二元合金的相结构与结晶 - 答案
金属学与热处理填空-选择-判断
习题与思考题绪论(—)填空题1)机械设计常用和两种强度指标。
2)设计刚度好的零件，应根据指标来选择材料。
3)冲击韧性的单位是；延伸率的单位是；屈服强度的单位是。
(二)判断题1)抗氧化性就是指材料在高温下完全不被氧化的性能。
〔〕2)材料硬度越低，其切削加工性能就越好。
〔〕3)金属材料的导电导热性能远高于非金属材料。
〔〕4)σs和σ都是材料的屈服强度。
〔〕5)材料的E值越大，其塑性越差。
〔〕6)用断面收缩率ψ表示塑性更接近材料的真实应变。
〔〕(三)选择题1 低碳钢拉伸试验时，其变形过程可简单分为几个阶段。
A．弹性变形、塑性变形、断裂 B．弹性变形、断裂C 塑性变形、断裂 D．弹性变形、条件变形、断裂2．低碳钢拉伸应力一应变图中，σ-E曲线上对应的最大应力值称为A．弹性极限 B．屈服强度 C 抗拉强度 D．断裂强度3．材料开始发生塑性变形的应力值叫做材料的A．弹性极限 B．屈服强度 C 抗拉强度 D．条件屈服强度第一章金属的晶体结构(一)填空题1)晶体与非晶体的最根本区别是2)金属晶体中常见的点缺陷是，最主要的面缺陷是。
3)表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做，而晶胞是指。
4)在常见金属晶格中，原子排列最密的晶向，体心立方晶格是，而面心立方晶格是。
5)晶体在不同晶向上的性能是，这就是单晶体的现象。
一般结构用金属为晶体，在各个方向上性能，这就是实际金属的现象。
6)实际金属存在有、和三种缺陷。
位错是缺陷。
实际晶体的强度比理想晶体的强度得多。
7)常温下使用的金属材料以晶粒为好。
而高温下使用的金属材料在一定范围内以晶粒为好。
8)金属常见的晶格类型是、、。
9)在立方晶系中，某晶面在x轴上的截距为2，在y轴上的截距为1/2；与z轴平行，则该晶面指数为 .10)金属具有良好的导电性、导热性、塑性和金属光泽主要是因为金属原子具有的————结合方式。
11)同素异构转变是指。
纯铁在温度发生和多晶型转变。
12)金属原子结构的特点是。
金属学与热处理课后答案(崔忠圻版)
第二章纯金属的结晶2-3 为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？答：（1）因为金属结晶时存在过冷现象，是为了满足结晶的热力学条件，过冷度越大，固、液两项的自由能差越大，相变驱动力越大。
（2）过冷度随金属的纯度不同和本性不同，以及冷却速度的差异可以再很大范围内变化。
金属不同，过冷度也不同；金属的纯度越高，则过冷度越大；冷却速度越大，过冷度越大，反之，越小。
（3）会，当液态金属的自由能低于固态时，这时实际结晶温度高于理论结晶温度T m，此时，固态金属才能自发的转变为液态金属，称为过热。
2-4试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。
答;均匀形核是指：若液相中各区域出现新相晶核的几率是相同的；非均匀形核：液态金属中存在微小的固相杂质质点，液态金属与型壁相接触，晶核可以优先依附现成的固体表面形核。
在实际的中，非均匀形核比均匀形核要容易发生。
二者形核皆需要结构起伏，能量起伏，过冷度必须大于临界过冷度，晶胚的尺寸必须大于临界晶核半径。
2-5说明晶体成长形状与温度梯度的关系？答;正温度梯度下以平面状态的长大形态，服温度梯度下以树枝状长大。
2-6简述铸锭三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点？（1）表层细晶区形成原因：①型壁临近的金属液体产生极大过冷度满足形核的热力学条件；②型壁可以作为非均匀形核的基地。
该晶区特点：组织细密，力学性能较好，但该晶区较薄，一般没有多大的实际意义。
（2）柱状晶区的形成原因：①液态金属结晶前沿有适当的过冷度，满足形核要求；②垂直于型壁方向散热最快，晶体向相反的方向生长；③外因是散热的方向性；④内因是晶体晶体生长的各向异性。
该晶区的特点：相互平行的柱状晶接触面及相邻垂直的柱状晶区的交界面较为脆弱，并常聚集着易熔杂质和非金属夹杂物，使铸锭在热压力加工时，容易沿着这些脆弱面开裂，组织比较致密。
（3）中心等轴晶区形成特定：①中心液体达到过冷，加上杂质元素的作用，满足形核的要求；②散热失去方向性，晶核自由生长，长大速度差不多，长成等轴区。
第四章 二元合金相图与合金凝固参考答案
