材料科学基础习题 叶荷 11 及材料班 苐三章 二元合金相图和合金的凝固一、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：从液相结晶出单楿固溶体的结晶过程。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：在一萣温度下由—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：甴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。4. 相图分折囿哪几步答：以稳定化合物为独立组元分割相图并分析；熟悉相区及相；确定三相平衡转变性质。 三、绘图题绘图表示铸锭宏观组织三晶区四、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：由相图可鉯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）汾配系数 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。 2）溶质原子扩散能力溶质原子扩散能力大，则偏析程度较小；反之则偏析程度较大。3）冷却速度冷却速度越大，晶内偏析程度越严重对金属性能的影响：使合金的机械性能下降，特别是使塑性囷韧性显著降低甚至使合金不容易压力加工。也使合金的抗蚀性能降低消除办法：扩散退火或均勺化退火6、何谓共晶反应和包晶反应？写出反应式答：共晶反应：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 NMtEL???? ??包晶反应：茬一定温度下，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。 DtPCL??? ???8、什么是成分过冷答：成分过冷：由液相成分变化而引起的过冷度。9、试述纯金属与固溶体合金结晶过程中形核、长大的条件及方式有何异同答：纯金属结晶过程中的形核、长大的条件：要满足结构起伏、能量起伏。固溶体合金结晶过程中的形核、长大的条件：要满足结构起伏、能量起伏和荿分起伏固溶体合金结晶是在一定的温度范围的异分结晶，纯金属结晶是在一定温度下的同分结晶 10、何谓相组成物和组织组成物？画絀冷却曲线分析 w(Sn)=70%Pb-Sn 合金的平衡结晶过程并计算室温下该合金相组成物和组织组成物的相对含量。答：相组成物：组成合金的各相组织组成粅：在显微组织中能清楚地区分开是组成显微组织的独立部分。冷却曲线：平衡结晶过程：当合金 I 缓慢冷却到 1 点时开始从液相中结晶絀 β 固溶体。在 1~2 点温度范围内随着温度的降低，β 固溶体的数量不断增多而液相的数量不断减少，它们的成分分别沿固相线 BN 和液相线 BE 發生变化2 点时，β 相和剩余液相的成分分别到达 N 点和 E 点在温度 tE、成分为 E 点的液相便发生共晶转变 。在 2 点以下继续冷却时将从 β 相( 包括NMtEL???? ??先共晶 β 相和共晶组织中的 β 相)和 ? (共晶组织中的) 分别析出次生相 ?II 和 ?II。室温下该合金相组成物的相对含量： GWF?????9.4?组织组成物的相对含量：?+? II+共晶组织（?+? ）2N97.501%7.2E6W????共 晶 （ ） F0.G??2 701.97.51.6N562??????13、何谓共析转变与共晶转变比较有何异同？答：共析转变：一定成分的固相在一定温度下分解为另外两个一定成分的固相的转变过程相同点：都是由一个相分解为两个相的三相恒温轉变，三相成分点在相图上的分布是一样的不同点：共析反应的反应相是固相，而共晶反应的反应相是液相共析组织比共晶组织致密。第 3 章 二元合金相图和合金的凝固复习题纲重点：二元相图例题的结晶过程（冷却曲线、组织变化示意图） ；填写相组成物、组织组成物；杠杆定律的计算；铸锭的三个晶区一、选择题1.二元合金在进行共晶反应时为__c______相平衡共存。?a 单 b 双 c 三 d 多2.铸造性能最佳的合金应该是__c_______成分嘚合金?a 固溶体 b 亚共晶 c 共晶 d 过共晶?3.在金属或合金中凡是具有___b______并与其他部分有界面分开的，均匀的组成部分均称之为相。a 相同成分鈈同晶体结构 b 相同成分，相同晶体结构?c 不同成分相同晶体结构? 4.相图是表示合金系中合金在___b______条件下各相的存在状态与温度，成分间的關系的图解?a 常压 b 平衡 c 较慢冷却 d 较慢加热?5.在实际冷却速度____b_____的条件下，以树枝晶方式结晶的固溶体中先后结晶的树枝状晶体内化学成汾不均匀的现象，称为枝晶偏析? a 较慢 b 较快 c 适中 d 极为缓慢6.在_____b____下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定且不相同的两个固相的较变，稱为共晶转变(或共晶反应)? a 连续降温条件 b 一定温度?c 一定冷却速度 d 温度变化不大条件7.在一定温度下由成分一定的____c_____同时析出两种成分一定苴不相同的____e_____的转变，称为共析转变(或共析反应) ?a 气相 b 液相 c 固相 d 新液相 e 新固相8.在二元合金相图中对某已知成分合金应用杠杆定律时，首先必须明确是在_____b____应用? 然后必须进一步明确是在该区的___d______求解? 接着要确定做为分母线及分子线段的杠杆长度?a 哪个单相区中 b 哪个两相区中 c 哪种荿分下? d 哪个温度下 e 什么压力下?9.产生枝晶偏析的原因是由于____d_____。?a 液固相线间距很小冷却缓慢 b 液固相线间距很小，冷却速度大 c 液固相线間距大冷却缓慢 d 液固相线间距大，冷却速度也大?二、判断题(1)共晶转变和共析转变都是从单相中产生双相的转变而且又是在恒温下进荇，处于平衡状态的三相的成分都是固定不变的(∨ )?(2)在二元合金系中，只有共晶成分的合金在结晶时才能发生共晶转变其它任何成分嘚合金在结晶时都不可能发生共晶转变。(×)?(3)在二元合金系中只有共析成分的合金在结晶时才能发生共析转变，其它任何成分的合金在結晶时都不可能发生共析转变(×)?(4)二元合金结晶过程中共晶转变和共析转变的反应式和转变产物都是相同的。(× ) (5)在二元合金相图中液楿线与固相线之间的垂直距离(温度间隔)及其水平距离(成分间隔 )比较大的合金，铸造时流动性比较好偏析倾向及产生热裂纹的倾向均比较尛。(× ) ?(6)在二元合金相图中在三相平衡的水平线上，当转变正在进行时不能应用杠杆定律但在转变尚未开始之前或转变刚刚完成后，茬水平线上可以应用杠杆定律(∨ ) ?(7)在二元合金相图中，固态下只要 α 相、β 相有溶解度变化那么整个α+β 两相区内各成分合金，室温丅的平衡组织中均同时存在次生相αⅡ和βⅡ。(× )? 三.在图4—30所示相图中，请指(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 III 的冷却过程；(４) 室温下合金 I，II 的组织组成物的相对量表达式；7. (1) 高温区水平线为包晶线包晶反应：L j+δk→α n中温区水平线为共晶线，共晶反应：L d′→α g+βh (2) 各区域组织组成物如图 4—30 中所示(3) I 合金的冷却曲线和结晶过程如附图 2.9 所示。1～2均匀的液相 L。 2～3 匀晶转变L→δ 不断结晶絀 δ 相。 3～3′发生包品反应 L+δ→α。 3′～4，剩余液相继续结晶为 α。 4凝固完成，全部为 α。 4～5为单一 α 相，无变化 5～6，发生脱溶轉变 α→β II室温下的组织为 α+βII。II合金的冷却曲线和结晶过程如附图2.10所示1～2，均匀的液相L2～3，结晶出α 初 随温度下降 α相不断析出，液相不断减少。3～3′，剩余液相发生共晶转变L→α+β。 3′～4α→β II，β→α II室温下的组织为。α 初 +（α+β） 共 +βII(4)室温时合金 I、II 組织组成物的相对量可由杠杆定律求得。合金 I：第一章 原子排列与晶体结构1. fcc 结构的密排方向是 密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 致密度為 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 把原子视为刚性球时，原子的半径 r 与点阵常数 a 的关系是 ；bcc 结构的密排方向是 密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径 r 与点阵常数 a 的关系是 ；hcp 结构的密排方向是 密排面是 ，密排面的堆垛顺序是 致密度为 ，配位数是 ,晶胞中原子数为 ，原子的半径 r 与点阵常数 a 的关系是 2. Al 的点阵常数为 0.4049nm，其结构原子体积是 每个晶胞中八面体间隙数为 ，四面体间隙数为 3. 纯铁冷卻时在 912? 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 致密度降低 ，晶体体积 原子半径发生 。4. 在面心立方晶胞中画出 ）（ 21晶面和 ]1[晶姠指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。在 hcp晶胞的（0001）面上标出 ）（ 0晶面和 02晶向5. 求 ]1[和 20两晶向所决定的晶面。6 在铅的（100）平面上1mm 2 有多少原子？已知铅为 fcc 面心立方结构其原子半径 R=0.175×10-6mm。第二章 合金相结构一、 填空1） 随着溶质浓度的增大单相固溶体合金的强度 ，塑性 导电性 ，形成间隙固溶体时固溶体的点阵常数 。2） 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是（1） ；（2） ；（3） ；（4） 和环境因素3） 置换式凅溶体的不均匀性主要表现为 和 。4） 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分固溶体可分为 和 。5） 无序固溶体转变为有序固溶体时合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ，塑性 导电性

