晶格类型 1体心立方
金属学及热处理习题参考答案(1-9章)
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、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。
湖北汽车工业学院工程材料知识点总结
名词解释1奥氏体(A):C在yFe中的间隙固溶体,常用A或r表示，是一种硬度较低而塑性较高的固溶体。
2回复:在加热温度较低时，由于金属的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化,回复后，组织不发生变化，硬度略有下降，塑性略有提高，可清除部分内应力。
3固溶体:组成合金的组元，在固态时相互溶解，所形成的单一均匀的物质。
4自然时效:自然时效是指经过冷、热加工或热处理的金属材料，于室温下发生性能随时间而变化的现象。
5加工硬化:金属材料随着冷塑变形程度的增大，强度和硬度逐渐升高，塑性和韧性逐渐降低的现象称为加工硬化或冷作硬化6过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。
7铁素体：碳熔与a-Fe中形成的间隔固溶体8莱氏体：奥氏体和渗碳体组成的机械混合物9淬透性：钢经淬火后所能获得的粹硬层深度10调质：淬火加上高温回火获得回火索氏体的工艺过程11晶胞:晶胞是能代表晶格中原子排列规律的最小几何单元。
12同素异构转变:固态金属的晶格结构随温度改变而改变的现象。
13固溶强化:通过溶入溶质元素形成固溶体,使材料的强度、硬度提高的现象14钢的淬透性:在规定条件下,钢在淬火时获得淬硬层(淬透层)深度的能力15调质处理:把淬火和高温回火相结合的热处理方法称为调质处理填空题：1石墨为片状的灰口铸铁称为普通灰口铸铁。
石墨为团絮状的灰口铸铁称为可锻铸铁，石墨为球状的灰口铸铁为球墨铸铁其中可锻铸铁的韧性最高，但不可以锻造。
2陶瓷材料中的气象是指气孔在烧结过程中形成的，它降低了陶瓷的强度。
3根据采用的渗碳剂的不同，将渗碳分为固体渗碳，液体渗碳，气体渗碳三种4工程中常用的特殊性能钢有不锈钢，耐热钢，耐磨钢。
5金属的断裂形式有脆性断裂和韧性断裂两种。
6金属元素在钢中形成的碳化物可分为合金渗碳体与特殊碳化物两类。
7常见的金属晶体结构有体心立方晶格面心立方晶格，密排六方晶格。
8铁素体是碳溶入a-Fe中的有限固溶体，它保持体心立晶格形式：奥氏体是碳溶r-Fe中的有限固溶体，它保持面心立方晶格形式。
常见的晶体结构及其原胞晶胞
§1-2 常见的晶体结构及其原胞、晶胞1) 简单晶体的简单立方(simple cubic, sc) 它所构成的晶格为布喇菲格子。
例如氧、硫固体。
基元为单一原子结构的晶体叫简单晶体。
其特点有: 三个基矢互相垂直（），重复间距相等，为a，亦称晶格常数。
其晶胞=原胞；体积= ；配位数(第一近邻数) =6。
（见图1-7）图1-7简单立方堆积与简单立方结构单元2) 简单晶体的体心立方( body-centered cubic, bcc ) , 例如，Li，K，Na，Rb，Cs,αFe，Cr，Mo，W，Ta，Ba等。
其特点有：晶胞基矢, 并且，其惯用原胞基矢由从一顶点指向另外三个体心点的矢量构成：（见图1-9 b）(1-2)其体积为；配位数=8；（见图1-8）图1-8体心立方堆积与体心立方结构单元图1-9简单立方晶胞(a)与体心立方晶胞、惯用原胞(b)3) 简单晶体的面心立方( face-centered cubic, fcc ) , 例如，Cu，Ag，Au，Ni，Pd，Pt，Ne, Ar, Xe, Rn, Ca, Sr, Al等。
晶胞基矢，并且每面中心有一格点, 其原胞基矢由从一顶点指向另外三个面心点的矢量构成（见图1-10 b）：(1-3)其体积=；配位数=12。
，（见图1-10）图1-10面心立方结构(晶胞)(a)与面心立方惯用原胞(b)4) NaCl结构（Sodium Chloride structure），复式面心立方（互为fcc），配位数=6（图1-11 a)。
表1-1 NaCl结构晶体的常数5) CsCl结构（Cesuim Chloride structure），复式简单立方（互为sc），配位数=8（图1-11 b）。
表1-2 CsCl结构晶体的常数图1-11 NaCl结构和CsCl结构6) 金刚石结构（Diamond structure）, 两套fcc格子相互沿对角线位移1/4处套合。
体心立方晶胞特征
