珠光体中的Fe3C为共析渗碳体

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西安理工大学硕士材料科学基础真题2008年

西安理工大学硕士材料科学基础真题2008 年（总分：189.99 ，做题时间：90 分钟）一、名词解释（总题数：5，分数：20.00）1. 成分过冷（分数： 4.00 ）正确答案：（固溶体合金凝固时，由于液相中溶质的分布发生变化，合金熔点也发生变化，即使实际温度分布不变，固液界面前沿的过冷度也会发生变化。

所以固溶体合金的过冷度是由变化着的合金的熔点与实际温度分布两个方面的因素共同决定的。

这种因液相成分变化而形成的过冷称为成分过冷。

）解析：2. 中间相（分数：4.00 ）正确答案：（指合金组元间相互作用，当超过固溶体的固溶极限时可形成晶格结构和特性完全不同于任一组元的具有金属特性的新相。

由于在相图中往往处于中间部位，因此又称为中间相。

）解析：3. 离异共晶（分数： 4.00 ）正确答案：（成分点靠近共晶转变线两端的亚共晶和过共晶合金，结晶后组织中初晶量多，共晶体数量少，而且共晶体中与初晶相同的一相与初晶结合在一起，将共晶体中另一相推至晶界，造成的共晶体两相分离的非平衡组织。

）解析：4. 反应扩散（分数： 4.00 ）正确答案：（在固态扩散的过程中，如果渗入元素在金属中溶解度有限，随着扩散原子增多，当渗入原子的浓度超过溶解度时则形成不同于原相的固溶体或中间相，从而使金属表层分为出现新相和不出现新相的两层，这种通过扩散而形成新相的过程，称为反应扩散。

）解析：5. 动态再结晶（分数：4.00 ）正确答案：（在金属塑性变形过程中发生的再结晶，即形变硬化与再结晶软化同时进行的过程。

这样可以不断形成位错密度很低的新晶粒，得到的组织细小，综合力学性能好。

）解析：类型作用力来源键强形成晶体的力学性能特点离子键正负离子问的库仑引力最强硬度高，强度大，脆性大共价键相邻原子价电子各处于相反的自选状态，原子核问的库仑引强硬度高，强度大，脆性大金属键自由电子气与正离子之问的库仑较强塑性变形能力好，强韧性高分子键原子与分子间由诱导或永久电偶极子相互作用而产生弱硬度低，塑性、韧性好正确答案： (BCC 晶体的配位数为 8，致密度为 0.68 其中原子半径 r 与点阵常数 a 的关系式：。

铁碳相图对共析钢,亚共析钢和过共析钢的详细分析

点间转变为A。
到S点发生共析
转变：
AS⇄FP+Fe3C,
A 全部转变为
珠光体。
1点以上：L
℃
+
1～2点：LA
2～3点：A
+
+
3～3'点： AP
3'点以下：P

珠光体在光镜下呈指纹状. 转变结束时，珠光体中相的相对重量百分比为：
SK 6.69 0.77 QF 88.8%, PK 6.69 0.0218 Q Fe3C 100% 88.8% 11.2%
D C F
E
3
4
E2 QLe ' QLe EC 2C 2.11 0.77 QFe3CII EC 6.69 0.77 Q 100% QLe ' QFe3CII
室温下相的相对重量百分比?
亚共晶白口铁的结晶过程

(六) 过共晶白口铁的结晶过程 1~2点间从液相中析出Fe3C, 这种渗碳体称一次渗碳体，用 Fe3CⅠ表示，呈粗条片状。到2点，余下的液相成分变到C点并转变为Le。
第四节铁碳合金相图 1、铁碳合金的基本相与性能
2、铁碳合金相图与结晶过程
3、含碳量对铁碳合金组织性能的影响
4、铁碳合金相图的应用

铁碳合金—碳钢和铸铁，是工业应用
最广的金属材料。

含碳量为0.0218%
~2.11%的称钢。

含碳量为 2.11%~
6.69%的称铸铁。

铁和碳可形成一系列稳定化合物：Fe3C、 Fe2C、 FeC，它们都可以作为相图的组元看待。含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。

