2009物理冶金原理思考题_点评版
物理冶金原理思考题
《物理冶金原理》复习思考题晶体学基础、金属及合金相结构、固体金属原子扩散1、简述题及基本概念：金属键及金属的性能特点；金属晶体、金属非晶的结构及性能特点；材料分类方法及各类材料的有缺点；复合材料性能特点及存在的问题；空间点阵、晶胞及点阵常数；晶体结构符号（Pearson符号）；晶面指数及晶向指数的求法；晶面族与晶向族；晶带、晶带轴及晶带定理；配位数、致密度、原子半径; 间隙、间隙半径；合金、组元、相及合金分类；固溶体（置换、间隙及有序固溶体）；固溶强化；中间相（正常价化合物、电子化合物、间隙相、间隙化合物、拓扑密堆相[TCP相]）的结构及其性能特点；同素异构转变及意义；2、在面心立方晶胞中，ABCD四点构成一个正四面体，四点的坐标分别为A (0, 1/2, 1/2), B(1/2, 1, 1/2), C (1/2, 1/2, 0), D (0, 1, 0)，写出该四面体中四个面的晶面指数及六条边的晶向指数；3、求体心立方（BCC）、面心立方（FCC）及密排六方（HCP）晶胞的原子数、原子半径、配位数、致密度、间隙半径；4、碳在α-Fe（BCC）及γ-Fe（FCC）中的最大固溶度（原子百分数）分别为0.1%和8.9%，若碳原子均位于八面体间隙中，试分别计算α-Fe及γ-Fe中八面体间隙被碳原子占据的百分数；5、试述置换式固溶体与间隙式固溶体的形成条件、影响固溶度的主要因素及性能特点。
6、何谓固溶强化？试分析影响金属固溶强化效果的因素；7、试比较间隙固溶体与间隙相的结构特征及性能特点8、组元A具有面心立方晶体结构，组元B固溶于A中形成置换式固溶体，试问A3B还是A2B成分的固溶体更易形成有序固溶体？9、基本概念：扩散，扩散激活能，扩散驱动力，扩散系数。
10、试述固体合金中原子扩散的微观机制及影响金属原子扩散的主要因素。
纯金属的凝固、二元合金、三元合金相图及凝固1、简述液态金属的结构特点及性质；2、何谓液态金属的过冷现象？影响液态金属凝固过冷度的主要因素有哪些？3、简述通过控制合金凝固过程细化金属晶粒度的主要方法及机理；4、简述平整界面、粗糙界面晶体液－固界面结构与晶体生长特性、晶体生长形态的关系；5、分别简述影响纯金属与单相合金凝固时凝固平界面稳定性的主要因素；6、相图、相律；建立合金相图的基本方法及基本原理。
《冶金原理》课后习题和解答
第一章1 冶金原理研究的主要内容包括________、________和________。
冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。
2 金属熔体指________、________。
液态的金属、合金。
1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用_______的理论和方法研究提取冶金过程，为解决有关_____问题、开拓____的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。
物理化学、技术、新2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为________、______、_______、_______四种类型。
金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。
3、冶金原理按具体的冶金对象分为______冶金原理及_____冶金原理。
钢铁、有色金属。
4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为________、_______、________、__________四种。
在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣。
熔渣。
5、熔渣是_______和_______的重要产物之一。
金属提炼、精炼过程。
6、熔渣是指主要由各种______熔合而成的熔体。
