金屬學(xué)及熱處理練習(xí)題答案

第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)

馬氏體沉淀硬化不銹鋼，它是美國(guó)ARMCO鋼公司在1949年發(fā)表的，其特點(diǎn)是強(qiáng)度高，耐蝕性好,易焊接，熱

處理工藝簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是延韌性和切削性能差，這種馬氏體不銹鋼與靠間隙元素碳強(qiáng)化的馬氏體鋼不同,它除靠

馬氏體相變外并在它的基體上通過(guò)時(shí)效處理析出金屬間化合物來(lái)強(qiáng)化。正因?yàn)槿绱硕@得了強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn),

但延韌性卻差。

1、試用金屬鍵的結(jié)合方式，解釋金屬具有良好的導(dǎo)電性、正的電阻溫度系數(shù)、導(dǎo)熱性、塑性和金屬光澤

等基本特性.

答：（D導(dǎo)電性：在外電場(chǎng)的作用下，自由電子沿電場(chǎng)方向作定向運(yùn)動(dòng)。

（2）正的電阻溫度系數(shù)：隨著溫度升高，正離子振動(dòng)的振幅要加大，對(duì)自由電子通過(guò)的阻礙作用也加大，

即金屬的電阻是隨溫度的升高而增加的。

（3）導(dǎo)熱性：自由電子的運(yùn)動(dòng)和正離子的振動(dòng)可以傳遞熱能。

（4）延展性：金屬鍵沒(méi)有飽和性和方向性，經(jīng)變形不斷裂。

（5）金屬光澤：自由電子易吸收可見(jiàn)光能量，被激發(fā)到較高能量級(jí)，當(dāng)跳回到原位時(shí)輻射所吸收能量，從

而使金屬不透明具有金屬光澤。

2、填空：

1）金屬常見(jiàn)的晶格類(lèi)型是面心立方、體心立方、密排六方。

2）金屬具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、塑性和金屬光澤主要是因?yàn)榻饘僭泳哂薪饘冁I的結(jié)合方式。

3）物質(zhì)的原子間結(jié)合鍵主要包括金屬鍵、離子鍵和共價(jià)鍵三種。

4）大部分陶瓷材料的結(jié)合鍵為送價(jià)鍵_。

5）高分子材料的結(jié)合鍵是范德瓦爾鍵。

6）在立方晶系中，某晶面在x軸上的截距為2,在y軸上的截距為1/2；與z軸平行，則該晶面指數(shù)為

（（140））.

7）在立方晶格中，各點(diǎn)坐標(biāo)為：A（1,0,1）,B（0,1,1）,C（1,1,1/2）,1）（1/2,1,1/2）,那么AB

晶向指數(shù)為（-110）,0C晶向指數(shù)為（221）,0D晶向指數(shù)為（121）。

8）銅是（面心）結(jié)構(gòu)的金屬，它的最密排面是（111）?

9）a-Fe、丫-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn中屬于體心立方晶格的有（a-Fe、Cr、V）,屬于

面心立方晶格的有（Y-Fe、Al、Cu、Ni）,屬于密排六方晶格的有（Mg、Zn）。

3、判斷

1）正的電阻溫度系數(shù)就是指電阻隨溫度的升高而增大。（V）

2）金屬具有美麗的金屬光澤，而非金屬則無(wú)此光澤，這是金屬與非金屬的根本區(qū)別。（X）

3）晶體中原子偏離平衡位置，就會(huì)使晶體的能量升高，因此能增加晶體的強(qiáng)度。（J）

4）在室溫下，金屬的晶粒越細(xì),則其強(qiáng)度愈高和塑性愈低。（X）

5）實(shí)際金屬中存在著點(diǎn)、線(xiàn)和面缺陷，從而使得金屬的強(qiáng)度和硬度均下降。（X）

6）體心立方晶格中最密原子面是{110},原子排列最密的方向也是<111>.（對(duì)）

7）面心立方晶格中最密的原子面是{111},原子排列最密的方向是（對(duì)）

8）純鐵加熱到912℃時(shí)將發(fā)生a-Fe向Y-Fe的轉(zhuǎn)變，體積會(huì)發(fā)生膨脹。（錯(cuò)）

9）晶胞是從晶格中任意截取的一個(gè)小單元。（錯(cuò)）

10）純鐵只可能是體心立方結(jié)構(gòu)，而銅只可能是面心立方結(jié)構(gòu)。（錯(cuò)）

4、選擇題

1）金屬原子的結(jié)合方式是（C）

A.離子鍵B共價(jià)鍵C金屬鍵D分子鍵

2）晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特征是（B）

A近程有序排列B遠(yuǎn)程有序排列

C完全無(wú)序排列D部分有序排列

3）正的電阻溫度系數(shù)是指（B）

A隨溫度增高導(dǎo)電性增大的現(xiàn)象B隨溫度降低電阻下降的現(xiàn)象

C隨溫度升高電阻減少的現(xiàn)象D隨溫度降低電阻升高的現(xiàn)象

4）金屬鍵的一個(gè)基本特征是（A）

A.沒(méi)有方向性B.具有飽和性

C.具有擇優(yōu)取向性D.沒(méi)有傳導(dǎo)性。

5）晶體中的位錯(cuò)屬于（D）

A.體缺陷B點(diǎn)缺陷C面缺陷D.線(xiàn)缺陷

6）亞晶界的結(jié)構(gòu)是（B）

A.由點(diǎn)缺陷堆集而成B由位錯(cuò)垂直排列成位錯(cuò)墻面構(gòu)成

C由晶界間的相互作用構(gòu)成D由雜質(zhì)和空位混合組成

7）多晶體具有（C）

A.各向同性B各向異性C偽各向同性D偽各向異性

一、標(biāo)出下圖中給定晶面和晶向的指數(shù)。

標(biāo)出00'A'A、00,B'B>0DC/的晶面指數(shù)和標(biāo)出給定晶向的指數(shù)：B'D、BB'、OD'。

答：00'A，A晶面指數(shù)，求CC'B，B即可。

截距分別為：8,1,8,

倒數(shù)后得晶面指數(shù)：（010）

B

z

00,B'B的晶面指數(shù)，求DD，E，E

即可。

截距分別為：-1/2,1/2,8,倒

數(shù)、求整后，得晶面指數(shù)為：

(I10)

ODC'的晶面指數(shù),求PFO'即可。

截距分別為：1/2,-1,1,倒數(shù)后，得晶面

指數(shù)為：(2I1)

標(biāo)出晶向的指數(shù)：B'D、BB，、ODZ

B'D：-1/2,0,-1f[102]

BB/：0,0,1-[001]

OD':1/2,1,1-[122]

B

X

二、在立方晶胞中畫(huà)出以下晶面或晶向：（231）（102）（110）[013][111]

3、在體心立方晶胞中畫(huà)出一個(gè)最密排方向并標(biāo)明晶向指數(shù)；再畫(huà)出過(guò)該方向的兩個(gè)不同的低

指數(shù)（簡(jiǎn)單）晶面，寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的晶面指數(shù)。

