《金属学原理》练习题-金属和合金的固态结构
《金属固态相变原理》考试试卷(B卷)(word文档良心出品)
贵州大学2014—2015学年第一学期《金属固态相变原理》考试试卷（B卷）班级姓名学号题号一二三四五总得分评卷人审核人得分一、名词解释（每题3分，共15分）1、同素异构转变：2、回火抗力:3、本质晶粒度:4、奥氏体稳定化:5、化学热处理:二、填空题（每空1分，共15分）1、奥氏体是溶于中所形成的固溶体。
2、共析钢淬火后在回火过程中，由于组织发生了变化，钢的也随之发生改变。
其基本趋势是随回火温度升高，钢的和下降，和提高。
3、正火的冷却速度比退火，故正火的组织比较，它的强、硬度比退火。
4、淬火钢的回火，本质上是分解以及析出、聚集长大的过程。
广义的回火概念应当是指将淬火后合金固溶体加热到低于相变临界点温度，保温一段时间后再冷却到室温的工艺方法。
回火转变是典型的型转变。
三、判断题（每题3分，共12分）1、珠光体形成时一般在奥氏体晶内形核。
2、钢中的合金元素和碳一样，在贝氏体转变时会发生重新分布。
3、共析钢和过共析钢的连续冷却转变中无贝氏体转变区。
4、等温淬火后的组织不需要再进行回火。
四、论述题（共34分）1、若按所有的八面体间隙位置均填满碳原子计算，单位晶胞中应含20%的碳原子，但实际上碳在 -Fe中的最大溶解度仅为2.11%，为什么？（6分）●试分析马氏体转变与贝氏体转变有哪些主要异同点？（8分）●简述片状珠光体的形成机理。
（10分）●淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢的淬火加热温度应如何选择？试从获得的组织及性能等方面加以说明。
（10分）五、分析题（每题12分，共24分）1、高速钢（高碳高合金工具钢）有时采用分级淬火法，即工件从分级浴槽中取出后常常置于于空气中冷却，但如果当工件尚处于100~200℃时使用水清洗，将会发生什么问题？为什么？2、试分析φ10mm的45钢（退火状态），经下列温度加热并水冷后所获得的组织：①700℃②760℃③840℃贵州大学2014—2015学年第一学期《金属固态相变原理》考试试卷（B卷）答案一、名词解释（每题3分，共15分）1、同素异构转变：纯金属（1分）在温度和压力变化（1分）时，由某一种晶体结构转变为另一种晶体结构（1分）的过程。
金属学原理试题及答案
金属学原理试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 金属晶体中最常见的晶格类型是（）。
A. 立方晶格B. 六方晶格C. 四方晶格D. 三角晶格2. 下列元素中，属于铁素体的组成元素是（）。
A. 碳B. 镍C. 铬D. 锰3. 金属的塑性变形主要通过哪种机制进行？（）。
A. 位错运动B. 原子扩散C. 相变D. 电子迁移4. 在金属学中，霍尔-佩奇关系是用来描述（）。
A. 晶粒大小与强度的关系B. 晶界特性C. 位错密度D. 相界面5. 金属的热处理过程中，淬火后的金属通常需要进行（）。
A. 回火B. 正火C. 退火D. 时效6. 金属的疲劳断裂通常起始于（）。
A. 表面B. 晶界C. 晶内D. 夹杂物7. 金属的腐蚀类型中，电化学腐蚀属于（）。
A. 全面腐蚀B. 局部腐蚀C. 应力腐蚀D. 腐蚀疲劳8. 在金属学中，奥氏体转变是指（）。
A. 面心立方晶格转变为体心立方晶格B. 体心立方晶格转变为面心立方晶格C. 六方密堆积晶格转变为体心立方晶格D. 体心立方晶格转变为六方密堆积晶格9. 金属的硬度测试中，布氏硬度测试法适用于（）。
A. 极硬金属B. 极软金属C. 中等硬度金属D. 脆性材料10. 金属的冷加工可以提高其（）。
A. 塑性B. 硬度C. 韧性D. 导电性二、填空题（每题2分，共20分）11. 金属的冷加工硬化可以通过________方法来消除。
