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1、 第一章 原子排列 本章需掌握的内容：材料的结合方式：共价键，离子键，金属键，范德瓦尔键，氢键；各种结合键的比较及工程材料结合键的特性；晶体学基础：晶体的概念，晶体特性（晶体的棱角，均匀性，各向异性，对称性），晶体的应用 空间点阵：等同点，空间点阵，点阵平移矢量，初基胞，复杂晶胞，点阵参数。晶系与布拉菲点阵：种晶系，14 种布拉菲点阵的特点；晶面、晶向指数：晶面指数的确定及晶面族，晶向指数的确定及晶向族，晶带及晶带定律 六方晶系的四轴座标系的晶面、晶向指数确定。典型纯金属的晶体结构：三种典型的金属晶体结构：fcc、bcc、hcp；晶胞中原子数、原子半径，配位数与致密度，晶面间距、晶向夹角 晶体
2、中原子堆垛方式，晶体结构中间隙。了解其它金属的晶体结构：亚金属的晶体结构，镧系金属的晶体结构，同素异构性 了解其它类型的晶体结构：离子键晶体结构：MgO 陶瓷及 NaCl，共价键晶体结构：SiC 陶瓷，As、Sb 非晶态结构：非晶体与晶体的区别，非晶态结构 分子相结构 1.填空 1.fcc 结构的密排方向是_，密排面是_，密排面的堆垛顺序是_致密度为_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
3、中原子数为_，原子的半径是_。2.bcc 点阵晶面指数 h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是_。3.Al 的点阵常数为 0.4049nm，其结构原子体积是_。4.在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是_。5.在 fcc 晶胞中，八面体间隙中心的坐标是_。6.空间点阵只可能有_种，铝晶体属于_点阵。Al 的晶体结构是_，-Fe的 晶 体 结 构 是 _。Cu的 晶 体 结 构 是_，7 点阵常数是指_。8 图 1 是 fcc 结构的(-1,1,0)面，其中 AB 和 AC 的晶向指数是_，CD 的晶向指数分别 是_，AC 所在晶面指数是-。9 晶胞中每个原子平均占有的体积称为_。10 FCC 包含有
4、晶向的晶面是_。11.图 2 为简单立方点阵晶胞，其中 ABC 面的指数是_，AD 的晶向指数是_。12.在空间点阵中选取晶胞的原则是：（1）_(2)_(3)_(4)_。13 以点阵常数 a 为单位，fcc 晶体的原子半径是_，bcc 晶体的原子半径是_，fcc 晶体（110）面的晶面间距是_，110方向的原子间距为_，fcc 晶体的结构原子体积为_。14 金刚石的晶体_，每个晶胞中的原子数为_。15 （h1k1l1）和（h2k2l2）两晶面的晶带轴指数uvw为_。16 面心立方结构每个晶胞中八面体间隙数为_，四面体间隙数为_。17 立方晶系晶面间距计算公式是_。18 Zn 室温的点阵常数 a
5、=2.6649A，c=4.9468A，其轴比为_，配位数为_。19 工业多晶体金属不呈现性能的各向异性，其原因是_。20 纯铁冷却时在 912 发生同素异晶转变是从_结构转变为_结构，其原子半径发生_变化。21.原子排列最密的晶面，其面间距_（最大或最小）。22.公式 d=a/h2+k2+l2只适用于计算_结构相平行晶面间的距离。2.判断 1.-Fe 致密度比-Fe 小，所以-Fe 溶解碳比-Fe 多。（）2.立方晶系中具有相同指数的晶面与晶向必定相互垂直。（）3.原子半径大小与其在晶体中配位数无关。（）4.密排六方结构不能称作一种空间点阵。（）5.铁素体的点阵常数比 a-Fe 的点阵常数小。
6、（）6.金属键无方向性及饱和性。（）7.在立方晶系中，-111（1-1-1）。（）8.在 fcc 和 bcc 结构中，一切相邻的平行晶面间的距离可用公式：d=a/h2+k2+l2 ()9.结构原子体积是指结构晶胞中每个原子的体积。（）10.立方晶系的(100)，（010）和（001）面属于同一个晶带。（）11.由-Fe 转变为-Fe 时，原子半径增大（），发生体积膨胀（）。12.Fcc 和 bcc 结构中的八面体间隙均为正八面体。（）A B C D 1 图 1 A B C D 图 2 13.空间点阵中每个阵点周围具有等同的环境。（）14 一个面心立方结构相当于体心正方结构。（）15.从实用观点
