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。

(2)求出20%Cu合金冷却到500℃、400℃时各相的成分和重量百分比。

答: 20%Cu合金冷却到500℃时,如右图所示:α相的成分为a wt%, 液相里含Cu 为b wt%,根据杠杆原理可知:

Wα=O1b/ab*100%, W L= O1a/ab*100%

同理: 冷却到400℃时，α相的成分为m wt%, Mg2Cu相里含Cu 为n wt%,

Wα=O2n/mn*100%, W mg2Cu= O2m/mn*100%

(3)画出20%Cu合金自液相冷却到室温的曲线，并注明各阶段的相与相变过程。

答:各相变过程如下(如右图所示):

xp: 液相冷却,至p点开始析出Mg的固熔体α相

py: Mg的固熔体α相从p点开始到y点结束

yy,: 剩余的液相y开始发生共晶反应,L↔α+Mg2Cu

y,q:随着T的降低, Cu在Mg的固熔体α相的固溶度降低.

5.试分析比较纯金属、固溶体、共晶体三者在结晶过程和显微组织上的异同之处。

答：相同的是,三者都是由原子无序的液态转变成原子有序排列的固态晶体。不同的是，纯金属和共晶体是恒温结晶，固溶体是变温结晶，纯金属和固溶体的结晶是由一个液相结晶出一个固相，而共晶体结晶是由一个液相同时结晶两个固相。纯金属和固溶体的显微组织是单一固相，而共晶体的显微组织是两个相的机械混合物。

6.为什么亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同？

答:共晶转变是一定液相成分在一定的温度下结晶出两个成分一定的固相。因此，共晶转变的温度是一定的。虽然亚共晶合金和共晶合金的成分不相同，但亚共晶合金结晶先析出固溶相，使剩余液相的成分达到共晶合金的成分再发生共晶反应，所以亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。

8.何谓金属的同素异晶转变？试以纯铁为例说明金属的同素异晶转变。

答：金属在固态下随温度的变化，由一种晶格变为另一种晶格的现象，称为金属的同素异晶转变。

液态纯铁冷却到1538℃时，结晶成具有体心立方晶格的δ-Fe；继续冷到1394℃时发生同素异晶的转变，体心立方晶格δ-Fe转变为面心立方晶格γ-Fe；再继续冷却到912℃时，γ-Fe又转变为体心立方晶格的α-Fe。纯铁变为固态后发生了两次同素异晶转变。

9.何谓共晶转变和共析转变？以铁碳合金为例写出转变表达式。

答：共晶转变：在一定的温度下,一定成分的液体同时结晶出两种一定成分的固相的反应。

L↔A+Fe3C(共晶)

共析转变:在一定温度下，由成分一定的固相同时析出两种成分一定且不相同的新固相的转变。

A↔F+ Fe3C(共析)

10.画出Fe-Fe3C相图钢的部分，试分析45钢，T8钢，T12钢在极缓慢的冷却条件下的组织

转变过程，并绘出室温显微组织示意图。

答：Fe-Fe3C相图如下图所示

（1）45钢为亚共析钢(组织图参考右) 组织转变过程如下：

L→L+δ→L+δ+γ→L+γ→γ

→α+γ→α+P+γ→α+ P

（析出Fe3CⅢ）

（2）T8钢近似为共析钢(组织图参考右) 组织转变过程如下:

L→L+γ→γ→P+γ

→P（α+ Fe3C）

（3）T12为过共析钢(组织图参考右) L →L+γ→γ→γ+Fe3C Ⅱ →P + Fe3C Ⅱ

11. 为什么铸造合金常选用靠近共晶成分的合金，而压力加工合金则选用单相固溶体成分合

金？

答：铸造合金需要流动性能好，充型能力强，而接近共晶成分合金，凝固温度区间小，且结晶温度低，恰好满足这个特点；压力加工的合金需要塑性好组织均匀，变形抗力小，有好的伸长率，单相固溶体恰好满足这些要求。

12. 根据Fe-Fe 3C 相图，确定下表中三种钢在指定温度下的显微组织名称。

13. 某厂仓库中积压了许多碳钢（退火状态）由于钢材混杂不知其化学成分，现找出一根，

经金相分析后发现组织为珠光体和铁素体，其中铁素体量占80%。问此钢材碳的含量大约是多少？是哪个钢号？ 答：由杠杆原理可知,

此钢材碳的含量大约0.17 wt%,与20钢接近

14. 有形状和大小一样的两块铁碳合金，一块是低碳钢，一块是白口铁。问用什么简便的方

法可迅速将它们区分开来？

答：最简单的办法就是用钢锉，挫一挫，白口铸铁由于碳以化合物形式大量存在，比较硬，挫不动，打滑，低碳钢碳化物少，比较软，一挫就掉末。(此方法可行)

15. 现有两种铁碳合金，在显微镜下观察其组织，并以面积分数评定各组织的相对量。一种

合金的珠光体占75%，铁素体占25%；另一种合金的显微组织中珠光体占92%，二次渗碳体占8%。这两种铁碳合金各属于哪一类合金？其碳的质量分数各为多少？ 答： 珠光体占75%，铁素体占25%,此钢应为亚共析钢,其碳的质量分数约为0.58 wt%.

0218.077.077.0%--=

x F 0218

.077.077.0%--=x F