金属学与热处理课后答案

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1、114、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？答: 组元：组成合金最基本的、独立的物质。 相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。固溶体：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶剂原子在整个晶体中都按定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶

2、体。影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构15、何谓固溶强化？置换固溶体和间隙固溶体的强化效果哪个大？为什么？答：固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降的现象。间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体的强化效果。原因：溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果越好。间隙固溶体晶格畸变大于置换固溶体的晶格畸变16、何谓间隙相？它与间隙固溶体及复杂晶格间隙化合物有何区别？答：间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于 0.59 时，形成的简单的晶体结构称为间隙相。间隙相与间隙固溶体有本质的区别，间隙相

3、是一种化合物，它具有与其组元完全不同的晶格结构，而间隙固溶体则任保持着溶剂组元的晶格类型。间隙相与间隙化合物相比具有比较简单的晶体结构，间隙相一般比间隙化合物硬度更高，更稳定。21、何谓刃型位错和螺型位错？定性说明刃型位错的弹性应力场与异类原子的相互作用，对金属力学性能有何影响？答：刃型位错：设有一简单立方晶体，某一原子面在晶体内部中断，这个原子平面中断处的边缘就是一个刃型位错，犹如一把锋利的钢刀将晶体上半部分切开，沿切口硬入一额外半原子面一样，将刃口处的原子列为刃型位错线。螺型位错：一个晶体的某一部分相对于其余部分发生滑移，原子平面沿着一根轴线盘旋上升，每绕轴线一周，原子面上升一个晶面间距。

4、在中央轴线处即为一螺型位错。刃型位错的应力场可以与间隙原子核置换原子发生弹性交互作用，各种间隙及尺寸较大的置换原子，聚集于正刃型位错的下半部分，或者负刃型位错的上半部分；对于较小的置换原子来说，则易于聚集于刃型位错的另一半受压应力的地反。所以刃型位错往往携带大量的溶质原子，形成所谓的“柯氏气团” 。这样一来，就会使位错的晶格畸变降低，同时使位错难于运动，从而造成金属的强化。23 何谓柏氏矢量？用柏氏矢量判断图中所示的位错环中 A、B、C、D、E 五段位错各属于哪一类位错？答：柏氏矢量：不但可以表示位错的性质，而且可以表示晶格畸变的大小和方向，从而使人们在研究位错时能够摆脱位错区域内原子排列具体

5、细节的约束。A 是右螺旋型位错、B 左螺旋型位错、C 是负刃型位错、D 正刃型位错、E 是混合型位错1、名词解释：过冷现象：结 晶 时 ， 实 际 结 晶 温 度 低 于 理 论 结 晶 温 度 的 现 象 。 在 一 定 压 力 下 ,当 液 体 的 温 度 已低 于 该 压 力 下 液 体 的 凝 固 点 ,而 液 体 仍 不 凝 固 的 现 象 叫 液 体 的 过 冷 现 象2结构起伏 液态金属中近程有序的原子集团处于瞬间出现、瞬间消失、此起彼伏、变化不定的状态之中，仿佛在液态金属中不断涌现出一些极微小的固态结构一样。这种不断变化的近程有序原子集团成为结构起伏。能量起伏 液态金属中处于热

6、运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停地变化，时高时低的现象。2、根据结晶的热力学条件解释。为什么金属结晶时一定要有过冷度？冷却速度与过冷度有什么关系？答：由热力学第二定律知道，在等温等压条件下，一切自发过程都朝着使系统自由能降低的方向进行。液态金属要结晶，其结晶温度一定要低于理论结晶温度 Tm，此时的固态金属自由能低于液态金属的自由能，两相自由能之差构成了金属结晶的驱动力。要获得结晶过程所必须的驱动力，一定要使实际结晶温度低于理论结晶温度，这样才能满足结晶的热力学条件。过冷度越大，液、固两相自由能的差值越大，即相变驱动力越大，结晶速度越快，所以金属结晶必须有过冷度。冷却速度越大

