机械工程材料第16章习题及参考答案讲解.docx

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机械工程材料第16章习题及参考答案讲解

第1章材料的结构和金属的结晶

一、选择题

1.材料的结构层次包括：

（）。

（a）原子结构和原子结合键、原子的空间排列、相和组织

（b）原子结构和电子结构、原子的空间排列、相和组织

（c）原子结构、电子结构、相和组织

（d）原子、电子、质子

2.金属中正离子与电子气之间强烈的库仑力使金属原子结合在一起，这种结合力叫做（）。

（a）离子键（b）共价键（c）金属键（d）氢键

3.两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键叫做（）。

（a）离子键（b）氢键（c）共价键（d）金属键

4.金属具有良好的导电性和导热性与（）有密切关系。

（a）金属有光泽（b）金属不透明（c）金属塑性好（d）金属中自由电子数量多

5.金属键没有方向性，对原子没有选择性，所以在外力作用下发生原子相对移动时，金属键不会被破坏，因而金属表现出良好的（）。

（a）脆性（b）塑性（c）绝缘性（d）刚性

6.金属加热时，正离子的振动增强，原子排列的规则性受到干扰，电子运动受阻，电阻增大，因而金属具有（）。

（a）正的电阻温度系数（b）高强度（c）高塑性（d）绝缘性

7.固态物质按原子（离子或分子）的聚集状态分为两大类，即（）。

（a）晶体和非晶体（b）固体和液体（c）液体和气体（d）刚体和质点

8.原子（离子或分子）在空间规则排列的固体称为（）。

（a）气体（b）液体（c）晶体（d）非晶体

9.原子（离子或分子）在空间不规则排列的固体称为（）。

（a）气体（b）液体（c）晶体（d）非晶体

10.晶体具有（）的熔点。

（a）不定确定（b）固定（c）可变（d）无法测出

11.非晶体（）固定的熔点。

（a）没有（b）有

12.在晶体中，通常以通过原子中心的假想直线把它们在空间的几何排列形式描绘出来，这样形成的三维空间格架叫做（）。

（a）晶胞（b）晶格（c）晶体（d）晶核

13.从晶格中取出一个能完全代表晶格特征的最基本的几何单元叫做（）。

（a）晶胞（b）晶格（c）晶体（d）晶核

14.晶胞中各个棱边长度叫做（）。

（a）原子间距（b）原子半径（c）晶格常数（d）原子直径

15.晶胞各棱边之间的夹角称为（）。

（a）晶面夹角（b）棱间夹角（c）晶向夹角（d）轴间夹角

16.通过晶体中原子中心的平面叫（）。

（a）对称平面（b）几何平面（c）晶面（d）晶面族

17.为了分析各种晶面上原子分布的特点，需要给各种晶面规定一个符号，这就是（）。

（a）方向指数（b）晶面指数（c）晶向指数（d）符号指数

18.晶胞中所包含的原子所占体积与该晶胞的体积之比称为（）。

（a）配位数（b）原子比（c）致密度（d）密度

19.晶格中与任一原子最邻近且等距离的原子数称为（）。

（a）致密度（b）配位数（c）等距离原子数（d）相邻原子数

20.一个体心立方晶胞中共有（）个原子。

（a）1（b）2（c）3（d）9

21.一个面心立方晶胞中共有（）个原子。

（a）1（b）2（c）4（d）14

22.一个密排六方晶胞中共有（）个原子。

（a）3（b）4（c）5（d）6

23.体心立方晶格中原子的配位数是（）。

（a）2（b）8（c）4（d）6

24.面心立方晶格中原子的配位数是（）。

（a）8（b）6（c）12（d）15

25.晶体中原子排列方式相同但位向不同的晶面称为（）。

（a）平行晶面（b）一族晶面（c）交叉晶面（d）相交晶面

26.在体心立方晶格中，原子密度最大的一族晶面是（）。

（a）{111}（b）{110}（c）{211}（d）{112}

27.在面心立方晶格中，原子密度最大的一族晶面是（）。

（a）{111}（b）{110}（c）{211}（d）{112}

28.通过晶体中原子中心的直线方向叫做（）。

（a）原子列（b）晶向（c）晶面方向（d）晶面

29.晶体中原子排列方式相同但位向不同的晶向称为（）。

（a）平行晶向（b）一族晶向（c）交叉晶向（d）相交晶向

30.在体心立方晶格中，原子密度最大的一族晶向是（）。

