工程材料第二章固体结构作业答案

⼯程材料徐⾃⽴主编课后习题答案⼯程材料徐⾃⽴主编课后习题答案第⼀章材料的性能1-1什么是⾦属材料的⼒学性能？⾦属材料的⼒学性能包含哪些⽅⾯?所谓⼒学性能，是指材料抵抗外⼒作⽤所显⽰的性能。

⼒学性能包括强度刚度硬度塑性韧性和疲劳强度等1-2什么是强度？在拉伸试验中衡量⾦属强度的主要指标有哪些？他们在⼯程应⽤上有什么意义？强度是指材料在外⼒作⽤下，抵抗变形或断裂的能⼒。

在拉伸试验中衡量⾦属强度的主要指标有屈服强度和抗拉强度。

屈服强度的意义在于：在⼀般机械零件在发⽣少量塑性变形后，零件精度降低或其它零件的相对配合受到影响⽽造成失效，所以屈服强度就成为零件设计时的主要依据之⼀。

抗拉强度的意义在于：抗拉强度是表⽰材料抵抗⼤量均匀塑性变形的能⼒。

脆性材料在拉伸过程中，⼀般不产⽣颈缩现象，因此，抗拉强度就是材料的断裂强度，它表⽰材料抵抗断裂的能⼒。

抗拉强度是零件设计时的重要依据之⼀。

1-3什么是塑性？在拉伸试验中衡量塑性的指标有哪些？塑性是指材料在载荷作⽤下发⽣永久变形⽽⼜不破坏其完整性的能⼒。

拉伸试验中衡量塑性的指标有延伸率和断⾯收缩率。

1-4什么是硬度？指出测定⾦属硬度的常⽤⽅法和各⾃的优缺点。

硬度是指材料局部抵抗硬物压⼊其表⾯的能⼒。

⽣产中测定硬度最常⽤的⽅法有是压⼊法，应⽤较多的布⽒硬度洛⽒硬度和维⽒硬度等试验⽅法。

布⽒硬度试验法的优点：因压痕⾯积较⼤，能反映出较⼤范围内被测试材料的平均硬度，股实验结果较精确，特别适⽤于测定灰铸铁轴承合⾦等具有粗⼤经理或组成相得⾦属材料的硬度；压痕较⼤的另⼀个优点是试验数据稳定，重复性强。

其缺点是对不同材料需要换不同直径的压头和改变试验⼒，压痕直径的测量也⽐较⿇烦；因压痕⼤，不宜测试成品和薄⽚⾦属的硬度。

洛⽒硬度试验法的优点是：操作循序简便，硬度值可直接读出；压痕较⼩，可在⼯件上进⾏试验；采⽤不同标尺可测定各种软硬不同的⾦属厚薄不⼀的式样的硬度，因⽽⼴泛⽤于热处理质量检验。

6。

配位数为12，原子半径为1/2a。

2实际金属中有哪些晶体缺陷?晶体缺陷对金属的性能有何影响?点缺陷、线缺陷、面缺陷一般晶体缺陷密度增大，强度和硬度提高。

3什么叫过冷现象、过冷度?过冷度与冷却速度有何关系？它对结晶后的晶粒大小有何影响？金属实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。

理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。

金属结晶时的过冷度与冷却速度有关，冷却速度愈大，过冷度愈大，金属的实际结晶温度就愈低。

结晶后的晶粒大小愈小。

4金属的晶粒大小对力学性能有何影响?控制金属晶粒大小的方法有哪些?一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度和硬度愈高，塑性和韧性也愈好。

控制金属晶粒大小的方法有：增大过冷度、进行变质处理、采用振动、搅拌处理。

5．如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小：(1)金属型浇注与砂型浇注：(2)浇注温度高与浇注温度低；(3)铸成薄壁件与铸成厚壁件；(4)厚大铸件的表面部分与中心部分(5)浇注时采用振动与不采用振动。

(6)浇注时加变质剂与不加变质剂。

（1）金属型浇注的冷却速度快，晶粒细化，所以金属型浇注的晶粒小；（2）浇注温度低的铸件晶粒较小；（3）铸成薄壁件的晶粒较小；（4）厚大铸件的表面部分晶粒较小；（5）浇注时采用振动的晶粒较小。

