第三章二元合金的相结构与结晶-答案
第三章 合金的相结构和结晶
3.2 合金的相结构
固态合金中的相结构可分为固溶体和金属化 合物两大类。
3.2.1固溶体
合金的组元之间以不同比例相互混合后形 成的固相，其晶体结构与组成合金的某一组元 的相同，这种相称为固溶体。与固溶体结构相 同的组元为溶剂，另一组元为溶质。碳钢和合 金钢，均以固溶体为基体相。
一、固溶体的分类
1、按溶质原子在溶剂晶格中所占位置分类 置换固溶体和间隙固溶体
相图是表示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，也称为平衡图或状态图。 平衡是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各 相的成分和质量分数不再变化所达到的一种状态。
一、二元相图的表示方法
合金存在的状态通常 由合金的成分、温度 和压力三个因素确定。 常压 表象点
二、二元合金相图的测定方法
第三章 二元合金的相结构与结晶
合金：指两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔 炼或烧结，或用其他方法组合而成的具有金属特性的物质。 纯金属和合金的比较： 纯金属强度一般较低，不适合做结构材料 因此目前应用的金属材料绝大多数是合金，如应用最广泛的 碳钢和铸铁就是铁和碳的合金，黄铜就是铜和锌的合金。 合金性能优良的原因： 合金的相结构 合金的组织状态：合金相图
2、固溶体合金的结晶需要一定的温 度范围
固溶体合金的结晶需要在一定的温度范围内进行， 在此温度范围内的每一温度下，只能结晶出一定数 量的固相。随着温度的降低，固相的数量增加，同 时固相和液相的成分分别沿着固相线和液相线而连 续地改变，直至固相的成分与原合金的成分相同时， 才结晶完毕。这就意味着，固溶体合金在结晶时， 始终进行着溶质和溶剂原子的扩散过程，其中不但 包括液相和固相内部原子的扩散，而且包括固相与 液相通过界面进行原子的互扩散，这就需要足够长 的时间，才得以保证平衡结晶过程的进行。
工程材料-第三章 二元合金
(2）两相的质量比
QL bc 80 60 20 2 Q ab 60 50 10 1
(3）两相的相对质量
QL bc 80 60 20 2 W ( L) 66.67% Q合金 ac 80 50 30 3
W ( )
Q ab 60 50 10 1 33.33% Q合金 ac 80 50 30 3
1. Cu-Ni合金的结晶过程
L L+α α
2. 匀晶结晶的特点(5个特点) (1) α固溶体从液相结晶出来的过程中，也包括生核 与长大过程。
生核
长大
纯金属为 恒温结晶
(2) 固溶体结晶在一个 温度区间内进行。即 变温结晶过程。
2. 匀晶结晶的特点(5个特点) (3) 在两相区内，温度 一定时，液相和固相的 成分是确定的 。
片状珠光体
w(c)=0.77%
球状珠光体
3.组织与性能的关系
金属材料的性能由金属内部的组织结构所决定。
注意： (1)在某些情况下，金属的组织名称相同，组成相 也相同，但晶粒形状、大小不同，则它们的性能 也不同。
(2)在某些合金中，在显微镜下观察它们的组织， 组成相相同，且形状、大小无明显差异，只是其 成分有所不同，这时表现出来的性能也不相同。
bc长度代表液相的 质量，随着温度下 降，液相越来越少 ，bc越来越短。 ab长度代表固相的 质量，随着温度下 降，固相越来越多 ，ab越来越长。 ac长度代 表合金的 质量。
a
QL
b
c
Qα
P17
例题(应用) 将20kg纯铜与30kg纯镍熔化后慢 冷至如图所示的温度T1，求此时 (1) 两相的成分； (2) 两相的质量比； (3) 两相的相对质量； (4) 两相的质量。 合金质量： Q合金=20+30=50kg 合金的成分：含Cu:20/50=40% 含Ni:30/50=60% (1)两相的成分，T1温度时： 液相：含Cu 50% Ni 50% 固相：含Cu 20% Ni 80%
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。
第三章 二元合金的相结构与结晶(包晶相图)4(16)-10-2剖析
