金属学与热处理课后习题答案第三章
- 格式：docx
- 大小：284.65 KB
- 文档页数：8
下载文档原格式
合集下载
金属材料及热处理课后习题参考答案
第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。
线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。
如位错。
面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。
如晶界和亚晶界。
亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。
亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。
滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。
如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。
单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。
多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。
金属学及热处理练习题答案
第一章金属的晶体结构马氏体沉淀硬化不锈钢,它是美国ARMCO 钢公司在1949年发表的,其特点是强度高,耐蚀性好,易焊接,热处理工艺简单,缺点是延韧性和切削性能差,这种马氏体不锈钢与靠间隙元素碳强化的马氏体钢不同,它除靠马氏体相变外并在它的基体上通过时效处理析出金属间化合物来强化。
正因为如此而获得了强度高的优点,但延韧性却差。
1、试用金属键的结合方式，解释金属具有良好的导电性、正的电阻温度系数、导热性、塑性和金属光泽等基本特性.答：(1)导电性：在外电场的作用下，自由电子沿电场方向作定向运动。
(2)正的电阻温度系数：随着温度升高，正离子振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，即金属的电阻是随温度的升高而增加的。
(3)导热性：自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能。
(4) 延展性：金属键没有饱和性和方向性，经变形不断裂。
(5)金属光泽：自由电子易吸收可见光能量，被激发到较高能量级，当跳回到原位时辐射所吸收能量，从而使金属不透明具有金属光泽。
2、填空：1)金属常见的晶格类型是面心立方、体心立方、密排六方。
2)金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有金属键的结合方式。
3)物质的原子间结合键主要包括金属键、离子键和共价键三种。
4)大部分陶瓷材料的结合键为共价键。
5)高分子材料的结合键是范德瓦尔键。
6)在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为（（ 140 ）） .7)在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB 晶向指数为（-110），OC晶向指数为（221），OD晶向指数为（121）。
8)铜是（面心）结构的金属，它的最密排面是（111 ）。
9) α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有（α-Fe 、 Cr、V ），属于面心立方晶格的有（γ-Fe、Al、Cu、Ni ），属于密排六方晶格的有（ Mg、Zn ）。
金属学及热处理练习题答案
第一章金属的晶体结构马氏体沉淀硬化不锈钢,它是美国 ARMCO 钢公司在1949年发表的,其特点是强度高,耐蚀性好,易焊接,热处理工艺简单,缺点是延韧性和切削性能差,这种马氏体不锈钢与靠间隙元素碳强化的马氏体钢不同,它除靠马氏体相变外并在它的基体上通过时效处理析出金属间化合物来强化。
正因为如此而获得了强度高的优点,但延韧性却差。
1、试用金属键的结合方式，解释金属具有良好的导电性、正的电阻温度系数、导热性、塑性和金属光泽等基本特性.答：(1)导电性：在外电场的作用下，自由电子沿电场方向作定向运动。
(2)正的电阻温度系数：随着温度升高，正离子振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，即金属的电阻是随温度的升高而增加的。
(3)导热性：自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能。
(4) 延展性：金属键没有饱和性和方向性，经变形不断裂。
(5)金属光泽：自由电子易吸收可见光能量，被激发到较高能量级，当跳回到原位时辐射所吸收能量，从而使金属不透明具有金属光泽。
2、填空：1)金属常见的晶格类型是面心立方、体心立方、密排六方。
2)金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有金属键的结合方式。
3)物质的原子间结合键主要包括金属键、离子键和共价键三种。
4)大部分陶瓷材料的结合键为共价键。
5)高分子材料的结合键是范德瓦尔键。
6)在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为（（ 140 ）） .7)在立方晶格中，各点坐标为：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB 晶向指数为（-110），OC晶向指数为（221），OD晶向指数为（121）。
8)铜是（面心）结构的金属，它的最密排面是（111 ）。
9) α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立方晶格的有（α-Fe 、 Cr、V ），属于面心立方晶格的有（γ-Fe、Al、Cu、Ni ），属于密排六方晶格的有（ Mg、Zn ）。
金属学与热处理课后答案(哈工大第3版)
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2a43868%面心立方4a421274%密排六方6a211274%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，分离计算（100）、（110）、和（111）晶面的晶面间距；并求出【100】、【110】和【111】晶向上的原子罗列密度（某晶向上的原子罗列密度是指该晶向上单位长度罗列原子的个数）第1 页/共18 页答：（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、自立的物质。
相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面互相分开的组成部分。
固溶体：合金组元之间以不同的比例互相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囫囵晶体中都按—定的顺序罗列起来，改变为长程有序，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，随着溶质浓度的增强，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。
缘故：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，形成的容易的晶体结构称为间隙相。
金属学与热处理原理崔忠圻第三版课后题全部答案
10.