（6）浇注时加变质剂晶粒较小。

6．金属铸锭通常由哪几个晶区组成?它们的组织和性能有何特点?（1）表层细等轴晶粒区金属铸锭中的细等轴晶粒区，显微组织比较致密，室温下力学性能最高；（2）柱状晶粒区在铸锭的柱状晶区，平行分布的柱状晶粒间的接触面较为脆弱，并常常聚集有易熔杂质和非金属夹杂物等，使金属铸锭在冷、热压力加工时容易沿这些脆弱面产生开裂现象，降低力学性能。

（3）中心粗等轴晶粒区由于铸锭的中心粗等轴晶粒区在结晶时没有择优取向，不存在脆弱的交界面，不同方向上的晶粒彼此交错，其力学性能比较均匀，虽然其强度和硬度低，但塑性和韧性良好。

7．为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性?因为单晶体中的不同晶面和晶向上的原子密度不同，导致了晶体在不同方向上的性能不同的现象，因此其性能呈现各向异性的。

工程材料第二章金属材料组织和性能的控制一、名词解释。

一次结晶过冷度二次结晶自发晶核非自发晶核同素异构转变变质处理相图支晶偏析扩散退火变质处理共晶反应组织（组成物）变形织构加工硬化再结晶临界变形度热处理过冷奥氏体退火马氏体淬透性淬硬性调质处理滑移再结晶冷加工热加工过冷度实际晶粒度本质晶粒度淬火回火正火一次结晶：通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶过冷度：理论结晶温度与开始结晶温度之差叫做过冷度，它表明金属在液体和固态之间存在一个自能差二次结晶：金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶或重结晶（或金属的同素异构转变）自发晶核：从液体结构内部由金属原子本身自发长出的结晶核心叫做自发晶核非自发结晶：杂质的存在常常能够促进晶核形成，依附于杂质而生成的晶核叫做非自发结晶同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变变质处理：指在液体金属中加入孕育剂或变质剂，增加非自发晶核的数量或者阻止晶核的长大，以细化晶粒和改善组织相图：是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示意图，也称为平衡图或状态图支晶偏析：固溶体在结晶过程中冷却过快，原子扩散不能充分形成成分不均匀的固溶体的现象扩散退火：为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线的温度，长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火共晶反应：有一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应组织（组成物）：指合金组织中具有确定本质、一定形成机制的特殊形态的组成部分。

组织组成物可以是单相，或是两相混合物变形织构：金属塑性变形很大（变形量达到70%以上）时，由于晶粒发生转动，使各晶粒的位向趋于一致，这种结构叫做形变织构加工硬化：金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象称为加工硬化再结晶：变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉成（或压扁）破碎的晶粒通过重新形核和长大变成新的均匀、细小的等轴晶，这个过程称为再结晶临界变形度：再结晶时使晶粒发生异常长大的预先变形度称做临界变形度热处理：是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺过冷奥氏体：从铁碳相图可知，当温度在A1（PSK线/共析反应线）以上时奥氏体是稳定的，能长期存在，当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体（过冷A）退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）热处理工艺叫做退火-马氏体：碳在a —Fe中的过饱和固溶体淬透性：钢接受淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性淬硬性：钢淬火后硬度会大幅度提高，能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性调质处理：通常把淬火加高温回火称为调质处理滑移：在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）上的一定方向（滑移方向）相对于另一部分发生滑动的过程叫做滑移冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工实际晶粒度：某一具体的热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫做实际晶粒度本质晶粒度：钢加热到（930土10C）,保温8h，冷却后测得的晶粒度叫做本质晶粒度淬火：将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火回火：钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1（PSK线/共析反应线）以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火正火：钢材或钢件加热到Ac3 （对于亚共析钢）、Ac1 （对于共析钢）和Accm （对于过共析钢）以上30~50C，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理称为正火一次渗碳体是从液相包晶过程中直接析出二次渗碳体是从奥氏体中析出三次渗碳体是从铁素体中析出珠光体：铁素体+渗碳体高温莱氏体Le（A+Fe3C）:奥氏体+渗碳体低温莱氏体Le'（P+Fe3C U +Fe3C）:珠光体+二次渗碳体+渗碳体二、填空。

