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第一部分：习题集材料科学基础复习思考题第一章：材料的结构一、 解释以下基本概念 空间点阵、晶格、晶胞、配位数、致密度、共价键、离子键、金属键、组元、合金、相、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、固溶强化、第二相强化。二、 填空题1、材料的键合方式有四类，分别是（ ），（ ），（ ），（ ）。2、金属原子的特点是最外层电子数（ ），且与原子核引力（ ），因此这些电子极容易脱离原子核的束缚而变成（ ）。3、我们把原子在物质内部呈（ ）排列的固体物质称为晶体，晶体物质具有以下三个特点，分别是（ ），（ ），（ ）。4、三种常见的金属晶格分别为（ ），（ ）和（ ）。5、体心立方晶格中，晶胞原子数为（ ），原子半径与晶格常数的关系为（ ），配位数是（ ），致密度是（ ），密排晶向为（ ），密排晶面为（ ），晶胞中八面体间隙个数为（ ），四面体间隙个数为（ ），具有体心立方晶格的常见金属有（ ）。6、面心立方晶格中，晶胞原子数为（ ），原子半径与晶格常数的关系为（ ），配位数是（ ），致密度是（ ），密排晶向为（ ），密排晶面为（ ），晶胞中八面体间隙个数为（ ），四面体间隙个数为（ ），具有面心立方晶格的常见金属有（ ）。7、密排六方晶格中，晶胞原子数为（ ），原子半径与晶格常数的关系为（ ），配位数是（ ），致密度是（ ），密排晶向为（ ），密排晶面为（ ），具有密排六方晶格的常见金属有（ ）。8、合金的相结构分为两大类，分别是（ ）和（ ）。9、固溶体按照溶质原子在晶格中所占的位置分为（ ）和（ ），按照固溶度分为（ ）和（ ），按照溶质原子与溶剂原子相对分布分为（ ）和（ ）。10、影响固溶体结构形式和溶解度的因素主要有（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。11、金属化合物（中间相）分为以下四类，分别是（ ），（ ），（ ），（ ）。12、金属化合物（中间相）的性能特点是：熔点（ ）、硬度（ ）、脆性（ ），因此在合金中不作为（ ）相，而是少量存在起到第二相（ ）作用。13、CuZn、Cu5Zn8、Cu3Sn的电子浓度分别为（ ），（ ），（ ）。14、如果用M表示金属，用X表示非金属，间隙相的分子式可以写成如下四种形式，分别是（ ），（ ），（ ），（ ）。15、Fe3C的铁、碳原子比为（ ），碳的重量百分数为（ ），它是（ ）的主要强化相。三、作图表示出立方晶系（123）、（0）、（421）等晶面和02、11、346等晶向。四、 立方晶系的111晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。五、某晶体的原子位于正方晶格的结点上，其晶格常数a=b ， 。今有一晶面在X、Y、Z坐 标轴上的截距分别为5个原子间距、2个原子间距和3个原子 间距，求该晶面的晶面指数。六、体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）、（111）晶面的面间距大小，并指出 面间距最大的晶面。七、已知面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（100）、（110）、（111）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。八、试从面心立方晶格中绘出体心正方晶胞，并求出它的晶格常数。九、证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633。十、试证明面心立方晶格的八面体间隙半径r=0.414R,四面体间隙半径r=0.225R;体心立方晶格的八面体间隙半径;晶向的r=0.154R,晶向的r=0.633R;四面体间隙半径r=0.291R, (R为原子半径)。 十一、 a）设有一钢球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。 b）经x射线测定，在912时，-Fe的晶格常数为0.3633nm, -Fe的晶格常数为0.2892nm,当由 -Fe转变为-Fe时,试求其体积膨胀,并与a)相比较,说明其差别的原因.。十二、已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为0.286nm和0.3607nm,分别求1cm3中铁和铜的原子数。十三、Ni的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为r=0.1243nm，试求1cm3中Ni的原子数。十四、.Mo的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数a=0.31468nm，试求Mo的原子半径r。十五、Cu具有面心立方结构，其原子半径为r=0.1278nm，试求Cu的密度（Cu的相对原子量为63.5）十六、试计算体心立方晶格100、110、111等晶面的原子密度和100、110、111等晶向的原子密度，并指出其最密排晶面和最密排晶向。