4、分別畫(huà)出立方晶系晶胞內(nèi)的（110）、（112）晶面和（110）、（111）晶向。

5、畫(huà)出立方晶系中（111）面、（435）面。寫(xiě)出立方晶系空間點(diǎn)陣

特征。

立方晶系中（111）面、（435）面如右圖所示。

立方晶系空間點(diǎn)陣特征是點(diǎn)陣參數(shù)有如下關(guān)系：

a=b=c,a=B=v=90°。也可用具有哪類(lèi)對(duì)稱(chēng)元素表示，

若有四個(gè)三次轉(zhuǎn)軸，則對(duì)應(yīng)立方點(diǎn)陣。

三、已知銅原子直徑為0.256nm,試計(jì)算lmm，銅中的原子數(shù)以及Cu的晶格常數(shù)。

答：a==1.414X0.256=0.362（nm）

lmd中的原子數(shù)為：

1/a3X4=4/（0.362X10）=8.43X1019（個(gè)）

四、已知鐵的原子量為55.85,1g鐵有多少個(gè)原子？計(jì)算1g鐵在室溫和1000℃

時(shí)各有多少個(gè)晶胞？

答：原子數(shù)：6.023X10234-55.85=1.08X1022（個(gè)）

室溫時(shí)鐵為體心立方結(jié)構(gòu)，單位晶胞中有2個(gè)原子，故1g鐵中含5.4

XIO?1個(gè)晶胞

1000℃時(shí)為面心立方結(jié)構(gòu)，單位晶胞中有4個(gè)原子，故1g鐵中含2.7

XIO?1個(gè)晶胞

五、Ni的晶體結(jié)構(gòu)為面心立方，其原子半徑為r=0.1243nm,已知Ni的原子

量為58.69,試求Ni的晶格常數(shù)和密度。

4r4x0.1243

=0.3516(nm)

--一44’—._4__x___5__8___._6___9__

/XNA(3.516X10-8)3X6,023X1023

七、問(wèn)答題

i、簡(jiǎn)述金屬晶體中缺陷的類(lèi)型

答：按尺寸可分為：點(diǎn)缺陷，如溶質(zhì)、雜質(zhì)原子、空位；線(xiàn)缺陷，如位錯(cuò)；面缺陷，如各

種晶界、相界、表面等；體缺陷，如孔洞、氣泡等。體缺陷對(duì)材料性能是絕對(duì)有害的。

2、什么是點(diǎn)陣參數(shù)?正方晶系和立方晶系的空間點(diǎn)陣特征是什么？

答:點(diǎn)陣參數(shù)是描述點(diǎn)陣單胞幾何形狀的基本參數(shù)，由六個(gè)參數(shù)組成，即三個(gè)邊長(zhǎng)a、b、c和

它們之間的三個(gè)夾角a、B、丫。

正方晶系的點(diǎn)陣參數(shù)特征是aWbWc,a=P=y=90°

立方晶系的點(diǎn)陣參數(shù)特征是a=b=c,a=0=y=90°

3、什么是晶面族？｛111｝晶面族包含哪些晶面？

答：晶體中原子或分子排列相同的晶面的組合稱(chēng)為晶面族。因?qū)ΨQ(chēng)關(guān)系，這些面往往不止一

種。立方系｛1H｝晶面族包括（111）、（1口）、（1。）、（HD四個(gè)。

4、面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)金屬中的原子堆垛方式和致密度是否有差異?請(qǐng)加以說(shuō)明。

答：FCC和HCP均按ABCABC方式堆垛；致密度也都是0.74。

5、根據(jù)缺陷相對(duì)于晶體尺寸和其影響范圍的大小，缺陷可以分為哪兒類(lèi)?簡(jiǎn)述這兒類(lèi)缺陷的

特征。

答：點(diǎn)缺陷：沿三個(gè)方向的尺寸很小，溶質(zhì)原子、間隙原子、空位。

線(xiàn)缺陷：沿兩個(gè)方向的尺寸很小，第三個(gè)方向上的尺寸很大，甚至可貫穿整個(gè)晶體，指位

錯(cuò)。

面缺陷：沿一個(gè)方向上的尺寸很小，另兩個(gè)方向上的尺寸很大，如晶界，相界。

體缺陷：在三個(gè)方向上的尺寸都較大，但不是很大，如第二相粒子，顯微空洞。

6、點(diǎn)缺陷（如間隙原子或代位原子）和線(xiàn)缺陷（如位錯(cuò)）為何會(huì)發(fā)生交互作用？這種交互作用如

何影響力學(xué)性能？

答：點(diǎn)缺陷產(chǎn)生畸變，使局部能量提高，附近有彈性應(yīng)變場(chǎng)；位錯(cuò)也是如此，但位錯(cuò)周?chē)?/p>

同位置應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)不同，有的為壓應(yīng)力，有的為拉應(yīng)力；點(diǎn)缺陷會(huì)聚集到位錯(cuò)上使應(yīng)變能降

低，使系統(tǒng)的能量下降，吸附溶質(zhì)的位錯(cuò)是一種穩(wěn)定組態(tài)；此時(shí)位錯(cuò)被釘扎而難以運(yùn)動(dòng)，使

強(qiáng)度提高，會(huì)產(chǎn)生上下屈服點(diǎn)效應(yīng)。

7、單相金屬或合金各晶粒間的界面一般稱(chēng)之為晶界，通常晶界又分為小角度晶界和大角度晶

界兩大類(lèi)，試問(wèn)：劃分為兩類(lèi)晶界的依據(jù)是什么？并討論構(gòu)成小角度晶界的結(jié)構(gòu)模型。

答：依據(jù)是按界面兩側(cè)晶粒間的取向差，＜10°的稱(chēng)小角度晶界，＞10°的稱(chēng)大角度晶界。小

角度晶界的結(jié)構(gòu)模型是位錯(cuò)模型，比如對(duì)稱(chēng)傾轉(zhuǎn)晶界用一組平行的刃位錯(cuò)來(lái)描述。

8、討論晶體結(jié)構(gòu)和空間點(diǎn)陣之間的關(guān)系。

答、兩者之間的關(guān)系可用“空間點(diǎn)陣+基元=晶體結(jié)構(gòu)”來(lái)描述?？臻g點(diǎn)陣只有14種，基元可

以是無(wú)窮多種，因而構(gòu)成的具體的晶體結(jié)構(gòu)也是無(wú)窮多種。

9、敘述常見(jiàn)的金屬晶體中的內(nèi)外界面。

答、它們包括晶界、相界、表面、李晶界、層錯(cuò)。

晶界是同種晶粒之間的交界面；相界是結(jié)構(gòu)、成分不同的相間的交界面；表面是晶體與

大氣或外界接觸的界面；李晶界是發(fā)生攣生后產(chǎn)生的新界面，是特殊的大角晶界，可是共格

的或半共格的；低能層錯(cuò)是單相晶體內(nèi)因堆垛順序反常變化后出現(xiàn)的新界面，也是低能界面,

與李晶界能量相近。

10、簡(jiǎn)述刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的重要特征。

答：刃型位錯(cuò)的重要特征：

①刃型位錯(cuò)有一額外半原子面

②位錯(cuò)線(xiàn)是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)晶格畸變管道，其中有正應(yīng)力也有切應(yīng)變，對(duì)于正刃型

位錯(cuò)，滑移面之上晶格受到壓應(yīng)力，滑移面上受到拉應(yīng)力，負(fù)刃型位錯(cuò)正好相反

③位錯(cuò)線(xiàn)與晶體的滑移方向相垂直。位錯(cuò)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方向垂直于位錯(cuò)線(xiàn)。