（a）<110>（b）<111>（c）<211>（d）<122>

31.在面心立方晶格中，原子密度最大的一族晶向是（）。

（a）<110>（b）<111>（c）<211>（d）<122>

32.晶体在不同方向上常表现出不同的物理、化学和力学性能，即表现出（）的特征。

（a）各向异性（b）各向同性（c）伪等向性（d）分散性

33.非晶体一般不具有（）。

（a）各向异性（b）各向同性（c）伪等向性（d）分散性

34.由许多位向不同的单晶体组成的晶体叫做（）。

（a）单晶体（b）晶粒（c）多晶体（d）非晶体

35.晶粒之间的界面称为（）。

（a）亚晶界（b）晶界（c）曲面（d）小角度晶界

36.如果晶体内的所有原子都是规则排列的，这种晶体称为（）。

（a）晶体（b）多晶体（c）理想晶体（d）绝对晶体

37.实际晶体中总会存在不完整的、原子排列偏离理想状态的区域，这些区域称为（）。

（a）不完整晶体（b）晶体缺陷（c）非理想晶体（d）非晶体

38.晶体缺陷按几何形态分为三类，即（）。

（a）空位、线缺陷和晶界（b）置换原子、位错和亚晶界

（c）点缺陷、线缺陷和面缺陷（d）理想晶体

39.（）就是没有原子的结点。

（a）置换原子（b）空位（c）间隙原子（d）交点

40.位于晶体间隙中的原子称为（）。

（a）置换原子（b）杂质原子（c）间隙原子（d）小直径原子

41.处在结点上的异类原子称为（）。

（a）置换原子（b）杂质原子（c）间隙原子

42.由两种或两种以上的金属原素或金属与非金属元素经过冶炼、烧结或用其他方法组合而成的具有金属特性的物质称为（）。

（a）合金钢（b）合金（c）铸造合金（d）固溶体

43.合金结晶时若组元相互溶解所形成的固相的晶体结构与组成合金的某一组元相同，则这类固相称为（）。

（a）固溶体（b）化合物（c）晶体（d）非晶体

44.固溶体中含量较多的组元称为（）。

（a）溶质（b）溶剂（c）基体（d）基元

45.固溶体中含量较少的组元称为（）。

（a）溶质（b）溶剂（c）基体（d）基元

46.固溶体的晶格类型与（）组元的晶格类型相同。

（a）溶质（b）溶剂（c）基体

47.（）是指肉眼或借助显微镜所观察到的合金的相组成及相的数量、形态、大小、分布特征。

（a）相（b）组织（c）晶格（d）晶粒

48.在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为（）。

（a）组织（b）固溶体（c）相（d）珠光体

49.合金结晶时若组元相互溶解所形成固相的晶体结构与组成合金的某一组元相同，则这类固相称为（）。

（a）组织（b）固溶体（c）相（d）珠光体

50.（）是指溶质原子占据了溶剂原子晶格中的某些结点位置而形成的固溶体。

（a）置换固溶体（b）间隙固溶体（c）有序固溶体（d）无序固溶体

51.不利于细化晶粒的工艺是（）。

（a）提高过冷度（b）变质处理（c）振动搅拌（d）减小过冷度

52．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将（）。

（a）越高（b）越低（c）越接近理论结晶温度（d）没有变化

53．铸件从表面到心部三个典型的区域是（）。

（a）细等轴晶粒区、粗等轴晶粒区、柱状晶粒区（b）细等轴晶粒区、柱状晶粒区、粗等轴晶粒区

（c）柱状晶粒区、细等轴晶粒区、粗等轴晶粒区（d）粗等轴晶粒区、柱状晶粒区、细等轴晶粒区

54.合金液在凝固冷却过程中，其液态收缩和凝固收缩如不能得到补偿，则在铸件最后凝固处会形成孔洞，容积大而集中者称为（），小而分散者称为缩松。

（a）孔洞（b）缺陷（c）缩孔（d）真空

55.与固溶体相比，金属间化合物的性能特点是（）。

（a）硬度高，塑性高（b）熔点高，硬度低（c）熔点高，硬度高（d）硬度低，塑性低

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二、判断题

1.金属具有较高的强度、塑性、导电性和导热性。

（）

2.化合物比金属的塑性好。

（）

3.分子间的作用力与化学键相比一般比较小。

（）

4.高分子聚合物通常属于绝缘体，这一特性与高分子聚合物属于共价键无关。

（）

5.离子晶体比金属的导电性好。