7、来看体心立方金属中的空隙比面心立方金属中的更为重要。（）3.简述 金属键，晶体，同素异晶转变（并举例），晶胞，点阵常数，晶面指数，晶面族，晶向指数，晶向族（举例），晶带和晶带轴，配位数，致密度，晶面间距，面心立方结构，体心立方结构，密排六方结构，4.问答 1：在简单立方晶胞中画出(1-2 1)晶面和11-2晶向，在 hcp 晶胞的（0001）面上标出（-12-10）晶面和-12-10晶向。2：求11-1和20-1两晶向所决定的晶面。3 在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？已知铅为 fcc 面心立方结构，其原子半径R=0.17510-6mm。4 在面心立方 fcc 晶胞中，110方向中位
8、于（111）平面上的有哪些方向。5 画出一个体心立方晶胞，在晶胞上画出：1 发生滑移的一个晶面 2 在这个面上发生滑移的几个滑移方向。6 写出图 3 中 ABCD 四面体各面的晶面指数和 BC，CA 的晶向指数。7.在图 4 中画出(1 1 2 0)晶面和1 2 1 0 晶向。求图示密排六方晶胞 OA，OB 晶向指数及ABC 的晶面指数。8：画出 fcc 中具有下列密勒指数的晶面和晶向。1（111）111；2（321）-236 9：画出 hcp 晶胞，并画出(10-10)晶面及11-20晶向。10：画出 bcc 晶胞下列晶面上原子平面排列情况：（110），（111）O B A C 图 3 A
9、B C D 图 4 12：画出两个面心晶胞组成的体心正方晶胞，并画出（111）fcc，（011）体心正方晶面与-211fcc，01-1体心正方晶向，并指出两晶面与两晶向存在何种关系。第二章 合金相结构 本章的主要内容：固溶体：固溶体的分类有置换固溶体及影响固溶度因素，间隙固溶体，缺位固溶体 中间相：正常价化合物，电子化合物，间隙相与间隙化合物，金属间化合物的性质与应用 固溶体的微观不均匀性：超结构，以 fcc、bcc 及 hcp 为基的超结构，有序参数 1.填空 1.形成无限固溶体的必要条件是：（1）_，（2）_-，（3）_。2.形成有序固溶体的必要条件是：（1）_，（2）_，（3）_。3.影
10、响正常价化合物形成的主要因素是_。4.C 原子半径为 0.77A，Cr 的原子半径为 1.28A，则 Cr23C6是_化合物。5.随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度_，塑性_，导电性_。6.如图是铜金有序固溶体的晶胞，其分子式为_。7 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。8 形成置换固溶体时，两组元原子半径的相对差小于_，是有利于大量固溶的因素之一。9 Cu 是一价，Sn 是四价，则 Cu3Sn 化合物的电子浓度为_。10 铁 碳 合 金 中 奥 氏 体 的 晶 体 结 构 是 _，铁 素 体 的 晶 体 结 构 是_。11 置换式固溶
11、体的不均匀性主要表现为存在_和_。12.电子化合物的形成条件为_，晶型_，例如_。13 间 隙 相 的 形 成 元 素 为 _，晶 型 为 _ 例 如_。14 高速钢中 VC 相结构为_，黄铜中 CuZn 相结构为_。15 填隙固溶体溶质溶于溶剂金属点阵的_，只能形成_固溶体。16 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为_和_。17 元素的负电性是指_，在周期表中，同一周期元素的负电性由左向右逐渐_，而同一族元素的负电性由上到下逐渐_。二元合金中两组元的电负性差越大，越易形成_，越不易形成_。18.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_
12、。图 1 19 电子浓度是指_之比，CuZn 型超结构的电子浓度等于_，属于_空间点阵。20 随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度_，塑性_，导电性_。2.选择与判断 1 形成间隙固溶体时，溶剂的点阵常数_。A 增大 B 减小 C 不变 2.在固溶体自由能与成分的关系式中，两组元相互作用参数的表达式为_。A NZ(eAB+(eAA+eBB)/2)B NZ(eAB-(eAA+eBB)/2)C EAB=(eAA+eAB)/2 3.图 2 是铜金有序固溶体的结构晶胞，此有序固溶体的分子式为_。A Cu2Au5 B CuAu2 C CuAu 5.钨（W）的原子半径为 1.41A，碳的原子半径为 0
