金屬學(xué)及熱處理練習(xí)題答案

1、第一章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)馬氏體沉淀硬化不銹鋼,它是美國 ARMCO 鋼公司在1949年發(fā)表的,其特點是強度高,耐蝕性好,易焊接,熱處理工藝簡單,缺點是延韌性和切削性能差,這種馬氏體不銹鋼與靠間隙元素碳強化的馬氏體鋼不同,它除靠馬氏體相變外并在它的基體上通過時效處理析出金屬間化合物來強化。正因為如此而獲得了強度高的優(yōu)點,但延韌性卻差。1、試用金屬鍵的結(jié)合方式，解釋金屬具有良好的導(dǎo)電性、正的電阻溫度系數(shù)、導(dǎo)熱性、塑性和金屬光澤等基本特性. 答：(1)導(dǎo)電性：在外電場的作用下，自由電子沿電場方向作定向運動。 (2)正的電阻溫度系數(shù)：隨著溫度升高，正離子振動的振幅要加大，對自由電子通過的阻礙作用也加大，

2、即金屬的電阻是隨溫度的升高而增加的。(3)導(dǎo)熱性：自由電子的運動和正離子的振動可以傳遞熱能。(4) 延展性：金屬鍵沒有飽和性和方向性，經(jīng)變形不斷裂。(5)金屬光澤：自由電子易吸收可見光能量，被激發(fā)到較高能量級，當(dāng)跳回到原位時輻射所吸收能量，從而使金屬不透明具有金屬光澤。2、填空：1)金屬常見的晶格類型是面心立方、體心立方、 密排六方 。2)金屬具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性和金屬光澤主要是因為金屬原子具有 金屬鍵 的結(jié)合方式。 3)物質(zhì)的原子間結(jié)合鍵主要包括 金屬鍵 、 離子鍵和 共價鍵 三種。4)大部分陶瓷材料的結(jié)合鍵為 共價鍵 。5)高分子材料的結(jié)合鍵是 范德瓦爾鍵 。6)在立方晶系中，某

3、晶面在x軸上的截距為2，在y軸上的截距為1/2；與z軸平行，則該晶面指數(shù)為 （ （ 140 ） ） .7)在立方晶格中，各點坐標(biāo)為：A (1，0，1)，B (0，1，1)，C (1，1，1/2)，D(1/2，1，1/2)，那么AB晶向指數(shù)為 （-110） ，OC晶向指數(shù)為 （221） ，OD晶向指數(shù)為 （121） 。8)銅是 （面心）結(jié)構(gòu)的金屬，它的最密排面是（111 ）。9) -Fe、-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn中屬于體心立方晶格的有（ -Fe 、 Cr、V ） ，屬于面心立方晶格的有（ -Fe、Al、Cu、Ni ） ，屬于密排六方晶格的有 （ Mg、Zn ） 。3、判斷1

4、)正的電阻溫度系數(shù)就是指電阻隨溫度的升高而增大。（ ）2)金屬具有美麗的金屬光澤，而非金屬則無此光澤，這是金屬與非金屬的根本區(qū)別。（）3) 晶體中原子偏離平衡位置，就會使晶體的能量升高，因此能增加晶體的強度。( )4) 在室溫下,金屬的晶粒越細(xì),則其強度愈高和塑性愈低。()5) 實際金屬中存在著點、線和面缺陷，從而使得金屬的強度和硬度均下降。 ()6)體心立方晶格中最密原子面是110，原子排列最密的方向也是 .（對）7)面心立方晶格中最密的原子面是111，原子排列最密的方向是。 ( 對 )8)純鐵加熱到912時將發(fā)生-Fe向-Fe的轉(zhuǎn)變，體積會發(fā)生膨脹。 ( 錯 )9)晶胞是從晶格中任意截取的

5、一個小單元。(錯)10)純鐵只可能是體心立方結(jié)構(gòu)，而銅只可能是面心立方結(jié)構(gòu)。 (錯)4、選擇題1)金屬原子的結(jié)合方式是（ C ） A離子鍵 B 共價鍵 C 金屬鍵 D 分子鍵2)晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特征是（ B ） A 近程有序排列 B 遠(yuǎn)程有序排列 C 完全無序排列 D 部分有序排列3)正的電阻溫度系數(shù)是指 （ B） A 隨溫度增高導(dǎo)電性增大的現(xiàn)象 B 隨溫度降低電阻下降的現(xiàn)象 C 隨溫度升高電阻減少的現(xiàn)象 D 隨溫度降低電阻升高的現(xiàn)象4)金屬鍵的一個基本特征是（A ） A 沒有方向性 B具有飽和性 C. 具有擇優(yōu)取向性 D. 沒有傳導(dǎo)性。5）晶體中的位錯屬于 ( D ) A體缺陷 B 點缺陷 C

6、 面缺陷 D線缺陷6）亞晶界的結(jié)構(gòu)是( B ) A由點缺陷堆集而成 B 由位錯垂直排列成位錯墻面構(gòu)成 C 由晶界間的相互作用構(gòu)成 D 由雜質(zhì)和空位混合組成7）多晶體具有( C ) A各向同性 B 各向異性 C 偽各向同性 D 偽各向異性一、標(biāo)出下圖中給定晶面和晶向的指數(shù)。標(biāo)出OOAA 、OOBB 、ODC的晶面指數(shù)和標(biāo)出給定晶向的指數(shù)：BD、BB、OD。OOAABBCCDDxyzOOAABBCCDDxyz答：OOAA晶面指數(shù)，求CCBB即可。截距分別為：，1， ， 倒數(shù)后得晶面指數(shù)：（0 1 0）OOAABBCCDDxyzEE1/2 1/21/2OOBB的晶面指數(shù)，求DDEE即可。截距分別為：

