金屬學(xué)與熱處理原理崔忠圻第三版課后題全部答案

1、第一章第一章金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu)1.金屬鍵：貢獻(xiàn)出價(jià)電子的原子，則變成正離子，沉浸在電子云中，它們依靠運(yùn)動(dòng)于其間的公有化的自由電子的靜電作用而結(jié)合起來(lái)，這種結(jié)合叫做金屬鍵，它沒(méi)有飽和性和方向性。根據(jù)金屬鍵的本質(zhì)，金屬具有以下特性：1導(dǎo)電性：在外加電場(chǎng)的作用下，金屬中的自由電子能夠沿著電場(chǎng)方向定向運(yùn)動(dòng)，形成電流，從而有良好的導(dǎo)電性；2導(dǎo)熱性：自由電子的運(yùn)動(dòng)和正離子的振動(dòng)使金屬具有良好的導(dǎo)熱性；3正電阻溫度系數(shù)：當(dāng)溫度升

2、高時(shí)，正離子或原子本身振動(dòng)的振幅加大，可阻礙電子的通過(guò)，使電阻升高，即表現(xiàn)為正電阻溫度系數(shù)；4金屬光澤：自由電子很容易吸收可見(jiàn)光的能量，而被激發(fā)到較高的能級(jí)，當(dāng)它跳回到原有能級(jí)時(shí)，就把吸收的可見(jiàn)光能量重新輻射出來(lái)，從而金屬不透明，具有金屬光澤；5延展性：金屬鍵沒(méi)有飽和性和方向性，故金屬的兩部分發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，金屬正離子始終被包圍在電子云中，即仍繼續(xù)保持著金屬鍵合，這樣，金屬就能經(jīng)受變形而不斷裂，具有延展性。2.由雙原子作用模型圖，R0相

3、當(dāng)于原子的平衡位置，任何對(duì)平衡位置的偏離，都會(huì)收到一個(gè)力（吸引力或排斥力）的作用，促使其回到平衡位置。（此外原子間的最大結(jié)合力不是出現(xiàn)在平衡位置，而是在R1位置，這個(gè)結(jié)合力與金屬的理論抗拉強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。）在吸引力的作用下把遠(yuǎn)處的原子移近所做的功能使原子的勢(shì)能更低（為負(fù)值），當(dāng)原子移至平衡位置R0時(shí)，其結(jié)合能達(dá)到最低值，此時(shí)原子的勢(shì)能最低、最穩(wěn)定。任何對(duì)R0的偏移，都會(huì)使原子的勢(shì)能增加，從而使原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，原子就有力圖回到低能狀態(tài)，即

4、回到平衡距離的傾向。將上述雙原子作用模型加以推廣，不難理解，當(dāng)大量金屬原子結(jié)合成固體時(shí)，為使固態(tài)金屬具有最低的能量，以保持其穩(wěn)定狀態(tài)，原子之間也必須保持一定的平衡距離，這邊是固態(tài)金屬中原子趨于規(guī)則排列的重要原因。如果試圖從固態(tài)金屬中把某個(gè)原子從平衡位置拿走，就必須對(duì)它做功，以克服周圍原子對(duì)它的作用力。這個(gè)要被拿走的原子周圍鄰近的原子數(shù)越多，原子間的結(jié)合能就越低，能量越低的狀態(tài)是最穩(wěn)定的狀態(tài)，而任何系統(tǒng)都有自發(fā)從高能狀態(tài)向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)化的趨

5、勢(shì)。因此，常見(jiàn)金屬的原子總是自發(fā)地趨于緊密的排列。4.晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)是指晶體中的質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、分子或原子集團(tuán)）的具體排列情況，也就是晶體中的這些質(zhì)點(diǎn)在三維空間有規(guī)律的周期性的重復(fù)排列方式；晶格：為了方便起見(jiàn)，常人為地將陣點(diǎn)用直線連接起來(lái)形成空間格子，稱之為晶格。晶胞：為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，可以從晶格中選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元來(lái)分析陣點(diǎn)的排列的規(guī)律性，這個(gè)最小的幾何單元成為晶胞。8.2.52%9.（112）（211）（1

6、21）（112）（112）（112）（211）（211）（211）（121）（121）（121）12個(gè)晶面結(jié)合力大于同種原子時(shí)，溶質(zhì)原子通常在小范圍內(nèi)按一定的規(guī)則有序排列，稱為短程有序；3有序固溶體：具有短程有序的固溶體，當(dāng)溫度低于某一溫度時(shí)，可能使溶質(zhì)和溶劑原子在整個(gè)晶體中都按一定的順序排列起來(lái)，形成有序固溶體。由于溶質(zhì)原子和溶劑原子在晶格中占據(jù)著確定的位置，因而發(fā)生有序化轉(zhuǎn)變會(huì)引起晶格類型的改變。嚴(yán)格說(shuō)，有序固溶體實(shí)質(zhì)上更接近于金屬