11. 多晶型转变：大部分金属只有一种晶体结构，但也有少数金属如 Fe、Mn、Ti、Co 等具有两种或几种的晶体结 构，当外界条件（如温度、压强）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称为多晶型转变。
-8.1% 12. 晶带：平行于或相交于同一直线的一组晶面叫做一个晶带。
晶带轴：晶带中平行于或相交于的那条直线叫做晶带轴。 13.（1-211）（-3211）（-1-122） 14.组元：组成合金的最基本的、独立的物质称为组元，一般来说，组元是组成合金的元素，也可以是稳定的化合物；
随着晶胚 r 增大，系统的自由能下降，这样的晶胚可以自发地长成稳定的晶核，当 r= rk =时，这种晶胚既可能消失，
也可能长大称为稳定的晶核，因此把 rk 称为临界形核半径；
⑾活性质点：在非均匀形核中，固态杂质和晶核（晶体）界面满足点阵匹配原理(结构相似、尺寸相当)，就可能
能量起伏；
⑦均匀形核：液相中各个区域出现新相晶核的几率是相同的，这种形核方式称为均匀形核；
⑧形核功：形成临界晶核时，体积自由能的下降只补偿了表面能的 2/3，还有 1/3 的表面能没有得到补偿，需要
对形核作功，故称
△Gk=1/3Skσ为形核功；
⑨临界形核半径：当 r＜rk 时，随着晶胚 r 增大，系统自由能增加，这种晶胚不能成为稳定的晶核，当 r＞rk 时，
电子浓度决定的，故电子浓度影响着固溶度：公式
上式 Va、Vb 分别为溶剂和溶质的原子价，X 为溶剂 B 的摩尔分数。一定的金属晶体结构的单位体积中能容纳的 价电子数有一定限度，超过这个限度会引起结构不稳定甚至变化，故此固溶体的电子浓度有一极限值。（fcc 为 1.36，bcc 为 1.48）元素的原子价越高，则其固溶度越小。 4 晶体结构因素：溶剂与溶质的晶体结构类型是否相同，是其能否形成无限固溶体的必要条件。如果组元的 晶体结构不同，只能形成有限固溶体。即使组元晶体结构相同但是不能形成无限固溶体，其溶解度也将大于晶 格类型不同的组元间的溶解度。 以上 4 个要素都有利时所形成的固溶体固溶度可能较大，甚至无限固溶体。但上述四个要素只是形成固溶体的必要 条件。此外，温度越高，固溶度越大。 15. 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，而塑韧性有所下降的现象称为固溶 强化。 由于间隙原子造成的晶格畸变比置换固溶体要大得多，所以间隙固溶体的强化效果要好。 16. 间隙相：过渡族金属能与原子甚小的非金属形成化合物，当非金属原子半径与金属原子半径比值小于 0.59 时， 形成的化合物具有比较简单的晶体结构，称为间隙相； 间隙相与间隙固溶体之间有着本质的区别，间隙相是一种化合物，它具有与其组元完全不同的晶体结构，而间隙 固溶体则保持溶剂组元的晶格类型； 间隙相的非金属原子半径与金属半径比小于 0.59 且具有较简单的结构，而间隙化合物的非金属原子与金属原子 半径比大于 0.59 且结构比较复杂。此外，间隙相一般比间隙化合物硬度更高，更稳定。 17. Ag、Al 都具有面心立方晶体结构，如果 Ag、Al 在固态下形成无限固溶体，则必须是置换固溶体，影响置换 固溶体的四个因素：原子半径、电负性、电子浓度、晶体结构。Ag、Al 的原子半径相差不大、电负性相差不大，晶 体结构都为面心立方晶体，这三个因素都比较有利，但是面心立方结构单位体积能容纳的价电子数有一定限度，超 过这个限度就会引起结构的不稳定甚至改变，故而有电子浓度有一定的限度。AL 的化合价位+3（很大），只需溶入 相对较少的 AL 就能达到极限电子浓度，即溶解度有一定限度，不能形成无限固溶体。 18. P107 19. 晶体结构：固溶体保持着溶剂组元的晶格类型，此外固溶体结构还会发生如下变（①晶格畸变；②偏聚与有序； ③有序固溶体）； 金属化合物晶结构不同于任一组元，是合金组元间发生相互作用形成的新相； 机械性能：固溶体相对来说塑韧性较好，硬度低；金属化合物硬而脆。 20. 