12. 金属的再结晶温度通常低于其________温度。
13. 在金属学中，________是指金属在塑性变形后，通过加热而发生的晶格重建过程。
14. 金属的腐蚀速率与________的浓度有关。
15. 金属的晶界通常是________的来源。
16. 金属的相图是用来描述合金在不同温度和组成下的________状态。
17. 金属的疲劳寿命可以通过________测试来评估。
18. 金属的断裂韧性是指材料在________作用下发生断裂的能力。
金属学原理2答案
一、简答题1. 固态下，无相变的金属，如果不重熔，能否细化晶粒？如何实现？答：可以。
.通过进行适当冷变形，而后在适当温度再结晶的方法获得细晶（应主意避开临界变形度和避免异常长大）。
或进行热加工，使之发生动态再结晶。
2. 固体中有哪些常见的相结构？答：固体中常见的相结构有：固溶体（单质）、化合物、陶瓷晶体相、非晶相、分子相。
3. 何谓平衡结晶？何谓非平衡结晶？答：平衡结晶是指结晶速度非常缓慢，液相和固相中扩散均很充分的情况下的结晶。
非平衡结晶是指结晶速度比较快，扩散不充分的情况下的结晶。
4. 扩散第一定律的应用条件是什么？对于浓度梯度随时间变化的情况，能否应用扩散第一定律？答：扩散第一定律的应用条件是稳态扩散，即与时间无关的扩散。
对于非稳态扩散的情况也可以应用扩散第一定律，但必须对其进行修正。
5. 什么是成分过冷？如何影响固溶体生长形态？答：凝固过程中，随液固界面的推进，液固界面附近液相一侧产生溶质原子富集，导致液相的熔点发生变化，由此产生的过冷现象称为成分过冷。
无成分过冷时，固溶体以平面状生长，形成等轴晶；有较小过冷度时，形成胞状组织；有较大成分过冷时，形成树枝晶。
二、综合分析题图示Cu-Cd 二元相图全图及其400℃～600℃范围的局部放大：（13分）1） 请根据相图写出549℃、547℃、544℃、397℃和314℃五条水平线的三相平衡反应类型及其反应式；2） 已知β相成分为w cd =46.5％，400℃时γ相的成分为w cd =57％，请计算400℃时w Cd＝50％合金的相组成。
答：1）549℃：包晶反应，（Cu ）+ L →β547℃：包晶反应，β + L →γ544℃：共晶反应，L → γ + δ397℃：包晶反应，δ + L → ε314℃：共晶反应，L → ε +（Cd ）2）%7.66%1005.46575057%=⨯--=β 或 %3.33%1005.46575.4650%=⨯--=γ。
金属学原理习题及答案
[311]；b)六方晶系(2-1-11)，(1-101)，(3-2-12)，[2-1-11]，[1-213]。 5. 试计算面心立方晶体的(100)，(110)，(111)，等晶面的面间距和面致密度，并
12. 如图所示，在相距为 h 的滑移面上有两个相互平行的同号刃型位错 A、B。 试求出位错 B 滑移通过位错 A 上面所需的切应力表达式。
13. 图所示某晶体滑移面上有一柏氏矢量为 b 的位错环并受到一均匀切应力 的 作用，a)分析各段位错线所受力的大小并确定其方向；b)在 作用下，若要 使它在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？
9. Ag冷加工后位错密度为 1012/cm2，设再结晶晶核自大角度晶界向变形基体移 动，求晶界弓出的最小曲率半径(Ag: G=30GPa， b=0.3nm，r=0.4J/m2)。
10. 有一 70MPa应力作用在fcc晶体的[001]方向上，求作用在（111） 和（111）
滑移系上的分切应力。 11．简要分析加工硬化、细晶强化、固熔强化及弥散强化在本质上有何异同。 12．为细化某纯铝件晶粒，将其冷变形 5％后于 650℃退火 1 h，组织反而粗化；