（提示：晶面的原子密度为单位面积上的原子数，晶向的原子密度为单位长度上的原子数）。十七、试计算面心立方晶格100、110、111等晶面的原子密度和100、110、111等晶向的原子密度，并指出其最密排晶面和最密排晶向。十八、求金刚石结构中通过（0，0，0）和（3/4，3/4，1/3）两碳原子的晶向指数，及与该晶向垂直的晶面指数。十九、求（121）与（100）决定的晶带轴与（001）和（111）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。二十、计算立方系321与120及（111）与之间的夹角。二十一、.a)算出fcc和bcc晶体中四面体间隙及八面体间隙的大小，用原子半径R表示，并注明间隙中心坐标；b)写出溶解在-Fe中C原子所处位置，若此类位置全部被C原子占据，那么问在此情况下，-Fe能溶解多少重量百分比的C？而实际上碳在铁中的最大溶解度是多少？两者在数值上有差异的原因是什么？二十二、为什么g-Fe的溶碳能力远大于a-Fe的溶碳能力？二十三、Na+和Cl-的离子半径分别为0.097nm，0.181nm，NaCl具有面心立方点阵，试求其配位数、晶格常数及致密度。二十四、渗碳体(Fe3C)是一种间隙化合物，它具有正交点阵结构，其点阵常数a=0.4514nm，b=0.508nm，c=0.6734nm，其密度=7.66g/cm3，试求每单位晶胞中Fe原子与C原子的数目？二十五、试计算金刚石结构的致密度。第二章：晶体缺陷一. 解释以下基本概念肖脱基空位、弗仑克尔空位、位错、刃型位错、螺型位错、柏氏矢量、位错密度、位错的滑移、位错的攀移、弗兰克-瑞德源、派-纳力、单位位错、不全位错、堆垛层错、位错反应、扩展位错、表面能、界面能、对称倾侧晶界、共格界面、非共格界面、内吸附.二、填空题1、按照几何尺寸分类，晶体中存在三种缺陷，分别是（ ），（ ），（ ）。2、晶体中点缺陷主要表现形式有（ ），（ ）和（ ）。3、位错有两种基本类型，分别是（ ），（ ）。4、刃型位错的柏氏矢量与位错线（ ），螺型位错的柏氏矢量与位错线（ ）。5、柏氏矢量代表晶体滑移的（ ）和（ ），也表示位错线周围（ ）总量的大小。6、位错的运动有两种，分别是（ ）和（ ），刃型位错的柏氏矢量与其垂直的位错线所构成的平面称为（ ），对于一条刃型位错而言，该面是唯一的，故不可能产生（ ）运动。7、体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格的单位位错的柏氏矢量分别可表示成（ ）、（ ）和（ ）。8、面心立方晶体中有两种重要的不全位错，柏氏矢量分别为（ ），（ ）。9、晶体的面缺陷主要包括（ ），（ ），（ ），（ ）。10、具有不同结构的两相之间的界面称为（ ），该界面有三种，分别是（ ），（ ）和（ ）。三. 在Fe中形成1mol空位的能量为104.675kJ，试计算从20升温至850时空位数目增加多少倍？四、指出下图各段位错的性质,并说明刃型位错部分的多半原子面.五、如右图,某晶体的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.(1)分析该位错环各段位错的结构类型.(2)求各段位错线所受的力的大小及方向. (3)在的作用下,该位错环将如何运动?(4)在的作用下,若使此位错环在晶体中稳定不动,其半径应为多少?六、面心立方晶体中，在（111）面上的单位位错b=a/210，在（111）面上分解为两个肖克莱不完全位错，请写出该位错反应，并证明所形成的扩展位错的宽度由下式给出：七、已知单位位错a/201能与肖克莱不完全位错a/612相结合形成弗兰克不全位错，试说明：（1）新生成的弗兰克不全位错的柏氏矢量。（2）判断此位错反应能否进行？（3）这个位错为什么称固定位错？八、判定下列位错反应能否进行？若能进行，试在晶胞上作出矢量图。九、试分析在（111）面上运动的柏氏矢量为b=a/210的螺型位错受阻时，能否通过交滑移转移到（11），（11），（11）面中的某个面上继续运动？为什么？十、已知柏氏矢量的大小为b=0.25nm，如果对称倾侧晶界的取向差=1和10，求晶界上位错之间的距离。从计算结果可得到什么结论？十一、根据晶粒的位向差及其特点，晶界有那些类型？有何特点属性？第三章：纯金属的凝固一、 解释以下基本概念结晶、过冷、过冷度、结构起伏、能量起伏、均匀形核、非均匀形核、临界晶核半径、临界晶核形核功、形核率、变质处理、光滑界面、粗糙界面、树枝晶、柱状晶、等轴晶、单晶、非晶、微晶、准晶、多晶体。二、填空题1、金属结晶一般发生在理论结晶温度以下，这种现象称为（ ），理论结晶温度与实际结晶温度的差值叫做（ ），冷却速度越大，则（ ）越大。2、金属结晶过程是一个不断（ ）和（ ）的过程，直至液体耗尽为止。若由一个晶核长成的晶体叫做（ ），多个晶核长成的晶体叫做（ ）。3、要获得结晶过程所必须的驱动力，一定要有（ ），过冷度（ ），液固两相自由能差值（ ），驱动力（ ），临界晶核半径（ ），临界晶核形核功（ ），形核率（ ），结晶后（ ）越细小。