④刃型位錯(cuò)的柏氏矢量與其位錯(cuò)線(xiàn)相垂直。

螺型位錯(cuò)的重要特征：

①螺型位錯(cuò)沒(méi)有額外半原子面

②位錯(cuò)線(xiàn)是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)晶格畸變管道，其中只有切應(yīng)變，沒(méi)有正應(yīng)力

③位錯(cuò)線(xiàn)與晶體的滑移方向相平行。位錯(cuò)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方向垂直于位錯(cuò)線(xiàn)。

④螺型位錯(cuò)的柏氏矢量與其位錯(cuò)線(xiàn)相平行。

名詞解釋?zhuān)?/p>

1、金屬鍵：自由電子與原子核之間靜電作用產(chǎn)生的鍵合力。

2、位錯(cuò)：是晶體內(nèi)的一種線(xiàn)缺陷，其特點(diǎn)是沿一條線(xiàn)方向原子有規(guī)律地發(fā)生錯(cuò)排；這種缺陷

用一線(xiàn)方向和一個(gè)柏氏矢量共同描述。

3、點(diǎn)陣畸變：在局部范圍，原子偏離其正常的點(diǎn)陣平衡位置，使點(diǎn)陣產(chǎn)生彈性畸變，稱(chēng)為點(diǎn)

陣畸變。

4、柏氏矢量：描述位錯(cuò)特征的一個(gè)重要矢量，它集中反映了位錯(cuò)區(qū)域內(nèi)畸變總量的大小和方

向；也是位錯(cuò)掃過(guò)后晶體相對(duì)滑動(dòng)的量。

5、刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)模型:將晶體上半部切開(kāi)，插入半個(gè)晶面，再粘合起來(lái)；這樣，在相

當(dāng)于刃端部位為中心線(xiàn)的附近一定范圍，原子發(fā)生有規(guī)則的錯(cuò)動(dòng)。其特點(diǎn)是上半部受壓，下

半部受拉。這與實(shí)際晶體中的刃位錯(cuò)造成的情景相同，稱(chēng)刃型位錯(cuò)模型。同樣，將晶體的前

半部切開(kāi)，以刃端為界使左右兩部分沿上下發(fā)生一個(gè)原子間距的相對(duì)切變，再粘合起來(lái)，這

時(shí)在已切動(dòng)和未切動(dòng)交界線(xiàn)附近，原子錯(cuò)動(dòng)情況與真實(shí)的螺位錯(cuò)相似，稱(chēng)螺型位錯(cuò)模型。

第二章純金屬的結(jié)晶

(-)填空題

1.金屬結(jié)晶兩個(gè)密切聯(lián)系的基本過(guò)程是形核和長(zhǎng)大。

2在金屬學(xué)中，通常把金屬?gòu)囊簯B(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變稱(chēng)為結(jié)晶，通常把金屬?gòu)囊环N結(jié)構(gòu)的固態(tài)

向另一種結(jié)構(gòu)的固態(tài)的轉(zhuǎn)變稱(chēng)為相變。

3.當(dāng)對(duì)金屬液體進(jìn)行變質(zhì)處理時(shí)，變質(zhì)劑的作用是增加非均質(zhì)形核的形核率來(lái)細(xì)化晶粒

4.液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)，獲得細(xì)晶粒組織的主要方法是控制過(guò)冷度、加入結(jié)構(gòu)類(lèi)型相同的形核

劑、振動(dòng)、攪動(dòng)

5.金屬冷卻時(shí)的結(jié)晶過(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程。

6.液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為長(zhǎng)程無(wú)序，短程有序。

7.如果其他條件相同，則金屬模澆注的鑄件晶粒比砂模澆注的細(xì)小，高溫澆注的鑄件晶粒

比低溫澆注的粗大,采用振動(dòng)澆注的鑄件晶粒比不采用振動(dòng)的細(xì)小，薄鑄件的晶粒比厚鑄

件細(xì)小。

8.過(guò)冷度是金屬相變過(guò)程中冷卻到相變點(diǎn)以下某個(gè)溫度后發(fā)生轉(zhuǎn)變，即平衡相變溫度與該

實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度之差。一般金屬結(jié)晶時(shí)，過(guò)冷度越大，則晶粒越細(xì)小。

9、固態(tài)相變的驅(qū)動(dòng)力是新、舊兩相間的自由能差。

10、金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件為金屬液必須過(guò)冷o

11、金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件為在過(guò)冷金屬液中具有尺寸較大的相起伏，即晶坯o

12、鑄錠的宏觀組織包括外袤而細(xì)品區(qū)、中間等軸品區(qū)和心部等軸晶區(qū)。

(-)判斷題

1凡是由液態(tài)金屬冷卻結(jié)晶的過(guò)程都可分為兩個(gè)階段。即先形核，形核停止以后，便發(fā)生長(zhǎng)

大，使晶粒充滿(mǎn)整個(gè)容積。（X）

2.凡是由液體凝固成固體的過(guò)程都是結(jié)晶過(guò)程。（X）

3.近代研究表明：液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與固態(tài)金屬比較接近，而與氣態(tài)相差較遠(yuǎn)。（V）

4.金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過(guò)程，是由近程有序排列向遠(yuǎn)程有序排列轉(zhuǎn)變的過(guò)程。（V）

5.當(dāng)純金屬結(jié)晶時(shí)，形核率隨過(guò)冷度的增加而不斷增加。（X）P41+7

6.在結(jié)晶過(guò)程中，當(dāng)晶核成長(zhǎng)時(shí)，晶核的長(zhǎng)大速度隨過(guò)冷度的增大而增大，但當(dāng)過(guò)冷度很大

時(shí)，晶核的長(zhǎng)大速度則很快減小。（J）P53圖2-33

7.金屬結(jié)晶時(shí)，冷卻速度愈大，則其結(jié)晶后的晶粒愈細(xì)。（V）P53-12

8.所有相變的基本過(guò)程都是形核和核長(zhǎng)大的過(guò)程。（V）

9.在其它條件相同時(shí)，金屬模澆注的鑄件晶粒比砂模澆注的鑄件晶粒更細(xì)（J）

10.在其它條件相同時(shí)，高溫澆注的鑄件晶粒比低溫澆注的鑄件晶粒更細(xì)。（X）

11.在其它條件相同時(shí)，鑄成薄件的晶粒比鑄成厚件的晶粒更細(xì)。（v）

12.金屬的理論結(jié)晶溫度總是高于實(shí)際結(jié)晶溫度。（V）

14.在實(shí)際生產(chǎn)條件下，金屬凝固時(shí)的過(guò)冷度都很?。ǎ?0C）,其主要原因是由于非均勻形核

的結(jié)果。）

15.過(guò)冷是結(jié)晶的必要條件，無(wú)論過(guò)冷度大小，均能保證結(jié)晶過(guò)程得以進(jìn)行。（X）

（三）選擇題

1液態(tài)金屬結(jié)晶的基本過(guò)程是

A.邊形核邊長(zhǎng)大B.先形核后長(zhǎng)大

C.自發(fā)形核和非自發(fā)形核D.枝晶生長(zhǎng)

2.液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)，C越大,結(jié)晶后金屬的晶粒越細(xì)小。