7、 -1/2，1/2，倒數(shù)、求整后，得晶面指數(shù)為：（ 1 0）OOAABBCCDDxyz 1/2FP 1/2 1ODC的晶面指數(shù)，求PFO即可。截距分別為： 1/2，-1，1，倒數(shù)后，得晶面指數(shù)為：（2 1）OOAABBCCDDxyz 1/2102標(biāo)出晶向的指數(shù)：BD、BB、ODBD：-1/2, 0， -1 102BB：0，0，1 001OD：1/2, 1， 1 122二、在立方晶胞中畫出以下晶面或晶向：（231）（102）（110）013111XYZ(110)111XYZ1/2(231)1/31/2(102)0133、在體心立方晶胞中畫出一個最密排方向并標(biāo)明晶向指數(shù)；再畫出過該方向的兩個不同的

8、低指數(shù)(簡單)晶面，寫出對應(yīng)的晶面指數(shù)。4、分別畫出立方晶系晶胞內(nèi)的(110)、(112)晶面和（110）、（111)晶向。5、畫出立方晶系中(111)面、(435)面。寫出立方晶系空間點陣特征。立方晶系中(111)面、(435)面如右圖所示。立方晶系空間點陣特征是點陣參數(shù)有如下關(guān)系：a =b=c，=90。也可用具有哪類對稱元素表示，若有四個三次轉(zhuǎn)軸，則對應(yīng)立方點陣。三、已知銅原子直徑為0.256nm，試計算 1mm3銅中的原子數(shù)以及Cu的晶格常數(shù)。答： a = = 1.4140.256=0.362 (nm) 1mm3中的原子數(shù)為： 1/a3 4 = 4/(0.36210-6)3 = 8.43

9、1019 (個) 四、已知鐵的原子量為55.85，1g鐵有多少個原子? 計算1g鐵在室溫和1000時各有多少個晶胞?答： 原子數(shù)：6.023102355.85=1.081022 （個） 室溫時鐵為體心立方結(jié)構(gòu)，單位晶胞中有2個原子，故1g鐵中含5.41021個晶胞 1000時為面心立方結(jié)構(gòu)，單位晶胞中有4個原子，故1g鐵中含2.71021個晶胞五、Ni的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方，其原子半徑為r = 0.1243nm，已知Ni的原子量為58.69，試求Ni的晶格常數(shù)和密度。七、問答題1、簡述金屬晶體中缺陷的類型答：按尺寸可分為：點缺陷，如溶質(zhì)、雜質(zhì)原子、空位；線缺陷，如位錯；面缺陷，如各種晶界、相界、

10、表面等；體缺陷，如孔洞、氣泡等。體缺陷對材料性能是絕對有害的。2、什么是點陣參數(shù)?正方晶系和立方晶系的空間點陣特征是什么? 答:點陣參數(shù)是描述點陣單胞幾何形狀的基本參數(shù)，由六個參數(shù)組成，即三個邊長a、b、c和它們之間的三個夾角、。正方晶系的點陣參數(shù)特征是abc，=90立方晶系的點陣參數(shù)特征是a=b=c，=903、什么是晶面族？111晶面族包含哪些晶面? (111)、(11)、(11)、(1） 答：晶體中原子或分子排列相同的晶面的組合稱為晶面族。因?qū)ΨQ關(guān)系，這些面往往不止一種。立方系111晶面族包括 四個。4、面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)金屬中的原子堆垛方式和致密度是否有差異?請加以說明。答：FC

11、C和HCP均按ABCABC方式堆垛；致密度也都是0.74。5、根據(jù)缺陷相對于晶體尺寸和其影響范圍的大小，缺陷可以分為哪幾類?簡述這幾類缺陷的特征。答：點缺陷：沿三個方向的尺寸很小，溶質(zhì)原子、間隙原子、空位。 線缺陷：沿兩個方向的尺寸很小，第三個方向上的尺寸很大，甚至可貫穿整個晶體，指位錯。 面缺陷：沿一個方向上的尺寸很小，另兩個方向上的尺寸很大，如晶界，相界。 體缺陷：在三個方向上的尺寸都較大，但不是很大，如第二相粒子，顯微空洞。6、點缺陷(如間隙原子或代位原子)和線缺陷(如位錯)為何會發(fā)生交互作用?這種交互作用如何影響力學(xué)性能?答：點缺陷產(chǎn)生畸變，使局部能量提高，附近有彈性應(yīng)變場；位錯也是如

12、此，但位錯周圍不同位置應(yīng)力場狀態(tài)不同，有的為壓應(yīng)力，有的為拉應(yīng)力；點缺陷會聚集到位錯上使應(yīng)變能降低，使系統(tǒng)的能量下降，吸附溶質(zhì)的位錯是一種穩(wěn)定組態(tài)；此時位錯被釘扎而難以運動，使強度提高，會產(chǎn)生上下屈服點效應(yīng)。7、單相金屬或合金各晶粒間的界面一般稱之為晶界，通常晶界又分為小角度晶界和大角度晶界兩大類，試問：劃分為兩類晶界的依據(jù)是什么?并討論構(gòu)成小角度晶界的結(jié)構(gòu)模型。答：依據(jù)是按界面兩側(cè)晶粒間的取向差，10的稱大角度晶界。小角度晶界的結(jié)構(gòu)模型是位錯模型，比如對稱傾轉(zhuǎn)晶界用一組平行的刃位錯來描述。8、討論晶體結(jié)構(gòu)和空間點陣之間的關(guān)系。答、兩者之間的關(guān)系可用“空間點陣+基元=晶體結(jié)構(gòu)”來描述。空間點陣

