答案4-合金与相图
第三章合金的结构与相图
硬质合金中的重要组成相。
构
如：W2C, VC, TiC, MoC, TiN, VN 等。
35
② 间隙化合物
当（d非 /d过）>0.59时，形成
的间隙化合物一般具有复杂的 晶格结构。 如：Fe3C, dC/dFe =0.61, 正交 晶格 特点： 熔点、硬度更高
作用： 在钢中也起强化相作用。
27
1. 根据溶质原子在溶剂晶格中分布情况的不同， 可将固溶体分为（ ）和（ ）。 2. 相是指合金中（ ）与（ ）均匀一致的组成部分。 3. 固溶体与金属间化合物在晶体结构和力学性能 方有何不同?
28
特点与变化
晶粒的大小与形状无 明显的变化； 位错密度变化不大； 电阻明显降低； 强度硬度略有降低，
可能形成无限固溶体；
对于间隙固溶体，则只能形成有限固溶体。
18
3 按溶质原子在固溶体中分布是否有规律分
➢ 无序固溶体：溶质原子呈无序分布的固溶体； ➢ 有序固溶体：溶质原子呈有序分布的固溶体； ➢间隙固溶体都 是无序固溶体。
19
（三）、影响固溶体结构形式和溶解度的因素
1. 原子大小
溶剂与溶质的原子直径差别：
铁原子 碳原子
通常固溶体不能用一个化学式表示
12
（一）. 溶质元素在固溶体中的溶解度
固溶体的浓度： 溶质原子溶于固溶体中的量，称为固溶体的浓度。
质量百分比： C=（溶质元素的质量/固溶体的质量）100% 原子百分比： C=（溶质元素的原子数/固溶体的总原子数）100%
固溶体的溶解度： 在一定条件下，溶质元素在固溶体中的极限浓度称 为溶质元素在固溶体中的溶解度。
31
1、金属间化合物的种类
金属学课程-第4章 习题答案
第4章 习题4-1 分析w C =0.2%、w C =0.6%、w C =1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物和组织组成物的含量。
解：在室温下，铁碳合金的平衡相是α-Fe （碳的质量分数是0.008%）和Fe 3C （碳的质量分数是6.69%），故（1） w C =0.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.690.2%100%97.13%6.690.008%197.13% 2.87%Fe C α-=⨯=-=-= w C =0.2%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ，其组织可近似看做和共析转变完时一样，在共析温度下α-Fe 碳的成分是0.0218%，P 的碳的成分为0.77%，故w C =0.2%的合金在室温时组织中P 和α的相对量分别为0.20.0218%100%23.82%0.770.0218%123.82%76.18%P α-=⨯=-=-= （2）w C =0.6%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.690.6%100%91.14%6.690.008%191.14%8.86%Fe C α-=⨯=-=-= w C =0.6%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe 和P ，在室温时组织中P 和α的相对量为0.60.0218%100%77.28%0.770.0218%177.28%22.72%P α-=⨯=-=-= （3）w C =1.2%的合金在室温时平衡状态下α相和Fe 3C 相的相对量分别为3 6.69 1.2%100%82.16%6.690.008%182.16%17.84%Fe C α-=⨯=-=-= w C =1.2%的合金在室温下平衡态下的组织是P 和Fe 3C ，在室温时组织中P 的相对量为3 6.69 1.2%100%92.74%6.690.77%192.74%7.3%P Fe C -=⨯=-=-=4-2 分析w C =3.5%、w C =4.7%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物的含量。
2021轮机工程-合金的构造与合金相图(精选试题)
轮机工程-合金的构造与合金相图1、关于合金，以下说法错误的是（）A.合金的组元可以是稳定的化合物B.合金的组元通常是纯元素C.合金的组元可以是混合物D.合金的相结构有固溶体和金属化合物2、关于合金，以下说法正确的是（）A.合金的组元通常是稳定的化合物B.二元合金是由两种组元组成的C.合金的组元决定了合金的性能D.合金的组元也可称为合金的相结构3、合金的组元决定了合金的（）。