13、.77A，则 WC 为_ A 间隙固溶体，B 间隙相，C 间隙化合物 5.-Co 为 hcp 结构，-Co 为 FCC 结构，则 Fe-Co 无限固溶体为_结构。A FCC，B BCC，C hcp 6.在有序固溶体中，异类原子结合力小于同类原子结合力。（）7.所有金属间化合物都能提高合金的强度。（）8.Nb 的原子半径为 1.47A，C 原子半径为 0.77A，则 NbC 为间隙化合物（）9.纯金属发生同素异性转变将产生成分和有序度方面的改变。（）10.与固溶体相比，金属化合物具有高硬度低塑性。（）11.在拓扑相中，半径较大的原子构成密排主层（），次层一般是半径较小的原子（）。3.名词解释 置
14、换固溶体，有序固溶体，无序固溶体，间隙固溶体和间隙化合物，间隙相与间隙化合物，正常价化合物，电子浓度，电子化合物 4.问答 1：分析氢，氮，碳，硼在-Fe 和-Fe 中形成固溶体的类型，H2,N,C,B 进入点阵中的位置。元素的原子半径如下：氢：0.46A 氮：0.71A 碳：0.77A 硼：0.91A 2：指出固溶体与金属化合物在晶体结构和机械性能方面的区别。第三章 纯金属的凝固 本章主要内容：液态金属的结构；金属结晶过程：金属结晶的条件，过冷，热力学分析，结构条件 晶核的形成：均匀形核：能量分析，临界晶核，形核功，形核率 非均匀形核：形核功，形核率 晶体的长大：动态过冷度（晶体长大的条件）
15、，固液界面微观结构，晶体长大机制，晶体长大形态：温度梯度，平面长大，树枝状长大 陶瓷、聚合物的凝固 结晶理论的应用实例：铸锭晶粒度的控制，单晶制备，定向凝固，非晶态金属 1.填空 1.在液态金属中进行均质形核时，需要_起伏和_能量起伏。图 2 2.金属凝固的必要条件是_。3.液态金属凝固时，均质形核的条件是：（1）_；（2）_，（3）_。4.细 化 铸 锭 晶 粒 的 基 本 方 法 是：（1）_，（2）_，（3）_。5 形成临界晶核时体积自由能的减小只能补偿新增表面能的_。6 液态金属均质形核时，体系自由能的变化包括两部分，其中_自由能是形核的阻力，_自由能是形核的动力；临界晶核半径 rK与
16、过冷度 T 呈_关系，临界形核功 GK等于_。7 动态过冷度是_。8 在工厂生产条件下，过冷度增大，则临界晶核半径_，金属结晶冷却速度越快，N/G比值_，晶粒越_。9 制备单晶的基本原理是_，主要方法有_法和_法。10.获得非晶合金的基本方法是_。11 铸锭典型的三层组织是_,_,_。12 根据凝固理论，为了细化铸锭晶粒，对于小尺寸的铸锭一般可采用_方法，对于大尺寸的铸锭则采用_方法。13 纯金属凝固时，其临界晶核半径的大小、晶粒大小主要决定于_。14 液态金属凝固时，异质形核需要的过冷度比均质形核小，这是因为_。（异质形核时固相质点可作为晶核长大，其临界形核功较小。）2 名词解释 过冷度，临
17、界晶核，临界晶核半径，自发形核，能量起伏，形核功，形核率，变质处理，柱状晶带，等轴晶，异质形核，非晶态金属 3 判断 1 纯金属中含有少量杂质在热力学上是稳定的。（）2 临界半径 rK大小仅与过冷度有关。（）3 液态金属凝固时，临界晶核半径与过冷度成反比。（）4 在液态金属中形成临界晶核时，体系自由能的变化为零。（）5 任何温度下液态金属中出现最大结构起伏是晶胚。（）6 任何过冷度下液态金属中出现的最大结构起伏却是晶核。（）7 湿润角 =180 时，异质形核最容易进行。（）8 枝臂间距是指相邻两树枝晶一次轴之间的距离。（）9 为了细化晶粒，工艺上采用增大过冷度的方法，这只对小件或薄件有效，而对
18、较大厚壁铸件并不适用。（）10 从非均匀形核计算公式：A非均匀=A均匀（2-3cos+cos3）/4 看出当=00时固相杂质相当于现成的大晶核。（）11 理论凝固温度与固/液界面处温度之差，称为动态过冷度。（）12 动态过冷度是指结晶过程中实际液相温度熔点之差。（）13 液态金属结晶时，其临界晶粒半径 rK 是不变的恒定值。（）14 液态金属结晶时，其理论结晶温度与固/液界面处温度之差称为临界过冷度。（）4 问答 1 根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。2 试根据凝固理论，分析通常铸锭组织的特点。3 试说明在铸锭中获得细等轴晶组织可以采取的措施。4 回答液态金属凝固时均质形核的有关问题：（1
