第三章 金属与合金的结晶
械 制
造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
第三章 金属与合金的结晶
§3.1 纯金属的结晶
§3.2 合金的结晶
本章小结
习题
机 械
制
造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
第三章 金属与合金的结晶
§3.1 纯金属的结晶
§3.2 合金的结晶
本章小结
习题
机 械
制
造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
§3.1 纯金属的结晶
机
合金相图：表达温度、成分与相之间关系，又称为合金平衡图或 械
合金状态图。 合金相图是制订金属冶炼、铸造、锻压、焊接、热处理工艺的理
论基础。
制 造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
习题
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3-1 解释下列名词
结晶 过冷现象 过冷度 变质处理 晶核 同素异构转变 枝晶偏
析 共晶转变
3-2 晶粒大小对金属的力学性能有何影响? 生产中有哪些细化晶粒的
影响过冷度的因素：冷却速度
械 制
造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
§3.1 纯金属的结晶
二、纯金属的结晶过程
形核
当液态金属冷却到接近理论结晶温度时，形成一
批类似于晶体中原子有规则排列的小集团。这些
小集团是不稳定的，时聚时散，此起彼伏。当温
度下降到低于理论结晶温度时，这些小集团中的
一部分就稳定下来，成为结晶核心。
理论结晶温度 实际结晶温度
开
结
始
晶
结
终
晶
了
实践证明，金属总是在一定的过冷度下结晶的，
所以过冷是金属结晶的必要条件。
记！
实金际属结结晶晶温过度程T中1总会是释低放于出理结论晶结潜晶热温，度补T偿0—了—向过外冷界现散象失。的理热 机
论量结，晶使温温度度与不实随际冷结却晶时温间度的的增差长值而—下—降过，冷直度到，金用属Δ结T表晶示终了 后，温ΔT度=又T重0 新- T下1。降。
§3.1 纯金属的结晶
四、金属的同素异构转变
结 晶
同素异构转变
纯铁的结晶和同素异构转变的过程
1394ºC 912ºC
δ-Fe
γ -Fe α-Fe
同素异构转变
由于纯铁能够发生同素异构
机
转变，生产中才有可能对钢和铸 铁进行各种热处理，以改变其组 织和性能。
械 制 造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
§3.1 纯金属的结晶
制
3-6 根据Pb-Sn相图，分析ωsn = 40％和ωsn = 80％的两种Pb-Sn 造
合金的结晶过程及室温下的组织。
基
础
第三章 金属与合金的结晶
教 学 要 求:熟悉纯金属和合金的结晶过 程及其组织特点。
机 械 制 造 基 础
第三章 金属与合金的结晶
第三章 金属与合金的结晶
凝固
液态 → 固态： 晶体
不规则排列的液体状态→作规则排列的晶体
凝固过程：结晶 液态物质凝固成晶体的过程
金属材料浇注－金属结晶
机
结晶后的组织影响着材料性能
如，往铝液中加钛、硼；
1234、对导中方、、、于致、法增变附降大铸小来加铸件型细质加低过锭产铸化处振浇、生件晶冷理动注大裂，粒度铸纹对。速件而于度，报大过废型高。铸金 超 中 起 化的因件慢 晶 粒 核冷此则属 声 的 晶 晶都却，需速 发 可，结 波 枝 核 粒能速只要浇 生 能从往往使晶 振 晶 作 的度适用钢铸晶而注 在 被时 动 破 用 目往用其水铁粒增时 流 后， 、 碎 ， 的往于它中水细， 动 到加对 电 ， 增 。加中化液 液 达了金 磁 而 加入加，态 体 的形属 振 破 了钛入从金 的 液核液 动 碎 形、硅而率属 前 体附 等 的 核锆铁提。不沿冲加措枝率、、高是，碎铝硅机施晶N金静先在等钙，属械，尖；合的止形为达振使端金力的成新到动生又，学，的的细、长可性结晶晶能。机 械 制 造
同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格类型转 变为另一种晶格类型的变化。凡是具有同素异晶转变的金属及其
合金，都可以用热处理的方法改变其性能。