点缺陷都会造成晶格畸变，对金属的性能产生影响，如使屈服强度升高、电阻增大、体积膨胀等等；此外，点 缺陷的存在将加速扩散，因而凡是与扩散有关的相变、化学热处理、高温下的塑性变形和断裂等等，都与空位和间 隙原子的存在和运动有关系。 21. 刃形位错：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形位错， 犹如用一把锋利的钢刀将晶体上半部分切开，沿切口硬插入一额外半原子面一样，将刃口处的原子列称为刃形位错 线。 螺形位错：一个晶体的某一部分相对于其它部分发生滑移，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（下降）一个晶面间距。在中央轴线（即位错线）附近的原子是按螺旋型排列的，这种位错称为螺形位错。 各种间隙原子核尺寸较大的置换原子，它们的应力场是压应力，因此在正刃形位错的上半部分的应力相同，二者
金属学与热处理课后答案(崔忠圻版)
第二章纯金属的结晶2-3 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？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？答：（1）因为金属结晶时存在过冷现象，是为了满足结晶的热力学条件，过冷度越大，固、液两项的自由能差越大，相变驱动力越大。
（2）过冷度随金属的纯度不同和本性不同，以及冷却速度的差异可以再很大范围内变化。
金属不同，过冷度也不同；金属的纯度越高，则过冷度越大；冷却速度越大，过冷度越大，反之，越小。
（3）会，当液态金属的自由能低于固态时，这时实际结晶温度高于理论结晶温度T m，此时，固态金属才能自发的转变为液态金属，称为过热。
2-4试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。
答;均匀形核是指：若液相中各区域出现新相晶核的几率是相同的；非均匀形核：液态金属中存在微小的固相杂质质点，液态金属与型壁相接触，晶核可以优先依附现成的固体表面形核。
在实际的中，非均匀形核比均匀形核要容易发生。
二者形核皆需要结构起伏，能量起伏，过冷度必须大于临界过冷度，晶胚的尺寸必须大于临界晶核半径。
2-5说明晶体成长形状与温度梯度的关系？答;正温度梯度下以平面状态的长大形态，服温度梯度下以树枝状长大。
2-6简述铸锭三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点？（1）表层细晶区形成原因：①型壁临近的金属液体产生极大过冷度满足形核的热力学条件；②型壁可以作为非均匀形核的基地。
该晶区特点：组织细密，力学性能较好，但该晶区较薄，一般没有多大的实际意义。
（2）柱状晶区的形成原因：①液态金属结晶前沿有适当的过冷度，满足形核要求；②垂直于型壁方向散热最快，晶体向相反的方向生长；③外因是散热的方向性；④内因是晶体晶体生长的各向异性。
该晶区的特点：相互平行的柱状晶接触面及相邻垂直的柱状晶区的交界面较为脆弱，并常聚集着易熔杂质和非金属夹杂物，使铸锭在热压力加工时，容易沿着这些脆弱面开裂，组织比较致密。
（3）中心等轴晶区形成特定：①中心液体达到过冷，加上杂质元素的作用，满足形核的要求；②散热失去方向性，晶核自由生长，长大速度差不多，长成等轴区。
金属学-第三章习题[1](1)
温度继续下降, α和β相分别析出次生相 β Ⅱ和αⅡ
金属学与热处理—王志刚
第五节共晶相图及其合金的结晶
16
二、典型合金的平衡结晶及其组织
金 属 学 与 热 处 理
二）含锡量ωSn＝61.9%的合金（Ⅱ）:共晶合金 Pb-Sn共晶合金的显微组织: α和β呈层片状交替分布,黑色为α相,白 色为β相
金属学与热处理—王志刚
26
金 属 学 与 热 处 理
α+ L
L
L+D β +D β β +γ γ
L+ β α α+β
α+γ C
金属学与热处理—王志刚
D
11、找出错误，说明理由，并改正。
27
金 属 学 与 热 处 理
L+β β
α+β
L
L+γ L+β γ+L δ+L
包晶： 共析：
γ+β
γ
α
α+γ
共晶：
γ
γ+δ δ
金属学与热处理—王志刚
1
金 属 学 与 热 处 理