19、）写出临界晶核半径 k的表达式；（2）画出 k与过冷度 T 的关系曲线示意图；（3）写出形核功 Gk与临界晶核界面能的关系式；（4）简述均质形核的必要条件。5 简述液态金属结晶时，过冷度与临界晶粒半径，形核功及形核率的关系。6 简述湿润角，杂质粒子的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。7 铜的熔点 Tm=1356K，熔化热 Hm=1628J/cm2，=177erg/cm2，点阵常数 a=0.3615nm。求铜 T=100 时均匀形核的临界核心半径和每个临界核心的原子数目。8 欲获得铸锭整个断面为细等轴晶或整个断面为柱状晶，各需要采取哪些措施？9：何谓过冷，过冷度，动态过冷度，它们对结晶过程有何
20、影响？10：根据冷却速度对金属组织的影响，现要获得微晶，非晶，亚稳相，请指出其凝固时如何控制。第四章 二元合金相图与合金凝固 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，
21、包晶合金的非平衡凝固与组织 包晶反应的应用 铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭的缺陷 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，Al-Mn 相图，Al2O3-SiO2二元系相图 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 1.填空 1 相律表达式为_。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_起伏。3.按液固界面微观结构，界面可分为_和_
22、。4.液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是_，光滑界面晶体的长大机制是_和_。5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生_偏析，用_热处理方法可以消除。6 液态金属凝固时，若温度梯度 dT/dX0（正温度梯度下），其固、液界面呈_状，dT/dX0 时（负温度梯度下），则固、液界面为_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_。8 亚共晶合金的典型平衡组织为_，亚共析合金的典型平衡组织为_。9 共晶，包晶，偏晶，熔晶反应式分别为_,_,_,_。10 共析，偏析，包析反应式分别为_，_，_。11 固溶体合金凝固时，溶质分布的有效分配系数 k1=_，当凝固速率很大时
23、，则k1 趋于_。12 不发生成分过冷临界条件的表达式为_。13 应用相图可以判断_,_,_,_。14 纯金属凝固时，一般只有在_条件下才生长成树枝晶，当金属中含有杂质或固溶体合金凝固由于发生_所以在_条件下也可能生长树枝晶。固溶体合金定向凝固时，液相中溶质混合越充分，则凝固后铸锭成分_。15 平衡分配系数 K=0.1 时，经三次区域熔炼后料棒前端杂质浓度将降低至原来的_。16 合金中相平衡的条件是_。17 二元系中两相区的边界线都表示相转变的_和平衡相的_。18.在二元相图中，L1+L2叫_反应，L+称为_转变，而反应 称为_反应，+称为_反应。19 Fe-Fe3C 相图中含碳量小于_为钢，
24、大于_为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由_和_两个基本相组成；根据溶质原子的位置，奥氏体其晶体结构是_，是_固溶体，铁素体是_，其晶体结构是_，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含量是_；珠光体的含碳量是_它是由_和_组成的两相混合物；莱氏体的含碳量_；在常温下，亚共析钢的平衡组织是_，过共析钢的平衡组织是_，亚共晶白口铸铁的平衡组织是_，莱氏体的相组成物是_，变态莱氏体的相组成物是_，Fe3CI是从_中析出的，Fe3CII是从_中析出的，Fe3CIII是从_中析出的，它们的含碳量为_，Fe3C 主要性能特点是_，A 共析反应后的生成物称为_。2.选择 1 图 1 中合金非平衡凝固后的组织为_。A B
25、 +II C +未转变的 2 要得到细小的层片状共晶组织，必须_。A 增大过冷度 B 降低凝固速度 C 增大两相间的界面能 3 平衡分配系数 K0=0.1 的合金，经三次区域熔炼后，料棒前端的杂质浓度将减至原来的_。A 1/1000 B 1/300 C 1/3 4 要得到细小的层片状共晶组织，必须_。A 增大过冷度 B 降低凝固速度 C 增大两相间的界面能 5 在固溶体自由能与成分的关系式中，两组元相互作用参数的表达式为_。A NZ(eAB+(eAA+eBB)/2)B NZ(eAB-(eAA+eBB)/2)C EAB=(eAA+eAB)/2 6 Ko1 的固溶体合金棒，由左向右进行区域熔炼后，