4、固溶体是（）基本的相结构之一。
5、合金的组元通常是（）。
6、合金中的相结构有（）A.固溶体/化合物/金属化合物B.固溶体/机械混合物C.化合物/机械混合物D.固溶体/化合物7、合金在固体状态的相结构大致可分为（）A.固溶体和化合物B.固溶体和液溶体C.化合物和合金D.化合物和晶体8、组成合金的元素，在固态下互相溶解形成均匀单一的固相称为（）A.晶体B.固溶体C.化合物D.共晶体9、固溶体中，能保留住晶格结构含量较多的元素称为（），而晶格结构消失的元素称为（）。
10、关于合金中的固溶体，以下说法错误的是（）A.固溶体溶质元素含量稍多时可导致固溶强化B.固溶体溶质在溶剂中的溶解度是基本不变的C.固溶体是合金基本的相结构之一D.固溶体中溶质和溶剂可能无限相溶11、关于机械混合物，以下说法正确的是（）A.机械混合物是合金基本的相结构之一B.机械混合物决定了合金的性能C.机械混合物是由两种或两种以上的相组成D.机械混合物的组成相应是固溶体12、能够无限互溶的两组元素所构成的二元合金相图必定是（）A.匀晶相图B.共晶相图C.包晶相图D.共析相图13、下列二元合金的恒温转变中，（）是匀晶转变。
A.L+α→αB.L→α+βC.γ→α+βD.α+β→γ14、生产上采用扩散退火来消除（）A.晶内偏析B.偏析C.枝晶偏析或晶内偏析D.比重偏析15、生产上采用（）来消除枝晶偏析。
A.再结晶退火B.正火C.扩散退火D.等温退火16、下列二元合金的恒温转变中，（）是共晶转变。
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__。
合金的结构与相图(材料第三章)
组成合金的元素相互作用可 形成不同的相。
Al-Cu两相合金
2
相:是指金属或合金中凡成
单相
合金
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。
显微组织:是指在显微镜下 观察到的金属中各相或各晶 粒的形态、数量、大小和分 布的组合。
界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 4. 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16 线。
第三节 匀晶相图
两组元在液态和固 态下均无限互溶时 所构成的相图称二 元匀晶相图。
以Cu-Ni合金为例 进行分析。
Cu-Ni合金相图
17
一、相图分析
相图由两条线构成，上 面是液相线，下面是固 相线。
相图被两条线分为三个 相区，液相线以上为液 相区L ，固相线以下为 固溶体区，两条线之间 为两相共存的两相区 （L+ ）。
L
液相线 L
+
固相线
Cu
成分（wt%Ni）
Ni
18
二、合金的结晶过程
除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以Ⅰ合
图解。又称状态图或平衡图。 相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织随温度变化的规律，
是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。
13
1、组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存
在的物质。
2、合金系是指由两个或两个以 上元素按不同比例配制的一系
列不同成分的合金。多数情况 下组元是指组成合金的元素。 但对于既不发生分解、又不发 生任何反应的化合物也可看作 组元,
合金的结构和相图
1.匀晶相图
（1）匀晶相图分析
匀晶相图分析
图中只有两条曲线，其中Al1B称为液相线，是各 种成分的合金在冷却时开始结晶或加热时熔化终 止的温度；Aα4B称为固相线，是各种成分的合金 在加热时开始熔化或冷却时结晶终止的温度。显 然，在液相线以上为液相单相区，以L表示；在固 相线以下为固相单相区，各种成分的合金均呈α固 溶体，以α表示；在液相线与固相线之间是液相与 α固溶体两相共存区，以α+L表示。A点是Cu的熔 点，B点是Ni的熔点。
共析相图
第三节 合金性能与相图的关系
合金的使用性能决定于合金的成分和组织， 而合金的结晶特点又影响了其工艺性能。由 于相图是表示合金的结晶特点及成分、温度 及组织之间的关系的，因此，相图和合金性 能之间存在着一定的联系。掌握这些规律， 对选用和配制合金是必要的。