A.形核率NB.長(zhǎng)大率GC.比值N/GD.比值G/N

3.過(guò)冷度越大，則A

A.N增大、G減少，所以晶粒細(xì)小B.N增大、G增大，所以晶粒細(xì)小

CN增大、G增大，所以晶粒粗大D.N減少、G減少，所以晶粒細(xì)小

4.純金屬結(jié)晶時(shí)，冷卻速度越快，則實(shí)際結(jié)晶溫度將上。

A.越高B越低C.越接近理論結(jié)晶溫度D.沒(méi)有變化

5.若純金屬結(jié)晶過(guò)程處在液一固兩相平衡共存狀態(tài)下，此時(shí)的溫度將比理論結(jié)晶溫度C

P35-3

A.更高B.更低C；相等D.高低波動(dòng)

6.在實(shí)際金屬結(jié)晶時(shí)，往往通過(guò)控制N/G比值來(lái)控制晶粒度。在下列情況下將獲得

粗大晶粒。

A.N/G很大B.N/G很小C.N/G居中D.N/G=l

（四）、問(wèn)答題

1、為什么金屬結(jié)晶時(shí)必須過(guò)冷？P35-36影響過(guò)冷度的因素有哪些？P33

2、簡(jiǎn)述晶體成長(zhǎng)形狀與溫度梯度的關(guān)系P49?51

3、晶粒大小對(duì)金屬性能有何影響?如何細(xì)化晶粒？P52-54

4、相同過(guò)冷度下比較均勻形核與非均勻形核的臨界半徑、臨界形核功、臨界晶核體積，哪個(gè)

大？

5、簡(jiǎn)述連鑄坯三晶區(qū)形成原因及性能特點(diǎn)。

6、獲得更多等軸晶的措施有哪些？

7、簡(jiǎn)述凝固過(guò)程的宏觀特征，敘述凝固過(guò)程中晶體成長(zhǎng)的機(jī)理。

凝固時(shí)宏觀特征是：要有一定的過(guò)冷度，會(huì)放出明顯的結(jié)晶潛熱。

成長(zhǎng)機(jī)理有三種：連續(xù)式成長(zhǎng)、二維形核及借助臺(tái)階側(cè)向生長(zhǎng)、借螺旋位錯(cuò)生長(zhǎng)。

8、敘述鋼錠或連鑄坯中常見(jiàn)的宏觀組織缺陷，消除或改善方法。

宏觀缺陷有：宏觀偏析（如正常偏析、反常偏析、比重偏析）和帶狀組織以及縮孔、疏松、

氣泡等。嚴(yán)格講，也包括三晶區(qū)的組織不均勻性。

宏觀缺陷（化學(xué)不均勻性、物理不均勻性和組織不均勻性）往往是相互聯(lián)系的，一般希望

盡可能多而細(xì)的中心等軸晶，可采用加孕育劑、加大冷速、加強(qiáng)液體運(yùn)動(dòng)（如電磁攪拌、機(jī)械

攪拌）等方法，細(xì)化晶粒，消除柱狀晶，這樣與柱狀晶/枝狀晶區(qū)相伴隨的宏觀偏析和縮孔、

氣泡也就明顯改善了。

第三章二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

—.

1合金的定義是兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或其它方法結(jié)合而成的具

有金屬特性的物質(zhì)。

2.合金中的組元是指組成合金最基本的、能獨(dú)立存在的物質(zhì)。

3.固溶體的定義是合金組元通過(guò)溶解形成一種成分和性能均勻的、且晶格類(lèi)型與組元之一

相同的固相稱(chēng)之為固溶體。

4.Cr、V在Y-Fe中將形成置換固溶體。C、N則形成間隙固溶體。

5.和間隙原子相比，置換原子的固溶強(qiáng)化效果要小些。

6.當(dāng)固溶體合金結(jié)晶后出現(xiàn)枝晶偏析時(shí)，先結(jié)晶出的樹(shù)枝主軸含有較多的高熔點(diǎn)組元。

7.共晶反應(yīng)的特征是在同一溫度下，由一定成分的液相轉(zhuǎn)變成成分一定的兩個(gè)固相（三相

共存）。在共晶點(diǎn)處凝固溫度最低。其反應(yīng)式為L(zhǎng)（液）一a（固）+B（固,

8.勻晶反應(yīng)的特征是結(jié)晶出的晶體與母相化學(xué)成分不同（異分結(jié)晶），結(jié)晶在一定的溫度范

圍內(nèi)進(jìn)行,其反應(yīng)式為L(zhǎng)fa

9.共析反應(yīng)的特征是在同一溫度下，由一定成分的固相轉(zhuǎn)變成成分一定的兩個(gè)固相（三相共

存）。在共析點(diǎn)處析出溫度最低。,其反應(yīng)式為丫T（a+B）共析體。

10.合金固溶體按溶質(zhì)原子溶入方式可以分為置換和間隙，核原子溶入量可以分為有限和

無(wú)限

11.合金的相結(jié)構(gòu)有固溶體和金屬化合物兩種,前者具有較高的塑韌性能,適合于做

基體相;后者有較高的硬度性能,適合于做強(qiáng)化相

12.看圖4一1,請(qǐng)寫(xiě)出反應(yīng)式和相區(qū)：

ABC包晶線(xiàn)：DEF共晶線(xiàn)；GHI共析線(xiàn)；

①L+a；②a+7；（3）a；④Y+B@L+y；（6）L+g；

圖4-1

13.相的定義是一指合金中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一并以界面相互分開(kāi)的組成部分,組織

的定義是在顯微鏡下能清楚地區(qū)分開(kāi)的獨(dú)立組成部分。

14.間隙固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑相同,而間隙相的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑不同。

15,同分凝固（結(jié)晶）的定義純金屬結(jié)晶時(shí)，所結(jié)晶出的固相成分與液相成分完全?樣的

結(jié)晶。

異分凝固（結(jié)晶）的定義固溶體合金結(jié)晶時(shí)所結(jié)晶出的固相成分與液相成分不同的結(jié)晶。

16.接近共晶成分的合金，其鑄造性能較好;但要進(jìn)行壓力加工的合金常選用固溶體的

合金。

17.根據(jù)圖4—2填出：

水平線(xiàn)反應(yīng)式、=B+a；有限固溶體B、a、無(wú)限固溶體Y。

18.共晶組織的一?般形態(tài)是層片狀、棒狀、球狀：針狀、螺旋狀、蛛網(wǎng)狀、放射狀。

19、偏析的定義合金中化學(xué)成分的不均勻性。

20、正溫度梯度下，隨成分過(guò)冷程度增大分別形成平面晶、胞狀晶和樹(shù)枝晶。

21、為消除晶內(nèi)偏析和離異共晶，工業(yè)上廣泛應(yīng)用均勻化退火方法。

22、連續(xù)脫溶的含義隨新相生成，母相成分連續(xù)地由過(guò)飽和態(tài)轉(zhuǎn)變到飽和態(tài)。

23、中間相的定義合金組元間相互作用所形成的、與純組元結(jié)構(gòu)不同的相，在相圖的中間區(qū)

域。

二、判斷題

1.共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)的反應(yīng)相和產(chǎn)物都是相同的。（X）

