合金的結(jié)構(gòu)與二元狀態(tài)圖

1、第三章合金的結(jié)構(gòu)與二元狀態(tài)圖1 .解釋下列名詞：合金，組元，相，相圖；固溶體，金屬間化合物，機(jī)械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化。答：合金：通過熔煉，燒結(jié)或其它方法，將一種金屬元素同一種或幾種其它元素結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的新物質(zhì)，稱為合金。組元：組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。相：在金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分,均稱之為相。相圖：用來表示合金系中各個(gè)合金的結(jié)晶過程的簡明圖解稱為相圖。固溶體：合金的組元之間以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格結(jié)構(gòu)與組成合金的某一組元的相同，這種相稱為固溶體。金屬間化合物：合金的組元間發(fā)

2、生相互作用形成的一種具有金屬性質(zhì)的新相，稱為金屬間化合物。它的晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元，用分子式來表示其組成。機(jī)械混合物：合金的組織由不同的相以不同的比例機(jī)械的混合在一起，稱機(jī)械混合物。枝晶偏析：實(shí)際生產(chǎn)中，合金冷卻速度快，原子擴(kuò)散不充分，使得先結(jié)晶出來的固溶體合金含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶含低熔點(diǎn)組元較多，這種在晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為枝晶偏析。比重偏析：比重偏析是由組成相與溶液之間的密度差別所引起的。如果先共晶相與溶液之間的密度差別較大，則在緩慢冷卻條件下凝固時(shí)，先共晶相便會在液體中上浮或下沉，從而導(dǎo)致結(jié)晶后鑄件上下部分的化學(xué)成分不一致，產(chǎn)生比重偏析。固溶強(qiáng)化：通過溶入某種溶質(zhì)元素形成固

3、溶體而使金屬的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化：合金中以固溶體為主再有適量的金屬間化合物彌散分布，會提高合金的強(qiáng)度、硬度及耐磨性，這種強(qiáng)化方式為彌散強(qiáng)化。2 .指出下列名詞的主要區(qū)別：1）置換固溶體與間隙固溶體；答：置換固溶體：溶質(zhì)原子代替溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上的一部分原子而組成的固溶體稱置換固溶體。間隙固溶體：溶質(zhì)原子填充在溶劑晶格的間隙中形成的固溶體，即間隙固溶體。2）相組成物與組織組成物；相組成物：合金的基本組成相。組織組成物：合金顯微組織中的獨(dú)立組成部分。3 .下列元素在a-Fe中形成哪幾種固溶體？Si、CN、Cr、Mn答：Si、Cr、Mn形成置換固溶體；CN形成間隙固溶體。4 .試

4、述固溶強(qiáng)化、加工強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化的強(qiáng)化原理，并說明三者的區(qū)別.答：固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子溶入后，要引起溶劑金屬的晶格產(chǎn)生畸變，進(jìn)而位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到阻力增大。彌散強(qiáng)化：金屬化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶體為基體再有適量的金屬間化合物均勻細(xì)小彌散分布時(shí)，會提高合金的強(qiáng)度、硬度及耐磨性。這種用金屬間化合物來強(qiáng)化合金的方式為彌散強(qiáng)化。加工強(qiáng)化：通過產(chǎn)生塑性變形來增大位錯(cuò)密度，從而增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，引起塑性變形抗力的增加，提高合金的強(qiáng)度和硬度。區(qū)別：固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化都是利用合金的組成相來強(qiáng)化合金，固溶強(qiáng)化是通過產(chǎn)生晶格畸變，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大來強(qiáng)化合金；彌散強(qiáng)化是利用金屬化合物本身的高強(qiáng)度和硬度來強(qiáng)

5、化合金；而加工強(qiáng)化是通過力的作用產(chǎn)生塑性變形，增大位錯(cuò)密度以增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力來強(qiáng)化合金；三者相比，通過固溶強(qiáng)化得到的強(qiáng)度、硬度最低，但塑性、韌性最好，加工強(qiáng)化得到的強(qiáng)度、硬度最高，但塑韌性最差，彌散強(qiáng)化介于兩者之間。5 .固溶體和金屬間化合物在結(jié)構(gòu)和性能上有什么主要差別？答：在結(jié)構(gòu)上：固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑的結(jié)構(gòu)相同，而金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)不同于組成它的任一組元，它是以分子式來表示其組成。在性能上：形成固溶體和金屬間化合物都能強(qiáng)化合金，但固溶體的強(qiáng)度、硬度比金屬間化合物低，塑性、韌性比金屬間化合物好，也就是固溶體有更好的綜合機(jī)械性能。6 .何謂共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)和共析反應(yīng)？試比較這三種反應(yīng)的

