与其体积V 之间的关系式为：△Gc =V △G B /22、如果临界晶核是边长为a 的正方体，试求出其△Gc 和a 的关系。

为什么形成 [112]、[11 1]、[ 1 1 0] (112) （110） （110）、（3 11）、（13 2）立方体晶核的△Gc 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?4、试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。

5、形核需要哪些条件。

6、论述晶体长大机理；说明晶体成长与温度梯度的关系。

7、简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能。

8、为了得到发达的等轴晶区应该采取什么措施?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。

9、对比说明金属与非金属结晶动力学综合曲线的区别。

10、能否说过冷度越大，形核率越大。

11、指出下列各题错误之处，并改正之。

（1）所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能增加时的晶胚大小。

（2）在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以形核。

（3）无论温度分布如何，常用纯金属都是以树枝状方式生长。

12、在铸造中如何细化晶粒其原理如何。

13、名词解释：过冷、临界晶核、结构起伏、能量起伏、活性质点、粗糙界面、光滑界面、变质处理。

材料科学基础思考题（合金相结构部分）1、什么是合金；合金为何具有优异的性能。

2、指出下列名词的主要区别：（1）置换固溶体与间隙固溶体（2）间隙相与间隙化合物（3）固溶体与化合物3、中间相（金属化合物）有何特点。

4、间隙固溶体与间隙化合物有何异同。

5、根据碳在γ—Fe中的最大溶解度（9.2% at），计算一个晶胞中含有碳原子的数量，并说明原因。

6、在Cu—Zn合金中可能形成那些合金相，其晶体结构如何。

7、在含有碳、铬、钒、氮等多种元素的铁基合金中，若已知该合金由固溶体、间隙相和间隙化合物等相组成，试分别指出各元素可能存在的形式。

8、计算Fe5Zn21、Cu5Sn、Cu3Si的电子浓度。

9、在什么条件下可以形成无限固溶体。

材料科学基础思考题（二元合金部分）1、在Pb-Sn相图中：●指出组织中含βⅡ最多和最少的成分？●指出组织中共晶体最多和最少的成分？●初生相α及β，共晶体α+β，二次相αⅡ及βⅡ，它们在组织形态上有何区别？画出它们的组织示意图？●作出100℃的自由能—成分曲线。

2、根据上题图，说明含28%Sn的Pb-Sn合金在下列各温度时组织中有哪些相，并求出相的相对含量？●高于300℃；●刚冷到183℃，共晶转变还未开始；●在183℃，共晶转变完毕；3、已知A（熔点600℃）与B（熔点500℃）在液态无限互溶，在固态300℃时A溶于B的最大溶解度为30%，室温时为10%，但B不溶于A；在300℃，含40%B的液态合金发生共晶反应，作出A-B合金的相图？4、一个二元共晶反应如下：L（75%B）→α（15%B）+β（95%B）求：（1）含50%B的合金完全凝固时，初晶α与共晶（α+β）的相对含量？（2）α相及β相的相对含量？（3）共晶体中的α和β相的相对含量？5、有形状、尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件，一个含90%Ni，另一个含50%Ni，铸件自然冷却后，问哪一个铸件的偏析较严重？6、共晶组织是如何形成的。

7、包晶反应机理如何。

8、包晶反应在生产实际中有何应用。

9、什么是伪共晶和离异共晶？出现伪共晶和离异共晶的条件是什么。

10、影响枝晶偏析的因素是什么？如何消除枝晶偏析。

11、结合Fe—B相图，写出其中几种恒温转变的转变类型及反应式。

12、在不违背相律条件下完成左边的相图，写出各相区名称。

13、指出右图错误，说明理由，并加以改正。

材料科学基础思考题（三元合金部分）1、在浓度三角形中，标出下列合金的位置：（1）20%B，15%C，其余为Fe；（2）40%C，A和B组元的质量比为1：4。

2、在浓度三角形中找出P(70%A、20%B、10%C)、Q(30%A、50%B、20%C)、N(30%A、10%B、60%C)合金的位置，然后将5Kg P合金、5Kg Q合金和10Kg N合金熔合在一起，问新合金的成分如何？3、比较三元匀晶相图的变温截面图与二元相图的异同。

4、简单三元共晶相图投影图如下。

（1）分析X合金的结晶过程，计算室温组织组成物和相组成物的相对量。

（2）作出过Bb的变温截面图；（3）作出温度略高于E点温度的等稳截面图。

5、分析固态有限溶解三元共晶相图各典型区域合金的结晶过程。

6、填写下左图中空白相区的相。

7、写出右图中E1、E2、P点的四相平衡反应式。

8、写出下列四相平衡反应的类型及反应式。

材料科学基础思考题（铁碳合金部分）1、名词解释：铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体、白点。

2、熟练掌握铁碳相图：点、线、面；三个基本转变。

3、分析含碳量分别为0.30%、0.77%、1.2%的铁碳合金从液态冷至室温时的结晶过程和室温组织；计算其组织组成物及相组成物的相对重量。

4、分析含碳量分别为3.5%、4.7%的铁碳合金从液态冷至室温时的结晶过程和室温组织；5、指出下列名词的主要区别：（1）莱氏体与变态莱氏体；（2）一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体；（3）热脆与冷脆。