2.鑄造合金常選用共晶或接近共晶成分的合金，要進(jìn)行塑性變形的合金常選用具有單相固

溶體成分的合金。（V）

3.置換固溶體可能形成無(wú)限固溶體，間隙固溶體只可能是有限固溶體。（V）

4.合金中的固溶體一般說(shuō)塑性較好，而金屬化合物的硬度較高。（J）

5.共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)都是在一定濃度和一定溫度下進(jìn)行的。（V）

6.共晶點(diǎn)成分的合金冷卻到室溫下為單相組織。（X）

7.初生晶和次生晶的晶體結(jié)構(gòu)是相同的。（V）

8.根據(jù)相圖，我們不僅能夠了解各種合金成分的合金在不同溫度下所處的狀態(tài)及相的相對(duì)

量，而且還能知道相的大小及其相互配置的情況。（X）

9.亞共晶合金的共晶轉(zhuǎn)變溫度與共晶合金的共晶轉(zhuǎn)變溫度相同。（J）

10.過(guò)共晶合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變的液相成分與共晶合金成分是一致的。（J）

11.固溶體合金的勻晶結(jié)晶需要在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。（J）

12、杠桿定律只適用于二元相圖的兩相區(qū)。（J）P7r5

13、高溫下已達(dá)到飽和的有限固溶體，當(dāng)冷卻至低溫時(shí)，固溶度降低，析出其他相.（J）

14、固溶體強(qiáng)硬度較純金屬高。（V）

15、鑄造性能取決于結(jié)晶區(qū)間：液固相線(xiàn)之間距離越大，鑄造性能越差。（J）

16、二元相圖中，相鄰相區(qū)中的相數(shù)只相差一個(gè)（點(diǎn)接觸除外）。（V）

三、選擇題

1.固溶體的晶體結(jié)構(gòu)是A

A.溶劑的晶型B.溶質(zhì)的晶型C復(fù)雜晶型D.其他晶型

2金屬化合物的特點(diǎn)是C

A.高塑性B.高韌性C高硬度D.高強(qiáng)度

3.當(dāng)勻晶合金在較快的冷卻條件下結(jié)晶時(shí)將產(chǎn)生上

A.勻晶偏析B比重偏C.枝晶偏析D.區(qū)域偏析

4.當(dāng)二元合金進(jìn)行共晶反應(yīng)時(shí)，其相組成是C

A.由單相組成B兩相共存C三相共存D.四相組成

5.當(dāng)共晶成分的合金在剛完成共晶反應(yīng)后的組織組成物為，

A.a+BB.（a+L）C.（a+P）D.L+a+B

6.具有勻晶型相圖的單相固溶體合金

A.鑄造性能好B.鍛壓性能好C熱處理性能好D.切削性能好

7.二元合金中，共晶成分的合金」工

A.鑄造性能好B鍛造性能好C焊接性能好D.熱處理性能好

8.共析反應(yīng)是指上—

A.液相一固相i+固相nB固相f固相I+固相II

C.從一個(gè)固相內(nèi)析出另一個(gè)固相D從?個(gè)液相中析出另個(gè)固相

9.共晶反應(yīng)是指A

A.液相一固相I+固相IIB固相一固相i+固相n

C.從一個(gè)固相內(nèi)析出另一個(gè)固相D從一個(gè)液相中析出另一個(gè)固相

io.固溶體和它的純金屬組元相比D。

A.強(qiáng)度高，塑性也高些B強(qiáng)度低，但塑性高些

C強(qiáng)度低，塑性也低些D強(qiáng)度高，但塑性低些

四、計(jì)算題：

1.一個(gè)二元共晶反應(yīng)如下：L(W(B)=75%)fa(W(B)=I5%)+B(W(B>=95%)

⑴求w(B)=50%的合金完全凝固時(shí)初晶a與共晶(a十P)的重量百分?jǐn)?shù)，以及共晶體中a

相與B相的重量百分?jǐn)?shù)；

(2)若已知顯微組織中B初晶與(a+B)共晶各占一半，求該合金成分。

解：(1)\￥。初=(75-50)/(75-15)=41.67%

W(。十R)共晶=(50-15)/(75-15)=58.33%

Wa=(95-50)/(95-15)=56.25%

WB共=(50-15)/(95-15)=43.75%

W。共=56.25%-41.67%=14.58%

(2)設(shè)合金成分為x,貝人

WB初=(x-75)/(95-75尸50%-*x=85%

即：w(B)=85%

2.按照下面給出的條件，示意畫(huà)出二元合金的相圖，并填出各區(qū)域的相組成物和組織組成

物。再根據(jù)相圖畫(huà)出合金的硬度與成分的關(guān)系曲線(xiàn)。已知A、B組元在液態(tài)時(shí)無(wú)限互溶,

在固態(tài)時(shí)能形成共晶，共晶成分為W（B尸35%。A組元在B組元中有限固溶，溶解度在共

晶溫度時(shí)為15%,在室溫時(shí)為10%；B組元在A組元中不能溶解。B組元比A組元的硬

度高。

3、討論：Pb-Sn合金相圖如下所示：（1）試標(biāo)出各區(qū)域的組織；（2）指出組織中含最多和最少

的成分；（3）指出組織中含共晶體（a+B）最多和最少的成分，（4）指出最容易和最不容易

產(chǎn)生枝晶偏析的成分；（5）含30%Sn的Pb-Sn合金在183℃剛結(jié)束共晶反應(yīng)時(shí)和室溫時(shí)，各

具有何種相構(gòu)成與組織構(gòu)成？

五、問(wèn)答題

1、簡(jiǎn)述鑄錠的宏觀偏析。P92-93

答：宏觀偏析分：正常偏析、反常偏析和比重偏析。

正常偏析：指按合金的分配系數(shù)（設(shè)ko<l）,先析出的含溶質(zhì)低，后凝固的含溶質(zhì)多。

因鑄錠尺寸大，由表面到中心成分不均勻，偏析出現(xiàn)在宏觀尺度上，稱(chēng)宏觀偏析。

反常偏析：仍遵守分配系數(shù)關(guān)系，只是形成大量枝晶后，富集溶質(zhì)的液相會(huì)沿枝晶間

的通道逆向反流到先凝固的鑄錠表面附近，造成由表面到中心成分分布的反常。

比重偏析：是凝固時(shí)，固相與液相比重不同，而沉積或漂浮，從而造成鑄錠下端與上

端成分的不均勻，也是宏觀尺度。

2、對(duì)比純金屬與固溶體結(jié)晶過(guò)程的異同，分析固溶體結(jié)晶過(guò)程的特點(diǎn)。P33P73

3、什么是固溶體?影響固溶度的原因有哪些?固溶體與其純?nèi)軇┙M元相比，其結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能

和物理性能發(fā)生了哪些變化？

答：固溶體：溶質(zhì)原子以原子態(tài)溶人溶劑點(diǎn)陣中組成的單一均勻固體；溶劑的點(diǎn)陣類(lèi)型被保

留。

影響固溶度的因素有：

（1）原子尺寸因素。當(dāng)溶劑、溶質(zhì)原子尺寸相對(duì)大小△rV±15%時(shí)，才有大的固溶度。

（2）負(fù)電性因素。溶劑、溶質(zhì)的負(fù)電性差越小固溶度越大。

（3）電子濃度因素。有兩方面的含義：一是原子價(jià)效應(yīng)，即同一溶劑金屬，溶質(zhì)的原子

價(jià)越高，固溶度越??；二是相對(duì)價(jià)效應(yīng)，即高價(jià)溶質(zhì)溶人溶劑的固溶度低于低價(jià)溶質(zhì)的情況。

