1、第一章 概论习题（一） 解释名词晶体、金属键、离子键、分子键、共价键。（二） 填空题1 材料科学的任务是揭示材料的成分、组织和性能之间的相互关系及其变化规律。2 材料的性能主要包括使用性能和工艺性能两个方面。3 晶体物质的基本特征是4 固体中的结合键可分为四种，他们是金属键、离子键、分子键、共价键。5 结合键是指在固体状态下，当原子聚集为晶体时，原子之间产生较强的相互作用力。6 共价键比分子键具有更大的结合力。7 简单金属的结合键是金属键，过渡金属的结合键是金属键和共价键。8 金属晶体比离子晶体具有较好的导电能力。（三） 是非题1 晶体是较复杂的聚合体。2 结构材料是指工程上要求机械性能的材料
2、。3 物质的状态反映了原子或分子之间的相互作用和它们的热运动。4 比重较大的金属是黑色金属，比重较小的金属为有色金属。（四） 选择正确答案1 在原子的聚合体中，若原子间距为平衡距离，作规则排列，并处于稳定状态，则其对应的能量分布为：a 最高；b最底；c居中。2 决定晶体结构和性能最基本的因素是：a原子间的结合能；b原子间的距离；c原子的大小。3 金属键的特征是：a具有饱和性；b没有饱和性；c具有各向同性。4 共价晶体具有：a高强度；b低熔点；c 不稳定结构。5 稀有金属属于：a 黑色金属；b有色金属；c易熔金属。（五） 综合分析题1 试比较离子晶体与分子晶体的结构特征及性能特点。2 试比较金属
3、材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别。3 石墨（大部分为金属键）和金刚石（全为共价键）都是纯碳，但前者是电的良导体而后者是电的不良导体。试根据金属键和共价键的特点解释这一现象。第二章 金属结构习题（一） 解释名词致密度、晶格、晶胞、单晶体、多晶体、晶粒、亚晶粒、晶界、晶体的各向异性、刃型位错、空位、间隙原子。（二） 填空题1 同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。2 晶体与非金属最根本的区别是晶体有确定的熔点和各向异性。3 金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。4 错位分两种，它们是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是
4、刃型错位所特有的。5 在位方晶系中， 120晶面族包括( 20)、(1 0)、(12 )、( 0)、(1 )、(120120)、( 2 )、(120)等晶面106 点缺陷有空位和间隙原子两种；面缺陷中存在大量的位错。7 -Fe、-Fe 的一个晶胞内的原子数分别为 4 和 2。8 当原子在金属晶体中扩散时，它们在内、外表面上的扩散速度较在体内的扩散速度快。（三） 是非题1 因为单晶体是各乡异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。2 金属多晶体是由许多结晶方向相同的单晶体组成的。3 因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数，所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。4 在
5、立方晶系中， （123）晶面与12 晶向垂直。35 在立方晶系中， （111）与（1 1）是相互平行的两个晶面。6 在立方晶系中， （123）晶面与（ 12）晶面属同一晶面族。7 在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。8 在金属晶体中，当存在原子浓度梯度时，原子向各个方向都具有相同的跃迁几率。9 因为固态金属的扩散系数比液态金属的扩散系数小得多，所以固态下的扩散比液态下的慢得多。10属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。11晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。（四） 选择正确答案1 正的电阻温度系数的含义是：a随温度升高导电性增大；b随温度降低电阻降低；c随温度增高电阻减小
6、。2 晶体中的位错属于：a体缺陷；b面缺陷；c线缺陷；d点缺陷。3 亚晶界是由：a点缺陷堆积而成；b位错垂直排列成位错墙而构成；c晶界间的相互作用构成。4 在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是：a；b； c。5 在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是：a 100 ；b 110 ；c 111 。6 -Fe和 -Fe分别属于什么晶格类型：a面心立方和体心立方；b体心立方和面心立方；c均为面心立方 d均为体心立方。（五） 综合分析题1 标出图 2-1 中给定的晶面与晶向：OOBB：（1） ； ：110；OBODC：（） ； ：010；CAACC：（110） ； ；120；DAADD：（120 ）
