工程材料習(xí)題集參考答案(第二章)

1、習(xí)題集部分參考答案2金屬的晶體結(jié)構(gòu)第1頁(yè)共6頁(yè)第#頁(yè)共6頁(yè)思考題1晶體和非晶體的主要區(qū)別是什么？答：晶體和非晶體的區(qū)別在于內(nèi)部原子的排列方式。晶體內(nèi)部的原子（或分子）在三維 空間按一定規(guī)律作周期性排列，而非晶體內(nèi)部的原子（或分子）則是雜亂分布的，至多有些 局部的短程規(guī)律排列。因?yàn)榕帕蟹绞降牟煌?，性能上也有所差異。晶體有固定的熔點(diǎn)，非晶 體沒(méi)有，晶體具有各向異性，而非晶體則是各向同性。2.何為各向異性？答：各向異性是指晶體的某些物理性能和力學(xué)性能在不同方向上具有不同的數(shù)值。3為什么單晶體呈各向異性，而多晶體通常呈各向同性？答：?jiǎn)尉w是原子排列方位完全一致的一個(gè)晶粒，由于在不同晶向上原子密度不同，

2、原子間的結(jié)合力不同，因而導(dǎo)致在單晶體中的各個(gè)方向上性能差異。對(duì)于多晶體中的任意一個(gè)晶粒來(lái)看， 基本滿足單晶體的特征，呈現(xiàn)各向異性，但是在多 晶體系統(tǒng)中，單一晶粒的各向異性已經(jīng)被周圍其他位向的晶粒所“干擾”或“抵消”，整個(gè)多晶系統(tǒng)呈現(xiàn)其各向同性。4.什么叫晶體缺陷？晶體中可能有哪些晶體缺陷？他們的存在有何實(shí)際意義？答：晶體缺陷是指金屬晶體中原子排列的不完整性。常見(jiàn)的晶體缺陷有點(diǎn)缺陷、 線缺陷和面缺陷三類，它們都會(huì)造成材料的晶格畸變。點(diǎn)缺陷是指呈點(diǎn)狀分布的缺陷，包含有空位、間隙原子和置換原子等，它對(duì)材料中的原 子擴(kuò)散、固態(tài)相變，以及材料的物理性能（電阻、體積、密度）等都會(huì)產(chǎn)生重大影響。過(guò)飽 和的點(diǎn)

3、缺陷還可以提高材料的強(qiáng)度。線缺陷是各種類型的位錯(cuò)。 對(duì)材料的變形、擴(kuò)散以及相變起著非常大的作用。特別它很好地解釋了塑性變形的微觀機(jī)理，使我們了解到滑移是借助于位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)位錯(cuò)密度不高的情況下，位錯(cuò)支持了滑移，材料的塑性很好，但是當(dāng)位錯(cuò)密度達(dá)到了較高的水平 時(shí)，位錯(cuò)間的相互作用會(huì)造成位錯(cuò)的彼此“糾纏”，使滑移運(yùn)動(dòng)受阻，這時(shí)表現(xiàn)出材料的塑性變形的抗力提高，材料的強(qiáng)度提高。金屬晶體中面缺陷主要有晶界、亞晶界、孿晶界和相界等。比如：晶界處原子的平均能 量比晶內(nèi)高，在高溫時(shí)，晶粒容易長(zhǎng)大。晶界和亞晶界均可提高金屬的強(qiáng)度。單位體積中的 晶粒數(shù)目越多，晶界面積越大，晶格畸變?cè)絿?yán)重，材料的強(qiáng)度越高，

4、同時(shí)材料的塑性也較好（同樣的變形量可以分散到更多的晶粒中去進(jìn)行，說(shuō)明材料可以承受更大的變形量）。5體心立方晶格中原子排列最密的晶面是哪個(gè)？原子排列最密的晶向是哪個(gè)？ 而在面心立方晶格中原子排列最密的晶面是哪個(gè)？原子排列最密的晶向是哪個(gè) 試分別繪出以上原子排列最密晶面和晶向。答：體心立方晶格中原子排列最密的晶面族是110，包含的晶面有(110)，(101)，(011)，(110), (101)，(01 1)，(1 10)，(101)，(011)，(110)，(1 01)，(011)共十二個(gè)晶面。體心立方晶格中原子排列最密的晶向族是，包含的晶向有111 ,111, 111, 111， 111，11

5、1，111，111共八個(gè)晶向。面心立方晶格中原子排列最密的晶面族是111，包含的晶面有(111)，( 111)，( 111)，(111)，( 111)，( 111)，( 11 1)，( 1 1 1)共八個(gè)晶面。面心立方晶格中原子排列最密的晶向族是，包含的晶向有110 ,101 ,011 ,110，101，011，110, 10 1), 01 1, 110, 101, 011共十二個(gè)晶向。110晶向加心立方晶格中密度最大的晶面和方晶格中原子排列最密的晶面是（在沒(méi)有了解晶面族和晶向族知識(shí)時(shí)或答為：面心立（111）原子排列最密的晶向是110體心立方晶格中原子排列最密的晶面是（110）原子排列最密的晶