枝晶偏析：先结晶的固溶体高熔点组元含量高，后结晶的低熔点 组元含量高
均匀化退火：将铸件加热到固相线以下100～200℃的温度，保温 较长时间，然后缓慢冷却
基
础
第三章 金属与合金的结晶
§3.1 纯金属的结晶
四、金属的同素异构转变
金属在固态下随温度的改变，由一种晶格类型转变为 另一种晶格类型的变化，称为金属的同素异构转变。 由此得到的不同晶格的晶体称为同素异构体
如：铁、锰、钛、钴等
机 械
由低温到高温依次用希腊字母α、β、γ、δ等表示
制 造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
§3.2 合金的结晶
合金与纯金属结晶的异同点
合金与纯金属结晶的相同点： 过程：形核、成长 合金与纯金属结晶时的不同点：
1、合金的结晶不一定在恒温下进行；
2、合金在不同的温度范围内会存有不同数量的相，各相
的成分有时也会变化；
3、同一合金系，因成分不同，其组织也不同，即便是同 一成分的合金，其组织也会随温度的不同而发生变化。
匀晶相图
共晶相图
包晶相图
机 械
共析相图
制
造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
§3.2 合金的结晶
二、二元合金的结晶过程
1、二元匀晶相图
无限互溶的两组元，其合金相图为匀晶相图
如相，C图u-分Ni,析Cu-Au,Au-Ag,Fe-Cr等
结晶过程分析
枝晶偏析
机
先消除结枝晶晶的偏固析溶的体方高法熔：点组元含量高，后结晶的低熔点组元含量高 ----枝晶偏析
四、金属的同素异构转变
金属的同素异构转变过程与液态金属的结晶过程相似，
实质上是一个重结晶过程。它遵循液态金属结晶的一般规
律—有固定的转变温度、转变时有过冷度、有潜热释放、通过形核、
长大完成转变。
金属的同素异构转变的特点：
1、由于同素异构转变是在固态下发生的，原子扩散比在液态中困
难得多，这使同素异构转变具有较大的过冷度；
方法?
3-3 如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：
(1) 金属型铸造与砂型铸造；
(2) 高温浇注与低温浇注；
(3) 浇注时采用振动与不采用振动； (4) 厚大铸件的表面部分与中心部分。
机
3-4 试分析比较纯金属、共晶体、固溶体三者在结晶过程和显微组 械
织上的异同之处。 3-5 金属的同素异构转变与液态金属结晶有何异同之处?
一、纯金属的冷却曲线和过冷现象
1、冷却曲线：
将纯金属加热熔化成液体，然后让
液态金属缓慢冷却下来，并在冷
却过程中，每隔一定时间测量一
次温度，然后将记录下来的数据
机
绘制在温度－时间坐标中，得到
械
冷却曲线。
制
造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
§3.1 纯金属的结晶
一、纯金属的冷却曲线和过冷现象
1、冷却曲线 冷却曲线分析：
械 制
2、以单位截面上晶粒数目或晶粒的平均直径来表示。
造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
§3.1 纯金属的结晶
三、金属结晶后的晶粒大小
影响晶粒大小的因素： 形核率 长大速度
在液态金属结晶前加入一些细小的 难熔质点（变质剂），以增加可形核 率或降低长大速率，从而细化晶粒的 方法，称为变质处理。
工业生产中细化晶粒的方法：
机
2、由于转变时晶体结构的致密度改变引起晶体体积的变化,从而
械
产生较大的内应力。
制
金属的同素异构转变是钢在淬火时引起应力、导致工件 变形和开裂的重要因素。
造 基
础
第三章 金属与合金的结晶
第三章 金属与合金的结晶
§3.1 纯金属的结晶
§3.2 合金的结晶
本章小结
习题
机 械
制
造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
§3.2 合金的结晶
一、二元合金相图的基
本知识
合金编号
例：用热分析法建立Cu-Ni二 ①
合金化学成分
ωCu结×晶10开0%始 ωNi ×100%
100 结晶终了0
元合金相图的方法和步骤： ②
80
20
（1）配制六种不同成分的Cu-Ni
③
60
合金
④
40
（2）测出各合金的冷却曲线
第三章 金属与合金的结晶
机 械 制 造 基 础
第三章 金属与合金的结晶
§3.1 纯金属的结晶
三、金属结晶后的晶粒大小
