二元合金的相结构与结晶 - 答案
金属学与热处理填空-选择-判断
习题与思考题绪论(—)填空题1)机械设计常用和两种强度指标。
2)设计刚度好的零件，应根据指标来选择材料。
3)冲击韧性的单位是；延伸率的单位是；屈服强度的单位是。
(二)判断题1)抗氧化性就是指材料在高温下完全不被氧化的性能。
〔〕2)材料硬度越低，其切削加工性能就越好。
〔〕3)金属材料的导电导热性能远高于非金属材料。
〔〕4)σs和σ都是材料的屈服强度。
〔〕5)材料的E值越大，其塑性越差。
〔〕6)用断面收缩率ψ表示塑性更接近材料的真实应变。
〔〕(三)选择题1 低碳钢拉伸试验时，其变形过程可简单分为几个阶段。
A．弹性变形、塑性变形、断裂 B．弹性变形、断裂C 塑性变形、断裂 D．弹性变形、条件变形、断裂2．低碳钢拉伸应力一应变图中，σ-E曲线上对应的最大应力值称为A．弹性极限 B．屈服强度 C 抗拉强度 D．断裂强度3．材料开始发生塑性变形的应力值叫做材料的A．弹性极限 B．屈服强度 C 抗拉强度 D．条件屈服强度第一章金属的晶体结构(一)填空题1)晶体与非晶体的最根本区别是2)金属晶体中常见的点缺陷是，最主要的面缺陷是。
3)表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做，而晶胞是指。
4)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。
5)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。
6)实际金属存在有、和三种缺陷。
位错是缺陷。
实际晶体的强度比理想晶体的强度得多。
7)常温下使用的金属材料以晶粒为好。
而高温下使用的金属材料在一定范围内以晶粒为好。
8)金属常见的晶格类型是、、。
9)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 .10)金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有的————结合方式。
11)同素异构转变是指。
纯铁在温度发生和多晶型转变。
12)金属原子结构的特点是。
金属学与热处理课后答案(崔忠圻版)
第二章纯金属的结晶2-3 为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？答：（1）因为金属结晶时存在过冷现象，是为了满足结晶的热力学条件，过冷度越大，固、液两项的自由能差越大，相变驱动力越大。
（2）过冷度随金属的纯度不同和本性不同，以及冷却速度的差异可以再很大范围内变化。
金属不同，过冷度也不同；金属的纯度越高，则过冷度越大；冷却速度越大，过冷度越大，反之，越小。
（3）会，当液态金属的自由能低于固态时，这时实际结晶温度高于理论结晶温度T m，此时，固态金属才能自发的转变为液态金属，称为过热。
2-4试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。
答;均匀形核是指：若液相中各区域出现新相晶核的几率是相同的；非均匀形核：液态金属中存在微小的固相杂质质点，液态金属与型壁相接触，晶核可以优先依附现成的固体表面形核。
在实际的中，非均匀形核比均匀形核要容易发生。
二者形核皆需要结构起伏，能量起伏，过冷度必须大于临界过冷度，晶胚的尺寸必须大于临界晶核半径。
2-5说明晶体成长形状与温度梯度的关系？答;正温度梯度下以平面状态的长大形态，服温度梯度下以树枝状长大。
2-6简述铸锭三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点？（1）表层细晶区形成原因：①型壁临近的金属液体产生极大过冷度满足形核的热力学条件；②型壁可以作为非均匀形核的基地。
该晶区特点：组织细密，力学性能较好，但该晶区较薄，一般没有多大的实际意义。
（2）柱状晶区的形成原因：①液态金属结晶前沿有适当的过冷度，满足形核要求；②垂直于型壁方向散热最快，晶体向相反的方向生长；③外因是散热的方向性；④内因是晶体晶体生长的各向异性。
该晶区的特点：相互平行的柱状晶接触面及相邻垂直的柱状晶区的交界面较为脆弱，并常聚集着易熔杂质和非金属夹杂物，使铸锭在热压力加工时，容易沿着这些脆弱面开裂，组织比较致密。
（3）中心等轴晶区形成特定：①中心液体达到过冷，加上杂质元素的作用，满足形核的要求；②散热失去方向性，晶核自由生长，长大速度差不多，长成等轴区。
第四章 二元合金相图与合金凝固参考答案