试求出位错 B 滑移通过位错 A 上面所需的切应力表达式。 6. 两根刃位错显得 b 大小相等且相互垂直(如图 3-4 所示)，计算位错 2 从其滑移
面上 x<=0 处移至 x=a 处所需的能量。 7. 在同一滑移面上有两根平行的位错线，其柏氏矢量大小相等且相交能量角度考虑 Φ 在什么 只是两根位错线相吸或相斥。 8. 图 3-6 所示某晶体位错面上有一柏氏矢量为 b 的位错环并收到一均匀切应力 τ 的作用，a)分析各段位错线所受力的大小并确定其方向；b)在 τ 作用下，若要 使它在晶体中稳定不动，其最小半径为多大？
第二章2 固体结构试题与答案
一、名词解释：相、固溶体、中间相、超结构、电子浓度、正常价化合物、电子化合物、间隙相、间隙化合物；二、计算题：1、青铜为铜和锡组成的固溶体合金，其中大约有3％的铜原子为锡原于所取代，且仍维持着fcc结构。
试求合金中所含Cu和Sn的质量分数(已知cu的相对原子量为63.54，Sn为118.69)解由题意知，合金中所含Sn的摩尔分数为X Sn＝3％，所台Cu的摩尔分数为X Cu=97％，故其质量分数为2、在1000℃时，有Wc＝1.7％的碳溶入面心立方结构的铁中形成固溶体，求100个单位晶胞中有多少个碳原子?解因为100个单位晶胞中，有400个铁原子，其质量分数W Fe=98.3％总质量为(400×55.85)／0.983＝22726碳原子数为22726×0.017/12.0l＝32大约l／3个单位晶胞中才有1个碳原子。
这是因为碳原子半径较八面体间隙半径稍大些，因而碳原子不太可能都填满所有的等效位置。
3、β’黄铜的结构为简单立方。
如图2-3所示。
如果Cu和Zn原子半径分别为0.13nm和0.14 nm，试估计其密度(已知Cu和Zn的相对原子质量分别为63.54及65.38)。
4、计算单质原子配位数为6的晶体结构的致密度，并计算此时的原子半径与配位数为12时的原子半径比值。
配位数为6的晶体结构为简单立方结构，设其半径为r，晶格常数为a，二者关系为a=2r，致密度3343=0.52336raππη==，6121r/ra=5、Mg具有hcp结构，c/a=1.624体密度为1.74g/cm3，求a，c，原子半径和致密度。
1.74AnMVNρ===，得a=0.32nm，c=0.52nm，r=0.1598，致密度为3460.74rπη⨯==6、测得X Au=40％的Cu-Au固溶体点阵常数a=0.3795nm，密度为14.213g/cm3，计算说明该合金是什么类型固溶体？利用Cu Au(X X)Cu AuAn M MVNρ+=，得出n=3.95≈4，故为置换固溶体AuM=2007、Fe-Mn-C固溶体具有面心立方结构，Mn和C的质量分数为12.3％和1.34％，点阵常数为0.3624nm，密度为7.83g/cm3，请说明Mn和C在Fe中各是什么固溶体？再计算固溶体中每个原子的平均重量23230.821755.850.11954.940.0593128.8219106.0210A g-⨯+⨯+⨯==⨯⨯每个晶胞中的原子数为3723(0.362410)7.834.28768.821910anAρ--⨯⨯===⨯因为Fe-Mn-C合金固溶体具有面心立方结构，每个晶胞中含有4各原子，现在计算得每个晶胞中含有4.2876个原子，说明其中一个或全部溶质组元都是间隙溶质原子。
《高分子科学导论》习题
《金属学原理》习题第一章金属的晶体结构1.解释下列基本概念单晶体，多晶体，晶体结构，空间点阵，阵点，晶胞，晶向指数，晶面指数，晶向族，晶面族，晶带，晶带定理，晶面间距，面心立方，体心立方，密排立方，多晶型性，配位数，致密度，点缺陷，线缺陷，面缺陷，空位，间隙原子，肖脱基缺陷，弗兰克尔缺陷柏氏矢量，晶界，固溶体，相，组织，中间相2.标出具有下列密勒指数的晶面和晶向：a)立方晶系(421)，(-123)，(130)，[2-1-1]，[311]；b)六方晶系(2-1-11)，(1-101)，(3-2-12)，[2-1-11]，[1-213]。