第四章二元合金相图与合金凝固一、本章主要内容：相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律；二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼；二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面；共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶；二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶反应的应用铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭中的偏析其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变二元相图总结及分析方法二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图，相图与合金性能的关系相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图二、1.填空1 相律表达式为___f=C-P+2 ___。
2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有___成分_______起伏。
3. 按液固界面微观结构，界面可分为____光滑界面_____和_______粗糙界面___。
4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是______垂直长大机制_____，光滑界面晶体的长大机制是____二维平面长大____和_____依靠晶体缺陷长大___。
5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生__枝晶____偏析，用____均匀化退火___热处理方法可以消除。
6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈___平直状___状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为______树枝___状。
7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为____伪共晶__。
金属学与热处理 3.3
还有少量液相残留，最后这些液相转变为共晶体，形成不平衡共晶组织。
共晶系合金的不平衡凝固
思考题
1. 在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能发生共晶转变。
A是 B否
答案：B 成分在共晶线宽度范围内的合金冷却到共晶温度时，未凝固的液相成分沿 液相线变化到共晶点，而进行共晶转变。因此，并不是只有共晶合金才发 生共晶反应。
思考题
4. 二元相图中的共晶线 A 是一条水平线直线； B 是一个三相区（L, α, β）； C 一般是一条斜线，水平线是特殊情况。
答案：AB 因为共晶反应是恒温转变，反映在相图上只能是一条水平线；共晶反应时三相 共存，所以共晶线也是一个三相区。
思考题
5. 根据Pb-Sn相图，应用杠杆定律计算40%Sn合金的共晶组织中的α相占全 部合金的相对量。
思考题
6、简单总结伪共晶、不平衡共晶和离异共晶的特点。 伪共晶——靠近共晶点附近的合金得到了全部共晶组织； 离异共晶——共晶组织没有显示出共晶的特征； 不平衡共晶——在不应该出现共晶的合金里出现了共晶组织。
相图计算
1. 固溶体合金的相图如图所示，试根据相图确定：
(a) 成分为40%B的合金首先凝固出来的固
前沿液相中原子扩散示意图
共晶生长的搭桥机制
当两个固相都是金属性较强相时，共晶体一般生长成层片状。当两相的
相对数量比相差悬殊时，在界面能的作用下，数量较小的相将收缩为条、
棒状，更少时为纤维状，甚至为点(球)状。
当有一相或两相都具有较强的非金属性时，它们表现出较强的各向异性，
不同方向的生长速度不同，并且有特定的角度关系，同时生长过程要求
共晶体的形成
成分互惠－交替形核
片间搭桥－共同生长
二元合金的相结构与结晶考试试卷及参考答案
二元合金的相结构与结晶考试试卷及参考答案一、填空题1 合金的定义是两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或其它方法结合而成的具有金属特性的物质。
2．合金中的组元是指组成合金最基本的、能独立存在的物质。
3．固溶体的定义是合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格类型与组元之一相同的固相称之为固溶体。
4．Cr、V在γ-Fe中将形成置换固溶体。
C、N则形成间隙固溶体。
5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要小些。
6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。
7．共晶反应的特征是在同一温度下，由一定成分的液相转变成成分一定的两个固相（三相共存）。
在共晶点处凝固温度最低。
其反应式为L （液）→α（固）+ β（固）。