26、则试棒_。A 全部被提纯 B 左边一段被提纯 C 右端被提纯 7 图中 1，2，3 合金在常温下凝固后，枝晶偏析最小的是_。图 1 图 2 A 合金 1 B 合金 2 C 合金 3 8 有枝晶偏析的铜镍合金，_ A 枝干富 Cu，枝间富 Ni B 枝干富 Ni，枝间富 Cu C 枝干和枝间都富 Cu 9 室温下含 0.3%C 的钢平衡条件下，组织组成物为_。A F+P B F+Fe3C C(Fe3C)II+P 10 铁碳合金中的 Fe3CII是从_中析出来的。A 液相 B 奥氏体 C 铁素体 D 珠光体 11 Fe3CII含量最多的是_。A Fe-0.0218%C 合金 B Fe-0.77%C
27、 合金 C Fe-2.11%C 合金 D Fe-6.69%C 合金 12 亚共析钢于两相区长时加热，（）变成单相奥氏体。A 能 B 不能 3 名词解释 负温度梯度，粗糙界面，平衡分配系数，有效分配系数，枝晶偏析，均匀化退火，成分过冷，比重偏析，伪共晶，离异共晶，不平衡共晶，包析反应，共析反应，偏晶反应，珠光体，莱氏体，二次渗碳体，增幅分解，4 判断 1 固溶体合金形核比纯金属形核难。（）2 产生新相，其自由能一定要比母相低才能发生。（）3 在一定温度下二元合金中存在二相平衡条件是 相和 相有相同的自由能。（）4 晶粒之间化学成分不均匀的现象，称为枝晶偏析。（）5 晶内偏析可通过均匀化退火消除。
28、（）6 铜在凝固过程中以树枝晶长大时，其一次轴为的可能性最大。（）7 存在晶内偏析的固溶体相由于其晶粒内各处成分不同，所以不能看成一个相。（）8 成分过冷愈大，树枝组织愈发达。（）9 任何合金的不平衡结晶总是先结晶的固溶体晶粒含高熔点组元多，而后结晶的固溶体枝晶含低熔点组元多。（）10 任何成分的亚共晶和过共晶合金不平衡结晶条件下所获得的组织与平衡组织比较，其中初生相相对量较少，而共晶体量相对较多。（）11 伪共晶区往往偏向晶格简单粗糙界面一边。（）1 离异共晶只能在非平衡条件下产生。（）1 过冷度越大，比重偏析越严重。（）1 扩散退火可消除区域偏析。（）15 在过冷度相同的条件下，共晶反应的
29、速度比包晶反应快。（）16 二元合金中的稳定化合物有一定熔点。（）在熔点以下不发生分解（）不稳定化合物都是共析反应的生成物。（）17 在图中，C0合金冷到 t2温度时，溶质 B 含量为 Co=C0/k0()，若将合金棒由左向右进行区域熔炼后，则棒的左边一段得到 A 的提纯。（）B 图 4 18 如图是 A-B 二元固溶体合金凝固时产生成分过冷的示意图。其中 To 是 A 组元的熔点（），Ti 是固/液界面处的温度（），曲线是界面前沿液态合金的液相线温度（），G 是界面前沿的温度梯度，当 G 增大时，成分过冷度增大。（）19 二元相图中三相平衡时温度恒定，而平衡三相成分可变。（）20 宏观上观察
30、，若固/液界面是平直的称为光滑界面结构；若是金属界面呈锯齿形称为粗糙界面结构。（）21 无论平衡或非平衡凝固，只要初晶的量很多，共晶的量很少，就可能出现离异共晶。（）22 Cs(x)=K0C0(1-x/l)k0-1称为稳态凝固方程。（）23 固溶体合金凝固时，成分过冷的临界条件方程是：G/R=mc0/D(1-k0)/k0()，只有当G/Rmc0/D(1-k0)/k0时才产生成分过冷。（）24 如图 5 的相图（二元共晶）的画法是正确的（）25 在二元合金中，铸造性能最好的是共晶合金。（）26 固溶体合金凝固时，在正温度梯度下晶体也可能以树枝晶长大。（）27 无论何种成分碳钢组织中铁素体相对量随
31、 C%增加而减少，珠光体相对量则增加。（）28 在 Fe-Fe3C 相图中的所有合金，凝固时都可产生成分过冷。（）29 莱氏体和变态莱氏体存在的温度范围不同（），除此之外，二者无其他差别（）。30 铸铁平衡结晶过程只有共晶转变而没有共析转变。（）31 Fe-Fe3C 相图中，含碳量低于 0.0218%的合金平衡结晶组织中才有三次 Fe3C 存在。（）32 铁素体与奥氏体的根本区别在于溶碳量不同，铁素体少而奥氏体多。（）5 问答 1 由 Al-Cu 合金相图（图 7），试分析：适合压力加工和铸造的合金的成分是什么，用什么方法可提高合金强度。2 试说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时可以呈树枝