一、合金力学性能与相图的关系
二、合金铸造性能与相图的关系
成分
SB
100%B
温 度
L + SA
共晶相图
L
L
+
Y℃ SB
SA+SB
SA+(SA+SB)
SB +(SA+SB)
100%A
X% 成分
100%B
共晶相图
温
LX Y℃ SA+SB
度
SA L
L
L
L
SA +
L
+
SA
SA
L
Y℃ SB
SA+(SA+SB)
SB +(SA+SB)
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％。
4 合金的结晶(合金相图)
共析反应（转变）：
一定成分的固相，在一定温度下，同时析出两种 化学成分和结构完全不同的新的固相的反应（转变）。
→ 1＋ 2
共析相图与共晶相图在形状上很相似，但发生的 反应完全不同。
L L＋ A1 B1
A2
B2
1 D
＋ 1
C
＋ 2 1 ＋ 2
E 2
A
B
wB(%)
临界点指合金在冷却时凝固开始和凝固终了的温度点。
4、将各临界点标在相图的坐标平面上；
二元相图的坐标平面，其纵座标为温度，横座标为成分。
5、在相图平面上将性质相同的临界点分别连接起来，即建立 起相图。
• 相图中，结晶开始点的连线叫液相线。
•
wNi=80% wNi=60%
温 wNi=40% 度
结晶终了点的连线叫固相线。
wNi=100%
wNi=20% wCu=100% 时间
Cu
20
40
60
80
Ni
wNi(%)
Cu-Ni二元合金相图的建立
合金的结晶不是恒温的，是在一定的温度范围内进行的。
三、二元相图的基本类型
1、二元匀晶相图：合金两组元在液态和固态以任何比例 均能无限互溶所构成的相图。
液相线
合金结晶开始的温度连线
固相线 L
具有共析反应的二元合金相图
总结：
合金的结晶不一定在恒温下进行，结晶过程中不 像纯金属只有一个液相和一个固相，而是在不同温度 范围内存在不同数量的相，且各相的成分也可变化， 合金结晶是通过合金相图来分析的。
思考：
纯金属结晶和合金结晶有什么异同？
谢谢各位！
一、合金相图的基本知识 合金相图：又称合金平衡图，表示在平衡状态下， 合金的组成相和温度、成分之间关系的图解。
《材料科学基础》习题及参考答案
答案
2.试从晶体结构的角度，说明间隙固溶体、间隙相及
间隙化合物之间的区别。
答案
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3. 何谓玻璃？从内部原子排列和性能上看，
非晶态和晶态物质主要区别何在?
答案
4.有序合金的原子排列有何特点？这种排列
和结合键有什么关系？为什么许多有序合金
在高温下变成无序？
答案
5. 试分析H、N、C、B在Fe和Fe中形成固熔
6.离异共晶
答案
7.伪共晶
答案
8.杠杆定理
答案
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二、综合题
1.在图4—30所示相图中，请指出： (1) 水平线上反应的性质； (2) 各区域的组织组成物； (3) 分析合金I，II的冷却过程； (4) 合金工，II室温时组织组成物的相对量表达式。
答案
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2.固溶体合金的相图如下图所示，试根据相图确定： ①成分为ω(B)=40%的合金首
答案
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7. 根据图7-9所示的A1-Si共晶相图，试分析图中(a)，(b)，(c)3个金相组 织属什么成分并说明理由。指出细化此合金铸态组织的途径。
答案
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8. 青铜( Cu-Sn)和黄铜C Cu--fin)相图如图7-15(a)，(b)所示:
①叙述Cu-10% Sn合金的不平衡冷却过程，并指出室温时的 金相组织。
化时是否会出现过热，为什么？
答案
3.欲获得金属玻璃，为什么一般选用液相线很陡，
从而有较低共晶温度的二元系？
答案
4.比较说明过冷度、临界过冷度、动态过冷度等
概念的区别。
答案
5.分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。 答案
