机械工程材料第2章
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机械工程材料习题答案
11、说明下列材料牌号的含义：Q235A、Q275、20、45Mn、T8A、ZG200-400。（略）
第六章 钢的热处理
2、何谓本质细晶粒钢？本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？
答： wC0.45%碳钢属于低碳钢，室温平衡组织为F+P，其中F和P相对含量分别为：
wF%0.77 0. 77 0.4542%
硬因度此和，伸该长碳率钢等的性硬能度指为标：符合加w合P法%则。 00..747558%
伸长率为：
H 4 5H PV P % H FV F % 1 8 0 5 8 % 8 4 2 % 1 0 4 .4 3 .3 6 1 0 7 .7 6
增加，材料硬度增加、塑性下降，强度在~ wC0.90% 时最高，之后下降。
因此，Rm（ σb）： wC0.20%< wC1.20%< wC0.77% HBW： wC0.20%< wC0.77%< wC1.20% A： wC1.20%< wC0.77%< wC0.20%
4、计算碳含量为wC0.20%的碳钢的在室温时珠光体和铁素体的相对含量。
B 将（ α+β ）II 视为一种组织构成项：
WαI=
W（α+β）II=
61.9-30 61.9-19 30-19 61.9-19
=74.36% =25.64%
WαI= W（α+β）II=
61.9-30 61.9-19 30-19 61.9-19
=74.36% =25.64%
则在（ α+β ）II中含有多少α和多少β相？
2、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。
答： 固溶强化：溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而位错运动时受到阻力增大。 弥散强化：金属化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶体为基体再有适量的金属间化合物均 匀细小弥散分布时，会提高合金的强度、硬度及耐磨性。这种用金属间化合物来强化合金的方式为 弥散强化。 加工强化：通过产生塑性变形来增大位错密度，从而增大位错运动阻力，引起塑性变形抗力的增加， 提高合金的强度和硬度。 区别：固溶强化和弥散强化都是利用合金的组成相来强化合金，固溶强化是通过产生晶格畸变，使 位错运动阻力增大来强化合金；弥散强化是利用金属化合物本身的高强度和硬度来强化合金；而加 工强化是通过力的作用产生塑性变形，增大位错密度以增大位错运动阻力来强化合金；三者相比， 通过固溶强化得到的强度、硬度最低，但塑性、韧性最好，加工强化得到的强度、硬度最高，但塑 韧性最差，弥散强化介于两者之间。
第六章 钢的热处理
2、何谓本质细晶粒钢？本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？
答： wC0.45%碳钢属于低碳钢，室温平衡组织为F+P，其中F和P相对含量分别为：
wF%0.77 0. 77 0.4542%
硬因度此和，伸该长碳率钢等的性硬能度指为标：符合加w合P法%则。 00..747558%
伸长率为：
H 4 5H PV P % H FV F % 1 8 0 5 8 % 8 4 2 % 1 0 4 .4 3 .3 6 1 0 7 .7 6
增加，材料硬度增加、塑性下降，强度在~ wC0.90% 时最高，之后下降。
因此，Rm（ σb）： wC0.20%< wC1.20%< wC0.77% HBW： wC0.20%< wC0.77%< wC1.20% A： wC1.20%< wC0.77%< wC0.20%
4、计算碳含量为wC0.20%的碳钢的在室温时珠光体和铁素体的相对含量。
B 将（ α+β ）II 视为一种组织构成项：
WαI=
W（α+β）II=
61.9-30 61.9-19 30-19 61.9-19
=74.36% =25.64%
WαI= W（α+β）II=
61.9-30 61.9-19 30-19 61.9-19
=74.36% =25.64%
则在（ α+β ）II中含有多少α和多少β相？
2、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。
答： 固溶强化：溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而位错运动时受到阻力增大。 弥散强化：金属化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶体为基体再有适量的金属间化合物均 匀细小弥散分布时，会提高合金的强度、硬度及耐磨性。这种用金属间化合物来强化合金的方式为 弥散强化。 加工强化：通过产生塑性变形来增大位错密度，从而增大位错运动阻力，引起塑性变形抗力的增加， 提高合金的强度和硬度。 区别：固溶强化和弥散强化都是利用合金的组成相来强化合金，固溶强化是通过产生晶格畸变，使 位错运动阻力增大来强化合金；弥散强化是利用金属化合物本身的高强度和硬度来强化合金；而加 工强化是通过力的作用产生塑性变形，增大位错密度以增大位错运动阻力来强化合金；三者相比， 通过固溶强化得到的强度、硬度最低，但塑性、韧性最好，加工强化得到的强度、硬度最高，但塑 韧性最差，弥散强化介于两者之间。
机械工程材料与热加工工艺1第二章
结论
fcc 4 12 74% 0.41r γ-Fe.AI.Cu. 最紧排列
bcc 2 8 68% 0.29r α-Fe.Cr.W. 次紧排列
hcp 6 12
74% 0.41r Mg.Zn.Be 最紧排列
三、金属的实际晶体结构与晶体缺陷
1. 单晶体 多晶体
单晶体具有各向异性
晶体的各向异性： 晶体不同方向上的性能差异
工业用金属一般是多晶体---- 多个单晶体（晶粒） 组成 呈现出各向同性
几个名词：晶界
亚晶粒:晶粒内部不同晶格位向的区域.