第四章二元合金相图与合金凝固一、本章主要内容：相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律；二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼；二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面；共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶；二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶反应的应用铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭中的偏析其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变二元相图总结及分析方法二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图，相图与合金性能的关系相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图二、1.填空1 相律表达式为___f=C-P+2 ___。
2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有___成分_______起伏。
3. 按液固界面微观结构，界面可分为____光滑界面_____和_______粗糙界面___。
4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是______垂直长大机制_____，光滑界面晶体的长大机制是____二维平面长大____和_____依靠晶体缺陷长大___。
5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生__枝晶____偏析，用____均匀化退火___热处理方法可以消除。
6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈___平直状___状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为______树枝___状。
7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为____伪共晶__。
金属学与热处理 3.3
还有少量液相残留，最后这些液相转变为共晶体，形成不平衡共晶组织。
共晶系合金的不平衡凝固
思考题
1. 在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能发生共晶转变。
A是 B否
答案：B 成分在共晶线宽度范围内的合金冷却到共晶温度时，未凝固的液相成分沿 液相线变化到共晶点，而进行共晶转变。因此，并不是只有共晶合金才发 生共晶反应。
思考题
4. 二元相图中的共晶线 A 是一条水平线直线； B 是一个三相区（L, α, β）； C 一般是一条斜线，水平线是特殊情况。
答案：AB 因为共晶反应是恒温转变，反映在相图上只能是一条水平线；共晶反应时三相 共存，所以共晶线也是一个三相区。
思考题
5. 根据Pb-Sn相图，应用杠杆定律计算40%Sn合金的共晶组织中的α相占全 部合金的相对量。
思考题
6、简单总结伪共晶、不平衡共晶和离异共晶的特点。 伪共晶——靠近共晶点附近的合金得到了全部共晶组织； 离异共晶——共晶组织没有显示出共晶的特征； 不平衡共晶——在不应该出现共晶的合金里出现了共晶组织。
相图计算
1. 固溶体合金的相图如图所示，试根据相图确定：
(a) 成分为40%B的合金首先凝固出来的固
前沿液相中原子扩散示意图
共晶生长的搭桥机制
当两个固相都是金属性较强相时，共晶体一般生长成层片状。当两相的
相对数量比相差悬殊时，在界面能的作用下，数量较小的相将收缩为条、
棒状，更少时为纤维状，甚至为点(球)状。
当有一相或两相都具有较强的非金属性时，它们表现出较强的各向异性，
不同方向的生长速度不同，并且有特定的角度关系，同时生长过程要求
共晶体的形成
成分互惠－交替形核
片间搭桥－共同生长
二元合金的相结构与结晶考试试卷及参考答案
二元合金的相结构与结晶考试试卷及参考答案一、填空题1 合金的定义是两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或其它方法结合而成的具有金属特性的物质。
2．合金中的组元是指组成合金最基本的、能独立存在的物质。
3．固溶体的定义是合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格类型与组元之一相同的固相称之为固溶体。
4．Cr、V在γ-Fe中将形成置换固溶体。
C、N则形成间隙固溶体。
5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要小些。
6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。
7．共晶反应的特征是在同一温度下，由一定成分的液相转变成成分一定的两个固相（三相共存）。
在共晶点处凝固温度最低。