晶粒大小是金属组织的重要标志之一。
细晶粒金属比粗晶粒金属具有较高的强度、硬度、塑性和韧性。
细化晶粒是金属强韧化的有效途径
金属晶粒大小的表示方法：
机
1、用单位体积内的晶粒数目来表示，数目越多，晶粒越细小。
机 最先形成的、作为结晶核心的微小晶体称为晶核。 械
晶核的形成过程称为形核。 晶核的形成有两种方式：自发形核和非自发形核。
制
造
基
础
第三章 金属与合金的结晶
§3.1 纯金属的结晶
二、纯金属的结晶过程
形核 长大
随着时间的推移，已形成的晶核不断长大，同时液 态金属中又会不断地形成新的晶核并不断长大，直 到液态金属全部消失，晶体彼此产接触为止。
结晶时每一个晶核长成的晶体就是一
个晶粒。固态金属是由许多晶核长大 晶界处比晶粒内部凝固的
合金的结晶
谢谢观看
从图2-22中可以看出，凡是成分在C点以左（Sb＜11%）的合金 称为亚共晶合金，如图2-22中的合金Ⅱ。合金成分在C点以右（Sb＞ 11%）的合金称为过共晶合金，如图2-22中的合金Ⅲ。
亚共晶和过共晶合金的结晶过程与共晶合金结晶过程不同的是： 从液相线到共晶转变温度之间，亚共晶合金要先结晶出Pb晶体，过共 晶合金要先结晶出Sb晶体，因而它们的室温组织分别为Pb+（Pb+Sb） 和Sb+（Pb+Sb）。
在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的 过程称为共晶转变。
共晶转变的产物称为共晶体，所构成的相图为共晶相图。 具有这类相图的合金有Pb—Sn、Pb—Sb、Ag—Cu、Al—Si、Zn— Sn等。
3.3 合金的结晶
图2-22所示为铅锑二元合金相图，图中A点是 铅的熔点（327℃）；B点是锑的熔点（631℃）；C点是共晶点， （温度是252℃，此点的成分是11%Sb+89% Pb），ACB连线为合 金开始结晶温度的上相变点连线，称为液相线，DCE连线是液态 合金结晶终止温度的下相变点连线，称为固相线，同时，二个 相线把相图分成几个区域。
在两相混合物共晶相图中，成分在两相区内的合金结晶后，形成两相 混合物。两相组织的力学性能和物理性能，随合金的成分变化而呈直 线变化，由于共晶合金形成的是致密组织，其强度、硬度均显著提高 ，组织越致密，合金的性能提高的越显著 。
3.3 合金的结晶
2.相图与合金工艺性能的关系
合金的铸造性能与相图的关系如图2-27所示，纯组元或共晶成 分合金的流动性最好，缩孔集中，铸造性能好。相图中液相线与 固相线之间距离越小，液体合金结晶的温度范围越窄，对浇注和 铸造质量越有利，合金的液、固相线温度间隔大时，形成枝晶偏 析倾向也大，同时先结晶的树枝晶阻碍未结晶液体的流动，增加 分散缩孔，所以，铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金， 如发动机活塞多采用WSi=11%-13%铝硅铸造合金的共晶合金。
合金结晶与纯金属结晶的异同
合金结晶与纯金属结晶的异同结晶是固体物质由液体或气体转变为固体时形成的有序结构过程。
在金属材料中，结晶是其物理和力学性能的重要因素之一。
金属材料的结晶可以分为合金结晶和纯金属结晶两种类型。
本文将从晶体结构、结晶方式、晶界性质和性能特点等方面对合金结晶与纯金属结晶进行比较，以便更好地理解它们的异同。
合金结晶与纯金属结晶在晶体结构方面存在一定的差异。
纯金属结晶的晶体结构主要有面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和密堆积六方（HCP）等。
而合金结晶的晶体结构则取决于合金的成分。
不同的合金成分会导致晶体结构的变化，例如，合金中添加了一些非金属元素会改变晶体结构，使之变为非晶态或形成新的相。
合金结晶与纯金属结晶在结晶方式上也有所不同。
纯金属结晶通常遵循固溶体系的相图，即通过熔化和冷却的方式进行结晶。
而合金结晶则更加复杂，因为合金中存在多个元素，其相互作用和溶解度的变化会影响合金的结晶方式。
合金结晶可以包括共晶、共晶反应、包晶等多种方式。
在晶界性质方面，合金结晶与纯金属结晶也存在差异。
晶界是指晶体中两个晶粒之间的界面，它对材料的性能起着重要作用。
纯金属结晶的晶界通常是高度有序的，晶界能量较低，因此具有较好的力学性能。
而合金结晶的晶界则受到合金成分和结晶方式的影响，晶界的有序性和能量可能会发生变化，从而影响材料的性能。
合金结晶和纯金属结晶在性能特点上也有所不同。