亚晶界
2、实际金属的晶体缺陷
金属中原子排列的不完整性 (1)点缺陷—空位,间隙原子（离位原子）.
置换 原子 特点：三维尺寸都很小 (2)线缺陷—位错（位错线） 特点：二维尺寸都很小，另一维尺寸相对较长 以位错密度表示 “ρ” 单位 cm/cm3或cm2 (3)面缺陷—晶界,亚晶界 “亚晶”（界） 特点：一维尺寸很小，另二维尺寸相对较大 晶体缺陷并非一成不变
┗溶质原子溶入溶剂中形成的固溶体,使金
属的强度.硬度升高的现象称为固溶强化。
一种强化方式，提高材料机性的主要途径 之一
固溶体σb↑. HB↑,但仍不高,仍保持相当δ.ak,工 业常用作基本相,还需强化相---金属化合物。
2.金属化合物
合金中的两组元相互作用而形成的一种新相，它 的晶体结构.性能.熔点与两组元都不同，并具有金 属特征，这种相称为金属化合物 。
二元合金相图的基本类型
各组元仍保持原来的晶格类型；强度.硬度高于单 一固溶体，但塑性、可锻性不如单一固溶体。 ∴ 锻钢先加热→单一固溶体（A），再锻打。
组织----显微镜下看到的具有一定形貌或形态的部 分称为组织。有单相.多相
fcc 4 12 74% 0.41r γ-Fe.AI.Cu. 最紧排列
bcc 2 8 68% 0.29r α-Fe.Cr.W. 次紧排列
hcp 6 12
74% 0.41r Mg.Zn.Be 最紧排列
三、金属的实际晶体结构与晶体缺陷
1. 单晶体 多晶体
单晶体具有各向异性
晶体的各向异性： 晶体不同方向上的性能差异
工业用金属一般是多晶体---- 多个单晶体（晶粒） 组成 呈现出各向同性
几个名词：晶界
亚晶粒:晶粒内部不同晶格位向的区域.
亚晶界
2、实际金属的晶体缺陷
金属中原子排列的不完整性 (1)点缺陷—空位,间隙原子（离位原子）.
置换 原子 特点：三维尺寸都很小 (2)线缺陷—位错（位错线） 特点：二维尺寸都很小，另一维尺寸相对较长 以位错密度表示 “ρ” 单位 cm/cm3或cm2 (3)面缺陷—晶界,亚晶界 “亚晶”（界） 特点：一维尺寸很小，另二维尺寸相对较大 晶体缺陷并非一成不变
┗溶质原子溶入溶剂中形成的固溶体,使金
属的强度.硬度升高的现象称为固溶强化。
一种强化方式，提高材料机性的主要途径 之一
固溶体σb↑. HB↑,但仍不高,仍保持相当δ.ak,工 业常用作基本相,还需强化相---金属化合物。
2.金属化合物
合金中的两组元相互作用而形成的一种新相，它 的晶体结构.性能.熔点与两组元都不同，并具有金 属特征，这种相称为金属化合物 。
二元合金相图的基本类型
各组元仍保持原来的晶格类型；强度.硬度高于单 一固溶体，但塑性、可锻性不如单一固溶体。 ∴ 锻钢先加热→单一固溶体（A），再锻打。
组织----显微镜下看到的具有一定形貌或形态的部 分称为组织。有单相.多相
机械工程材料双语课件第二章
Fatigue
Fatigue strength
§2 Iron-carbon phase diagram
铁碳合金相图
Phase and Phase diagrams （相与相图）
•Phase：a region that differs in its state, microstructure， and /or composition from another region.