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6.简述纯金属晶体长大的机制。
材料科学基础4相图-作业习题_图文
A
30 50
B
二元相图习题
7.已知和渗碳体相平衡的α-Fe固溶度方程为： C=2.55exp(-11.3×103/RT) (%,质量) 设想碳在奥氏体中的溶解度方程也呈类似类型，试根据 铁碳相图列出该方程。（江苏大学，2005年，16分）
C=Aexp(-Q/RT)
C=22.3exp(-2.8×103/RT)
二元相图习题
1.画出Fe-Fe3C相图，填写各区的组织组成物。（6分） 2.分析含碳0.65%（2005年为0.4%）的铁碳合金的平衡结晶过 程，画出其冷却曲线和室温时的显微组织示意图。（8分） 3.用杠杆定律计算该合金在室温时的组织组成物和相组成物的 量。（8分） （合肥工业大学，2004年，2005年）
二元相图习题
4. 如图所示为Cu-Sn合金 相图， Cu-0.1Sn合金液体置于内 腔为长棒形的模子内，采 用顺序结晶方式，并假设 液相内完全混合，固/液界 面为平直状，且固相中无 扩散，液相线与固相线为 直线，试分析计算从液相 中直接结晶的α相与γ相的 区域占试棒全长的百分数 。
二元相图习题
第七节 相图的热力学解释
1000
700
500
A 25 50
B
二元相图习题
3. 已知A（熔点600℃）与B（熔点500 ℃ ）在液态无限 互溶，固态时A在B中的最大固溶度（质量分数）为 0.30A，室温时为0.10A；但B在固态和室温均不溶于A。 在300 ℃时，含B 0.4的液态合金发生共晶反应。绘出AB合金相图。分析含A 0.20的合金在室温下组织组成物和 相组成的相对含量。
二元相图习题
8. 一块碳钢在平衡冷却条件下，显微组织中含有50%珠 光体和50%铁素体，问： 1.此合金中碳浓度为多少？（5分） 2.若合金加热到730 ℃，在平衡条件下将获得什么显微 组织？（5分） 3.若合金加热到850 ℃，又将得到什么显微组织？（5分 ） （江苏大学，2004年）
(完整版)材料成型原理第四章答案
C C L L第四章1. 何谓结晶过程中的溶质再分配?它是否仅由平衡分配系数 K 0 所决定?当相图上的液相线和固相线皆为直线时，试证明 K 0 为一常数。
答：结晶过程中的溶质再分配：是指在结晶过程中溶质在液、固两相重新分布的现象。
溶质再分配不仅由平衡分配系数 K 0 决定 ，还受自身扩散性质的制约，液相中的对流强弱等因素也将影响溶质再分配。
当相图上的液相线和固相线皆为直线时 K 0 为一常数，证明如下：如右图所 示：液相线及固相线为直线，假设 其斜率分别为m L 及m S ，虽然 T C * 、C * 随温度变化有不同值，但 S LC * (T - T *) / m m T m K = S = m S = L =常数，T *0 * (T m - T *) / m L m S 此时，K 0 与温度及浓度无关，所以，当液相线和固相线为直线时， 不同温度和浓度下 K 0 为定值。
2. 某二元合金相图如右所示。
合金液成分为 C B =40%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固。
温度梯度大到足以使固-液界面保持平面生长。
假设固相无扩散，液相均匀混合。
试求：①α 相与液相之间的平衡分配系数 K 0；②凝固后共 晶体的数量占试棒长度的百分之几?③凝固后的试棒中溶质 B 的浓度沿试棒长度的分布曲线。
解：（1）平衡分配系数 K 0 的求解：由于液相线及固相线均为直线不同温度和浓度下 K 0 为定值，所以：如右图，当 T=500℃时， C * 30% K = = =0.50 * 60% K 0 即为所求 α 相与液相之间的平衡分配系数. 图 4-43 二元合金相图（2） 凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分数的计算:由固相无扩散液相均匀混合下溶质再分配的正常偏析方程1K 0＜ 1 C 0K 0 C * LC 0/K 0 S C *2L60%30%2056C * = C f ( K 0 -1)L 0 L代入已知的C * = 60％ , K 0 = 0.5, C 0= C B =40%可求出此时的 f L = 44.4％由于 T=500℃为共晶转变温度,所以此时残留的液相最终都将转变为共晶组织,所以凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分数也即为 44.4％.（3） 凝固后的试棒中溶质 B 的浓度沿试棒长度的分布曲线 (并注明各特征成分及其位置)如下:3. 在固相无扩散而液相仅有扩散凝固条件下，分析凝固速变大（R 1→R 2，且R 2＞R 1）时，固相成分的变化情况，以及溶质富集层的变化情况。