13、只有14種，基元可以是無窮多種，因而構(gòu)成的具體的晶體結(jié)構(gòu)也是無窮多種。9、敘述常見的金屬晶體中的內(nèi)外界面。答、它們包括晶界、相界、表面、孿晶界、層錯。 晶界是同種晶粒之間的交界面；相界是結(jié)構(gòu)、成分不同的相間的交界面；表面是晶體與大氣或外界接觸的界面；孿晶界是發(fā)生孿生后產(chǎn)生的新界面，是特殊的大角晶界，可是共格的或半共格的；低能層錯是單相晶體內(nèi)因堆垛順序反常變化后出現(xiàn)的新界面，也是低能界面，與孿晶界能量相近。10、簡述刃型位錯和螺型位錯的重要特征。答：刃型位錯的重要特征：刃型位錯有一額外半原子面位錯線是一個具有一定寬度的細(xì)長晶格畸變管道，其中有正應(yīng)力也有切應(yīng)變，對于正刃型位錯，滑移面之上晶格受到壓

14、應(yīng)力，滑移面上受到拉應(yīng)力，負(fù)刃型位錯正好相反位錯線與晶體的滑移方向相垂直。位錯線運動的方向垂直于位錯線。刃型位錯的柏氏矢量與其位錯線相垂直。螺型位錯的重要特征：螺型位錯沒有額外半原子面位錯線是一個具有一定寬度的細(xì)長晶格畸變管道，其中只有切應(yīng)變，沒有正應(yīng)力位錯線與晶體的滑移方向相平行。位錯線運動的方向垂直于位錯線。螺型位錯的柏氏矢量與其位錯線相平行。名詞解釋：1、金屬鍵：自由電子與原子核之間靜電作用產(chǎn)生的鍵合力。2、位錯：是晶體內(nèi)的一種線缺陷，其特點是沿一條線方向原子有規(guī)律地發(fā)生錯排；這種缺陷用一線方向和一個柏氏矢量共同描述。3、點陣畸變：在局部范圍，原子偏離其正常的點陣平衡位置，使點陣產(chǎn)生彈性

15、畸變，稱為點陣畸變。4、柏氏矢量：描述位錯特征的一個重要矢量，它集中反映了位錯區(qū)域內(nèi)畸變總量的大小和方向；也是位錯掃過后晶體相對滑動的量。5、刃型位錯和螺型位錯模型:將晶體上半部切開，插入半個晶面，再粘合起來；這樣，在相當(dāng)于刃端部位為中心線的附近一定范圍，原子發(fā)生有規(guī)則的錯動。其特點是上半部受壓，下半部受拉。這與實際晶體中的刃位錯造成的情景相同，稱刃型位錯模型。同樣，將晶體的前半部切開，以刃端為界使左右兩部分沿上下發(fā)生一個原子間距的相對切變，再粘合起來，這時在已切動和未切動交界線附近，原子錯動情況與真實的螺位錯相似，稱螺型位錯模型。第二章 純金屬的結(jié)晶 (一) 填空題1金屬結(jié)晶兩個密切聯(lián)系的基

16、本過程是形核和長大。2 在金屬學(xué)中，通常把金屬從液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為 結(jié)晶 ，通常把金屬從一種結(jié)構(gòu)的固態(tài)向另一種結(jié)構(gòu)的固態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為 相變 。3當(dāng)對金屬液體進(jìn)行變質(zhì)處理時，變質(zhì)劑的作用是 增加非均質(zhì)形核的形核率來細(xì)化晶粒 4液態(tài)金屬結(jié)晶時，獲得細(xì)晶粒組織的主要方法是 控制過冷度、加入結(jié)構(gòu)類型相同的形核劑、振動、攪動5金屬冷卻時的結(jié)晶過程是一個 放 熱過程。6液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點為長程無序，短程有序。7如果其他條件相同，則金屬模澆注的鑄件晶粒比砂模澆注的細(xì)小 ，高溫澆注的鑄件晶粒比低溫澆注的粗大，采用振動澆注的鑄件晶粒比不采用振動的細(xì)小，薄鑄件的晶粒比厚鑄件 細(xì)小。8過冷度是 金屬相變過程中冷卻到

17、相變點以下某個溫度后發(fā)生轉(zhuǎn)變，即平衡相變溫度與該實際轉(zhuǎn)變溫度之差。一般金屬結(jié)晶時，過冷度越大，則晶粒越 細(xì)小 。9、固態(tài)相變的驅(qū)動力是新、舊兩相間的自由能差。10、金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件為 金屬液必須過冷 。11、金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件為 在過冷金屬液中具有尺寸較大的相起伏，即晶坯 。12、鑄錠的宏觀組織包括 外表面細(xì)晶區(qū)、中間等軸晶區(qū)和心部等軸晶區(qū) 。(二) 判斷題1 凡是由液態(tài)金屬冷卻結(jié)晶的過程都可分為兩個階段。即先形核，形核停止以后，便發(fā)生長大，使晶粒充滿整個容積。 ( )2凡是由液體凝固成固體的過程都是結(jié)晶過程。 ( )3近代研究表明：液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與固態(tài)金屬比較接近，而與氣態(tài)相差較遠(yuǎn)。 (

18、 )4金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程，是由近程有序排列向遠(yuǎn)程有序排列轉(zhuǎn)變的過程。( )5當(dāng)純金屬結(jié)晶時，形核率隨過冷度的增加而不斷增加。( ) P41+76在結(jié)晶過程中，當(dāng)晶核成長時，晶核的長大速度隨過冷度的增大而增大，但當(dāng)過冷度很大時，晶核的長大速度則很快減小。 ( ) P53 圖2-337金屬結(jié)晶時，冷卻速度愈大，則其結(jié)晶后的晶粒愈細(xì)。( ) P53-12 8所有相變的基本過程都是形核和核長大的過程。( )9在其它條件相同時，金屬模澆注的鑄件晶粒比砂模澆注的鑄件晶粒更細(xì)( ) 10在其它條件相同時，高溫澆注的鑄件晶粒比低溫澆注的鑄件晶粒更細(xì)。( ) 11在其它條件相同時，鑄成薄件的晶粒比鑄成厚

