《材料科学基础A》作业（1）
一、名词解释
晶体P4 空间点阵P5 晶格P5 晶胞P5 致密度P8、 配位数P8
细晶强化、通过细化晶粒来提高金属的强度、硬度和塑性、韧性的方法。 结构起伏P37
二、简答
1. 试确定简单立方、体心立方、面心立方结构中原子半径和点阵参数之间的关系。
2. 首先计算体心立方晶胞的致密度，若知道铁的原子量是55.85以及体心立方晶格的点阵参数是2.866À，计算体心立方铁的理论密度。 0.68 7.88g/cm3
3. 为何单晶体具有各向异性，而多晶体一般情况下不显示出各向异性？
各向异性是晶体的一个重要特性，这是晶体区别于非晶体的重要标志之一。由于晶体中不同晶面、晶向上的原子紧密程度不同，这就意味着原子之间的距离不同，从而使晶体在不同晶向上的物理、化学、力学性能也不同，呈现各向异性。
在工业用的金属材料中，通常见不到各向异性，这是由于一般固态金属都是多晶体，晶粒与晶粒之间存在着位向上的差别，晶粒的各向异性被相互抵消。 4. 分析金属强度与位错密度之间的关系。
Page 27
金属的塑性变形主要由位错运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。 减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。
5. 分别写出体心立方晶格、面心立方晶格的密排面（滑移）和密排（滑移）方向。
5/10/2015
6. 什么是过冷度，试从热力学条件和结构条件两方面分析在结晶时为什么会出现过冷现象？ Page32
热力学第二定律指出：在等温等压条件下，物质系统总是自发的从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变。对于结晶过程而言，结晶能否发生取决于固相的自由能是否低于液相的自由能。在交点温度（
Tm ）两相自由能相等，即GL=GS平衡共存；当T
从结构条件分析：在液态金属中每一瞬间，都涌现出大量尺寸不等的结构起伏，在一定温度下不同尺寸的结构起伏出现的几率也不相同。温度越低，结构起伏尺寸越大。只有在过冷液体中出现的尺寸较大的结构起伏才有可能在结晶时转变为晶核。因此需要一定的过冷度。Page37
7. 细化金属铸锭中晶粒的方法。 Page 53
1）控制过冷度
2）变质处理（概念） 3）振动搅拌
5/10/2015
8. 画出纯金属铸锭的三个典型晶区，并简要说明其形成过程。
1.表层细晶粒层
液体金属刚浇入锭模后，由于模壁温度较低，表层金属剧烈冷却，过冷度大，且模壁的人工晶核作用可以作为非均匀形核基底，在这一薄层产生大量的晶核，并同时向各个方向生长，故铸锭表层形成细晶粒层。又称为激冷区。该区晶粒细小，组织致密，力学性能很好。 2. 柱状晶粒层
表层细晶粒层形成后，铸锭的冷却速度下降，晶核的形成速率不如成长率大，各晶粒成长较快。由于沿垂直于模壁方向散热较快，故晶粒编沿这一方向长大，形成柱状晶粒层。柱状晶区的性能有方向性，热轧易开裂。
3. 中心等轴晶粒区
柱状晶粒区成长到一定厚度时，散热的方向性已不明显，内部液体处于均匀冷却状态，晶核在不同方向的成长速度相同，因此在铸锭的中心便形成粗大的等轴晶粒区。一般铸锭尤其是铸件都要求获得发达的等轴晶组织。
三、计算（写出详细的解题过程）
1. 试写出下图中1面和2面的晶面指数。
5/10/2015
1面 （111）
2. 试确定下图中9个方向的晶向指数。
5/10/2015
①确定原点，建
立坐标系，过原点作所求晶向的平行线。
②求直线上任一
点的坐标值并按比例化为最小整数，加方括号。
形式为[uvw]
。
5/10/2015
《材料科学基础A》作业（1）
一、名词解释
晶体P4 空间点阵P5 晶格P5 晶胞P5 致密度P8、 配位数P8
细晶强化、通过细化晶粒来提高金属的强度、硬度和塑性、韧性的方法。 结构起伏P37
二、简答
1. 试确定简单立方、体心立方、面心立方结构中原子半径和点阵参数之间的关系。
2. 首先计算体心立方晶胞的致密度，若知道铁的原子量是55.85以及体心立方晶格的点阵参数是2.866À，计算体心立方铁的理论密度。 0.68 7.88g/cm3
3. 为何单晶体具有各向异性，而多晶体一般情况下不显示出各向异性？
各向异性是晶体的一个重要特性，这是晶体区别于非晶体的重要标志之一。由于晶体中不同晶面、晶向上的原子紧密程度不同，这就意味着原子之间的距离不同，从而使晶体在不同晶向上的物理、化学、力学性能也不同，呈现各向异性。
在工业用的金属材料中，通常见不到各向异性，这是由于一般固态金属都是多晶体，晶粒与晶粒之间存在着位向上的差别，晶粒的各向异性被相互抵消。 4. 分析金属强度与位错密度之间的关系。
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金属的塑性变形主要由位错运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。 减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。
5. 分别写出体心立方晶格、面心立方晶格的密排面（滑移）和密排（滑移）方向。
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6. 什么是过冷度，试从热力学条件和结构条件两方面分析在结晶时为什么会出现过冷现象？ Page32
热力学第二定律指出：在等温等压条件下，物质系统总是自发的从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变。对于结晶过程而言，结晶能否发生取决于固相的自由能是否低于液相的自由能。在交点温度（
Tm ）两相自由能相等，即GL=GS平衡共存；当T
从结构条件分析：在液态金属中每一瞬间，都涌现出大量尺寸不等的结构起伏，在一定温度下不同尺寸的结构起伏出现的几率也不相同。温度越低，结构起伏尺寸越大。只有在过冷液体中出现的尺寸较大的结构起伏才有可能在结晶时转变为晶核。因此需要一定的过冷度。Page37
7. 细化金属铸锭中晶粒的方法。 Page 53
1）控制过冷度
2）变质处理（概念） 3）振动搅拌
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8. 画出纯金属铸锭的三个典型晶区，并简要说明其形成过程。
1.表层细晶粒层
液体金属刚浇入锭模后，由于模壁温度较低，表层金属剧烈冷却，过冷度大，且模壁的人工晶核作用可以作为非均匀形核基底，在这一薄层产生大量的晶核，并同时向各个方向生长，故铸锭表层形成细晶粒层。又称为激冷区。该区晶粒细小，组织致密，力学性能很好。 2. 柱状晶粒层
表层细晶粒层形成后，铸锭的冷却速度下降，晶核的形成速率不如成长率大，各晶粒成长较快。由于沿垂直于模壁方向散热较快，故晶粒编沿这一方向长大，形成柱状晶粒层。柱状晶区的性能有方向性，热轧易开裂。
3. 中心等轴晶粒区
柱状晶粒区成长到一定厚度时，散热的方向性已不明显，内部液体处于均匀冷却状态，晶核在不同方向的成长速度相同，因此在铸锭的中心便形成粗大的等轴晶粒区。一般铸锭尤其是铸件都要求获得发达的等轴晶组织。
三、计算（写出详细的解题过程）
1. 试写出下图中1面和2面的晶面指数。
5/10/2015
1面 （111）
2. 试确定下图中9个方向的晶向指数。
5/10/2015
①确定原点，建
立坐标系，过原点作所求晶向的平行线。
②求直线上任一
点的坐标值并按比例化为最小整数，加方括号。
形式为[uvw]
。
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