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。
工程材料 4 铁碳合金相图
铁碳合金相图
二、 铁碳合金中的相与组织
δ相 （高温铁素体 ） γ相 （奥氏体 A ） α相 （铁素体 F ） Fe3C相（渗碳体 Cem，Cm ） G 石墨
一）铁素体
铁素体是碳在α-Fe中的固溶体，用 符号“F‖表示。 其组织结构与组织形态如图所示。 1）铁素体的特点：
铁素体
1）铁素体的特点：
六、合金Ⅵ（过共晶白口铸铁）
过晶白口铸铁结晶过程的基本转变： 匀晶转变+共晶转变+二次相析出转变+共析转变 室温组织： 一次渗碳体+低温莱氏体
显 微 组 织
主要组织组成物
铁素体
珠光体
钢铁分界线
莱氏体
渗碳体
A
L+
H
温N 度
J
A
B
主要组织组成物
L L+A
A+
D
L+ Fe3C
E S
P A+ Fe3CⅡ
因此整个 Fe － C 相图包括 Fe － Fe3C 、 Fe3C － Fe2C 、 Fe2C － FeC 、 FeC－C等部分组成。 鉴于含碳量为6.69%的Fe3C硬而 脆，超过6.69％的铁碳合金没有实用 价值。所以我们研究的铁碳相图， 实际上是Fe和Fe3C二个基本组元组 成的Fe－Fe3C相图或Fe和自由碳组 成的Fe－G相图。
0.77 6.69
6.69 0.45 100 % 94% 6.69 0.0218
Fe3C = 1 - wF = 6% 答：……..
三、合金Ⅲ（过共析钢）
三、合金Ⅲ（过共析钢） 过共析钢结晶过程的基本转变：
匀晶转变、二次相析出转变、 共析转变
室温组织：珠光体P+二次渗碳体Fe3CⅡ
材料科学基础试题及标准答案考研专用
一、名词：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。
匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。
平衡结晶：合金在极缓慢冷却条件下进行结晶的过程。
成分起伏：液相中成分、大小和位置不断变化着的微小体积。
异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。
枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝干和枝间化学成分不同的现象。
共晶转变：在一定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。
脱溶：由固溶体中析出另一个固相的过程，也称之为二次结晶。
包晶转变：在一定温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一个一定成分的固相的转变过程。
成分过冷：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。
二、简答：1. 固溶体合金结晶特点？答：异分结晶；需要一定的温度范围。
2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？答：溶质平衡分配系数k0；溶质原子扩散能力；冷却速度。
3. 影响成分过冷的因素？答：合金成分；液相内温度梯度；凝固速度。
三、书后习题1、何谓相图？有何用途？答：相图：表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。
相图的作用：由相图可以知道各种成分的合金在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。
2、什么是异分结晶？什么是分配系数？答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。
分配系数：在一定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之比值。