19、件的晶粒更細(xì)。( )12. 金屬的理論結(jié)晶溫度總是高于實際結(jié)晶溫度。 ( ) 14在實際生產(chǎn)條件下，金屬凝固時的過冷度都很小(20)，其主要原因是由于非均勻形核的結(jié)果。 ( )15過冷是結(jié)晶的必要條件，無論過冷度大小，均能保證結(jié)晶過程得以進(jìn)行。 ( )(三) 選擇題1 液態(tài)金屬結(jié)晶的基本過程是 A A邊形核邊長大 B先形核后長大 C自發(fā)形核和非自發(fā)形核 D枝晶生長2液態(tài)金屬結(jié)晶時， C 越大，結(jié)晶后金屬的晶粒越細(xì)小。 A形核率N B長大率G C比值NG D比值GN3過冷度越大，則 A AN增大、G減少，所以晶粒細(xì)小 BN增大、G增大，所以晶粒細(xì)小 C N增大、G增大，所以晶粒粗大 DN減少、G

20、減少，所以晶粒細(xì)小4純金屬結(jié)晶時，冷卻速度越快，則實際結(jié)晶溫度將 B 。 A越高 B 越低 C越接近理論結(jié)晶溫度 D沒有變化5若純金屬結(jié)晶過程處在液固兩相平衡共存狀態(tài)下，此時的溫度將比理論結(jié)晶溫度C P35-3 A更高 B更低 C；相等 D高低波動6在實際金屬結(jié)晶時，往往通過控制NG比值來控制晶粒度。在下列 B 情況下將獲得粗大晶粒。 ANG很大 BNG很小 CNG居中 DNG1（四）、問答題1、為什么金屬結(jié)晶時必須過冷? P3536 影響過冷度的因素有哪些？P33+22、 簡述晶體成長形狀與溫度梯度的關(guān)系 P49513、晶粒大小對金屬性能有何影響?如何細(xì)化晶粒? P52544、相同過冷度下比

21、較均勻形核與非均勻形核的臨界半徑、臨界形核功、臨界晶核體積，哪個大?5、簡述連鑄坯三晶區(qū)形成原因及性能特點。6、獲得更多等軸晶的措施有哪些？7、簡述凝固過程的宏觀特征，敘述凝固過程中晶體成長的機理。凝固時宏觀特征是：要有一定的過冷度，會放出明顯的結(jié)晶潛熱。成長機理有三種：連續(xù)式成長、二維形核及借助臺階側(cè)向生長、借螺旋位錯生長。8、敘述鋼錠或連鑄坯中常見的宏觀組織缺陷，消除或改善方法。宏觀缺陷有：宏觀偏析(如正常偏析、反常偏析、比重偏析)和帶狀組織以及縮孔、疏松、氣泡等。嚴(yán)格講，也包括三晶區(qū)的組織不均勻性。宏觀缺陷(化學(xué)不均勻性、物理不均勻性和組織不均勻性)往往是相互聯(lián)系的，一般希望盡可能多而細(xì)

22、的中心等軸晶，可采用加孕育劑、加大冷速、加強液體運動(如電磁攪拌、機械攪拌)等方法，細(xì)化晶粒，消除柱狀晶，這樣與柱狀晶枝狀晶區(qū)相伴隨的宏觀偏析和縮孔、氣泡也就明顯改善了。第三章 二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶一、填空題1 合金的定義是 兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或其它方法結(jié)合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。 2合金中的組元是指組成合金最基本的、能獨立存在的物質(zhì)。3固溶體的定義是 合金組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的、且晶格類型與組元之一相同的固相稱之為固溶體。4Cr、V在-Fe中將形成 置換 固溶體。C、N則形成 間隙 固溶體。5和間隙原子相比，置換原子的固溶強化效果要 小 些。6當(dāng)固

23、溶體合金結(jié)晶后出現(xiàn)枝晶偏析時，先結(jié)晶出的樹枝主軸含有較多的 高熔點 組元。7共晶反應(yīng)的特征是 在同一溫度下，由一定成分的液相轉(zhuǎn)變成成分一定的兩個固相（三相共存）。在共晶點處凝固溫度最低。其反應(yīng)式為 L （液）（固）+ （固）。 8勻晶反應(yīng)的特征是結(jié)晶出的晶體與母相化學(xué)成分不同（異分結(jié)晶），結(jié)晶在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，其反應(yīng)式為L9共析反應(yīng)的特征是在同一溫度下，由一定成分的固相轉(zhuǎn)變成成分一定的兩個固相（三相共存）。在共析點處析出溫度最低。，其反應(yīng)式為 g (a + b) 共析體。 10合金固溶體按溶質(zhì)原子溶入方式可以分為 置換和間隙 ，按原子溶入量可以分為 有限 和 無限 11合金的相結(jié)構(gòu)有 固

24、溶體和 金屬化合物 兩種，前者具有較高的 塑韌性能，適合于做 基體相；后者有較高的 硬度性能，適合于做 強化 相12看圖41，請寫出反應(yīng)式和相區(qū)：ABC 包晶線 ；DEF 共晶線 ；GHI 共析線 ； L+； +； + ； L+ ； L+ ； 13相的定義是 指合金中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一并以界面相互分開的組成部分，組織的定義是 在顯微鏡下能清楚地區(qū)分開的獨立組成部分。 14間隙固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑相同，而間隙相的晶體結(jié)構(gòu)與 溶劑不同。15、同分凝固（結(jié)晶）的定義 純金屬結(jié)晶時，所結(jié)晶出的固相成分與液相成分完全一樣的結(jié)晶。異分凝固（結(jié)晶）的定義固溶體合金結(jié)晶時所結(jié)晶出的固相成分與液相成分不