（）

6.固态金属都属于晶体。

（）

7.高分子材料既有晶体也有非晶体。

（）

8.石英（SiO2）一定是晶体。

（）

9.在置换固溶体中，置换原子质量分数越高，其固溶强化作用越大。

（）

10.晶体的点缺陷主要指空位、置换原子和间隙原子和位错。

（）

11.在间隙固溶体中，间隙原子质量分数越高，其固溶强化作用越大。

（）

12.实际金属的强度通常随位错密度的增大而提高。

（）

13.通过塑性变形可以提高位错密度，因而可以提高强度。

（）

14.晶粒越细小，面缺陷越多，因而其强度越低。

（）

15.室温下，金属的晶粒越细小，则强度越高，塑性越低。

（）

16.液态金属的冷却速度越快，过冷度就越小。

（）

17.凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

（）

18.在相同溶质浓度条件下，间隙固溶体的固溶强化效果大于置换固溶体的固溶强化效果。

（）

19.固溶体中溶质原子含量越高其强度越低。

（）

20.无论溶质原子直径比溶剂原子直径大或小，都能起到固溶强化作用。

（）

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三、问答题

1.常见的金属晶格类型有哪几种？

画出它们的晶胞。

答：

常见的金属晶格类型有三种：

体心立方、面心立方和密排六方。

密排六方

面心立方

体心立方

2.在立方晶胞中画出下列晶面和晶向：

（101）、（111）、[011]、[111]。

3.为什么单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示各向异性？

答：

在单晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，原子间的结合力就不同，因而晶体在不同方向上性能各异。

而多晶体是由许多位向不同的单晶体组成的，各个晶粒在整块金属内的空间位向是任意的，整个晶体各个方向上的性能则是大量位向各不相同的晶粒性能的均值，所以一般不显示各向异性。

4.在实际晶体中存在哪几种晶体缺陷?

它们对金属的力学性能有何影响？

答：

实际晶体中主要存在3种晶体缺陷：

点缺陷、线缺陷和面缺陷。

其中点缺陷包括空位、间隙原子和置换原子；线缺陷也称为位错，包括刃型位错、螺型位错和复合位错；面缺陷包括晶界、亚晶界和相界。

随间隙原子或置换原子浓度的提高，材料的强度、硬度和耐磨性提高，塑性下降（韧性可能升高也可能下降）；随位错密度的提高，材料的强度、硬度和耐磨性提高而塑性和韧性下降；随晶粒细化，材料的强度、硬度、耐磨性、塑性和韧性提高。

5.金属结晶的基本规律是什么？

工业生产中采用哪些措施细化晶粒？

答：

金属结晶的基本规律是：

当液态金属冷到结晶温度以下时，开始形核和长大，最终结晶成晶体。

工业生产中细化晶粒措施主要包括：

（1）提高冷却速度增大过冷度，如用金属型代替砂型铸造；

（2）振动和搅拌；（3）变质处理。

第二章金属的塑性变形与再结晶

一、选择题

1.金属变形的三个阶段分别是（）。

（a）弹性变形、粘流变形和断裂（b）弹性变形、弹塑性变形和断裂

（c）弹性变形、高弹变形和断裂（d）高弹变形、弹塑性变形和断裂

2.发生明显塑性变形后而发生的断裂称为（）。

（a）韧性断裂（b）脆性断裂（c）疲劳断裂（d）延时断裂

3.断裂前无明显塑性变形的断裂称为（）。

（a）韧性断裂（b）脆性断裂（c）疲劳断裂（d）延时断裂

4.（）是晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分作相对的滑动，是晶体发生塑性变形的主要方式。

（a）攀移（b）滑移（c）位错（d）剪切

5.单晶体塑性变形的基本方式有（）。

（a）滑移和孪晶（b）滑移和孪生（c）滑动和孪生（d）错动和孪生

6.当作用在滑移系上的（）达到某一临界值时，滑移才能开始。

（a）拉应力（b）切应力（c）正应力（d）分切应力

7.α-Fe晶体在受力时发生滑移，其滑移系为（）。

（a）{110}[111]（b）{110}〈111〉（c）{111}〈110〉（d）{110}[110]