7、； ：122。O2 作图表示立方晶系中的（110） 、 （112） 、 （120） 、 （234） 、 （1 2）晶面和111、3132、210、12 晶向。13 常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数各有什么特点？-Fe、-Fe、Al、Cu、Ni、Pb 、Cr、V、Mg、Zn 各属于何种晶体结构？4 画出体心立方、面心立方和密排六方晶体中原子最密的晶面和晶向、写出它们的晶面和晶向指数并求出单位面积及单位长度上的原子数。5 填出表 2-2 中三种典型金属的基本参量：表 2-2晶格类型 晶胞内平均原子数r 和 a 的关系 配位数 晶格致密度BCC 2 438 68%FC C 4 a
8、r12 79%HCP 6 2112 74%6 已知 -Fe的晶格常数 ，-Fe 的晶格常数ma087.，试求出 -Fe和 -Fe的原子半径和致密度。ma104.37 在常温下，已知铁的原子直径 ，铜的原子直径d1054.2，求铁和铜的晶格常数。d105.28 实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？9 立方晶系中，下列各晶面、晶向表示法是否正确？不正确的请改正：（1，-1，2） 、 （ ，1， ） ，-1，1.5,2,1 1。32第三章 金属的结晶习题（一） 解释名词结晶、过冷度、自发生核、非自发生核、晶粒度、变质处理。（二） 填空题1 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现
9、的，这两个过程是生核和长大。2 在金属学中，通常把金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶；而把金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为二次结晶。3 当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是增加晶核的数量或阻碍晶核的长大。4 液态金属结晶时，结晶过程的推动力是金属在固液态之间的自由能差F，阻力是建立界面所需的表面能 A。5 能起非自发生核作用的杂质，必须符合结构相似，大小相当的原则。6 过冷度是指理论结晶温度与实际结晶温度之差，其表示符号为T。7 过冷是结晶的必要条件。8 细化晶粒可以通过提高过冷度和进行变质处理两种途径实现。9 典型铸锭结构的三个晶区分别为：表层结晶区、柱状晶区和中心
10、等轴晶区。（三） 是非题1 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。2 室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。3 金属由液态转变成固态的结晶过程，就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。4 在实际金属和合金中，自发生核常常起着优先和主导的作用。5 纯金属结晶时，生核率随冷度的增加而不断增加。6 当晶核长大时，随过冷度增大，晶核的长大速度增大。但当过冷度很大时，晶核长大的速度很快减小。7 当过冷度较大时，纯金属晶体主要以平面状方式长大。8 当形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是一个多面体。9 在工程上评定晶粒度的方法是在放大 100 倍的条件，与标准晶
11、粒度图作比较，级数越高、晶粒越细。10过冷度的大小取决于冷却速度和金属的本性。（四） 选择正确答案1 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：a越高；b越低；c 越接近理论结晶温度。2 为细化晶粒，可采用：a快速浇注；b加变质剂；c以砂型代金属型。3 实际金属结晶时，通过控制生核速率 N 和长大速度 G 的比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得粗大晶粒：a N/G 很大时；bN/G 很小时；cN/G 居中时。（五） 综合分析题1 试画出纯金属的冷却曲线，分析曲线中出现“平台”的原因。2 金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长速度受到哪些因素的影响？3 在实际应用中，细晶粒金属材料往往具