上 课 ！
金属学与热处理—王志刚
1、在正的温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能 2 呈树枝状成长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？ 金 答： 属 学 与 热 处 理
金属学与热处理—王志刚
第四节匀晶相图及固溶体的结晶
3
五、成分过冷
金 属 学 与 热 处 理
负温度梯度
正温度梯度
L40 =L20+α64 L
L +α
C E
D
ωL =ED/CD =24/44 =54.55% ωα =CE/CD =20/44 =45.45%
金属学与热处理—王志刚
第五节共晶相图及其合金的结晶
16
二、典型合金的平衡结晶及其组织
金 属 学 与 热 处 理
二）含锡量ωSn＝61.9%的合金（Ⅱ）:共晶合金 Pb-Sn共晶合金的显微组织: α和β呈层片状交替分布,黑色为α相,白 色为β相
金属学与热处理—王志刚
26
金 属 学 与 热 处 理
α+ L
L
L+D β +D β β +γ γ
L+ β α α+β
α+γ C
金属学与热处理—王志刚
D
11、找出错误，说明理由，并改正。
27
金 属 学 与 热 处 理
L+β β
α+β
L
L+γ L+β γ+L δ+L
包晶： 共析：
γ+β
γ
α
α+γ
共晶：
γ
γ+δ δ
金属学与热处理—王志刚
1
金 属 学 与 热 处 理
上 课 ！
金属学与热处理—王志刚
1、在正的温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能 2 呈树枝状成长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？ 金 答： 属 学 与 热 处 理
金属学与热处理—王志刚
第四节匀晶相图及固溶体的结晶
3
五、成分过冷
金 属 学 与 热 处 理
负温度梯度
正温度梯度
L40 =L20+α64 L
L +α
C E
D
ωL =ED/CD =24/44 =54.55% ωα =CE/CD =20/44 =45.45%
金属学与热处理课后答案（崔忠圻版）
金属学与热处理课后答案（崔忠圻版）第二章纯金属的结晶2-3 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？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？答：（1）因为金属结晶时存在过冷现象，是为了满足结晶的热力学条件，过冷度越大，固、液两项的自由能差越大，相变驱动力越大。
（2）过冷度随金属的纯度不同和本性不同，以及冷却速度的差异可以再很大范围内变化。
金属不同，过冷度也不同；金属的纯度越高，则过冷度越大；冷却速度越大，过冷度越大，反之，越小。
（3）会，当液态金属的自由能低于固态时，这时实际结晶温度高于理论结晶温度，此时，固态金属才能自发的转变为液态金属，称为过热。
2-4试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。
答;均匀形核是指：若液相中各区域出现新相晶核的几率是相同的；非均匀形核：液态金属中存在微小的固相杂质质点，液态金属与型壁相接触，晶核可以优先依附现成的固体表面形核。
在实际的中，非均匀形核比均匀形核要容易发生。
二者形核皆需要结构起伏，能量起伏，过冷度必须大于临界过冷度，晶胚的尺寸必须大于临界晶核半径。
2-5说明晶体成长形状与温度梯度的关系？答;正温度梯度下以平面状态的长大形态，服温度梯度下以树枝状长大。
2-6简述铸锭三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点？（1）表层细晶区形成原因：①型壁临近的金属液体产生极大过冷度满足形核的热力学条件；②型壁可以作为非均匀形核的基地。
该晶区特点：组织细密，力学性能较好，但该晶区较薄，一般没有多大的实际意义。
（2）柱状晶区的形成原因：①液态金属结晶前沿有适当的过冷度，满足形核要求；②垂直于型壁方向散热最快，晶体向相反的方向生长；③外因是散热的方向性；④内因是晶体晶体生长的各向异性。