特點(diǎn)是：固溶體中有點(diǎn)陣畸變（強(qiáng)度、硬度會(huì)提高）而造成點(diǎn)陣常數(shù)變化；出現(xiàn)原子偏聚

或有序化，甚至形成有序固溶體。

固溶體的結(jié)構(gòu)變化：點(diǎn)陣畸變，點(diǎn)陣常數(shù)變化，偏聚及短程有序，甚至形成有序固溶體。

力學(xué)性能變化：硬度、強(qiáng)度提高，塑性下降。物理性能變化：電阻加大，導(dǎo)電率下降。

4、何謂相圖?相圖能說(shuō)明哪些問(wèn)題?實(shí)際生產(chǎn)中有何應(yīng)用價(jià)值？P69

5、何謂杠桿定律?它在二元合金系中可以解決什么問(wèn)題？P71

6、為什么固溶體合金結(jié)晶時(shí)成分間隔和溫度間隔越大則流動(dòng)性不好，分散縮孔大、偏析嚴(yán)重

以及熱裂傾向大？P105

7、簡(jiǎn)述二元系中共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)和共析反應(yīng)的特點(diǎn)，并計(jì)算其各相平衡時(shí)的自由度。

答：共晶反應(yīng)：是液相同時(shí)凝固出兩個(gè)不同成分的固相，兩固相相互配合生長(zhǎng)，一般長(zhǎng)成片

層狀。

共析與共晶相似，只是母相是固相，即一個(gè)固相同時(shí)生成另兩個(gè)不同成分的固相。

包晶反應(yīng)：是液相與一個(gè)固相反應(yīng)生成另一個(gè)固相，新生成的固相包住原有的固相，反應(yīng)需

要固相中的擴(kuò)散，速度較慢。

這三種反應(yīng)出現(xiàn)時(shí)，自由度都是0,即三相成分固定，溫度也固定。

8、無(wú)論置換固溶體還是間隙固溶體都會(huì)引起強(qiáng)度升高，試分析其原因。

答：一是溶質(zhì)原子的溶入使晶格畸變，阻礙滑移面上位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。

二是位錯(cuò)線(xiàn)上偏聚的溶質(zhì)原子對(duì)位錯(cuò)的釘扎作用，形成“柯氏氣團(tuán)”對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用。

第四章鐵碳合金

一、填空題

1.滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)是正交晶系，按其化學(xué)式鐵與碳原子的個(gè)數(shù)比為3:1

2.當(dāng)一塊質(zhì)量一定的純鐵加熱到3屋溫度時(shí)，將發(fā)生a-Fe向Y-Fe的轉(zhuǎn)變，此時(shí)體積

將發(fā)生收縮。

3.共析成分的鐵碳合金平衡結(jié)晶至室溫時(shí)，其相組成物為a和FeaC,組織成物為

PO

4.在生產(chǎn)中，若要將鋼進(jìn)行軋制或鍛壓時(shí)，必須加熱至Y相區(qū)。

5.當(dāng)鐵碳合金冷卻時(shí)，發(fā)生共晶反應(yīng)的反應(yīng)式為L(zhǎng)c與YE+Fe￡,其反應(yīng)產(chǎn)物在室溫下被稱(chēng)

為變態(tài)萊氏體。

6.在退火狀態(tài)的碳素工具鋼中，T8鋼比T12鋼的硬度低。

7.當(dāng)W(C)=0.77%—2.11%間的鐵碳合金從高溫緩冷至ES線(xiàn)以下時(shí)，將從奧氏體中析

出FeS”,其分布特征是網(wǎng)狀。

8.在鐵碳合金中，含三次滲碳體最多的合金成分點(diǎn)為P點(diǎn)(C=0.0218%),含二次滲碳體最

多的合金成分點(diǎn)為E點(diǎn)(C=2.11%)。

9.奧氏體是工__在Fe中的固溶體,它的晶體結(jié)構(gòu)是面心立方。

10.鐵素體是C在Fe中的固溶體,它的晶體結(jié)構(gòu)是體心立方。

11.滲碳體是C和Fe形成的金屬間化合物。

12.珠光體是鐵素體和Fe3c的機(jī)械混合物。

13.萊氏體是奧氏體和Fe3c的機(jī)械混合物,而變態(tài)萊氏體是珠光體和Fe￡的

機(jī)械混合物。

14.在Fe—Fe3C相圖中，有一次Fe3c、共晶Feg、二次Fe3c、共析Fe3c、

三次Fe3c五種滲碳體,它們各自的形態(tài)特征分別是呈長(zhǎng)條狀、粗大的連續(xù)基體(或

呈魚(yú)骨狀)、沿晶粒狀或網(wǎng)絡(luò)狀分布、層片狀、小片狀。

15.鋼中常存雜質(zhì)元素有P、S、Si、Mn等,其中S使鋼產(chǎn)生熱脆,P使

鋼產(chǎn)生冷脆。

18.純鐵在不同溫度區(qū)間的同素異晶體有(寫(xiě)出溫度區(qū)間)1538℃?1394C為體心立方6鐵素

住、1394℃?912℃為面心立方Y(jié)奧氏體、912℃以下為體心立方a鐵素體。

19.碳鋼按相圖分為亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼；按W(C)分為(標(biāo)出W(C)

范圍)0.0218%~0.77%、0.77%、0.77%?2.11%。

10.在鐵一滲碳體相圖中，存在著四條重要的線(xiàn)，請(qǐng)說(shuō)明冷卻通過(guò)這些線(xiàn)時(shí)所發(fā)生的轉(zhuǎn)變并

指出生成物。ECF水平線(xiàn)共晶轉(zhuǎn)變、萊氏體;PSK水平線(xiàn)共析轉(zhuǎn)變、珠光體;ES線(xiàn)退

溶轉(zhuǎn)變、奧氏體+滲碳體；GS線(xiàn)同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、鐵素體。

21標(biāo)出Fe—Fe3C相圖(圖4—3)中指定相區(qū)的相組成物：

①Y，@Y+a③a，④y+Fe3c_，⑤P+Fe3c。

22.鐵碳合金的室溫顯微組織由鐵素體和滲碳體兩種基本和組成。

23.若退火碳鋼試樣中先共析鐵素體面積為41.6%,珠光體的面積為58.4%,則其W(C)=0.457%。

(0.77-x)/(0.77-0.0218)=0.416

24.若退火碳鋼試樣中二次滲碳體面積為7.3%,珠光體的面積為92.7%,則其W(C)=1.2%。(x-0.77)

/(6.69-0.77)=0.073

二、判斷題

1.在鐵碳合金中，含二次滲碳體最多的成分點(diǎn)為W(C)：4.3%的合金。(X)

2.在鐵碳合金中，只有共析成分點(diǎn)的合金在結(jié)晶時(shí)才能發(fā)生共析反應(yīng)，形成共析組織。(X)

3.退火碳鋼的塑性與韌性均隨W(C)的增高而減小。而硬度與強(qiáng)度則隨W(C)的增高而不斷增高。

(X)在C=l%抗拉強(qiáng)度最高

4.在鐵碳合金中，滲碳體是-?個(gè)亞穩(wěn)相，而石墨才是一個(gè)穩(wěn)定相。(V)

