1、“金屬學原理”思考題第一章金屬材料的結構及結構缺陷1.1 根據鋼球模型回答下列問題：(1)以點陣常數為單位，計算體心立方、面心立方和密排六方晶體中的原子半徑及四面體和八面體間隙的半徑。(2)計算體心立方、面心立方和密排六方晶胞中的原子數、致密度和配位數。1.2 用密勒指數表示出體心立方、面心立方和密排六方結構中的原子密排面和原子密排方向，并分別計算這些晶面和晶向上的原子密度。1.3 室溫下純鐵的點陣常數為0.286nm,原子量為55.84,求純鐵的密度。1.4 實驗測定：在912c時丫-Fe的點陣常數為0.3633nm,a-Fe的點陣常數為0.2892nm。當由丫-Fe轉變為a-Fe時，試求其

2、體積膨脹。1.5 已知鐵和銅在室溫下的點陣常數分別為0.286nm和0.3607nm,求1cm3鐵和銅的原子數。1.6 實驗測出金屬鎂的密度為1.74g/cm3,求它的晶胞體積。1.7 設如圖所示立方晶體的滑移面ABCDF行于晶體的上下底面，該滑移面上有一正方形位錯環，設位錯環的各段分別于滑移面各邊平行，其柏氏矢量b/AB(1)指出位錯環上各段位錯線的類型。(2)欲使位錯環沿滑移面向外運動，必須在晶體上施加怎樣的應力？并在圖中表示出來。(3)該位錯環運動出晶體后，晶體外形如何變化？12 設如圖所示立方晶體的滑移面ABCDF行于晶體的上下底面，晶體中有一位錯線fed,de段在滑移面上并平行于AB

3、,ef段垂直于滑移面，位錯的柏氏矢量b與de平行而與ef垂直。(1)欲使de段位錯線在ABCDt移面上運動，應對晶體施加怎樣的應力?(2)在上述應力作用下de段位錯線如何運動？晶體外形如何變化？(3)同樣的應力對ef段位錯線有何影響？12 在如圖所示面心立方晶體的(111)滑移面上有兩條彎折的位錯線OS和O,S，,其中O,S，位錯的臺階垂直于(111),它們的柏氏矢量方向和位錯線方向如圖中箭頭所示。(1)判斷位錯線上各段的類型。(2)在平行于柏氏矢量b和b，的切應力作用下，兩條位錯線的滑移特征有何差異？(3)哪一條位錯線容易在(111)面上滑移運動而消失，為什么？12 判斷下列位錯反應能否進行

4、：21o11a121-am263al001>a1011a4 2-1121-1111>-11115 26a1001-1111-1111221.11在一個簡單立方的二維晶體中，畫出一個正刃型位錯和一個負刃型位錯。用柏氏回路求出正負刃型位錯的柏氏矢量。若將正負刃型位錯反向時，其柏氏矢量是否也隨之改變？c證明理想密排六萬晶胞中的軸比=1.633。a已知碳原子半徑為0.077nm,在720c時a-Fe原子半徑為0.125nm,在1148c時丫-Fe原子半徑為0.129nm,通過計算證明碳在丫-Fe中的溶解度大于a-Fe中的溶解度。碳和氮在Y-Fe中的最大固溶度（摩爾分數）分別為Xc=8.9%

5、,x"10.3%o已知C、N原子均位于八面體間隙，試分別計算八面體間隙被C、N原子占據的百分數。第二章合金的相結構及相圖金屬Ag和Al都是面心立方結構，而且原子半徑相近，DAg=0.288nm,DAi=0.286nm,但卻不能形成無限固溶體，為什么？下列合金相各屬于什么類型？指出其結構特點。鐵素體、奧氏體、滲碳體、Mg2Si。說明間隙固溶體與間隙化合物有什么異同？根據下列實驗數據繪出概略的二元共品相圖：組元A的熔點為1000C,組元B的熔點為700C；cdb=25%勺合金在500c結晶完畢，并由73.33%的先共晶a相和26.67%的（a+B）共晶體組成；b=50%勺合金在500c結