材料科学与工程基础第二章课后习题答案1. 介绍材料科学和工程学的基本概念和发展历程材料科学和工程学是研究材料的组成、结构、性质以及应用的学科。

它涉及了从原子、分子层面到宏观的材料特性的研究和工程应用。

材料科学和工程学的发展历程可以追溯到古代人类使用石器和金属制造工具的时代。

随着时间的推移，人类不断发现并创造出新的材料，例如陶瓷、玻璃和合金等。

工业革命的到来加速了材料科学和工程学的发展，使得煤炭、钢铁和电子材料等新材料得以广泛应用。

2. 分析材料的结构和性能之间的关系材料的结构和性能之间存在着密切的关系。

材料的结构包括原子、晶体和晶界等方面的组成和排列方式。

而材料的性能则反映了材料在特定条件下的机械、热学、电学、光学等方面的性质。

材料的结构直接决定了材料的性能。

例如，金属的结晶结构决定了金属的塑性和导电性。

硬度和导电性等机械和电学性能取决于晶格中原子的排列方式和原子之间的相互作用。

因此，通过对材料的结构进行了解，可以预测和改变材料的性能。

3. 论述材料的性能与应用之间的关系材料的性能决定了材料的应用范围。

不同的材料具有不同的性能特点，在特定的应用领域中会有优势和局限。

例如，金属材料具有良好的导电性和导热性，适用于制造电子器件和散热器件。

聚合物材料具有良好的绝缘性和韧性，适用于制造电线和塑料制品等。

陶瓷材料具有良好的耐高温性和耐腐蚀性，适用于制造航空发动机和化学设备等。

因此，在材料科学和工程学中，对材料性能的研究是为了确定材料的应用和优化材料的性能。

4. 解释与定义材料的特性及其测量方法材料的特性是指材料所具有的特定性质或行为。

它包括了物理、化学、力学、热学、电学等方面的特性。

测量材料的特性需要使用特定的实验方法和设备。

例如，材料的硬度通常可以通过洛氏硬度试验仪或布氏硬度试验仪进行测量。

材料的强度可以通过拉伸试验或压缩试验来测量。

材料的导电性可以通过四探针法或霍尔效应进行测量。

通过测量材料的特性，可以对材料的性能进行评估和比较，并为材料的应用提供参考。

第二章材料的结构(含答案)一、填空题（在空白处填上正确的内容）1、内部原子按一定规律排列的物质叫________。

答案：晶体2、金属晶体在不同方向上具有不同性能的现象叫________。

答案：各向异性3、常见的金属晶格类型有________、________、________三种。

答案：体心立方、面心立方、密排六方4、常见的金属晶格类型有三种，α-Fe、Cr、W、Mo、V的晶格属于________。

答案：体心立方5、表示晶体中原子排列的空间格子叫做________，组成空间格子的最基本的几何单元叫做________。

答案：晶格、晶胞6、实际金属结构中的点缺陷包括________、________和________；它们可使金属的强度________。

答案：间隙原子、置换原子、空位、提高7、工程材料的结合键有________、________、________和________四种。

答案：离子键、共价键、金属键、分子键8、三种常见金属晶格类型为________、________和________。

答案：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；9、按溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体可分为________和________两种。