7、化合物。當(dāng)無(wú)序固溶體轉(zhuǎn)變成有序固溶體時(shí)，性能發(fā)生突變，硬度和脆性顯著增加，塑性和電阻明顯降低。置換固溶體：溶質(zhì)原子位于溶劑晶格的某些結(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體稱為置換固溶體。影響置換固溶體溶解度因素：1原子尺寸因素：組元間的半徑越相近，即△r越小，則固溶體的固溶度越大；△r越大，固溶度越小有利于大量固溶的原子尺寸因素△r不超過(guò)（14%~15%）；2電負(fù)性：溶質(zhì)原子核溶劑原子的電負(fù)性相差越大，即兩者的化學(xué)親和力越大時(shí)，它們往往傾向形成比較穩(wěn)定

8、金屬化合物，即使形成固溶體，固溶度往往也較??；3電子濃度因素：溶質(zhì)元素的原子價(jià)與固溶體的固溶度之間有一定關(guān)系，由于元素的原子價(jià)的影響實(shí)質(zhì)上時(shí)電子濃度決定的，故電子濃度影響著固溶度：公式公式上式Va、Vb分別為溶劑和溶質(zhì)的原子價(jià)，X為溶劑B的摩爾分?jǐn)?shù)。一定的金屬晶體結(jié)構(gòu)的單位體積中能容納的價(jià)電子數(shù)有一定限度，超過(guò)這個(gè)限度會(huì)引起結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定甚至變化，故此固溶體的電子濃度有一極限值。（fcc為1.36，bcc為1.48）元素的原子價(jià)越高，則其固

9、溶度越小。4晶體結(jié)構(gòu)因素：溶劑與溶質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)類型是否相同，是其能否形成無(wú)限固溶體的必要條件。如果組元的晶體結(jié)構(gòu)不同，只能形成有限固溶體。即使組元晶體結(jié)構(gòu)相同但是不能形成無(wú)限固溶體，其溶解度也將大于晶格類型不同的組元間的溶解度。以上4個(gè)要素都有利時(shí)所形成的固溶體固溶度可能較大，甚至無(wú)限固溶體。但上述四個(gè)要素只是形成固溶體的必要條件。此外，溫度越高，固溶度越大。15.固溶強(qiáng)化：在固溶體中，隨著溶質(zhì)濃度的增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，而塑韌

10、性有所下降的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。由于間隙原子造成的晶格畸變比置換固溶體要大得多，所以間隙固溶體的強(qiáng)化效果要好。16.間隙相：過(guò)渡族金屬能與原子甚小的非金屬形成化合物，當(dāng)非金屬原子半徑與金屬原子半徑比值小于0.59時(shí)，形成的化合物具有比較簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)，稱為間隙相；間隙相與間隙固溶體之間有著本質(zhì)的區(qū)別，間隙相是一種化合物，它具有與其組元完全不同的晶體結(jié)構(gòu)，而間隙固溶體則保持溶劑組元的晶格類型；間隙相的非金屬原子半徑與金屬半徑比小于0.59且

11、具有較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而間隙化合物的非金屬原子與金屬原子半徑比大于0.59且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。此外，間隙相一般比間隙化合物硬度更高，更穩(wěn)定。17.Ag、Al都具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，如果Ag、Al在固態(tài)下形成無(wú)限固溶體，則必須是置換固溶體，影響置換固溶體的四個(gè)因素：原子半徑、電負(fù)性、電子濃度、晶體結(jié)構(gòu)。Ag、Al的原子半徑相差不大、電負(fù)性相差不大，晶體結(jié)構(gòu)都為面心立方晶體，這三個(gè)因素都比較有利，但是面心立方結(jié)構(gòu)單位體積能容納的價(jià)電子數(shù)有一定限度，

12、超過(guò)這個(gè)限度就會(huì)引起結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定甚至改變，故而有電子濃度有一定的限度。AL的化合價(jià)位3（很大），只需溶入相對(duì)較少的AL就能達(dá)到極限電子濃度，即溶解度有一定限度，不能形成無(wú)限固溶體。18.P10719.晶體結(jié)構(gòu)：固溶體保持著溶劑組元的晶格類型，此外固溶體結(jié)構(gòu)還會(huì)發(fā)生如下變（①晶格畸變；②偏聚與有序；③有序固溶體）；金屬化合物晶結(jié)構(gòu)不同于任一組元，是合金組元間發(fā)生相互作用形成的新相；機(jī)械性能：固溶體相對(duì)來(lái)說(shuō)塑韌性較好，硬度低；金屬化合物硬而

13、脆。20.點(diǎn)缺陷都會(huì)造成晶格畸變，對(duì)金屬的性能產(chǎn)生影響，如使屈服強(qiáng)度升高、電阻增大、體積膨脹等等；此外，點(diǎn)缺陷的存在將加速擴(kuò)散，因而凡是與擴(kuò)散有關(guān)的相變、化學(xué)熱處理、高溫下的塑性變形和斷裂等等，都與空位和間隙原子的存在和運(yùn)動(dòng)有關(guān)系。21.刃形位錯(cuò)：設(shè)有一簡(jiǎn)單立方晶體，某一原子面在晶體內(nèi)部中斷，這個(gè)原子平面中斷處的邊緣就是一個(gè)刃形位錯(cuò)，猶如用一把鋒利的鋼刀將晶體上半部分切開，沿切口硬插入一額外半原子面一樣，將刃口處的原子列稱為刃形位錯(cuò)線。