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。
体心立方晶格
体心立方晶格01体心立方晶格解释BCC，即体心立方晶格（Body Center Cubic），是晶体结构的一种。
体心立方晶格的晶胞中，八个原子处于立方体的角上，一个原子处于立方体的中心，角上八个原子与中心原子紧靠。
体心立方晶胞（BCC）。
具有体心立方晶格的金属有锂(Li)、钾（K）、钼（Mo)、钨（W）、钒（V）、α-铁（α-Fe，<912℃）等。
02原子数如图所示，位于顶点上的原子（1~8）属于该晶胞的部分为1/8，体心处的原子9属于该晶胞的部分为1。
因此，原子数为：03原子半径如图所示，体心处的原子与顶点处的原子均相切（即图2中1,9,7），因此原子半径即为体心处原子与顶点处原子之间距离的一半。
04配位数与任一原子相距最近且距离相等的原子数。
因与体心处原子距离最近且相等的原子位于8个顶点。
故配位数为8。
05致密度原子所占有的体积与该晶胞体积之比。
【注】配位数与致密度数值越大，表明原子堆积越密，紧密程度越大。
06堆垛方式如图所示，位于体心处的原子与顶角的8个原子相接触，顶角的8个原子互不接触，两条斜对角线所组成的面原子排列较为紧密，为了获得较为紧密的排列，第二层次密排面（B 层3,7）的每个原子(3、7号原子)落在第一层（A层2,6,8,4,9）的空隙中心，第三层位于第二层空隙中心上，与第一层重复，因此堆垛方式为AB AB AB..07密排面如图所示，由于9号原子与其他原子均相切，因此由2、4、6、8、9号原子所组成的平面最紧密称为密排面，用{110}表示。
同理，由1、3、5、7、9号原子组成的平面也属于密排面。
08密排方向如图所示，由于位于体对角线的3个原子相切，因此在此方向上是最紧密的方向，称为密排方向，图中5、9、3号原子的方向即为密排方向，用<111>表示。
同理，1、9、7号原子的方向也属于密排方向。
09四面体间隙确定间隙中心：由对称性，间隙中心位于1,2,3,4组成的平面上，x轴1/2处，y轴1/4处，如图6所示，全部间隙中心的位置分布如图7所示。
金属材料学基础试题及答案
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（）2、一般，金属材料导热性比非金属材料差。
（）3、精密测量工具要选用膨胀系数较大的金属材料来制造。
（）4、易熔金属广泛用于火箭、导弹、飞机等。
（）5、铁磁性材料可用于变压器、测量仪表等。
（）6、δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。
（）7、维氏硬度测试手续较繁，不宜用于成批生产的常规检验。
（）8、布氏硬度不能测试很硬的工件。
（）9、布氏硬度与洛氏硬度实验条件不同，两种硬度没有换算关系。
（）10、布氏硬度试验常用于成品件和较薄工件的硬度。
11、在F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径的大小有关，直径愈小，硬度值愈大。
（）12、材料硬度越高，耐磨性越好，抵抗局部变形的能力也越强。
（）13、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。
（）14、20钢比T12钢的含碳量高。
（）15、金属材料的工艺性能有铸造性、锻压性，焊接性、热处理性能、切削加工性能、硬度、强度等。
（）16、金属材料愈硬愈好切削加工。
（）17、含碳量大于0.60%的钢为高碳钢，合金元素总含量大于10%的钢为高合金钢。
（）18、T10钢的平均含碳量比60Si2Mn的高。
（）19、一般来说低碳钢的锻压性最好，中碳钢次之，高碳钢最差。
（）20、布氏硬度的代号为HV，而洛氏硬度的代号为HR。