纯金属结晶的晶粒尺寸较大且均匀，因此具有较好的塑性和导电性能。
而合金结晶的晶粒尺寸和分布受到合金成分和结晶方式的影响，可能会出现较大的晶粒和晶界偏析等现象，从而影响材料的力学性能和化学性能。
合金结晶与纯金属结晶在晶体结构、结晶方式、晶界性质和性能特点等方面存在一定的异同。
通过对其进行比较，可以更好地理解合金材料的结晶行为和性能特点，为合金材料的设计和应用提供理论依据。
然而，需要注意的是，合金结晶和纯金属结晶是一个复杂的问题，还有很多细节和特殊情况需要进一步研究和探索。
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。
金属结晶的条件
➢不平衡凝固时合金的固、液相平均成分线已经偏离了 相图中的固相线盒液相线；
➢即使是在不平衡结晶时，固-液界面上固、液相的平衡 仍是符合相图所表示的平衡关系；
固溶体合金的结晶特点
与纯金属相比， 固溶体结晶特点：
（1） 异分结晶
结晶出的晶体与母相化学成分不同，这种结 晶称为~或选择结晶。
（2） 结晶需要在一定的温度范围内进行
固体金属发生成分变化；
本章目的： 讨论合金中的相概念及其类型； 介绍各种类型的基本二元相图； 说明相图与合金性能间的对应关系；
3.2 二元匀晶相图
定义：两组元在液态和固态均无限互溶的二元合金相图 如Cu-Ni、Ag-Au、Cr-Mo等合金系
特点：从液相结晶出单相固溶体； 几乎所有的二元合金都包含匀晶转变部分；
图3.2 纯铁的同素异构转变（a）温度和压力同时变化；（b）只有温度变化
纯金属结晶： 两个相（固、液共存） p=2，c=1， f=1-2+1=0，
纯金属结晶只能在恒温下进行； 二元合金： 两相平衡时： p=2，c=2， f=2-2+1=1， 说明此时还有一个可变因素，因此二元合金一般是在一定 温度范围内结晶； 三相平衡时： p=3，c=2， f=2-3+1=0，
（3）与纯金属不同，合金的结晶过程是在一定 温度范围内进行的，不同温度下两平衡相的成分 不相同，量也不同，两相的相对量可依据杠杆定 律计算得出。
3.3 二元共晶相图
定义：两组元在液态无限互溶，在固态时相互有限 互
溶，发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图称为二 元共晶相图。如：Pb-Sn、Pb-Sb、Ag-Cu、Pb-Bi 等合 金系相图都是二元共晶相图。
相图: 表示合金系中的状态(相)与温度，成分 之间关系的图解。又称状态图或平衡图。 相变：相与相之间的转变；
金属的结晶构造和结晶过程
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金属晶体模型
二、晶格、晶胞、晶格常数
Logo
晶体 原子呈有序排列
名 非晶体 原子呈无序排列
词 术 语
晶格 描述原子排列规律的空间格子 晶胞 组成晶格的最基本单元
晶格常数 晶胞的棱边长度
将晶体中原子排列，假想成空间的几何格架
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二、晶格、晶胞、晶格常数
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二、晶格、晶胞、晶格常数
Logo
一、晶体与非晶体
1、晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。
长程有序，各向异性。有固定熔点。
2、非晶体：原子在三维空间内不规则排列。
长程无序，各向同性。无固定熔点。
3、在自然界中除少数物质（如普通玻璃、松香、石蜡等） 是非晶体外，绝大多数都是晶体，如金属、合金、硅 酸盐，大多数无机化合物和有机化合物，甚至植物纤 维都是晶体。
1 538℃
1 394℃
912℃
L
δ－Fe
γ －Fe
α－Fe
(体心)
(面心)
(体心)
转变发生于固态 特点：在一定温度下进行
晶格类型发生变化
形核 ＋ 长大
局部
整体
三、金属的同素异晶转变
纯铁的同素异构转变曲线
Logo
Logo
三、金属的同素异晶转变
❖ 金属的同素异晶有一定的转变温度并放出结晶潜 热。
❖ 金属的同素异晶转变具有较大的过冷倾向。
密排六方晶格
Logo
❖十二个金属原子分布在六方体的十二个角上, 在上 下底面的中心各分布一个原子, 上下底面之间均匀 分布三个原子。
❖ 密排六方晶胞的特征：