第五章__铁碳相图习题参考答案

第五章铁碳相图习题参考答案一、解释下列名词答：1、铁素体：碳溶入α－Fe中形成的间隙固溶体。

奥氏体：碳溶入γ－Fe中形成的间隙固溶体。

渗碳体：铁与碳形成的具有复杂晶体结构的金属化合物。

珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

莱氏体：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。

2、Fe3CⅠ：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。

Fe3CⅡ：从A中析出的Fe3C称为二次渗碳体。

Fe3CⅢ：从铁素体中析出的Fe3C称为三次渗碳体。

共析Fe3C：经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体。

共晶Fe3C：经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体。

3、钢：含碳量大于0.00218%，小于2.11%的铁碳合金。

白口铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金。

二、填空题1、常温平衡状态下，铁碳合金基本相有铁素体（F）、渗碳体（Fe3C）等两个。

2、Fe－Fe3C相图有4个单相区，各相区的相分别是液相（L）、δ相、铁素体（F）、奥氏体（A）。

3、Fe－Fe3C 相图有三条水平线，即HJB、ECF和PSK线，它们代表的反应分别是包晶反应、共晶反应和共析反应。

4、工业纯铁的含碳量为≤0.0218%，室温平衡组织为F+ Fe3CⅢ。

5、共晶白口铁的含碳量为4.3%，室温平衡组织P占40.37%，Fe3C共晶占47.82%，Fe3CⅡ占11.81%。

6、一钢试样，在室温平衡组织中，珠光体占60%，铁素体占40%，该钢的含碳量为0.4707。

7、钢的组织特点是高温组织为奥氏体（A），具有良好的塑、韧性，因而适于热加工成形。

8、白口铸铁的特点是液态结晶都有共晶转变，室温平衡组织中都有莱氏体，因而适于通过铸造成形。

三、简答题1、为什么γ-Fe 和α- Fe 的比容不同？一块质量一定的铁发生（γ-Fe →α-Fe ）转变时，其体积如何变化？答：因为γ-Fe和α- Fe原子排列的紧密程度不同，γ-Fe的致密度为74%，α- Fe的致密度为68%，因此一块质量一定的铁发生（γ-Fe →α-Fe ）转变时体积将发生膨胀。

机械工程材料复习题及参考答案

中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案机械工程材料一、判断题：1.奥氏体与渗碳体均为面心立方晶格。

[ ]2.Ｆ与Ｐ是亚共析钢中室温时的主要组成相。

[ ]3.金属的加工硬化是指金属在塑性变形后强度.硬度提高，塑性.韧性下降的现象。

[ ]4.钢淬火时的冷却速度越快，马氏体的硬度越高。

[ ]5.合金中，一个晶粒内的成分不均匀现象称枝晶偏析。

[ ]6.一种合金的室温组织为α+βⅡ+（α+β），它由三相组成。

[ ]7.当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由铁素体和奥氏体构成的两相组织，在平衡条件下，其中奥氏体的碳含量总是大于钢的碳含量。

[ ] 8.在铁碳合金平衡结晶过程中只有成分为%C的铁碳合金才能发生共晶反应。

[ ]钢比T12钢的碳含量要高。

[ ]10.再结晶能够消除加工硬化效果，是一种软化过程。

[ ]11.过共析钢中，网状渗碳体的存在使钢的硬度和塑性均上升。

[ ]12.正火是将钢件加热至完全奥氏体化后空冷的热处理工艺。

[ ]是合金调质结构钢。

[ ]14.回火索氏体的性能明显优于奥氏体等温冷却直接所得到的片层状索氏体的性能。

[ ] 10A和60 号钢均属于高碳钢。

[ ]16.晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。

[ ]17.位错是实际金属晶体的一种面缺陷。

[ ]18.体心立方晶格的致密度为 74%。

[ ]19.塑性变形指的是外载荷撤销后变形不能恢复的变形。

[ ]20.当过冷度较大时，纯金属晶体主要以平面状方式长大。

[ ]21.室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越好。

[ ]22.一般来说，钢的强度高于铸铁的强度。

[ ]的淬透性比65 号钢的淬透性差。

[ ]24.从C曲线中分析可知，共析钢的过冷奥氏体在A1-550℃的范围内发生贝氏体转变。

[ ]25.共析反应就是在某一温度时，从一种固相中同时结晶析出两种不同的固相。

[ ]26.包晶偏析可以通过回火的热处理方法消除。

机械工程材料复习题

机械工程材料复习题机械工程材料复习题一、力学性能：拉伸过程是考试重点1．写出下列力学性能符号所代表的力学性能指标的名称和含义。

σe、σs、σ0.2、σb、δ5、δ、ψ、HRC、HV 、HBSOe为弹性变形阶段，es开始塑性变形，sb为均匀塑性变形阶段，bk为局部塑性变形阶段，k点断裂。

σp为比例极限，应力与应变成正比关系的最大应力。

σe为弹性极限，表征材料发生最大弹性变形的应力。

σs为屈服强度，表征材料发生明显塑性变形时的抗力σb为抗拉强度，表征材料对最大均匀变形的抗力。

σk为断裂强度，是材料发生断裂的最小应力。

2．低碳钢试样在受到静拉力作用直至拉断时经过怎样的变形过程?3．指出下列硬度值表示方法上的错误。

12HRC～15HRC、800HBS、58HRC～62HRC、550N ／mm2HBW、70HRC～75HRC、200N／mm2HBS。

二、Fe—Fe3C相图，结晶过程分析合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或烧结、或用其它方法组合而成的具有金属特性的物质。

合金相：在合金中，通过组成元素（组元）原子间的相互作用，形成具有相同晶体结构与铁碳合金相图：见课本，考试重点奥氏体与铁素体的异同点：相同点：都是铁与碳形成的间隙固溶体；强度硬度低，塑性韧性高。

不同点：铁素体为体心结构，奥氏体面心结构；铁素体最高含碳量为0.0218%，奥氏体最高含碳量为2.11%，铁素体是由奥氏体直接转变或由奥氏体发生共析转变得到，奥氏体是由包晶或由液相直接析出的；存在的温度区间不同。

二次渗碳体与共析渗碳体的异同点。

相同点：都是渗碳体，成份、结构、性能都相同。

不同点：来源不同，二次渗碳体由奥氏体中析出，共析渗碳体是共析转变得到的；形态不同二次渗碳体成网状，共析渗碳体成片状；对性能的影响不同，片状的强化基体，提高强度，网状降低强度。