α
包晶偏析：因包晶转变 不能充分进行而导致的 成分不均匀现象。
四、包晶转变的实际应用
包晶转变特点：
包晶转变的形成相依附在初生相上形成； 包晶转变的不完全性。（不彻底性）
组织设计：如轴承合金需要的软基体上分布硬质点的组织。 首先形成硬质点，包晶反应形成软固溶体包于其外层
晶粒细化。 包晶反应生成细小化合物，异质形核。
包晶反应的推广
包晶反应（Peritectic） L + 包析反应（Peritectoid） + 合晶反应（Syntectic） L1 + L2
第三章 二元合金的相结构与结晶
§3-1 合金中的相 §3-2 合金的相结构 §3-3 二元合金相图的建立 §3-4 匀晶相图及固溶体的结晶 §3-5 共晶相图及其合金的结晶 §3-6 包晶相图及其合金的结晶 §3-7 其它类型的合金相图 §3-8 二元相图的分析及使用
§3-6 包晶相图及其合金的结晶
室温组织组成：β+αⅡ
室温相组成： α+β
三、不平衡结晶及其组织
原因 新生β相依附于α相生核长大， β相将α相包围
液体和α相反应形成β相，须 通过β相层进行扩散
原子在固体中的扩散低于液体， 包晶转变缓慢
冷却速度快．包晶转变被抑制 不能完全进行
剩余的液体在低于包晶转变温 度直接转变为β
保留下来的α，以及形成的β 相成分都不均匀。
(2) 线：
液相线： ACB，固相线:APDB。 固溶线：PE、DF线分别为中的固溶线（溶解度曲线）。
包晶线：水平线PDC
一、相图分析
(3)相区：
三个单相区： L、、； 三个两相区：L+、L+、+； 一个三相区：即水平线PDC； L + + 。
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。
金属学和热处理课后习题集答案解析第三章
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W Ni=90%，另一个铸件的W Ni=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：W Ni=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W Ni=50%铸件的固相线和液相线之间的距离大于W Ni=90%铸件，也就是说W Ni=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。
第三章 金属的结晶与二元合金相图
液相区L 双相区L+α 固相区α 液相线 固相线
固相区
匀 晶 相 图 合 金 的 结 晶 过 程 (P33)
☆在不同温度下刚刚结晶出来的固相的化学成分是 不相同的,其变化规律是沿着固相线变化.与此同 时剩余液相的化学成分也相应地沿着液相线变化.
2,晶内偏析——枝晶偏析 (P33)
晶内偏析: 晶内偏析: 在一个晶粒内,各处 成分的不均匀现象. 因为金属通常以枝晶 方式结晶,先形成的 主干和后形成的支干 就会有化学成分之差, 枝晶偏析. 所以也称枝晶偏析 枝晶偏析
第一节 金属结晶的基础知识
一,金属结晶的温度与过冷现象(P26) 金属结晶的温度与过冷现象 3,过冷度(△T):理论结晶温度与实际结 过冷度( 晶温度之差.对于纯金属: △T= T0- Tn 4,金属的结晶都 是在一定的过冷 度下进行的,这 种现象称过冷现 过冷现 象.
第一节 金属结晶的基础知识
(二)共晶相图 1,相图分析 (P35)
7)α固溶体溶解度变化曲线——cf 8) β固溶体溶解度变化曲线——eg 9)三个单相区:L,α,β
10)液相线——adb 11)固相线——acdeb 12)共晶线——cde
(二)共晶相图 1,相图分析 (P35)
13)三个两相区:L+α,L+β,α+β 14)一个三相区:L+α+β,在共晶转变过程中三相同时存在.
第一节 金属结晶的基础知识
一,金属结晶的温度与过冷现象(P26) 金属结晶的温度与过冷现象 1,理论结晶温度 0: 又称平衡结晶温度. 理论结晶温度T 理论结晶温度 (冷速极慢)也就是金属的熔点Tm. 2,实际结晶温度 n:在某一实际冷却速度下 实际结晶温度T 实际结晶温度 的结晶温度.