氧化物。
7、________的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。
富集渣、8、_______的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。
精炼渣。
9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，要求熔渣具有较低的______、______和_______。
粘度、密度、渣-锍界面张力。
10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的______.物理化学性质。
11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择________，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
熔渣成分12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。
冶金原理 课后题答案
第一章 冶金热力学基础1．基本概念：状态函数，标准态，标准生成自由能及生成焓，活度、活度系数和活度相互作用系数，分解压和分解温度，表面活性物质和表面非活性物质，电极电势和电池电动势，超电势和超电压。
2．△H 、△S 和△G 之间有何关系，它们的求算方法有什么共同点和不同点？3．化合物生成反应的ΔG °-T 关系有何用途？试根据PbO 、NiO 、SiO2、CO 的标准生成自由能与温度的关系分析这些氧化物还原的难易。
4．化学反应等温式方程联系了化学反应的哪些状态？如何应用等温方程的热力学原理来分析化学反应的方向、限度及各种 因素对平衡的影响？5．试谈谈你对活度标准态的认识。
活度标准态选择的不同，会影响到哪些热力学函数的取值？哪些不会受到影响？6．如何判断金属离子在水溶液中析出趋势的大小？7．试根据Kelvin 公式推导不同尺寸金属液滴（半径分别为r1、r2）的蒸汽压之间的关系。
8．已知AlF 3和NaF 的标准生成焓变为ΔH °298K,AlF3(S)=-1489.50kJ ·mol -1, ΔH °298K,NaF(S)=-573.60kJ ·mol -1，又知反应AlF 3(S)+3NaF (S)=Na 3AlF 6(S)的标准焓变为ΔH °298K=-95.06kJ ·mol -1，求Na 3AlF 6(S)的标准生成焓为多少？(-3305.36 kJ ·mol -1)9．已知炼钢温度下：（1）Ti (S)+O 2=TiO 2(S) ΔH 1=-943.5kJ ·mol -1（2）[Ti]+O 2=TiO 2(S) ΔH 2=-922.1kJ ·mol -1 （3）Ti (S)=Ti(l) ΔH 3=-18.8kJ ·mol -1求炼钢温度下，液态钛溶于铁液反应Ti(l)=[Ti]的溶解焓。
《冶金工程概论》思考题
13．炼钢过程中脱碳反应的作用有哪些？在炼钢时钢液中的碳与氧化合生成CO而被脱除的物理化学过程。
脱碳反应实质上是一种非常有效的熔池搅拌操作。
反应方式由于炼钢中氧的来源不同，有3种形式的脱碳反应：(1)吹氧气脱碳时，金属中的一部分碳可被氧气直接氧化：[C]+1/2O2(气)=CO(气) (1)反应的标准吉布斯能(J／mol)△G。
=-142000-40.79T(2)金属中大部分碳与溶解在金属中的[O]相结合，发生如下的反应：[C]+[O]=CO(气) (2)反应的标准吉布斯能△G。
=-25000-37.90T(3)用铁矿石作氧化剂时，矿石可直接氧化一小部分碳，或溶于渣中成为(FeO)，再与金属中的碳按下式进行反应：[C]+(FeO)=Fe(液)+CO(气) (3)反应的标准吉布斯能△G。
=+115000-98.18T脱碳反应的生成物CO是气体，只有当气体有逸出条件时，反应才得以进行。
