材料科学基础习题

而K0>1的固溶体合金非平衡凝固的过程中，K0越大，成分偏析越____ , 提纯效果越_____。 5） 固溶体合金_____ 凝固时成分最均匀，液相完全混合时固溶体成分偏析（宏观偏析）最___ ，

液相完全无混合时固溶体成分偏析最____ ，液相部分混合时固溶体成分偏析_________。

2. 已知A-B二元相图，液、固相线近似为直线且Ko>1合金成分为Co，固相无扩散，液相完全无混合凝固。试画出：

1）A-B二元合金相图及液相实际温度分布线。 2）边界层液相溶质分布曲线

3）由液相溶质分布而引起的液相温度分布曲线并对照相图加以说明（理论温度分布曲线）。 4）画出由液相实际温度与理论温度分布曲线组成的成分过冷区并定义何谓成分过冷。

3．固溶体合金液相完全无混合凝固时，产生成分过冷的临界条件为： = . ( m为液相线斜率，G为液相实际温度梯度， R为液－固界面移动速度且KO<1 ) 1）说明能否产生成分过冷的条件。

2）如果外界条件不变，图中C0和C1两合金相比哪个合金产生成分过冷的倾向大？为什么？

3）成分过冷对固溶体生成形态有何影响？对于一定成分的合金CO，如何控制外界条件来避免出现粗大的树枝状组织？

4．试说明晶体生长形态与固相界面形貌、前沿液相温度梯度的关系。 5．试说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时一定呈树枝状方式 长大，而纯金属却得不到树枝状晶体？ （3题）

《铁碳合金状态图》一章课堂讨论思考题

1 背画Fe-Fe3C相组成物相图和组织组成物相图，在相图中标出A1、A3、Acm线并说明该线的意义。 2 说明相图中三条水平线的意义。

3 写出纯铁的同素异晶转变线（常压），并指出该线在相图中是如何表示的。 4 说明铁碳合金在固态下的基本相F、A 、、Fe3C 的： 1）合金类型及晶体结构

2）比较F与A的含碳量大小，并说明理由。

3）比较Dα与Dγ的大小，试从晶体结构因素分析其原因。

5 试分析亚共晶及过共晶合金白口铁完全无混合凝固时，初晶A呈树枝状、初晶Fe3CⅠ呈规则的白色条状的原因。 6 钢可以锻造而白口铁不可以锻造，为什么？（钢的始锻温度在固相线以下200～300℃） 7 钢和白口铁平衡结晶室温组织的本质区别是什么？

8 试比较45钢和20钢；T10钢和T12钢力学性能好坏，并说明原因。

9 分析45钢、T8钢、T12钢、3.0%C、4.3%C、5.0%C铁碳合金平衡结晶过程及组织，画出冷却曲线及室温组织示意图。 10 求铁碳合金中Fe3CⅡ和Fe3CⅢ的最大百分含量，并指出各属于何种类型的铁碳合金。 11 求共晶白口铁L’d组织中P、Fe3CⅡ、Fe3C共晶和Fe3C共析的百分含量。

12 求45钢、T10钢、3.0％C、5.0％C的铁碳合金平衡结晶室温组织中各相及组织组成物相对重量。 13 有一含碳量2.0%的铁碳合金试样，室温组织中观察到少量莱氏体，试分析其原因。

14 有一含碳量2.2％的铁碳合金室温组织为珠光体和厚网状渗碳体，没有发现莱氏体，试分析其原因。 15 有一过共析钢，其平衡组织中Fe3CⅡ的重量百分数为7％，试判断其钢的含碳量。 16 试分析铁－碳合金，随含碳量的增加对其组织及性能的影响。

是非概念思考题

1) fcc结构中的（111）晶面上有一个b＝[110] 的全位错它可以分解为[211]和[12] （） 2) 一般金属的平均直径在0.015~0.25mm范围，亚晶粒的平均直径在0.001mm范围。（）

3) 加工硬化指数是指T=K式中的n值，它在数值上和最大均匀应变相等，因此，n值越大金属的加工性能越好。（） 4) fcc结构的金属加工硬化的原因是因为形成了L-C位错导致位错塞积，因此使位错滑移遇到了较大的阻力造成的。（）

5) fcc 结构的金属其滑移面、孪晶面和层错面都是{111}晶面族。（） 6） 纯金属凝固时均匀形核所需过冷度较非均匀形核所需过冷度大得多。（ ）

7） 碳在－Fe中比在γ－Fe中的扩散系数大，所以钢的渗碳往往在低于A3 温度范围进行。（） 8） 金属提纯所使用的区域熔炼在操作时要使液相尽量混合均匀。（）

9） 布拉非点阵与晶体结构是同一概念，因此不管离子晶体，分子晶体还是原子晶体，晶体结构类型共有14种。（） 10）在某一过冷度下，大于临界晶核半径的晶胚能够长大，因为这样的晶胚形成时，引起系统自由能的变化为△G<0 。（） 11）单位面积小角度晶界的界面能总是比大角度晶界的界面能低。（） 12）在实际生产中，固溶体合金凝固后形成具有三个晶区的铸锭组织。（） 13）固溶体中溶剂原子的扩散是自扩散，溶质原子的扩散是互扩散。（） 14）γ－Fe和奥氏体虽然成分不同，但显微组织是相同的。（）

15）面心立方晶体中有一刃型位错，其柏氏矢量为[011],滑移面为（11），则其位错线方向为[11];若为螺位错，其位错线

方向为[011] 。( )

