能源材料作业及答案资料

姓名：XX 学号：XXX 专业：能动X班

1.晶面指数和晶向指数有什么不同？

晶向是指晶格中各种方向上的原子列，用晶向指数来表示；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示。

2.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？

点缺陷：破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，从而引起性能变化，使金属的电导率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性降低。

线缺陷：随着位错密度的增加，金属的强度先减小后增大

面缺陷：晶界对运动位错有阻碍作用，是金属中的强化部位。金属的晶粒越细，晶界总面积就会越大，金属的强度也越高。晶界的能量比晶内的高，因而晶界熔点低、耐蚀性差、原子扩散快。亚晶界类似。

3.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？

因为单晶体中的原子排列位向是完全一致的，因此其性能是各向异性的。而多晶体内部是由许多位向不同的晶粒组成，各晶粒自身的各向异性彼此抵消，故显示出各向同性。

4.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？

一般规律是冷却速度越大，过冷度越大；而过冷度越大，自由能差的绝对值越大，结晶越容易进行。当过冷度很小时，结晶以均匀长大方式进行；当过冷度较大时，结晶以树枝长大方式进行。过冷度大，晶粒就细小；过冷度小，晶粒就粗大。

5.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？

纯金属的结晶规律是：在恒定温度下进行,结晶时要放出潜热,需要过冷度,结晶的过程是晶核形成和晶核不断长大两个过程。

形核的影响因素：

1）形核温度.对于给定合金,当过冷度大于某一值时,形核速率随温度的降低而迅速增大.润湿角增大,形核速率随之减小.

2）形核时间.由于晶核的数量是形核速率对时间的积分,因此,形核时间越长,晶核数量增

加.

3）形核衬底的数量.在异相形核中,形核是在外来质点表面进行的,形核衬底的数量决定了形核的数量.

4）新相与衬底润湿角(θ) .

a ）对于异相形核过程而言,析出固相与外来质点的接触角是决定形核速率的最关键因素.

b ）接触角越小,形核速率越大.接触角(θ)这一表观指标是由析出相与外来质点的原子结构匹配情况决定的.

c ）当二者之间存在共格界面并具有较小的错配度时,(θ)角将较小,此外来质点将更有条件成为形核衬底.

5）形核衬底的形状.

a ）当接触角(θ)不变,在凹面、平面和凸面种表面形状的基底中,界面为凹面时临界晶核的体积最小,形核功也最小.

b ）因此,当形核基底表面凹凸不平,存在大量凹角时形核效率将提高.

6．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？

1.细晶粒强化的原因：

钢晶粒细化后，晶界增多，而晶界上的原子排列不规则，杂质和缺陷多，能量较高，阻碍位错的通过，即阻碍塑性变形，也就实现了高强度。

2.塑性，韧性好的原因：

晶粒越细，在一定体积内的晶粒数目多，则在同样塑性变形量下，变形分散在更多的晶粒内进行，变形较均匀，且每个晶粒中塞积的位错少，因应力集中引起的开裂机会较少，有可能在断裂之前承受较大的变形量，既表现出较高的塑性。细晶粒金属中，裂纹不易萌生（应力集中少），也不宜传播（晶界曲折多），因而在断裂过程中吸收了更多能量，表现出较高的韧性。

7．解释下列名词：

固溶强化，弥散强化。

固溶强化：合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变从而使合金强度提高的现象。

弥散强化：弥散强化指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段。是指用不溶于基体金属的超细第二相(强化相)强化的金属材料。为了使第二相在基体金属中分布均匀，通常用粉末冶金方法制造。第二相一般为高熔点的氧化物或碳化物、氮化物，其强化作用可保持到较高温度。

8．指出下列名词的主要区别：

1）置换固溶体与间隙固溶体；

置换固溶体：溶质取代了溶剂中原子或离子所形成的固溶体称之为置换固溶体。

间歇固溶体：若溶质原子比较小，它们能进入溶剂晶格的间隙位置内，这样形成的固溶体成为间隙固溶体。

2）相组成物与组织组成物；

相组成物，相组成物共三种，铁素体、奥氏体、渗碳体。常温下，铁碳合金相组成物有两种，是铁素体、渗碳体。相：系统中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并以界面相互隔开的均匀组成部分。

组织组成物，在工程材料学中，定义：由于形成条件不同，合金中各相构成的晶粒将

以不同的数量、形状、大小和分布等相组合，并在显微镜下可区分的部分，称为组织组成物。

9．试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.

固溶强化：通过溶质原子溶入溶剂晶格中，使晶格发生畸变，畸变的晶格阻碍位错的运动，提高塑性变形抗力；

加工硬化：通过塑性变形产生的大量位错，位错之间的交互作用阻碍位错的运动，使基体的变形抗力提高，来提高材料的强度；

弥散强化：通过大量第二相质点的析出均匀分布在基体上，对位错起钉扎作用，阻碍位错的移动，使基体的变形抗力提高，从而提高材料的强度。

10. 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点.

共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。

包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外一种固相的反应过程。

共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。

共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相平衡状态。

不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。

C），珠光体（P）,莱氏体（Ld）？它14.何谓铁素体（F）,奥氏体（A），渗碳体（Fe

3

们的结构、组织形态、性能等各有何特点？

铁素体（F）：铁素体是碳在F e-α中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格。由于碳在F e-α中的溶解度很小，它的性能与纯铁相近。塑性、韧性好，强度、硬度低。它在钢中一般呈块状或片状。

奥氏体（A）：奥氏体是碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。因其晶格间隙尺寸较大，故碳在γ-Fe中的溶解度较大。有很好的塑性。

渗碳体（Fe3C）：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。渗碳体具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在钢中以片状存在或网络状存在于晶界。在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。

珠光体（P）：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体呈层片状。珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。

莱氏体（Le）：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。在莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上。由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。