二、 固溶体
4、 间隙固溶体 （1）组成：原子半径较小（小于0.1nm)的非 金属元素溶入金属晶体的间隙。 （2）影响因素：原子半径和溶剂结构。 （3）溶解度：一般都很小，只能形成有限固 溶体。
二、固溶体
5、 固溶体的性能 无论置换固溶体，还是间隙固溶体，由于溶质原 子的存在都会使晶格发生畸变，使其性能不同于 原纯金属。
常见金属
具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉(Cd)、 锌(Zn)、铍(Be)等。
原子个数
晶胞原子数：6
原子半径
原子半径： R=a/2
致密度：0.74 (74%) 配位数：12 空隙半径： 四面体空隙 其半径为: r四=0.225r原子 八面体空隙 其半径为: r八=0.414r原子
单晶体与多晶体
第三节 合金的相结构
一、基本概念
1 合金 （1）合金：两种或两种以上的金属与金属， 或金属与非金属经一定方法合成的具有金属特性 的物质。 （2）组元：组成合金最基本的物质。可以是 元素，也可以是化合物。 （如一元、二元、三元 合金〕 （3）合金系：给定合金以不同的比例而合成 的一系列不同成分合金的总称。如Fe-C，Fe-Cr等。
晶胞(或晶格)中有68%的体积被原子所占据, 其余为 空隙。
间隙半径
若在晶胞空隙中放入刚 性球, 则能放入球的最大 半径为空隙半径。体心 立方晶胞中有两种空隙。 四面体空隙 其半径为: r四=0.29r原子 八面体空隙 其半径为: r八=0.15r原子
2、面心立方晶格（ FCC） 原子排列方式 常见金属 原子个数 原子半径 配位数 致密度
平行晶面：指数相同，或数字相同但正负
号相反；
晶面族
晶 面 族 ： 晶体 中具 有 相 同 条 件（ 原子 排 列 和 晶 面间 距完 全 相 同 ） ，空 间位 向不同的各组晶面。 用 {hkl} 表示。 如在 立方晶胞中 (111) 、 ( 111 ) 、 (111 ) 、 ( 111 ) 同属{111}晶 面族。
金属的晶体结构讲解
2020年9月28日
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3、密排六方晶格
密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体，有六个呈长方形的侧面 和两个呈六边形的底面所组成。因此，要用两个晶格常数表示。 一个是柱体的高度c，另一个是六边形的边长，在晶胞的每个角 上和上、下底面的中心都排列一个原子，另外在晶胞中间还有三 个原子。
密排六方晶胞每个角上的原子为相邻的六个晶胞所共有，上、 下底面中心的原子为两个原子所共有，晶胞中三个原子为该晶胞 独有。所以，密排六方晶胞中原子数为12×1／6＋2×1／2＋3＝ 6（个）。具有密排六方晶格的金属有Mg 、Zn 。
3、晶格常数
在晶体学中，通常取晶胞角上某一结点作为原点，沿 其三条棱边作三个坐标轴X、Y、Z，并称之为晶轴，而 且规定坐标原点的前、右、上方为轴的正方向，反之
为反方向，并以棱边长度 a、 b、 c和棱面夹角
、 、 r 来表示晶胞的形状和大小 。
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（三）、金属中常见晶格
由于金属键结合力较强，是金属原子总趋于紧密排列 的倾向，故大多数金属属于以下三种晶格类型。
晶向指数：通过原点直线上某点的坐标，用方括 号顺序表示。 [x y z] 晶向族: <x y z>
密排面： 密排方向：
Fig 铁的单晶体（晶胞）及其各方
向上弹性模量（E）示意图
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二、实际金属的晶体结构
（一）、金属材料都是多晶体
我们把晶格位向完全一致的晶体叫做单晶体。
单晶体只有经过特殊制作才能获得。实际上，常使用 的金属材料，由于受结晶条件和其它都不同
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（四）、晶体结构的致密度
晶体结构的致密度是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之
晶格类型 1体心立方