4、在过冷液体中，会出现许多尺寸不同的原子小集团称为（ ），只有当原子小集团的半径大于（ ）时，才可作为晶核而长大。5、在形核时，系统总自由能变化是（ ）降低和（ ）增加的代数和，前者是形核的（ ），后者是形核的（ ）。6、均匀形核时，临界晶核形核功与过冷度的关系可表达成（ ），它表明当形成临界尺寸晶核时，体积自由能补偿表面能的（ ），尚有（ ）表面能没有得到补偿，需依靠（ ）。7、非均匀形核时，其形核功大小与润湿角q有关，当q=00时，G非=（ ），当q=900时，G非=（ ），当q=1800时，G非=（ ）。说明润湿角q越小，对形核越（ ）。8、晶核长大与液固界面结构有关，一般粗糙界面以（ ）方式长大，而光滑界面以（ ）方式长大。9、为获得细晶粒，在金属结晶时通常采用（ ），（ ）和（ ）等方法。10、金属铸锭一般由三个晶区组成，表面为（ ），中间为（ ），心部为（ ）。11、非均匀形核时临界球冠半径与均匀形核临界晶核半径（ ），但非均匀形核的晶核体积比均匀形核时（ ），当过冷度相同时，形核率（ ），结晶后晶粒（ ）。12、金属结晶时形核方式有（ ）和（ ），在实际铸造生产中常已（ ）方式形核。三、 a）设为球形晶核，试证明均匀形核时，形成临界晶粒的GK与其体积VK之间的关系式为 。 b）当非均匀形核形成球冠形晶核时，其GK与V之间的关系如何？ 四、如果临界晶核是边长为aK的正方体，试求出其GK与aK的关系。为什么形成立方体晶核的GK比球形晶核要大？ 五、为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？ 六、试比较均匀形核与非均匀形核的异同点，说明为什么非均匀形核往往比均匀形核更容易进行。 七、在其它条件相同时，试比较下列铸造条件下金属晶粒尺寸大小，并说明为什么？ 1、砂型铸造与金属型铸造 2、铸薄壁件与铸厚壁件 3、高温浇注与低温浇注八、说明晶体成长形状与温度梯度的关系，分析在负温度梯度下，金属结晶出树枝晶的过程。 九、简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点。 十、为了得到发达的柱状晶区应该采取什么措施？为了得到发达的等轴晶区应该采取什么措施？其基本原理如何？十一、考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：T=1，10，100和200，计算：(a)临界晶核尺寸； (b)从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化Gv；(c)从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化 Gv。(铝的熔点Tm=993K，单位体积熔化热Hf=1.836109J/m3，固液界面自由能sc=93J/m2，原子体积V0=1.6610-29m3。)十二、已知液态纯镍在1.1013105Pa(1个大气压)，过冷度为319时发生均匀形核。设临界晶核半径为1nm，纯镍的熔点为1726K，熔化热Hm=18075J/mol，摩尔体积Vx=6.6cm3/mol，计算纯镍的液-固界面能和临界形核功。十三、指出下列各题错误之处，并改正之。 （1）所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面能增加时的晶胚大小。 （2）在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以形核。 （3）无论温度分布如何，常用纯金属都是以树枝状方式生长。 十四、何谓非晶态金属？简述几种制备非晶态金属的方法。非晶态金属与晶态金属的结构和性能有什么不同？第四章：二元相图一、 解释以下基本概念组元、相、化学位、成分过冷、平衡分配系数、自由度、相律、同素异晶转变、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、熔晶转变、偏晶转变、合晶转变、组织、伪共晶、离异共晶、枝晶偏析、比重偏析、正偏析、反偏析、区域偏析、区域提纯、铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、变态莱氏体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体。二、填空题1、相律是表示平衡条件下，系统的自由度数、（ ）数和（ ）之间的关系，根据相律可知二元系最大的平衡相数是（ ）。2、在二元合金相图中，根据相律，两个单相区必然交于（ ）点，两个单相区之间必然存在一个（ ）相区，三相平衡时，系统的自由度等于（ ），说明转变（ ）和三个相的（ ）都是恒定的。3、二元合金相图杠杆定律只适用于（ ）区，当二元系处于两相平衡时，可根据杠杆定律确定两平衡相的（ ）和计算两平衡相的（ ）。4、固溶体合金在结晶时也遵循形核长大规律，形核时也需要（ ）起伏、（ ）起伏，还需（ ）起伏。5、同纯金属相比，固溶体合金结晶的特点是（ ）结晶，其结晶常发生在一定的（ ）区间内，始终进行着溶质原子和溶剂原子的（ ）过程。