金属学原理复习资料

第一章金属的晶体结构1、什么是金属学？答:研究金属与合金的成分、组织、性能以及三者之间的关系及其变化规律的学科。

2、金属与非金属的本质区别是？答：金属是具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度的升高而增加；非金属是具有负的电阻温度系数的物质。

3、为什么原子总是自发的趋于紧密排列？√3▪a/4×答：最密排列时结构最稳定，能量最低。

4、晶体的特性有哪些?答: （1）具有一定的熔点（2）具有固定外形（3）具有各向异性5、常见3种典型晶体结构。

晶体结构原子数原子半径配位数致密度滑移面滑移方向滑移面系数Bcc280.68{110}<111>12 Fcc4120.74{111}<110>12 Hcp6120.74{0001}36、什么是多晶性转变或同素异构转变？答：当外部条件（温度、压强）改变时，金属内部由一种晶体结构转变成另一种晶体结构的转变。

7、纯铁的同素异构转变：δ-Fe—(1394℃) →ɣ-Fe —(912℃) →ɑ-Fe8、常见晶体缺陷有哪些？答：（1）点缺陷：空位、间隙原子、置换原子。

（2）线缺陷：刃型位错、螺旋位错。

（3）面缺陷：晶体表面、内界面（晶界、亚晶界、孪晶界、堆垛层错、相界）。

9、什么是柏氏矢量？答：用来表示位错的类型，和表示位错的晶格畸变的大小和方向，从而使人们研究位错时摆脱位错区域原子具体排列细节的约束的一个矢量。

10、什么是堆垛层错?答：晶面堆垛顺序发生局部差错而产生的一种晶体面缺陷。

×11、相界有哪几类？答：共格界面、半共格界面、非共格界面。

12、什么是共格界面？答：指界面上的原子同时位于两相晶格的结点上，为两种晶格所共有。

13、刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直，这是刃型位错的一个重要特征。

14、螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行，这是螺型位错的重要特征。

15、不含位错的晶须，不易塑性变形，因而强度很高；而工业纯铁中含有位错，易于塑性变形，所以强度很低。

如果采用冷塑形变形等方法使金属中的位错密度大大提高，则金属的强度也可以随之提高。

金属强度与位错密度之间的关系如图1-42（27页）所示。

图中位错密度ρm处，晶体的抗拉强度最小，相当于退火状态下的晶体强度；经加工变形后，位错密度增加，由于位错之间的相互作用和制约，晶体的强度增加。

第二章纯金属结晶1、金属结晶的一般规律是？答：在一定过冷度下，金属液体的形核的形成与长大的过程。

2、影响过冷度的因素有哪些？答：金属本性、纯度、冷却速度。

3、金属结晶的热力学条件是？答：当△T>0时，△G<0 （在一定过冷度下，金属由液相转变为固相，其自由能降低。

）4、金属结晶的结构条件是？答：结构起伏（短程有序的原子集团，时聚时散，此起彼伏。

）5、什么是能量起伏？答：液相中的某一微观区域内的能量暂时偏离平衡能量的现象。

6、什么是点阵匹配原理？答：金属中固体杂质与原子排列满足结构相似、尺寸相当条件。

7、晶体长大条件有哪些？答：（1）要求液相有足够高的温度，使液态金属原子具有足够的扩散能力。

（2）要求晶体表面能够不断牢固地接纳扩散的原子。

8、晶体长大机制有那些？答：二维晶核长大机制、螺型位错长大机制、连续长大机制。

9、晶体生长的界面形状对晶体的影响？答：（1）在正的温度梯度下，晶体为规则长大或平面长大方式。

（2）在负的温度梯度下，晶体多为树枝状长大方式。