6、根据铁碳相图，计算：在铁碳合金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量？7、某工厂仓库中积压了许多碳钢（退火态），由于钢材混杂，不知道钢的化学成分，现找出一根，经金相分析后，发现其组织为P+F，其中F占80%，问此钢的含碳量大约为多少？8、根据铁碳相图，说明下列现象产生的原因？(1)含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高;(2)在室温下，含碳量为0.8%的钢比含碳量为1.2%的钢的强度高；(3)变态莱氏体的塑性比珠光体的塑性差；(4)在1100℃，含碳量0.4%的钢能进行锻造，含碳量4.0%的生铁却不能锻造；(5)钢锭在950~1100℃正常温度下轧制，有时会造成锭坯开裂；(6)一般要把钢材加热到高温（约1000~1250℃）下进行热轧或锻造；(7)钢铆钉一般用低碳钢制成；(8)绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳（用60、65、70、75等钢制成）；(9)钳工锯T8、T10、T12等钢料时比锯10、20钢费力，锯条容易磨钝；B思 考 题1、什么是平衡分配系数、有效分配系数。

画出Ko<1和K 0>1合金凝固后的溶质分布曲线，说明什么情况下宏观偏析程度大。

写出非平衡凝固杠杆定律的表达式。

2、区域提纯的原理和实施过程如何，影响提纯效果的因素有那些。

3、什么是成分过冷（定义并以图示说明），出现成分过冷的临界条件是什么，成分过冷对晶体的组织形态有何影响。

4、什么是正常偏析、反常偏析、比重偏析、晶界偏析。

5、在A —B 二元相图中，令40%B 液态合金于长度为L 的等截面铸模中从左端开始缓慢凝固，液、固界面平直、前沿液体充分混合。

试求：（1）该合金的Ko 值；（2）凝固始端固相的成分；（3）利用上述凝固条件下的溶质分布方程，确定共晶体占L 长度铸体的体积百分数；（4）若完全平衡凝固时，用杠杆定律确定共晶体的百分数，对比分析两种计算结果。

6、写出扩散第一、二定律的数学表达式、适用范围。

写出几种条件下的扩散第二定律的特解，讨论其适用条件及式中各符号的含义。

8、写出扩散系数的一般公式，结合实际例子分析温度、晶体缺陷、固溶体类型、化学成分对扩散的影响。

9、什么是科肯达尔效应，产生这种效应的原因?10、什么是反应扩散?反应扩散有何特点?举例说明。

11、已知Zn 在Cu 中扩散时D 0=2.1×10-5m 2/s ，Q=171×103J/mol ：（1） 试求815℃时Zn 在Cu 中扩散的扩散系数；（2） 当Zn 在Cu 基固溶体铸造合金中存在不均匀分布的偏析降至0.1%Zn 所需要的时间（最大成分偏差为5%Zn ，含Zn 最高区与最低区的距离为0.1mm ）；（3） 若退火前预先进行变形加工，是否有助于加速均匀化过程？12、将纯铁棒置于一端渗碳的介质中，其表面碳浓度达到相应温度下奥氏体的平衡浓度Cs ：（1） 结合Fe —Fe3C 相图，分别示意绘出930℃和800℃经不同保温时间（t 1<t 2<t 3）碳浓度沿试棒纵向的分布曲线；（2） 若渗碳温度低于727℃，试分析能否达到渗碳目的。

13、低碳钢进行870℃渗碳较930℃渗碳具有晶粒细小的优点，则（1） 计算以上两种温度下碳在γ—Fe 中的扩散系数；（2） 计算870℃渗碳需多长时间可以达到930℃渗碳10小时的渗层厚度（忽略碳在γ—A 40 60Fe中的溶解度差别）；（3）若渗层厚度测至含0.4%C处，计算870℃渗碳10小时后的渗层厚度及其与930℃同样时间渗层厚度的比值。

14、若钢表面同时进行C—N共渗，说明在930℃和570℃温度下两种原子的扩散情况。

15、什么是点缺陷，点缺陷的类型?为什么点缺陷是热力学平衡缺陷。

16、总结刃型位错、螺型位错、混合型位错的特征。

17、什么是柏氏矢量，其物理意义和特点如何?18、总结位错滑移和攀移运动方式及所受到的力。

19、总结两平行螺位错和两平行刃位错之间相互作用力的特点。

20、什么是单位位错、全位错、不全位错、堆垛层错、肖克莱不全位错、弗兰克不全位错、扩展位错。

扩展位错平衡宽度与什么有关。

21、位错反应必须满足的条件是什么，举例说明一个位错反应。

22、什么是割阶、扭折，它们对位错运动有何影响。

23、什么是小角度晶界、大角度晶界、对称顿斜晶界、扭转晶界、晶界能、孪晶、共格相界、半共格相界。