两组元在液态下无限溶解，固态下有限 溶解的二元合金相图。
The characteristics of eutectic system （共晶相图特点）：
eutectic reaction(共晶反应)
Eutectic reaction equation
共晶反应式
Eutectic system
（共晶相图）
Toughness What’s the relationship between the
value of ak and toughness? ak ↑，toughness↑
Questions for you
4. When a metal is subjected to repetitive stresses ， even when the stress is much lower than that which the metal can withstand under a static stress, the metal will fail to work. What do we call this phenomenon?
（共析相图）
The eutectoid reaction takes place completely in the solid state.
Fatigue strength
§2 Iron-carbon phase diagram
铁碳合金相图
Phase and Phase diagrams （相与相图）
•Phase：a region that differs in its state, microstructure， and /or composition from another region.
两组元在液态下无限溶解，固态下有限 溶解的二元合金相图。
The characteristics of eutectic system （共晶相图特点）：
eutectic reaction(共晶反应)
Eutectic reaction equation
共晶反应式
Eutectic system
（共晶相图）
Toughness What’s the relationship between the
value of ak and toughness? ak ↑，toughness↑
Questions for you
4. When a metal is subjected to repetitive stresses ， even when the stress is much lower than that which the metal can withstand under a static stress, the metal will fail to work. What do we call this phenomenon?
（共析相图）
The eutectoid reaction takes place completely in the solid state.
机械工程材料习题及参考解答
♦ 变质处理
机械工程材料 第三章 金属的结晶
♦ （二） 填空题
– 1． 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个 过程是 形核和 长大 。 – 2． 在金属学中，通常把金属从液态过渡为固体晶态的转变称 为 结 晶 ；而把金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变 称为 同素异构转变 。 – 3． 当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 促进形核，细化晶粒 。 – 4． 液态金属结晶时，结晶过程的推动力是 自由能差降低（△F） ， 阻力是 自由能增加 。 – 5． 能起非自发生核作用的杂质，必须符合 结构相似，尺寸相当 的原则。 – 6． 过冷度是指 理论结晶温度与实际结晶温度之差 ，其表示符 号为 △T 。 – 7． 过冷是结晶的 必要 条件。 – 8． 细化晶粒可以通过 增加过冷度 和 加变质剂 两种途径实现。 – 9． 典型铸锭结构的三个晶区分别为： 细晶区、柱状晶区和等轴晶区。
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
机械工程材料 第二章 金属的结构
♦ （二） 填空题
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
– 1． 同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性， 良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。 – 2． 晶体与非金属最根本的区别是 晶体内部的原子（或离子） 是按一定几何形状规则排列的，而非晶体则不是 。 – 3． 金属晶体中最主要的面缺陷是 晶界 和 亚晶界 。 – 4． 错位分两种，它们是刃型位错 和 螺旋位错，多余半原子面 是 刃型 位错所特有的。 0 1 2 – 5． 在立方晶系中，｛120｝晶面族包括 ( 20)、(1 0)、(12 )、 等 (1 2 0)、(1 2 0)、(1 2 0 )、(1 20 )、(120) – 6． 点缺陷 有 空位和 间隙原子 两种；面缺陷中存在大量 的 位错 。 4 2 – 7． γ-Fe、α-Fe的一个晶胞内的原子数分别为 和 。 – 8． 当原子在金属晶体中扩散时，它们在内、外表面上的扩散 速度较在体内的扩散速度 快得多。