该晶区的特点：相互平行的柱状晶接触面及相邻垂直的柱状晶区的交界面较为脆弱，并常聚集着易熔杂质和非金属夹杂物，使铸锭在热压力加工时，容易沿着这些脆弱面开裂，组织比较致密。
（3）中心等轴晶区形成特定：①中心液体达到过冷，加上杂质元素的作用，满足形核的要求；②散热失去方向性，晶核自由生长，长大速度差不多，长成等轴区。
《金属学和热处理》崔忠圻[第二版]课后答案解析[完整版]
第一章金属的晶体结构1-1 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。
答：1-2 立方晶系的{1 1 1}晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。
答：{1 1 1}晶面共包括（1 1 1）、（-1 1 1）、（1 -1 1）、（1 1 -1）四个晶面，在一个立方晶系中画出上述四个晶面。
1-3 某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数为a=b≠c,c=2/3a。
今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的结局分别为5个原子间距、2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面指数。
答：由题述可得：X方向的截距为5a，Y方向的截距为2a，Z方向截距为3c=3×2a/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）1-4 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）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。
答：H==a/2（1 0 0）==√2a/2H（1 1 0）==√3a/6H（1 1 1）面间距最大的晶面为（1 1 0）1-5 面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。
答：==a/2H（1 0 0）H==√2a/4（1 1 0）==√3a/3H（1 1 1）面间距最大的晶面为（1 1 1）注意：体心立方晶格和面心立方晶格晶面间距的计算方法是：1、体心立方晶格晶面间距：当指数和为奇数是H=，当指数和为偶数时H=2、面心立方晶格晶面间距：当指数不全为奇数是H=，当指数全为奇数是H=。
1-6 试从面心立方晶格中绘出体心正方晶胞，并求出它的晶格常数。
答：1-7 证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633。
金属学与热处理课后答案（哈工大第3版）
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2a 43868%面心立方4a 421274%密排六方6a211274%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）： d ℎkl =a ℎ2+k 2+l 2=a 1+0+0=a （110）：d ℎkl =a ℎ2+k 2+l 2=a 1+1+0=22a（111）：dℎkl=aℎ2+k2+l2=a1+1+1=33a14、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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
a相的含量=%—%
3-7根据下列试验数据绘出概略的二元共晶相图：组员A的熔点为1000r，组
员B的熔点为700C,WB=25%勺合金在500r结晶完毕，并由220/3%的先共 晶a相与80/3%的(a+B)共晶体所组成；Wb=50%勺合金在500r结晶完毕， 并由40%勺先共晶a相与60%勺(a+B)共晶体所组成，而此合金中a相的 总量为50%