12、有较好的常温力学性能，试从过冷度对结晶基本过程的影响，分析细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施。4 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小：1） 金属模浇注与砂型浇注；2） 变质处理与不变质处理；3） 铸成薄件与铸成厚件；4） 浇注时采用震动与不采用震动。5） 为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区？第四章 金属的塑性变形与再结晶习题（一） 解释名词塑性变形、塑性、强度、滑移、加工硬化、回复、再结晶、热加工、滑移系、硬位向。（二） 填空题1 加工硬化现象是指随变形度的增大，强度和硬度显著提高而塑性和韧性显著下降，加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的根本原因是位错运
13、动。2 滑移的实质是位错运动。3 金属塑性变形的基本方式是滑移和孪生。4 -Fe发生塑性变形时，其滑移面和滑移方向分别是110和111 。5 影响多晶体塑性变形的两个主要因素是晶界和晶粒。6 变形金属的最低再结晶温度是指变形度达到一定大小后，金属的再结晶温度趋于某一稳定值，其数值与熔点间的大致关系为 。TmR)4.035(7 钢在常温下的变形加工称为冷加工，而铅在常温下的变形加工称为热加工。8 影响再结晶开始温度的因素为预变形度、加热速度和保温时间。9 再结晶后晶粒的大小主要取决于预变形度和加热温度。（三） 是非题1 在体心立方晶格中，滑移面为1116，而滑移方向为1102，所以滑移系为 12
14、。2 滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。3 因为 BCC 晶格与 FCC 晶格具有相同数量的滑移系，所以两种晶体的塑性变形能力完全相同。4 孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。5 金属的预先变形度越大，其开始再结晶的温度越高。6 变形金属的再结晶退火温度越高，退火后得到的晶粒越粗大。7 金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。8 热加工是指在室温以上的塑性变形加工。9 再结晶能够消除加工硬化效果，是一种软化过程。10再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。（四） 选择正确答案1 能使单晶体产生塑性变形的应力为：a正应力；b切应力；c 复合应力。2 面心立方晶格的晶体在受力时的滑移方
15、向：a 111 ；b 110 ；c 100 。3 体心立方与面心立方晶格具有相同数量的滑移系，但其塑性变形能力是不同的，其原因是面心立方晶格的滑移方向较体心立方晶格的滑移方向：a少；b多；c 相等。4 金属的最低再结晶温度可用下式计算：a ；b ；c)(4.0)(0CT熔再 )(4.0)(KT熔再 。273K熔再5 变形金属再加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧晶粒的过程，这种新晶粒的晶型是：a与变形前的金属相同；b与变形后的金属相同；c形成新的晶型。6 加工硬化使：a强度增大，塑性降低；b强度增大，塑性增大；c强度减小，塑性增大；d强度减小，塑性减小。7 再结晶后：a形成等轴晶，强度增大
16、；b形成柱状晶，塑性下降；c形成柱状晶，强度升高；d形成等轴晶，塑性升高。（五） 综合分析题1 指出下列名词的主要区别：1） 弹性变形与塑性变形；2） 韧性断裂与脆性断裂；3） 再结晶与二次再结晶；4） 加工硬化与变质处理；2 说明下列现象产生的原因：1） 晶界处滑移的阻力最大；2） 实际测得的晶体滑移所需的临界切应力比理论计算得到的数值小；3） Zn, -Fe,Cu 的塑性不同。3 说明滑移变形与孪生变形的主要区别。4 为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？5 与单晶体的塑性变形比较，说明多晶体塑性变形的特点。6 金属塑性变形后组织和性能有什么变化？7 在图 4-1 所式的晶面、晶向中，哪些