成分、组织与机械性能之间的关系：如亚共析钢。

亚共析钢室温下的平衡组织为F ＋P ，F 的强度低，塑性、韧性好，与F 相比P 强度硬度高，而塑性、韧性差。

机械工程材料(第二版)课后习题答案

2－1常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？－Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构？答：常见晶体结构有3种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni⑶密排六方：Mg、Zn2---7为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。

第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。

答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。

答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。

原因是：（1）强度高：Hall-Petch公式。

晶界越多，越难滑移。

（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。

（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。

4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15天，然后再精加工。

试解释这样做的目的及其原因？答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。

4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？答：W、Sn的最低再结晶温度分别为:TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃所以W在1000℃时为冷加工，Sn在室温下为热加工4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。

工程材料复习题

一、填空题：1、金属材料一般可分为（黑色）金属和（有色）金属两类。

2、工程材料的性能包括（使用）性能和（工艺）性能。

3、工程材料的使用性能包括（力学）性能、（物理）性能和（化学）性能。

4、疲劳断裂的过程包括（裂纹产生）、（裂纹扩展）和（疲劳断裂）。

5、填出下列力学性能指标的符号：屈服强度（σs）、抗拉强度（σb）、断后伸长率（δ）、断面收缩率（φ）、冲击韧度（αK）。

6、常用的三种硬度表示为（布氏硬度HB）、（洛氏硬度HR）和（维氏硬度HV）。

7、晶体与非晶体的根本区别是（原子排列是否有规律）。

8、金属晶格的基本类型有（体心立方晶格）、（面心立方晶格）和（密排六方晶格）三种。

9、实际金属的晶体缺陷有（点缺陷）、（线缺陷）和（面缺陷）三类。

10、实际晶体中主要存在三类缺陷，其中点缺陷有（空位）和（间隙原子）等；线缺陷有（位错）；面缺陷有（晶界）等。

11、合金相的结构分为（固溶体）和（金属化合物）两大类。

12、在大多数情况下，溶质在溶剂中的溶解度随着温度升高而（增加）。

13、按照溶质原子在溶剂中位置的不同，固溶体分为（置换固溶体）和（间隙固溶体）。

14、固溶体按溶解度大小不同分为（有限固溶体）和（无限固溶体）。

15、金属结晶的过程是一个（晶核形成）和（晶粒长大）的过程。

16、金属结晶的必要条件是（过冷度）。

17、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。

18、金属的晶粒越细小，其强度、硬度（越高），塑性韧性（越好）。

19、金属结晶时晶粒的大小主要决定于其（形核率）和（晶核的长大速度），一般可通过（增加过冷度法）或（变质处理）来细化晶粒。

20、铁有三种同素异构体，在912℃以下时为（体心立方α-Fe）晶格；在912℃以上，1394℃以下时为（面心立方γ-Fe）晶格；高于1394℃而低于熔点时为（体心立方δ-Fe）晶格。

21、铁碳合金的组织中，属于固溶体的有（F)和( A )，属于化合物的有( Fe3C )，属于机械混合物的有( P ) 和( L d)。

04答案

1. F 、P 与Fe 3C 相比较，（珠光体）强度最高。

2. 奥氏体的最大溶解度是Ｃ％＝＿2.11%＿，高温铁素体的最大溶解度是Ｃ％＝＿0.09%。

3. 碳在α－Ｆｅ中的间隙固溶体称为铁素体，它具有体心立方晶体结构，在 727 ℃时碳的最大溶解度为 0.0218 ％。

4. 在室温下，４５钢的相组分是 F+Fe 3C （或铁素体+渗碳体），组织组分是 F+P （铁素体+珠光体）。

5. 珠光体本质上是铁素体（F ）和渗碳体（Fe 3C ）组成的共析机械混合物；而高温莱氏体则是奥氏体（A ）和渗碳体（Fe 3C ）组成的共晶机械混合物。

6. 某钢试样在显微镜下观察，其组织为珠光体和铁素体各占５０％，试求该钢的含碳量？是什么钢号？7. 默画出经简化的Fe - Fe 3 C 相图，注明重要点的符号及其成分、温度，并分别以相组分、组织组分的形式标注相图中各区域。

8. 一退火碳钢的硬度为150HBS ：① 求该钢的含碳量； ② 计算该钢组织中各组织组分的相对百分含量；③ 画出其组织示意图，并于图中标出各组织组分的名称。

（已知珠光体的硬度为200HBS ，铁素体的硬度为80HBS ）。

9.现有Ａ、Ｂ两种铁碳合金。

Ａ的显微组织为珠光体量占７５％，铁素体量占２５％；Ｂ的显微组织为珠光体量占９２％，二次渗碳体量占８％。

请计算并回答：(1) 这两种铁碳合金按显微组织的不同分属于哪一类钢？(2) 这两种钢铁合金的含碳量各为多少？(3) 画出这两种材料在室温下平衡状态时的显微组织示意图，并标出各组织组成物的名称。

解：(1) Ａ：亚共析钢；Ｂ：过共析钢。

(2)：① 设Ａ钢的含碳量为ｘ1 ：Ｐ％＝0008.077.00008.01--x ＝７５％ , ｘ1≈０．７７％×７５％≈０．５８％或: Ｆ％＝＝２５％ , Ｘ1＝０．７７－０．７７％×２５％≈０．５８％答：Ａ钢的含碳量为０．５８％。