8.γ-Fe晶体在受力时发生滑移，其滑移系为（）。

（a）{110}[111]（b）{110}〈111〉（c）{111}〈110〉（d）{110}〈110〉

9.滑移的本质是（）。

（a）晶格错动（b）位错运动（c）晶格转动（d）孪生

10.变形量很大时，各晶粒会被拉长成细长条和纤维状，这种组织被称为（）。

（a）纤维组织（b）拉长晶粒（c）变形组织（d）长条状组织

11.经过大量塑性变形后，由于位错密度增大和发生交互作用，位错分布不均，并使晶粒分化成许多位向略有差异的亚晶块，称为（）。

（a）小晶粒（b）亚晶粒（c）晶粒（d）位错晶粒

12.在塑性变形量很大时，伴随着晶粒的转动，各个晶粒的滑移面和滑移方向都会逐渐与形变方向趋于一致，从而使多晶体中原来取向互不相同的各个晶粒在空间位向上呈现—定程度的一致性，这种现象称为择优取向，这种组织称为（）。

（a）择优组织（b）变形组织（c）形变织构（d）拉长组织

13.加工硬化使金属（）。

（a）强度升高、塑性降低（b）强度降低、塑性降低

（c）强度升高、塑性升高（d）强度降低、塑性升高

14.经冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程称为（）。

（a）恢复（b）回复（c）再结晶（d）结晶

15.当冷变形金属的加热温度高于回复温度时，在变形组织的基体上产生新的无畸变的晶核，并迅速长大形成等轴晶粒，逐渐取代全部变形组织，这个过程称为（）。

（a）恢复（b）回复（c）再结晶（d）结晶

16.变形后的金属加热发生再结晶，再结晶后的金属（）。

（a）强度、硬度升高，塑性、韧性降低（b）强度、硬度降低，塑性、韧性降低

（c）强度、硬度升高，塑性、韧性升高（d）强度、硬度降低，塑性、韧性升高

17.多晶体的塑性变形具有（）。

（a）不变性、同时性和协调性（b）不同时性、不均匀性和相互协调性

（c）在一个晶粒内的变形是均匀的特性（d）各个晶粒的变形相等的特性

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二、判断题

1.二次再结晶会导致材料晶粒粗大，降低材料的强度、塑性和韧性。

（）

2.冷变形黄铜部件采用回复退火可避免应力腐蚀开裂。

（）

3.变形金属回复后的力学性能变化不大，只有内应力和电阻率明显降低。

（）

4.变形后的金属再结晶退火温度越高，退火后的晶粒越粗大。

5.滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。

（）

6.金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒。

（）

7.再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。

（）

8.金属的热加工必须是在再结晶温度以下的变形加工。

（）

9.金属变形时产生的织构引起材料的各向异性，对材料的性能总是不利的。

（）

10.晶体的滑移是在正应力的作用下发生的。

（）

11.变形金属再结晶后的强度、硬度变化不大。

（）

12.金属的冷变形量越大，其开始再结晶的温度越高。

（）

13.加工硬化或形变强化的本质是位错密度随变形量增大而增大，使位错运动更加困难。

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三、问答题

1.塑性变形的实质是什么？

它对金属的组织与性能有何影响？

答：

塑性变形的实质是晶体的一部分相对于另一部分做了相对位移，主要通过位错的运动和孪生两种方式实现。

金属经过塑性变形后，晶粒被拉长，形成纤维组织，亚结构细化，位错密度提高，强度和硬度提高，而塑形和韧性降低。

2.多晶体的塑性变形与单晶体的塑形变形有何异同？

答：

多晶体和单晶体的塑形变形都是通过位错的滑移和孪生方式进行的，不同点是，多晶体由于位向不同，不能同时开始滑移，晶粒之间需要相互协调，各个晶粒的变形大小也不相同，晶界对位错运动有较大的阻碍作用。