17、是滑移面哪些是滑移方向？就图中情况能否构成滑移系？8 用低碳钢板冷冲压形成的零件，冲压后发现各部位的硬度不同，为什么？如何解决？9 拉制半成品铜丝的过程如图 4-2 所式，试画出不同阶段的组织与性能变化示意图，并对图形加以解释。10 已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为 3380 ，1528 ，327 和C00C0232 ，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在 1100 下的C0加工，锡和铅在室温（20 ）下的加工各为何种加工？C011 铜的熔点为 1083 ，试求其再结晶退火温度。12 何谓临界变形度？分析造成临界变形度的原因。13 热加工对金属的组织和性能有何影响钢材在热变形加工（
18、如锻造）时，为什么不出现硬化现象？14 在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。试分析强化原因。第五章 二元合金相图习题（一） 解释名词组元、相、组织、组织组成物、固溶体、金属间化合物、间隙相、枝晶偏析、固溶强化。（二） 填空题1 固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度高2 Cu-Ni 合金进行塑性变形时，其滑移面为3 固溶体出现枝晶偏析后，可用扩散退火加以消除。4 以电子浓度因素起主导作用而生成的化合物称电子化合物。5 共晶反应式为，共晶反应的特点是发生共晶反应时三相共存，它们各自的成分是确定的，反应在恒温下平衡的进行着。（三） 是非题。1 间隙固溶体一定是无
19、限固溶体。2 间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。3 平衡结晶获得的 20%Ni 的 Cu-Ni 合金比 40%的 Cu-Ni 合金的硬度和强度要高。4 在共晶相图中，从 L 中结晶出来的 晶粒与从 中析出的 晶粒具有相同的晶体结构。5 一个合金的室温组织为 + +（+） ，它由三相组成。（四） 选择正确答案1 固溶体的晶体结构与a溶剂；b溶质；c 其它晶型 相同。2 间隙相的性能特点是：a熔点高，硬度低；b硬度高，熔点低；c硬度高，熔点高。3 在发生 L+ 共晶反应时，三相的成分：a相同；b确定；c 不定。4 共析成分的合金在共析反应 + 刚结束时，其组成相为：a+；b+；c （+）
20、 。5 一个合金的组织为 + +（+） ，其组织组成物为：a 、；b、 、 （+） ；c、 。（五） 综合题1 什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？2 间隙固溶体和间隙相有什么不同？3 将 20纯铜与 30纯镍熔化后慢冷至如图 5-1 温度 ，求此时：1T1） 两相的成分；2） 两相的重量比；3） 各相的相对重量；4） 各相的重量。4 图 5-2 为 Pb-Sn 相图，1） 用冷却曲线表示 96%Pb 的 Pb-Sn 合金的平衡结晶过程，画出室温平衡组织式意图，标上各组织组成物。2） 计算该合金室温组织中组成相的相对重量。3） 计算该合金室温组织中组织组成物的相对重量。4） 指出该合金系
21、室温组织中含 最多的合金成分。5） 指出该合金系室温组织中共晶体最多和最少的合金的成分或成分范围。5 某合金相图如图 5-3 所示，1） 标上（1）（3）区域中存在的相。2） 标上（4） ， （5）区域中的组织。3） 相图中包括哪几种转变？写出它们的反应式。6 发动机活塞用 Al-Si 合金铸件制成，根据相图（图 5-4） ，选择铸造用 Al-Si 合金的合适成分，简述原因。第六章 铁碳合金图习题（一） 名词解释同素异构转变、-Fe、铁素体、珠光体。（二） 填空题1 珠光体的本质是 F 与 的共析混合物。Ce32 的本质是 Fe 与 C 的一种具有复杂结构的间隙化合物。e33 一块纯铁在 91
22、2发生 -Fe-Fe 转变时，体积将 增大。4 F 的晶体结构为体心立方晶格；A 的晶体结构为面心立方晶格。5 共析成分的铁碳合金室温平衡组织是 P，其组成相是 F+ 。CFe36 在铁碳合金室温平衡组织中，含 最多的合金成分点为，含 最多的合CFe3 eL金成分点为。7 用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体含量为 80%，则此钢的碳含量为 62%。（三） 是非题1 铁素体的本质是碳在 -Fe 中的间隙相。2 20 钢比 T12 钢的碳含量要高。3 与 的形态与晶体结构均不相同。ICFeI34 在退火状态（接近平衡组织） ，45 钢比 20 钢的硬度和强度都高。5 在铁碳合金平衡结晶过程