《材料科学基础》习题答案

附：习题答案0 绪论一、填空题1. 结构，性能2. 原子结构、原子的空间排列、显微组织3．结构材料，功能材料；金属材料，无机非金属材料（陶瓷），高分子材料（聚合物）。

第1章一、填空题1、金属键，离子键、共价键，分子键、共价键2、金属键、离子键、共价键，_范德华键_、氢键。

3、共价键4、共价键5、共价键，氢键二、判断题（1）错。

离子键没有方向性和饱和性。

（2）对。

（3）错。

改为：S原子轨道的角度分布图为一个从原子核为球心的球面，而s电子云图是一个球体，其剖面图是个圆。

P轨道的角度分布图为两个在原点相切的球面。

而p电子云图像或几率分布是一个哑铃形体，其剖面图是∞字型。

（4）错。

改为：若用小黑点的疏度表示几率密度的大小，则黑点密的地方，表示|Ψ|2数值大，电子出现的几率大；黑点稀的地方表示|Ψ|2数值小，电子出现的几率小。

（5）错。

改为：主量子数为4时，有4s、4p、4d、4f四个亚层。

共16条轨道。

（6）错。

改为：多电子原子轨道能级与氢原子能级不同。

三、简答题1. H>He；Ba>Sr；Sc<Ca；Cu>N；Zr≈Hf;La>Gd；S2->S；Na>Al3+；Fe2+>Fe3+；Pb2+>Sn2+2．（1）金属性：Ge>Si>As (2) 电离能：As>Si>Ge(3) 电负性：As>Si≈Ge (4) 原子半径：Ge>As>Si3．因氢原子核外只有一个电子，核外运动的电子能量由主量子数n决定，n相同时能量相同。

而氯原子中核外有17个电子，核外运动的电子能量不仅与主量子数n有关，而且也与角量子数L有关，3s的穿透能力大于3p，故3s能级低于3p能级。

第2章综合习题----基础练习一、填空题1、基元（原子团）以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体。

2、是否在三维空间作周期性重复规则排列（晶体原子排布长程有序，非晶体是长程无序短程有序）。

5铁碳合金和铁碳相图

表示。莱氏体中的Fe3C为共晶渗碳体。为蜂窝状,在显微镜下莱氏体的形态是：块状或粒状A（室温时转变成珠光体）分布在渗碳体基体上。Ld以Fe3C为基，性能硬而脆。
变态莱氏体
● S点：共析点，金金在平衡结晶的过程中冷却到727℃时，S点成分的γ发生共晶反应，生成P点成分的α和Fe3C：
按有无共晶转变来区分碳钢和铸铁。
按Fe-Fe3C系结晶的铸铁，断口为银白色，称为白口铸铁，即全部碳以Fe3C形成存在，部分或全部碳以石墨形式存在时称为灰口铸铁。
(1)工业纯铁(C≤0．0218％)
以碳含量为0.1%的铁碳合金为例，对其冷却曲线和平衡结晶过程解释如下: 合金的冷却曲线及平衡结晶过程
2点以下, Fe3CⅠ成分重量不再发生变化, Ld变化同共晶合金。
过共晶白口铁的结晶过程
过共晶白口铸铁室温平衡状态显微组织
过共晶白口铸铁的室温组织组成物为 Fe3CⅠ + Ld’ 。含4.3%C过共晶白口铸铁钢中组织组成物的相对重量为：
Fe3CⅠ =100%*(5-4.3)/(6.69-4.3)=29％; Ld=1-29% =71％组成相为α、 Fe3C。
合金在1~2点转变为 , 到3点, 开始析出Fe3CⅡ, 其沿晶界呈网状分布。到4点，成分沿ES线变化到S点，余下的转变为P。
过共析钢的结晶过程
过共析钢室温平衡状态显微组织
过共析钢的室温组织组成物为 p+ Fe3CⅡ 。含1.2％C钢中组织组成物的相对重量为：
Fe3CⅡ=100%*(1.2-0.77)/(6.69-0.77)=7％; p= 1-7％=93％组成相为α、 Fe3C。
合金液体在 1-2 点间
转变为， 3-4 点间 → ， 5-6 点间 → 。到7点，从中析出

金属学及热处理复习题及答案

二、填空题1．晶体与非晶体的根本区别在于原子的排列是否规则。

2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。

3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。

4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。

5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。

6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。

7．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。

8．晶体与非晶体最根本的区别是原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质，而非晶体则不是。

9．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。

10．位错两种基本类型是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是刃型位错所特有的。

11．在立方晶系中，｛120｝晶面族包括(120)、(120)、(120)、(120)等晶面。

12．点缺陷有空位、间隙原子和置换原子等三种；属于面缺陷的小角度晶界可以用位错来描述。

三、判断题1．固溶体具有与溶剂金属相同的晶体结构。

（√）2．因为单晶体是各乡异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。

（×）3．金属多晶体是由许多位向相同的单晶体组成的。

（×）4．因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数，所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。