32、状方式成长，而纯金属则得不到树枝状晶。3 如图 7 二元合金，（1）分析合金 I 在平衡结晶和快速冷却不平衡结晶时的组织不同点；（2）分析合金 II 在平衡结晶后室温下相及组织，计算组织组成物的含量分布。4 如图 8 所示为 Ni-Al 相图 1）填出相图中各相区的平衡相 2）图中的 相和 相是何种晶体结构？3）指出图中的稳定化合物和不稳定化合物。4）写出图中存在的恒温反应，指明反应类型 图 5 图 6 5）计算含 Ni 30%(重量)的合金在在冷却时的相变过程，室温下的相组成与组织组成，并计算出其中组织组成物的百分数。6）试说明含 Ni89%（重量）的 Ni-Al 合金其平衡凝固与非平衡凝固
33、后的显微组织的不同。7）绘出 1500 时 Al-Ni 合金各相的自由能成分曲线示意图。5 试说明在正温度梯度下，为什么固溶体合金凝固时可以呈树枝状方式成长，而纯金属则得不到树状晶。6 试分析共晶系合金非平衡结晶条件下的组织及形成原因。7 为使低合金钢焊接接头中的粗大树枝晶组织改变为胞状晶就能避免脆性，为此应如何确定焊接工艺？8 图 9 是 Ti-Co 相图的一部分，回答下列问题。（1）把空白相区填上相的名称。（2）分析 X 合金（Ti-35%Co）在平衡条件下的相变过程：（1）要写出液相析出初晶和各三相平衡反应式；（2）要绘出液相刚凝固完毕时的显微组织示意图，并计算出其中相组成物和组织组成物
34、的百分含量；（3）绘出 T1 温度时合金系（到 62%Co 为止）各相的自由能成分曲线示意图。I II 图 7 图 8 9 根据 Cu-Sn 相图（图 10）回答下列问题：（1）相和 相为何种晶体结构？（2）Cu-13.57%Sn 合金在常温下凝固后，将在 相的晶界上出现少量 相，其原因何在？如何消除 相？（1）绘出 Cu-70%Sn 合金平衡凝固完毕时的显微组织示意图，并计算其中相组成物和组织组成物的百分数。（2）画出 Cu-Sn 系合金在 450时各相自由能-成分曲线示意图。10 根据图回答下列问题（1）说明 aa0、bb0和 cc0箭头线的含义。（2）用反应式（如 Lr初，L+r 等）形
35、式说明 x,y 两合金从液相到室温的相变过程。若有三相平衡反应，要在反应式的各相右下角标明相成分的变化。（3）写出 x 合金刚凝固完毕和室温时的组织组成物。（4）用数学式表示 y 合金刚凝固完毕时相组成物的百分数。图 9 图 10 11 A 组元为 fcc 结构，B 组元为 bcc 结构，A-B 二元相图如图所示。1）图中的 和 相各为何种晶体结构？2）指出此二元系中比较适合做变形合金何铸造合金的成分范围。3）计算出亚共晶合金在 TE温度时（共晶反应前）的平衡分配系数。4）设 X 合金平衡凝固完毕时的组织为 初晶+(+)共晶，其中 初晶占 80%，则此合金中 B 组元的含量是多少？5）绘出 T
36、1 温度时各相的自由能-成分曲线示意图。12 根据 Cu-Zn 相图（见图 13）回答下列问题：图中的 相和 为何种晶体结构？写出各三相平衡反应式，且每个反应要注明反应时的温度 工业用普通黄铜(即 Cu-Zn 合金，Zn45%)非平衡凝固时，为何枝晶偏析小？计算出 Cu-35%Zn 合金液相刚凝固完毕时相组成物的百分数。画出 850 时 Cu-Zn 系合金各相的自由能成分曲线示意图 25 65 80 图 13 图 14 14 如图 14 为 Mg-Y 相图）填相区组成，写出相图上等温反应及 Y=5%wt 时的合金 K 在室温时的平衡组织，并计算相组成相对量。）指出提高合金 K 强度的方法）合金
37、 K 在不同冷却速度下凝固后的组织。4）已知 Mg 为 hcp 结构，试计算 Mg 晶胞的致密度；5）简述图中 Y=10%wt 之合金的强化方法 16 试说明纯 Al 和铝铜单相固溶体结晶的异同。17 试画出 Fe-Fe3C 亚稳平衡相图。标注平衡反应的成分及温度，写出平衡反应式。分析含 C%为 0.49%合金的平衡和非平衡凝固过程。对 Fe-1%C 合金，在亚稳冷却转变和淬火冷却转变后组织、性能的差异。（亚稳，P+Fe3CII，淬火，马氏体相变。）18 根据铁碳相图回答下列问题：1 写出下列合金的化学成分：（1）最容易产生枝晶偏析的合金；2）Fe3CII含量最多的合金；（2）珠光体含量最多的