（）21、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。
（）22、某工人加工时，测量金属工件合格，交检验员后发现尺寸变动，其原因可能是金属材料有弹性变形。
七种晶系
正方形晶格:
、
六角形晶格:
、
矩形晶格:
、
有心矩形晶格
三维晶格类型
、
，但在矩形晶格正中间上有一晶格点，固有两种绘法。
布拉维晶格在三维平面上有七大晶系，14 种晶格分别为三斜晶系、单斜晶系、正交晶系、 四方晶系、立方晶系、三方晶系、六方晶系。依照简单、体心、面心及底心，总共有 14 种 晶格。
晶系与布拉维格子及空间点群的关系[编辑]
晶系 crystal system
根据晶体的特征对称元素所进行的分类。晶体根据其在晶体理想外形或综合 宏观物理性质中呈现的特征对称元素可划分为立方、六方、三方、四方、正交、 单斜、三斜等 7 类，是为 7 个晶系，分属于 3 个不同的晶族。高级晶族中只有一 个立方晶系；中级晶族中有六方、四方和三方三个晶系；低级晶族中有正交、单 斜和三斜三个晶系。特征对称元素亦能确认与每种晶系对应晶胞的形状或晶胞参 数相关性的特征。各晶系的晶胞类型一般用晶胞参数 a、b、c 和 α、β、γ 表示。 其中 a、b 和 c 是晶胞三个边的长度，习惯上叫轴长，α、β 和 γ 叫轴角，它们分 别是 b 和 c、a 和 c、a 和 b 的夹角。如唯一高次轴方向四重轴或反轴的存在决定 晶体属四方晶系并具有四方柱形状的晶胞，晶胞参数必有 a=b≠c 和 α=β=γ=90° 的相关性。
面心立方晶 立 方 晶
格
系
氯化铯结构
CsCl structure B2 型
简单立方晶 立 方 晶
格
系
立方硫化锌结构[10]
zinc
blende B3 型
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
[11]
structure
立方晶 系
六方硫化锌结构
wurtzite structure B4 型
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
ti的晶格类型
ti的晶格类型Ti的晶格类型一、体心立方结构体心立方结构（BCC）是一种晶格类型，其中每个原子位于一个正方体的顶点和正方体的中心。
Ti在高温下具有这种结构，但在室温下转变为其他结构。
BCC结构的Ti具有较高的韧性和强度，因此在一些应用中具有重要意义。
例如，BCC结构的Ti常用于制备高强度的合金材料，如钛合金。
钛合金广泛应用于航空航天、汽车制造和医疗器械等领域，因其具有优异的力学性能和耐腐蚀能力。
二、面心立方结构面心立方结构（FCC）是一种晶格类型，其中每个原子位于一个正方体的顶点和正方体的每个面的中心。
Ti在高温下也可以具有这种结构，但在室温下转变为其他结构。
FCC结构的Ti具有较高的塑性和导电性，因此在一些应用中具有重要意义。
例如，FCC结构的Ti常用于制备高纯度的钛材料，如用于核反应堆的结构材料。
此外，FCC 结构的Ti还可以用于制备电子器件中的导线和连接器，以及高性能电子设备的热散热器。
三、六方最密堆积结构六方最密堆积结构（HCP）是一种晶格类型，其中每个原子位于一个六边形的顶点和六边形的两个底面中心。
Ti在室温下具有这种结构，是最常见的Ti晶体结构。
HCP结构的Ti具有较高的强度和硬度，但其塑性较差。
因此，HCP结构的Ti主要用于制备高温和高压环境下的结构材料，如航空发动机的涡轮叶片和燃烧室内部组件。
四、其他结构除了上述三种主要的晶格类型，Ti还可以具有其他一些不常见的结构。
例如，Ti可以具有体心正交结构（BCT）或体心单斜结构（BCC）。
这些结构的Ti通常是通过合金化或外加压力形成的，具有特殊的力学和磁性性质。