6、枝晶偏析的大小与液相线与固相线间的（ ）有关，与溶质原子的（ ）有关，与结晶时的（ ）有关。7、固溶体合金在凝固时会产生成分过冷，成分过冷区的大小与结晶速度R有关，与界面前沿实际温度分布G有关，与溶质浓度C0大小有关，一般G( ),R( ),C0( )越容易产生成分过冷。8、固溶体合金在正的温度梯度下，因成分过冷区的大小不同，晶体形态可能出现（ ），（ ）和（ ）。9、发生共晶反应时，因三相平衡，f=( )，此时这一转变是在（ ）温度下进行，三个平衡相的成分均（ ）。10、固溶体合金因选择结晶会产生（ ）偏析，亚共晶合金或过共晶合金因先析出相与液相间密度不同，会产生（ ）偏析，前者可通过（ ）退火消除，后者可通过依靠凝固过程中（ ）防止或减轻。11、合金的铸造性能取决于液相线与固相线之间（ ），其值越小，铸造性能（ ），二元系具有（ ）成分的合金铸造性能最好。12、在二元系中，由一相分解为二相的三相平衡转变有（ ），（ ），（ ）和（ ）。13、在二元系中，由二相转变为一相的三相平衡转变有（ ），（ ）和（ ）。14、原合金成分不是共晶成分，经快速冷却形成的全部共晶组织，称为（ ）。15、铁素体是碳溶入（ ）中的（ ）固溶体，奥氏体是碳溶入（ ）中的（ ）固溶体，渗碳体是（ ）。16、奥氏体在1148时最大溶碳量可达（ ），在727时奥氏体的溶碳量为（ ）。17、珠光体是（ ）反应的产物，它是由（ ）和（ ）组成的机械混合物。18、工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢的含碳量分别为（ ），（ ），（ ），（ ）。19、亚共析钢、共析钢、过共析钢在室温下的平衡组织分别是（ ），（ ），（ ）。20、在Fe-Fe3C相图中HJB线、ECF线、PSK线分别称为（ ），（ ）和（ ）。22、根据含碳量和组织特点，可将铁碳合金分为三大类，分别是（ ），（ ）和（ ）。23、根据Fe-Fe3C相图计算的一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体最大可能含量分别为（ ），（ ）和（ ）。24、变态莱氏体是（ ）和（ ）的机械混合物，由于含有大量的渗碳体，所以塑性（ ），脆性（ ），但是（ ）好。25、钢中的硫是有害元素，易造成钢的（ ）性，这是因为FeS能与（ ）形成低熔点的（ ）之故。26、在平衡冷却后，随含碳量的增加，钢的硬度（ ），塑性和韧性（ ）。三、在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状成长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？四、何为合金平衡相图，相图能给出任一条件下合金的显微组织吗？五、有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的含镍量Ni=90%，另一铸件Ni=50%，铸后自然冷却。问凝固后哪一个铸件的偏析严重？为什么？找出消除偏析的措施。六、何为成分过冷？成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组织有何影响？七、共晶点和共晶线有什么关系？共晶组织一般是什么形态？如何形成？八、铋（熔点为271.5）和锑(熔点为630.7)在液态和固态时均能彼此无限互溶，Bi=50%的合金在520时开始凝固出成分为Sb=87%的固相。Bi=80%的合金在400时开始凝固处成分为Sb=64%的固相。根据上述条件，要求：（1）绘出Bi-Sb相图，并标出各线和各相区的名称。（2）从相图上确定含锑量为Sb=40%合金开始结晶和结晶终了温度，并求出它在400是的平衡相成分及其含量。九、根据下列实验数据绘出概略二元共晶相图，组元A的熔点为1000，组元B的熔点为700；B=25%的合金在500结晶完毕，并由%的先共晶相与%的（+）共晶体组成；B=50%的合金在500结晶完毕后则由40%的先共晶相与60%的（+）共晶体组成，而此合金中的相总量为50%。十、组元A的熔点为1000，组元B的熔点为700,在800时存在包晶反应；（B=5%）+L(B=50%)(B=30%)；在600时存在共晶反应：L(B=80%)(B=60%)+(B=95%);在400时发生共析反应：(B=50%)（B=2%）+(B=97%)。根据这些数据画出AB二元相图。十一、在C-D二元系中，D组元比C组元有较高的熔点， C在D中没有固溶度。该合金系存在下述恒温反应：（1） （2）（3）（4）根据上述数据，绘出概略的CD二元相图。十二、已知A组元（熔点600）与B组元（熔点500）在液态无限互溶，固态时A在B中的最大固溶度（质量分数）为A=30%，室温时为A=10%。但B在固态和室温时均不溶于A。在300时，含B=40%的液态合金发生共晶反应。试绘出AB合金相图；试计算A=20%、A=45%、A=80%的合金在室温下组织组成物和相组成物的相对重量。十三、假定需要用Zn=30%的Cu-Zn合金和Sn=10%的Cu-Sn合金制造尺寸、形状形同的铸件，参照Cu-Zn和Cu-Sn二元相图，回答下述问题：（1）哪种合金的流动性好？