第三章 二元合金的相结构与结晶
3-1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
答：
原因：
在纯金属的凝固过程中， 在正温度梯度下， 固液界面呈平面状生长； 当温度梯度 为负时，则固液界面呈树枝状生长。
固溶体合金在正温度梯度下凝固时， 固液界面能呈树枝状生长的原因是固溶体合 金在凝固时， 由于异分结晶现象， 溶质组元必然会重新分布， 导致在固液界面前 沿形成溶质的浓度梯度， 造成固液界面前沿一定范围内的液相其实际温度低于平 衡结晶温度，出现了一个由于成分差别引起的过冷区域。 所以，对于固溶体合金， 结晶除了受固液界面温度梯度影响， 更主要受成分过冷的影响， 从而使固溶体合 金在正温度梯度下也能按树枝状生长。
答：
1）相图和相区
2)T开与T终在相图中已标出，Wsb=40%合金在400C时的平衡相成分及其含量可 根据相图和杠杆定律计算得出：
根据相图可以看出：在400C相平衡时，Li相为WBi=80%勺液相Bi-Sb合金,a相为WBi=50%勺固相相Bi-Sb合金。
根据杠杆定律：Li相的含量={()/()}X100%-%
3-2何谓合金平衡相图，相图能给出任一条件下合金的显微组织吗
答：
合金平衡相图是指在平衡条件下合金系中合金的状态与温度、 成分间关系的图解， 又称为状态图或平衡图。 由上述定义可以看出相图并不能给出任一条件下合金的 显微组织，相图只能反映平衡条件下相的平衡。
3-3有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的W=90%另 一个铸件的W=50%铸后自然冷却。问凝固后哪一个铸件的偏析严重为什 么找出消除偏析的措施。
3-5共晶点和共晶线有什么关系共晶组织一般是什么形态如何形成的
答：
共晶点和共晶线的关系： 共晶转变：在一定温度下， 由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的 转变过程，称为共晶转变或共晶反应。在二元合金中，由相率可知，二元三相平 衡时，其自由度为零，即在共晶转变时必然存在一个三相共晶平衡转变水平线， 把这条水平相平衡线称作共晶线。 把共晶线上对应发生共晶反应的液相合金成分 点称为共晶点。
答：
WNi=50%$件凝固后偏析严重。解答此题需找到Cu-Ni合金的二元相图。
原因：固溶体合金结晶属于异分结晶， 即所结晶出的固相化学成分与母相并不相
同。由Cu-Ni合金相图可以看出W=50%$件的固相线和液相线之间的距离大于
W=90%$件，也就是说W=50%$件溶质Ni的k°（溶质平衡分配系数）高，而且 在相图中可以发现Cu-Ni合金铸件Ni的k0是大于1,所以k0越大，则代表先结 晶出的固相成分与液相成分的差值越大，也就是偏析越严重。
消除措施：
可以采用均匀化退火的方法，将铸件加热至低于固相线100-200C的温度，进行
长时间保温，使偏析元素充分扩散，可达到成分均匀化的目的。
3-4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
答：
成过冷：
固溶体合金在结晶时， 由于选分结晶现象， 溶质组元必然会重新分布， 导致在固 液界面前沿形成溶质的浓度梯度， 造成固液界面前沿一定范围内的液相其实际温 度低于平衡结晶温度， 出现了一个由于成分差别引起的过冷区域。 过冷度为平衡 结晶温度与实际温度之差， 这个过冷度是由成分变化引起的， 所以称之为成分过 冷。
共晶组织的一般形态： 共晶组织的形态很多，按其中两相的分布形态，可以分为层片状、针片状、棒条 状、树枝状、球状、螺旋状等。通常，金属-金属型的两相共晶组织大多为层片 状或棒条状，金属-非金属性的两相共晶组织表现为针片状树枝状、 。
共晶组织的形成过程：
和纯金属及固溶体合金的结晶过程一样， 共晶转变同样要经过形核和长大的过程。 在形核时，生成相中的两相必然一个在先， 一个在后，首先形核的相称为领先相。 如果领先相是溶质含量比较少的相， 则多余的溶质必然要从先结晶的晶体中排出， 造成固液界面前沿液相中溶质富集， 为另一相的形核创造条件。 而另一相在形核 长大时必然要排出多余的溶剂原子向固液界面富集， 在固液界面前沿形成溶质的 贫瘠区，给领先相的形核又创造条件， 于是两生成相就这样彼此交替的的形核长 大，最终形成共晶组织。反之亦然。