7、，过冷度越大；反之，冷却速度越小，则过冷度越小.（4） 、均匀形核的条件是什么？答：要有结构起伏与能量起伏；液态金属要过冷，且过冷度必须大于临界过冷度；结晶必须在一定温度下进行。（5） 、过冷度对形核率 N 有何影响？答：开始时，形核率随过冷度的增加而增大，当超过极大值之后，形核率又随过冷度的增加而减小，当过冷度非常大时，形核率接近于零。6、何谓非均匀形核？叙述非均匀形核的必要条件.答：非均匀形核：新相优先出现于液相中的某些区域的形核方式。必要条件：（1）液体必须过冷，提供形核的热力学条件，G0 、能量起伏、结构起伏，而固溶体合金结晶过程还需要成分起伏；固溶体是结晶出的晶体与液相成分不同的结晶

8、，纯金属是结晶出的晶体成分与液相相同的结晶10、何谓相组成物和组织组成物？画出冷却曲线答：组织组成物：按组织形貌特征划分合金的基本单元；相组成物：仅从组织成分、晶体结构划分合金组织的基本单元。 11、为什么利用包晶转变可以细化晶粒？举例说明之。什么是包晶偏析？如何消除？答：在包晶转变前形成大量细小化合物，起非均匀形核作用，从而具有良好细化晶粒作用。例如：在铝及铝合金中添加少量钛，可获得显著细化晶粒效果。包晶偏析：由于包晶转变不能充分进行而产生的化学成分不均匀现象。可采用长时间的扩散退货来减少或消除1、何谓铁素体、奥氏体和渗碳体？他们的晶体结构如何？性能如何？铁素体：碳溶于 -Fe 中的间隙固溶

9、体，用符号 F 或 表示；为体心立方结构；强度硬度低，塑性韧性高。奥氏体：碳溶于 -Fe 中形成的间隙固溶体，以符号 A 表示；为面心立方结构；强度硬度低，4塑性韧性高。渗碳体： 铁与碳形成的间隙化合物 Fe3C，含碳量为 C=6.69%，可用 Cm 表示；属正交晶系，结构复杂；硬 度 高 、 塑 性 差 ， 低温下具有一定的铁磁性。11、根据 Fe-C 合金平衡组织说明以下几种情况：（1）含碳量 （C）=0.8% 的钢比含碳 （C）=0.4%的亚共晶钢强度高、硬度高而塑性韧性差；（2）（C）=1.2%的碳钢比 （C）=0.8%的碳钢硬度高，但强度低。答：（1）随碳含量升高，珠光体含量升高，故

10、硬度随碳含量升高而升高，强度在（C）1%时随含碳量升高而升高，塑性韧性随碳含量升高而降低。（2）均为共析钢，在共析钢中含碳质量分数在接近 1%时，其强度达到最高值，随含碳量升高，强度下降，原因是由于脆性的二次渗碳体在含碳高于 1%时，晶界形成连续网络，使钢脆性增加，故强度低，而硬度随碳含量升高而升高。5、什么是滑移？绘图说明拉伸变形时，滑移过程中晶体的转动机制。答：滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿着某些晶面和晶相发生相对滑动的结果，这种变形方式称为滑移。6、名词解释滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来组成一个滑移系回复：是指经冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前(即

11、在再结晶晶粒形成前)所产生的某些亚结构和性能的变化过程。再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化，并恢复到完全软化状态，这个过程称之为再结晶。9、 试 叙 述 滑 移 的 本 质 。 用 位 错 理 论 解 释 晶 体 滑 移 时 临 界 切 应 力 的 理 论 值 与 实 验 值 相 差 十 分 悬 殊的 原 因 ?答：滑移的本质：位错在切应力的作用下沿着滑移面逐步移动。 原因：晶体在滑移时并不是滑移面上的原子一齐移动，而是位错中心原子的逐一递进，由一个平衡位置 转移到另一个平衡体置。位错虽然移动了一个原子间距，但只需位错

