第一章:金属及合金的晶体结构 一、复习思考题 1.作图表示出立方晶系的 (123)、(012)晶面和[012]、[203][001]晶向。 2.试计算体心立方晶格的{100}、{110}、{111}晶面的原子面密度和<100>、<110>、<111>晶向的原子线密 度,并指出其中最密面和最密方向。 3.作图表示出六方晶系的{101}和{110}晶面族所包括的晶面。 4.立方晶系的各{111}晶面构成一个八面体,试作图画出该八面体,并注出这些具体晶面的指数。 5.已知面心立方晶格的晶格常数为 a,试求出(100)、(110)和(111)晶面的面间距,并指出面间距 最大的晶面。 6.体心立方晶格的晶格常数为 a,试求出(100)、(110)和(111)晶面的面间距,并指出面间距最大 的面。 7.一克铁在室温和 1000℃时各有多少个晶胞?条件? 8.说明间隙固溶体和间隙化合物的异同点。 9.常见的金属化合物有哪几类?它们各有何特点? Mg 2Si、MnS、Fe 3C、VC 、Cu 3Sn 8 等分别 是哪种类型的化合物? 10.碳可以溶入铁中而形成间隙固溶体,试分析是 α -Fe 还是 γ -Fe 能溶入较多的碳,为什么? 11.作图说明一个面心立方结构相当于体心正方结构。 12.作图说明一个面心立方结构相当于棱方结构。 13.银和铝都具有面心立方点阵,且原子尺寸很接近(dAg=2.882?,dAl=2.856?),但他们在固态下却不 能无限互溶,试解释其原因。 14.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反向; (3)具体写出该柏氏矢量的大小和方向; (4)求出此两位错的柏氏矢量和。 15.用作图法证明柏氏矢量与回路起点的选择及回路的具体途径无关。 16.在晶体中有一平面环状位错线,请问此位错环能否各部分都是刃型位错?或各部分都是螺型位错?为 什么? 17.已知 β -Sn 的晶体结构为体心正方晶格常数为(a=0.3nm、 b=0.3nm ,c=0.5nm),试画出 β -Sn 的晶 胞,并画出(110)和(100)晶面的平面图。 18.铁在 20℃下是体心立方晶格,晶胞的晶格常数为 2.87,在 0~100℃之间铁的线膨胀系数为11?10?6 , 试计算铁在 20℃和 100℃时的密度。 19.试用刚球模型证明理想密排六方结构的点阵常数的关系为 c/a=1.633。 20.在面心立方晶格中,面心结点的数量为顶角结点的数量的几倍?今有 B 在 A 中的面心立方固溶体,问 其有序化在成分 A3B 还是 A2B 处较易发生? 第二章 纯金属的结晶 一、复习思考题 指出下列各题错误之处,并更正 1.所谓过冷度,是指金属结晶时,在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差。而动态过冷度是指结晶过程 中,实际液相温度与熔点之差。 2.金属结晶时,原子从液相无序排列到固相有序排列,使体系熵值减小,因此是一个自发过程。 3.在任何温度下,液态金属中出现的最大结构起伏都是晶胚 4.在任何过冷度下,液态金属中出现的最大结构起伏都是晶核。 5.所谓临界晶核,就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能增加时的晶胚大小。 6.在液态金属中,凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核,但是只要有足够的能量起伏提供形核 功,还是可以成核。 7.测定某纯金属铸件结晶时的最大过冷度,其实测与用公式计算值基本一致。 8.某些金属铸件结晶时,由于冷速较快,因此均匀形核率 N1 较高,非均匀形核形核率 N2 也较高,那么总 的形核率 N=N1+N2。 9.若在过冷液体中,外加一万颗形核剂,那么结晶后就可以形成一万颗晶粒。 10.从非均匀形核功的计算公式中可以看出,当 θ =0 时,非均匀形核的形核功最大。 11.为生产一批厚薄悬殊的砂型铸件,且要求均匀的晶粒度,则只要在工艺上采取加形核剂就可以满足。 12.非均匀成核总是比均匀成核容易,因为前者是以外加质点为结晶核心,不像后者那样形成界面,而引 起自由能的增加。 13.在研究某金属细化晶粒工艺时,主要寻找那些熔点低,且与该金属晶格常数相近的形核剂,其形核的 催化效能最高。 14.纯金属生长时,无论液/固界面呈粗糙或光滑型,其液相原子都是一个一个地沿着固相面的垂直方向连 接上去。 15.无论温度分布如何,常用纯金属生长都是呈树枝状界面。 16.NH4Cl 饱和水溶液与纯金属结晶终了时的组织形态一样,前者呈树枝晶,后者也呈树枝晶。 17.人们是无法观察到极纯金属的树枝状生长过程,所以树枝状的生长形态仅仅是一种推理。 18.液态纯金属中加入形核剂,其生长形态总是树枝状。 19.纯金属结晶呈垂直方式生长时,其界面时而光滑,时而粗糙,交替生长。 20.从宏观上观察,若液/固界面是平直的称为光滑界面结构,若是呈金属锯齿形的称为粗糙界面结构。 21.纯金属结晶以树枝状形态生长,或以平面状形态生长,与该金属的熔化熵无关。 22.实际金属结晶时,形核率随着过冷度的增加而增加,超过某一值后,出现相反的变化。 23.纯金属在结晶时,晶体长大所需要的动态过冷度有时还比形核所需要的临界过冷度大。 二、习题 1.试比较过冷度、动态过冷度及临界过冷度的区别。 2.分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。 3.什么叫临界晶核?它的物理意义及与过冷度的定量关系如何? 4.试分析单晶体形成的基本条件。 5.已知铜的熔点为 1083℃,结晶潜热为 1.88×109J/m3,液固界面的界面能 σ 为 0.144 J/m2。试计算铜 在 853℃凝固时(均匀形核)的临界晶核半径?并计算临界晶核中有多少个铜原子? 6.在液态中形成一个半径为 r 的球形晶核时,证明临界形核功 Δ G 与临界晶核体积 V 间的关系为。 7.简述纯金属晶体长大的机制及其与固/液界面微观结构的关系。 三、讨 论 题 今欲获得全部为细等轴晶粒的铸