3-6铋（熔点为C）和锑（熔点为C）在液态和固态时均能彼此无限互溶，WBi=50%的合金在520r时开始凝固出成分为Wsb=87%勺固相。WBi=80%勺合金在520E时开始凝固出成分为Wsb=64%勺固相。根据上述条件，要求：
1）绘出Bi-sb相图，并标出各线和各相区的美称。
2）从相图上确定Wsb=40%合金的开始结晶温度和结晶终了温度，并求出它 在400C时的平衡相成分及其含量。
答：
3-8组员A的熔点为1000C，组员B的熔点为700C,在800C存在包晶反应：a(Wb=5%+L(Wb=50%=B(Wb=30%;在600E存在共晶反应：L(Wb=80%(Wb=60%+丫(Wb=95%;在400C存在共析反应：B(Wb=50%
成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组织的影响： 在固液界面前沿无成分过冷区域时， 晶体以平面长大方式生长， 长大速度完全受 散热条件控制，最后形成平面状的晶粒组织；
在过冷区域比较小时， 固液界面上的偶然突出部分， 可伸入过冷区长大， 突出部 分约为，晶体生长是稳定的凹凸不平界面以恒速向液体中推进。 这种凹凸不平的 界面通常称之为胞状界面， 具有胞状界面的晶粒组织称为胞状组织， 因为它的显 微形态很像蜂窝，所以又称为蜂窝组织，它的横截面典型形态呈规则的六变形； 在过冷区域较大时， 则固溶体合金的结晶条件与纯金属在负温度梯度下的结晶条 件相似，在固液界面上的突出部分可以向液相中突出相当大的距离， 在纵向生长 的同时，又从其侧面产生突出分枝，最终发展成树枝晶组织。
3-7根据下列试验数据绘出概略的二元共晶相图：组员A的熔点为1000r，组
员B的熔点为700C,WB=25%勺合金在500r结晶完毕，并由220/3%的先共 晶a相与80/3%的(a+B)共晶体所组成；Wb=50%勺合金在500r结晶完毕， 并由40%勺先共晶a相与60%勺(a+B)共晶体所组成，而此合金中a相的 总量为50%
第三章 二元合金的相结构与结晶
3-1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
答：
原因：
在纯金属的凝固过程中， 在正温度梯度下， 固液界面呈平面状生长； 当温度梯度 为负时，则固液界面呈树枝状生长。
固溶体合金在正温度梯度下凝固时， 固液界面能呈树枝状生长的原因是固溶体合 金在凝固时， 由于异分结晶现象， 溶质组元必然会重新分布， 导致在固液界面前 沿形成溶质的浓度梯度， 造成固液界面前沿一定范围内的液相其实际温度低于平 衡结晶温度，出现了一个由于成分差别引起的过冷区域。 所以，对于固溶体合金， 结晶除了受固液界面温度梯度影响， 更主要受成分过冷的影响， 从而使固溶体合 金在正温度梯度下也能按树枝状生长。
答：
1）相图和相区
2)T开与T终在相图中已标出，Wsb=40%合金在400C时的平衡相成分及其含量可 根据相图和杠杆定律计算得出：
根据相图可以看出：在400C相平衡时，Li相为WBi=80%勺液相Bi-Sb合金,a相为WBi=50%勺固相相Bi-Sb合金。
根据杠杆定律：Li相的含量={()/()}X100%-%
3-2何谓合金平衡相图，相图能给出任一条件下合金的显微组织吗
答：
合金平衡相图是指在平衡条件下合金系中合金的状态与温度、 成分间关系的图解， 又称为状态图或平衡图。 由上述定义可以看出相图并不能给出任一条件下合金的 显微组织，相图只能反映平衡条件下相的平衡。
3-3有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的W=90%另 一个铸件的W=50%铸后自然冷却。问凝固后哪一个铸件的偏析严重为什 么找出消除偏析的措施。
3-5共晶点和共晶线有什么关系共晶组织一般是什么形态如何形成的
答：