（2）哪种合金形成缩松的倾向大？（3）哪种合金的热裂倾向大？（4）哪种合金的偏析倾向大？十四、默画出FeFe3C相图，标注各点、线的名称、温度和成分，并标注各个区域的组织。十五、分析含碳量为0.2%、0.6%、1.2%的碳钢从液态冷却到室温的结晶过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物及组织组成物的含量。十六、分析含碳量为3.0%和4.7%的白口铸铁的平衡结晶过程，计算室温下的相组成物及组织组成物的含量。十七、计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量。十八、说明含碳量对碳钢的组织和性能的影响。十九、为了区分两种弄混的碳钢，工作人员分别截取了A、B两块试样，加热至800保温后以极其缓慢的速度冷却到室温，观察金相组织，结果如下： A试样的先共析铁素体面积为41.6%，珠光体的面积为58.4%； B试样的二次渗碳体的面积为7.3%，珠光体的面积为92.7%；设铁素体和渗碳体的密度相同，铁素体的含碳量为零，试求A、B两种碳钢的含碳量。二十、指出下列相图中的错误，并加以改正。二十一、Mg-Ni系的一个共晶反应为507 L(23.5Wt.%Ni) (纯镁)+Mg2Ni(54.6Wt.%Ni)设C1为亚共晶合金，C2为过共晶合金，这两种合金中的先共晶相的重量分数相等，但C1合金中的总量为C2合金中的总量的2.5倍，试计算C1和C2的成分。二十二、铁碳相图有哪些应用，又有哪些局限性。第六章：固体材料的变形与断裂一、 解释以下基本概念弹性变形、塑性变形、滑移、孪生、滑移带、滑移系、多滑移、交滑移、取向因子、软位向、硬位向、临界分切应力、加工硬化、形变织构、纤维组织、丝织构、板织构、细晶强化、弥散强化、断裂、脆性断裂、韧性断裂、解理断裂、穿晶断裂、沿晶断裂二、填空题1、金属塑性变形的方式有两种，分别是（ ）和（ ）。2、体心立方晶体的滑移面是（ ），滑移方向是（ ），共有（ ）个滑移系。3、面心立方晶体的滑移面是（ ），滑移方向是（ ），共有（ ）个滑移系。4、密排六方晶体的滑移面是（ ），滑移方向是（ ），共有（ ）个滑移系。5、临界分切应力的表达式是（ ），该式表明滑移系的分切应力大小与（ ）有关，分切应力越大，越容易（ ）。6、单晶体塑性变形时，把=900或者=900的取向称为（ ），把取向因子为0。5时对应的取向称为（ ），若取向因子大，则屈服强度（ ）。7、晶体发生滑移时会引起晶面的转动，拉伸时滑移面力求转向与力轴（ ）方向，使原来有利取向滑移系变得愈来愈不利，称之为（ ）。8、对滑移系少的（ ）金属，在受到切应力作用下易产生孪生变形，体心立方金属在（ ）时才发生孪生变形。9、金属经过塑性变形之后，其晶粒外形会沿受力方向（ ），当变形量很大时各晶粒（ ），呈现（ ）称为纤维组织。10、多晶体塑性变形时，由于形变受到（ ）阻碍和相邻的取向不同的（ ）约束，形变抗力比单晶体大，其屈服强度与晶粒直径关系为（ ），称为霍尔配奇公式。11、金属经过塑性变形之后，不但晶粒外形有所变化，晶粒内部的位错密度（ ），形成胞状结构，随变形量增大，胞块数量（ ），尺寸（ ）。12、在常温下，金属的晶粒尺寸愈小，其强度（ ），塑性和韧性（ ）。 13、塑性变形量越大，金属的强度（ ），塑性和韧性（ ），这种现象称为（ ）。14、金属冷塑性变形时，由于晶体转动，使金属晶体中原为任意取向的各晶粒逐渐调整为取向彼此趋于一致，称之为（ ）。有两种形式的形变织构，分别是（ ）和（ ）。15、金属经过塑性变形之后，会产生残余内应力，有三种内应力，分别是（ ）、（ ）和（ ）。三、 密排六方金属镁能否产生交滑移？滑移方向如何？四、 试用多晶体塑性变形理论解释室温下金属的晶粒越细强度越高塑性越好的现象。五、铜单晶其外表面平行于（001），若施加拉应力、力轴方向为001，测得c=0.7MN/m,求多大应力下材料屈服？六、 Fe单晶拉力轴沿110方向，试问哪组滑移系首先开动？若c=33.8Mpa，需多大应力材料屈服？七、 已知纯铝c=0.9MN/m,问：（1） 使（11）面产生101方向的滑移，则在001方向上应该施加多大的力？（2） 使（11）面产生110方向的滑移呢？八、 体心立方的铁在（011）滑移面上，有一个b1=a/211的单位位错，在（01）面上，有一个b2=a/211的单位位错，若在切应力作用下，它们向着滑移面的交线处运动并发生反应，试求新生位错的柏氏矢量，位错线方向；并说明该位错为什么是固定位错。九、 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。十、 锌单晶体试样截面积A=78.5mm2,经拉伸试验测得的有关数据如下表：屈服载荷 （N）620252184148174273525角（0）83725624853051765角（0）25526384663748825COSCOSk(1) 根据以上数据求出临界分切应力并填入上表(2) 求出屈服载荷下的取向因子，作出取向因子和屈服应力的关系曲线，说明取向因子对屈服应力的影响。