在金属液内部进行脱碳反应是不可能的，只有在炉衬耐火材料的空隙处以及已形成的气泡表面上，CO 气体才有去处，脱碳反应方能进行。
渣一钢界面上也很难进行脱碳反应。
所以渣中的(FeO)和气态的O2大都先溶解于金属，才能在气一液界面上发生[C]和[O]的结合形成CO而进入气泡中。
反应过程和机理脱碳反应可以分成3个环节：(1)氧通过渣层的传质及钢液内碳和氧的传质；(2)碳和氧的化学反应；(3)CC)向气相逸出。
14．炼钢所用的原材料有哪些，试说明对废钢的要求。
（1）炼钢用原材料分为主原料、辅原料和各种铁合金。
氧气顶吹转炉炼钢用主原料为铁水和废钢(生铁块)。
炼钢用辅原料通常指造渣剂(石灰、萤石、白云石、合成造渣剂)、冷却剂(铁矿石、氧化铁皮、烧结矿、球团矿)、增碳剂以及氧气、氮气、氩气等。
炼钢常用铁合金有锰铁、硅铁、硅锰合金、硅钙合金、金属铝等。
原材料是炼钢的物质基础，原材料质量的好坏对炼钢工艺和钢的质量有直接影响。
国内外大量生产实践证明，采用精料以及原料标准化，是实现冶炼过程自动化、改善各项技术经济指标、提高经济效益的重要途径。
《冶金原理》课后习题及解答1-
第一章1 冶金原理研究的主要内容包括_冶金动力学、冶金热力学、冶金溶液。
2 金属熔体指液态的金属、合金。
1、冶金原理是提取冶金的主要基础科学，它主要是应用__物理化学、_____的理论和方法研究提取冶金过程，为解决有关__技术___问题、开拓__新__的冶金工艺、推进冶金技术的发展指明方向。
、2、根据组成熔体的主要成分的不同，一般将冶金熔体分为__金属熔体、熔渣、熔盐、熔硫。
3、冶金原理按具体的冶金对象分为__钢铁____冶金原理及__有色金属___冶金原理。
4、根据熔渣在冶炼过程中的作用的不同，熔渣主要分为____冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣____四种。
在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择_熔渣____，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
5、熔渣是_金属提炼______和_____精炼过程__的重要产物之一。
6、熔渣是指主要由各种_氧化物_____熔合而成的熔体。
7、__富集渣______的作用在于使原料中的某些有用成分富集于炉渣中，以便在后续工序中将它们回收利用。
8、__精炼渣_____的作用是捕集粗金属中杂质元素的氧化产物，使之与主金属分离。
9、在造锍熔炼过程中，为了使锍的液滴在熔渣中更好的沉降、降低主金属在渣中的损失，要求熔渣具有较低的粘度、密度、渣-锍界面张力。
10、为了提高有价金属的回收率、降低冶炼过程的能耗，必须使锍具有合适的物理化学性质。
11、在生产实践中，必须根据各种冶炼过程的特点，合理地选择__熔渣成分______，使之具有符合冶炼要求的物理化学性质。
12、冶金过程热力学可以解决的问题有：1）计算给定条件下的；根据的正负判断该条件下反应能否自发地向________进行：2）计算给定条件下的平衡常数，确定反应进行的______；3）分析影响反应的和平衡常数，为进一步提高________指明努力方向。
预期方向；限度；转化率。
13大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物：FeO、CaO、SiO214高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物：CaO、Al2O3、SiO215熔盐——盐的熔融态液体，通常指无机盐的熔融体16在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物叫________ 冶金熔体1、应为熔盐有着与水溶液相似的性质，因此熔盐电解成为了铝、镁、衲、锂等金属唯一的或占主导地位的生产方法。
冶金原理课后答案
冶金原理课后答案冶金原理是冶金工程专业的重要课程，它是学生们打好冶金基础知识的关键。
