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1.作图表示出立方晶系（123）、（0-1-2）、（421）等晶面和[-102]、[-211]、[346]等晶向2.一个位错环能不能各个部分都是螺型位错或者刃型位错，试说明之。答：螺型位错的柏氏矢量与位错线平行，而一个位错只有一个柏氏矢量，一个位错环不可能与一个方向处处平行，所以一个位错环不能各部分都是螺型位错；刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直，如果柏氏矢量垂直位错环所在的平面，则位错环处处都是刃型问错。这种位错的滑移面是位错环与柏氏矢量方向组成的棱柱面，这种位错又称棱柱位错。3.在一个简单立方的二维晶体中，画出一个正刃型位错和一个负刃型位错，并1）用柏氏回路求出正负刃型位错的柏氏矢量2）若将正负刃型位错反向时，其柏氏矢量是否也随之改变？3）具体写出该柏氏矢量的方向和大小答：1）2）随之改变3）4.为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？答：由热力学可知，在某种条件下，结晶能否发生，取决于固相的自由度是否低于液相的自由度，即?G=GS-GL0；只有当温度低于理论结晶温度Tm时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态金属才能自发地转变为固态金属，因此金属结晶时一定要有过冷度。影响过冷度的因素：影响过冷度的因素：1）金属的本性，金属不同，过冷度大小不同；2）金属的纯度，金属的纯度越高，过冷度越大；3）冷却速度，冷却速度越大，过冷度越大。固态金属熔化时会出现过热度。原因：由热力学可知，在某种条件下，熔化能否发生，取决于液相自固态金属熔化时会出现过热度。原因：由度是否低于固相的自由度，即?G=GL-GS0；只有当温度高于理论结晶温度Tm时，液态金属的自由能才低于固态金属的自由能，固态金属才能自发转变为液态金属，因此金属熔化时一定要有过热度。5.说明晶体成长形状与温度梯度的关系。（1）、在正的温度梯度下生长的界面形态：光滑界面结晶的晶体，若无其它因素干扰，大多可以成长为以密排晶面为表面的晶体，具有规则的几何外形。粗糙界面结构的晶体，在正的温度梯度下成长时，其界面为平行于熔点等温面的平直界面，与散热方向垂直，从而使之具有平面状的长大形态，可将这种长大方式叫做平面长大方式。（2）、在负的温度梯度下生长的界面形态粗糙界面的晶体在负的温度梯度下生长成树枝晶体。主干叫一次晶轴或一次晶枝。其它的叫二次晶或三次晶。对于光滑界面的物质在负的温度梯度下长大时，如果杰克逊因子α不太大时可能生长为树枝晶，如果杰克逊因子α很大时，即使在负的温度梯度下，仍有可能形成规则形状的晶体。6.简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点形成原因：1）表层细晶区：低温模壁强烈地吸热和散热，使靠近模壁的薄层液体产生极大地过冷，形成原因形成原模壁又可作为非均匀形核的基底，在此一薄层液体中立即产生大量的晶核，并同时向各个方向生长。晶核数目多，晶核很快彼此相遇，不能继续生长，在靠近模壁处形成薄层很细的等轴晶粒区。2）柱状晶区：模壁温度升高导致温度梯度变得平缓；过冷度小，不能生成新晶核，但利于细晶区靠近液相的某些小晶粒长大；远离界面的液态金属过热，不能形核；垂直于模壁方向散热最快，晶体择优生长。3）中心等轴晶区：柱状晶长到一定程度后，铸锭中部开始形核长大---中部液体温度大致是均匀的，每个晶粒的成长在各方向上接近一致，形成等轴晶。性能特点：1）表层细晶区：组织致密，力学性能好；2）柱状晶区：组织较致密，存在弱面，力学性能有方向性；3）中心等轴晶区：各晶粒枝杈搭接牢固，无弱面，力学性能无方向性。7.何谓成分过冷？成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组织有何影响？在固溶体合金凝固时，在正的温度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差别，导致固液界面前沿的熔体的温度低于实际液相线温度，从而产生的过冷称为成分过冷。这种过冷完全是由于界面前沿液相中的成分差别所引起的。温度梯度增大，成分过冷减小。