机械工程材料作业答案
第一章材料的结构与金属的结晶1．解释下列名词：变质处理P28；细晶强化P14；固溶强化P17。
5．为什么单晶体具有各向异性P12，而多晶体在一般情况下不显示各向异性P13？答：因为单晶体内部的原子都按同一规律同一位向排列，即晶格位向完全一致。
而在多晶体的金属中，每个晶粒相当于一个单晶体，具有各项异性，但各个晶粒在整块金属中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。
6．在实际金属中存在哪几种晶体缺陷P13？它们对力学性能有何影响P14？答：点缺陷、线缺陷、面缺陷。
缺陷的存在对金属的力学性能、物理性能和化学性能以及塑性变形、扩散、相变等许多过程都有重要影响。
7．金属结晶的基本规律是什么P25？铸造(或工业)生产中采用哪些措施细化晶粒？举例说明。
P27~P28答：金属结晶过程是个形核、长大的过程。
（1）增大过冷度。
降低金属液的浇筑温度、采用金属模、水冷模、连续浇筑等。
（2）变质处理。
向铝合金中加入钛、锆、硼；在铸铁液中加入硅钙合金等。
（3）振动和搅拌。
如机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。
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P40；再结晶P43；纤维组织P38。
2．指出下列名词的主要区别：重结晶、再结晶P43答：再结晶转变前后的晶格类型没有发生变化，故称为再结晶；而重结晶时晶格类型发生了变化。
另外，再结晶是对冷塑性变形的金属而言，只有经过冷塑性变形的金属才会发生再结晶，没有经过冷塑性变形的金属不存在再结晶的问题。
5．为什么常温下晶粒越细小，不仅强度、硬度越高，而且塑性、韧性也越好？P38答：晶粒愈细，单位体积内晶粒数就愈多，变形是同样的变形量可分散到更多的晶粒中发生，以产生比较均匀的变形，这样因局部应力集中而引起材料开裂的几率较小，使材料在断裂前就有可能承受较大的塑性变形，得到较大的伸长率和具有较高的冲击载荷抗力。
6．用冷拔铜丝制作导线，冷拔后应如何处理？为什么？P42答：应该利用回复过程对冷拔铜丝进行低温退火。
机械工程材料 第二章 金属的晶体结构与结晶
均匀长大
树枝状长大
2-2
晶粒度
实际金属结晶后形成多晶体，晶粒的大小对力学性能影响很大。 晶粒细小金属强度、塑性、韧性好，且晶粒愈细小，性能愈好。
标准晶粒度共分八级， 一级最粗，八级最细。 通过100倍显微镜下的 晶粒大小与标准图对 照来评级。
2-2
• 影响晶粒度的因素
• （1）结晶过程中的形核速度N（形核率） • （2）长大速度G（长大率）
面心立方晶 格
912 °C α - Fe
体心立方晶 格
1600
温 度
1500 1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700 600 500
1534℃ 1394℃
体心立方晶格
δ - Fe
γ - Fe
γ - Fe
912℃
纯铁的冷却曲线
α – Fe
体心立方晶 格
时间
由于纯铁具有同素异构转变的特性，因此，生产中才有可能通过 不同的热处理工艺来改变钢铁的组织和性能。
2-3
• 铁碳合金—碳钢+铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。 Fe、C为组元，称为黑色金属。 Fe-C合金除Fe和C外，还含有少量Mn 、Si 、P 、 S 、 N 、O等元素，这些元素称为杂质。
2-3
• 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC。 • 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 • 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
2-2
物质从液态到固态的转变过程称为凝固。 材料的凝固分为两种类型：
机械工程材料-2章 晶体结构、结晶
晶胞原子数与原子半径
致密度与配位数
2.1.4 晶向指数与晶面指数
1 晶向指数
我们把任何两个或多个原子所在直线所指 的方向，称为晶向。 〖例1〗计算图（a）中的AB的晶向指数。 解：①选晶胞的三条棱边建立X、Y、Z坐标 轴，以晶格常数a b c 为坐标轴的度量单位。从坐 标轴的原点O引一条有向直线OC，平行于待定晶 向AB； ②在所引的有向直线上任取一点C（为方便 起见，通常取距原点最近的阵点），求出该点C 在三坐标轴的坐标值,C(1/2,1/2, 1)。 ③将三个坐标值按比例化简为最小简单整数， 并加上方括号，表示为［u v w］=[1 1 2]，即为 所求的晶向指数。整数之间不用标点分开。如果 u、v、w中有某一数为负，则将负号用上划线的 形式标注于该数之上。 AB的晶向指数为[1 1 2]。
例如：石墨是靠分子键结合， 硬度很低。塑料也是靠分子键结 合，强度较低。
由于范德瓦尔斯引力很弱， 所以分子晶体的结合力很小，熔 点很低，硬度也很低。
5 结合力与结合能
当大量原子结合成固体时，为 使晶体具有最低的能量，以保持其 稳定状态，原子之间也必须保持一 定的平衡距离，这就是固态金属中 的原子趋于规则排列的原因。 当原子间以离子键或共价键结 合时，原子达不到紧密排列状态， 这是由于这些结合方式对周围的原 子数有一定的限制之故。