在学习过程中，课后习题是检验学生对知识掌握程度的重要方式。
下面是冶金原理课后习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。
1. 什么是冶金原理？冶金原理是指通过对金属物理、化学性质和金属材料的制备、加工等方面的研究，来揭示金属材料的内在规律和特性的科学原理。
冶金原理是冶金工程专业的基础课程，它的学习对于后续的专业课程学习具有重要的指导作用。
2. 冶金原理的研究对象有哪些？冶金原理的研究对象主要包括金属的结构、性能、制备工艺、加工工艺等方面。
通过对金属的晶体结构、相变规律、热处理工艺等进行研究，可以揭示金属材料的内在规律和特性，为金属材料的应用提供理论基础。
3. 冶金原理课程的学习意义是什么？冶金原理课程的学习可以帮助学生建立对金属材料的基本认识，理解金属材料的物理、化学性质和加工工艺，为后续的专业课程学习奠定良好的基础。
同时，通过学习冶金原理，可以培养学生的分析和解决问题的能力，提高他们的科学素养和创新能力。
4. 冶金原理课后习题答案。
（1）问，什么是金属的晶体结构？它对金属材料的性能有什么影响？答，金属的晶体结构是指金属原子在空间中的排列方式，主要有面心立方、体心立方和密堆积等结构。
晶体结构对金属材料的性能有重要影响，它决定了金属的硬度、塑性、导电性、热导性等性能。
（2）问，金属的相变规律是什么？举例说明。
答，金属的相变规律是指金属在不同温度下发生晶体结构或组织形态的变化规律。
例如，铁在950°C以下为α铁，950°C以上为γ铁，这是铁的相变规律之一。
（3）问，金属材料的热处理工艺有哪些？它们的作用是什么？答，金属材料的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等。
它们的作用是通过控制金属材料的加热、保温和冷却过程，改变金属的组织结构和性能，以达到提高金属材料的硬度、强度和韧性的目的。
5. 总结。
通过对冶金原理课后习题的答案解析，我们可以更好地理解冶金原理课程的重要性和学习意义，掌握金属材料的基本知识和相关原理。
2009-10冶金物理化学2标准答案和评分标准格式
(1 分)
fCr=0.9515
aCr=0.9515×18= 17.127
C Cr Ni lg f C eC w[C ] eC w[Cr] eC w[ Ni ]
=0.14×0.15-0.024×18+0.012×9= -0.303 (1 分) (1 分)
fC=0.4977
aC=0.4977×0.15=0.0747
(1 分) (1 分) (1 分) (1 分)
相应地加入硅铁=
六(10 分). 溶解于钢液中[Cr]的选择性氧化反应为 2[Cr]+3CO＝(Cr2O3)+3[C]。试求钢液成分为 w[Cr]=18％、w[Ni]＝9％、w[C]＝0.15％及 p'CO ＝100kPa 时，[Cr]和[C]氧化的转化温度。 已知： 解： (1)求[Cr]-[C[氧化的转化温度，根据反应 2[Cr]+3CO＝(Cr2O3)+3[C]，Δ Gθ ＝-819989+448.59 T J/mol
= 1460 + 8314 lnJ ≤0
(2 分)
(2 分) (1 分) (2 分)
+ φ
CO
CO
=100%，
CO2
所以 ：φ
= 54.4%，φ
= 45.6 %
三(15 分). 在真空中向含 Cr18％，Ni9％的不锈钢吹氧，使含碳量降低到 0.025％，钢液的温度不高于 1650℃，问需要多大的真空度？ 已知：4[C]＋Cr3O4(s)＝3[Cr]＋4CO，Δ Gθ ＝934706－617.22T J/mol 解：反应的平衡常数 K 1650℃
C[A] C(A) / K 1/ k[A] 1/ k(A) .K
物理冶金原理课件阶段复习知识与及习题参考答案
热力学基础
题目1
简述热力学第一定律的内容及其在物理冶金中的应用。
答案1
热力学第一定律指出，在一个封闭系统中，能量不能消失或产生，只能从一种形 式转化为另一种形式。在物理冶金中，这一原理用于指导金属材料的熔炼、凝固 和相变过程，通过控制温度、压力等条件实现能量的有效利用和转化。