25、同的結(jié)晶。16接近共晶成分的合金，其 鑄造 性能較好；但要進(jìn)行壓力加工的合金常選用 固溶體 的合金。17根據(jù)圖42填出： 水平線反應(yīng)式= + ；有限固溶體 、 、 無限固溶體 。液相線 凸AB ，固相線 凹AB ， 固溶線 CF 、 EG 18共晶組織的一般形態(tài)是 層片狀、棒狀、球狀、針狀、螺旋狀、蛛網(wǎng)狀、放射狀 。19、偏析的定義合金中化學(xué)成分的不均勻性。20、正溫度梯度下，隨成分過冷程度增大分別形成平面晶、胞狀晶和 樹枝晶 。21、為消除晶內(nèi)偏析和離異共晶，工業(yè)上廣泛應(yīng)用 均勻化退火方法。22、連續(xù)脫溶的含義隨新相生成，母相成分連續(xù)地由過飽和態(tài)轉(zhuǎn)變到飽和態(tài)。23、中間相的定義合金組元間相互

26、作用所形成的、與純組元結(jié)構(gòu)不同的相，在相圖的中間區(qū)域。二、判斷題 1共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)的反應(yīng)相和產(chǎn)物都是相同的。 ( ) 2鑄造合金常選用共晶或接近共晶成分的合金，要進(jìn)行塑性變形的合金常選用具有單相固溶體成分的合金。 ( ) 3置換固溶體可能形成無限固溶體，間隙固溶體只可能是有限固溶體。 ( ) 4合金中的固溶體一般說塑性較好，而金屬化合物的硬度較高。 ( )5共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)都是在一定濃度和一定溫度下進(jìn)行的。 ( ) 6共晶點成分的合金冷卻到室溫下為單相組織。 ( ) 7初生晶和次生晶的晶體結(jié)構(gòu)是相同的。 ( ) 8根據(jù)相圖，我們不僅能夠了解各種合金成分的合金在不同溫度下所處的狀態(tài)及相的相

27、對量，而且還能知道相的大小及其相互配置的情況。 () 9亞共晶合金的共晶轉(zhuǎn)變溫度與共晶合金的共晶轉(zhuǎn)變溫度相同。 ( ) 10過共晶合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的液相成分與共晶合金成分是一致的。 ( )11固溶體合金的勻晶結(jié)晶需要在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。（）12、杠桿定律只適用于二元相圖的兩相區(qū)。（ ）P71-513、高溫下已達(dá)到飽和的有限固溶體，當(dāng)冷卻至低溫時，固溶度降低，析出其他相.（） 14、固溶體強硬度較純金屬高。（）15、鑄造性能取決于結(jié)晶區(qū)間：液固相線之間距離越大，鑄造性能越差。（）16、二元相圖中，相鄰相區(qū)中的相數(shù)只相差一個（點接觸除外）。（）三、選擇題 1固溶體的晶體結(jié)構(gòu)是 A A溶劑的晶型

28、 B溶質(zhì)的晶型 C 復(fù)雜晶型 D其他晶型 2 金屬化合物的特點是 C A高塑性 B高韌性 C 高硬度 D高強度 3當(dāng)勻晶合金在較快的冷卻條件下結(jié)晶時將產(chǎn)生 C A勻晶偏析 B 比重偏 C枝晶偏析 D區(qū)域偏析 4當(dāng)二元合金進(jìn)行共晶反應(yīng)時，其相組成是 C A由單相組成 B 兩相共存 C 三相共存 D四相組成 5當(dāng)共晶成分的合金在剛完成共晶反應(yīng)后的組織組成物為 C A. + B(L) C(+) DL+6具有勻晶型相圖的單相固溶體合金 B A鑄造性能好 B鍛壓性能好 C 熱處理性能好 D切削性能好7二元合金中，共晶成分的合金 A A鑄造性能好 B 鍛造性能好 C 焊接性能好 D熱處理性能好8共析反應(yīng)是

29、指 B A液相固相+固相 B 固相固相+固相 C從一個固相內(nèi)析出另一個固相 D 從一個液相中析出另一個固相9共晶反應(yīng)是指 A A液相固相+固相 B 固相固相+固相 C從一個固相內(nèi)析出另一個固相 D 從一個液相中析出另一個固相10固溶體和它的純金屬組元相比 D 。 A強度高，塑性也高些 B 強度低，但塑性高些 C 強度低，塑性也低些 D 強度高，但塑性低些四、計算題：1一個二元共晶反應(yīng)如下： L(W(B)75)(W(B)15)+(W(B)=95) (1)求w(B)50的合金完全凝固時初晶與共晶(十)的重量百分?jǐn)?shù)，以及共晶體中相與相的重量百分?jǐn)?shù)；(2)若已知顯微組織中初晶與(+)共晶各占一半，求該

30、合金成分。解：（1）W初=（75-50）/（75-15）=41.67%W(十)共晶=（50-15）/（75-15）=58.33%W=（95-50）/(95-15)=56.25%W共=(50-15)/(95-15)=43.75%W共=56.25%-41.67%=14.58%（2）設(shè)合金成分為x，則：W初=(x-75)/(95-75)=50% x=85%即：w(B)85LABAB3515B+LA初+(A+B)(A+B)A+LB初+(A+B)BB+AHB2按照下面給出的條件，示意畫出二元合金的相圖，并填出各區(qū)域的相組成物和組織組成物。再根據(jù)相圖畫出合金的硬度與成分的關(guān)系曲線。 已知A、B組元在液態(tài)時

31、無限互溶，在固態(tài)時能形成共晶，共晶成分為W(B)=35。A組元在B組元中有限固溶，溶解度在共晶溫度時為15，在室溫時為10；B組元在A組元中不能溶解。B組元比A組元的硬度高。Pb 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Sn400300200100a(327.5)(231.9)ecdfgLL+L+b溫度 10 20 30 40 50 60 70 80 903、討論：Pb-Sn合金相圖如下所示：(1) 試標(biāo)出各區(qū)域的組織；(2) 指出組織中含最多和最少的成分；(3) 指出組織中含共晶體（）最多和最少的成分，(4) 指出最容易和最不容易產(chǎn)生枝晶偏析的成分；(5) 含30Sn的Pb-S