8．匀晶反应的特征是结晶出的晶体与母相化学成分不同（异分结晶），结晶在一定的温度范围内进行，其反应式为L→α9．共析反应的特征是在同一温度下，由一定成分的固相转变成成分一定的两个固相（三相共存）。
在共析点处析出温度最低。
，其反应式为γ→(α + β) 共析体。
10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换和间隙，按原子溶入量可以分为有限和无限11．合金的相结构有固溶体和金属化合物两种，前者具有较高的塑韧性能，适合于做基体相；后者有较高的硬度性能，适合于做强化相12．看图4—1，请写出反应式和相区：ABC 包晶线；DEF 共晶线；GHI 共析线；①L+α；②α +γ；③α；④γ+ β ；⑤L+γ ；⑥L+β ；13．相的定义是指合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分，组织的定义是在显微镜下能清楚地区分开的独立组成部分。
14．间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同，而间隙相的晶体结构与溶剂不同。
15、同分凝固（结晶）的定义纯金属结晶时，所结晶出的固相成分与液相成分完全一样的结晶。
异分凝固（结晶）的定义固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分不同的结晶。
第四章 二元合金相图与合金凝固答案
第四章二元合金相图与合金凝固一、本章主要内容：相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律；二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼；二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面；共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶；二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶反应的应用铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭中的偏析其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变二元相图总结及分析方法二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图，相图与合金性能的关系相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图二、1.填空1 相律表达式为___f=C-P+2 ___。
2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有___成分_______起伏。
3. 按液固界面微观结构，界面可分为____光滑界面_____和_______粗糙界面___。
4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是______垂直长大机制_____，光滑界面晶体的长大机制是____二维平面长大____和_____依靠晶体缺陷长大___。
5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生__枝晶____偏析，用____均匀化退火___热处理方法可以消除。
6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈___平直状___状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为______树枝___状。
7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为____伪共晶。
材料科学基础二元合金的凝固理论.答案
60
0
α 0
(5/9)L
（0.4－Cα)×(5/9)L=(0.6-0.4) ×(4/9)L
Cα＝0.24
2. 质量守恒法： 溶质原子质量守恒 (5/9)×Cα＋(1- 5/9)×60％＝40％
12
b. 液相部分混合的凝固
当固溶体凝固时，若其凝固速度较快， 液相中溶质只能通过对流和扩散而部 分混合。
表示凝固过程中在初 始过渡区建立后，液 相和固相成分随凝固 体积分数的变化。
18
c. 液相完全不混合的凝固
凝固速度很快，液相仅有扩散；宏观偏析很少，仅在最后 凝固部分，溶质浓度迅速升高，但长度仅有几厘米。 初始过渡区建立后ke=1
20
结论：
冷速越快 → 液相越不均匀 → 固相越均匀 → 宏观偏析↓
中心等轴晶区：各方向上的力学性能较均匀一致。但容易形成许多微 小的缩孔，导致组织疏松。
33