热力学基础
题目2
解释热力学第二定律中熵的概念，并说明其在冶金过程中的应用。
结果分析
根据实验数据，对实验结果进行分析 和解释，探讨实验现象的本质和规律 。
实验结果与讨论
实验结果
总结实验的主要结果，包括观察到的现象、测量的数据等。
结果讨论
对实验结果进行深入讨论，探讨可能的误差来源、实验条件的优化等，并提出进一步的 研究方向。
05 习题参考答案
热力学部分习题答案
总结词
掌握热力学基本概念和原理，能够解决实际 问题。
04 物理冶金原理实验与实践
实验设备与实验方法
实验设备
介绍实验所需的设备，如高温炉 、真空炉、金相显微镜等，以及 这些设备的主要功能和使用方法 。
实验方法
详细说明实验的操作流程，包括 实验前的准备、实验过程、实验 后处理等，以及实验中需要注意 的事项。
实验数据处理与分析
数据处理
介绍实验数据的收集、整理、处理和 分析的方法，包括数据的图表表示、 统计分析等。
动力学基础
题目4
解释固态相变过程中动力学控制的相变机制，并说明 其对金属材料性能的影响。
答案4
固态相变过程中，相变机制受到动力学控制。根据动力 学条件的不同，相变机制可以是扩散控制或界面控制的 。扩散控制的相变机制涉及原子在固溶体中的长程扩散 ，如调幅分解和有序化过程；而界面控制的相变机制则 涉及新旧相之间的界面移动，如马氏体相变和贝氏体相 变等。这些相变机制对金属材料的性能具有重要影响， 如通过控制相变速率可以调控材料的力学性能和物理性 能。
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2008年度《物理冶金原理》复习思考题（据大三同学说红色斜体部分为王老师最后一节课点评的题目，大家注意一下）
晶体学基础、金属及合金相结构、固体金属原子扩散
1、简述题及基本概念：
金属键及金属的性能特点；金属晶体、金属非晶的结构及性能特点；材料分类方法及各类材料的有缺点；复合材料性能特点及存在的问题；空间点阵、晶胞及点阵常数；晶体结构符号（Pearson符号）；晶面指数及晶向指数的求法；晶面族与晶向族；晶带、晶带轴及晶带定理；配位数、致密度、原子半径; 间隙、间隙半径；
合金、组元、相及合金分类；固溶体（置换、间隙及有序固溶体）；固溶强化；
中间相（正常价化合物、电子化合物、间隙相、间隙化合物、拓扑密堆相[TCP相]）的结构及其性能特点；同素异构转变及意义；
2、在面心立方晶胞中，ABCD四点构成一个正四面体，四点的坐标分别为A (0, 1/2, 1/2),
B (1/2, 1, 1/2),
C (1/2, 1/2, 0),
D (0, 1, 0)，写出该四面体中四个面的
晶面指数及六条边的晶向指数；
3、求体心立方（BCC）、面心立方（FCC）及密排六方（HCP）晶胞的原子数、原子半径、
配位数、致密度、间隙半径；
4、碳在 -Fe（BCC）及 -Fe（FCC）中的最大固溶度（原子百分数）分别为0.1%和8.9%，
若碳原子均位于八面体间隙中，试分别计算 -Fe及 -Fe中八面体间隙被碳原子占据的百分数；
5、试述置换式固溶体与间隙式固溶体的形成条件、影响固溶度的主要因素及性能特点。
6、何谓固溶强化？试分析影响金属固溶强化效果的因素；
7、试比较间隙固溶体与间隙相的结构特征及性能特点
8、组元A具有面心立方晶体结构，组元B固溶于A中形成置换式固溶体，试问A3B还是
A2B成分的固溶体更易形成有序固溶体？
9、基本概念：扩散，扩散激活能，扩散驱动力，扩散系数。
10、试述固体合金中原子扩散的微观机制及影响金属原子扩散的主要因素。
纯金属的凝固、二元合金、三元合金相图及凝固
1、简述液态金属的结构特点及性质；
2、何谓液态金属的过冷现象？影响液态金属凝固过冷度的主要因素有哪些？
3、简述通过控制合金凝固过程细化金属晶粒的主要方法及机理；
4、简述平整界面、粗造界面晶体液－固界面结构与晶体生长机制、晶体生长形态的
关系；