其反应式为L （液）→α（固）+ β（固）。
8．匀晶反应的特征是结晶出的晶体与母相化学成分不同（异分结晶），结晶在一定的温度范围内进行，其反应式为L→α9．共析反应的特征是在同一温度下，由一定成分的固相转变成成分一定的两个固相（三相共存）。
在共析点处析出温度最低。
，其反应式为γ→(α + β) 共析体。
10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换和间隙，按原子溶入量可以分为有限和无限11．合金的相结构有固溶体和金属化合物两种，前者具有较高的塑韧性能，适合于做基体相；后者有较高的硬度性能，适合于做强化相12．看图4—1，请写出反应式和相区：ABC 包晶线；DEF 共晶线；GHI 共析线；①L+α；②α +γ；③α；④γ+ β ；⑤L+γ ；⑥L+β ；13．相的定义是指合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分，组织的定义是在显微镜下能清楚地区分开的独立组成部分。
14．间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同，而间隙相的晶体结构与溶剂不同。
15、同分凝固（结晶）的定义纯金属结晶时，所结晶出的固相成分与液相成分完全一样的结晶。
异分凝固（结晶）的定义固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分不同的结晶。
第四章 二元合金相图与合金凝固答案
第四章二元合金相图与合金凝固一、本章主要内容：相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律；二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼；二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面；共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶；二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶反应的应用铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭中的偏析其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变二元相图总结及分析方法二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图，相图与合金性能的关系相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图二、1.填空1 相律表达式为___f=C-P+2 ___。
2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有___成分_______起伏。
3. 按液固界面微观结构，界面可分为____光滑界面_____和_______粗糙界面___。
4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是______垂直长大机制_____，光滑界面晶体的长大机制是____二维平面长大____和_____依靠晶体缺陷长大___。
5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生__枝晶____偏析，用____均匀化退火___热处理方法可以消除。
6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈___平直状___状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为______树枝___状。
7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为____伪共晶。
材料科学基础二元合金的凝固理论.答案
60
0
α 0
(5/9)L
（0.4－Cα)×(5/9)L=(0.6-0.4) ×(4/9)L
Cα＝0.24
2. 质量守恒法： 溶质原子质量守恒 (5/9)×Cα＋(1- 5/9)×60％＝40％
12
b. 液相部分混合的凝固
当固溶体凝固时，若其凝固速度较快， 液相中溶质只能通过对流和扩散而部 分混合。
表示凝固过程中在初 始过渡区建立后，液 相和固相成分随凝固 体积分数的变化。
18
c. 液相完全不混合的凝固
凝固速度很快，液相仅有扩散；宏观偏析很少，仅在最后 凝固部分，溶质浓度迅速升高，但长度仅有几厘米。 初始过渡区建立后ke=1
20
结论：
冷速越快 → 液相越不均匀 → 固相越均匀 → 宏观偏析↓