影响铸锭组织的因素
铸锭的宏观组织与浇注条件又密切关系： 随浇注条件变化可改变3个晶区的相对厚度和晶粒大小，甚至不出现
某个晶区；
快的冷却速度，高的浇注温度和定向散热有利于柱状晶的形成；若金 属纯度较高、铸锭截面较小时，柱状晶快速成长，有可能形成穿晶。
3
固溶体不平衡凝固时的溶质分布
假设固相中无扩散，液相中有扩散， 根据液相中溶质混合情况，分为完全混合， 部分混合,完全不混合三种情况进行讨论。 4个假设：
① 液—固界面是平直的； ② 液—固界面处维持着这种局部的平衡，即在 界面处满足k0为常数； ③ 忽略固相内的扩散； ④ 固相和液相密度相同
4
36
3. 偏析 segregation
铸锭中各部分化学成分不均匀的现象称为偏析。
工程材料习题及其答案
4、为了保持冷塑性变形金属的强度和硬度，应采用 去应力 退火；为了降低冷塑性变形金属的 强度和硬度，应采用 再结晶 退火。
7.钢的热处理
一、名词解释 淬透性: 是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬透层深度的能力。 回火脆性: 淬火钢在某些温度回火时，其冲击韧性显著下降的现象。 调质: 淬火加高温回火。 淬硬性: 表示钢淬火后所能达到的最高硬度，取决于钢的含碳量。
c.过冷度越小，晶粒越细 d.过冷度越小，晶粒越粗
填空 1、实际金属中存在有点缺陷 、线缺陷 、 面缺陷缺陷。其中，位错是 线 缺 陷，晶界是面 缺陷。
2、金属在结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度越 大 ，晶粒越 细 ，强 度越 高 ，塑性越 好 。 3、金属的结晶主要由 形核 和 长大 两个基本过程组成。 4、在金属结晶过程中，细化晶粒的方法主要有 增大过冷度 、 变质处理 和 振动搅拌 。
a.钢的含碳量 b.马氏体的含碳量
c.钢的淬透性 d.淬火介质与淬火方法
5、影响钢淬透性的因素主要是（ d ）
a．工件尺寸 b．冷却速度 c．淬火方法 d．钢的化学成分
6、马氏体的硬度主要取决于（ c ）
a.钢的淬透性
b.钢的含碳量
c.马氏体的含碳量 d.残余奥氏体的量
四、填空
1、共析钢的正火组织为 层片 状S，而调质组织为 粒 状S，其综合机械性能 前者 低于 后者。
4、某工厂用冷拉钢丝绳吊运出炉的热处理工件去淬火，钢丝绳承载能力远远超过工件的重量，
但在工件吊运过程中，钢丝绳却发生拉长断裂，其断裂原因是由于钢丝绳：（ b ）
a.超载 b.发生再结晶 c.形成带状组织 d.产生加工硬化
5、体心立方晶格金属与面心立方晶格金属在塑性上的差别，主要是由于两者的（ b ）
23.二元合金共晶相图及结晶
7
中南大学材料科学与工程学院
材料科学与工程基础 二元合金共晶相图及结晶
x1合金凝固过程
温度3
遇上固溶度线，α析 出βⅡ βⅡ优先从α晶界析出
其次是晶粒内缺陷
961.9 A
αB
T/℃
8.8
3
温度4 由α和βⅡ 组成 α和βⅡ 的体积百分含量
3F
F4
Ag
0.35
α成分变化线
% 4G 100%
FG
Ⅱ%＝
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材料科学与工程基础 二元合金共晶相图及结晶
2.10 共晶相图及共晶系合金的凝固和组织
Eutectic Phase Diagram
• 1 相图分析
• 2 共晶系合金的平衡凝固和组织 • 3 共晶组织及其形成机理
• 4 共晶系合金的非平衡凝固和组织
2020/4/9
柏振海 baizhai@
2020/4/9
柏振海 baizhai@
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材料科学与工程基础 二元合金共晶相图及结晶
Pb－Sn亚共晶合金平衡凝固的组织
亚共晶III合金： Pb－50％Sn组织α＋（α＋β）共晶＋βII
2020/4/9
βII
α+β
α
柏振海 baizhai@
层片状(Pb-Cd),×250
棒状
纤维状(Sn-Pb)(横截面),×150 针状(Al-Si),×100
螺旋状(Zn-MgZn2),×500蛛网状(Al-Si),×100 骨骼状(Al-Ge),×500
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柏振海 baizhai@
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1
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第三章 二元合金的相结构与结晶(金属学与热处理崔忠圻课后答案)
