篇一：材料科学导论试题答案
材料科学导论试题
一、 必作题（每题10分，共50分）
1） 分析材料强化的主要方法及原理。 材料强化的原理:一是提高合金的原子间结合力，提高其理论强度，另一强
化途径是向晶体内引入大量晶体缺陷，如位错、点缺陷、异类原子、晶界、高度弥散的质点或不均匀性（如偏聚）等，这些缺陷阻碍位错运动，也会明显地提高材料强度。
材料强化方法主要有:结晶强化、形变强化、固溶强化、相变强化、晶界强
化等。其中结晶强化通过控制结晶条件，在凝固结晶以后获得良好的宏观组织和显微组织，从而提高金属材料的性能，包括细化晶粒、提纯强化。形变强化是指金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度。这是由于材料在塑性变形后位错运动的阻力增加所致。固溶强化是指通过合金化(加入合金元素)组成固溶体，使金属材料得到强化。相变强化是指合金化的金属材料，通过热处理等手段发生固态相变，获得需要的组织结构，使金属材料得到强化，分为沉淀强化、马氏体强化。在实际生产上，强化金属材料大都是同时采用几种强化方法的综合强化，以充分发挥强化能力。
2） 纯铁、低碳钢、中碳钢、高碳钢、铸铁在碳含量上有什么不同。
通常碳含量小于0.02%的为纯铁或熟铁，在0.02-2.1%之间的为钢 ，钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢：在0.02-0.25%之间的叫低碳钢，强度较低、塑性和可焊性较好；在0.25～0.60%之间的叫中碳钢，有较高的强度，但塑性和可焊性较差；在0.60%-2.1%之间的叫高碳钢，塑性和可焊性很差，但热处理后会有很高的强度和硬度。
而碳含量大于2.1%的为铸铁或生铁。
3） 晶体中的缺陷有什么？
晶体缺陷是指由于晶体形成条件、原子的热运动及其它条件的影响，使得原子的排列往往存在偏离理想晶体结构(转自：wWw.XiAocAoFanWeN.cOm 小 草 范文网:分析材料强化的主要方法及原理)的区域。这些与完整周期性点阵结构的偏离就是晶体中的缺陷。
晶体中存在的缺陷种类很多，根据几何形状和涉及的范围常可分为点缺陷、面缺陷、
线缺陷几种主要类型。点缺陷是指三维尺寸都很小，不超过几个原子直径的缺陷。主要有空位和间隙原子。在金属中，点缺陷越多,它的强度、硬度越高。线缺陷：是指三维空间中在二维方向上尺寸较小，在另一维方面上尺寸较大的缺陷。属于这类缺陷主要是位错。位错是晶体中的某处有一列或若干列原子发生了某种有规律的错排现象。面缺陷是指二维尺寸很大而第三维尺寸很小的缺陷。通常是指晶界（晶粒之间的边界）和亚晶界（亚晶粒之间的边界）。
按缺陷的形成又可以分为本征缺陷和杂质缺陷。本征缺陷是指由晶体本身偏离晶格结构形成的缺陷，是由于晶格结点上的粒子的热运动产生的，也称热缺陷。如：空位缺陷、间充缺陷、错位缺陷、非整比缺陷。杂质缺陷是指杂质粒子进入晶体形成的缺陷，如杂质粒子和间隙粒子缺陷。
4） 什么是奥氏体、珠光体、铁素体和渗碳体？
奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，常用符号A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。其溶碳能力较大，在727℃时溶碳为ωc＝0.77％,1148℃时可溶碳2.11％。奥氏体是在大于727℃高温下才能稳定存在的组织。奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织。奥氏体是没有磁性的。
珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片装珠光体。用符号P表示，含碳量为ωc＝0.77％。其力学性能介于铁素体与渗碳体之间，决定于珠光体片层间距，即一层铁素体与一层渗碳体厚度和的平均值。
铁素体是碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体，具有体心立方点阵。亚共析成分的奥氏体通过先共析析出形成铁素体。这部分铁素体称为先共析铁素体或组织上自由的铁素体。随形成条件不同，先共析铁素体具有不同形态，如等轴形、沿晶形、纺锤形、锯齿形和针状等。铁素体还是珠光体组织的基体。在碳钢和低合金钢的热轧（正火）和退火组织中，铁素体是主要组成相；铁素体的成分和组织对钢的工艺性能有重要影响，在某些场合下对钢的使用性能也有影响。
渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，其化学式为Fe3C。渗碳体的含碳量为ωc＝
6.69％，熔点为1227℃。其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高HBW＝800，塑性、韧性几乎为零，脆性很大。在铁碳合金中有不同形态的渗碳体，其数量、形态与分布对铁碳合金的性能有直接影响。
5） 常用金属热处理工艺有哪几种？
金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。
整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的 金属热处理工艺，大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。需要在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温，主要方法有火焰淬火和感应加热热处理。化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺，与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其他热处理工艺如淬火及回火，主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。
二、选作题（任选一题，共50分）
1）纳米材料与人类进步
纳米材料是指结构尺寸在1至100纳米范围内的材料。纳米材料是80年代中期发展起来的新型材料，由于纳米微粒(1-100nm)的独特结构状态，使得纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等，从而使纳米材料表现出光、电、热、磁、吸收、反射、吸附、催化以及生物活性等特殊功能。
纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。 随着科技水平的不断进步，纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学、生物学、精细化工和医药生产等诸多领域有着广泛的应用前景。
在电子行业的应用，主要集中在电子复合薄膜，利用超微粒子来改善膜材的电性、磁性和磁光特性，此外还有磁记录、纳米敏感材料等。
在化学领域的应用：由于纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应
也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍，应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面，能有效地降解水中的有机污染物。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学非常重要的研究课题。
在精细化工方面的应用 ：在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力，而且弹性也明显增强。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用，达到抗老化，提高玻璃的高温冲击韧性的目的。在环境科学领域，纳米材料由于其特有的表面吸附特性, 使其在净化空气与工业废水处理方面有着很大的发展前景。除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外，还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染。
在医药方面的应用 ：由于纳米材料的尺寸小，纳米颗粒与生物细胞膜的化物作用很强，极易进入细胞内，所以纳米材料在医学中的应用非常广泛。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。微粒和纳粒作为给药系统，其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。