3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响，如何消除？答：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象形成过程：固溶体合金平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际生产中，液态合金冷却速度较大，在一定温度下扩散过程尚未进行完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含高熔点组元较多，后结晶的含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。
影响因素：1）分配系数k0：当k0<1时，k0值越小，则偏析越大；当k0>1时，k0越大，偏析也越大。
第二章合金的结构和相图
例. 碳钢中的铁素体和奥氏体就是碳原子 溶入了α – Fe（溶解度为0.0218％)和γ – Fe（溶解度为2.11%)中形成两种间隙固溶 体。
3）固溶强化
• 由于溶质原子的溶入，导致溶剂晶格 发生畸变，增加位错运动阻力，使合金的 塑性变形抗力增加，强度、硬度提高的现 象称为固溶强化。 • 它是金属材料强化的重要途径。
四、 铁碳合金
（一）纯铁的冷却曲线
1600 1538℃ 温 1500 度 1394℃ δ - Fe 1400 1300 1200 A4 γ - Fe 1100 1000 912℃ 900 A3 770℃ 800 700 α - Fe A2 具 600 有 500 磁 A3 A2 时间 为纯铁的临界点
2、金属化合物（看书）
金属化合物是合金组元之间相互发生作用而 形成具有金属特性的一种新相。金属化合物的晶格 类型不同于组成它的任一组元，具有复杂的晶格类 型。根据形成条件及晶体结构可以分成三种： 1）正常价化合物：化学式符合化合价，象Mg2Si 2）电子化合物： 不符合化合价规律而是按照一定
的电子浓度组成。象 β 电子化合 物CuZn的含锌量为36.8～56.5％。 3）间隙化合物： 同样不符合化合价规则。主要决 定于二组元的原子半 径。象过渡元 素（Fe，Cr 等）和 非金属元素
的。
当合金冷却到t3时，最后 一滴L3成分的液体也转变为 固溶体，此时固溶体的成分 又变回到合金成分3上来。
（3）（枝晶偏析）
合金的结晶只有在缓慢冷 却条件下才能得到成分均匀的 固溶体。 但实际冷速较快，结晶时固 相中的原子来不及扩散，使先 结晶出的枝晶轴含有较多的高 熔点元素（如Cu-Ni合金中的 Ni）, 后结晶的枝晶间含有较 多的低熔点元素(如Cu-Ni合金 中的Cu)。
金属学第四章 二元合金相图
热分析法 利用合金在转变时伴有热学性能变化的特性，通
过测量系统温度的变化来得到临界温度，从而建立起
相图。
热分析法建立二元合金相图的步骤
• 将给定两组元配制成一系列不同成分的合金； • 将它们分别熔化后在缓慢冷却的条件下，分别测出它 们的冷却曲线； • 找出各冷却曲线上的相变临界点（曲线上的转折点） ； • 将各临界点注在温度——成分坐标中相应的合金成分 线上； • 连接具有相同意义的各临界点，并作出相应的曲线； • 用相分析法测出相图中各相区（由上述曲线所围成的 区间）所含的相，将它们的名称填入相应的相区内， 即得到一张完整的相图。
c
L+ L+
+
f
Ag%
g
Ag
+ Ⅱ
t
4.3.4. 共析相图
共析转变：
T,C
( + ) 共析体 L L+
A
+
c
+ d
e
+
B
4.4 相图与性能的关系
1. 合金的使用性能与相图的关系
● 固溶体中溶质浓度↑ → 强度、硬度↑ ● 组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。
T,C
固相线
Pb
L+
L
L+
Sn
固溶线 固溶线
+
Sn%
共晶转变分析
T,C
Pb
L+
c
L
d
L+
e
共晶反应线 表示从c点到e点 范围的合金，在 该温度上都要发 生不同程度上的 共晶反应。
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4、合金相分为哪几类？从晶体结 构上讲，纯金属、固溶体、化合物 之间有何区别？
合金相通常按在相图中的位置分为固 溶体和中间相（或金属化合物）。 纯金属有完美的晶体结构，原子排列 具有周期性、对称性；固溶体是溶剂 结构的点阵结构大致保留，但是引入 了间隙或置换溶质原子，从而组成了 异类原子混合的固态熔体，相当于溶 剂晶格结构发生较大程度的畸变；金 属化合物的组成原子有固定比例，溶 剂的原有结构因溶质原子的插入而被 完全破坏，形成了另一种有序的结构。