金属学与热处理第二版（崔忠圻）答案第三章二元合金的相结构与结晶3-1 在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状生长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？答：原因：在纯金属的凝固过程中，在正温度梯度下，固液界面呈平面状生长；当温度梯度为负时，则固液界面呈树枝状生长。
固溶体合金在正温度梯度下凝固时，固液界面能呈树枝状生长的原因是固溶体合金在凝固时，由于异分结晶现象，溶质组元必然会重新分布，导致在固液界面前沿形成溶质的浓度梯度，造成固液界面前沿一定范围内的液相其实际温度低于平衡结晶温度，出现了一个由于成分差别引起的过冷区域。
所以，对于固溶体合金，结晶除了受固液界面温度梯度影响，更主要受成分过冷的影响，从而使固溶体合金在正温度梯度下也能按树枝状生长。
3-2 何谓合金平衡相图，相图能给出任一条件下合金的显微组织吗？答：合金平衡相图是指在平衡条件下合金系中合金的状态与温度、成分间关系的图解，又称为状态图或平衡图。
由上述定义可以看出相图并不能给出任一条件下合金的显微组织，相图只能反映平衡条件下相的平衡。
3-3 有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的WNi=90%，另一个铸件的WNi=50%，铸后自然冷却。
问凝固后哪一个铸件的偏析严重？为什么？找出消除偏析的措施。
答：WNi=50%铸件凝固后偏析严重。
解答此题需找到Cu-Ni合金的二元相图。
原因：固溶体合金结晶属于异分结晶，即所结晶出的固相化学成分与母相并不相同。
由Cu-Ni 合金相图可以看出WNi=50%铸件的固相线和液相线之间的距离大于WNi=90%铸件，也就是说WNi=50%铸件溶质Ni的k0（溶质平衡分配系数）高，而且在相图中可以发现Cu-Ni合金铸件Ni的k0是大于1，所以k0越大，则代表先结晶出的固相成分与液相成分的差值越大，也就是偏析越严重。
消除措施：可以采用均匀化退火的方法，将铸件加热至低于固相线100-200℃的温度，进行长时间保温，使偏析元素充分扩散，可达到成分均匀化的目的。
2.二元合金的相图及结晶分析
合金中的相 二元合金相图的建立 匀晶相图 共晶相图 包晶相图 组元间形成稳定化合物的相图 由二元相图判断合金的性能
2.1 合金中的相
一. 基本概念 1.合金（alloy)
由金属元素与其他元素（这些元素可以是金属元素， 也可以是非金属元素）组成的有金属特征的金属材料。
（金属元素+其他几种元素、具有金属特征）
温度为500℃。
二、相图的测定(热分析法建立相图）
1.配制不同成分的Cu-Ni合金
2.合金熔化后缓慢冷却，分别测出每种合金的冷却 曲线。 3.确定各条冷却曲线上的转折点温度，并依次将温 度数值引入温度-成分坐标系。 4.连接意义相同的点，得到Cu-Ni合金相图。
液相线
℃
1455
L
aK
b
1300
3.确定某成分合金某一温度下两平衡相的成分和相对质量。 两平衡相成分的确定：过K点作水平线，与相区分界线交于a、
b点 ，a 、b点的成分坐标值即为含Ni50%的合金1300℃时 液固相的平衡成分。
相对质量确定：运用杠杆定律
a
K
b
WL
Wa
WL， ——液相的质量，质量分数 Wa ， ——固相的质量，质量分数
100
C
D
A 10 20 30 40 50 60 70 80 90 wB(%)
二元相图的坐标
横坐标左右端分别表示纯组元 A、B，其余的每一点均表示一 种合金成分。
如D点的合金成分为含B60%。 坐标平面上的任意一点称表象 点，表象点的坐标值分别表示 某个合金的成分和温度。
如E点表示合金成分 B wB=40%,wA=60%,
一、概念 1.相图（phase diagram) 表示合金系在平衡条件下，不同压力、温度、成 分时的各相关系的图解。又称平衡图或状态图。 2.相图表示法 在坐标系中，纵坐标表示温度，横坐标表示合 金成分（不加说明，指质量百分数）。
第4章 二元合金
TE- P 7 Wenyun Ju
测定时所配制的合金数目越多,所用金属纯度越高, 测定时所配制的合金数目越多,所用金属纯度越高,测 温精度越高,冷却速度越慢(0.5℃/min ~1.5℃/min),则所 温精度越高,冷却速度越慢 ℃ ℃ , 测得的相图越精确. 测得的相图越精确. 如图2.8所示是用热分析法建立的 所示是用热分析法建立的Cu-Ni合金的相图过 如图 所示是用热分析法建立的 合金的相图过 程示例. 程示例.
TE- P 2 13 Wenyun Ju
2, 固溶体 溶质原子溶入金属溶剂 溶剂中所组成的合金相称为固溶体.固溶体 溶质 溶剂 的点阵结构仍保持溶剂金属的结构,只引起晶格参数的改变. 当两组元在固态无限溶解时,所形成的固溶体称为连续固溶体 或无限固溶体;当两组元在固态部分溶解时,所形成的固溶体称为 有限固溶体或端际固溶体.按照溶质原子在固溶体中所处的位置, 固溶体又可分为间隙固溶体和置换固溶体. 1) 间隙固溶体 当溶质原子直径与溶剂原子直径的比值 小于0.59时,才能形成间隙固溶体.溶剂晶 格的间隙是有限的,因此,间隙固溶体只能 是有限固溶体.