体心立方
面心立方
密排六方
2.1.6 实际金属的晶体结构
若整个晶体完全是晶胞规则重 复排列的，这种晶体为理想晶体。 实际晶体中，由于各因素的影 响，总会存在一些不完整、原子排 列偏离理想状态的区域，这些区域 称为晶体缺陷。 按缺陷在空间的几何形状和尺 寸不同，缺陷分为：
点缺陷
晶体缺陷
线缺陷
机械工程材料习题答案
机械工程材料习题答案第二章作业2－1常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？－Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构？答：常见晶体结构有3种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni⑶密排六方：Mg、Zn2---7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。
第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。
答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。
答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。
原因是：（1）强度高：Hall-Petch公式。
晶界越多，越难滑移。
（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。
（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。
4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15天，然后再精加工。
试解释这样做的目的及其原因？答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。
4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？答：W、Sn的最低再结晶温度分别为:TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃所以W在1000℃时为冷加工，Sn在室温下为热加工4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。
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2.2.4 包晶相图的特征
Fe-C相图包晶部分
机械工程材料第2章
4.包晶相图的特征
机械工程材料第2章
2.2.5 具有稳定化合物的相图
机械工程材料第2章
2.2.6 具有共析反应的相图
机械工程材料第2章
2.2.7 二元合金相图与性能之间的关系
1.合金的使用性能与相图的关系
合金的性能与相图的关机系械工程材料第2章
¬ 聚合物粘度大，不易结晶；金属粘度小，一般为
金属晶体
¬ （2）冷却速度（外因）——冷速越大，则在
单位时间内逸散的热量越多，熔体温度降得越低， 而又直接关系其中原子或分子的扩散能力。 ¬ 冷速大，金属扩散能力降低，不易结晶，得到非 晶合金。
机械工程材料第2章
2.1.2 金属材料的制备
1.金属的冶炼 2.纯金属的结晶规律 ¬ ⑴ 液态金属的结构特点（结晶的充分条件）
机械工程材料第2章
金属锑锭的组织示意图
机械工程材料第2章
2.2 二元相图的基本类型
有关相图的基本概念： ¬ 合金状态 一定条件下合金有哪几个相组成 ¬ 相变 ¬ 临界点 相变的温度 ¬ 相图 反映在平衡条件下，合金的状态同温度、
成分之间关系的图形。
机械工程材料第2章
2.2.1 相图的建立
¬ 热分析法建立Cu-Ni 二元合金相图的过程
↑
↑
低温浇注 金属型代替砂型 水冷铸铁 局部加冷铁
2.化学变质处理
3.增强液体流动法
机械工程材料第2章
2.4.2 定向凝固技术
机械工程材料第2章
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/18
机械工程材料第2章
机械工程材料第2章
用热分析法建立Cu-Ni相图
（a）冷却曲线
（b）机械工测程材定料第的2章 相图
2.2.2 匀晶相图
¬ 特点：两组元在液态、固态下均可以任意比
例互溶（无限固溶体） ¬ Cu-Ni、Cu-Au、 Au-Ag、Fe-Cr等
¬ 1. 相图分析 ¬ •特性点 •特性线 •相区•基本相
2. 固溶体合金的平造性能与相图的关系
机械工程材料第2章
预习
¬准备 “2.3 铁碳合金相图分析”
¬
内容的课堂讨论
¬
参见“学习指导”P16~17中的
¬ 课堂讨论（铁碳合金相图）提纲
¬ 进行充分准备。
机械工程材料第2章
2.3 铁碳合金相图分析
机械工程材料第2章
铁碳相图讨论总结
一、相、相组分、组织、组织组分的关系 1 相=相组分(相组成物） 2 组织是由相组成的 3 组织组分一定是组织， 但组织不一定等于组织组分， 组织=各组织组分总和
机械工程材料第2章
机械工程材料第2章
Cu-Ni合金的显微组织示意图
机械工程材料第2章
固溶体合金的平衡结晶规律
(与纯金属相比)
¬ （1）变温结晶 ¬ （2）在结晶过程中，两平衡相的成分