（√）5．在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。

（√）6．在金属晶体中，当存在原子浓度梯度时，原子向各个方向都具有相同的跃迁几率。

（×）7．因为固态金属的扩散系数比液态金属的扩散系数小得多，所以固态下的扩散比液态下的慢得多。

（√）8．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。

（×）9．晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。

（√）四、选择题1．组成合金中最基本的，能够独立存在的物质称为：（b）a．相；b．组元；c．合金。

渗碳体

渗碳体
一：定义
渗碳体（cementite）——铁碳合金按亚稳定
平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物。分为一次渗碳体（从液体相中析出）、二次渗碳体（从奥氏体中析出）和三次渗碳体（从铁素体中析出）。
二：分子结构

渗碳体的分子式为 Fe3C ，它是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物。它的含碳量为 6.69 %；熔点为 1227 ℃左右；不发生同素异晶转变；但有磁性转变，它在 230 ℃以下具有弱铁磁性，而在 230 ℃以上则失去铁磁性；其硬度很高（相当于 HB800 ），而塑性和冲击韧性几乎等于零，脆性极大。渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑色。渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形状与分布对钢的性能有很大的影响。同时 Fe3C 又是一种介（亚）稳定相，在一定条件下会发生分解。
三：特点

它的含碳量为6.69%；熔点为1227℃左右；不发生同素异晶转变；但有磁性转变，它在 230℃以下具有弱铁磁性，而在230℃以上则失去铁磁性；其硬度很高（相当于HB800），而塑性和冲击韧性几乎等于零，脆性极大。渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑色。渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形状与分布对钢的性能有很大的影响。同时Fe3C又是一种介（亚）稳定相，在一定条件下会发生分解：Fe3C→3Fe+C，所分解出的单质碳为石墨。渗碳体（Fe3C或Cm）：渗碳体是铁和碳形成的金属化合物，含碳量为6.67%（有些书上为6.69%），具有复杂的斜方晶体结构，熔点为1227℃。在钢中，渗碳体以不同形态和大小的晶体出现在组织中，对钢的力学性能影响很大。经3%～5%硝酸酒精溶液侵蚀后呈白亮色,若用苦味酸钠溶液热侵蚀，则被染成黑褐色，而铁素体仍为白色，由此可区别开铁素体和渗碳体。渗碳体的硬度很高，达到HB800以上，脆性很大，强度和塑性很差。经过不同的热处理，渗碳体可以成片状、粒状或断续网状。在一定条件下（如高温长期停留或缓慢冷却），渗碳体可以分解而形成石墨状的自由碳：Fe3C→3Fe + C(石墨)。这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。

材料科学基础作业参考答案

材料科学基础练习题参考答案第一章原子排列1•作图表示立方晶系中的(123),(012),(421)晶面和[102],[2不],[346]晶向.附图1-1 有关晶面及晶向2.分别计算面心立方结构与体心立方结构的｛100｝,｛110｝和｛111｝晶面族的面间距，并指出面间距最大的晶面(设两种结构的点阵常数均为a).解由面心立方和体心立方结构中晶面间的几何关系，可求得不同晶面族中的面间距如附表1-1 所示.显然，FCC中｛111｝晶面的面间距最大，而BCC中｛110｝晶面的面间距最大.注意：对于晶面间距的计算，不能简单地使用公式，应考虑组成复合点阵时，晶面层数会增加.3.分别计算fee 和bee 中的｛100｝,｛110｝和｛111｝晶面族的原子面密度和 <100>,<110>和 <111>晶向族的原子线密度，并指出两种结构的差别•(设两种结构的点阵常数均为a)解原子的面密度是指单位晶面内的原子数；原子的线密度是指晶面上单位长度所包含的原子数•据此可求得原子的面密度和线密度如附表1-2所示.附表1-2 立方晶系中原子的面密度和线密度晶面/晶向 /{100}{110}{111}<100><110><111>面/线密度BCC1 ~2 a 返a 273 3a" 1 ' a \2a2^3FCC2 a返a 24巧3a 21 aa 3a可见，在BCC 中，原子密度最大的晶面为｛110｝,原子密度最大的晶向为 <111>；在FCC 中，原子密度最大的晶面为｛111｝,原子密度最大的晶向为 <110>.4.在(0 110)晶面上绘出［2113］晶向. 解详见附图1-2.(0110)5. 在一个简单立方二维晶体中，画出一个正刃型位错和一个负刃型位错•试求:(1)用柏氏回路求出正、负刃型位错的柏氏矢量 .⑵ 若将正、负刃型位错反向时，说明其柏氏矢量是否也随之反向 .⑶具体写出该柏氏矢量的方向和大小•(4)求出此两位错的柏氏矢量和.[2113]附图1-2六方晶系中的晶向解正负刃型位错示意图见附图1-3(a)和附图1-4(a).(b)附图1-3更刃型位错柏氏矢量的确定M 实际晶体的柏氏回路；(B)完整晶体的ft!应问路附图1 -4 负刃型位错柏氏矢量的确定 5)实际晶体的柏氏回路匸＜h)完螯晶体的相应同路(2) 显然，若正、负刃型位错线反向，则其柏氏矢量也随之反向•(3) 假设二维平面位于 YOZ 坐标面，水平方向为Y 轴，则图示正、负刃型位错方向分别为［010］和［0 10］,大小均为一个原子间距(即点阵常数a).(4) 上述两位错的柏氏矢量大小相等，方向相反，故其矢量和等于0.6.设图1-72所示立方晶体的滑移面 ABCD平行于晶体的上下底面，该滑移面上有一正方形位错环.如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b (设位错环线的方向为顺时针方向)11【° J0 *~v□0 P⑴ 正负刃型位错的柏氏矢量见附图1-3(b)和附图1-4(b).ylL ■■MB, !■ ■ M ^Bl ■■ 寸附图1-5位错环移岀晶体引起的滑移图1-72滑移面上的正方形位错环解(1)这种看法不正确•在位错环运动移出晶体后，滑移面上下两部分晶体相对移动的距离是由其柏氏矢量决定的.位错环的柏氏矢量为b,故其相对滑移了一个b的距离.(2) A B为右螺型位错,C D '为左螺型位错,B 'C为正刃型位错,D'A '为负刃型位错.位错运动移出晶体后滑移方向及滑移量见附图1-5.a7. 设面心立方晶体中的(111)晶面为滑移面,位错滑移后的滑移矢量为-[110].(1) 在晶胞中画出此柏氏矢量b的方向并计算出其大小•(2) 在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方向，并写出此二位错线的晶向指数•解(1)柏氏矢量等于滑移矢量，因此柏氏矢量的方向为[110],大小为,2a/2.(2)刃型位错与柏氏矢量垂直，螺型位错与柏氏矢量平行，晶向指数分别为[112]和[110]，详见附图1-6.百度文库附图1-6位错线与其柏氏矢量、滑移矢量a _a -8. 若面心立方晶体中有 b [101]的单位位错及b [121]的不全位错，此二位错26相遇后产生位错反应.（1）此反应能否进行？为什么？（2）写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的性质• 解（1）能够进行. 因为既满足几何条件： b 前又满足能量条件：.b 前 -a 2 3a -（2）b 合 -[111]，该位错为弗兰克不全位错.39. 已知柏氏矢量的大小为 b =,如果对称倾侧晶界的取向差0= 1。