38、合金；4）莱氏体含量最多的合金。2 画出 Fe-1.2%C 合金的室温平衡组织示意图，并计算出其中相组成物和组织组成物的百分含量。3 画出 1200时各相的自由能-成分曲线示意图。4 根据 Fe-Fe3C 状态图确定下列三种钢在给定温度下的显微组织（填入表中）含碳量 温度 显微组织 温度 显微组织 0.4 770 900 0.77 680 770 1.0 700 770 19 作图：1 绘出含 0.4%C 的亚共析碳钢的室温平衡组织示意图。2 画出 Fe-Fe3C 相图中共析温度时各相的自由能-成分曲线示意图。20 分析 Cr-Ti 二元相图，（图 15）1 将图中各空白相区填上相的名称。2
39、图中 相和 相各为何种晶体结构？3 指出图中的稳定化合物和不稳定化合物 4 写出图中的各三相平衡反应式。5 简要说明 Cr-10%Ti 合金的平衡结晶过程 6 计算 Cr-10%Ti 合金平衡凝固完毕时组织组成物的百分数。21：相图 16 中，在凝固过程中哪些成分合金不会产生成分过冷，请标出来并简单说明。四：A-B 二元相图 12 中，分析 1 24.5%B 的 X 合金平衡凝固与非平衡凝固后组织图。2 图中哪些成分合金不产生过冷？3 X 合金进行缓慢正常凝固，当凝固的固体分数为 50%时固体成分。4 观察 67%B 的 Y 合金组织发现全部为共晶，试分析原因。22：举两个实例说明相图在材料研
40、究方面的应用。23：分析 Fe-0.4C 合金室温下：1 相组成物 2 组织组成物 3 绘出其冷却曲线 4 示意绘出其显微组织图 24：按图回答下列问题：写出 1,2,3,4 合金平衡凝固后的组织。图 16 图 15 要寻找一个塑性好，且可热处理强化的合金应选用哪个合金为好，为什么？要选一个流动性好的铸造合金确定哪个成分为好？计算合金在刚凝固完成时组织组成物及相组成物的百分比。合金与合金的结晶过程之异同。分析非平衡结晶时，合金组织有何变化。25：根据 Fe-Fe3C 相图计算含 3%C 白口铁中以下组织组成物或相组成物重量百分数。1 莱氏体 2 莱氏体中珠光体 3 全部渗碳体 4 全部珠光体
41、26：试分析不同冷却速度对下图中合金凝固后显微组织的影响。图 17 图 18 27：提出三条措施提高合金强度。28：欲选择一种碳钢材料，要求碳钢组织中珠光体占 95%。问所选碳钢含碳量为多少？29：A-B 二元相图如图 19：1，2 合金平衡结晶后组织。1 合金非平衡结晶后组织。A 为 FCC 晶体结构，B 为 BCC 结构，试画出 和晶体结构。31：利用所学相图知识，举两例并说明如何制得纤维复合材料？32：根据 Fe-Fe3C 相图试计算 C=5%合金中一次渗碳体，共晶渗碳体，二次渗碳体的含量为多少？33：试分析图 19 中合金结晶过程，相组成物及组织组成物。34：银币中含 92wt%的 A
42、g 和 7.5%Cu，试根据 Ag-Cu 相图说明选择这一成分而不是纯 Ag制造银币的理由。35：拟定一个测定相图固溶度变化曲线的实验方案。36：根据 Fe-Fe3C 相图分析含碳量为 0.6%的碳钢其室温平衡组织是什么？计算其相组成物及组织组成物相对含量。37：画出 Fe-Fe3C 相图并根据相图计算室温平衡组织为铁素体+珠光体且 F/P=3/1 时的含碳量，并示意绘出组织图。38：某二元合金系相图如图 20，今有含 B20%的合金自一端凝固，假定固/液界面平直状，液相完全混合且固相中无扩散。1 设初始凝固固相成分为：B=40%和 B=60%，作出凝固后试样成分分布曲线，并在图中指出二个成分
43、位置。2 从液相中凝固成纯 相区占试棒全长百分数。已知正常凝固方程为：Cs（X）=koCo(1-x/L)ko-1 39：用自由能-成分曲线说明晶内偏析为热力学上不稳定组织。40：简述获得细层片状共晶组织的条件。图 19 图 20 41：画出 Fe-Fe3C 亚稳平衡图及 1148，727，500 时自由能与 wt%C 关系示意曲线。42：A-B 二元相图如图 19。1 画出 I，II 合金平衡冷却曲线以及冷却后组织。2 设合金 1（含 15%B）在凝固过程中固相完全不扩散，液相完全扩散，已知此合金冷却到包晶温度时固相平均成分为 13.5%B，问此合金中是否残留少量液相？3 合金 1 在所给条件
44、冷凝后如对合金进行扩散退火，应如何制定退火工艺。43：从化学成分，晶体结构，形成条件及组织形态上分析共析渗碳体与共晶渗碳体的异同。44：简述典型金属凝固时，固/液界面的微观结构，长大机制，晶体在正负温度梯度下成长时固/液界面的形态。45：根据 Fe-Cu 相图回答下列问题：1 写出，相的晶体结构类型。2 说明 Fe-10%Cu 合金在平衡条件下从液相冷却到 700 时相变过程，并绘出此合金共析转变结束时的显微组织示意图，计算出其中相组成物和组织组成物的百分含量。3 上述 Fe-10%Cu 合金能否在 1100-1200 进行热轧？为什么？4 绘出 Fe-Cu 系合金在 851 时各相的自由能成