晶格常数：用底面正六边形的边长a和两底面之间 的距离c来表达, 两相邻侧面之间的夹角为120°, 侧面与底面之间的夹角为90°。
机械工程材料课后习题答案_(王忠)
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。
机械工程材料与热处理-精品
第一章金属材料的力学性能•工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。
•强度是指金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。
•抗拉强度。
b是材料在破断前所承受的最大应力值。
•塑性是指金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
•塑性指标：伸长率和断面收缩率。
•硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。
•硬度包括：布氏硬度（HBW）、维氏硬度（HV）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）第二章金属与合金的晶体结构•在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。
•这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。
•能够完全反应晶格特征的、最小的几何单元称为晶胞。
•原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距地一半。
•配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
•致密度：K二箸（n为原子个数）V照•晶面指数确定方法：（工）设坐标（2）求截距（3）取倒数（4）化整数（5）列括□•晶向指数确定方法：（1）设坐标（2）求坐标值（3）化整数（5）列括号•晶体缺陷包括：点缺陷（空位、间隙、置换）、线缺陷（刃型位错、螺型位错）、面缺陷（晶界、亚晶界）第三章金属与合金的结晶•金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T。
的现象，称为过冷现象。
理论结晶温度与实际结晶温度的差4T称为过冷度，过冷度△!'二To・Tn•实践证明，金属总是在一定的过冷度下结晶的，过冷是结晶的必要条件。
同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。
•纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的。
它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。
•细化晶粒的方法：在增加过冷度②变质处理③附加振动•共晶反应和a+B相互转化（恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的固相）⑦渗碳体+奥氏体一莱氏体•共析反应：、和a+B相互转化（恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的固相）/铁素体+渗碳体一珠光体•包晶反应：L+a和B相互转化（恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相）•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：过冷度和冷却速度是两个不同的概念。
第三章5 共晶相图
wSn=10%合金的显微组织
H
6
合金Ⅰ的平衡结晶过程示意图
H
7
成分位于F和M之间的合金, 平衡结晶过程均与以上相似, 显微组织为α+ Ⅱ,只是两相相对含量不同.
α、β两相的含量可用杠杆定 律求出,如合金Ⅰ的α、Ⅱ相 的含量分别为：
F4 w FG 100 %
w
4G FG
100 %
H
Pb-Sn合金相图
wM E2E 10% 0661.1.99159010% 027.8% wLM M2E 10% 0651.90119910% 072.2%
H
16
亚共晶合金的显微组织
图中,暗黑色树枝状晶部分 是先共晶α相,其中的白色颗 粒是βⅡ,黑白相间分布的是 共晶组织.