6、異同點(diǎn).答：共晶反應(yīng)：指一定成分的液體合金，在一定溫度下，同時(shí)結(jié)晶出成分和晶格均不相同的兩種晶體的反應(yīng)。包晶反應(yīng)：指一定成分的固相與一定成分的液相作用，形成另外一種固相的反應(yīng)過程。共析反應(yīng)：由特定成分的單相固態(tài)合金，在恒定的溫度下，分解成兩個(gè)新的，具有一定晶體結(jié)構(gòu)的固相的反應(yīng)。共同點(diǎn)：反應(yīng)都是在恒溫下發(fā)生，反應(yīng)物和產(chǎn)物都是具有特定成分的相，都處于三相平衡狀態(tài)。不同點(diǎn)：共晶反應(yīng)是一種液相在恒溫下生成兩種固相的反應(yīng)；共析反應(yīng)是一種固相在恒溫下生成兩種固相的反應(yīng)；而包晶反應(yīng)是一種液相與一種固相在恒溫下生成另一種固相的反應(yīng)。7 .二元合金相圖表達(dá)了合金的哪些關(guān)系？答：二元合金相圖表達(dá)了合金的狀態(tài)與溫度

7、和成分之間的關(guān)系。8 .在二元合金相圖中應(yīng)用杠桿定律可以計(jì)算什么？答：應(yīng)用杠桿定律可以計(jì)算合金相互平衡兩相的成分和相對含量。9 .已知A（熔點(diǎn)600C）與B（500C）在液態(tài)無限互溶；在固態(tài)300C時(shí)A溶于B的最大溶解度為30%,室溫時(shí)為10%（1B不溶于A;在300c時(shí)，含40%B的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)?，F(xiàn)要求：1）作出A-B合金相圖；2）分析20%A,45%A,80%A等合金的結(jié)晶過程，并確定室溫下的組織組成物和相組成物的相對量。答：（1）（2） 20%砧金如圖:合金在1點(diǎn)以上全部為液相，當(dāng)冷至1點(diǎn)時(shí)，開始從液相中析出a固溶體，至2點(diǎn)結(jié)束，23點(diǎn)之間合金全部由a固溶體所組成，但當(dāng)合金冷到3

8、點(diǎn)以下，由于固溶體a的濃度超過了它的溶解度限度，于是從固溶體a中析出二次相A,因此最終顯微組織：廿An相組成物：祗AA=(90-80/90)*100%=11%of1-A%=89%45%A合金如圖：合金在1點(diǎn)以上全部為液相，冷至1點(diǎn)時(shí)開始從液相中析出a固溶體，此時(shí)液相線成分沿線BE變化，固相線成分沿BD線變化，當(dāng)冷至2點(diǎn)時(shí)，液相線成分到達(dá)E點(diǎn)，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成(A+a)共晶體，合金自2點(diǎn)冷至室溫過程中，自中析出二次相An,因而合金室溫組織：An+a+(A+o)相組成物：A+a組織：An=(70-55)/70*100%=21%a=1-An=79%A+o=(70-55)/(70-40)*100%=

9、50%相：A=(90-55)/90*100%=50%a=1-A%=50%80%砧金如圖：合金在1點(diǎn)以上全部為液相，冷至1點(diǎn)時(shí)開始從液相中析出A,此時(shí)液相線成分沿AE線變化，冷至2點(diǎn)時(shí)，液相線成分到達(dá)點(diǎn)，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成(A+a)共晶體，因而合金的室溫組織：A+(A+)相組成物：A+a組織：A=(40-20)/40*100%=50%A+o=1-A%=50%相：A=(90-20)/90*100%=78%o=1-A%=22%10 .某合金相圖如圖所示。L1)試標(biāo)注一空白區(qū)域中存在相的名稱；2)指出此相圖包括哪幾種轉(zhuǎn)變類型；3)說明合金I的平衡結(jié)晶過程及室溫下的顯微組織。答：(1)：L+丫：丫+B：0+(o+B)：B+an(2)勻晶轉(zhuǎn)變；共析轉(zhuǎn)變(3)合金在1點(diǎn)以上全部為液相，冷至1點(diǎn)時(shí)開始從液相中析出丫固溶體至2點(diǎn)結(jié)束,23點(diǎn)之間合金全部由丫固溶體所組成,3點(diǎn)以下，開始從丫周溶體中析出a固溶體，冷至4點(diǎn)時(shí)合金全部由a固溶體所組成,45之間全部由a固溶體所組成，冷到5點(diǎn)以下，由于a固溶體的濃度超過了它的溶解度限度，從a中析出第二相B固溶體，最終得到室穩(wěn)下的顯微組織：c+pn11 .有形狀、尺寸相同的兩個(gè)Cu-Ni合金鑄件，一個(gè)含90%Ni,另一個(gè)含50%Ni,鑄后自然冷卻，問