当共晶组织十分细密且在不平衡结晶时出现伪共晶其强度和硬度在共晶成分附近偏离直线关系而出现峰值如图225中虚线所示wenyunju33不同类型的合金与性能关系tewenyunju34根据相图判断合金的铸造性能合金的铸造性能主要表现为液态合金的流动性缩孔热裂倾向等性能它主要取决于相图上液相线与固相线之间的水平距离及垂直距离即结晶的成分间隔与温度间隔
TE- P 4 15 Wenyun Ju
3,强化金属的方法 ,
1),细晶强化
程度. σs= σi+Kyd-1/2 σi反映位错在晶粒内运动时的摩擦阻力, Ky反映位错运动造成的滑移从一个晶粒传播到相邻晶粒的难易 外来原子溶入基体中形成固溶体,产生晶格畸变造材料通过基体中分布有细小弥散的第二相质点而产生的强化. 这种弥散质点可以是过饱和固溶体时效时的脱溶产物,或是材料制备时特意加入 的弥 散质点(如粉末冶金).
第2章-二元合金的相图及结晶
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14
二元相图的建立步骤为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例] 1. 配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，
找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。 2. 将临界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 3. 将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的
数字和字母。
相图中，结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点 的连线叫固相线。
液固相线不仅是相区分 界线, 也是结晶时两相的成 分变化线；匀晶转变是变 温转变。
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(2) 杠杆定律
处于两相区的合金，不仅由相图可知道（温度一定）两平衡
相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。
现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律：
① 确定两平衡相的成分：设合金成分为x，过x做成 分垂线。在成分垂线相当于
Cu-Ni置换固溶体
Fe-C间隙固溶体
3
固溶体的分类： a、置换固溶体：溶质原子取代溶剂原子的位置，
但整个结构仍然是溶剂的晶体结构。 b、间隙固溶体：溶质原子位于溶剂原子的间隙
位置中。形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的 非金属元素，如C、N、B等，而溶剂元素一般是过渡族 元素。形成间隙固溶体的一般规律为r质/r剂<0.59。
a、有限固溶体：在一定的条件下，溶质在固溶体中存在一 极限浓度，如超过此浓度则有其它相形成。
b、无限固溶体：溶质可以任意比例溶入到溶剂中，最高可 达100%。 （只能是置换固溶体）组成元素原子半径、 电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体，才有可 能形成无限固溶体。
a 、有序固溶体：溶质原子在固溶体中有规律的分布。 （只能是置换固溶体）
属元素，如C、N、B等， 而溶剂元素一般是过渡 族元素。
材料科学基础二元相图01.答案
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7.3 二元相图分析
7.3.1 匀晶相图和固溶体凝固
匀晶转变
Lα
液相线
L (单相区) L+α
由液相结晶出单相固溶体的过程
TB
匀晶相图及特点
表示匀晶转变的相图 在固态、液态无限互溶
TA
两相区 固相线
α (单相区)
匀晶反应的条件
具有相同的晶体结构 原子半径接 近 (相差不超过15％) 相同的原子价 相似的电负性
38
问答题： 从结晶条件和过程分析，纯金属和单相固溶体合金结晶时的 异同点？
①
相同点：基本过程：形核－长大；
热力学条件：⊿T>0； 能量条件：能量起伏； 结构条件：结构起伏。
② 不同点：合金在一个温度范围内结晶
合金结晶是选分结晶：需成分起伏。
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例题：图1为一匀晶相图，试根据相图确定：
(1)计算wB = 40 %的合金开始凝固出来的固相成分为多少？ (2)若开始凝固出来的固体成分为wB = 60 %，合金的成分为多少？ (3)成分为wB = 70%的合金最后凝固时的液体成分为多少？ (4)若合金成分为wB = 60 %，凝固到某温度时液相成分wB = 40 %，固相 成分为wB = 85%，此时液相和固相的相对量各为多少？
A
B
只发生 匀晶转变的二元合金： Cu-Ni， Au-Ag， Au-Pt等； 二元陶瓷：NiO-CoO, CoO-MgO, NiO-MgO等
特殊匀晶相图：
L
L
α
A B A
α
如：Cu-Au
如：Pb-Tl
B
★ ∵
极点处结晶在恒温下进行，自由度为0，而不是1。 xL = xα 增加了一个约束条件
第四章 材料的成形凝固与二元合金相图参考答案
第四章材料的成形凝固与二元合金相图习题参考答案一、解释下列名词答：1、凝固：物质由液态转变为固态的过程。
2、过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
3、自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
4、非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
5、变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒的处理方法。
6、变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