答案：置换固溶体、间隙固溶体10、面心立方晶格中，晶胞的原子数为________，致密度为________。

答案：4、0.7411、位错分为两种，它们是________和________；多余半排原子面的是________位错。

答案：刃型位错、螺型位错、刃型位错12、相是指金属或合金中成分________，结构________，并由________与其它部分分开的均匀组成部分。

答案：相同、相同、界面13、合金中成分、结构和性能相同的组成部分称为________。

答案：相14、按其几何形式的特点，晶格缺陷可分为________、________和________。

答案：点缺陷、线缺陷、面缺陷15、体心立方晶格中，晶胞的原子数为________，原子半径与晶格常数的关系为________，致密度为________。

第一章1、晶体点缺陷分为空位、间隙原子、置换原子。

A.对B.错答案: 对2、晶格中能够描述晶体结构特征的最小单元是晶胞。

A.对B.错答案: 对3、金属常见的晶格类型是体心立方、面心立方、密排六方。

A.对B.错答案: 对4、金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。

A.对B.错答案: 错5、多晶体具有（）。

A.各向同性B.各向异性C.伪各向同性D.伪各向异性答案: 各向同性6、纯金属结晶时,冷却速度越快,则实际结晶温度将（）。

A.越高B.越低C.越接近理论结晶温度D.没有变化答案: 越低7、一般金属结晶时,过冷度越大,则晶粒越细小。

A.对B.错答案: 对8、纯金属结晶的一般规律是不断形核和晶核不断长大的过程。

A.对B.错答案: 对9、金属结晶后晶粒大小取决于结晶时的形核率N和核长大速度G, 要细化晶粒必须( )。

A.增大N和GB.增大N、降低GC.降低N、增大G答案: 增大N、降低G10、纯金属结晶时的必要条件是存在过冷度。

A.对B.错答案: 对11、常见的晶体缺陷不包括（）。

A.点缺陷B.线缺陷C.面缺陷D.断裂答案: 断裂12、晶体中的晶界属于（）。

A.点缺陷B.线缺陷C.面缺陷D.体缺陷答案: 面缺陷13、晶体中的位错属于（）。

A.点缺陷B.线缺陷C.面缺陷D.体缺陷答案: 线缺陷14、亚晶界是由（）。

A.点缺陷堆积而成B.位错垂直排列成位错墙而构成C.晶界间的相互作用构成答案: 位错垂直排列成位错墙而构成15、间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。

A.对B.错答案: 对16、固溶体的晶体结构与溶质结构相同。

A.对B.错答案: 错17、固态合金的相结构可分为固溶体和化合物两大类。

A.对B.错答案: 对18、根据溶质在溶剂中的溶解情况,置换固溶体可分为无限固溶体和有限固溶体。

A.对B.错答案: 对19、两种原子大小相差不多,原子的性质也较近似时,才可以组成置换固溶体。

A.对B.错答案: 对20、合金固溶强化的基本原因是（）。

2－1常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？－Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构？答：常见晶体结构有3种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni⑶密排六方：Mg、Zn2---7为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。

第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。

答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。

答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。

原因是：（1）强度高：Hall-Petch公式。

晶界越多，越难滑移。

（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。

（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。

4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15天，然后再精加工。

试解释这样做的目的及其原因？答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。

4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？答：W、Sn的最低再结晶温度分别为:TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃所以W在1000℃时为冷加工，Sn在室温下为热加工4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。

北京科技大学材料科学与工程专业814 材料科学基础主讲人：薛老师第二章固体结构例题讲解1.什么是晶面族？立方晶系{111}晶面族包含哪些晶面？答：在晶体内凡是晶面间距和晶面上的原子分布完全相同，只是空间位向不同的晶面我们可以把它们归并为同一个晶面族中，即晶面族，用{hkl}表示。

立方晶系{111}包括：（111）（111）（111）（111）（111）（111）（111）（111），这八个晶面构成一个八面体，因此晶面族{111}也成为八面体的面。

2.面心立方结构（100）和（111）晶面的夹角是多少？{100}的面间距是多少？答：（1） 所以：222222321321332211,cos b b b a a a b a b a b a ba b a b a ++⨯++++=⨯⨯>=<31111001101011cos 222222=++++⨯+⨯+⨯=ϕ︒==7.5431cos arc ϕ晶面的位向表示方法！！（2）面心立方，晶面间距：晶面为{100}，则带入公式，得到d=a,（a 最好自己设一下）因为是立方晶系需要对晶面进行判断是否需要修复！！面心立方h 、k 、l 不全为奇数或者偶数时，需要修正，可知，该晶面需要修正所以：d=a/2.222)()()h (d l k a hkl ++=3.晶带定律的应用例：已知晶体中两个不平行的晶面(h1k1l1)(h2k2l2)，证明(h3k3l3)与这两个晶面属于同一晶带，其中h3=h2+h1,k3=k2+k1,l3=l2+l1.答：设两个不平行的晶面所属晶带的晶带轴为[uvw]。

根据晶带定律，带入已知条件得到：h1u+k1v+l1w=0，h2u+k2v+l2w=0移项相加，得：(h1+h2)u+(k1+k2)v+(l1+l2)w=0，带入题目中的已知条件，可以得到h3u+k3v+l3w=0所以，第三个晶面与前面两个晶面属于同一个晶带。

例：在体心立方晶胞中画出一个最密排方向，并标明晶向指数，再画出过该方向的两个不同的低指数晶面，写出对应的晶面指数，这两个晶面与晶向构成什么关系？xzy G FE DOCBA注意点：1.画图一定要清洗，最好分开类画2.选取晶向的时候一定要选择对后期选择晶面有利的晶向3.回答晶带时，最好加上什么是晶带定律？4.六方晶系晶面、晶向指数例：写出图中六方晶胞EFGHIJE的晶面指数，以及EF,FG,GH,HI,IJ,JE 各晶向的晶向指数。

工程材料习题参考答案第一章.习题参考答案1-1、名词解释1、σb抗拉强度---金属材料在拉断前的最大应力，它表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。

