金属学-第三章习题[1](1)

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。

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)、 (201)、(012)、(012)、(021)、(021)、等晶面。

第三章金属及其化合物一、金属的物理通性：常温下，金属一般为银白色晶体〔汞常温下为液体〕，具有良好的导电性、导热性、延展性。

二、金属的化学性质：多数金属的化学性质比较活泼，具有较强的复原性，在自然界多数以化合态形式存在。

物质保存化性与O2与Cl2 与S与水与酸溶液与碱溶液与盐溶液与氧化物Na煤油〔或石蜡油〕中常温下氧化成 Na2O：4Na+O2=2Na2O点燃生成Na2O22Na+O2点==燃Na2O22Na+Cl2 == 2NaCl点燃常温下即可反响：2Na + S = Na2S常温与冷水剧烈反响：2Na+2HO=2NaOH+H↑2Na+2HCl=2NaCl+H↑----------------------与硫酸铜溶液：2Na+2HO+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4+H2↑与氯化铁溶液：6Na+6H2O+2FeCl3=2Fe(OH)3↓+6NaCl+3H2↑----------------------Al直接在试剂瓶中即可常温下生成致密氧化膜：4Al+3O2=2Al2O3致密氧化膜使铝耐腐蚀。

纯氧中可燃，生成氧化铝：4Al + 3O点2燃==2Al2O32Al+3Cl2点==燃 2AlCl3加热时才能反响：2Al+3S==△Al2S3去膜后与热水反响：2Al+6H2O==2Al(OH)3↓+3H2↑△2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑2Al+2NaOH+2HO=2NaAlO+3H2↑置换出较不活泼的金属单质镁条引燃时铝热反响：2Al+Fe2O3========Al2O3+2Fe点燃Fe直接在试剂瓶中潮湿空气中易受腐蚀：铁锈：主要成分Fe2O3纯氧中点燃生成：点燃3Fe+2O2==Fe3O42Fe+3Cl2==2FeCl3点燃加热只能生成亚铁盐：Fe+S==FeS△常温下纯铁不与水反响。

加热时才与水蒸气反响：3Fe+4H2O(g)==Fe3O4+4H2△Fe+2HCl=FeCl2+H2↑---------------------置换出较不活泼的金属单质---------------------金属活泼性逐渐减弱三、金属化合物的性质：1、氧化物Na2O Na2O2Al2O3Fe2O3性质碱性氧化物非碱性氧化物两性氧化物碱性氧化物颜色状态白色固体淡黄色固体白色固体赤红色固体Na2O+H2O=2N 2Na2O2+2H2O=4N与水反响aOH--------------------------------aOH2+O↑Na2O+2HC2Na2O2+4HCl=4l=2NaCl+H2Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O〔溶与酸溶液NaCl+2HO+O AlO+6HCl=2AlCl+3HOO〔溶液无222332↑液黄色〕色〕与碱溶液----------------------Al2O3+2NaOH=--------------------------2NaAlO2+H2O其他Na2O+CO2=Na2Na2O2+2CO=2N--------------------------------CO aCO+O232322、氢氧化物化性NaOH Al(OH)3Fe(OH)2Fe(OH)3属性碱性氢氧化物两性氢氧化物碱性氢氧化物碱性氢氧化物Al(OH)+3HCl=Fe(OH)+2HCl=Fe Fe(OH)+3HCl=与酸溶液NaOH+HCl=NaCl+HO3232AlCl+3HO Cl+2HO FeCl+3HO322232与碱溶液Al(OH)+NaOH=NaAl----------------------------------------------3△--△22O+2HO稳定性稳定2Al(OH)3==Al2O3+3H4Fe(OH)2+O2+2H2O2Fe(OH)3==Fe2O3+ O=4Fe(OH)3HO232其他2NaOH+CO=Na2CO3+H2O----------------------------------------------NaOH+CO(过量)=NaHCO--23铝盐溶液与过量浓亚铁盐溶液与氢铁盐溶液滴加氢制备金属钠与水即可氧化钠溶液〔液面氨水氧化钠溶液下〕3、盐Na2CO3NaHCO3溶解度较大较小溶液碱性使酚酞变红，溶液呈碱性。

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 ）。

第3章习题3-1 在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状成长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？答：纯金属凝固时，要获得树枝状晶体，必须在负的温度梯度下；在正的温度梯度下，只能以平面方式长大。

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。

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 Ni=90%，另一个铸件的w Ni=50%，铸后自然冷却。

问：（1）凝固后哪个铸件的枝晶偏析严重？（2）哪种合金成分过冷倾向较大？（3）室温下哪个铸件的硬度较高？答：（1）w Ni=50%的合金枝晶偏析严重。

在铸件的形状、尺寸和冷却条件相同的情况下，枝晶偏析的程度主要取决于液、固相线之间的水平距离，水平距离越大，结晶出来的固相成分和合金成分的差别越大，枝晶偏析越严重。

w Ni=50%的合金液、固相线之间的水平距离大，所以枝晶偏析严重。

（2）w Ni=50%的合金成分过冷倾向大。

w Ni=50%的合金就是w Cu=50%的合金，w=90%的合金就是w Cu=10%的合金；把Cu看作溶质，溶质溶度越大，越容易Ni形成成分过冷，所以w Cu=50%的合金（即w Ni=50%的合金）成分过冷倾向大。

（3）w Ni=50%的合金硬度高，溶质含量越高，固溶强化的效果越好。

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：成分过冷是指合金凝固时由于液固界面前沿溶质浓度分布不均匀，使其实际温度低于其理论熔点而造成的一种特殊过冷现象。

在正的温度梯度下，若无成分过冷，晶体以平面方式生长，界面呈平直界面。

成分过冷区较小时，晶体以胞状方式生长，呈现凸凹不平的胞状界面，称为胞状组织或胞状结构。

成分过冷区大时，晶体可以树枝状方式生长，形成树枝晶。

在两种组织形态之间还会存在过渡形态：平面胞状晶和胞状树枝晶。

当成分过冷度大于形成新晶核所需要的过冷度时，就会在固液界面前沿的液相中产生大量的新晶核，从而获得等轴晶粒。