中心等轴晶区：各方向上的力学性能较均匀一致。但容易形成许多微 小的缩孔，导致组织疏松。
33
影响铸锭组织的因素
铸锭的宏观组织与浇注条件又密切关系： 随浇注条件变化可改变3个晶区的相对厚度和晶粒大小，甚至不出现
某个晶区；
快的冷却速度，高的浇注温度和定向散热有利于柱状晶的形成；若金 属纯度较高、铸锭截面较小时，柱状晶快速成长，有可能形成穿晶。
3
固溶体不平衡凝固时的溶质分布
假设固相中无扩散，液相中有扩散， 根据液相中溶质混合情况，分为完全混合， 部分混合,完全不混合三种情况进行讨论。 4个假设：
① 液—固界面是平直的； ② 液—固界面处维持着这种局部的平衡，即在 界面处满足k0为常数； ③ 忽略固相内的扩散； ④ 固相和液相密度相同
4
36
3. 偏析 segregation
铸锭中各部分化学成分不均匀的现象称为偏析。
工程材料习题及其答案
4、为了保持冷塑性变形金属的强度和硬度，应采用 去应力 退火；为了降低冷塑性变形金属的 强度和硬度，应采用 再结晶 退火。
7.钢的热处理
一、名词解释 淬透性: 是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬透层深度的能力。 回火脆性: 淬火钢在某些温度回火时，其冲击韧性显著下降的现象。 调质: 淬火加高温回火。 淬硬性: 表示钢淬火后所能达到的最高硬度，取决于钢的含碳量。
c.过冷度越小，晶粒越细 d.过冷度越小，晶粒越粗
填空 1、实际金属中存在有点缺陷 、线缺陷 、 面缺陷缺陷。其中，位错是 线 缺 陷，晶界是面 缺陷。
2、金属在结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度越 大 ，晶粒越 细 ，强 度越 高 ，塑性越 好 。 3、金属的结晶主要由 形核 和 长大 两个基本过程组成。 4、在金属结晶过程中，细化晶粒的方法主要有 增大过冷度 、 变质处理 和 振动搅拌 。
a.钢的含碳量 b.马氏体的含碳量
c.钢的淬透性 d.淬火介质与淬火方法
5、影响钢淬透性的因素主要是（ d ）
a．工件尺寸 b．冷却速度 c．淬火方法 d．钢的化学成分
6、马氏体的硬度主要取决于（ c ）
a.钢的淬透性
b.钢的含碳量
c.马氏体的含碳量 d.残余奥氏体的量
四、填空
1、共析钢的正火组织为 层片 状S，而调质组织为 粒 状S，其综合机械性能 前者 低于 后者。
4、某工厂用冷拉钢丝绳吊运出炉的热处理工件去淬火，钢丝绳承载能力远远超过工件的重量，
但在工件吊运过程中，钢丝绳却发生拉长断裂，其断裂原因是由于钢丝绳：（ b ）
a.超载 b.发生再结晶 c.形成带状组织 d.产生加工硬化
5、体心立方晶格金属与面心立方晶格金属在塑性上的差别，主要是由于两者的（ b ）
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第三章 二元合金的相结构与结晶
(一)填空题
1 合金的定义是两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成具有金属特性的物质。
2．合金中的组元是指 组成合金最基本的、独立的物质 。
3．固溶体的定义是 在固态条件下，一种组元“组分”溶解了其它组元而形成的单相晶态固体 4．Cr 、V 在γ-Fe 中将形成 置换 固溶体。
C 、N 则形成 间隙 固溶体。
5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要 差 些。
6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。
7．共晶反应的特征是 由一定成分的恶液相同时结晶出成分一定的两个固相 ，其反应式为 L →a+β
8．匀晶反应的特征是 ，其反应式为 9．共析反应的特征是 ，其反应式为
10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换固溶体和间隙固溶体，按原子溶入量可以分为 有限固溶体 和 无限固溶体
11．合金的相结构有 固溶体 和 金属化合物 两种，前者具有较高的 塑性变形 性能，适合于做 基体 相；后者有较高的 高硬度 性能，适合于做 增强 相
12．看图4—1，请写出反应式和相区：
ABC 包晶反应 B A C L γα⇔+ ；DEF 共晶反应 F D C L βγ+⇔ ；GHI 共析反应 I G H βαγ+⇔ ；
①
L +α ；② γα+ ；③βα+ ；④ βγ+ ；⑤ L +γ ；⑥ β+L ；
13．相的定义是 ，组织的定义是
14．间隙固溶体的晶体结构与溶剂的晶格类型 相同，而间隙相的晶体结构与 溶剂组元晶体结构 不同。
15．根据图4—2填出：
水平线反应式 E C D βαγ+⇔ ；有限固溶体 βα、 、 无限固溶体 γ 。
液相线 ，固相线 ， 固溶线 CF 、 EG
16．接近共晶成分的合金，其铸造性能较好；但要进行压力加工的合金常选用匀晶成分的合金。