6、晶完畢后，則由40%勺先共晶a相和60%勺（a+B）共晶體組成，而此合金中的a相總量為50%根據下列條件繪制A-B二元相圖。已知AB二元相圖中存在一個液相區（L）和七個固相區（a、0、丫、6、心£>己），其中a、B、丫、6、N是以純組元為基的固溶體，e、己是以化合物為基的固溶體(中間相),e相中含B量小于七相中含B量。相圖中存在11個特定溫度，其中Ti、T4分別為純組元A和B的熔點，T2、T7、T10為同素異構轉變溫度，T3為熔晶轉變溫度，T5為包品轉變溫度，T6為共晶轉變溫度，T8為共析轉變溫度，T9、Tio為包析轉變溫度，并設Tl>T2>T3>->T

7、110根據FeTi相圖回答下列問題：(1)指出相圖中各水平線的三相平衡轉變類型，并寫出它們的反應式。(2)畫出coTi=60%勺鐵鈦合金的冷卻曲線示意圖，并說明冷卻過程中所發生的轉變。(3)求出此合金室溫下組織組成物的重量百分數和相組成物的重量百分數。190013911700V(Fe)ooocooo810001538800912150013941300、產(Fe)11008仇匚§?§4068o87691.2jj900770700居里溫度1Fe1020吧g666883Tij85JLLU_J1304U50607U8090TiK'TiX10。2.7假定需要用zn=30%勺

8、Cu-Zn合金和sn=10%S耐Cu-Sn合金制造尺寸、形狀相同的鑄件，參照Cu-Zn和Cu-Sn二元合金相圖，回答下述問題:(1)哪種合金的流動性更好？(2)哪種合金形成綿松的傾向更大?(3)哪種合金的熱裂傾向更大？(4)哪種合金的偏析傾向更大？wZaX10011007U0白00題Cu102010405。60708090W«xn(%)圖5-4CiTSn相圖分析c=0.2%的鐵碳合金從液態平衡冷卻至室溫的轉變過程，繪出冷卻曲線和組織示意圖，說明各階段的組織，并分別計算室溫下相組成物和組織組成物的相對量。計算c=3%的鐵碳合金室溫下萊氏體的相對量，組織中珠光體的相對量，組織中共析滲碳體

9、的相對量。試畫出PASn-Sb三元系成分三角形，回答下列問題：(1)在成分三角形內標注出成分為20%Pb-20%Sn60%Sb和30%Pb-30%Sn40%Sb合金的成分點。(2)已知溫度為180c時，10%Pb-40%Sn-50%Sb合金的平衡組織中包含0、丫、6三個相，它們的成分分別為5%Pb-50%Sn-45%Sb、3%Pb40%Sn57%Sb和65%Pb15%Sn20%Sb,求該合金在上述溫度下三個平衡相的重量百分數。根據三元共晶相圖的投影圖，回答下列問題：(1)分析合金a、b、c、d、E、O1、O2、O3、O4的凝固過程(用冷卻曲線表示)，寫出其室溫組織組成物和相組成物。(2)求合金

10、c三相共晶轉變剛結束時的相組成物相對含量。(3)求合金b室溫下相組成物相對含量。(4)該相圖有幾個三相平衡區？寫出各自的單變量線。根據FlCrC三元相圖在1150c的等溫截面圖，回答下列問題：(1)指出Fe-12%Cr-0.2%C、Fe12%Cr2%C和Fl10%Cr3%C合金在1150c時的平衡相。(2)計算Fe-10%Cr-3%C合金在1150c時各平衡相的相對含量。FeCrC三元系1150c等溫截面圖根據Si=2.4%的Fe-CSi三元相圖的垂直截面圖，回答下列問題:(1)分析c=0.2%的合金從液態到室溫的平衡結晶過程。若將此合金加熱到1000C,這時的相組成如何？(2)分析cdc=2