1．晶格类型1体心立方：α—fe Cr W, Mo,V （2）面心立方：r-fe，铜铝，镍，（3）密排立方：Be. Mg. Zn, Cd2．三种缺陷：（1）点缺陷：空位，置换原子，间隙原子（2）线缺陷：刃型位错（3）面缺陷：金属中的晶界亚晶界产生晶格畸变3．细化晶粒的方法：（1）增大过冷度（2）变质处理（3）机械振动和搅拌4．细化晶粒对力学性能的影响：晶粒越小则金属的强度硬度越好，塑性韧性下降5．固溶强化现象; 溶质溶入溶剂中使晶格产生畸变现象使强度硬度塑性韧性下降6．二元相图建立（1）配制几种成分不同的合金（2）测定上述合金的冷却曲线（3）找上述合金的临界点注：冷却时，是以极其缓慢的速度7．二元相图：匀晶共晶包晶共析8．Fe-FeC状态图中各点，线的含义，温度，成分及各区的组织是什么？各组织用什么符号表示？⇄⇄⇄⇄⇄LJNGAA+Fe3CF+Fe3CL+Fe3CL+A+ ALJ NG AA+Fe3CF +Fe3CL+Fe3C L+AF + AF9.。
碳钢中常含有哪四种杂质元素？哪些是有益元素哪些是有害元素？Mn Si S P Mn Si 有益P S 有害10.过冷奥氏体等温转变曲线包括哪三个转变区域？共析钢等温曲线的转变区温度范围是多少？各转变区在不同温度下的转变产物的名称和符号是什么？珠光体转变贝氏体转变马氏体转变11.退火，正火，淬火，低低温回火的目的是什么？获得的组织是什么？退火目的：（1）降低硬度，改善切削加工性（2）消除应力，稳定尺寸（3）细化晶粒，调整组织，消除缺陷，为后续热处理做好组织准备获得铁素体加珠光体冷却方式：空气中冷却正火：细化晶粒，提高其力学性能获得索氏体组织空气冷却淬火：为了获得马氏体，提高钢的强度，硬度和耐磨性油冷或水冷低温回火：降低淬火应力和脆性，多用于处理各种模具或表面淬火的工艺获得回火马氏体12.合金元素对C曲线位置有何影响？其他元素对C曲线位置的影响？1.含碳量的影响：对C曲线位置影响：在正常加热条件下，Wc<0.77%时，含碳量增加，C曲线右移；Wc>0.77%时，含碳量增加，C曲线左移。
四种晶体类型
相应的电子构型变化： 2s 2 2p 6 3s 1 —— 2s 2 2p 6 ，3s 2 3p 5 —— 3s 2 3p 6 形成稀有气体原子结构的稳定离子。
第二步 靠静电吸引， 形成化学键 。 体系的势能与核间距之间的关系如图所示：
V
0 Vr0 r0 r
纵坐标的零点 当 r 无穷大时，即两核之间 无限远时的势能。
§4.3 金属晶体
§4.4 原子晶体 §4.5 分子晶体
§4.6 离子极化
§4.1 晶体的特征 4.1.1 晶体的特征
4.1.2 晶格和晶胞 4.1.3 晶格类型
4.1.4 晶体类型
4.1.1 晶体的特征
晶体 固体
非晶体——无定型物质 两者有何区别？
晶体 （1） 具有整齐规则的几何外形 （2） 在一定压力下具有固定 的熔点 （3） 具有各向异性 无定型物质 外形不规则 没有固定熔点 各向同性
出一套离子半径数值，被称为 Pauling 半径 。
一般教材上两套数据均列出。但在比较半径
大小和讨论变化规律时，多采用 Pauling 半径 。 (2) 离子半径的变化规律
a ) 同主族从上到下，电子层增加，核对外层电 子的引力减小,具有相同电荷数的离子半径增加。 Li + < Na + < K + < Rb + < Cs + b) F－ < Cl－ < Br－ < I－ 同周期的主族元素，从左至右阳离子半径随
(5) (18+2)e－构型： 基态离子价电子层最外层有2个电子，次 外层有18个电子。例如： Ti+、 Sn2+、Pb2+、 Bi3+、Sb3+等。
晶体结构晶格
1．铁碳相图 (Fe-Fe3 C相图) (1) Fe-Fe3 C相图的组元
● Fe —— α –Fe、δ -Fe (bcc) 和γ -Fe (fcc) 强度、硬度低，韧性、塑性好。
● Fe3 C —— 熔点高，硬而脆，塑性、韧性几乎为零。
导入
金属材料简介 1. 金属材料分为黑色金属（钢铁材料）和有色金 属。汽车上各种结构零件，钢铁材料约占80%。 2. 汽车工程材料不断向轻量化发展，各种新的汽 车工程材料相继被推出并应用于汽车工业之中。
3. 重点介绍金属材料特别是钢铁材料的性能、结 构、牌号及在汽车上的应用。
材料按照原子（离子或分子）在三维空间排列 方式的不同，可分为晶体与非晶体两大类。
这种溶质原子溶入溶剂晶格而仍保持溶剂晶格 类型的金属晶体叫做固溶体。
置 换 固 溶 体
Z
Z 置换原子
间 隙 固 溶 体
间隙原子
Y Y
X X
晶格畸变
小原子置换引起的 晶格畸变
间隙原子引起的 晶格畸变
固溶强化
形成固溶体使金属强度和硬度提高,而塑性下降的现象.