45、分曲线示意图。46：根据 Pb-Bi 相图回答下列问题：1 把空相区填上相的名称。2 设 X 合金平衡凝固完毕时的相组成物为 和(Bi)，其中 相占 80%，则 X 合金中 Bi 组元的含量是多少？3 设 Y 合金平衡凝固完毕时的组织为(Bi)初晶+（Bi）共晶，且初晶与共晶的百分含量相等，则此合金中 Pb 组元的含量是多少？4 Pb-30%Bi 合金非平衡凝固后得到何种组织？并画出其示意图。5 绘出 184 时各相的自由能成分曲线示意图。47：从热力学自由能-成分曲线和相平衡关系，解释端际固溶体溶解度随温度上升而增加和随温度上升而下降的原因。48 金相显微镜中光栏有什么作用？49 如何从金相
46、照片中鉴别铜中的氧。50 金相显微镜的有效放大倍数等于物镜放大倍数乘以目镜放大倍数。第五章 三元合金相图 本章主要内容：成分表示方法：等边三角形，等腰三角形，直角坐标，成分三角形特殊线，直线法则与杠杆定律，重心法则；三元匀晶相图：相图分析，等温截面，变温截面；固态完全不溶三元共晶相图：相图分析，等温截面，变温截面，投影图；固态有限溶解的三元共晶系：相图分析，等温截面，变温截面，投影图及凝固过程；有包共晶反应的三元系：相图分析，投影图及凝固过程；有三元包晶反应的三元系：相图分析，投影图及凝固过程分析；生成化合物的三元相图；三元相图总结：三元系的单相区，三元系的两相区，三元系的三相区，三元系的四相
47、平衡 三元系的液相面投影，三元系的相区接触法则；三元相图实例：Fe-Cr-C 系，Al-Cu-Mg 系，CaO-SiO2-Al2O3系 1 填空 1.三元相图等温截面的三相区都是_形。2.图 1 是 A-B-C 三 元 系 成 分 三 角 形 的 一 部 分，其 中 X 合 金 的 成 分 是_。3.图 2 是三元系某变温截面的一部分，其中水平线代表_反应，反应式为_。4.图 3 为 A-B-C 三元系的一个等温截面，固溶体中 C 组元的最大含量是_；X合 金 中A,B,C三 组 元 的 含 量 分 别 是_；在 X 合金的相组成物中，相的百分含量是_，相的百分含量是_。B 图 1 图 2 5
48、 图 4 是 Cu-Zn-Al 三元相图 2%Al 的一个变温截面，合金凝固时，L+三相区将发生_反应。图中 X 合金的化学成分是_。6 图 5 是某三元系变温截面的一部分，合金凝固时，L+MC 将发生_反应。7 三元相图的成分用_表示。8 四相平衡共晶反应的表达式_。9 .图 6 是 A-B-C 三元相图的投影图，在常温下：合金 I 的组织是_ 合金 II 的组织是_ 合金 III 的组织是_ 10 三元相图有如下几类投影图(1)_(2)_(3)_(4)_。11 三元系中两个不同成分合金，合成一个新合金时，则这三个合金成分点_。12 四相平衡包共晶反应式为_。13 三元相图垂直截面可用于分析
49、_。图 3 1 图 4 图 5 图 6 14.三元系三条单变量线相交于_，就代表一个_，并可根据单变量线箭头_判断_。2 选择 1 图是某三元系变温截面的一部分，a 图中合金凝固时，L+三相区将发生_反应，b 图中 L+三相区将发生_反应。A L+B L+C L+2 根据三元相图的垂直截面图_ A 可以分析相成分的变化规律 B 可以分析合金的凝固过程 C 可以用杠杆定则计算各相相对量 3 图 8 为 A-B-C 三元系成分三角形，则合金 H 中 A 组元的含量为_。A 70%B 65%C 50%4.图 8 中合金 F 的成分为_ A 60%A，35%B，5%C B 30%A，30%B，60%C
50、 C 50%A，45%B，5%C 5 图 9 为三元包晶投影图，则合金 1 三元包晶反应后，_相消失。A L B C D L 和 合金 2 三元包晶反应后_相消失。A L B C D L 和 合金 3 三元包晶反应后_相消失。A L 和 B L 和 C L 和 D 和 1 2 3 图 7 图 8 图 9 I II III 8 某三元系的四相平衡反应水平面如图 10 所示，其反应式为_。A L+B L+C L+9 图 9 中 3 合金四相平衡反应后_相消失。A L B C D L 和 E 和 10 图 9 中 1 合金四相平衡反应后_相消失。A L B C D L 和 E 和 3 判断 1 三元