材料科学基础复习题及答案

一、填空题1. 每个面心立方晶胞中的原子数为 4 ，其配位数为12 。

3a, 配2。

晶格常数为a的体心立方晶胞，其原子数为 2 ，原子半径为4/位数为 8 ，致密度为 0。

68 。

3。

刃型位错的柏氏矢量与位错线互相垂直 , 螺型位错的柏氏矢量与位错线互相平行 .4. 螺型位错的位错线平行于滑移方向，位错线的运动方向垂直于位错线。

5. 在过冷液体中，晶胚尺寸小于临界尺寸时不能自发长大。

6. 均匀形核既需要结构起伏，又需要能量起伏。

7。

纯金属结晶时，固液界面按微观结构分为光滑界面和粗糙界面. 8.纯金属的实际开始结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为过冷，理论结晶温度与实际开始结晶温度之差称为过冷度。

9．合金中的基本相结构，有固溶体和金属化合物两类，其中前者具有较高的综合机械性能，适宜做基体相；后者具有较高的熔点和硬度，适宜做强化相。

10. 间隙相和间隙化合物主要受组元的原子尺寸因素控制.11.相律是分析相图的重要工具,当系统的压力为常数时，相律的表达式为f＝c－p＋1。

12.根据相律，二元合金结晶时，最多可有 3 个相平衡共存，这时自由度为0 。

13.根据相区接触法则可以推定,两个单相区之间必定有一个两相区，两个两相区之间必须以单相区或三相共存水平线隔开。

二元相图的三相区是一条水平线,该区必定与两相区以点接触，与单相区以线接触。

14.铸锭的宏观组织是由表层细晶区、柱状晶区、中心等轴晶区三个区组成。

15.莱氏体是共晶转变所形成的奥氏体和渗碳体组成的混合物。

16。

相变反应式L（液）→α ⎥+β ⎥表示共晶反应；γ（固）→α ⎥+β ⎥表示共析反应。

17。

固溶体合金结晶时，其平衡分配系数K o 表示固液两平衡相中的溶质浓度之比。

18. 铁碳合金中，一次渗碳体由液相产生，二次渗碳体由奥氏体产生，三次渗碳体由铁素体产生。

19。

一个滑移系是由滑移面和滑移方向组成。

20。

面心立方晶格的滑移系有 12 个，体心立方晶格的滑移系有 12 个。

工程材料复习思考题(全)

工程材料复习思考题（全）《机械工程材料》复习思考题陈永泰第一章材料的性质1材料的力学性能主要有哪些？强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度。

2简述低碳钢的应力－应变曲线（分为几个阶段，各特征点表示什么含义）。

弹性变形阶段，屈服阶段，塑性变形阶段，颈缩阶段。

（画图）第二章材料结构1体心立方晶格的密排面和密排方向各有那些？面心立方晶格呢？{110}，<111>；{111}，<110>2与理想晶体相比，实际晶体的结构特征是什么？①多晶体结构；②具有晶体缺陷。

为什么晶粒越细，金属的强度和硬度越高，塑性和韧性越好？金属的晶粒越细，晶界的总面积越大，位错阻碍越多，要协调的具有不同位向的晶粒越多，金属塑性变形的抗力越高，从而导致金属强度和硬度越高。