正常晶格
晶格畸变
2.金属化合物 是指合金各组元的原子按一定的整数比
匀晶相图
L+A
共晶相图
L
D
E
A
G 共析相图
A+ A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
P
Q P+F P+Fe3CⅡ
1148℃
C( A+Fra biblioteke3C )Ld
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1．晶格类型1体心立方：α—fe Cr W, Mo,V （2）面心立方：r-fe，铜铝，镍，（3）密排立方：Be. Mg. Zn, Cd
2．三种缺陷：（1）点缺陷：空位，置换原子，间隙原子（2）线缺陷：刃型位错（3）面缺陷：金属中的晶界亚晶界产生晶格畸变
3．细化晶粒的方法：（1）增大过冷度（2）变质处理（3）机械振动和搅拌
4．细化晶粒对力学性能的影响：晶粒越小则金属的强度硬度越好，塑性韧性下降
5．固溶强化现象; 溶质溶入溶剂中使晶格产生畸变现象使强度硬度塑性韧性下降6．二元相图建立（1）配制几种成分不同的合金（2）测定上述合金的冷却曲线（3）找上述合金的临界点注：冷却时，是以极其缓慢的速度
7．二元相图：匀晶共晶包晶共析
8．Fe-FeC状态图中各点，线的含义，温度，成分及各区的组织是什么？各组织用什么符号表示？
⇄
⇄
⇄⇄
⇄
L
J
N
G
A
A+Fe3C
F+Fe3C
L+Fe3C
L+A
+ A
L
J N
G A
A+Fe3C
F +Fe3C
L+Fe3C L+A
F + A
F
9.。
碳钢中常含有哪四种杂质元素？哪些是有益元素哪些是有害元素？
Mn Si S P Mn Si 有益P S 有害
10.过冷奥氏体等温转变曲线包括哪三个转变区域？共析钢等温曲线的转变区温度范围是多少？各转变区在不同温度下的转变产物的名称和符号是什么？
珠光体转变贝氏体转变马氏体转变
11.退火，正火，淬火，低低温回火的目的是什么？获得的组织是什么？
退火目的：（1）降低硬度，改善切削加工性（2）消除应力，稳定尺寸（3）细化晶粒，调整组织，消除缺陷，为后续热处理做好组织准备获得铁素体加珠光体冷却方式：空气中冷却正火：细化晶粒，提高其力学性能获得索氏体组织空气冷却淬火：为了获得马氏体，提高钢的强度，硬度和耐磨性油冷或水冷低温回火：降低淬火应力和脆性，多用于处理各种模具或表面淬火的工艺获得回火马氏体
12.合金元素对C曲线位置有何影响？其他元素对C曲线位置的影响？
1.含碳量的影响：对C曲线位置影响：在正常加热条件下，Wc<0.77%时，含碳量增加，C曲线右移；Wc>0.77%时，含碳量增加，C曲线左移。
所以，共析钢的过冷奥氏体最稳定。
2.合金元素的影响：除钴以外，所有的合金元素溶入奥氏体后，都增大过冷奥氏体A的稳定性，使C曲线右移。
碳化物含量较多时，对曲线的形状也有影响
13.选用材料：45号钢制造机床主轴的工艺路线：下料—锻造—正火—粗加工—调制—精加工—表面淬火加回火—机械加工锻造后正火的目的：慰劳改善锻造组织，细化晶粒，降低硬度以利于切削加工，并为调制处理做组织准备淬火加回火的目的：提高弹性
简答题
1.金属材料塑性变形的基本方式有几种？物理本质？
滑移孪生本质：晶体产生滑移晶体产生转动
2．Mn在C钢中的性能形式？
来自生铁及脱氧剂。
溶于铁素体起固溶强化作用，同时还可形成合金渗碳体。
锰可降低S 的有害作用，提高加工性能。
通常含锰量＜0.8%。
3.晶粒大小对性能的影响？
金属材料的晶粒越细，不仅强度高，而且塑性和韧性也愈好。
因为晶粒越细，在单位面积内的晶粒数愈多，金属的总变形量可分散到更多的晶粒中，使变形逾均匀。