6、向是111。6.何為金屬鍵？金屬鍵有何特點(diǎn)？答：金屬處于氣態(tài)時(shí)，彼此不存在結(jié)合鍵，當(dāng)金屬原子相互靠近到一定程度而作為液體金屬或固體金屬時(shí)，原子間就形成結(jié)合鍵，使原子緊湊而規(guī)則地排列在一起，這種金屬原子間的結(jié)合鍵稱為金屬鍵。金屬鍵的基本特點(diǎn)是“電子公有化”，就是金屬原子成晶體時(shí)，價(jià)電子在整個(gè)晶體內(nèi)運(yùn)動(dòng)。金屬鍵使金屬具有導(dǎo)電、正的電阻溫度系數(shù)、光澤和塑性等特性。習(xí)題1名詞解釋晶格；晶胞；晶粒；晶界；亞晶粒；亞晶界；晶面；晶向；晶格常數(shù)；單晶 體；多晶體；致密度。答：晶格：用以描述晶體中原子排列規(guī)律的空間格架。晶胞：晶格中能完全放映晶格特征的最小幾何單元。晶粒：結(jié)晶物質(zhì)在生長(zhǎng)過(guò)程中， 由于受到外界空

7、間的限制， 未能發(fā)育成具有規(guī)則形 態(tài)的晶體，而只是結(jié)晶成顆粒狀，稱晶粒。晶界：晶粒與晶粒之間的接觸界面叫晶界。亞晶粒：在多晶體的每一個(gè)小晶粒內(nèi)， 晶格位向也并非完全一致，而是存在著許多 尺寸很小，位向差很小的小晶塊， 它們相互鑲嵌形成晶粒， 其中的小晶塊 叫做“鑲嵌塊”或稱為亞晶粒。晶面：晶格中由一系列原子所構(gòu)成的平面。晶向：能代表晶體中原子在空間的排列位相的任意二原子之間連線所指的方向。晶格常數(shù)：晶體物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)， 它與原子間的結(jié)合能有直接的關(guān)系，晶格常 數(shù)的變化反映了晶胞的大小及形狀等晶體學(xué)體征。 單晶體：晶粒晶格排列方位完全一致的晶體。多晶體：由晶格位向彼此不同的晶粒組成的晶體。致

8、密度：?jiǎn)挝痪Оw積中原子所占的體積與晶胞體積之比。2常見(jiàn)的金屬晶格類型有哪些？他們的原子排列和晶格常數(shù)有什么特點(diǎn)？a -Fe、？-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn 各屬于何種晶體結(jié)構(gòu)？答：常見(jiàn)的金屬晶格類型有但三種，即體心立方、面心立方和密排六方。前二種屬于立方晶系，后一種屬于六方晶系。a -Fe、Pb、V屬于體心立方結(jié)構(gòu)；？-Fe、Al、Cu、Ni屬 于面心立方結(jié)構(gòu)。Cr、Mg、Zn屬于密排六方結(jié)構(gòu)。3點(diǎn)缺陷的形式有哪些？位錯(cuò)屬于那種缺陷。答：點(diǎn)缺陷有空位、間隙原子和置換原子三種。位錯(cuò)屬于線缺陷。4.在立方晶系中劃出下列晶面和晶向？ (010)與010; ( 011)與01

9、1; (111)與111; (122)與122; (112)與112。解：第5頁(yè)共6頁(yè)?5.已知Cu的原子直徑為2.56A，求Cu的晶格常數(shù)，并計(jì)算1mm3中Cu中的原子3cOY13X數(shù)。（A=10-10米）解：Cu為面心立方結(jié)構(gòu)。a=b=c=(2.56 X 2)/2 A =3.62 Aa = B = y=90面心立方n=41mm3 中Cu中的原子數(shù)為 4x 1x 10-9m3/(3.62 X 3.62 X 3.62X 10-3)W43X 10196.在立方晶系中結(jié)構(gòu)中，一平面通過(guò) y=0.5、z=3并平行于X軸，它的晶面指數(shù) 是多少？試?yán)L圖表示。解：依題意，如下圖所示：晶面指數(shù)為（061 ）

10、。八Z7體心立方晶格中的晶面族 110包括幾個(gè)原子排列相同而空間位相不同的晶 面？試?yán)L圖表示。答：晶面族110共十二個(gè)晶面，獨(dú)立存在的有6個(gè)晶面，它們是：（110）、（ 110）、（ 101 ）、(011)、(101)、( 011)。第7頁(yè)共6頁(yè)二匚丿嚴(yán)了 廠二二二：二一二三； 刁二三C三一 二”夕三一一二m 一二二匸三 :才卞/:二二?W52 二2三2 =二三二二二 2 二二二 2th WIH-1二”二在 三二_- 二三5-72二二* 二 VX;二二二二二二二2三二二二三-第8頁(yè)共6頁(yè)第#頁(yè)共6頁(yè)8.在面心立方晶格中哪個(gè)晶面和晶向的原子密度最大？答：面心立方晶格中原子排列密度最大的晶面是 111晶面族中的所有晶面。111晶面族中有8個(gè)晶面，獨(dú)立存在的有 4個(gè)，它們是：（111）、（ 111）、（ 111）、（ 111）面心立方晶格中原子排列密度最大的晶向是晶向族中的所有晶向。（略）9已知YFe的晶格常數(shù)大于a-Fe的晶格常數(shù)，但為什么丫Fe冷卻到912C轉(zhuǎn)變?yōu)?a-F