5.白口鑄鐵在高溫時(shí)可以進(jìn)行鍛造加工。（X）

6.因?yàn)榱资逛摪l(fā)生熱脆，而硫使鋼發(fā)生冷脆，故硫磷都是鋼中的有害元素。（X）

7.在室溫下，共析鋼的平衡組織為奧氏體。（X）

8.純鐵加熱到912℃時(shí)，將發(fā)生a-Fe—Y—Fe的轉(zhuǎn)變，體積發(fā)生膨脹。（X）

9.鐵碳合金中，一次滲碳體，二次滲碳體和三次滲碳體具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。（V）

10.在Fe—Fe3c相圖中，共晶反應(yīng)和共析反應(yīng)都是在一定濃度和恒溫下進(jìn)行的。（J）

11.在Fe—Fe3c相圖中，凡發(fā)生共晶反應(yīng)的鐵碳合金叫做白口鐵；凡發(fā)生共析反應(yīng)的鐵碳合金叫做鋼。

）

12珠光體是單相組織。（X）

13.白口鐵是碳以滲碳體形式存在的鐵，所以其硬度很高，脆性很大。（V）

14.W（C）=1.3%的鐵碳合金加熱到780℃時(shí)得到的組織為奧氏體加二次滲碳體。（J）

15.a-Fe是體心立方結(jié)構(gòu)，致密度為68%,所以其最大溶碳量為32%。（X）

16.Y-Fe是面心立方晶格，致密為0.74,所以其最大溶碳量為26%。（X）

17.鋼材的切削加工性隨w（C）增加而變差。（X）

18.碳鋼進(jìn)行熱壓力加工時(shí)都要加熱到奧氏體區(qū)。（X）

19.W（C）=1.0%的碳鋼比W（C尸0.5%的碳鋼硬度高。（V）

20.在室溫下，w（C）=0.8%的退火碳鋼的強(qiáng)度比W（C）=1.2%的退火碳鋼高。（J）P121

21.鋼鉀釘一般用低碳鋼制成。（V）

22.鉗工鋸T10、T12鋼料時(shí)比鋸10、20鋼費(fèi)力，且鋸條容易磨鈍。（V）

23.鋼適宜于通過(guò)壓力加工成形，而鑄鐵適宜于通過(guò)鑄造成形。（V）

24.工業(yè)純鐵的W（C）〈0.2%。（X）

25.工業(yè)純鐵的室溫平衡組織為鐵素體。（X）還有FeCm

26.汽車(chē)外殼用低碳鋼板制造，而理發(fā)工具用碳素工具鋼制造。（J）

27.退火碳鋼W（C）接近1%時(shí)其強(qiáng)度極限最高。（V）P121

28.過(guò)共析鋼由液態(tài)緩冷至室溫所析出的二次滲碳體在組織形態(tài)與晶體結(jié)構(gòu)方面均與一次滲碳體不相

同。（X）

（三）選擇題

1.滲碳體屬于

A間隙固溶體B間隙化合物C間隙相D正?；衔?/p>

2..8-Fe的晶型是A

A體心立方B面心立方C密排六方D簡(jiǎn)單立方

3.鐵素體的機(jī)械性能特點(diǎn)是工

A具有良好的硬度與強(qiáng)度B具有良好的綜合機(jī)械性能

C具有良好的塑性和韌性D具有良好的切削性和鑄造性

4.W（C）=4.3%碳的鐵碳合金具有」

A良好的可鍛性B良好的鑄造性C良好的焊接性D良好的熱處理性

5.建筑用鋼筋宜選用_A_

A低碳鋼B中碳鋼C高碳鋼D工具鋼

6.裝配工使用的錘刀宜選用C

A低碳鋼B.中碳鋼C高碳鋼D過(guò)共晶白口鐵

7.純鐵在912℃以下的品格類(lèi)型是C

A密排六方晶格B面心立方晶格C體心立方晶格D簡(jiǎn)單立方晶格

8.三次滲碳體是從B

A鋼液中析出的B鐵素體中析出的C奧氏體中析出的D珠光體中析出的

9.二次滲碳體是從C

A鋼液中析出的B鐵素體中析出的C奧氏體中析出的D萊氏體中析出的

10.在下述鋼鐵中，切削性能較好的是B

A工業(yè)純鐵B45C白口鐵DT12A

四、名詞解釋

1、滲碳體：Fe3c為復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的間隙化合物，其硬度高，脆性大，塑性幾乎等于零，硬脆

相，是鋼中主要強(qiáng)化相。

2、鐵素體：碳溶于a-Fe中所形成的間隙固溶體，鐵素體仍保持a-Fe的體心立方晶格，由

于間隙小，溶碳極少，力學(xué)性能與純鐵相同，強(qiáng)度、硬度不高，具有良好的塑性，770℃以下

為鐵磁性。

3、奧氏體：碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體，仍保持Y-Fe的面心立方晶格，最高溶碳可

達(dá)2.11%,強(qiáng)度、硬度較高，塑性好，無(wú)磁性。

4、珠光體(P)：鐵素體F與滲碳體Fe3c所形成的機(jī)械混合物(平均含碳量0.77%),綜合

性能好。

5、萊氏體(Ld或Le)：奧氏體A與滲碳體Fe3c所形成的機(jī)械混合物(平均含碳量：4.3%),

具有硬而脆的性能。

五、問(wèn)答與計(jì)算題

1、畫(huà)出鐵碳相圖，標(biāo)明相圖中各特征點(diǎn)的溫度與成分，寫(xiě)出相圖中包晶反應(yīng)、共晶反應(yīng)與共

析反應(yīng)的表達(dá)式。

答：包晶反應(yīng)：L(0.53%C)+8-Fe(O.09^C)->Y-Fe(0.17%C)

共晶反應(yīng)：L(4.3%C)fy-Fe(2.ll%C)+Fe3c(6.69%C)

共析反應(yīng)：Y-Fe(0.77%C)-a-Fe(0.0218%C)+Fe3c(6.69%C)

2、簡(jiǎn)述含碳量為0.35%鋼的結(jié)晶過(guò)程和固態(tài)組織轉(zhuǎn)變過(guò)程。

答：由液相先凝固出6鐵素體，在1495c進(jìn)行包晶反應(yīng)，生成Y奧氏體；繼續(xù)冷卻，由剩余

的液相再次析出Y奧氏體，然后變成單相奧氏體。冷至約800℃,從Y奧氏體中析出先共析

a鐵素體，在727c進(jìn)行共析反應(yīng)，形成珠光體，最后得到鐵素體加珠光體組織。

3、分析含碳量0.14%的鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程。

答：含碳0.12%的鋼，由液相冷卻時(shí)，先形成6鐵素體，固液相分別按相圖上的固、液相

線(xiàn)成分變化，到1495c包晶溫度，部分進(jìn)行包晶反應(yīng)；新相Y奧氏體在已生成的6鐵素體上

形核并向5鐵素體和液相中生長(zhǎng)。反應(yīng)后是兩相組織8鐵素體+丫奧氏體。繼續(xù)冷卻得到單相

奧氏體。冷卻到GS線(xiàn)時(shí)從丫奧氏體中析出先共析a鐵素體，在727℃進(jìn)行共析反應(yīng)，形成珠

光體，最后得到鐵素體加珠光體組織。

4、畫(huà)出Fe-Fe3c相圖，分析含碳量為1.Iwt%(重量百分比)的鐵碳合金從液相平衡凝固到室

溫時(shí)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，畫(huà)出組織轉(zhuǎn)變示意圖，并計(jì)算出室溫時(shí)各組織的相對(duì)含量。