共晶点和共晶线的关系： 共晶转变：在一定温度下， 由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的 转变过程，称为共晶转变或共晶反应。在二元合金中，由相率可知，二元三相平 衡时，其自由度为零，即在共晶转变时必然存在一个三相共晶平衡转变水平线， 把这条水平相平衡线称作共晶线。 把共晶线上对应发生共晶反应的液相合金成分 点称为共晶点。
答：
WNi=50%$件凝固后偏析严重。解答此题需找到Cu-Ni合金的二元相图。
原因：固溶体合金结晶属于异分结晶， 即所结晶出的固相化学成分与母相并不相
同。由Cu-Ni合金相图可以看出W=50%$件的固相线和液相线之间的距离大于
W=90%$件，也就是说W=50%$件溶质Ni的k°（溶质平衡分配系数）高，而且 在相图中可以发现Cu-Ni合金铸件Ni的k0是大于1,所以k0越大，则代表先结 晶出的固相成分与液相成分的差值越大，也就是偏析越严重。
消除措施：
可以采用均匀化退火的方法，将铸件加热至低于固相线100-200C的温度，进行
长时间保温，使偏析元素充分扩散，可达到成分均匀化的目的。
3-4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
答：
成过冷：
固溶体合金在结晶时， 由于选分结晶现象， 溶质组元必然会重新分布， 导致在固 液界面前沿形成溶质的浓度梯度， 造成固液界面前沿一定范围内的液相其实际温 度低于平衡结晶温度， 出现了一个由于成分差别引起的过冷区域。 过冷度为平衡 结晶温度与实际温度之差， 这个过冷度是由成分变化引起的， 所以称之为成分过 冷。
共晶组织的一般形态： 共晶组织的形态很多，按其中两相的分布形态，可以分为层片状、针片状、棒条 状、树枝状、球状、螺旋状等。通常，金属-金属型的两相共晶组织大多为层片 状或棒条状，金属-非金属性的两相共晶组织表现为针片状树枝状、 。
共晶组织的形成过程：
和纯金属及固溶体合金的结晶过程一样， 共晶转变同样要经过形核和长大的过程。 在形核时，生成相中的两相必然一个在先， 一个在后，首先形核的相称为领先相。 如果领先相是溶质含量比较少的相， 则多余的溶质必然要从先结晶的晶体中排出， 造成固液界面前沿液相中溶质富集， 为另一相的形核创造条件。 而另一相在形核 长大时必然要排出多余的溶剂原子向固液界面富集， 在固液界面前沿形成溶质的 贫瘠区，给领先相的形核又创造条件， 于是两生成相就这样彼此交替的的形核长 大，最终形成共晶组织。反之亦然。
3-6铋（熔点为C）和锑（熔点为C）在液态和固态时均能彼此无限互溶，WBi=50%的合金在520r时开始凝固出成分为Wsb=87%勺固相。WBi=80%勺合金在520E时开始凝固出成分为Wsb=64%勺固相。根据上述条件，要求：
1）绘出Bi-sb相图，并标出各线和各相区的美称。
2）从相图上确定Wsb=40%合金的开始结晶温度和结晶终了温度，并求出它 在400C时的平衡相成分及其含量。
答：
3-8组员A的熔点为1000C，组员B的熔点为700C,在800C存在包晶反应：a(Wb=5%+L(Wb=50%=B(Wb=30%;在600E存在共晶反应：L(Wb=80%(Wb=60%+丫(Wb=95%;在400C存在共析反应：B(Wb=50%
成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组织的影响： 在固液界面前沿无成分过冷区域时， 晶体以平面长大方式生长， 长大速度完全受 散热条件控制，最后形成平面状的晶粒组织；
在过冷区域比较小时， 固液界面上的偶然突出部分， 可伸入过冷区长大， 突出部 分约为，晶体生长是稳定的凹凸不平界面以恒速向液体中推进。 这种凹凸不平的 界面通常称之为胞状界面， 具有胞状界面的晶粒组织称为胞状组织， 因为它的显 微形态很像蜂窝，所以又称为蜂窝组织，它的横截面典型形态呈规则的六变形； 在过冷区域较大时， 则固溶体合金的结晶条件与纯金属在负温度梯度下的结晶条 件相似，在固液界面上的突出部分可以向液相中突出相当大的距离， 在纵向生长 的同时，又从其侧面产生突出分枝，最终发展成树枝晶组织。