金属学与热处理第二版

金属学与热处理第二版 复习总结

哈工大（威海） 14级 苏同学

此文档只总结了部分重要概念与影响因素（不包含第八章、第十二章、第十三章）

另外，第十章、十一章的热处理的具体工艺也是重点，此文档没有涉及。

概念

金属最外层的电子数很少，一般为1～2个，不超过3个。 金属键

? 原子共用自由电子形成 ? 无饱和性和方向性。 金属晶体

原子排列密度高，能变形，导电，导热。 金属原子特点

? 外层电子少，易失去 ? 有自由电子

? 金属离子与自由电子形成键。 ? 金属键无方向性 ? 有良好的塑性

晶体：各向异性是晶体区别于非晶体的一个重要标志 柏氏矢量的意义及特征

? 反映位错的点阵畸变总量 ? 反映晶体的滑移量及方向 ? 与位错线有确定的位置关系 ? 具有守恒性 相界

共格界面、半共格界面、非共格界面三类。共格界面界面能最低 ? 界面处晶体缺陷集中，原子能量高

? 界面是氧化、腐蚀的优先发生地 ? 界面是固态相变的有效形核位置 ? 界面原子的扩散速度远高于晶内

? 存在内吸附现象。异类原子可降低界面能时，会向界面偏聚 ? 界面阻碍位错运动，组织越细小，强度

《金属学与热处理》(第二版)课后习题答案

第一章习题

1.作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向

3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=b≠c，c=2/3a。今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。

解：设X方向的截距为5a，Y方向的截距为2a，则Z方向截距为

3c=3X2a/3=2a，取截距的倒数，分别为 1/5a，1/2a，1/2a

化为最小简单整数分别为2,5,5 故该晶面的晶面指数为（2 5 5）

4.体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）

晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面

解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/2，（1 1 1）面间距为√3a/3

三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0） 7.证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633

证明：理想密排六方晶格配位数为12，即晶胞上底面中心原子与其下面的3个位于晶胞内的原子相切，成正四面体，如图所示

则OD=c/2，AB=BC=CA=C

第一章习题

1.作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向

3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=b≠c，c=2/3a。今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。

解：设X方向的截距为5a，Y方向的截距为2a，则Z方向截距为

3c=3X2a/3=2a，取截距的倒数，分别为 1/5a，1/2a，1/2a

化为最小简单整数分别为2,5,5 故该晶面的晶面指数为（2 5 5）

4.体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面

解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/2，（1 1 1）面

间距为√3a/3

三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0） 7.证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633

证明：理想密排六方晶格配位数为12，即晶胞上底面中心原子与其下面的3个位于晶胞内的原子相切，成正四面体，如图所示

则OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a

因△ABC是等边三角形，所以有OC=

金属学与热处理总结

一、金属的晶体结构

重点内容： 面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。

基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶格类型 体心立方 面心立方 密排六方 晶格类型 间隙类型 间隙个数 原子半径rA 间隙半径rB 晶胞中的原子数 2 4 6 原子半径 3424配位数 8 12 12 致密度 68% 74% 74% a a 12a fcc(A1) 正四面体 正八面体 四面体 bcc(A2) 扁八面体 hcp(A3) 四面体 正八面体 8 2a44 ?2?2?a412 3a46 ?2?3?a4?12 a26 ?2?1a2?3?2a4? ?5?3?a46?2a4? ? 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。

金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。

位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规

第一章

1.作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向

3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=b≠c，c=2/3a。今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。

解：设X方向的截距为5a，Y方向的截距为2a，则Z方向截距为

3c=3X2a/3=2a，取截距的倒数，分别为 1/5a，1/2a，1/2a

化为最小简单整数分别为2,5,5 故该晶面的晶面指数为（2 5 5）

4.体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面

解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/2，（1 1 1）面间距

为√3a/3

三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0） 7.证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633

证明：理想密排六方晶格配位数为12，即晶胞上底面中心原子与其下面的3个位于晶胞内的原子相切，成正四面体，如图所示

则OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a

因△ABC是等边三角形，所以有OC=2/

第二章 金属及合金的回复于再结晶

1回复:是指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。 2回复的机制

一般认为，回复是空位和位错在退火过程中发生运动，从而改变了它们的数量和组态的过程。 1） 低温回复： 低温回复主要与点缺陷（空位和间隙原子）的迁移有关。点缺陷运动的结果，使点缺陷密度明显下降。