3.为什么常温下晶粒越细小，不仅强度、硬度越高，而且塑性、韧性也越高？

答：

晶粒越细小，晶界数量越多，对位错的阻碍作用越大，所以，强度和硬度越高。

晶粒越细小，变形时越容易协调，不易产生裂纹，所以，塑性和韧性也好。

4.用冷拔铜丝制作导线，冷拔后应如何处理，为什么？

答：

用冷拔铜丝制作导线，冷拔后应进行再结晶退火处理。

经过冷拔变形使铜丝的电阻率增大，塑性降低，经过再结晶退火，提高了导电性和塑性。

5.已知金属W、Fe、Cu的熔点分别为3380℃、1538℃、1083℃，试估算这些金属的再结晶温度范围。

答：

W、Fe、Cu的再结晶温度范围分别是：

0.4×（3380+273）-273=1188℃

0.4×（1538+273）-273=451℃

0.4×（1083+273）-273=269℃

6.为获得细小的晶粒组织，应根据什么原则制定塑性变形及退火工艺？

答：

尽可能大的塑性变形量和在尽量低的温度下进行再结晶退火。

7.用一冷拔钢丝绳（新的、无瑕疵）吊装一大型工件入炉，并随工件一起被加热到1000℃，保温后再次吊装工件时发生断裂，试分析原因。

答：

1）发生了再结晶使强度降低；2）再结晶温度高发生二次再结晶；3）在1000℃下其强度远远低于室温下的强度。

8.说明产生下列现象的原因：

（1）滑移面和滑移方向是原子排列密度最大的晶面和晶向；

（2）晶界处滑移阻力最大；

（3）实际测得的晶体滑移所需的临界切应力比理论计算的数值小很多；

（4）Zn、-Fe和Cu的塑性不同。

答：

（1）位错的运动可以看作是剪切变形，滑移面之间的距离越大，滑移方向上原子间距越小，则位错移动一个柏氏矢量的变形减小，需要的切应力最小，所以，滑移面和滑移方向是原子排列密度最大的晶面和晶向。

（2）因为两个晶粒之间存在大的位相差，所以，位错不能直接通过晶界，成为了位错运动的阻力。

（3）理论计算是按照整体滑移假设计算的，而实际晶体由于内部存在大量位错，是在滑移面上通过位错的运动实现的，需要的切应力比理论计算的要小几个数量级。

（4）Zn、-Fe和Cu的晶体结构类型不同，分别为密排六方、体心立方和面心立方，所以塑性依次增大。

第三章二元合金相图

一、选择题

1.一种合金冷却时只发生L→α转变，则该合金（）。

（a）冷却速度越慢越容易腐蚀（b）冷却速度越快越容易腐蚀

（c）属于共晶合金（d）属于包晶合金

2.一种合金冷却时发生L→α+β转变，（）。

（a）这种合金称为共析合金（b）这种合金称为共晶合金

（c）这种合金称为包晶合金（d）这种合金称为包析合金

3.一种合金冷却时发生L+α→β转变，（）。

（a）这种合金称为共析合金（b）这种合金称为共晶合金

（c）这种合金称为包晶合金（d）这种合金称为包析合金

4.一种合金冷却时发生γ→α+β转变，（）。

（a）该转变得到的组织称为共晶组织（b）该转变得到的组织称为共析组织

（c）这种合金称为包晶合金（d）这种合金称为包析合金

5.A、B两组元在固态时能形成无限固溶体，则（）。

（a）固溶体的熔点比A、B组元的熔点低（b）固溶体的导电性比A、B组元的高

（c）A、B组元的晶体结构相同（d）A、B组元的原子半径相差比较大

6.A、B两组元在固态时能形成无限固溶体，其中A组元的质量分数为50%的合金在600℃时液相的质量分数为40%，液相中A组元的质量分数为60%，可以知道（）。

（a）A组元的熔点比B组元的熔点低（b）A、B组元的熔点均低于600℃

（c）A组元的熔点高于600℃（d）固相中A组元比B组元的质量分数小

7.两组元在液态和固态均无限互溶时的二元合金相图称为（）。

（a）共晶相图（b）匀晶相图（c）包晶相图（d）二元相图

8.从液相结晶出单相固溶体的结晶过程称为（）。

（a）匀晶转变（b）共晶转变（c）包晶转变（d）共析转变

9.合金从液态无限缓慢冷却、原子扩散非常充分，冷却过程中每一时刻都能达到相平衡条件的结晶称为（）。

（a）匀晶结晶（b）平衡结晶（c）非平衡结晶（d）凝固

10.在非平衡结晶情况下，在一个晶粒内部出现化学成分不均匀的现象称为（）。

（a）晶内偏析（b）不均匀结晶（c）成分不均匀（d）晶间偏析

11.由液相同时结晶出两种固相的结晶过程称为（）。

（a）匀晶转变（b）匀晶反应（c）共晶转变（d）包晶转变

12.共晶转变所得产物称为（）。

（a）固溶体（b）共晶组织（c）包晶组织（d）共析组织

13.包晶转变