10、细化晶粒大小的方法？答：控制过冷度、变质处理、物理振动和搅动。

11、什么是变质处理？答：在浇铸前在液态金属中加入形核剂，促进非均匀晶核的形成来细化晶粒。

12、铸锭三相区是？答：表层细晶区、柱状晶区、中心等轴区。

13、铸锭缺陷有哪些？答：缩孔、气孔、夹杂物。

14、金属的结晶形核有以下要点：1）液态金属的结晶必须在过冷的液体中进行；2）r k值的大小与晶核的表面能成正比，与过冷度成反比；3）均与形核既需要结构起伏，也需要能量起伏；4）晶核的形成过程是原子的扩散迁移过程，因此结构必须在一定的温度下进行；5）在工业生产中，液态金属的凝固总是以非均匀形核方式进行。

15、晶体长大的条件：第一要求液态金属原子具有足够的扩散能力；第二要求晶体表面能够不断而牢靠地接纳这些原子。

决定晶体长大方式和长大速度的主要因素是晶核的界面结构和界面前沿液体中的温度梯度，两者结合就决定了晶体长大后的形态。

第三章二元合金的相结构和结晶1、什么是合金？答：指两种或两种以上的金属，或金属和非金属，经熔炼或锻造，或用其他方式组合成具有金属特性的物质。

2、什么是相？答：指合金中结构相同、成分和性能均一并以界面分开的组成部分。

3、影响固溶度的因素有哪些？答：原子尺寸因素、电负性因素、电子浓度因素、晶体结构因素。

4、什么是固溶强化？答：在固溶体中，随着溶质浓度增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑形和韧性有所下降。

5、金属化合物的分类？答：正常价化合物、电子化合物、间隙相和间隙化合物。

6、什么是成分起伏？答：在一瞬间，液相中总会有某些微小体积可能偏离液相的平均成分，这些微小成分、大小、和位置都是在不断变化着。

7、什么是区域偏析？答：固溶体合金在不平衡结晶时所形成的区域偏析，即在大范围内化学成分不均匀的现象。

8、什么是成分过冷？答：由于界面前沿液相的成分差别引起的过冷区域，这个过冷度就是成分过冷。

9、什么是共晶反应？答：在一定温度下，一定成分的液相同时结晶出成分一定的两种固相的转变过程，就是共晶反应或共晶转变。

10、什么是稳定化合物？答：指具有一定熔点，在熔点以下保持其固有结构而不发生分解的化合物。

11、什么是共析转变？答：一定温度下，一定成分的固相分解另外两种一定成分的固相的转变过程，即共析转变。

12、共晶反应和共析反应的区别是什么？答：共析反应所需的过冷度大于共晶反应所需的过冷度。

共析组织远比共晶细密。

13、什么指合金的铸造性能？答：合金的铸造性能主要表行为流动性（即液态金属本身的流动能力，它决定了合金的充型能力）、缩孔、热裂倾向等。

14、相律是表示在平衡条件下，系统的自由度数（Ｆ）、组元数(Ｃ)和相数(Ｐ)之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式。

可用下式表达：Ｆ=Ｃ-Ｐ+２15、固溶体合金的结晶过程也是一个形核和长大的过程，和纯金属相同，固溶体在形核时，既需要结构起伏，也需要成分（浓度）起伏。

再任一瞬间，液相中总会有某些微小体积可能偏离液相的平均成分，这些微小体积的成分、大小和位置都是在不断的变化中，这就是成分起伏。

16、和纯金属不同，固溶体合金的结晶有显著特点，主要表现在俩方面：１）异分结晶：固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分不同，这种结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶称为异分结晶，或选择结晶。