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 ）
第三章合金相的晶体结构
相成分判定方法
单相区: 实际座标点
两相区: 液(固)相成
分在温度水平线 与液(固)相线的 交点处
液(固)相线的意义
(1) 表征了各成 分合金的结晶 起始(终止)温度
(2) 表征了各温 度下液固两相达 到平衡时液(固) 相的成分
4 相律
相律表示在平衡条件下，系统的自由度数、 组元数和相数之间的关系
二 合金的相结构
（一）固溶体
1、固溶体的分类
置换固溶体
** 按溶质原子在晶格中所占的位置分类
（1）置换固溶体— 溶质原子占据溶剂晶格结 点所形成的固溶体——又称代位固溶体
90％ Cu-10％Ni合金
（2）间隙固溶体
—— 溶质原子填入溶剂晶格的 空隙位置所形成的固溶体
间隙固溶体
例： C 固溶于α－Fe中形成间隙固溶体 ┗ 铁素体
4 固溶体的性能
(1) 固溶体强硬度高于组成它的纯金属， 塑韧性低于组成它的纯金属 （2）物理性能方面，随着溶质原子量↑， 固溶体的电阻率↑，电阻温度系数↓，导热性 ↓
什么是固溶强化？
——固溶体中随着溶质原子的加入，强度、 硬度升高，塑性、韧性降低的现象 ——金属材料的主要强化手段或途径之一 例如：采用廉价的16Mn (1.2%~1.6%Mn)，抗 拉强度较相同碳含量的普通碳素钢提高60％
金属 化合物
正常价化合物
电子化合物 间隙化合物
间隙相
间隙式金属 化合物
§ 2 二元合金相图的建立
给定的合金系究竟以什么状态(相)存在，包 含哪些相，这由内、外因条件决定，外因是温度 和压力，内因则是化学成分 ——用相图来表示它们之间的关系
几个概念： 相图: 表示合金系中的状态(相)与温度，成分
第三章 纯金属的结晶、匀晶相图(含答案)
第二章纯金属的结晶、二元匀晶相图（含答案）一、填空题（在空白处填上正确的内容）1、纯金属的结晶过程是由________和________这两个基本过程所组成的。
答案：形核、晶粒长大2、金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象叫做________，理论结晶温度与实际结晶温度之差叫做________。
答案：过冷、过冷度3、晶核的生成、存在有两种方式，即________和________。
答案：自发形核、非自发形核4、控制金属结晶后晶粒大小的主要途径有________、________和________三种。
答案：增大过冷度、变质处理、振动与搅拌5、生产中，在金属进行结晶时辅以机械振动，其目的是________。
答案：细化晶粒6、相图是表示平衡条件下物质的状态与________和________之间关系的简明图解。
答案：温度、成份7、一般来说金属的结晶是指金属由________转变为________的过程，也就是原子由不规则排列逐步过渡到规则排列的过程。
答案：液体、晶体（固体）8、金属结晶的过程为________和________。
答案：形核、晶粒长大9、在二元合金相图上，横坐标为________，纵坐标为________，图中的区域为________。
答案：成份、温度、相10、金属结晶的过程为________和________。
答案：形核、长大11、生产中，当金属进行结晶时辅以机械振动，其目的是________。
答案：细化晶粒12、在金属结晶过程中，细化晶粒的主要方法有________、________和________。
答案：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌13、纯金属的结晶过程是由________和________这两个基本过程所组成的。
答案：形核、晶粒长大14、生产中常见的细化晶粒的方法有________、________和________三种。
答案：增大过冷度、变质处理、振动与搅拌15、合金相图是表示在平衡条件下，合金的状态有规律地随________和________的变化而变化的图解。
二元合金相图试题及答案
二元合金相图试题及答案一、选择题（每题5分，共20分）1. 二元合金相图通常用来描述：A. 合金的微观结构B. 合金的宏观性能C. 合金的成分与温度之间的关系D. 合金的加工工艺答案：C2. 在二元合金相图中，共晶点表示：A. 合金的熔点最低B. 合金的硬度最高C. 合金的脆性最大D. 合金的韧性最好答案：A3. 二元合金相图中的固液线表示：A. 合金的凝固过程B. 合金的熔化过程C. 合金的相变过程D. 合金的冷却过程答案：B4. 在二元合金相图中，共晶合金的特点是：A. 只含有一种相B. 含有两种或两种以上相C. 只有固相D. 只有液相答案：B二、填空题（每空3分，共30分）1. 在二元合金相图中，______线表示合金的凝固温度与成分的关系。
答案：固液2. 合金的相图可以预测合金的______和______。
答案：微观结构；宏观性能3. 在二元合金相图中，______点表示合金的熔点最低。
答案：共晶4. 二元合金相图中的______线表示合金的相变温度与成分的关系。