32、n合金在183剛結(jié)束共晶反應(yīng)時和室溫時，各具有何種相構(gòu)成與組織構(gòu)成？五、問答題1、簡述鑄錠的宏觀偏析。P9293答：宏觀偏析分：正常偏析、反常偏析和比重偏析。 正常偏析：指按合金的分配系數(shù)(設(shè)ko1)，先析出的含溶質(zhì)低，后凝固的含溶質(zhì)多。因鑄錠尺寸大，由表面到中心成分不均勻，偏析出現(xiàn)在宏觀尺度上，稱宏觀偏析。 反常偏析：仍遵守分配系數(shù)關(guān)系，只是形成大量枝晶后，富集溶質(zhì)的液相會沿枝晶間的通道逆向反流到先凝固的鑄錠表面附近，造成由表面到中心成分分布的反常。 比重偏析：是凝固時，固相與液相比重不同，而沉積或漂浮，從而造成鑄錠下端與上端成分的不均勻，也是宏觀尺度。2、對比純金屬與固溶體結(jié)晶過程的異同，

33、分析固溶體結(jié)晶過程的特點。P33 P733、什么是固溶體?影響固溶度的原因有哪些?固溶體與其純?nèi)軇┙M元相比，其結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和物理性能發(fā)生了哪些變化?答：固溶體：溶質(zhì)原子以原子態(tài)溶人溶劑點陣中組成的單一均勻固體；溶劑的點陣類型被保留。 影響固溶度的因素有： （1）原子尺寸因素。當(dāng)溶劑、溶質(zhì)原子尺寸相對大小r15時，才有大的固溶度。 （2）負(fù)電性因素。溶劑、溶質(zhì)的負(fù)電性差越小固溶度越大。 （3）電子濃度因素。有兩方面的含義：一是原子價效應(yīng)，即同一溶劑金屬，溶質(zhì)的原子價越高，固溶度越??；二是相對價效應(yīng)，即高價溶質(zhì)溶人溶劑的固溶度低于低價溶質(zhì)的情況。 特點是：固溶體中有點陣畸變(強度、硬度會提高)而

34、造成點陣常數(shù)變化；出現(xiàn)原子偏聚或有序化，甚至形成有序固溶體。 固溶體的結(jié)構(gòu)變化：點陣畸變，點陣常數(shù)變化，偏聚及短程有序，甚至形成有序固溶體。力學(xué)性能變化：硬度、強度提高，塑性下降。物理性能變化：電阻加大，導(dǎo)電率下降。4、何謂相圖?相圖能說明哪些問題?實際生產(chǎn)中有何應(yīng)用價值? P695、何謂杠桿定律?它在二元合金系中可以解決什么問題? P716、為什么固溶體合金結(jié)晶時成分間隔和溫度間隔越大則流動性不好，分散縮孔大、偏析嚴(yán)重以及熱裂傾向大? P1057、簡述二元系中共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)和共析反應(yīng)的特點，并計算其各相平衡時的自由度。答：共晶反應(yīng)：是液相同時凝固出兩個不同成分的固相，兩固相相互配合生長，

35、一般長成片層狀。共析與共晶相似，只是母相是固相，即一個固相同時生成另兩個不同成分的固相。包晶反應(yīng)：是液相與一個固相反應(yīng)生成另一個固相，新生成的固相包住原有的固相，反應(yīng)需要固相中的擴散，速度較慢。這三種反應(yīng)出現(xiàn)時，自由度都是0，即三相成分固定，溫度也固定。8、無論置換固溶體還是間隙固溶體都會引起強度升高，試分析其原因。答：一是溶質(zhì)原子的溶入使晶格畸變，阻礙滑移面上位錯運動。二是位錯線上偏聚的溶質(zhì)原子對位錯的釘扎作用，形成“柯氏氣團(tuán)”對位錯起釘扎作用。第四章 鐵碳合金一、填空題1滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)是 正交晶系 ，按其化學(xué)式鐵與碳原子的個數(shù)比為 3:1 2當(dāng)一塊質(zhì)量一定的純鐵加熱到 912 溫度時，將

36、發(fā)生a-Fe向-Fe的轉(zhuǎn)變，此時體積將發(fā)生 收縮 。3共析成分的鐵碳合金平衡結(jié)晶至室溫時，其相組成物為 和 Fe3C，組織成物為 P 。 4在生產(chǎn)中，若要將鋼進(jìn)行軋制或鍛壓時，必須加熱至 相區(qū)。 5當(dāng)鐵碳合金冷卻時,發(fā)生共晶反應(yīng)的反應(yīng)式為 LCD E+ Fe3C，其反應(yīng)產(chǎn)物在室溫下被稱為 變態(tài)萊氏體 。 6在退火狀態(tài)的碳素工具鋼中，T8鋼比T12 鋼的硬度 低。 7當(dāng)W(C)077一211間的鐵碳合金從高溫緩冷至ES線以下時，將從奧氏體中析出 Fe3C ，其分布特征是 網(wǎng)狀 。8在鐵碳合金中，含三次滲碳體最多的合金成分點為 P點（C=0.0218%），含二次滲碳體最多的合金成分點為 E點（C=

37、2.11%） 。 9奧氏體是 C 在 Fe中 的固溶體，它的晶體結(jié)構(gòu)是 面心立方 。10鐵素體是 C 在 Fe中 的固溶體，它的晶體結(jié)構(gòu)是 體心立方 。11滲碳體是 C 和 Fe 形成 的金屬間化合物。12珠光體是 鐵素體 和 Fe3C 的機械混合物。13萊氏體是 奧氏體 和 Fe3C 的機械混合物，而變態(tài)萊氏體是珠光體 和Fe3C 的機械混合物。14在FeFe3C相圖中，有 一次Fe3C 、 共晶Fe3C 、 二次Fe3C 、 共析Fe3C 、 三次Fe3C 五種滲碳體，它們各自的形態(tài)特征分別是 呈長條狀 、 粗大的連續(xù)基體（或呈魚骨狀） 、 沿晶粒狀或網(wǎng)絡(luò)狀分布、層片狀、 小片狀 。15鋼