和相对百分含量是不断变化的。液相的 成分沿着液相线变化，固相的成分沿着 固相线变化；此间的任一温度瞬时，都 可应用杠杆定律计算液固两相的相对百 分含量。
¬ 1. 相图分析
¬ （1）共晶相图的形成
机械工程材料第2章
（2）相区与基本相 （3）特性线与特性点
MEN水平线——共晶线(三相区)
机械工程材料第2章
2.典型合金的平衡结晶过程
¬（1）有限固溶体合金Ⅰ ¬（2）共晶成分的合金Ⅱ ¬（3）亚共晶成分合金Ⅲ ¬（4）过共晶成分合金Ⅳ
机械工程材料第2章
（1）有限固溶体合金Ⅰ
1 2 3
¬ 10%Sn有限固溶体合金的冷却曲线及组织
机械工程材料第2章
（1）有限固溶体合金Ⅰ
杠杆定律的应用 在kth温度下，计算 α和βⅡ的百分含量
机械工程材料第2章
（2）共晶成分的合金Ⅱ
¬ 共晶合金的冷却曲线及室温下的组织
机械工程材料第2章
（3）亚共晶成分合金Ⅲ
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概念: 不平衡条件下,先结晶出的固 溶体和后结晶出的固溶体成分不同, 这种在一个晶粒内出现的成分不均匀 现象称为枝晶偏析。
¬ （a）不平衡结晶； （b）不平衡结晶的组织 机械工程材料第2章
¬ 消除办法:扩散退火(均匀化退火)
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2.2.3 共晶相图
形成条件：固态为有限固溶体，发生共晶反应。
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2020/11/18
机械工程材料第2章
2.1 材料的制备过程
冶炼
铸锭
铸造
铸件
焊接 热轧 板、型、管、线材 机加工
零件
热锻
机加工
零件
冷轧、拔、冲
（机加工）
零件
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2.1.1 材料凝固与结晶的条件
¬ （1）熔融液体的粘度（内因）——是材料
内部结合键性质和结构情况的宏观表征，其大小表 示了液体中发生相对运动的难易程度。
2 2’
¬
亚共晶合金的冷却曲线及组织 机械工程材料第2章
（3）亚共晶成分合金Ⅲ
初晶的截取位置及相应的组织形貌
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（4）过共晶成分的合金
1
¬
过共晶合金的冷却曲线及组织 机械工程材料第2章
3.两种填写相图的方法
以相组分形式填写的相图
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3.两种填写相图的方法
¬ 标明组织组分的铅-锡合金相图 机械工程材料第2章
液态金属中存在 短程有序原子集团
结构起伏 (相起伏)
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⑵ 金属结晶的必要条件
过冷度
过冷是结晶的必要条件
热分析法测定金属结晶温度 机械工程材料第2章
过冷度的影响因素 冷速↑ ↑
不同冷速下的冷却曲线示意图 机械工程材料第2章
自由能与温度的关系曲线
金属结晶的 能量条件
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二、含碳量对铁碳合金平衡组织与 性能的影响
⑴ 对平衡组织的影响 ⑵ 对力学性能的影响
Wc不同，F和Fe3C的相对量不同； Fe3C的形态不同，导致性能不同
Fe3C的形态对性能的影响：
共析 Fe3C呈片状——↑强度、硬度 ↓塑性、韧性 Fe3CⅡ呈网状——↓ ↓强度、塑性、韧性 共晶 Fe3C为连续基体—— ↑硬度 ↓强度、塑性、韧性
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3. 杠杆定律 及其应用
内容表述:在合金相图的两相 区内,若温度一定,则该温度 下两平衡相的成分及两平 衡相的相对量是一定的,且 两相相对量之比等于各自 相距较远的线段之比。
适用条件：
仅适用于两相区，用来 求两个平衡相的化学成分 和相对百分含量。
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4.不平衡结晶——枝晶偏析
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2.4 凝固与结晶理论的应用
2.4.1 铸态晶粒度的控制 晶粒度:晶粒大小 用晶粒的平均面积或平均直径
来表示 晶粒度对性能的影响——细晶强化 晶粒度的影响因素
形核率（N） N ↑ 晶粒细化 长大速度（G） G ↓ 晶粒细化
↑ 则晶粒细化
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控制晶粒度的方法：
1.控制过冷度
⑶ 纯金属结晶的普遍规律——不断形成晶 核与晶核不断长大的连续过程
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形核的方式:
① 自发形核 以液态金属中的结构起伏为基础 ② 非自发形核 依赖于液体中的固体质点
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晶核长大方式
① 平面方式长大 ② 以树枝晶方式长大为主
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单晶体与多晶体示意图