答、1.1%C的鋼由液相冷卻時(shí)先進(jìn)入L+Y奧氏體兩相區(qū)，形成枝晶或等軸狀丫奧氏體，然后

進(jìn)入奧氏體單相區(qū)；繼續(xù)冷卻到?760℃,沿晶界析出二次滲碳體，在777℃剩余的奧氏體轉(zhuǎn)

變?yōu)橹楣怏w，最后的組織是珠光體+網(wǎng)狀二次滲碳體，如圖9-3所示。

一網(wǎng)狀滲碳體

一珠光體

珠光體相對(duì)含量為：(6.67~1.1)/(6.69~0.77)X100%=94.4%

網(wǎng)狀滲碳體相對(duì)含量為：(1.1-0.77)/(6.69~0.77)X100%=5.6%

5、1)試畫(huà)出含碳量為0.55%的鐵碳合金金相顯微組織示意圖；

2)試分析含碳量分別為0.20%、0.45樂(lè)0.65%的鐵碳合金在組織和力學(xué)性能上有何不同？

答：1)0.45%的鐵碳合金金相顯微組織示意圖：

2)隨含碳量3F1,Fe3Cfo塑性、韌性下降，強(qiáng)度硬度T

6、說(shuō)明含碳為1.9%的鐵碳合金由液相緩冷到共析溫度以下的組織變化過(guò)程及最終組織；計(jì)

算該合金二次滲碳體的最大重量百分量；再分別計(jì)算共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體和珠光體組織

重量百分量。

答：液相冷卻時(shí)，先形成先共晶奧氏體枝晶或等軸晶，直至凝固完畢。繼續(xù)冷卻時(shí)奧氏體枝

晶無(wú)變化，到滲碳體在奧氏體的溶解度曲線(xiàn)后，沿晶界析出少量二次滲碳體。到共析溫度后,

剩余的奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最后得到珠光體和少量網(wǎng)狀二次滲碳體。

二次滲碳體的最大重量百分量：

W滲碳體=(1.9?0.77)/(6.69~0.77)X100%=19.09%

共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體重量百分量：

W鐵素體=(6.69~1.9)/(6.69~0.0218)X100%=71.84%

珠光體組織重量百分量：

W珠光體=(6.69~1.9)/(6.69~0.77)X100%=80.91%

7、說(shuō)明含2.9%C的鐵碳合金由液相緩冷到共析溫度以下的組織變化過(guò)程及最終組織。計(jì)算共

晶轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時(shí)先共晶奧氏體的重量百分量；再分別計(jì)算共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體和全部的

珠光體組織重量百分量。

答：液相冷卻時(shí)，先形成先共晶奧氏體枝晶，剩余的液相進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變形成萊氏體，凝固完

畢。繼續(xù)冷卻時(shí)奧氏體枝晶周?chē)龀龆螡B碳體，到共析溫度后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，最

后得到枝晶狀分布的珠光體、二次滲碳體和變態(tài)萊氏體。

先共晶奧氏體重量百分量：

W奧氏體=(4.3—2.9)/(4.3—2.11)X100%=63.93%

共析轉(zhuǎn)變后合金中鐵素體組織的重量百分量：

W鐵親體=(6.69-2.9)/(6.69—0.0218)X100%=56.82%

共析轉(zhuǎn)變后合金中全部珠光體組織的重量百分量：

W珠光體=(6.69-2.9)/(6.69—0.77)X100%=64.02%

8、為什么鋼的滲碳在奧氏體中進(jìn)行而不在鐵素體中進(jìn)行？

答：丫-Fe即奧氏體中溶碳量為2.1遙，而a-Fe僅能溶解0.0218%碳；另丫-Fe為高溫相，

D值大，所以在Y-Fe中滲碳。

9、一堆鋼材由于混雜，不知道化學(xué)成分，現(xiàn)抽出一根進(jìn)行金相分析，其組織為鐵素體加珠光

體，其中珠光體的面積大約占40%,由于珠光體與鐵素體的比容相近，可用顯微組織中珠光

體與鐵素體的面積百分?jǐn)?shù)替代二者的重量百分?jǐn)?shù)，試估算該鋼材的含碳量。

10、已知珠光體的HBS=180,6=20%,鐵素體的HBS=80,6=50%,試計(jì)算含碳量為

0.45%的碳鋼的硬度和伸長(zhǎng)率。（提示：合金的性能值大約是它的各組織組成物的性能值與它

的各組織組成物在合金中的含量的乘積和，或稱(chēng)為加權(quán)平均值）。

11、指出下列名詞的主要區(qū)別：一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體、共析

滲碳體。

答：一次滲碳體（呈長(zhǎng)條狀）、二次滲碳體（沿晶粒狀~網(wǎng)絡(luò)狀分布）、三次滲碳體（小片狀）、

共晶滲碳體（連續(xù)集體或呈魚(yú)骨狀）、共析滲碳體（層片狀）。

第五章金屬及合金的塑性變形

（一）填空題

1.硬位向是指外力與滑移面平行或垂直，取向因子為零,其含義是是論Tk如何，OS均為無(wú)窮大，晶

體無(wú)法滑移。

2.從刃型位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)模型分析，滑移的實(shí)質(zhì)是位錯(cuò)在切應(yīng)力作用下沿滑移面逐步移動(dòng)的結(jié)果。

3.由于位錯(cuò)的增殖性質(zhì)，所以金屬才能產(chǎn)生滑移變形，而使其實(shí)際強(qiáng)度值大大的低于理論強(qiáng)度值。

4.加工硬化現(xiàn)象是指隨變形度增大，金屬的強(qiáng)硬度顯著增高而塑韌性明顯下降的現(xiàn)象,加工硬化的結(jié)果使

金屬對(duì)塑性變形的抗力增加，造成加工硬化的根本原因是位錯(cuò)密度大大增加。

5.影響多晶體塑性變形的兩個(gè)主要因素是遍界、晶粒位向差。

6.金屬塑性變形的基本方式是滑移和平生，冷變形后金屬的強(qiáng)度增加,塑性降低。

7.常溫下使用的金屬材料以細(xì)小晶粒為好,而高溫下使用的金屬材料以粗大晶粒為好。

8.面心立方結(jié)構(gòu)的金屬有L2個(gè)滑移系，它們是4{111}義3<110>。

9.體心立方結(jié)構(gòu)的金屬有12個(gè)滑移系，它們是6{110}。

10.密排六方結(jié)構(gòu)的金屬有3個(gè)滑移系，它們是1{0001}X3<ii20>。

11.單晶體金屬的塑性變形主要是切應(yīng)力作用下發(fā)生的,常沿著晶體中密排面和密排方向發(fā)生。

12金屬經(jīng)冷塑性變形后，其組織和性能會(huì)發(fā)生變化，如顯微組織拉長(zhǎng)變