38、中常存雜質(zhì)元素有 P 、 S 、 Si 、 Mn 等，其中 S 使鋼產(chǎn)生熱脆， P 使鋼產(chǎn)生冷脆。 18純鐵在不同溫度區(qū)間的同素異晶體有(寫出溫度區(qū)間) 15381394為體心立方鐵素體、 1394912 為面心立方奧氏體 、 912以下為體心立方鐵素體。 19碳鋼按相圖分為 亞共析鋼 、 共析鋼 、 過共析鋼 ；按W(C)分為(標(biāo)出W(C)范圍)0.0218%0.77%、 0.77% 、 0.77%2.11%。 10在鐵滲碳體相圖中，存在著四條重要的線，請說明冷卻通過這些線時所發(fā)生的轉(zhuǎn)變并指出生成物。ECF水平線 共晶轉(zhuǎn)變 、萊氏體；PSK水平線 共析轉(zhuǎn)變、 珠光體；ES線 脫溶轉(zhuǎn)變、 奧氏

39、體+滲碳體 ；GS線 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、 鐵素體 。 21 標(biāo)出FeFe3C相圖(圖43)中指定相區(qū)的相組成物： ， + ， ， + Fe3C ， P+ Fe3C 。22鐵碳合金的室溫顯微組織由 鐵素體和 滲碳體 兩種基本相組成。23若退火碳鋼試樣中先共析鐵素體面積為416，珠光體的面積為584，則其W(C) 0.457 %。(0.77-x)/(0.77-0.0218)=0.41624若退火碳鋼試樣中二次滲碳體面積為73，珠光體的面積為927，則其W(C) 1.2% 。（x-0.77）/(6.69-0.77)=0.073二、判斷題 1在鐵碳合金中，含二次滲碳體最多的成分點為W(C)：43的合金。

40、( ) 2在鐵碳合金中，只有共析成分點的合金在結(jié)晶時才能發(fā)生共析反應(yīng)，形成共析組織。 ( ) 3退火碳鋼的塑性與韌性均隨W(C)的增高而減小。而硬度與強度則隨W(C)的增高而不斷增高。 ( ) 在C=1%抗拉強度最高 4在鐵碳合金中，滲碳體是一個亞穩(wěn)相，而石墨才是一個穩(wěn)定相。 ( ) 5白口鑄鐵在高溫時可以進(jìn)行鍛造加工。 ( ) 6因為磷使鋼發(fā)生熱脆，而硫使鋼發(fā)生冷脆，故硫磷都是鋼中的有害元素。 ( ) 7在室溫下，共析鋼的平衡組織為奧氏體。 ( ) 8純鐵加熱到912時，將發(fā)生a-Fe一Fe的轉(zhuǎn)變，體積發(fā)生膨脹。 ( ) 9鐵碳合金中，一次滲碳體，二次滲碳體和三次滲碳體具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。

41、( ) 10在FeFe3C相圖中，共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)都是在一定濃度和恒溫下進(jìn)行的。 ( ) 11在FeFe3C相圖中，凡發(fā)生共晶反應(yīng)的鐵碳合金叫做白口鐵；凡發(fā)生共析反應(yīng)的鐵碳合金叫做鋼。 ( ) 12 珠光體是單相組織。 ( ) 13白口鐵是碳以滲碳體形式存在的鐵，所以其硬度很高，脆性很大。 ( ) 14W(C)13的鐵碳合金加熱到780時得到的組織為奧氏體加二次滲碳體。( ) 15a-Fe是體心立方結(jié)構(gòu)，致密度為68，所以其最大溶碳量為32。 ( ) 16-Fe是面心立方晶格，致密為0.74，所以其最大溶碳量為26。 ( ) 17鋼材的切削加工性隨w (C)增加而變差。 ( ) 18碳鋼進(jìn)行

42、熱壓力加工時都要加熱到奧氏體區(qū)。 ( ) 19W(C)10的碳鋼比W(C)=05的碳鋼硬度高。 ( ) 20在室溫下，w(C)08的退火碳鋼的強度比W(C)12的退火碳鋼高。() P121 21鋼鉚釘一般用低碳鋼制成。 ( ) 22鉗工鋸T10、T12鋼料時比鋸10、20鋼費力，且鋸條容易磨鈍。 ( ) 23鋼適宜于通過壓力加工成形，而鑄鐵適宜于通過鑄造成形。 ( ) 24工業(yè)純鐵的W(C)02。 ( ) 25工業(yè)純鐵的室溫平衡組織為鐵素體。 ( ) 還有FeC 26汽車外殼用低碳鋼板制造，而理發(fā)工具用碳素工具鋼制造。 ( ) 27退火碳鋼W(C)接近1時其強度極限最高。 ( ) P12128

43、過共析鋼由液態(tài)緩冷至室溫所析出的二次滲碳體在組織形態(tài)與晶體結(jié)構(gòu)方面均與次滲碳體不相同。 ( ) (三)選擇題 1滲碳體屬于 B A 間隙固溶體 B 間隙化合物 C 間隙相 D 正?；衔?-Fe的晶型是 A A 體心立方 B 面心立方 C密排六方 D 簡單立方3鐵素體的機械性能特點是 C A 具有良好的硬度與強度 B 具有良好的綜合機械性能 C 具有良好的塑性和韌性 D 具有良好的切削性和鑄造性4W(C)43碳的鐵碳合金具有 B 。 A 良好的可鍛性 B 良好的鑄造性 C 良好的焊接性 D 良好的熱處理性5建筑用鋼筋宜選用 A A 低碳鋼 B 中碳鋼 C 高碳鋼 D 工具鋼6裝配工使用的銼刀宜

