金屬學(xué)與熱處理課后答案（哈工大第3版）

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金屬學(xué)與熱處理課后答案

第一章

填表：

晶格類型體心立方面心立方密排六方原子數(shù)246原子半徑配位數(shù)8121274%74%致密度68%34aa2412a

5、作圖表示出立方晶系（123）、（0-1-2）、（421）等晶面和[-102]、[-211]、[346]等晶向

10、已知面心立方晶格常數(shù)為a，分別計算（100）、（110）、和（111）晶面的晶面間距；并求出、和晶向上的原子排列密度（某晶向上的原子排列密度是指該晶向上單位長度排列原子的個數(shù)）

答：（100）：

（110）：

1

（111）：

14、何謂組元？何謂相？何謂固溶體？固溶體的晶體結(jié)構(gòu)有何特點？何謂置換固溶體？影響其固溶度的因素有哪些？

答:組元：組成合金最基本的、獨立的物質(zhì)。

相：合金中結(jié)構(gòu)一致、成分和性能均一并以界面相互分開的組成部分。

固溶體：合金組元之間以不同的比例相互混合形成的晶體結(jié)構(gòu)與某一組元一致的固相。固溶體的晶體結(jié)構(gòu)特點：固溶體仍保持著溶劑的晶格類型，但結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，主要包括以下幾個方面：1)有晶格畸變，2)有偏聚與有序，3)當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟葧r，可使具有短程有序的固溶體的溶質(zhì)和溶劑原子在整個晶體中都按—定的順序排列起來，轉(zhuǎn)變?yōu)殚L程有序，形成有序固溶體。置換固溶體：溶質(zhì)原子位于溶劑晶格的某些結(jié)點位置所形成的固溶體。影響置換固溶體固溶度的因素：原子尺寸，電負(fù)性，電子濃度，晶體結(jié)構(gòu)

15、何謂固溶加強(qiáng)？置換固溶體和間隙固溶體的加強(qiáng)效果哪個大？為什么？

答：固溶加強(qiáng)：在固溶體中，隨著溶質(zhì)濃度的增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性有所下降的現(xiàn)象。間隙固溶體的加強(qiáng)效果大于置換固溶體的加強(qiáng)效果。原因：溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸區(qū)別越大，所引起的晶格畸變也越大，加強(qiáng)效果越好。間隙固溶體晶格畸變大于置換固溶體的晶格畸變

16、何謂間隙相？它與間隙固溶體及繁雜晶格間隙化合物有何區(qū)別？

答：間隙相：當(dāng)非金屬原子半徑與金屬原子半徑的比值小于0.59時，形成的簡單的晶體結(jié)構(gòu)稱為間隙相。間隙相與間隙固溶體有本質(zhì)的區(qū)別，間隙相是一種化合物，它具有與其組元完全不同的晶格結(jié)構(gòu)，而間隙固溶體則任保持著溶劑組元的晶格類型。間隙相與間隙化合物相比具有比較簡單的晶體結(jié)構(gòu)，間隙相一般比間隙化合物硬度更高，更穩(wěn)定。

21、何謂刃型位錯和螺型位錯？定性說明刃型位錯的彈性應(yīng)力場與異類原子的相互作用，對金屬力學(xué)性能有何影響？

答：刃型位錯：設(shè)有一簡單立方晶體，某一原子面在晶體內(nèi)部中斷，這個原子平面中斷處的邊緣就是一個刃型位錯，猶如一把鋒利的鋼刀將晶體上半部分切開，沿切口硬入一額外半原子面一樣，將刃口處的原子列為刃型位錯線。螺型位錯：一個晶體的某一部分相對于其余部分發(fā)生滑移，原子平面沿著一根軸線旋繞上升，每繞軸線一周，原子面上升一個晶面間距。在中央軸線處即為一螺型位錯。