17．共晶组织的一般形态是片状。
(二)判断题
1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。
( N )
2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常选用具有单相固溶体成分的合金。
( Y)
3．合金的强度与硬度不仅取决于相图类型，还与组织的细密程度有较密切的关系。
( Y) 4．置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。
( Y) 5．合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。
( Y )
6．共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。
( Y)
7．共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。
( N)
8．初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。
( Y )
9．根据相图，我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对量，而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。
( Y )
10．亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。
( Y )
11．过共晶合金发生共晶转变的液相成分与共晶合金成分是一致的。
( Y)
(三)选择题
1．固溶体的晶体结构是A
A．溶剂的晶型B．溶质的晶型 C 复杂晶型D．其他晶型
2 金属化合物的特点是C
A．高塑性B．高韧性 C 高硬度D．高强度
3．当匀晶合金在较快的冷却条件下结晶时将产生 D
A．匀晶偏析 B 比重偏析C．枝晶偏析D．区域偏析
4．当二元合金进行共晶反应时，其相组成是C
A．由单相组成 B 两相共存 C 三相共存D．四相组成
5．当共晶成分的合金在刚完成共晶反应后的组织组成物为C
A. α+βB．(α＋L) C．(α+β) D．L＋α+β
6．具有匀晶型相图的单相固溶体合金B
A．铸造性能好B．锻压性能好 C 热处理性能好D．切削性能好
7．二元合金中，共晶成分的合金A
A．铸造性能好 B 锻造性能好 C 焊接性能好D．热处理性能好
8．共析反应是指 B
A．液相→固相Ⅰ+固相Ⅱ B 固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ
C．从一个固相内析出另一个固相 D 从一个液相中析出另一个固相
9．共晶反应是指 A
A．液相→固相Ⅰ+固相Ⅱ B 固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ
C．从一个固相内析出另一个固相 D 从一个液相中析出另一个固相
10．固溶体和它的纯金属组元相比D
A．强度高，塑性也高些 B 强度低，但塑性高些
C 强度低，塑性也低些
D 强度高，但塑性低些
(四)计算题
1．一个二元共晶反应如下：L(W(B)＝75％)→α(W(B)＝15％)+β(W(B)=95％)
(1)求w(B)＝50％的合金完全凝固时初晶α与共晶(α十β)的重量百分数，以及共晶体中
α相与β相的重量百分数；
(2)若已知显微组织中β初晶与(α+β)共晶各占一半，求该合金成分。
2．若要配制四个不同成分的Pb—Sn合金30g，其组织要求为(参阅Pb—Sn合金相图)；
(1)α相92％和β相8％；
(2)亚共晶合金中，要求共晶体占30％；
(3)过共晶合金中，要求共晶体占70％；
(4)共晶合金。
问分别计算出需要Pb和Sn各多少克
复习要点
1、名词
相
固溶体
置换固溶体
间隙固溶体
金属间化合物
异分结晶/选择结晶
晶内偏析76
枝晶偏析77
区域偏析78
成分过冷
固溶强化
伪共晶组织91
离异共晶92
比重偏析92
包晶偏析
96
影响置换固溶体中溶质固溶度的主要因素
固溶体结晶过程76
固溶强化的机理
消除晶内偏析、离异共晶、包晶偏析的方法---均匀化退火
锡青铜产生锡汗的原因
锡青铜结晶温度范围宽，易产生枝晶偏析和反偏析。
当锡青铜铸件浇注后尚未全部凝固时，在枝晶骨架间还有低熔点相，青铜液温度降低时氢在铜液中溶解度降低，它析出形成小气泡，在气体压力作用和铸件收缩力的作用下含气泡的液相被挤出铸件表面皮下，造成“锡汗”。
已知A及B液态时无限互溶，固态时A在B中的最大溶解度为30%，室温时为10%，但B
在固态和室温均不容与A，300度时含40%Bde液态合金发生共晶反映，画出AB合金相图，计算含20、45、80合金结晶后在室温下的组织组成无和相的相对含量
何为匀晶转变，使划出简单的相图示意图，并结合杠杆定律分析整个过程中两项的相对含量。