3、简述合金与纯金属的区别。如 何理解相、单相合金、多相合金。
合金两种或两种以上的金属，或金属 与非金属经一定方法合成的具有金属 特性的物质。纯金属是一种金属元素 构成的材料。 相：合金中具有同一聚集状态,同一化 学成分、同一晶体晶体结构和性质并 以界面相互隔开的均匀组成部分。 单相合金：该合金以单一相存在。 多相合金： 在一定条件下，合金中有 多个相共存。
2、简述相律中各项的含义，应用 相律说明在常压下，一元、二元、 三元系统中最大的相数格式多少。
相律 f=n+2-p,f是体系的自由度数， 即不影响体系平衡状态的独立可 变参数的数目；n是指体系中组 元的个数；p是体系中相的个数。 常压下，相律为f=n+1-p，故对一 元体系，最多有两相共存，二元 体系最多有三相共存，三元体系 最多有四相共存。
8、铜镍二元合金相图部分，含镍20% 的合金在温度为T1时处于平衡状态，问： （1）处于几相平衡状态？（2）有哪几 个平衡相？（3）此时的自由度数？（4） 分别写出每个平衡相的成分（5）计算 每个平衡相的相对量
（1）两相平衡状态 （2）液相、固相 （3）自由度数：f=n+1-p=2+1-2=1 （4） 含镍20%的合金在T1平衡状态下, 液相Ni 15%, Cu 85%； 固相Ni 35%, Cu 65%； （5）T1温度下，成分20%的合金处于L+α两 相状态， 故对合金：Qt=QL+Qα 对镍：Qt*20%=QL*15%+Qα*35%. 解得QL:Qα=3:1
6、固溶体可以分为哪几类?说明各类固 溶体之间在结构上的差异？
① ② ① ② ① ② ①
②
(1)按溶质原子在点阵中所占位置分为： 置换固溶体(substitutional solid solution)：溶 质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。 间隙固溶体(interstitial solid solution) ：溶 质原子分布于溶剂晶格间隙中。 (2)按溶质原子在溶剂原子中溶解度（固溶度）分类： 有限固溶体：在一定条件下,溶质原子在溶剂中的溶 解量有一个上限,起过这个限度就形成新相。 无限固溶体：溶质原子可以任意比例溶入溶剂晶格 中形成的。 (3)按溶质原子在溶剂中的分布特点分类 无序固溶体：溶质原子在溶剂中任意分布,无规律性。 有序固溶体：溶质原子按一定比例和有规律分布在 溶剂晶格的点阵或间隙里。 (4)按基体类型分类： 一次固溶体：以纯金属为基形成的固溶体。 二次固溶体：以化合物为基形成的固溶体。
5、影响合金结构的因素主要有 哪些？~~~
电子因素：指与核外电子及电子迁移 所引起的离子性有关的因素。如异类 原子价电子数目相差较大时，有利于 形成金属化合物。 电负性：指合金组元原子之间的电化 学亲和能力及其形成化合物倾向的判 断依据。如电负性相差越大，越易形 成金属化合物。 原子尺寸因素：指组元间原子半径之 差与其中一组元原子半径之比。当组 元之间电负性相差不大时，原子尺寸 相差越小，越易形成固溶体。
第七章 合金相与相图
曾世碧 4-28
1、简述相图的组成并描述制作 相图的方法。
相图是表示在平衡状态下，系统状态 或相的转变与成分、温度及压力间关 系的图解，每一个相图都由组元、相 区、相界线、组织组成。 制作相图的方法(以热分析方法为例说 明)：①配制一系列成分不同的合金； ②测所配合金的冷却曲线；③找出各 冷却曲线上的临界点；④将临界点标 在以“温度-成分”坐标系中的相应位 置，将意义相同的临界点连接起来。
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，如氢、碳、 硼、氮等，而溶剂元素一般为过渡 族元素；溶质原子通常比间隙大， 会引起很大的晶格畸变；通常为无 序固溶体；间隙数目有限，故溶解 度有限，只能形成有限固溶体。 形成置换固溶体的组成元素的原子 半径、电化学特性相近，晶格类型 相同；由于元素间的差距，必然会 引起晶格畸变；有可能形成无限固 溶体；视同类原子和异类原子间结 合力的相对大小，可形成完全无序、 偏聚体 和渗碳体组成。铁素体是体心立方， 铁原子位于阵点，碳原子位于间隙； 渗碳体是正交结构，请问铁素体和 渗碳体是固溶体还是化合物？若为 固溶体，是哪种固溶体？刚在室温 下是单相还是多相？
铁素体是固溶体，属于间隙固溶 体（有限固溶体，无序固溶体）， 渗碳体是化合物 钢在室温下是多相体。