工程材料及成型技术基础(吕广庶-张元明-著)-课后习题答案
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《工程材料》复习思考题参考答案
第一章 金属的晶体结构与结晶
1.解释下列名词
点缺陷,线缺陷,面缺陷,亚晶粒,亚晶界,刃型位错,单晶体,多晶体, 过冷度,自发形核,非自发形核,变质处理,变质剂。
答:点缺陷:原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小,主要指空
位间隙原子、置换原子等。 线缺陷:
原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大,而在其余两个方向上的尺寸很小。如位错。
面缺陷:原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大,而另
一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。
亚晶粒
:在多晶体的每一个晶粒内,晶格位向也并非完全一致,而是
存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块,它们相互镶嵌而成晶粒,称亚晶粒。
亚晶界:两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错:位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部
滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面,多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口,故称“刃型位
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错”。
单晶体:如果一块晶体,其内部的晶格位向完全一致,则称这块晶体为
单晶体。
多晶体:由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度:实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核:在一定条件下,从液态金属中直接产生,原子呈规则排列的
结晶核心。
非自发形核:是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理:在液态金属结晶前,特意加入某些难熔固态颗粒,造成大
量可以成为非自发晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增加,从而提高了形核率,细化晶粒,这种处理方法即为变质处理。
变质剂:在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种?α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构?
答:常见金属晶体结构:体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格;
α-Fe、Cr、V属于体心立方晶格;
γ-Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格; Mg、Zn属于密排六方晶格;
3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题?
答:用来说明晶体中原子排列的紧密程度。晶体中配位数和致密度越大,则
晶体中原子排列越紧密。 4.晶面指数和晶向指数有什么不同?
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答
:晶向是指晶格中各种原子列的位向,用晶向指数来表示,形式为?uvw?;
晶面是指晶格中不同方位上的原子面,用晶面指数来表示,形式为?hkl?。
5.实际晶体中的点缺陷,线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响?
答:如果金属中无晶体缺陷时,通过理论计算具有极高的强度,随着晶体中
缺陷的增加,金属的强度迅速下降,当缺陷增加到一定值后,金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此,无论点缺陷,线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变,从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻,降低金属的抗腐蚀性能。
6.为何单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示出各向异性
?
答:因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同,造成原子间结合力不同,
因而表现出各向异性;而多晶体是由很多个单晶体所组成,它在各个方向上的力相互抵消平衡,因而表现各向同性。
7.过冷度与冷却速度有何关系?它对金属结晶过程有何影响?对铸件晶粒大小有何影响?
答:①冷却速度越大,则过冷度也越大。②随着冷却速度的增大,则晶体内
形核率和长大速度都加快,加速结晶过程的进行,但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢,因为这时原子的扩散能力减弱。③过冷度增大,ΔF大,结晶驱动力大,形核率和长大速度都大,且N的增加比G增加得快,提高了N与G的比值,晶粒变细,但过冷度过大,对晶粒细化不利,结晶发生困难。
8.金属结晶的基本规律是什么?晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响?
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答:①金属结晶的基本规律是形核和核长大。②受到过冷度的影响,随着过冷度的增大,晶核的形成率和成长率都增大,但形成率的增长比成长率的增长快;同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。 9.在铸造生产中,采用哪些措施控制晶粒大小?在生产中如何应用变质处理? 答:①采用的方法:变质处理,钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速
度的方法来控制晶粒大小。②变质处理:在液态金属结晶前,特意加入某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增加,从而提高了形核率,细化晶粒。③机械振动、搅拌。
第二章 金属的塑性变形与再结晶
1.解释下列名词:
加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。
答:加工硬化:随着塑性变形的增加,金属的强度、硬度迅速增加;塑性、
韧性迅速下降的现象。
回复:为了消除金属的加工硬化现象,将变形金属加热到某一温度,
以使其组织和性能发生变化。在加热温度较低时,原子的活动能力不大,这时金属的晶粒大小和形状没有明显的变化,只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移等变化,因此,这时金属的强度、硬度和塑性等机械性能变化不大,而只是使内应力及电阻率等性能显著降低。此阶段为回复阶段。
再结晶:被加热到较高的温度时,原子也具有较大的活动能力,使晶
粒的外形开始变化。从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。
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