工程材料与热处理 第2章作业题参考答案

1． 常见的金属晶格类型有哪些?试绘图说明其特征。

体心立方：

单位晶胞原子数为2

配位数为8

原子半径=a 4

3 (设晶格常数为a) 致密度0.68

面心立方：

单位晶胞原子数为4

配位数为12

原子半径=a 4

2 (设晶格常数为a)致密度0.74

密排六方：

晶体致密度为0.74，晶胞内含有原子数目为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。

而多晶体是由许多位向不同的晶粒组成，虽然每个晶粒具有各向异性，但不同位向的各晶粒的综合作用结果，使多晶体的各方向上性能一样，故显示出各向同性。

8．试计算面心立方晶格的致密度。

9．什么是位错?位错密度的大小对金属强度有何影响?

所谓位错是指晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。

随着位错密度的增加金属的强度会明显提高。

10．解释下列名词：晶体、晶格、晶胞、晶胞参数、单晶体的各向异性、过冷度、变质处理。晶体：晶体是原子、离子或分子按照一定的周期性在空间排列形成在结晶过程中形成具有一

定规则的几何外形的固体。

晶格：晶格抽象地用于描述原子在晶体中排列形式的空间几何格子，称为晶格。

晶胞：从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，称为晶胞。

晶胞参数：晶胞的形状和大小可以用6个参数来表示，此即晶格特征参数，简称晶胞参数。单晶体的各向异性：即沿单晶的不同方向，不同晶面原子排列的周期性和疏密程度不相同，由此导致晶体在不同方向和不同晶面的物理化学特性也不相同。

过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。

变质处理：变质处理就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的。

11.金属的实际晶体结构有何特点？

1）金属的实际晶体结构是多晶体结构。实际使用的金属材料，绝大部分并非理想的单晶体，而是由许多小晶体（晶粒）组成的多晶体。2）金属的实际晶体结构存在晶体缺陷。

存在点缺陷、线缺陷与面缺陷。

12.铜、钨和镁的晶胞中含有原子数各为多少？

铜为面心结构，原子数为4；钨为体心结构，原子数为2；镁为密排六方结构，原子数为6。

13.细晶强化有什么特点？

通过细化晶粒提高金属材料强度和韧性的的方法称为“细晶强化”。晶界越多，晶粒越细，晶界面积增大，面缺陷增多，材料的强度和韧性提高，综合机械性能提高。

14.判断是非，说明为什么？

1)不论在什么条件下，金属晶体缺陷总是使金属强度降低。工业上常用金属中的原子排列

是完整的、规则的，晶格位向也是完全一致的。

2)金属结晶时的冷却速度愈慢，过冷度愈小，金属的实际结晶温度愈接近理论结晶温度。

3)位错是晶体中常见的缺陷，在常见的工业金属中位错密度愈小，其强度愈高。

4)对于纯金属来说，冷却曲线上的水平台就是该金属的理论结晶温度。

5)对于同一种金属来说，在任何情况下柱状晶的强度总比等轴晶的强度高。

1）不正确，一般晶体缺陷密度增大，强度和硬度提高。工业上常用的金属是多晶结构，每个晶粒的位向不同，且存在晶体缺陷。

2）正确。

3）不正确，如果金属不含位错，那么它将有极高的理论强度，然而常见的工业金属中位错密度愈大，其强度愈高。

4）不正确，水平台是实际结晶温度，冷却速度越大，则过冷度越大，则理论结晶温度离水平台越远。

5）不正确，柱状晶区存在明显的弱面，而等轴区不存在明显的弱面，各晶粒的取向各不相同，其性能也没有方向性。