11、.5%的合金從液態到室溫的平衡結晶過程。wsi=2.4%的FeCSi三元系垂直截面圖三元合金與二元合金的比較：(1)三元合金的勻晶轉變與二元合金的勻晶轉變有何區別？(2)三元合金的共晶轉變與二元合金的共晶轉變有何區別？根據近似的PbSb二元合金相圖，回答問題：(1)若用鉛睇合金制造軸瓦，要求其組織為在共晶體基體上分布有相對量為5%的Sb作為硬質點，試求該合金的成分。(2)已知Pb的硬度為3HB,Sb的硬度為30HB,試求出上述合金的硬度第三章金屬材料的凝固(1)設均勻形核時，晶核為球形，試證明臨界形核功？Gk與臨界晶核體積Vc的關系為：1Gk=-VcGv2(2)設非均勻形核時形成球冠形晶核，試

12、推導臨界形核功？Gk與臨界晶核體積Vc之間的關系。均勻形核時，如果晶核是邊長為a的正方體，試求出其臨界形核功？Gk與a之間的關系。為什么形成立方體晶核的？Gk比球形晶核要大?試比較均勻形核與非均勻形核的異同。試分析純金屬的生長形態與溫度梯度的關系。已知銅的熔點Tm=1083C,熔化潛熱Lm=1.88x103J/cm3,比表面能(=1.44x10-5J/cm2o(1)試計算銅在853c均勻形核時的臨界晶核半徑。(2)已知銅的原子量為63.5,密度為8.9g/cm3,求臨界晶核中的原子數。已知液態純鍥在過冷度為319C時發生均勻形核。設臨界晶核半徑為1nm純鍥的熔點為1726K,熔化熱？Hm=18

13、075J/mol,摩爾體積Vs=6.6cm3/mol。試計算純鍥的液一固界面能和臨界形核功。AB二元相圖如圖所示，今將b=40%勺合金棒在周相中無擴散、液相中溶質完全混合、液一周界面平面推進的條件下進行不平衡凝固，試回答下列問題(忽略成分變化引起的體積變化)：(1)求該合金的k0值和ke值。(2)凝固始端固相的成分。(3)利用上述凝固條件下的溶質分布方程，確定共晶體占L長鑄件的體積百分數，示意畫出合金棒中溶質B的濃度分布曲線和顯微組織分布圖。(4)如果完全平衡凝固時，用杠桿定律確定共晶體的百分數，對比分析兩種計算結果。(5)若合金棒b=5%回答(3)(4)結果。I叱HA30406085Bjb(

14、%)根據凝固理論，試述細化晶粒的基本途徑。鑄錠組織有何特點？第四章金屬材料的變形畫出銅晶體的一個晶胞，在晶胞上指出：(1)發生滑移的一個晶面。(2)在這一晶面上發生滑移的一個方向。(3)滑移面上的原子密度與001等其它晶面相比有何差別？(4)沿滑移方向的原子間距與其它方向相比有何差別？試結合多晶體的塑性變形過程，說明金屬晶粒越細，其強度越高、塑性越好的原因是什么？試述金屬經塑性變形后組織結構與性能之間的關系，闡明加工硬化在機械零構件生產和服役過程中的重要意義。對鐵單晶，當拉力軸沿110方向，問施加應力為50MPaP寸，在(101)面上的111方向分切應力是多少？如果4c=31.1MPa需要施加

15、多大的拉應力？已知純銅的111110滑移系的臨界切應力為1MPa,問：(1)要使(彳11)面上產生101方向的滑移，則在001方向上應施加多大的應力？(2)要使(111)面上產生110方向的滑移呢？什么是單滑移、多滑移和交滑移？三者滑移線的形貌各有何特征？已知zn=30%勺黃銅在400c恒溫下，完成再結晶需要1h,而在390c完成再結晶需要2h,試計算：(1)再結晶的激活能是多少？(2)在420c恒溫下完成再結晶需要多少時間？有人將工業純鋁在室溫下進行大變形量軋制，使成薄片試樣，所測得的強度表明試樣呈冷加工狀態。然后將試樣加熱到100c放置12天，冷卻后再測其強度，有明顯降低。試驗者查得工業純鋁的再結晶溫度為150C,所以他排除了發生再結晶的可能性。你如何解釋這一現象，如