23、中，只有成分为 4.3%C 的铁碳合金才能发生共晶反应。（四） 选择正确答案1 奥氏体是：a碳在 -Fe 中的间隙固溶体；b碳在 -Fe 中的间隙固溶体；c碳在 -Fe中的有限固溶体。2 珠光体是一种：a单相固溶体；b两相混合物；cFe 与 C 的混合物。3 T10 钢的含碳量为：a0.10%；b1.0%；c 10%。4 铁素体的机械性能特点是：a强度高、塑性好、硬度低；b强度低、塑性差、硬度低；c强度低、塑性好、硬度低。5 能进行锻造的铁碳合金有：a 亚共析钢；b共析钢；c亚共析白口铁。（五） 综合题1 对某一碳钢（平衡状态）进行相分析，得知其组成相为 80%F 和 20% ，CFe3求此钢
24、的成分及其硬度。2 用冷却曲线表示 E 点成分的铁碳合金的平衡结晶过程，画出室温组织示意图，标上组织组成物，计算室温平衡组织中组成相和组织组成物的相对质量。3 10含 3.5%C 的铁碳合金从液态缓慢冷却到共晶温度（但尚未发生共晶反应）时所剩下的液体的成分及重量。4 比较退火状态下的 45 钢、T8 钢、T12 钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。5 同样状态的两块铁碳合金，其中一块是 15 钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们？6 为什么碳钢进行热锻、热轧时都加热到奥氏体区？7 说出 Q235A，15，45，65，T8，T12 等钢的钢类、含碳量，各举出一个应用实例。8 下列零
25、件或工具用何种碳钢制造：手锯锯条、普通螺钉、车床主轴。第七章 钢的热处理习题（一） 解释名词本质晶粒度、临界冷却速度、马氏体、淬透性、淬硬性、调制处理（二） 填空题1 钢加热时奥氏体形成是由奥氏晶体核的形成，长大，剩余渗碳体的熔化，奥氏体成分的均匀化等四个基本过程所组成。2 在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是无本质区别，无严格界限，不同点是形态不同：珠光体较粗，屈似体较细。3 用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈条或片状，而下贝氏体则呈针状。4 与共析钢相比，非共析钢 C 曲线的特征是5 马氏体的显微组织形态主要有板条状、针状两种。其中板条状马氏体的韧性较好。6 高碳淬
26、火马氏体和回火马氏体在形成条件上的区别是，在金相显微镜下观察二者的区别是7 目前较普遍采用的测定钢的淬透性的方法是末端淬火法。8 钢的淬透性越高，则其 C 曲线的位置越往右，说明临界冷却速度越小。9 钢的热处理工艺由加热、保温、冷却三个阶段所速成。10 利用 Fe- 相图确定钢完全退火的正常温度范围是 线以上 20-Fe3 3Ac30，她主要适应于亚共析钢。11 球化退火的主要目的是使钢中碳化物球状化，它主要试用于过共析钢。12 钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是 线以上 30-50，对过共析3c钢是 线以上 30-50。1Ac13 当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则点
27、越低，转变后的残余奥氏体量就越多。sM14 在正常淬火温度下，碳素钢中共亚析钢的临界冷却速度比亚析钢和过共析钢的临界冷却速度都15 钢的临界冷却速度与奥氏体化温度的关系是16 淬火钢进行回火的目的是消除内应力并获得所要求的组织与性能，回火温度越高，钢的强度与硬度越低。17 钢在回火时的组织转变过程是由马氏体分解，残余傲氏体分解，回火屈氏七形成，碳化物聚集长大等四个阶段所组成。18 化学热处理的基本过程包括介质分解，表面吸收，原子扩散等三个阶段。（三） 是非题1 钢经加热奥氏体化后，在任何情况下，奥氏体中踏步的含量均与钢中碳的含量相等。2 所谓本质细晶粒钢就是一种在任何加热条件下晶粒均不发生粗化的钢。3 马氏体是碳在 -Fe 中的过饱和固溶体，当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩。4 当把亚共析钢加热到 和 之间的温度时，将获得由铁素体和奥氏体构1Ac3成的两相组织，在平衡条件下，其中奥氏体的碳旱含量总是大于钢的碳含量。5 当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时，细片状珠光体的奥氏体化速度要比粗片状珠光体的奥氏体化速度快。6 当共亚析成分的奥式体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。