7、同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。
8、合金：通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质。
9、组元：组成合金的最基本的、独立的物质。
10相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。
11、相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图。
12、枝晶偏析：实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象。
13、比重偏析：比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。
如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大，则在缓慢冷却条件下凝固时，先共晶相便会在液体中上浮或下沉，从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致的现象。
二、填空题1、实际结晶温度比理论结晶温度略低一些的现象称为金属结晶的过冷现象，实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
2、金属结晶过程是晶核形成与晶核长大的过程，这是结晶的基本规律。
3、金属结晶时的冷却速度越快，则过冷度越大，结晶后的晶粒越细，其强度越高，塑性和韧性越好。
4、典型的金属铸锭组织由三层组成，即表层细晶区、柱状晶区、中心粗等轴晶区。
5、在金属铸锭中，除组织不均匀外，还经常存在缩孔、气孔、疏松等各种铸造缺陷。
材料科学基础选择题填空题及答案
材料科学基础考试范围及复习题考试范围：要求掌握全部概念，重要知识点。
1.材料的结构：晶体结构的基本概念，金属晶体结构及其特点（三种重要晶体结构，晶系、布拉菲点阵，晶胞原子数，密排面，密排方向，密勒指数标定）。
2.纯金属的结晶：结晶现象（结晶、过冷度），晶核的形成（临界晶核、形核功），晶核的长大，金属铸锭的组织（三晶区结构）及缺陷。
3.二元合金的相结构与结晶：合金中的相（相及其分类），合金的相结构，二元合金相图的建立，二元合金相图。
4.铁碳合金：铁碳合金的组元及基本相，Fe-Fe3C相图分析，铁碳合金的平衡结晶过程及组织，含碳量对组织性能的影响，钢中杂质元素及钢锭组织。
（全部掌握）5.固体材料的塑性变形与断裂：金属的变形特性，单晶体的塑性变形（重点），多晶体的塑性变形，合金的塑性变形，塑性变形对组织和性能的影响（重点），金属的断裂。
6.回复与再结晶：形变金属与合金在退火过程中的变化，回复，再结晶及晶粒长大。
7.扩散：扩散的本质及机理，菲克定律（重点是第二定律及其重要解），影响扩散的因素。
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 6 ，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。
(完整版)金属学与热处理考点总结及课后答案第二版
金属学与热处理总结一、金属的晶体结构重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。
基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。
金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。
位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。
位错的柏氏矢量具有的一些特性：①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。
刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。
晶界具有的一些特性：①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。
二、纯金属的结晶重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。
基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。
铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。
相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。
过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。
变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。
过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。
从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。
根据 T R k ∆∝1可知当过冷度T ∆为零时临界晶核半径R k 为无穷大，临界形核功（21T G ∆∝∆）也为无穷大。
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第三章 二元合金的相结构与结晶
(一)填空题
1 合金的定义是两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成具有金属特性的物质。
2．合金中的组元是指 组成合金最基本的、独立的物质 。
3．固溶体的定义是 在固态条件下，一种组元“组分”溶解了其它组元而形成的单相晶态固体 4．Cr 、V 在γ-Fe 中将形成 置换 固溶体。
C 、N 则形成 间隙 固溶体。
5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要 差 些。
6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。