16）利用Fe –Fe3C相图可以判断铁碳合金热处理的可能性，锻造的可能性，锻造时始锻温度和终鍛温度。（） 17）三元相图垂直截面图中的三相区常呈三角形，其三个顶点分别表示三个平衡相的成分。（） 18）合金区域提纯可采用区域熔炼方法，但重熔凝固时最好使其液相完全混合。（） 19）在二元相图和三元相图的两相区中，都可以使用杠杆定律。（）

20）纯金属凝固时必须是在负的温度梯度下才能以树枝方式长大；而固溶体合金实际凝固时常以树枝方式长大，长成树枝晶，

这是由于成分过冷所致。（）

21）在影响扩散的诸因素中，最主要的并且可以控制的因素是温度。( )

22）钢和白口铁显微组织的主要区别是有无珠光体，热加工性能上的主要区别是能否锻造。

23）三元系中包共晶转变L+α====β＋γ是四项平衡转变，在TE 温度以下的三相平衡转变为L→β＋γ和α→β＋γ。（ ） 24）间隙相多数是由过渡族元素M与非金属元素X组成，其原子数之比为一定值 <0.59，故为简单结构。（ ） 25）如果某晶面（hkl）平行于某晶向[uvw]，则其晶向与晶面之间有hu+kv+lw=1的关系。（ ） 26）在α－Fe的单晶体中首先开动的滑移系是[11](110),引起滑移的单位为错是b＝[110].( ) 27）若上题滑移是由韧性位错引起的，位错线的方向是[1]。（） 28）若上题滑移是由螺型位错引起的，位错线的方向是[110]。（） 29）单晶体塑变时除了滑移之外还有晶体的转动，晶体转动的方向是：

①滑移面向力轴方向转动使λ减小φ增大。（） ②滑移面向滑移方向转动。（）

30）三元相图的水平截面图中的三相区都是直边三角形，三个顶点表示三个平衡相的成分点。 31）固溶体的扩散总是受浓度梯度的控制，溶质原子总是自浓度高处向低处扩散。（） 32）金属凝固时过冷度越大，形核率越大。（）

n

33）金属及合金凝固时，液相混合越均匀，铸锭的内外成分也越均匀。（） 34）纯金属凝固时均匀形核的临界半径rK与过冷度的关系是rK ∝ ΔT。（） 35）退火优质碳钢铁素体量占40％，该钢的钢号为50钢。（） 36）对扩散系数影响最强烈的因素是晶体结构因素。（）

37）工业生产上确定再结晶温度的方法是形变70％的金属试样保温1小时出现完全再结晶的最低温度。（） 38）面心立方结构中四面体的间隙数是晶胞原子数的1倍。（）

39）冷变形金属再结晶后即改变了晶粒的形状又改变了金属的晶体结构。（）

40）用冷拉紫铜管制造输油管，在冷弯以前应进行去应力退火，以防止在弯曲时产生开裂。（） 41）冷加工与热加工是按照在变形中是否产生组织转变来区分的。（） 42）共晶成分的AL－Si合金快速冷却条件下获得（α＋Si）共晶组织。（）

43）尺寸、形状相同的50％Ni的Cu－Ni合金铸态组织，其铸造性能好于90％ Ni 合金。（） 44）退火态的T8钢其强度、硬度高于45钢；T12钢的强度、硬度高于T8钢。（） 45）K0<1的固溶体合金凝固的过程中，K0越大成分偏析越大。（）

46）碳在α－Fe中扩散系数大于碳在γ－Fe中的扩散系数，所以，钢的渗碳常在铁素体中进行。（）

47）碳在α－Fe中的溶解度小于碳在γ－Fe中的溶解度，这是因为α－Fe的致密度小于γ－Fe的致密度。（） 48）fcc结构的晶体中（11）晶面上含有[110]、[101]、[01]三个滑移方向。（） 49）鍛钢的力学性能优于铸钢，钢可以锻造而白口铁不可以锻造。（）

50）bcc结构的晶体中（10）晶面上含有[111]、[]、[11]、[1]四个滑移方向。（） 51）C原子在细晶粒中的扩散速度小于在粗晶粒中的扩散速度。（ ）

《材料科学基础》作业八

A B C E1 E2 E3 E 1 M N ● 2 ● ● H 3

1 . 图①为A-B-C三元固态完全不溶共晶相图投影图： 1）分析合金1 . 2. 3三元合金的平衡

结晶过程，写出反应式及室温组织。

2）求合金3室温组织中各组织组成物及相组

成相对重量。

3）画出M-N及B-H变温截面图，填写出各相 图 ①

区，并指出各种三元合金成分特点。 A B C E1 E2 E3 E

2．图②为A-B-C三元固态有限溶解的共晶相图投影图， 分析1、2、3、4、5、6合金的平衡结晶过程，写出 反应式及室温组织。

3．图③、④、⑤ 为A-B-C三元合金相图在TE温度时的 四相平衡转变水平截面图形：

（1）说明在TE温度时各发生何种类型的四相平衡

转变？并写出反应式。

（2）在稍大于或略低于TE温度时各发生何种类型 图 ②

的二元反应？写出反应式。 L L α β γ α β γ α β γ L

图 ③ 图 ④ 图 ⑤

金属与合金的塑性变形、回复与再结晶及思考题

1 填空题

1) 一个滑移系是由_________________________________________________ 组成的。 2) 拉伸变形时，晶体转动的方向是____________________________________ 。 3) 单晶体滑移时，临界分切应力为________________。