其中, 先共晶相的形态:
如果是固溶体,一般呈树枝状; 如果是亚金属和非金属或化 合物,则一般具有规则外形.
H
12
共晶组织的形态
按两相的分布形态，可分为：层片状、棒状（条 状或纤维状）、球状（短棒状）、针片状、螺旋 状等。
原因:共晶组织中两个组成相的本质决定了其形态.
H
13
H
14
3 合金Ⅲ的结晶过程(亚共晶合金 19<wSn<61.9% ）
1-2点,匀晶转变,结晶出α固溶体；
温度降到2点,α相和剩余液相成分 分别达到M点和E点,在共晶温度tE发 生共晶转变:
W M 2P E 1E % 0 6 6 0 ..9 9 1 1 1 3 1 9 0% 0 7 0 .4 % 4
W ( ) P 2M M 1 E % 0 6 3 0 .9 1 1 0 1 9 1 9% 0 2 0 .6 % 5
H
23
相组成物α和β相的含 量分别为：
机械工程材料-思考与练习题答案
能
10. 金属再结晶后的晶粒大小与（ ）和（ ）有关。预先变形度；再结晶温度
11. 工业金属不能在（ ）变形度进行变形，否则再结晶后的晶粒（ ），使机械性能（ ）。
２-10％临界；粗大；降低
12. 铸钢锭经过热轧后，粗大的晶粒会（ ），缩松、气孔等缺陷会（ ），并且还会出现
（
）组织。细化；焊合；流线或纤维
晶粒细化
16. 金属热加工纤维组织是（ ）呈纤维状，此种组织的机械性能呈现（ ）。夹杂物及枝晶
偏析；方向性
17. 钢的锻造温度高于（
）温度，故属于（ ）加工。再结晶；热
18. 材料的弹性模量愈高，其刚度愈（ ）。刚度（ ）通过热处理改变；材料一定时，可通
过（ ）和（
）的方法来提高零件的刚度。高；不能；增加零件的横截面积；
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A，去应力退火 B，再结晶退火 C，完全退火 D，重结晶退火
3. 实测的晶体滑移需要的临界分切应力值比理论计算的小，这说明晶体滑移机制是（ ）。B
A，滑移面的刚性移动 B，位错在滑移面上运动 C，空位、间隙原子迁移 D，晶界迁移
A，属于热加工 B，属于冷加工 C，不是热加工或冷加工 D，无法确定
7. 晶体滑移总是沿着（ ）晶面和晶向进行。A
A，原子密度最大的 B，与外力成 45 度的 C，任意的 D，原子密度最小的
8. 为了提高零件的机械性能，通常将热轧圆钢中的流线（纤维组织）通过（
）。C
A，热处理消除 B，切削来切断 C，锻造使其分布合理 D，锻造来消除
相作用。∨ 5. 金属化合物以细小颗粒或片状均匀分布在固溶体中会使强度提高，化合物愈细小、分布愈均
考研材料科学基础试题及答案
材料科学基础习题叶荷 11及材料班2013-1-10 第三章二元合金相图和合金的凝固一、名词:相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。
匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。
平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。
成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。
异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。
枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。
共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程.脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。
包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。
成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度.二、简答：1。
固溶体合金结晶特点？答：异分结晶；需要一定的温度范围。
2。
晶内偏析程度与哪些因素有关？答:溶质平衡分配系数k0;溶质原子扩散能力；冷却速度。
3。
影响成分过冷的因素？答：合金成分;液相内温度梯度;凝固速度。
4。
相图分折有哪几步?答：以稳定化合物为独立组元分割相图并分析；熟悉相区及相;确定三相平衡转变性质。
三、绘图题绘图表示铸锭宏观组织三晶区。
四、书后习题1、何谓相图？有何用途？答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。
相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。
2、什么是异分结晶？什么是分配系数？答：异分结晶:结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。
分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。
3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除?答:晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降,使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多,在晶粒内部存在着浓度差.影响因素：1）分配系数k0：当k0<1时,k0值越小，则偏析越大;当k0>1时，k0越大，偏析也越大。