工程材料习题

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。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，多余半原子面是刃型错位所特有的。5．在位方晶系中，｛120｝晶面族包括(120)、(120)、(120)、(120)、(120)、(120)、(120)、(120)等晶面6．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．γ-Fe、α-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．在立方晶系中，（123）晶面与[123]晶向垂直。5．在立方晶系中，（111）与（111）是相互平行的两个晶面。6．在立方晶系中，（123）晶面与（312）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。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．100；b．110；c．111。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．α-Fe和γ-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：OO`B`B：（∞∞1）；OB：[110]；ODC`：（∞∞∞）；OC：[010]；AA`C``C：（110）；OD；[120]；AA`D`D：（120）；OD：[122]。2．作图表示立方晶系中的（110）、（112）、（120）、（234）、（132）晶面和[111]、[132]、[210]、[121]晶向。3．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？α-Fe、γ-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B．C．C2ar43868%F．C．C4ar431279%H．C．P6ar211274%6．已知α-Fe的晶格常数ma101087.2，γ-Fe的晶格常数ma101064.3，试求出α-Fe和γ-Fe的原子半径和致密度。7．在常温下，已知铁的原子直径md101054.2，铜的原子直径md101055.2，求铁和铜的晶格常数。8．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）、（21，1，31），[-1，1.5,2],[121]。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；b．N/G很小时；c．N/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．α-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TTmR)4.035.0(。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｛111｝×6，而滑移方向为〈110〉×2，所以滑移系为12。2．滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。3．因为B．C．C晶格与F．C．C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．)(4.0)(00CCTT熔再；b．)(4.0)(KKTT熔再；c．273)(4.0)(0CKTT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；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,α-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