十一、 画出铜晶体的一个晶胞，在晶胞上指出：（1） 发生滑移的一个晶面；（2） 在这一晶面上发生滑移的一个方向；（3） 滑移面上的原子密度与100等其它晶面相比有何差别；（4） 沿滑移方向的原子间距与其它方向相比有何差别。十二、 已知平均晶粒直径为1mm和0.0625mm的a-Fe的屈服强度分别为112.7MPa和196MPa,问平均晶粒直径为0.0196mm的纯铁的屈服强度为多少？十三、 .Al单晶制成拉伸试棒（其截面积为9mm2）进行室温拉伸，拉伸轴与001交成36.7，与011交成19.1，与111交成22.2，开始屈服时载荷为20.40N，试确定主滑移系的分切应力。十四、 Mg单晶体的试样拉伸时，三个滑移方向与拉伸轴分别交成38、45、85，而基面（滑移面）法线与拉伸轴交成60。如果在拉应力为2.05MPa时开始观察到塑性变形，则Mg的临界分切应力为多少？十五、 试述金属经塑性变形后组织结构与力学性能之间的关系，阐述加工硬化在机械零部件生产和服役过程中的重要意义。十六、试述固溶强化的机制。十七、试述弥散硬化合金的强化机制。第七章：回复与再结晶一、 解释以下基本概念回复、再结晶、多边形化、二次再结晶、冷加工、热加工、动态回复、动态再结晶二、填空题1、冷变形金属经重新加热时，根据其组织和性能的变化，大体可分为（ ）、（ ）和（ ）三个阶段。2、低温回复主要涉及（ ），中温回复主要涉及（ ），高温回复主要涉及（ ）。3、再结晶过程也是一个（ ）与（ ）的过程，但是与重结晶（同素异晶转变）相比，再结晶只发生组织变化而无（ ）变化。4、再结晶晶核形核方式有（ ）、（ ）和（ ）。5、再结晶温度与熔点之间存在下列关系（ ），一般塑性变形量越大，再结晶温度（ ），金属纯度越高，再结晶温度（ ）。6、再结晶后晶粒大小与变形度有密切关系，一般随变形度增大，再结晶后晶粒越（ ），但是变形度为（ ）时，再结晶后晶粒（ ），人们称此变形度为临界变形度。7、再结晶的晶粒长大是通过晶界迁移实现的，影响晶粒长大的因素主要有（ ）、（ ）、（ ）和相邻晶粒的位相差。8、热加工是指在（ ）温度以上的加工过程，在该加工过程中形变引起的（ ）与再结晶的（ ）过程同时存在。9、热加工可以明显改善钢的质量，通过热加工可以消除（ ），细化（ ）、焊合（ ），改善（ ）分布。10、晶粒长大的驱动力是（ ），晶粒长大是通过（ ）移动实现的，其移动方向是（ ）。11、晶粒稳定的立体形状应该是（ ），其二维形状为（ ），所有晶界均为直线，晶界间夹角为（ ）。12、二次再结晶是一种特殊的晶粒长大现象，它不需要重新形核，而是少数晶粒获得特殊的（ ）条件，造成晶粒大小差别（ ）。三、试述不同温度下的回复机制。四、何为一次再结晶和二次再结晶？发生二次再结晶的条件有那些？五、 何为临界变形度？在工业生产中有何意义？六、 用冷拔钢丝绳吊挂颚板进行固溶处理，颚板温度接近1100，吊车送往淬火水槽途中发生断裂。此钢丝绳是新的，无疵病。试分析钢丝绳断裂原因。七、 一块纯金属板经冷冲压成金属杯并再结晶退火后，试画出截面上的显微组织示意图。八、 已知W、Fe、Cu的熔点分别是3399、1538和1083，试估计其再结晶温度。九、 现有一6mm铝丝需最终加工至0.5mm铝材，但为保证产品质量，此丝材冷加工量不能超过85%，如何制定其合理加工工艺？十、 设有一楔型板坯经过冷轧后得到相同厚度的板材，然后进行再结晶退火，试问该板材的晶粒大小是否均匀？为什么？十一、 为获得细小晶粒组织，应该根据什么原则制定塑性变形及其退火工艺。第八章：扩散一、 解释以下基本概念扩散、稳态扩散、非稳态扩散、扩散激活能、上坡扩散、短路扩散、反应扩散二、填空题1、扩散第一定律的表达式为（ ），它表示扩散速度与（ ）和（ ）成正比，其中的负号表示（ ）方向和（ ）方向相反。2、扩散第一定律为稳态扩散定律，适合于（ ）和（ ）都不随时间变化的条件下，而实际大多数扩散过程都是在非稳态条件下进行的，因此该表达式的应用受到限制。3、扩散第二定律的表达式为（ ），它表示各处的浓度不仅与距离有关，还与（ ）有关。4、扩散的驱动力是（ ）而不是浓度梯度，当浓度梯度与驱动力方向一致时产生（ ）扩散，当浓度梯度与驱动力方向相反时产生（ ）扩散。5、扩散系数的数学表达式为（ ），它表明温度越高，扩散速度（ ）。这是因为，温度越高，原子振动能（ ），晶体空位浓度（ ），这些都有利于扩散。6、固溶体类型不同，溶质原子的扩散激活能不同，一般间隙原子激活能比置换原子的（ ），间隙原子扩散系数比置换原子的（ ），所以在渗层厚度相同的情况下，渗碳要比渗金属所需的（ ）短的多。7、在912，碳在-Fe中的扩散系数比在-Fe中的（ ）得多，但是钢的渗碳常常在奥氏体中进行，而不在铁素体中进行，其原因主要是（ ）和（ ）。8、原子在金属及合金中的扩散既可以在晶内进行，也可以沿晶界、外表面等晶体缺陷处进行，一般来说，原子沿（ ）扩散最快，沿（ ）次之，而沿（ ）最慢。9、影响扩散的因素主要包括以下六个方面，分别是（ ）、（ ）、（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。三、为什么钢的渗碳在奥氏体中进行而不在铁素体中进行？四、为什么往钢中渗金属要比渗碳困难？