3.写出FCC、BCC、HCP、（c/a=1.633）晶体的密排面、密排面间距、密排方向、密排方向最小单位长度。
4.晶界的主要特点。
5. 影响固溶体溶解度的主要因素。
第二章金属的结晶1.解释下列基本概念凝固，结晶，过冷度，结构起伏，能量起伏，均匀形核，非均匀形核，临界形核半径，临界形核功，形核率，长大速率，接触角，活性质点，变质处理，光滑界面，粗糙界面，温度梯度2．什么是晶胚？金属结晶时晶胚转变成晶核需满足哪些条件？。
3. 控制晶粒大小或细化晶粒的主要途径有哪些？4. 分析金属铸锭组织的基本构成与特点？第三章合金相结构与二元合金相图1.何为成分过冷？它对合金结晶的长大方式有哪些影响？2．简述共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。
第四章铁碳合金相图1.绘制完整的Fe-Fe3C相图，并用组成相填写各相区。
2.分析共析钢的结晶过程，并计算其室温下相组成物的相对含量。
3. 画出纯铁、40钢、T12钢的室温平衡组织，并标注其中的组织。
第五章金属的固态扩散1.解释下列基本概念自扩散，互扩散，间隙扩散，空位扩散，下坡扩散，上坡扩散，稳态扩散，非稳态扩散，扩散系数，柯肯达尔效应，体扩散，表面扩散，晶界扩散2．扩散的机制主要有哪几种？3. 影响原子扩散的因素有哪些？第六章 金属与合金的固态相变1. 解释下列基本概念固态相变，一级相变，二级相变，扩散型相变、半扩散型相变，非扩散型相变，共格界面，半共格界面，非共格界面，错配度，惯习面，调幅分解，脱溶转变，连续脱溶，不连续脱溶，马氏体型相变2．固态相变的阻力以及对相变过程的影响。
机械制造基础第二章 金属与合金的晶体结构习题解答
第二章金属与合金的晶体结构习题解答2-1 什么是晶体? 晶体的主要性能是什么?答：晶体是指原子具有规则排列的物质。
晶体的主要性能有（1）具有规则的外形；（2）具有固定的熔点；（3）具有各向异性。
2-2 解释下列名词：晶格、晶胞、晶格常数、晶粒、晶界、合金、组元、相、合金系。
答：晶格是指把原子看成是一个结点，用假想的线条把将结点连接起来构成的空间格子。
晶胞是晶格中一个完全能代表晶格特征的最小的几何单元。
晶格常数是晶胞中各棱边的长度a、b、c及各棱边之间的夹角α、β、γ称为晶格常数。
晶粒是指多晶体中每一个小的单晶体。
晶界是指晶粒与晶粒之间的界面。
合金是由两种或两种以上的金属元素，或金属元素与非金属元素熔合在一起，形成具有金属特性的物质。
组元是组成合金的独立的、最基本的单元。
相是指合金中凡是结构、成分和性能相同并且与其他部分有界面分开的均匀组成部分。
合金系是指由二个或二个以上的组元按不同的含量配制的一系列不同成分的合金。
2-3 试绘示意图说明什么是单晶体? 什么是多晶体?答：单晶体是具有一致结晶位向的晶体，如题2-3图1所示。
题2-3 图1 题2-3 图2多晶体是由许多结晶位向不同的单晶体组成的聚合体，如题2-3图2所示。
2-4 金属晶格的基本类型有哪几种? 绘出示意图说明它们的原子排列。
答：金属晶格有体心立方晶格（如题2-4 图1所示）、面心立方晶格（如题2-4 图2所示）、密排六方晶格（题2-4 图3所示）。
题2-4 图1 题2-4 图2 题2-4 图3 2-5 实际金属有哪些晶体缺陷? 这些缺陷对性能有何影响?答：实际金属的晶体缺陷有空位和间隙原子（点缺陷）、位错（线缺陷）、晶界和亚晶界（面缺陷）。
晶体缺陷引起晶格畸变，在晶体的强度、硬度、塑性和扩散及其他结构问题中起主要作用。
2-6 什么是固溶体? 绘图说明固溶体的种类。
答：合金在由液态结晶为固态时，组元间会互相溶解，形成一种在某一组元晶格中包含有其它组元的新相，这种新相称为固溶体。
金属固态相变原理习题及解答