2、σs屈服强度----表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力，表示材料抵抗微量塑性变形的能力。

3、σ0.2屈服强度----试样产生0.2%残余应变时的应力值为该材料的条件屈服。

4、δ伸长率----塑性的大小用伸长率δ表示。

5、HBS布氏硬度---以300Kg的压力F将直径D的淬火钢球压入金属材料的表层，经过规定的保持载荷时间后，卸除载荷，即得到一直径为d 的压痕。

6、HRC洛氏硬度---是以120o 的金刚石圆锥体压头加上一定的压力压入被测材料，根据压痕的深度来度量材料的软硬，压痕愈深，硬度愈低。

7、σ﹣1（对称弯曲疲劳强度）---表示当应力循环对称时，光滑试样对称弯曲疲劳强度。

8、K1C （断裂韧性）---应力强度因子的临界值。

1-2、试分别讨论布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度适用及不适用于什么场合？1、布氏硬度 适用于退火和正火态的黑色金属和有色金属工件，不适用于太薄、太硬（﹥450HB）的材料。

2、洛氏硬度 适用于检测较薄工件或表面较薄的硬化层的硬度，适用于淬火态的碳素钢和合金钢工件不适用于表面处理和化学热处理的工件。

3、维氏硬度 适用于零件表面薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度，不适用于退火和正火及整体淬火工件。

第二章.习题参考答案2-1、名词解释1、 晶体---指原子（原子团或离子）按一定的几何形状作有规律的重复排列的物体。

2、 2、非晶体---组成物质的原子是无规律、无次序地堆聚在一起的物体。

3、单晶体---结晶方位完全一致的晶体。

4、多晶体---由多晶粒组成的晶体结构。

5、晶粒---每个小晶体具有不规则的颗粒状外形。

2-2、何谓空间点阵、晶格、晶体结构和晶胞？常用金属的晶体结构是什么？划出其晶胞，并分别计算起原子半径、配位数和致密度？1、空间点阵---为了便于分析各种晶体中的原子排列及几何形状,通常把晶体中的原子假想为几何结点,并用直线从其中心连接起来,使之构成一个空间格子。

材料化学第二章习题参考答案1第二章参考答案1.原子间的结合键共有几种？各自特点如何？2.为什么可将金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题?答:金属晶体中金属原子之间形成的金属键即无饱和性又无方向性, 其离域电子为所有原子共有,自由流动,因此整个金属单质可看成是同种元素金属正离子周期性排列而成,这些正离子的最外层电子结构都是全充满或半充满状态,电子分布基本上是球形对称,由于同种元素的原子半径都相等,因此可看成是等径圆球。

又因金属键无饱和性和方向性, 为使体系能量最低，金属原子在组成晶体时总是趋向形成密堆积结构,其特点是堆积密度大,配位数高,因此金属单质的结构问题归结为等径圆球的密堆积问题.3.计算体心立方结构和六方密堆结构的堆积系数。

(1) 体心立方a ：晶格单位长度R ：原子半径a34R=34Ra=，n=2, ∴68.0)3/4()3/4(2)3/4(23333===RRaRbccππζ(2)六方密堆n=64.试确定简单立方、体心立方和面心立方结构中原子半径和点阵参数之间的关系。

解：简单立方、体心立方和面心立方结构均属立方晶系，点阵参数或晶格参数关系为90,=====γβαcba，因此只求出a值即可。

对于（1）fcc(面心立方)有aR24=,24Ra=，90,=====γβαcba(2) bcc体心立方有：a34R=34Ra=；90,=====γβαcba(3) 简单立方有：Ra2=，90,=====γβαcba74.0)3(3812)3/4(6)2321(6)3/4(633hcp=⋅=⋅RRRRaacRππξ＝Raac238==5. 金属铷为A2型结构，Rb 的原子半径为0.2468 nm ，密度为1.53g·cm-3，试求：晶格参数a 和Rb 的相对原子质量。

解：AabcN nM=ρ 其中, ρ为密度, c b a 、、为晶格常数, 晶胞体积abc V =，N A 为阿伏加德罗常数6.022×1023 mol -1，M 为原子量或分子量，n 为晶胞中分子个数，对于金属则上述公式中的M 为金属原子的原子量，n 为晶胞中原子的个数。