五、已知铜在铝中的扩散常数D0=0。8410-5m2/s , Q=136103J/mol ,试计算在477和497时铜在铝中的扩散系数。并说明温度对扩散速度的影响。六、 已知930碳在r-Fe中的扩散系数D=1.61*10-12m/s,在这一温度下对含碳0.1%C的碳钢渗碳，若表面碳浓度为1.0%C，规定含碳0.3%处的深度为渗层深度，（1）求渗层深度X与渗碳时间的关系式；（2）计算930渗10小时、20小时后的渗层深度X10、X20；（3）X20/X10说明了什么问题？七、 已知碳在r-Fe中的扩散常数D0=2.0*10-5m/s,扩散激活能Q=140*103J/mol,（1）求870，930碳在r-Fe中的扩散系数；（2）在其它条件相同的情况下于870和930各渗碳10小时，求X930/X870,这个结果说明了什么问题？热处理原理与工艺复习思考题一、 解释以下基本概念固态相变、奥氏体化、本质晶粒度、起始晶粒度、实际晶粒度、屈氏体、索氏体、粒状珠光体、上贝氏体、下贝氏体、魏氏体、惯习面、K-S关系、西山关系、马氏体、TTT曲线、CCT曲线、过冷奥氏体、残余奥氏体、退火、正火、完全退火、球化退火、淬火、等温淬火、分级淬火、调质处理、淬透性、淬硬性、回火、回火脆性、二次淬火、二次硬化、集肤效应、化学热处理、表面淬火二、填空题1、固态相变与液态金属结晶都需要遵循形核与长大规律，但因固态相变时新相形核阻力不仅有表面能，还有（ ），为减少形核功要求新、旧相之间在晶体学上有（ ）。2、共析钢奥氏体的形成包含下列基本过程：奥氏体的（ ）、奥氏体（ ）、残余渗碳体（ ）和奥氏体成分（ ）。3、共析钢加热到Ac1以上温度时，珠光体将转变为（ ），这时不仅有（ ）改组，还有（ ）扩散，首先在渗碳体与铁素体（ ）形成奥氏体晶核，这是因为在该处容易获得形核所需的（ ）起伏和（ ）起伏。4、亚共析钢加热到Ac1以上温度时，由（ ）两相组成，只有加热到Ac3以上温度时，才能获得单相（ ）；过共析钢加热到（ ）以上温度时，由铁素体和渗碳体两相组成，当加热到（ ）以上温度时，得到单相奥氏体。5、为反映奥氏体在一定条件下的长大倾向性而提出（ ）概念，一般钢在930保温38小时后，晶粒度在58级称为（ ），若晶粒迅速长大的称为（ ）。6、钢中不溶于奥氏体的碳化物，对奥氏体晶粒长大有（ ）作用，向钢中添加（ ）等碳化物形成元素，有利于（ ）奥氏体晶粒。7、珠光体转变一般在较高温度下发生属于（ ）型相变，马氏体转变是在很大过冷度的低温下发生属于（ ）型相变，贝氏体转变属于（ ）型相变。8、“C”曲线上过冷奥氏体的稳定性是以（ ）长短来说明的，过冷奥氏体越稳定，其（ ）越长，转变速度（ ）。9、亚、过共析钢的“C”曲线同共析钢的“C”曲线相比，（1）在“C”曲线上部多出一条（ ）；（2）其位置都居于共析钢“C”曲线的（ ）；（3）马氏体转变点的高低，与（ ）有明显的关系，以过共析钢Ms最低。10、除（ ）外，所有合金元素当溶入奥氏体中时，都增大过冷奥氏体的（ ），使“C”曲线（ ），因此使钢的淬透性增大。除（ ）外，所有合金元素当溶入奥氏体中时，使Ms点降低，使淬火后（ ）增加。11、珠光体片间距大小与形成温度有关，一般在A1-650范围形成的珠光体较粗，称为（ ），在650-600范围形成的较细珠光体称为（ ），在600-550范围形成的极细珠光体称为（ ）。12、粒状珠光体是通过（ ）球化退火而获得的，粒状珠光体中的渗碳体呈（ ）分布在铁素体基体上。13、非共析钢的的先共析相数量与奥氏体的冷却速度有关，冷却速度越大，先共析相的数量（ ），伪共析组织数量（ ）。14、欲想获得马氏体组织，冷却速度必须大于（ ）冷却速度，使奥氏体必须过冷到（ ）温度以下。15、马氏体是碳在（ ）中的过饱和固溶体，由于马氏体中的含碳量与（ ）相同，使晶格严重畸变，因此使钢的强度、硬度显著（ ）。我们把C/a1称为（ ）。16、低碳钢中马氏体的形态是（ ），其亚结构为高密度的（ ）。17、片状马氏体的空间形貌为（ ），其亚结构为高密度的（ ）。18、马氏体的组织形态与钢的含碳量有关，一般C1.0%时会得到( ),而含碳量在0.21.0%之间会得到( )。19、Ms点的高低主要取决于奥氏体的成分，一般含碳量越高，Ms点（ ），Co、Al含量越多，Ms点（ ），而Mn、Ni等含量越多，则Ms点（ ）。20、亚共析钢正常的淬火加热温度为Ac3+30-50,淬火后马氏体的含碳量与钢的含碳量（ ），如果淬火加热温度在Ac1-Ac3之间，则淬火后有部分（ ）组织，使钢的强度降低。21、过共析钢正常的淬火加热温度为Ac1+30-50, 淬火后马氏体的含碳量（ ）钢的含碳量，这样可防止（ ）。22、随钢中含碳量增高，Ms、Mf点（ ），当钢的含碳量大于0.5%时,淬火后组织中会含有部分残余( ),钢的含碳量越高,淬火后( )量越多。23、马氏体的塑性和韧性取决于（ ），位错马氏体的韧性比孪晶马氏体（ ），这是因为孪晶马氏体中滑移系少，含碳量高，晶格畸变大，内应力大，并存在较多的（ ）。 24、如果过冷奥氏体冷至Ms-Mf之间停留，并保温一段时间，则会使继续冷却时奥氏体变得（ ），奥氏体需要在（ ）温度下才会转变，且转变量比连续冷却至相同温度时的转变量（ ）。