5、分别简述影响纯金属与单相合金凝固时凝固平界面稳定性的主要因素；
6、相图、相律；建立合金相图的基本方法及基本原理。
合金相图与合金组织、力学
性能及工艺性能（铸造性能、热处理及塑性加工性能等）的关系。
平衡凝固与非平衡凝固；杠杆定律、溶质元素再分配、分配系数、凝固偏析、晶内偏析、枝晶偏析、宏观偏析；产生凝固偏析的原因及减小凝固偏析的基本方法；
7、组成过冷、组成过冷产生的条件及其对合金凝固界面形态及合金凝固组织的影
响；
8、伪共晶、离异共晶、共生生长。
包晶转变的特点及非平衡包晶转变在材料科学与工
程中的应用。
9、画出铁碳二元合金状态图。
含碳量为3％的Fe-C合金按Fe-Fe3C亚稳系平衡凝
固凝固，分析其凝固组织形成过程并画出其冷却曲线及其凝固组织示意图，计算共晶反应结束时出生奥氏体树枝晶与共晶组织的相对含量及室温组织中组织组成与相组成的重量百分数。
10、成分三角形、直线法则、重心法则。
三元相图中水平投影图、水平截面图及垂
直截面图的特点及用途。
11、三元合金两相平衡、三相平衡、四项平衡的特点。
12、分析固态下完全不互溶三元共晶相图水平投
影图中各典型成分合金的凝固过程，画出过gh、
Ab等线的垂直截面图、标明各相区的相组成、分
析各标明合金的凝固过程（画出冷却曲线及凝固
组织形成过程示意图）并计算a、b、c 、d各合金
凝固组织组织组成及相组成的相对重量百分数。
位错基本理论、界面
b
1.位错的定义，位错的基本性质。
2.刃位错、螺位错的基本特征及其运动特点。
3.基本概念：
位错的应变能及线张力; 刃位错及螺位错的应力场特点及其与溶质原子的交互作用特点; 攀移，交滑移; 割阶对位错运动的影响; 扩展位错，层错能，全位错与分位错（Shockley, Frank分位错的特征及其性质）; 位错在应力场中的受力及位错间的交互作用; 位错反应的条件，Lomer位错，Lomer-Cotrell位错，Cottrell气团、Suzuki气团
4.根据位错理论，简述细晶强化、加工硬化、固溶强化及粒子强化（饶过粒
子及切割粒子两种情况）的微观机制。
5.简述位错的起源机制及增殖机制与观察位错的基本方法。
小角度晶界、大角度晶
界，小角度晶界的位错模型，大角度晶界的CSL模型，晶界偏析。
6.试述晶界对金属材料常温及高温力学性能的影响规律并分析其机理。
7.晶界迁移的驱动力及影响晶界运动的主要因素。
8.共格、半共格及非共格相界面结构及相界面结构对合金组织形态及力学性能的影
响。
9.从原子扩散及晶界运动观点出发，试述强化高温金属结构材料可采取的主
要方法
金属的塑性变形
１、滑移、滑移系、滑移线、滑移带、交滑移、多滑移
２、分切应力与临界分切应力、影响临界分切应力的主要因素
３、比较滑移与孪晶塑性变形的主要特点
４、比较单晶与多晶金属塑性变形的特点
５、何谓加工硬化、固溶强化、细晶强化与粒子强化（弥散强化、沉淀强化）？
从位错理论出发简述其强化的微观机制。
６、画出ＦＣＣ金属单晶体的典型加工硬化曲线，简述该曲线三个阶段的基本特征及其位错机制，分析晶体位相、晶体结构等因素对单晶体加工硬化曲线的影响。
７、简述金属塑性变形后的组织特征与性能变化
８、写出Hall-Petch关系式。
简述金属材料的细晶强韧化机理。
变形金属的回复与再结晶
１、再结晶、二次再结晶、动态回复与动态再结晶、形变织构与再结晶织构、冷加工与热加工
２、试述冷变形金属加热过程中（回复、再结晶过程中）组织结构及性能变化情况。
３、试述影响再结晶过程及再结晶晶粒度的主要因素；简述回复过程及再结晶形核的微观机制
４、A、B金属在室温下塑性变形，变形后发现Ａ具有纤维状晶粒且其亚结构为位错胞，Ｂ具有细小的等轴晶组织，试分析其原因。
５、简述固态相变的分类方法。
６、与凝固过程相比，试述金属固态相变的主要特点
７、简述扩散性相变的动力学特点
８、以Al-4.5%Cu合金为例，简述过饱和固溶体时效（沉淀析出）过程的一般特点、时效过程中组织结构的变化及其对性能的影响
９、简述马氏体相变的基本特征
１０、综合运用物理冶金原理，试述细化金属材料晶粒的基本方法及机理。