44、選用 C A 低碳鋼 B中碳鋼 C高碳鋼 D 過共晶白口鐵7純鐵在912以下的晶格類型是 C A 密排六方晶格 B 面心立方晶格 C 體心立方晶格 D 簡單立方晶格8三次滲碳體是從 B A 鋼液中析出的 B 鐵素體中析出的 C 奧氏體中析出的 D 珠光體中析出的9二次滲碳體是從 C A 鋼液中析出的 B 鐵素體中析出的 C 奧氏體中析出的 D 萊氏體中析出的10在下述鋼鐵中，切削性能較好的是 B A 工業(yè)純鐵 B 45 C 白口鐵 D T12A四、名詞解釋1、滲碳體：Fe3C為復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物，其硬度高，脆性大，塑性幾乎等于零，硬脆相，是鋼中主要強化相。2、鐵素體：碳溶于-Fe中所形成

45、的間隙固溶體，鐵素體仍保持-Fe的體心立方晶格，由于間隙小，溶碳極少，力學(xué)性能與純鐵相同，強度、硬度不高，具有良好的塑性，770以下為鐵磁性。3、奧氏體：碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體，仍保持-Fe的面心立方晶格，最高溶碳可達(dá)2.11%，強度、硬度較高，塑性好，無磁性。4、珠光體（P）：鐵素體F與 滲碳體Fe3C 所形成的機械混合物（平均含碳量0.77%），綜合性能好。5、萊氏體（Ld 或 Le）：奧氏體A與 滲碳體Fe3C 所形成的機械混合物（平均含碳量：4.3%），具有硬而脆的性能。五、問答與計算題1、畫出鐵碳相圖，標(biāo)明相圖中各特征點的溫度與成分，寫出相圖中包晶反應(yīng)、共晶反應(yīng)與共析反應(yīng)的

46、表達(dá)式。答：包晶反應(yīng)： L(0.53C)+- Fe(0.09C)-Fe(0.17C) 共晶反應(yīng)： L(4.3C)-Fe(2.11C)+Fe3C(6.69C) 共析反應(yīng)： -Fe(0.77C)-Fe(0.0218C)+Fe3C(6.69C)2、簡述含碳量為0.35鋼的結(jié)晶過程和固態(tài)組織轉(zhuǎn)變過程。答：由液相先凝固出鐵素體，在1495進(jìn)行包晶反應(yīng)，生成奧氏體；繼續(xù)冷卻，由剩余的液相再次析出奧氏體，然后變成單相奧氏體。冷至約800，從奧氏體中析出先共析鐵素體，在727進(jìn)行共析反應(yīng)，形成珠光體，最后得到鐵素體加珠光體組織。3、分析含碳量0.14的鐵碳合金的結(jié)晶過程。答：含碳012的鋼，由液相冷卻時，先形

47、成鐵素體，固液相分別按相圖上的固、液相線成分變化，到1495包晶溫度，部分進(jìn)行包晶反應(yīng)；新相奧氏體在已生成的鐵素體上形核并向鐵素體和液相中生長。反應(yīng)后是兩相組織鐵素體+奧氏體。繼續(xù)冷卻得到單相奧氏體。冷卻到GS線時從奧氏體中析出先共析鐵素體，在727進(jìn)行共析反應(yīng)，形成珠光體，最后得到鐵素體加珠光體組織。4、畫出Fe-Fe3C相圖，分析含碳量為1.1wt(重量百分比)的鐵碳合金從液相平衡凝固到室溫時的轉(zhuǎn)變過程，畫出組織轉(zhuǎn)變示意圖，并計算出室溫時各組織的相對含量。答、1.1C的鋼由液相冷卻時先進(jìn)入L+奧氏體兩相區(qū)，形成枝晶或等軸狀奧氏體，然后進(jìn)入奧氏體單相區(qū)；繼續(xù)冷卻到760，沿晶界析出二次滲碳體

48、，在777剩余的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最后的組織是珠光體+網(wǎng)狀二次滲碳體，如圖9-3所示。珠光體相對含量為：（6.671.1）/（6.690.77）100=94.4網(wǎng)狀滲碳體相對含量為：(1.10.77)/(6.690.77)100=5.65、1）試畫出含碳量為0.55%的鐵碳合金金相顯微組織示意圖；2）試分析含碳量分別為0.20%、0.45%、0.65%的鐵碳合金在組織和力學(xué)性能上有何不同？答：1）0.45%的鐵碳合金金相顯微組織示意圖：2）隨含碳量，F(xiàn)，F(xiàn)e3C。塑性、韌性下降，強度硬度6、說明含碳為1.9的鐵碳合金由液相緩冷到共析溫度以下的組織變化過程及最終組織；計算該合金二次滲碳體的最大

49、重量百分量；再分別計算共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體和珠光體組織重量百分量。答：液相冷卻時，先形成先共晶奧氏體枝晶或等軸晶，直至凝固完畢。繼續(xù)冷卻時奧氏體枝晶無變化，到滲碳體在奧氏體的溶解度曲線后，沿晶界析出少量二次滲碳體。到共析溫度后，剩余的奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最后得到珠光體和少量網(wǎng)狀二次滲碳體。 二次滲碳體的最大重量百分量： W滲碳體=(1.90.77)(6.690.77) 100=19.09 共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體重量百分量： W鐵素體=(6.691.9)(6.690.0218) 100=71.84 珠光體組織重量百分量： W珠光體=(6.691.9)(6.690.77) 100=80.91 7、說明含2.9C的鐵碳合金由液相緩冷到共析溫度以下的組織變化過程及最終組織。計算共晶轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時先共晶奧氏體的重量百分量；再分別計算共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體和全部的珠光體組織重量百分量。答： 液相冷卻時，先形成先共晶奧氏體枝晶，剩余的液相進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變形成萊氏體，凝固完畢。繼續(xù)冷卻時奧氏體枝晶周圍析出二次滲碳體，到共析溫度后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最后得到枝晶狀分布的珠光體、二次滲碳體和變態(tài)萊氏體。 先共晶奧氏體重量百分量：W奧氏體=(4.32.9)(4.32.11）100=63.93 共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體組織的重量百分量：W鐵素體=(6.692.9)(6.