另外，晶粒越细，晶界曲折越多，可阻碍裂纹的扩展。
所以细晶粒的金属材料具有良好的韧性和塑性。
受摩擦的导轨，缸体，活塞环等可锻铸铁，用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。
球墨铸铁，承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。
蠕墨铸铁，常用于制造承受热循环
载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。
如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。
5.铝合金如何分类？铝合金的名称和牌号是什么？各适应何场合？
铝合金分为形变铝合金和铸铸造铝合金形变铝及铝合金牌号
⏹表示方法为:（1）防锈铝合金：LF+序号（2）硬铝合金：LY +序号用途：螺
旋桨、梁、铆钉（3）超硬铝合金：LC +序号用途：工作温度较低、受力较大的结构件,如飞机大梁、起落架等。
（4）锻铝合金LD +序号用途：制造150 ~225℃下工作的零件，如压气机叶片、超音速飞机蒙皮等。
⏹铸造铝合金（1）Al- Si系：代号为ZL1+两位数字顺序号用途：制造飞机、仪
表、电动机壳体、汽缸体、风机叶片、发动机活塞（2）Al-Cu系：代号为ZL2+两位数字顺序号用途：制造在较高温度下工作的高强零件，如内燃机汽缸头、汽车活塞等。
（3）Al-Mg系：代号为ZL3+两位数字顺序号用途：制造外形简单、承受冲击载荷、在腐蚀性介质下工作的零件，如舰船配件、氨用泵体等。
（4）Al-Zn 系：代号为ZL4+两位数字顺序号用途：主要用于制造形状复杂受力较小的汽车、飞机、仪器零件。
6．写出下列代号的塑料名称：PE:聚乙烯PVC：聚氯乙烯PP:聚丙烯PS:聚苯乙烯ABS:塑料POM；聚甲醛PA:聚酰胺PC聚碳酸酯PF:酚醛塑料EP：环氧塑料UF：氨基塑料PA又称尼龙热塑性材料：聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、热固性材料：(1)酚醛塑料（PF）(2)环氧塑料（EP）(3)氨基塑料（UF）
7.陶瓷由哪些显微组织组成？对陶瓷的性能产生哪些影响？陶瓷有何性能特点？
由(1)晶相(2)玻璃相(3)气相组成晶相是陶瓷材料中主要的组成相，决定陶瓷材料物理化学性质的主要是晶相。
玻璃相的作用是充填晶粒间隙、粘结晶粒、提高材料致密度、降低烧结温度和抑制晶粒长大。
气相是在工艺过程中形成并保留下来的。
性能特点：陶瓷材料具有高熔点、高硬度、高化学稳定性，耐高温、耐氧化、耐腐蚀等特性。
还具有密度小、弹性模量大、耐磨损、强度高等特点。
功能陶瓷还具有电、光、磁等特殊性能。
8.复合材料分为哪几类？各类的特点是什么？在何场合应用？
复合材料按增强相形状分类：（1）纤维增强复合材料（2）层合复合材料（3）颗粒增强复合材料1的特点：这种材料具有树脂的化学性能，电性能和比重小，易加工的特性2的特点：这种材料具有金属基本的力学，物理性能和塑料的表面减磨，耐磨性能3的特点：具有高强度，高硬度，高耐磨性，耐腐蚀，耐高温以及膨胀系数小等特性1适用于制造要求比强度、比模量高的飞行器结构件；要求耐高温的导弹的鼻锥体、火箭喷嘴等；制造重型机械的轴瓦、齿轮等耐磨件及化工设备等耐蚀件等。
2适用于常用作无油润滑轴承，此外还可制作机床导轨、衬套、垫片，航空、船舷、化工等工业，如飞机、船舶的隔板及冷却塔等。
3硬质合金硬度极高，且热硬性、耐磨性好，一般做成刀片，镶在刀体上使用。