总之，纳米材料具有许多独特功能，而且少量纳米材料能带来巨大经济效益，如纳米复合高分子材料、纳米抗菌、保鲜、除臭材料等等。随着纳米材料的不断深入研究与实验创新，必将对整个世界产生巨大的影响，促进人类社会的进步。
篇二：材料分析原理与技术重点
材料分析原理与技术
二．填空题
1、X射线的本质是（电磁波） ，其波长为（0.01~10nm）。它既具有（波动性），又具有（粒子性），X射线衍射分析是利用了它的（波动性） 。X射线的核心部件是 （X射线发射器） 。
2、X射线一方面具有波动性，表现为具有一定的 （衍射），另一方面又具有粒子性，体现为具有一定的（质量和能量）。
3.X射线与物质的相互作用有（散射、透射、吸收）
4.X射线衍射仪在进行衍射实验时，常见的扫描方式有（连续扫描）和（步进扫描）。扫描速度的选择对衍射图谱有一定影响，扫描速度过快，会导致衍射峰（强度和分辨率下降），且峰值（向扫描）方向移动。
5.入射X射线可使样品产生（相干散射）和（非相干散射）。其中（相干散射）是X射线衍射分析方法的技术基础。
6.扫描电子显微镜常用的信号是（二次电子）和（背散射电子）。
7.当波长为λ的X射线照射到晶体并出现衍射线时，相邻两个（hkl）反射线的波程差为（nλ），相邻两个（HKL）反射线的波程差为（λ）。
8.X射线管滤波片的选择原则为（λkα光源>λ滤波片>λkβ光源） ，靶材的选择原则为（λkα光源>λk样品）。
9.在利用X射线衍射仪进行衍射实验时，时间常数的选择对实验的影响较大，时间常数的增大导致衍射线的（背底变的平滑，但将降低分辨率和强度，衍射峰也将向扫描方向偏移）。这些变化给测量结果带来不利的影响。因此，为了提离测量的精确度，一般希望选用尽可能小的时间常数。
10.透射电镜的物镜光栏装在物镜背焦面，直径20—120um，由无磁金属制成。其作用是：（减小球差、像散和色差；提高图像的衬度；方便进行暗场及衍衬成像操作）
11.透射电镜的主要特点是可对试样进行（组织形貌）与（晶体结构）同位分析.使中间镜物平面与物镜（像平面）重合时，在观察屏上得到的是反映试样（组织形态）的图像；当中间镜物平面与物镜(背焦面)重合时, 在观察屏上得到的是反映试样(晶体结构)花样。
12.扫描电子显微镜通过接收试样表面发出的二次电子成像.试样表面凸出的尖棱或小颗粒、陡斜面处,二次电子产额(高) , 在荧光屏上这些部位的亮度(高),而平面、凹槽底部处二次电子的产额(低), 荧光屏上相应部位的亮度(低)。
13.运动学理论的两个基本假设是（双光束近似）和（柱体近似）
14.产生衍射的必要条件（满足布拉格方程），充分条件（衍射强度不等于0）
15.影响X射线衍射强度的因子：（洛伦兹因数）、（多重性因数)、（吸收因数）和（温度因数）
16.点阵参数精确测定的应用：（固溶体固溶度的测定）、（外延层和表面厚度的测定）、（相图的测定）、（非晶态物质结晶度的测定）和（晶粒大小的测定）
三．名词解释
1.特征X射线和连续X射线
(1)连续X射线：在X射线管两端加以高压，并维持一定的电流，所得到的的X射线强度随波长连续变化的X射线称作连续X射线。
(2)特征X射线：高速电子撞击材料后，材料原子内层电子被击出而在内层留下空位，外层电子向空位跃迁时会辐射X射线。不同材料X射线波长不同，此X射线称为特征X射线。
2.光电效应、俄歇效应
答：（1）光电效应：当入射光子的能量等于或大于碰撞体原子某壳层电子的结合能时，光子被电子吸收，获得能量的电子从内层溢出，成为自由电子，即光电子，高能量层电子填补空位，能量差以波长严格一定的特征X射线形式辐射，该现象称为光电效应。
（2）俄歇效应：当原子中K层电子被打出后，就处于激发状态，其能量为Ek。如果一个L层电子来填充这个空位，K电离就变成了L电离，其能量由Ek变成El，此时将释放Ek-El的能量，可能产生荧光X射线，也可能给予L层的电子，使其脱离原子产生二次电离。即K层的一个空位被L层的两个空位所替代，这种现象称俄歇效应。 3.相干散射与非相干散射 答：（1）相干散射：X射线光子与原子内的紧束缚电子相碰撞时，光子的能量可认为不受损失，而只改变方向。因此这种散射线的波长与入射线相同，并且具有一定的位相关系，可以相互干涉，形成衍射图样。
(2)非相干散射：当X射线光子与自由电子或束缚很弱的电子碰撞时，光子的部分能量传递给电子，损失了部分能量，因而波长变长了，称为非相干散射。
4.像差：像差分两类，即几何像差和色差。几何像差是因为透镜磁场
几何形状上的缺陷而造成的。几何像差主要指球差和像散。色差是由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的。
