思考作业题 第三章材料的原子结构
2、试用金属键的结合方式，解释金属具有良好导电性、导热性、塑性和金属光泽等基本特 性。 金属材料的结合键主要是金属键。由于自由电子的存在，当金属受到外加电场作用时，其内 部的自由电子将沿电场方向作定向运动，形成电子流，所以金属具有良好的导电性。金属除 依靠正离子的振动传递热能外，自由电子的运动也能传递热能，所以金属的导热性好。随着 金属温度的升高，正离子的热振动加剧，使自由电子的定向运动阻力增加，电阻升高，所以 金属具有正的电阻温度系数。当金属的两部分发生相对位移时，金属的正离子仍然保持金属 键，所以具有良好的变形能力。自由电子可以吸收光的能量，因而金属不透明；而吸收的能 量在电子回复到原来状态时产生辐射，使金属具有光泽。 4、实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对金属的性能有什么影响？
实际金属晶体中，总是不可避免地存在一些原子偏离规则排列的不完整性区域，即晶体缺陷。 根据原子缺陷的几何特征，可将它们分为四类： (1) 点缺陷
点缺陷又叫零维缺陷，是一种在三维空间各个方向上尺寸都很小，尺寸范围约为一个或几个 原子间距的缺陷，包括空位、间隙原子、置换原子等。
点缺陷的存在，提高了材料的强度和硬度，降低了材料的塑性和韧性。 (2) 线缺陷
线缺陷是指在三维空间中两维方向的尺寸较小，在另一维方向的尺寸相对较大的缺陷，所以 又称为一维缺陷。晶体中最普通的线缺陷就是位错。
位错的存在，对金属材料的力学性能、扩散及相变等过程有着重要的影响。位错运动是引起 塑性变形的主要原因，所以，阻碍位错运动将提高金属的强度。工业纯铁中含有位错，易于 塑性变形，所以强度很低。如果采用冷塑性变形等方法是金属中的位错密度大大提高，阻碍 了位错的运动则金属的强度也可以随之提高。 (3) 面缺陷
晶体的面缺陷包括晶体的外表面和内界面两类。外界面包括表面或自由界面；内界面包括晶 界、亚晶界、李晶界、相界和堆垛层错等，其中晶界和亚晶界对金属性能影响较大。 面缺陷能提高金属材料的强度和塑形。细化晶粒是改善金属力学性能的有效手段。 (4) 体缺陷
体缺陷主要是指在晶体相中的一些粒状、片状、偏析物或沉淀物，如合金钢中析出的第二相、 铝合金中析出的强化相等。
6、高分子材料的构型和构象有何区别？它们对高分子材料的性能有何影响？ (1) 高分子材料的构型
高分子中结构单元由化学键所固定的原子在空间的几何排列称为分子链的构型。即使分子链 组成相同，但由于去待机的位置不同，也可由不同的立体结构。
高分子链的空间立构不同，其特性亦不同，全同立构和间同立构的聚合物容易结晶，是很好 的纤维材料和定向聚合材料；无规立构的聚合物很难结晶，缺乏实用价值。 (2) 高分子材料的构象
由于单键内旋转所引起的原子在空间占据不同位置所构成的分子链的各种形象，称为高分子 链的构象。高分子能由构象变化获得不同卷曲程度的特性，称为高分子链的柔顺性。高分子 链的柔顺性与单键内旋转难易程度有关。高分子链的运动往往是以相连接的有一定长度的链 段运动来实现。链段的热运动使高分子产生强烈的卷曲倾向，因此链段的长度可表明高分子 链的柔顺性，它所包含的链节数越少，单键内旋转越容易，则柔顺性越好。通常将容易内旋 转的链称为柔性链，而不容易内旋转的链称为刚性链。
第四章金属的结晶与二元相图
1、 金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？ 金属结晶的基本规律是形核和晶核长大。
金属的结晶过程是近程有序排列的液态结构转变为长城有序排列的固态结构的过程。熔融的 金属在过冷条件下，液态金属中存在某些尺寸较大且较稳定的原子集团通常称为晶胚，敬佩 具有潜在的结晶核心作用。经过一定时间后晶胚长大为等于或大于某一形核临界尺寸的小晶 体，这些小晶体叫做晶核。达到某一临界尺寸的第一批晶核随后不断凝聚液体中的原子而长 大，与此同时，液体中的形核并未停止，第二批晶核、第三批晶核一次生成并长大……。这 样，在晶核的不断生长和长大过程中，液态金属不断减少，直到液体全部耗尽才告结束。
2、 过冷度与冷却速度有何关系？为什么金属结晶一定要有过冷度？它对晶粒大小有何影 响？ (1)AT= (Tm—TO)称为过冷度，式中Tm称为理论结晶温度，To称为实际结晶温度。 过冷度的大小与冷却速度有关。对同种金属，冷却速度越大，实际结晶温度就越低，过冷度 就越大；反之冷却速度越慢，过冷度就越小，实际结晶温度就更接近理论结晶温度。但过冷 度不可能无限小，对某一金属，过冷度有一最小值，若低于此值，结晶照样不能进行。
(2) 金属的结晶只有在过冷度AT〉0时才会进行，即过冷是金属结晶的必要条件。 (3)
增大过冷度可以细化晶粒。过冷度增大，形核率和长大速率都增大，但形核率的增长 倾向更强
烈，对晶粒大小影响更大，因而可通过快速冷凝来达到结晶的目的。但过冷度过大， 对晶粒细化不利，结晶发生困难。 5、 (1)
WB=50%的合金完全凝固时初晶a与共晶a+|3的质量分数分别为：
Qo= (75%-50%) 4- (75%T5%) =41.7%, Q
共晶体中a相和卩相的质量分数分别为：
Qa= (95%-75%) 4- (95%T5%) =25%, Q(5=l-25%=75%。 (2)
已知显微组织中［3初晶与a+|3共晶各占一半，即Qp = 50%, Q(a+P, =50%□
Qp= (WB- 75%) 4- (95%-75%) =50%, WB = 85%o 8、
2. 共析钢(wc = 0.77%)
图4-12中合金②为共析钢.其结晶要经过匀晶反应(析出奥氏体A)和共折反 应(形成珠光体P)等两个过程.其室温组织为P (见图4-13) o
3. 亚共析钢(IKC = 0.0218% ~0.77%)
图4-12中合金③为亚共析钢，其结晶要经过匀晶反应(析出5铁素体)、包 晶反应(得到奥氏体A)、匀晶反应(析出奥氏体A)、同素异构转变(析出铁素体 F)、共析反应(得到珠光体P)等五个过程.其室温组织为F+P(见图4-14)。
碳含量Wc为0.2%的铁碳合金在室温下的组织相对量：QF=25%, QP=75%
材料类基础(非机类)第一、二、四章答案.doc