7．共晶反应的特征是 由一定成分的恶液相同时结晶出成分一定的两个固相 ，其反应式为 L →a+β
8．匀晶反应的特征是 ，其反应式为 9．共析反应的特征是 ，其反应式为
10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换固溶体和间隙固溶体，按原子溶入量可以分为 有限固溶体 和 无限固溶体
11．合金的相结构有 固溶体 和 金属化合物 两种，前者具有较高的 塑性变形 性能，适合于做 基体 相；后者有较高的 高硬度 性能，适合于做 增强 相
12．看图4—1，请写出反应式和相区：
ABC 包晶反应 B A C L γα⇔+ ；DEF 共晶反应 F D C L βγ+⇔ ；GHI 共析反应 I G H βαγ+⇔ ；
①
L +α ；② γα+ ；③βα+ ；④ βγ+ ；⑤ L +γ ；⑥ β+L ；
13．相的定义是 ，组织的定义是
14．间隙固溶体的晶体结构与溶剂的晶格类型 相同，而间隙相的晶体结构与 溶剂组元晶体结构 不同。
15．根据图4—2填出：
水平线反应式 E C D βαγ+⇔ ；有限固溶体 βα、 、 无限固溶体 γ 。
液相线 ，固相线 ， 固溶线 CF 、 EG
16．接近共晶成分的合金，其铸造性能较好；但要进行压力加工的合金常选用匀晶成分的合金。
17．共晶组织的一般形态是片状。
(二)判断题
1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。
( N )
2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常选用具有单相固溶体成分的合金。
( Y)
3．合金的强度与硬度不仅取决于相图类型，还与组织的细密程度有较密切的关系。
( Y) 4．置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。
( Y) 5．合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。
( Y )
6．共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。
( Y)
7．共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。
( N)
8．初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。
( Y )
9．根据相图，我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对量，而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。
( Y )
10．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。
( Y )
11．过共晶合金发生共晶转变的液相成分与共晶合金成分是一致的。
( Y)
(三)选择题
1．固溶体的晶体结构是A
A．溶剂的晶型B．溶质的晶型 C 复杂晶型D．其他晶型
2 金属化合物的特点是C
A．高塑性B．高韧性 C 高硬度D．高强度
3．当匀晶合金在较快的冷却条件下结晶时将产生 D
A．匀晶偏析 B 比重偏析C．枝晶偏析D．区域偏析
4．当二元合金进行共晶反应时，其相组成是C
A．由单相组成 B 两相共存 C 三相共存D．四相组成
5．当共晶成分的合金在刚完成共晶反应后的组织组成物为C
A. α+βB．(α＋L) C．(α+β) D．L＋α+β
6．具有匀晶型相图的单相固溶体合金B
A．铸造性能好B．锻压性能好 C 热处理性能好D．切削性能好
7．二元合金中，共晶成分的合金A
A．铸造性能好 B 锻造性能好 C 焊接性能好D．热处理性能好
8．共析反应是指 B
A．液相→固相Ⅰ+固相Ⅱ B 固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ
C．从一个固相内析出另一个固相 D 从一个液相中析出另一个固相
9．共晶反应是指 A
A．液相→固相Ⅰ+固相Ⅱ B 固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ
C．从一个固相内析出另一个固相 D 从一个液相中析出另一个固相
10．固溶体和它的纯金属组元相比D
A．强度高，塑性也高些 B 强度低，但塑性高些
C 强度低，塑性也低些
D 强度高，但塑性低些
(四)计算题
1．一个二元共晶反应如下：L(W(B)＝75％)→α(W(B)＝15％)+β(W(B)=95％)
(1)求w(B)＝50％的合金完全凝固时初晶α与共晶(α十β)的重量百分数，以及共晶体中
α相与β相的重量百分数；
(2)若已知显微组织中β初晶与(α+β)共晶各占一半，求该合金成分。
2．若要配制四个不同成分的Pb—Sn合金30g，其组织要求为(参阅Pb—Sn合金相图)；
(1)α相92％和β相8％；
(2)亚共晶合金中，要求共晶体占30％；
(3)过共晶合金中，要求共晶体占70％；
(4)共晶合金。
问分别计算出需要Pb和Sn各多少克
复习要点
1、名词
相
固溶体
置换固溶体
间隙固溶体
金属间化合物
异分结晶/选择结晶
晶内偏析76
枝晶偏析77
区域偏析78
成分过冷
固溶强化
伪共晶组织91
离异共晶92
比重偏析92
包晶偏析
96
影响置换固溶体中溶质固溶度的主要因素
固溶体结晶过程76
固溶强化的机理
消除晶内偏析、离异共晶、包晶偏析的方法---均匀化退火
锡青铜产生锡汗的原因
锡青铜结晶温度范围宽，易产生枝晶偏析和反偏析。
当锡青铜铸件浇注后尚未全部凝固时，在枝晶骨架间还有低熔点相，青铜液温度降低时氢在铜液中溶解度降低，它析出形成小气泡，在气体压力作用和铸件收缩力的作用下含气泡的液相被挤出铸件表面皮下，造成“锡汗”。
已知A及B液态时无限互溶，固态时A在B中的最大溶解度为30%，室温时为10%，但B
在固态和室温均不容与A，300度时含40%Bde液态合金发生共晶反映，画出AB合金相图，计算含20、45、80合金结晶后在室温下的组织组成无和相的相对含量
何为匀晶转变，使划出简单的相图示意图，并结合杠杆定律分析整个过程中两项的相对含量。