2） 中温回复：加热温度稍高时，会发生位错运动和重新分布。回复的机制主要与位错的滑移有关，同一滑移面上的异号位错可以相互吸引而抵消。

3） 高温回复：高温时，刃型位错可获得足够能量产生攀移，发生多边化（或多边形化）。 3多边化：冷变形金属加热时，原来处在滑移面上的位错通过攀移和滑移，形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。

多边化的驱动力：弹性应变能的降低。

4再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒，位错密度显著降低，性能也发生显著变化，并恢复到冷变形前的水平，这个过程称为再结晶。

再结晶的驱动力：储存能的降低（与回复的驱动力相同）。

5再结晶温度：经过严重冷变形（变形度在70%以上）的金属，在约1h的保温时间内能够完成再结晶（＞95%转

金属学与热处理总结

一、金属的晶体结构

重点内容： 面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。

基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶格类型 体心立方 面心立方 密排六方 晶格类型 间隙类型 间隙个数 原子半径rA 间隙半径rB 晶胞中的原子数 2 4 6 原子半径 3424配位数 8 12 12 致密度 68% 74% 74% a a 12a fcc(A1) 正四面体 正八面体 四面体 bcc(A2) 扁八面体 hcp(A3) 四面体 正八面体 8 2a44 ?2?2?a412 3a46 ?2?3?a4?12 a26 ?2?1a2?3?2a4? ?5?3?a46?2a4? ? 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。

金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。

位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规

金属学与热处理总结

一、金属的晶体结构

重点内容： 面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。

基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶格类型 体心立方 面心立方 密排六方 晶格类型 间隙类型 间隙个数 原子半径rA 间隙半径rB 晶胞中的原子数 2 4 6 原子半径 3424配位数 8 12 12 致密度 68% 74% 74% a a 12a fcc(A1) 正四面体 正八面体 四面体 bcc(A2) 扁八面体 hcp(A3) 四面体 正八面体 8 2a44 ?2?2?a412 3a46 ?2?3?a4?12 a26 ?2?1a2?3?2a4? ?5?3?a46?2a4? ? 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。

金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。

位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规

第一章 金属的晶体结构

（一）．填空题

1．同非金属相比，金属的主要特性是__________

2．晶体与非晶体的最根本区别是__________ 3．金属晶体中常见的点缺陷是__________ ，15．晶面通过(0，0，0)、(1/2、1/4、0)和(1/2，

0，1/2)三点，这个晶面的晶面指数为__________ . 16．在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，

在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为__________ .

最主要的面缺陷是__________ 。

4．位错密度是指__________ ，其数学表达式为__________ 。

5．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做__________ ，而晶胞是指__________ 。 6．在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是__________ ，而面心立方晶格是__________ 。

7．晶体在不同晶向上的性能是__________，这就是单晶体的__________现象。一般结构用金属为__________ 晶体，在各个方向上性能__________ ，这就是实际金属的__________现象。

8．实际金属存在有_____

第一章 金属的晶体结构 1．这种原子在三维空间作有规则的周期性重复排列的物质称为晶体。

2．晶体与非晶体的区别不在外形，主要在于内部的原子排列情况；先，晶体具有一定的熔点；晶体的另一个特点是在不同方向三测量其性能时，表现出各向异性或异向性。 3．最典型最常见的金属晶体结构有3种类型：体心立方结构，面心立方结构和密排六方结构。

4．体心立方晶格：除了在晶胞的八个角上各有一个原子外，原子： 原子半径r a，

原子数8x1/8+1=2，配位数4(所

谓配位数是指晶体结构中与任一个

原子最近邻、等距离的原子数)为8；致密度(原子排列的紧密程度可用原子所占体积与晶胞

体积之比表示)k nV

15．面心立方品格和密排六方

V

晶格的：原子半径，原子数，配位数，致密度

6．晶向指数的确定，晶向族包括的晶向；

7．晶面指数的确定，晶面族包括的晶面。

8．在实际应用的金属材料中，总是不可避免的存在着一些原子偏离规则排列的不完整性区域，

这就是晶体缺陷。

9．根据晶体缺陷的几何特征，可以分为以下三类： 1)点缺陷：空位、间隙原子和置换原子

2)线缺陷：最简单、最基本的类型有两种：刃型位错、螺型位错。 3)面缺陷：包括晶体的外表面和内界面两类， 10．晶体结构相同但