金属晶粒越细，单位体积内的晶粒数量越多，参与变形的晶粒数量越多，变形越均匀，从而延迟裂纹的形成和扩展，导致断裂前的大塑性变形。

当强度和硬度同时增加时，金属在断裂前消耗的功增加，因此其韧性也更好。

因此，金属颗粒越细，其塑性和韧性也越好。

4名词解释：相固溶体金属化合物固溶强化弥散强化相：金属或合金中，凡成分相同，结构相同，并与其它成分有界面分开的均匀组成部分。

固溶体：合金中，其晶体结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称为固溶体。

金属化合物：合金中，其晶体结构与组成元素之一的晶体结构均不相同的固相称为金属化合物。

固溶强化：随着溶质质量的增加，固溶体的强度和硬度增加，塑性和韧性降低。

这种现象被称为固溶强化。

弥散强化：即沉淀强化。

若合金中的第二相以细小弥散的微粒均匀分布在基体上，则可以显著提高合金的强度，称为弥散强化。

5固体合金中的相是什么？它们是如何定义的？（提示：晶格类型）1固溶体：合金中晶体结构与其中一种组成元素的晶体结构相同的固相称为固溶体。

金属化合物：合金中晶体结构不同于其中一种组成元素的固相称为金属化合物。

6铁素体、奥氏体和渗碳体哪些是固溶体，哪些是金属化合物，为什么？它们都是间隙型吗？铁素体、奥氏体是固溶体，渗碳体是金属化合物。

《金属学和热处理》崔忠圻[第二版]课后答案解析[完整版]

第一章金属的晶体结构1-1 作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6]等晶向。

答：1-2 立方晶系的{1 1 1}晶面构成一个八面体，试作图画出该八面体，并注明各晶面的晶面指数。

答：{1 1 1}晶面共包括（1 1 1）、（-1 1 1）、（1 -1 1）、（1 1 -1）四个晶面，在一个立方晶系中画出上述四个晶面。

1-3 某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数为a=b≠c,c=2/3a。

今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的结局分别为5个原子间距、2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面指数。

答：由题述可得：X方向的截距为5a，Y方向的截距为2a，Z方向截距为3c=3×2a/3=2a。

取截距的倒数，分别为1/5a，1/2a，1/2a化为最小简单整数分别为2，5，5故该晶面的晶面指数为（2 5 5）1-4 体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。

答：H==a/2（1 0 0）==√2a/2H（1 1 0）==√3a/6H（1 1 1）面间距最大的晶面为（1 1 0）1-5 面心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的面间距大小，并指出面间距最大的晶面。

答：==a/2H（1 0 0）H==√2a/4（1 1 0）==√3a/3H（1 1 1）面间距最大的晶面为（1 1 1）注意：体心立方晶格和面心立方晶格晶面间距的计算方法是：1、体心立方晶格晶面间距：当指数和为奇数是H=，当指数和为偶数时H=2、面心立方晶格晶面间距：当指数不全为奇数是H=，当指数全为奇数是H=。

1-6 试从面心立方晶格中绘出体心正方晶胞，并求出它的晶格常数。

答：1-7 证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633。

工程材料与热处理第3章作业题参考答案

1.置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？答：溶质把溶剂原子置换后，溶剂原子重新加入晶体排列中，处于晶格的格点位置。

2.间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上的区别何在？举例说明之。

答：间隙固溶体是溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体，间隙固溶体的晶体结构与溶剂组元的结构相同，形成间隙固溶体可以提高金属的强度和硬度，起到固溶强化的作用。

如：铁素体F是碳在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构与α-Fe相同，为体心立方，碳的溶入使铁素体F强度高于纯铁。

间隙化合物的晶体结构与组元的结构不同，间隙化合物是由H、B、C、N等原子半径较小的非金属元素（以X表示）与过渡族金属元素（以M表示）结合，且半径比r X/r M＞0.59时形成的晶体结构很复杂的化合物，如Fe3C间隙化合物硬而脆，塑性差。

3.现有A、B两元素组成如图所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正确？为什么？（1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。

（2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B 量总是高于原液相中含B量.（3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分不相同，故在平衡态下固溶体的成分是不均匀的。

答：（1）错：Cu-Ni合金形成匀晶相图，但两者的原子大小相差不大。

（2）对：在同一温度下做温度线，分别与固相和液相线相交，过交点，做垂直线与成分线AB相交，可以看出与固相线交点处B含量高于另一点。

(3)错：虽然结晶出来成分不同，由于原子的扩散，平衡状态下固溶体的成分是均匀的。

4.共析部分的Mg-Cu相图如图所示：(1)填入各区域的组织组成物和相组成物。

在各区域中是否会有纯Mg相存在？为什么？答: Mg-Mg2Cu系的相组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体）Mg-Mg2Cu系的组织组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体，）在各区域中不会有纯Mg相存在，此时Mg以固溶体形式存在。