球差：由于电磁透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的像差。
像散：由透镜磁场的非旋转对称而引起的像差。色差：由于入射波长或能量的非单一性所造成的像差。
5.景深：在保持象清晰的前提下，透镜物平面允许的轴向偏差定义为透镜的景深。
焦长：在保持象清晰的前提下，透镜像平面允许的轴向偏差定义为透镜的焦长。
6.空间点阵：晶体是由原子在三维空间中规则排列而成的，在研究晶体结构时一般只抽象出其重复规律，这种抽象的图形称为空间点阵。倒易点阵：在倒空间内与某一正点阵相对应的另一点阵称为倒易点阵。
7.超点阵斑点：当晶体内部的原子或离子产生有规律的位移或不同种原子产生有序排列时，将引起其电子衍射结果的变化，即可以使本来消光的斑点出现，这种额外的斑点称为超点阵斑点。
孪晶：材料在凝固、相变和变形过程中，晶体内的一部分相对于基体按一定的对称关系生长，即形成了孪晶。
8.质厚衬度、衍射衬度
答：（1）质厚衬度： 试样各部分质量与厚度不同所造成的显微像上的明暗差别叫质厚衬度
（2）衍射衬度：由于样品中不同位相的晶体衍射条件（位相）不同而造成的衬度差别，称为衍射衬度。
9.二次电子、背散射电子、光电子、荧光x射线、俄歇电子 答：（1）二次电子：指被入射电子轰击出来的核外电子，来自表面5－10nm深度范围，能量为0-50 eV。它对试样表面状态非常敏感，能有效地显示试样表面的微观形貌。
（2）背散射电子:被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子，其中包括弹性散射背散射电子和非弹性背散射电子。
（3）光电子：光电效应中由光子激发所产生的电子
（4）荧光X射线：由X射线激发所产生的特征X射线。
（5）俄歇电子：原子外层电子跃迁填补内层空位后释放能量并产
生新的空位，这些能量被包括空位层在内的临近原子或较外层电子吸收，受激发逸出原子的电子叫做俄歇电子。
10.明场像：只让中心透射束穿过物镜光栏形成的衍衬像称为明场镜。
暗场像：只让某一衍射束通过物镜光栏形成的衍衬像称为暗场像。 中心暗场像：入射电子束相对衍射晶面倾斜，让某一衍射束正好通过光阑孔，而透射束被挡掉，形成的衍衬像称为中心暗场像。
11.双光束近似：假定电子束透过薄晶体试样成像时，除了透射束外只存在一束较强的衍射束，而其他衍射束却大大偏离布拉格条件，他们的强度均可视为零。
柱体近似：把成像单元缩小到和一个晶胞相当的尺度。试样下表面某点所产生的衍射束强度近似为以该点为中心的一个小柱体衍射束的强度，柱体与柱体间互不干扰。
12.等倾条纹：同一条纹相对应的样品位置的衍射晶面的取向是相同的，这种条纹称为等倾条纹。
等厚条纹：同一条纹上晶体的厚度是相同的，这种条纹称为等厚条纹。
四．问答题 1.分别从吸收限波长和原子序数两个方面表达滤波片和靶材的选择规程（表达式）
答：（1）滤波片的选择规程
1λkα光源>λ滤波片>λkβ光源 ○
2当 Z靶 < 40时，Z靶= Z滤片+1；当 Z靶 > 40时，Z靶 = Z滤○
片+2
（2）靶材的选择规程
1λkα光源>λk样品 ○
2Z靶<=Z样品+1 ○
2.正八面体当中含有哪些宏观对称要素？
答：（1）对称中心：1个
（2）旋转轴：共13条。过相对顶点，3条；过相对面的中心，4条；过相对棱的中点，6条。
（3）反映面：共9个。垂直平分相对棱，6个；穿过相对棱，3个。
3.晶带轴计算公式（根据两个已知晶面指数，求它们的晶带轴） 答：已知属于同一晶带的两晶面为(h1 k1 l1)和(h2 k2 l2)，求晶带符号[u v w]。
根据晶带方程 hu + kv + lw = 0，可以得出：
h1u + k1v + l1w = 0 (1)
h2u + k2v + l2w = 0 (2)
解联立式(1)和式(2)的方程组，可得
[u v w] = u : v : w = (k1l2 - k2l1) : (l1h2 - l2h1) : (h1k2 - h2k1)
4.试述X射线衍射的三种基本方法及其用途。
答：X射线衍射的三种基本方法为劳埃法、周转晶体法和粉末法。劳埃法主要用于单晶体取向测定及晶体对称性研究，测定未知晶体形状；周转晶体法主要用于测定未知晶体的晶格常数；粉末法主要用于测定晶体结构、点阵参数，物相定性、定量分析等。
5.说明多晶、单晶及非晶衍射花样的特征及形成原理.