12、中心附近的少数原子作远小于一个 原子间距的弹性偏移。因此位错运动只需要一个很小的切应力就可实现。11、试用多晶体的塑性变形过程说明纯金属晶粒越细、强度越高、塑性越好的原因。答：根据 = n0 关系式，应力集中的大小决定于塞积的位错数目 n，n 越大，则应力集中也越大。n 与晶界到位错源的距离 L 成正比。晶粒越小，晶界到位错源的距离 L 越小，应力集中越小，晶粒越小，位错运动所需外部施加的应力需要越大，宏观表现强度越高。12、何谓加工硬化？产生原因和消除方法是什么？答：加工硬化：在塑性变形过程中随着金属内部组织的变化，金属的机械性能将产生明显的变化。随着变形程度的增加，金属的强度、硬度显著升高

13、，而塑性、韧性则显著下降，这一现象称为加工硬化。产生原因：位错的运动和交互作用造成的。随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。解决办法：中间退火。13、试述金属材料冷塑变形对组织和性能的影响金属塑性变形后的组织与性能 ：显微组织出现纤维组织， 亚结构细化，出现形变织构以及残余应力。性能：材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降；比电阻增加，导电系数和电阻温度系数下降，抗腐蚀能力降低等。518、说明冷变形金属在加热过程中各阶段组织与性能的变化。答：金

14、属经冷塑性变形后，由于其内部亚结构细化、晶格畸变等原因，处于不稳定状态，具有自发地恢复到稳定状态的趋势。但在室温下，由于原子活动能力不足，恢复过程不易进行。若对其加热，因原子活动能力增强，就会使组织与性能发生一系列的变化。1回复 当加热温度较低时，原子活动能力尚低，故冷变形金属的显微组织无明显变化，仍保持着纤组织的特征。此时，因晶格畸变已减轻，使残余应力显著下降。但造成加工硬化的主要原因未消除，故其机械性能变化不大。但某些物理、化学性能发生明显的变化，如电阻显著减小，抗应力腐蚀能力则提高。2再结晶 当加热温度较高时，将首先在变形晶粒的晶界或滑移带、孪晶带等晶格畸变严重的地带，通过形核与长大方式

15、进行再结晶。冷变形金属在再结晶后获得了新的等轴晶粒，因而消除了冷加工纤维组织、加工硬化和残余应力，使金属又重新恢复到冷塑性变形前的状态。3、晶粒长大 冷变形金属再结晶后，一般都得到细小均匀的等轴晶粒。但继续升高加热温度或延长保温时间，再结晶后的晶粒又会逐渐长大，使晶粒粗化。1、试述共析钢加热时，珠光体向奥氏体转变的过程，影响转变速度的因素是什么？答：加热过程中奥氏体转变过程可分为四步进行第一阶段：奥氏体晶核的形成。在珠光体转变为奥氏体过程中，原铁素体由体心立方晶格改组为奥氏体的面心立方晶格，原渗碳体由复杂斜方晶格转变为面心立方晶格。所以，钢的加热转变既有碳原子的扩散，也有晶体结构的变化。基于能

16、量与成分条件，奥氏体晶核在珠光体的铁素体与渗碳体两相交界处产生，这两相交界面越多，奥氏体晶核越多。第二阶段：奥氏体的长大。奥氏体晶核形成后，它的一侧与渗碳体相接，另一侧与铁素体相接。随着铁素体的转变（铁素体区域的缩小） ，以及渗碳体的溶解（渗碳体区域缩小） ，奥氏体不断向其两侧的原铁素体区域及渗碳体区域扩展长大，直至铁素体完全消失，奥氏体彼此相遇，形成一个个的奥氏体晶粒。第三阶段：残余渗碳体的溶解。由于铁素体转变为奥氏体速度远高于渗碳体的溶解速度，在铁素体完全转变之后尚有不少未溶解的“残余渗碳体”存在，还需一定时间保温，让渗碳体全部溶解。第四阶段：奥氏体成分的均匀化。即使渗碳体全部溶解，奥氏体内的成分仍不均匀，在原铁素体区域形成的奥氏体含碳量偏低，在原渗碳体区域形成的奥氏体含碳量偏高，还需保温足够时间，让碳原子充分扩散，奥氏体成分才可能均匀。影响转变速度的因素：加热温度、原始组织、化学成分4、何谓过冷奥氏体等温转变曲线？绘出共析