这些结构的Ti在电子器件的制备、磁性材料的研究和高压下的材料科学等领域具有潜在的应用价值。
总结Ti的晶格类型多种多样，包括体心立方结构、面心立方结构、六方最密堆积结构以及其他一些不常见的结构。
这些结构决定了Ti的力学、磁性和导电性等性质，从而影响了Ti在各个领域的应用。
通过研究Ti的晶格类型和相变行为，可以进一步优化Ti材料的性能和开发新的应用。
体心立方晶格概念
体心立方晶格概念
体心立方晶格是一种三维晶格结构，其中每个晶胞包含一个原子位于每个角上和一个原子位于每个面的中心。
这种晶格结构具有许多特殊的性质和应用。
关键特征：
1. 相邻晶胞共享一个面和一个角，形成一种紧密堆积的结构。
2. 所有的晶胞具有相同的大小和形状，且具有三个互相垂直的等长边。
3. 每个原子都被六个等效的相邻原子包围。
体心立方晶格的空间群为Im-3m，具有最密堆积结构，其中心原子形成一个简单立方晶格。
在实际应用中，体心立方晶格常见于金属，例如铁、钴和铬。
体心立方晶格的特性和应用：
1. 由于结构的紧密堆积性质，体心立方晶格的材料通常具有较高的密度和强度，适用于制造坚固的材料和零件。
2. 由于原子之间的相互作用和包围，体心立方晶格的材料通常具有良好的导电性和导热性。
3. 体心立方晶格在应用领域中具有重要的地位，例如在金属工艺、合金制备、材料加工和电子器件中。
总之，体心立方晶格是一种具有特殊结构和性质的晶格，在材料科学和固态物理学中具有重要的研究和应用价值。
广东海洋大学《工程材料》课程复习 答案
《工程材料》课程复习1.常见金属晶格类型。
体心立方面心立方密排六方2. 三种晶体缺陷。
点缺陷面缺陷线缺陷3. 相的概念。
金属或合金中凡成分相同结构相同并与其他部分有界面分开的均匀组成部分4.固态合金有哪些相。
固溶体金属化合物5.过冷度的概念。
结晶的驱动力是实际结晶温度T1下晶体与液体的自由能差ΔGv，而理论结晶温度T0与实际温度T1的差值称为过冷度ΔT=T0-T16.过冷度与晶粒度的关系。
晶粒度是晶粒大小的度量过冷度增加N/G越大晶粒变细7.铸造控制晶粒度的方法。
1控制过冷度2变质处理3振动搅拌9.同素异构转变的概念。
有些物质在固态下其晶格类型会随温度变化而发生变化10.绘制铁碳合金相图（各线、特殊点、成份、温度、组织、相）。
11.分析钢从奥氏体缓冷至室温时的结晶过程，画出典型铁碳合金（钢）显微组织示意图。
17.钢的热处理概念。
钢在固态下加热保温冷却以改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺ps:只适用于固态下发生相变的材料18.普通热处理工艺分类。
退火正火淬火回火19.过冷奥氏体转变的产物。
珠光体马氏体贝氏体20.决定奥氏体转变产物的因素。
过冷度冷却速度21.马氏体的概念。
当奥氏体过冷到Ms以下时将转变为马氏体类型组织22.退火和正火的目的。
退火：1、调整硬度便于切削加工2、消除残余内应力，防止在后续加工或热处理中发生断裂和开裂3细化晶粒提高力学性能或最终热处理作组织准备P85 （调整硬度，使其易于切削加工；细化晶粒，为淬火作组织准备；消除残余内应力（退）对于过共析钢而言，正火是为了消除网状二次渗碳体，为球化退火做组织准备。
）23.淬火的概念。
将钢加热到临界点以上保温后以大于Vk的速度冷却使奥氏体转变为马氏体额热处理工艺24.一般怎样确定碳钢的淬火温度？ 利用铁碳合金相图25.影响淬透性的因素。
钢的淬透性取决于其临界冷却速度 临界速度越小 奥氏体越稳定 淬透性越高ps 凡是影响c 曲线的因素都是影响淬透性的因素26.回火的目的。
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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。