答案：固液5. 合金的相图可以用来指导合金的______和______。
答案：设计；加工三、简答题（每题10分，共20分）1. 请简要描述二元合金相图中的共晶反应。
答案：共晶反应是指在特定的温度和成分下，液相合金在冷却过程中同时凝固成两种不同的固相，这两种固相通常以特定的比例和结构共存。
2. 什么是二元合金相图中的包晶反应？答案：包晶反应是指在特定的温度和成分下，液相合金在冷却过程中首先凝固出一种固相，然后剩余的液相在达到另一个特定的成分和温度时，与先前凝固的固相反应，形成另一种固相。
四、计算题（每题15分，共30分）1. 已知某二元合金相图的共晶成分为50%A和50%B，共晶温度为1000℃。
若合金成分为40%A和60%B，试计算其凝固温度。
答案：根据相图，合金成分为40%A和60%B时，其凝固温度会低于共晶温度，具体温度需要通过查阅相图或使用相图计算软件确定。
机械工程材料课后习题参考答案
机械工程材料思考题参考答案第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。
线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。
如位错。
面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。
如晶界和亚晶界。
亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。
亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。
滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。
如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。
单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。
多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
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。
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。
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，这种处理方法即为变质处理。
变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。
第三章3 金属的结晶与相图之二元相图匀晶
(1)细晶区(2)柱状晶区(3)等轴晶区铸锭结构示意图 (1)细晶区(2)柱状晶区(3)等轴晶区铸锭结构示意图 细晶区(2)柱状晶区(3)
杠杆定律示意图
4.匀晶系合金的非平衡结晶及晶内偏析 匀晶系合金的非平衡结晶及晶内偏析
固溶体结晶时，只有在极缓慢冷却、原子扩散充分的条件下， 固溶体结晶时，只有在极缓慢冷却、原子扩散充分的条件下， 固相的成分才能沿着固相线均匀地变化， 固相的成分才能沿着固相线均匀地变化，最终获得与原合金 成分相同的均匀α固溶体。 成分相同的均匀α固溶体。 实际生产中冷却速度都较快，固态下原子扩散又很困难， 实际生产中冷却速度都较快，固态下原子扩散又很困难，致 使固溶体内的原子来不及充分扩散， 使固溶体内的原子来不及充分扩散，先结晶出的固溶体含高 熔点组元（ 中的Ｎ 较多， 熔点组元（Ｃu-Ｎi中的Ｎi）较多，后结晶出的固溶体含低 熔点组元（ 较多。 熔点组元 （ Ｃ u ） 较多 。 这种在一个晶粒内化学成分不均匀 的现象称为晶内偏析。 的现象称为晶内偏析。 偏析会降低合金的力学性能和工艺性能, 生产中采用均匀化 偏析会降低合金的力学性能和工艺性能 退火或扩散退火消除。 退火或扩散退火消除。
三、二元合金相图
相平衡: 在一定条件下, 相平衡: 在一定条件下,合金系中参与相变的各相成 分和相对重量不变所达成的一种状态。 分和相对重量不变所达成的一种状态 。 此时合金系 的状态稳定,不随时间而改变。相平衡是动态平衡。 的状态稳定,不随时间而改变。相平衡是动态平衡。 合金极缓慢冷却结晶过程可认为是平衡结晶过程。 合金极缓慢冷却结晶过程可认为是平衡结晶过程。 合金相图: 合金相图 : 是表明在平衡状态下合金系中各合金的 组成相与温度、 成分之间关系的图解， 组成相与温度 、 成分之间关系的图解 ， 又称合金平 衡图或合金状态图。 衡图或合金状态图。 通过相图可以了解合金系中各成分合金在不同温度 的组成相， 及各相的成分和相对量， 的组成相 ， 及各相的成分和相对量 ， 还可了解合金 在缓慢加热或冷却过程中的相变规律。 在缓慢加热或冷却过程中的相变规律。
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+β B．(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。