固体材料结构基础第一次作业参考答案(仅供参考)
2013.09.10
4.何谓等同点系?何谓空间点阵?他们之间有什么联系?又有什么不同?
答(1)与出发点化学内容相同,具有相同的几何环境和物质环境的点的集合称为等同点系. (2)空间点阵是由晶体结构中的等同点系脱离物质具体内容抽象而得到的. (3)联系:均表现了周期性;
(4)不同点:等同点系没有脱离物质内容,而空间点阵脱离物质内容.
5.体心立方点阵的一个单位晶胞,它含有几个结点,并写出他们的结点指数. 答:含有两个结点,[[0,0,0]],[[1/2,1/2,1/2]].
6.略
7.各结点直线的等同周期分别为(
设简单立方点阵周期为a):
[001][011][011],[111]
,[123]
,[311]
.
J a J J J J J =====，
(1),[110](110),a b c =≠⊥
13.(hkl)面与直角坐标系的X Y Z 、、轴的交点为A 则1111(,,0),(,0,)AB AC h k h l
=−=−
方向[,,]op h k l =
11
(,,)(,,0)0;
11(,,)(,0,)0;
OP AB h k l h k OP AC h k l h l
•=−=•=−=
故[]()hkl hkl ⊥.
注：取决于于对a ，b ，c AD 垂直于。

第一章材料的种类与性能1．强度：强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。

2．屈服强度：材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值。

3．弹性极限：产生的变形是可以恢复的变形的点对应的弹性变形阶段最大应力称为弹性极限。

4．弹性模量：材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量。

5．抗拉强度：抗拉强度是试样拉断前所能承受的最大应力值。

6．塑性：断裂前材料产生的塑性变形的能力称为塑性。

7．硬度：硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力。

8．冲击韧度：冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。

9．断裂韧度：断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。

10．疲劳强度：疲劳强度是用来表征材料抵抗疲劳的能力。

11．黏着磨损：黏着磨损又称咬合磨损，其实质是接触面在接触压力作用下局部发生黏着，在相对运动时黏着处又分离，使接触面上有小颗粒被拉拽出来，反复进行造成黏着磨损。

12．磨粒磨损：磨粒磨损是当摩擦副一方的硬度比另一方大的多时，或者在接触面之间存在着硬质粒子是所产生的磨损。

13．腐蚀磨损：腐蚀磨损是由于外界环境引起金属表面的腐蚀物剥落，与金属表面之间的机械磨损相结合而出现的磨损。

14．功能材料：是具有某种特殊的物理性能，化学性能，生物性能以及某些功能之间可以相互转化的材料。

15．使用性能：是指在正常使用条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，包括材料的力学性能，物理性能，化学性能等。

16．工艺性能：是指材料的可加工性，包括可锻性，铸造性能，焊接性，热处理性能及切削加工性。

17．交变载荷：大小，方向随时间呈周期性变化的载荷作用。

18．疲劳：是机械零件在循环或交变载荷作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象。

20．蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。

21．脆断：在拉应力状态下没有出现塑性变形而突然发生脆性断裂的现象。

22．应力松弛：是指承受弹性应变的零件在工作过程中总变形量保持不变，但随时间的延长，工作应力自行逐渐衰减的现象。

第二章习题及答案2-1．阐述原子质量和原子量的区别。

2-2．简要阐述四个量子数分别对应何种电子状态。

2-3.元素周期表中的所有VIIA 族元素的核外电子排布有何共同点？（1）各电子层最多容纳电子数为2n 2.（2）最外层不超过8个电子；次外层不超过18个电子；倒数第三层不超过32个电子.（3）核外电子总是先排布在能量最低的电子层内，排满后再一次向外排布.（4）电子排布总是遵循能量最低原理，泡利不相容原理，洪特定则.2-4.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br 原子的电子排布（用方框图表示）。

223224Si1s22s22p63s23p2Fe1s22s22p63s23p63d8Cu1s22s22p63s23p63d104s1Br1s22s22p63s23p63d104s24p52-5.按照能级写出Fe2+,Fe3+,Cu+,Ba2+,Br-,and S2-离子的电子排布。

（用方框图表示）。

同上题2-6.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？中心离子类型、离子半径、配体大小、溶剂、配体多少、环境温度、PH、共价键数、原子的有效堆积。

2-7.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。

2-8.简要阐述离子键，共价键和金属键的区别。

2-9.阐述泡利不相容原理。

在原子中不能容纳运动状态完全相同的电子；同一个原子中,不可能有两个或两个以上的电子处在同一个状态；也可以说，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数。