扩散型相变—珠光体转变

量达到最大，为0.0218%）。因为铁素体的溶碳量低，奥氏体中多余的碳必须以渗碳体的形式脱溶出来（绝对平衡条件下碳以石墨的形式脱溶）。珠光体转变也是通过形核和长大过程进行的。由于珠光体是由两相组成，因此存在哪个相首先形核的问题。自从1942 年提出这个问题来，学术上一直都有争议。尽管近年来对领先相的认识基本趋于一致，但领先相的问题除具有理论意义外，没有任何实际工程应用价值。其实，珠光体中铁素体和渗碳体同时出现的可能性极大。因为珠光体中的铁素体和渗碳体具有固定的化学成分、固定的组成相相对含量。珠光体不是铁素体和渗碳体两相简单地“机械混合”，两相的形核和长大是相辅相成的。碳原子在奥氏体中的分布不均匀是绝对的，奥氏体均匀化只是相对的。所以，奥氏体中总是同时存在贫碳区和富碳区，贫碳区有利于铁素体的析出，富碳区是奥氏体晶界，因为晶界处存在结构起伏、成分起伏和能量起伏。
后，因铁素体“排碳”，与其接壤的奥氏体的碳浓度将增加，使奥氏体内形成碳浓度梯度，从而引起碳的扩散，结果导致界面上碳平衡被破坏。为恢复平衡，先共析铁素体与奥氏体的相界面需要向奥氏体一侧移动，从而使铁素体不断长大。先共析铁素体的形态有 3 种：等轴状、网状和片状。一般认为，等轴状和网状铁素体是由铁素体晶核的非共格界面推移而形成；片状铁素体则是由铁素体晶核的共格界面推移而形成（魏氏组织）。先共析铁素体的形态与钢的化学成分、奥氏体晶粒度和冷却速度等因素有关。例如，当奥氏体晶粒较细小、等温温度较高或冷却速度较慢时，先共析铁素体呈等轴状。反之，先共析铁素体可能沿着奥氏体晶界呈网状析出。当奥氏体成分均匀、晶粒粗大、冷却速度又比较适中时，先共析铁素体可能沿一定晶面向奥氏体晶内析出，并与奥氏体有共格关系，此时先共析铁素体的形态呈片（针）状。 5.2.3.2 过共析钢的珠光体转变过共析钢完全奥氏体化后，冷却到 ESG ' 线以右时将析出先共析渗碳体。析出量同样取决于奥氏体中碳的质量分数、析出温

第四章铁碳合金

第四章铁碳合金和铁碳相图铁碳合金中的主要元素是铁和碳，它包括工业纯铁、碳钢和白口铸铁。

铁碳合金是世界上产量最大、使用最广泛的金属材料—钢铁材料的发展基础，因此，铁碳合金相图是所有相图中最基本，最重要的相图。

铁碳合金中，碳的存在形式有两种，渗碳体和石墨。

渗碳体是一个亚稳定的化合物，在一定条件下可分解为铁和石墨。

所以，铁碳相图有两个，一个是Fe —Fe 3C 相图，是工业用钢的基础；另一个是Fe —石墨相图，是工业用铸铁的基础。

本章主要介绍Fe —Fe 3C 相图，关于Fe —石墨相图在金属材料学中会介绍。

§4.1 纯铁和铁碳合金中的相一、纯铁铁是钢铁材料最主要和最基本的元素。

铁的原子序数为26，原子量为56，属于过渡族元素。

铁的熔点为1538℃，温度20℃时的密度为7.873/cm g .1. 铁的同素异构转变（重结晶或多晶型转变）同素异构转变是指外界温度和压力改变时，固态金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现象，它是一个相变过程。

同素异构转变同液相结晶一样，也是一个晶核形成和晶核长大的过程。

为了区别于液相结晶，同素异构转变又称为重结晶或多晶型转变。

铁就具有同素异构转变的现象。

如图4.1是纯铁的冷却曲线。

从图中可以看出：当液态铁缓慢冷却至1538℃时，结晶为体心立方结构的δ—Fe 。

当温度降至1394℃时，δ—Fe 转变为面心立方结构的γ—Fe ，这个转变称为A 4转变，转变的平衡温度（1394℃）称为A 4点。

当温度降至912℃时，γ—Fe 转变为无磁性的体心立方结构的α—Fe ，这个转变称为A 3转变，转变的平衡温度（912℃）称为A 3点。

当温度降至770℃时，无磁性的α—Fe 转变为有磁性的α—Fe ，这个转变称为A2转变，转变的平衡温度称为A2点，也称居里点。

总之，固态纯铁有三种同素异构体。

随着温度的降低，依次为δ—Fe ，γ—Fe 和α—Fe ，其中δ—Fe 和α—Fe 是体心立方结构，而γ—Fe 是面心立方结构，图4.2是纯铁平衡结晶冷至室温的组织变化图。

渗碳体分类

渗碳体分类
渗碳体是一种铁碳合金中的化合物，其化学成分主要是Fe3C，属于复杂晶格结构的间隙化合物。

根据不同的分类方式，渗碳体有以下分类：
按照生成的温度和时间，渗碳体可以分为一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体。

一次渗碳体是在平衡凝固时从液相中直接结晶出来的，形态是规则的粗大板条状。

二次渗碳体是在1148℃冷却到727℃过程中，从γ相中脱溶析出的，形态是沿着奥氏体晶界分布，量多时为连续网状，量少时是不连续网状。

三次渗碳体是在727℃以下，从α相晶界处脱溶析出的，一般分布于铁素体的晶界处，形态是短棒状。

按照生成的机理，渗碳体可以分为共晶渗碳体和共析渗碳体。

共晶渗碳体是在1148℃发生共晶反应时形成的，是莱氏体的连续基体。

共析渗碳体是在727℃发生共析反应时生成的，形貌为层片状。