工程材料與熱處理第章作業(yè)題參考答案

1、1.常見的金屬晶格類型有哪些？試?yán)L圖說明其特征。體心立方：單位晶胞原子數(shù)為2配位數(shù)為8原子半徑二（設(shè)晶格常數(shù)為a）致密度0.68面心立方：單位晶胞原子數(shù)為4配位數(shù)為12原子半徑=（設(shè)晶格常數(shù)為a）致密度0.74密排六方：晶體致密度為0.74,晶胞內(nèi)含有原子數(shù)目為 6。配位數(shù)為12,原子半徑為1/2a。2實際金屬中有哪些晶體缺陷 ？晶體缺陷對金屬的性能有何影響 ？點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷一般晶體缺陷密度增大，強(qiáng)度和硬度提高。3什么叫過冷現(xiàn)象、過冷度 ？過冷度與冷卻速度有何關(guān)系？它對結(jié)晶后的晶粒大小有何影 響？金屬實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象稱為過冷現(xiàn)象。理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度 之差稱為過

2、冷度。金屬結(jié)晶時的過冷度與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度愈大，過冷度愈大，金 屬的實際結(jié)晶溫度就愈低。結(jié)晶后的晶粒大小愈小。4金屬的晶粒大小對力學(xué)性能有何影響？控制金屬晶粒大小的方法有哪些 ？一般情況下，晶粒愈細(xì)小，金屬的強(qiáng)度和硬度愈高，塑性和韌性也愈好?？刂平饘倬Я４笮〉姆椒ㄓ校涸龃筮^冷度、進(jìn)行變質(zhì)處理、采用振動、攪拌處理。5 .如果其他條件相同，試比較下列鑄造條件下鑄件晶粒的大?。?1)金屬型澆注與砂型澆注：(2)澆注溫度高與澆注溫度低；(3)鑄成薄壁件與鑄成厚壁件；(4)厚大鑄件的表面部分與中心部分(5)澆注時采用振動與不采用振動。(6)澆注時加變質(zhì)劑與不加變質(zhì)劑。(1) 金屬型澆注的冷卻速度快

3、，晶粒細(xì)化，所以金屬型澆注的晶粒小；(2) 澆注溫度低的鑄件晶粒較??；(3) 鑄成薄壁件的晶粒較小；(4) 厚大鑄件的表面部分晶粒較??；(5) 澆注時采用振動的晶粒較小。(6) 澆注時加變質(zhì)劑晶粒較小。6 .金屬鑄錠通常由哪幾個晶區(qū)組成？它們的組織和性能有何特點(diǎn) ？(1) 表層細(xì)等軸晶粒區(qū)金屬鑄錠中的細(xì)等軸晶粒區(qū)，顯微組織比較致密，室溫下力 學(xué)性能最高；(2) 柱狀晶粒區(qū)在鑄錠的柱狀晶區(qū)，平行分布的柱狀晶粒間的接觸面較為脆弱，并 常常聚集有易熔雜質(zhì)和非金屬夾雜物等，使金屬鑄錠在冷、熱壓力加工時容易 沿這些脆弱面產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，降低力學(xué)性能。(3) 中心粗等軸晶粒區(qū)由于鑄錠的中心粗等軸晶粒區(qū)在結(jié)晶

4、時沒有擇優(yōu)取向，不存 在脆弱的交界面，不同方向上的晶粒彼此交錯，其力學(xué)性能比較均勻，雖然其 強(qiáng)度和硬度低，但塑性和韌性良好。7 .為什么單晶體具有各向異性，而多晶體在一般情況下不顯示各向異性？因為單晶體中的不同晶面和晶向上的原子密度不同，導(dǎo)致了晶體在不同方向上的性能 不同的現(xiàn)象，因此其性能呈現(xiàn)各向異性的。而多晶體是由許多位向不同的晶粒組成，雖然 每個晶粒具有各向異性，但不同位向的各晶粒的綜合作用結(jié)果，使多晶體的各方向上性能 一樣，故顯示出各向同性。8 .試計算面心立方晶格的致密度。9 .什么是位錯？位錯密度的大小對金屬強(qiáng)度有何影響？所謂位錯是指晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象

5、。隨著位錯密度的增加金屬的強(qiáng)度會明顯提高。10 .解釋下列名詞：晶體、晶格、晶胞、晶胞參數(shù)、單晶體的各向異性、過冷度、變質(zhì)處理。晶體：晶體是原子、離子或分子按照一定的周期性在空間排列形成在結(jié)晶過程中形成具有 一定規(guī)則的幾何外形的固體。晶格：晶格抽象地用于描述原子在晶體中排列形式的空間幾何格子，稱為晶格。晶胞：從晶格中選取一個能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元，稱為晶胞。晶胞參數(shù)：晶胞的形狀和大小可以用6個參數(shù)來表示，此即晶格特征參數(shù)，簡稱晶胞參數(shù)。單晶體的各向異性：即沿單晶的不同方向，不同晶面原子排列的周期性和疏密程度不相同，由此導(dǎo)致晶體在不同方向和不同晶面的物理化學(xué)特性也不相同。過冷度：理

6、論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。變質(zhì)處理：變質(zhì)處理就是向金屬液體中加入一些細(xì)小的形核劑(又稱為孕育劑或變質(zhì) 劑)，使它在金屬液中形成大量分散的人工制造的非自發(fā)晶核，從而獲得細(xì)小的鑄造晶 粒，達(dá)到提高材料性能的目的。11 .金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)有何特點(diǎn)？1 )金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)是多晶體結(jié)構(gòu)。實際使用的金屬材料，絕大部分并非理想的單晶體，而是由許多小晶體(晶粒)組成的多晶體。2)金屬的實際晶體結(jié)構(gòu)存在晶體缺陷。存在點(diǎn)缺陷、線缺陷與面缺陷。12 .銅、鎢和鎂的晶胞中含有原子數(shù)各為多少？銅為面心結(jié)構(gòu)，原子數(shù)為4 ；鎢為體心結(jié)構(gòu)，原子數(shù)為2 ；鎂為密排六方結(jié)構(gòu)，原子數(shù)為 6。13 .細(xì)晶強(qiáng)化有什么

7、特點(diǎn)？通過細(xì)化晶粒提高金屬材料強(qiáng)度和韌性的的方法稱為“細(xì)晶強(qiáng)化”。晶界越多，晶粒越細(xì)，晶界面積增大，面缺陷增多，材料的強(qiáng)度和韌性提高，綜合機(jī)械性能提高。14 .判斷是非，說明為什么？1) 不論在什么條件下，金屬晶體缺陷總是使金屬強(qiáng)度降低。工業(yè)上常用金屬中的原子排列是完整的、規(guī)則的，晶格位向也是完全一致的。2) 金屬結(jié)晶時的冷卻速度愈慢，過冷度愈小，金屬的實際結(jié)晶溫度愈接近理論結(jié)晶溫度。3) 位錯是晶體中常見的缺陷，在常見的工業(yè)金屬中位錯密度愈小，其強(qiáng)度愈高。4) 對于純金屬來說，冷卻曲線上的水平臺就是該金屬的理論結(jié)晶溫度。5) 對于同一種金屬來說，在任何情況下柱狀晶的強(qiáng)度總比等軸晶的強(qiáng)度高。1) 不正確，一般晶體缺陷密度增大，強(qiáng)度和硬度提高。工業(yè)上常用的金屬是多晶結(jié)構(gòu)，每個晶粒的位向不同，且存在晶體缺陷。2) 正確。3) 不正確，如果金屬不含位錯，那么它將有極高的理論強(qiáng)度，然而常見的工業(yè)