2-10.判断以下元素的原子可能形成的共价键数目：锗，磷，锶和氯。

2-11.解释为什么共价键材料密度通常要小于离子键或金属键材料。

由于共价键具有严格的方向性和饱和性，一个特定原子的最邻近原子数是有限制的，并且只能在特定的方向进行键合。

所以共价键物质密度比金属键和离子键物质密度都要小.（共价键需按键长、键角要求堆垛，相对离子键、金属键较疏松）共价键的结合力较小，离子键结合力很大，形成的物质更致密。

习题集部分参考答案2金属的晶体结构思考题1.晶体和非晶体的主要区别是什么？答：晶体和非晶体的区别在于内部原子的排列方式。

晶体内部的原子（或分子）在三维空间按一定规律作周期性排列，而非晶体内部的原子（或分子）则是杂乱分布的，至多有些局部的短程规律排列。

因为排列方式的不同，性能上也有所差异。

晶体有固定的熔点，非晶体没有，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性。

2.何为各向异性？答：各向异性是指晶体的某些物理性能和力学性能在不同方向上具有不同的数值。

3.为什么单晶体呈各向异性，而多晶体通常呈各向同性？答：单晶体是原子排列方位完全一致的一个晶粒，由于在不同晶向上原子密度不同，原子间的结合力不同，因而导致在单晶体中的各个方向上性能差异。

对于多晶体中的任意一个晶粒来看，基本满足单晶体的特征，呈现各向异性，但是在多晶体系统中，单一晶粒的各向异性已经被周围其他位向的晶粒所“干扰”或“抵消”，整个多晶系统呈现其各向同性。

4.什么叫晶体缺陷？晶体中可能有哪些晶体缺陷？他们的存在有何实际意义？答：晶体缺陷是指金属晶体中原子排列的不完整性。

常见的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷三类，它们都会造成材料的晶格畸变。

点缺陷是指呈点状分布的缺陷，包含有空位、间隙原子和置换原子等，它对材料中的原子扩散、固态相变，以及材料的物理性能（电阻、体积、密度）等都会产生重大影响。

过饱和的点缺陷还可以提高材料的强度。

线缺陷是各种类型的位错。

对材料的变形、扩散以及相变起着非常大的作用。

特别它很好地解释了塑性变形的微观机理，使我们了解到滑移是借助于位错的运动来实现的。

当位错密度不高的情况下，位错支持了滑移，材料的塑性很好，但是当位错密度达到了较高的水平时，位错间的相互作用会造成位错的彼此“纠缠”，使滑移运动受阻，这时表现出材料的塑性变形的抗力提高，材料的强度提高。

金属晶体中面缺陷主要有晶界、亚晶界、孪晶界和相界等。

比如：晶界处原子的平均能量比晶内高，在高温时，晶粒容易长大。

一名词解释珠光体奥氏体体素体固溶体固溶强化金属化合物共晶反应共析反应匀晶二判断题1.在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3％的铁碳合金才能发生共晶反应。

2.合金元素在固态下彼此相互溶解或部分地溶解，而形成成分和性能均匀的固态合金称为金属化合物。

3.铁素体是碳溶解在α-Fe中所形成的置换固溶体。

4.铁素体是碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。

5.渗碳体是一种不稳定化合物，容易分解成铁和石墨。

6.GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称Acm线。

7.奥氏体是碳溶解在γ-Fe中所形成的间隙固溶体。

8.ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称Acm线。

1.ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通称A1线。

2.奥氏体是碳溶解在γ-Fe中所形成的置换固溶体。

3.在Fe-Fe3C相图中的ES线是碳在奥氏体中的溶解度变化曲线，通常称为A3线。

4.共析钢结晶的过程是：L—L+A—A—P。

5.GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称A1线。

6.铸铁在室温下的相组成物是铁素体和渗碳体。

7.铁素体是碳溶解在α-Fe中所形成的间隙固溶体。

8.过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由铁素体和二次渗碳体组成。

1.过共析钢缓冷到室温时，其平衡组织由珠光体和二次渗碳体组成。

2.奥氏体是碳溶解在α-Fe中所形成的间隙固溶体。

3.ES线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称Acm线。

4.GS线表示由奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，通称A3线。

5.金属化合物的性能特点时硬度高，熔点低、脆性大。

6.在亚共析钢平衡组织中，随含碳量的增加，则珠光体量增加，而二次渗碳体量在减少7.合金中各组成元素的原子按一定比例相互作用而生成的一种新的具有金属特性的物质称为固溶体。