２）固溶体合金的结晶需要一定的温度范围内进行。

第四章铁碳合金1、铁碳平衡相图2、什么是金属的可锻性？答：是指金属在压力加工时，能改变形状不产生裂纹的性能。

（低碳钢可锻性较好，随着含碳量的增加，可锻性变差。

）3、钢中的杂质元素及其影响。

答：锰硅：脱氧剂。

硫：有害元素，具有热脆性。

磷：有害元素，具有冷脆性。

4、沸腾钢锭宏观组织有哪些组成？答：坚壳带、蜂窝气泡带、中心坚固带、二次气泡带、锭心带。

第六章金属及合金的塑形变形与断裂1、常见压力加工方式有哪些？答：轧制、锻造、挤压、拉丝和冲压。

2、对金属进行塑性加工的目的是什么？答：改变工件外形与尺寸。

改善工件内部组织与性能。

3、何为金属弹性模量？答：是一个对组织不敏感的性能指标，它取决于原子间结合力的大小，其数值与金属的本性、晶体形状、尺寸大小有关，金属材料的合金化、加工过程及热处理对它的影响很小。

4、单晶体的塑性变形有：滑移与孪生5、答：滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿着某些晶面和晶向发生滑动的塑性变形方试。

（一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来，组成一个滑移系。

）6、孪生：当晶体在切应力的作用下发生孪生变形时，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分晶体作均匀的切变。

7、多晶体和单晶体的塑性变形的区别是什么？答：多晶体中因为位向不同而导致各晶粒的变形有先有后。

首先，多晶体的塑性变形受到晶界的阻碍和位向不同的晶粒的影响；其次，任何一个晶粒的塑性变形都不是处于独立的自由变形状态，需要其周围的晶粒同时发生相适应的变形来配合，以保持晶粒之间的结合和整个物体的连续性。

多晶体中在晶界处发生位错塞积。

8、为什么细晶金属的强度高？答：P175 霍尔-配奇公式9、为什么细晶金属韧性塑性好？答：细小晶粒的晶粒内部和晶界附近的应变相差较小，变形较均匀，因应力集中引起开裂的机会也较少，这就有可能在断裂之前承受较大的变形量，可以得到较大的伸长率和断面收缩率，不易产生裂纹，也不宜裂纹的扩展，即表现出较高的韧性。

10、合金塑性变形的两种强化机制是什么？答：位错绕过第二相粒子和位错切过第二相粒子。

11、塑性变形对组织结构的影响有哪些？答;形成纤维状组织、亚结构细化、形变织构。

12、什么是形变织构？答：由于金属塑性变形使晶粒具有择优取向的组织。

13、什么是加工硬化？答：在塑性变形过程中，随变形程度的增加，金属的强度、硬度增加、而塑性、韧性下降的现象。

14、什么是残留应力？答：是金属塑性变形过程中，外力所做工大部分转化成热能，但尚有一小部分保留在金属内部形成的残留内应力和点阵畸变，包括宏观内应力，微观内应力，点阵畸变。

15、合金中产固溶强化的主要原因：一是在固溶体中溶质与溶剂的原子半径差所引起的弹性畸变，与位错之间产生的弹性交互作用，对在滑移面上运动着的位错有阻碍作用；二是在位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。

16、合金中由于溶质原子的加入，偏聚于位错周围的溶质原子好像形成了一个溶质原子“气团”，称为“柯氏气团”。

第七章金属及合金的回复与再结晶1、冷塑性变形经历三变化是什么？答：回复、再结晶、晶粒长大。

2、冷热加工的区别是什么？答：再结晶温度不同。

3、热加工时产生的组织变化？答：回复阶段、再结晶阶段、晶粒长大阶段。

：4、什么是多边形化？答：冷变形金属加热时，原来处在滑移面上的位错，通过滑移和攀移，形成与滑移面垂直的亚晶界过程。

多边化的驱动力来自弹性应变能的降低。

5、再结晶温度计算：T（再）=0.4T理*（K）6、什么是临界变形度？答：金属再结晶的变形度达到某一数值时，再结晶后的晶粒变得特别粗大，对应得到特别粗大的晶粒的变形度称为临界变形度。

7、加工硬化的原因：位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，产生固定割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力的增加，因此就提高了金属的强度。

8、形变金属的组织和性能在加热时逐渐发生变化，向稳定态转变，这个过程称为退火。