25、残余奥氏体多少与奥氏体的（ ）有关，Ms与Mf点越低，残余奥氏体量（ ），一般低碳钢中残余奥氏体含量（ ）。26、贝氏体也是由（ ）和（ ）组成的机械混合物，在奥氏体向贝氏体转变过程中既有（ ）的扩散，又有（ ）方式实现晶格改组。27、贝氏体中的铁素体与珠光体中的铁素体形态（ ），呈（ ）状，贝氏体中铁素体的含碳量（ ），而且铁素体与母相奥氏体保持一定的（ ）。28、在碳钢中，一般在550-350形成的贝氏体称为（ ），呈（ ）状，而在350Ms之间形成的贝氏体称为（ ），呈（ ）状，贝氏体中的亚结构为（ ）。29、影响TTT曲线形状和位置的因素主要包括（ ）、（ ）以及（ ）。30、在连续冷却转变曲线（CCT曲线）上我们可以得到真实的钢的临界淬火速度，该速度表示出钢的（ ）能力，反映淬火时获得（ ）的难易程度，是研究钢的（ ）的重要依据。31、淬透性是指奥氏体化后的钢淬火时获得（ ）的能力，其大小用钢在一定条件下淬火获得的（ ）深度表示，与钢的（ ）速度无关。32、淬火钢重新加热至（ ）温度，保温后的冷却过程称为回火，其目的是消除或减少（ ），稳定工件（ ），防止变形开裂，并获得（ ）组织。33、钢在回火过程中随回火温度升高，相继发生如下转变：马氏体中碳的偏聚，（ ）分解，（ ）分解，碳化物类型转变及（ ）。34、淬火钢经回火其Ak值并不随温度升高而持续增大，而是在两段温度范围内出现降低现象，在低温段出现的称为（ ）回火脆性，也叫（ ）回火脆性，在高温段出现的称为（ ）回火脆性，也叫（ ）回火脆性。前者是不可逆的，而后者是可逆的，可以通过回火时（ ）冷却加以消除。35、淬火钢回火后性能变化总的趋势是：随回火温度提高，强度、硬度（ ），塑性、韧性（ ）。36、一般刃具材料为保持高硬度和耐磨性，经淬火后应进行（ ）回火，弹簧为保证其高的弹性极限采用（ ）回火，而轴类零件淬火后一般进行（ ）回火，以保证具有良好的（ ）力学性能。通常将淬火加高温回火称为（ ）处理。37、为防止和减弱高温回火脆性，常采用下列两种措施：其一是采用回火时快速（ ）方法；其二是向钢中添加（ ）元素。38、碳钢淬火经低温回火后会得到（ ）组织，中温回火后会得到（ ）组织，高温回火后得到（ ）组织。39、退火常常是将钢加热到相变温度以上，保温后（ ）冷却，以获得接近（ ）组织的工艺操作，其目的是（ ）、（ ）、（ ）硬度、改善（ ）加工性。40、球化退火的加热温度应选择在（ ），它主要用于（ ）钢，其目的主要是（ ），改善切削加工性。41、锻件或铸件毛坯在冷却过程中会产生内应力，为减少后续加工使用过程中的变形与开裂，需进行（ ）退火，加热温度在（ ），退火后为防止新应力生成，应选择（ ）冷却。42、把冷变形金属加热到（ ）温度以上，使晶粒转变为等轴晶以消除（ ）的热处理工艺称为（ ）退火。43、正火与完全退火相比，奥氏体化温度（ ），冷却速度（ ），所得组织的弥散度（ ）。44、亚共析钢的正常淬火加热温度为（ ），过共析钢的正常淬火加热温度为（ ），后者是因为有利于得到细小的（ ），保留部分未溶（ ），淬火后使钢具有（ ）组织。45、钢的淬火方法有以下几种，分别是（ ），（ ），（ ），（ ）和（ ）。46、钢淬火后实际的淬硬层深度与钢的（ ）、工件（ ）和淬火介质的（ ）能力有关。47、分级淬火是将工件奥氏体化后淬入温度为（ ）的盐浴中保温，使工件（ ）均匀后，再从盐浴中取出在（ ）完成马氏体转变。48、等温淬火是将钢奥氏体化后淬入（ ）温度的盐浴中，保温足够长时间，使奥氏体在等温过程中完成（ ）转变。49、表面淬火是将工件表面快速加热到（ ）温度，然后（ ）冷却，仅使表面层获得（ ）组织，而工件心部仍保持（ ）组织的热处理方法。50、表面淬火方法很多，如（ ）、（ ）、（ ）等，其中最常用的是（ ）表面淬火。51、表面淬火主要适用于（ ）碳钢，表面淬火之前的热处理通常为（ ），此类钢经表面淬火+低温回火后，表面具有高（ ）和高（ ），而心部具有良好的综合力学性能。52、一般希望渗碳件表面具有（ ）性能，心部具有良好的（ ），因此常常采用（ ）钢。渗碳后进行淬火+（ ）回火，使表面获得（ ）马氏体组织，心部获得（ ）马氏体组织，以满足性能要求。三、各类金属固态相变有哪些主要特征?哪些因素构成相变的阻力？四、说明晶体缺陷对金属固态相变形核的影响。五、扩散型相变和无扩散（切变）型相变各有哪些主要特点？六、试述奥氏体的形成过程及控制奥氏体晶粒的方法。七、何谓奥氏体的本质晶粒度、实际晶粒度？说明晶粒大小对性能的影响。八、试比较亚共析、共析和过共析碳钢的TIT图，并说明影响TTT图的因素。九、何谓珠光体片间距和珠光体领域?他们受那些因素影响？说明其对力学性能的影响。十、奥氏体在什么条件下可以转变为片状珠光体?在什么条件下将转变为粒状珠光体?十一、何谓马氏体？说明马氏体相变的主要特征。十二、马氏体组织有几种基本类型？它们的形成条件、组织形态、晶体结构、力学性能有何特点?十三、试述钢中典型上贝氏体、下贝氏体的组织形态。并比较它们的异同。十四、试比较上贝氏体和下贝氏体的力学性能。十五、试述淬火钢回火时的组织转变。十六、说明钢的几种常见回火组织类型、获