8.在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为0.77％的铁碳合金才能发生共析反应。

1.在亚共析钢中含碳量越多，则其组织中的珠光体量减少，而铁素体量在增多。

2020智慧树知到《工程材料》章节测试题目【完整答案】智慧树知到《工程材料》章节测试答案第一章1、晶体点缺陷分为空位、间隙原子、置换原子。

答案: 对2、晶格中能够描述晶体结构特征的最小单元是晶胞。

答案: 对3、金属常见的晶格类型是体心立方、面心立方、密排六方。

答案: 对4、金属理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。

答案: 错5、多晶体具有( )。

答案: 各向同性6、纯金属结晶时,冷却速度越快,则实际结晶温度将( )。

答案: 越低7、一般金属结晶时,过冷度越大,则晶粒越细小。

答案: 对8、纯金属结晶的一般规律是不断形核和晶核不断长大的过程。

答案: 对9、金属结晶后晶粒大小取决于结晶时的形核率N和核长大速度G, 要细化晶粒必须( )。

答案: 增大N、降低G10、纯金属结晶时的必要条件是存在过冷度。

答案: 对11、常见的晶体缺陷不包括( )。

答案: 断裂12、晶体中的晶界属于( )。

答案: 面缺陷13、晶体中的位错属于( )。

答案: 线缺陷14、亚晶界是由( )。

答案: 位错垂直排列成位错墙而构成15、间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。

答案: 对16、固溶体的晶体结构与溶质结构相同。

答案: 错17、固态合金的相结构可分为固溶体和化合物两大类。

答案: 对18、根据溶质在溶剂中的溶解情况,置换固溶体可分为无限固溶体和有限固溶体。

答案: 对19、两种原子大小相差不多,原子的性质也较近似时,才可以组成置换固溶体。

答案: 对20、合金固溶强化的基本原因是( )。

答案: 晶格发生畸变第二章1、奥氏体是碳溶入&alpha;-Fe中所形成的间隙固溶体。

A.对B.错答案: 错2、珠光体P是一种两相组织。

A.对B.错答案: 对3、铁碳合金相图中，只有含碳量为0.77%的合金能够发生共析反应。

A.对B.错答案: 错4、随着含碳量的增加，铁碳合金的强度和硬度是一直增加的。

A.对B.错答案: 错5、任何成分的铁碳合金都是由铁素体和渗碳体组成。

1、画出纯金属的冷却曲线，解释其上各参数T0、 T1和∆T 的含义。

答：T 0：理论结晶温度，即液体和晶体处于动平衡状态的温度。

T 1：实际结晶温度，晶体结晶的实际温度，结晶只有在T 0以下的实际结晶温度T 1才能进行。

∆T ：过冷度，即理论结晶温度与实际结晶温度之差，∆T= T 0 –T 1。

2、晶核的形成和长大方式是什么？答：形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。

由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。

以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。

晶核的长大方式主要有两种，即均匀长大和树枝状长大。

均匀长大：在正温度梯度下，晶体生长主要以平面状态向前推进。

树枝状长大：在负温度梯度下，结晶主要以树枝状向前推进。

T3、写出二元合金的匀晶、共晶、包晶、共析等典型转变的定义，并分析其相图。

（我这里是以Pb、Sn 合金进行描述的）答：从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变或匀晶反应。

匀晶相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。

相图被分为三个相区，液相线以上为液相区(L)，固相线以下为固相区(固溶体α)，两线之间为两相区（两相共存L+α）。

在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变称作共晶转变或共晶反应.相图分析① 相：相图中有L 、α、β 三种相, α 是溶质Sn 在 Pb 中的固溶体， β 是溶质Pb 在Sn 中的固溶体。

② 相区：相图中有三个单相区： L 、α 、β ；三个两相区：L+α 、L+β 、α + β ；一αL+α 成分（wt%Ni ）温度（℃） CuNi液相线固相线ABα α+L个三相区：即水平线CED 。

③ 液固相线: 液相线AEB, 固相线ACEDB 。

A 、B 分别为Pb 、Sn 的熔点，C 、D 分别为α 、β 的最大溶解度点。

④ 固溶线: 溶解度点的连线称固溶线。

相图中的CF 、DG 线分别为 Sn 在 Pb 中和 Pb 在 Sn 中的固溶线。