成分过冷必须具备两个条件：第一是固~液界面前沿溶质的富集而引起成分再分配；第二是固~液界面前方液相的实际温度分布，或温度分布梯度必须达到一定的值。对合金而言，其凝固过程同时伴随着溶质再分配，液体的成分始终处于变化当中，液体中的溶质成分的重新分配改变了相应的固液平衡温度，这种关系有合金的平衡相图所规定。利用“成分过冷”判断合金微观的生长过程。8.共晶点和共晶线有什么关系？共晶组织一般是什么形态？如何形成的？（P84）答：关系：形态：两个固相的混合物形成：一定成分的合金液体冷却时，由转变成两种或两种以上紧密混合的固体的恒温可逆反应所形成的组织9.铋（熔点为271.5℃）和锑（熔点为630.7℃）在液态和固态时均能彼此互溶，iWB=50%的合金在520℃时开始凝固出成分为SbW=87%的固相。iWB=80%的合金在400℃时开始凝固出成分为SbW=64%的固相。根据上述条件，要求：1）绘出Bi-Sb相图，并标出各线和各相区的名称2）从相图上确定SbW=40%的合金的开始结晶温度和结晶终了温度，并求出它在400℃时的平衡相成分及其含量答：10.分析分析ωc=0.2%,wc=0.6%,wc=1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却到室温的转变过程。ωc=0.2%:L---L+δ---δ→γ(1495度)---γ+L---γ----α+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C;(γ=A,α=F;下同)ωc=0.6%:L---γ+L---γ----α+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C;ωc=1.2%:L---γ+L---γ----Fe3C+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C;室温下相组成物的相对含量:ωc=0.2%，渗碳体相对含量=(0.2-0.02)/6.67%,余量铁素体ωc=0.6%，渗碳体相对含量=(0.6-0.02)/6.67%,余量铁素体ωc=1.2%渗碳体相对含量=(1.2-0.02)/6.67%,余量铁素体室温下组织组成物的相对含量:ωc=0.2%，珠光体相对含量=(0.2-0.02)/0.77%,余量铁素体ωc=0.6%，珠光体相对含量=(0.6-0.02)/0.77%,余量铁素体ωc=1.2%,渗碳体相对含量=(1.2-0.77)/6.67%,余量珠光体11.分析ωc=3.5%、ωc=4.7%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和组织转变示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物。解：下图表示ωc=3.5%%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程：下图表示ωc=4.7%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程：12.为了区分两种弄混的钢，工人分别将A、B两块碳素钢试样加热至850℃保温后缓冷，金相组织分别为：A试样的先共析铁素体面积为41.6%，珠光体面积为58.4%；B试样的二次渗碳体面积为7.3%，珠光体面积为92.7%；设铁素体和渗碳体的密度相同,铁素体的含碳量为零，求A、B两种碳素钢的含碳量。解：这两个试样处理后都是得到的平衡态组织，首先判断A试样为亚共析钢，根据相图杠杆原理列出方程如下：(0.77-X)/(0.77-0.0218)=41.6%这样得到X=45.0%，大概是45钢的成分范围。同理B试样为过共析钢(6.69-X)/(6.69-0.77)=92.7%；X=1.2%，大概是T12钢的范围，当然相应地还可以利用杠杆的另外一端来求了。13.试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强度越高、塑性越好的原因是什么？答：由Hall-Petch公式可知，屈服强度σs与晶粒直径平方根的倒数dv2呈线性关系。在多晶体中，滑移能否从先塑性变形的晶粒转移到相邻晶粒主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的位错塞积群所产生的应力集中能否激发相邻晶粒滑移系中的位错源，使其开动起来，从而进行协调性的多滑移。