第二章1、钢中奥氏体的点阵结构，碳原子可能存在的部位及其在单胞中的最大含量。
奥氏体是碳在γ-Fe中的固溶体，碳原子在γ-Fe点阵中处于Fe原子组成的八面体间隙中心位置，即面心立方晶胞的中心或棱边中点。
八面体间隙：4个2、以共析碳钢为例说明奥氏体的形成过程，并讨论为什么奥氏体全部形成后还会有部分渗碳体未溶解？奥氏体的形成是由四个基本过程所组成：形核、长大、剩余碳化物的溶解和成分均匀化。
按相平衡理论，从Fe-Fe3C相图可以看出，在高于AC1温度，刚刚形成的奥氏体，靠近Cem 的C浓度高于共析成分较少，而靠近F处的C浓度低于共析成分较多（即ES线的斜率较大，GS线的斜率较小）。
所以，在奥氏体刚刚形成时，即F全部消失时，奥氏体的平均C浓度低于共析成分，这就进一步说明，共析钢的P刚刚形成的A的平均碳含量降低，低于共析成分，必然有部分碳化物残留，只有继续加热保温，残留碳化物才能逐渐溶解。
3、合金元素对奥氏体形成的四个阶段有何影响。
钢中添加合金元素并不影响珠光体向奥氏体的转变机制，但影响碳化物的稳定性及碳原子在奥氏体中的扩散系数。
另一方面，多数合金元素在碳化物和基体相中的分布是不均匀的，故合金元素将影响奥氏体的形核与长大、剩余碳化物的溶解、奥氏体成分均匀化的速度。
①通过对碳扩散速度影响奥氏体的形成速度。
②通过改变碳化物稳定性影响奥氏体的形成速度。
③对临界点的影响：Ni、Mn、Cu等降低A1温度；Cr、Mo、Ti、Si、Al、W、V 等升高A1温度。
④通过对原始组织的影响进而影响奥氏体的形成速度：Ni、Mn等往往使珠光体细化，有利于奥氏体的形成。
在其它条件相同的情况下，合金元素在奥氏体中的扩散速度比碳在奥氏体中的扩散速度小100-10000倍。
此外，碳化物形成元素还会减小碳在奥氏体中的扩散速度，这将降低碳的均匀化速度，因此，合金钢均匀化所需时间常常比碳钢长得多。
4、钢在连续加热时珠光体奥氏体转变有何特点。
○1在一定的加热速度范围内，临界点随加热速度增大而升高。
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1．图2．在和[2
3．
用等晶
4．写
5．晶于同
6．计结构
7．氢
8．铜固溶
9．纯径计算转
图Ex1-1的晶结构基元。
在一个单斜单211]等晶向。
用四轴坐标系晶向。
写出图Ex1-2晶面：(234)同一个晶带？计算面心立方构的(0001)、氢原子溶解在铜的密度为溶体点阵常数纯铁在912°C 计算BCC 结构转变后的体积晶体结构中包单胞中画出(0
系画出六方晶2中晶向的四、(120)、(1求出该晶带方、体心立方(1010)晶面的在铝中形成什8.96g/cm 3。
数a=0.3795nm C 由BCC 结构的原子半径积变化。
这些包含两类原子010)、(110)、(晶系的(0211)四轴坐标晶向11)、(241)、带轴。
方结构的(100的面密度。
什么类型固溶①计算铜的点m ，密度为1结构转变为FC 径。
它们的相
些结果说明了什子，把这个晶图Ex1-1121)、(312)、(0121)、向指数。
图Ex1-2
(122)、(40)、(110)、(1溶体？它应存点阵常数和原14.213g/cm 3，CC 结构，体相对变化为多什么？
晶体结构抽象
)等晶面；以及(1110)等晶面
13)、(101)、111)、(112)晶存在于点阵的原子半径。
②计算说明这体积减少1.06多少?
如果假定象出空间点阵及画出[111]面及[211]、(010)和(34晶面的面密度的什么位置？②测得x(Au)这合金是什么6%，根据FC 定转变前后原阵，画出其中、[231]、[[1132]、[32)中有哪些度，计算密排为什么？ u)=40%的Cu 么类型的固溶CC 结构的原原子半径不变一个
011]125]些面属排六方u--Au 溶体。
子半变，计。