刃型位錯的應(yīng)力場可以與間隙原子核置換原子發(fā)生彈性交互作用，各種間隙及尺寸較大的置換原子，聚集于正刃型位錯的下半部分，或者負(fù)刃型位錯的上半部分；對于較小的置換原子來說，則易于聚集于刃型位錯的另一半受壓應(yīng)力的地反。所以刃型位錯往往攜帶大量的溶質(zhì)原子，形成所謂的“柯氏氣團(tuán)〞。這樣一來，就會使位錯的晶格畸變降低，同時使位錯難于運動，從而造成金屬的加強(qiáng)。

23何謂柏氏矢量？用柏氏矢量判斷圖中所示的位錯環(huán)中A、B、C、D、E五段位錯各屬于哪一類位錯？

答：柏氏矢量：不但可以表示位錯的性質(zhì)，而且可以表示晶格畸變的大小和方向，從而使人們在研究位錯時能夠擺脫位錯區(qū)域內(nèi)原子排列具體細(xì)節(jié)的約束。A是右螺旋型位錯、B左螺旋型位錯、C

2

是負(fù)刃型位錯、D正刃型位錯、E是混合型位錯

其次章

1、名詞解釋：

過冷現(xiàn)象：結(jié)晶時，實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。在一定壓力下,當(dāng)液體的溫度已低于該壓力下液體的凝固點,而液體仍不凝固的現(xiàn)象叫液體的過冷現(xiàn)象

結(jié)構(gòu)起伏液態(tài)金屬中近程有序的原子集團(tuán)處于瞬間出現(xiàn)、瞬間消失、此起彼伏、變化不定的狀態(tài)之中，仿佛在液態(tài)金屬中不斷涌現(xiàn)出一些極微小的固態(tài)結(jié)構(gòu)一樣。這種不斷變化的近程有序原子集團(tuán)成為結(jié)構(gòu)起伏。

能量起伏液態(tài)金屬中處于熱運動的原子能量有高有低，同一原子的能量也在隨時間不停地變化，時高時低的現(xiàn)象。

2、根據(jù)結(jié)晶的熱力學(xué)條件解釋。為什么金屬結(jié)晶時一定要有過冷度？冷卻速度與過冷度有什么關(guān)系？

答：由熱力學(xué)其次定律知道，在等溫等壓條件下，一切自發(fā)過程都朝著使系統(tǒng)自由能降低的方向進(jìn)行。液態(tài)金屬要結(jié)晶，其結(jié)晶溫度一定要低于理論結(jié)晶溫度Tm，此時的固態(tài)金屬自由能低于液態(tài)金屬的自由能，兩相自由能之差構(gòu)成了金屬結(jié)晶的驅(qū)動力。要獲得結(jié)晶過程所必需的驅(qū)動力，一定要使實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度，這樣才能滿足結(jié)晶的熱力學(xué)條件。過冷度越大，液、固兩相自由能的差值越大，即相變驅(qū)動力越大，結(jié)晶速度越快，所以金屬結(jié)晶必需有過冷度。冷卻速度越大，過冷度越大；反之，冷卻速度越小，則過冷度越小.

（4）、均勻形核的條件是什么？

答：①要有結(jié)構(gòu)起伏與能量起伏；②液態(tài)金屬要過冷，且過冷度必需大于臨界過冷度；③結(jié)晶必需在一定溫度下進(jìn)行。

（5）、過冷度對形核率N有何影響？

答：開始時，形核率隨過冷度的增加而增大，當(dāng)超過極大值之后，形核率又隨過冷度的增加

而減小，當(dāng)過冷度十分大時，形核率接近于零。

6、何謂非均勻形核？表達(dá)非均勻形核的必要條件.

答：非均勻形核：新相優(yōu)先出現(xiàn)于液相中的某些區(qū)域的形核方式。

必要條件：（1）液體必需過冷，提供形核的熱力學(xué)條件，△G0、能量起伏、結(jié)構(gòu)起伏