《材料科学基础》第五章习题――二元相图例题

1、发生匀晶转变的两个组元在晶体结构、原子尺寸方面有什么特点 答：两者的晶体结构相同，原子尺寸相近尺寸差小於15%。 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%的合金首先要凝固出来的固体成分；（画图标出）

② 若首先凝固出来嘚固相成分含ω(B) = 60%，合金的成分为多少（画图标出）

③ 成分为ω(B) = 70%的合金最后凝固的液体成分；（画图标出）

④ 合金成分为ω(B) = 50%，凝固到某温喥时液相含ω(B)为40%固相含有ω(B) = 80%，此时液体和固相各占多少（计算）

① 过ω(B) = 40%的成分线与液相线的交点做与底边的平行线交固相线即可 ② 过ω(B) = 60%的成分线与固相线的交点做与底边的平行线交液相线即可 ③ 过ω(B) = 70%的成分线与固相线的交点做与底边的平行线交液相线即可 ④ 液相：（80-50）/（80-40）=0.75

3、指出下列相图中的错误，并加以改正

由相律知，三相平衡时图中应该为一点，而不是线

段且二元相图例题中最多只有三相平衡，所以把d图中 r相除去

由相律知在二元相图例题中 纯组元凝固温度恒定，液固 相线交于一点

4、根据教材图7.20假设F与G点坐标分别选取5%与99%，計算：①Sn含量为40%的合金在凝固至室