由τ=nτ0知，塞积位错数目n越大，应力集中τ越大。位错数目n与引起塞积的晶界到位错源的距离成正比。晶粒越大，应力集中越大，晶粒小，应力集中小，在同样外加应力下，小晶粒需要在较大的外加应力下才能使相邻晶粒发生塑性变形。在同样变形量下，晶粒细小，变形能分散在更多晶粒内进行，晶粒内部和晶界附近应变度相差较小，引起的应力集中减小，材料在断裂前能承受较大变形量，故具有较大的延伸率和断面收缩率。另外，晶粒细小，晶界就曲折，不利于裂纹传播，在断裂过程中可吸收更多能量，表现出较高的韧性。14.金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力？研究这部分残留内应力有什么实际意义？答：残余内应力存在的原因1）塑性变形使金属工件或材料各部分的变形不均匀，导致宏观变形不均匀；2）塑性变形使晶粒或亚晶粒变形不均匀，导致微观内应力；3）塑性变形使金属内部产生大量的位错或空位，使点阵中的一部分原子偏离其平衡位置，导致点阵畸变内应力。实际意义：可以控制材料或工件的变形、开裂、应力腐蚀；可以利用残留应力提高工件的使用寿命。15.已知W、Fe、Cu的熔点分别为3399℃、1538℃和1083℃，试估算其再结晶温度。解：T再=σTm，其中σ=0.35~0.4，取σ=0.4，则W、Fe、Cu的再结晶温度分别为3399℃×0.4=1359.6℃、1538℃×0.4=615.2℃和1083℃×0.4=433.2℃16.说明以下概念的本质区别：1）一次再结晶和二次再结晶；2）再结晶时晶核长大和再结晶后晶粒长大。解：1）再结晶：当退火温度足够高、时间足够长时，在变形金属或合金的显微组织中，产生无应变的新晶粒──再结晶核心。新晶粒不断长大，直至原来的变形组织完全消失,金属或合金的性能也发生显著变化,这一过程称为再结晶。过程的驱动力也是来自残存的形变贮能。与金属中的固态相变类似，再结晶也有转变孕育期，但再结晶前后，金属的点阵类型无变化。再结晶完成后，正常的晶粒应是均匀的、连续的。但在某些情况下，晶粒的长大只是少数晶粒突发性地、迅速地粗化，使晶粒之间的尺寸差别越来越大。这种不正常的晶粒长大称为晶粒的反常长大。这种晶粒的不均匀长大就好像在再结晶后均匀细小的等轴晶粒中又重新发生了再结晶，所以称为二次再结晶。其发生的基本条件是正常晶粒长大过程被分散相粒子、织构或表面热蚀等所强烈阻碍，当一次再结晶组织被继续加热时，上述阻碍因素一旦被消除，少数特殊晶界将迅速迁移，导致少数晶粒变大，而大晶粒界面通常是凹向外侧的，因此在晶界能的驱动下，大晶粒将继续长大，直至相互接触形成二次再结晶组织。二次再结晶为非形核过程，不产生新晶核，而是以一次再结晶后的某些特殊晶粒作为基础而长大的。17.何谓奥氏体晶粒度？说明奥氏体晶粒度大小对钢的性能的影响（P238）答：奥氏体晶粒度是对奥氏体晶粒大小的度量，是指每个奥氏体晶粒的平均面积与平均直径。一般来说，奥氏体晶粒越细小，钢热处理后的强度越高，塑性越好，冲击韧性越高。但是奥氏体化温度过高或在高温下保持时间过长，将使钢的奥氏体晶粒长大，显著降低钢的冲击韧度、减少裂纹扩展功和提高脆性转变温度。此外，晶粒粗大的钢件，淬火变形和开裂倾向增大。尤其当晶粒大小不均时，还显著降低钢的结构强度，引起应力集中，易于产生脆性断裂。18.简述钢中板条马氏体和片状马氏体的形貌特征和亚结构，并说明它们在性能上的差异（P249）答：一般认为板条马氏体为位错马氏体，马氏体内部有很多位错。片状马氏体为挛晶马氏体，马氏体内部亚结构为挛晶。板条马氏体亚结构为位错，片状马氏体为孪晶性能差异（P253）19.简述碳钢的回火转变和回火组织（P268）答：碳钢回火时，随着回火温度升高和回火时间的延长，相应地要发生如下几种转变1）马氏体中碳的偏聚2）马氏体分解3）残留奥氏体转变4）碳化物的转变5）渗碳体的聚集长大和α相回复、再结晶20.何谓钢的退火？退火种类及用途如何？答：退火是将钢加热到临界点1cA或以下温度，保温以后随炉缓慢冷却以获得近乎平衡状态组织的热处理工艺。退火种类：1）完全退火用途：主要用于亚共析钢。其目的是细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度和改善钢的切削加工性。2）不完全退火用途：用于过共析钢，主要为了获得球状珠光体组织，以消除内应力，降低硬度，改善切削加工性能。3）