答：（1） 单晶体的电子衍射花样由排列的十分整齐的许多斑点组成.单晶花样是一个零层二维倒易截面，其倒易点规则排列，具有明显对称性，且处于二维网络的格点上。
（2）多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同心圆环。 每一族衍射晶面对应的倒易点分布集合而成一半径为1/d 的倒易球面，与爱瓦尔德球的截线为圆环。因此，样品各晶粒{hkl}晶面族晶面的衍射线轨迹形成以入射电子束为轴、2θ为半锥角的衍射圆锥，不同晶面族衍射圆锥2θ不同，但各衍射圆锥共顶、共轴。
（3）非晶态物质的电子衍射花样只有一个漫散的中心斑点，非晶没有整齐的晶格结构。
6.分析电子衍射和X射线衍射有何异同？
答：相同点：
（1）都是以满足布拉格方程作为产生衍射的必要条件。
（2）两种衍射技术所得到的衍射花样在几何特征上大致相似。不同点：
（1）电子波的波长比X射线短得多，在同样满足布拉格条件时，它的衍射角θ很小，约为10-2rad。而X射线产生衍射时，其衍射角最大可接近π/2。
篇三：工程材料课后习题及答案
工程材料
思考题参考答案
第一章金属的晶体结构与结晶
1．解释下列名词
点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，
过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。
线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。
如位错。
面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界
和亚晶界。
亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差
很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。
亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未
滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半
原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。
单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。
多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态
质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即
为变质处理。
变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？
答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；
α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；
γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；
Mg、Zn属于密排六方晶格；
3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？
答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。晶体中配位数和致密度越大，则晶体中原子排列越紧密。
4.晶面指数和晶向指数有什么不同？
答：晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示，形式为
上的原子面，用晶面指数来表示，形式为?uvw?；晶面是指晶格中不同方位?hkl?。
5.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？
答：如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅
速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。
6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？
答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而
多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。
7.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？
答：①冷却速度越大，则过冷度也越大。②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，
加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。③过冷度增大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。
8.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？
答：①金属结晶的基本规律是形核和核长大。②受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率
和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。
9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？
答：①采用的方法：变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。
②变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。③机械振动、搅拌。
第二章金属的塑性变形与再结晶
1．解释下列名词：
加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。
答：加工硬化：随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度迅速增加；塑性、韧性迅速下降的现象。
回复：为了消除金属的加工硬化现象，将变形金属加热到某一温度，以使其组织和性能发生变化。
在加热温度较低时，原子的活动能力不大，这时金属的晶粒大小和形状没有明显的变化，
只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移等变化，因此，这时金属的强度、硬度和塑
性等机械性能变化不大，而只是使内应力及电阻率等性能显著降低。此阶段为回复阶段。
再结晶：被加热到较高的温度时，原子也具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。从破碎
拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段
称为“再结晶”。
热加工：将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工。
冷加工：在再结晶温度以下进行的压力加工。
2．产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？
答：①随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈大，
晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，
即强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。②金属的加工硬化现象
会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。另一方面
人们可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产
生的加工硬化来提高钢丝的强度的。加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。如冷
拉钢丝拉过模孔的部分，由于发生了加工硬化，不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部
分，这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。
3．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？
答：主要是再结晶温度。在再结晶温度以下进行的压力加工为冷加工，产生加工硬化现象；反之为热加
工，产生的加工硬化现象被再结晶所消除。
4．与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？
答：（1）通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合，从而使其致密度得以提高。
（2）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高。
（3）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变，使它们沿着变形的方向
细碎拉长，形成热压力加工“纤维组织”（流线），使纵向的强度、塑性和韧性显著大于横向。
如果合理利用热加工流线，尽量使流线与零件工作时承受的最大拉应力方向一致，而与外加切
应力或冲击力相垂直，可提高零件使用寿命。
5．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？
答：晶界是阻碍位错运动的，而各晶粒位向不同，互相约束，也阻碍晶粒的变形。因此，金属的晶粒愈
细，其晶界总面积愈大，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多，对塑性变形的抗力也愈大。因此，金属的晶粒愈细强度愈高。同时晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数便越多，变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造成局部的应力集中，引起裂纹的过早产生和发展。因此，塑性，韧性也越好。
6．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？
答：①晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等；②晶粒破碎，位
错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降；③织构现象的产生，即随着变形的发生，不仅金属中的晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象；④冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，
金属内部会形成残余的内应力，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。
7．分析加工硬化对金属材料的强化作用？
答：随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割、位错缠结加剧，使位错
运动的阻力增大，引起变形抗力的增加。这样，金属的塑性变形就变得困难，要继续变形就必须增大外力，因此提高了金属的强度。
8．已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380℃、1538℃、327℃、232℃，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在1100℃下的加工、铅和锡在室温（20℃）下的加工各为何种加工？
答：T再=0.4T熔；钨T再=[0.4*（3380+273）]-273=1188.2℃; 铁T再=[0.4*（1538+273）]-273=451.4℃; 铅
T再=[0.4*（327+273）]-273=-33℃; 锡T再=[0.4*（232+273）]-273=-71℃.由于钨T再为1188.2℃＞1100℃，因此属于热加工；铁T再为451.4℃＜1100℃，因此属于冷加工；铅T再为-33℃＜20℃，