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1、模块二金属学的基本知识课题一 金属的晶体结构一、填空题（将正确答案填写在横线上）1 .结构2 .晶体非晶体3 .晶胞4 .晶面晶向5 .其内部的原子排列是否有规则6 .晶体结构7 .立方 908 .立方体六个面9 .正六棱柱10 .多面体晶界11 .点线面12 .组元13 .二三多14 .合金系15 .相界面16 .种类形状17 .成分结构形态18 .固溶体 金属化合物19 .固溶体20 .置换间隙21 .置换22 .间隙23 .第二相24.固溶强化二、判断题（正确的，在括号内打错误的，在括号内打X） 体中而使其碳含量增加。随着温度下降，析出的铁素体量增多，剩余的奥氏体量 减少，而奥氏体的碳含
2、量沿GS线增加。当温度降至与PSK线相交的4点时，：奥 氏体的碳含量达到0.77%,此时剩余奥氏体发生共析转变，转变成珠光体。4点 以下至室温，合金组织基本上不发生变化。8.答:wC (%)温度（）显微组织温度（）显微组织0.25800奥氏体+铁素体900奥氏体0.77700珠光体800奥氏体1.20700珠光体+二次渗碳体800奥氏体十二次渗碳体9.答：Fe-Fe3c相图主要应用在材料的选用和热加工工艺的制定两方面。（1）作为选材的依据 铁碳合金相图反映了铁碳合金组织随温度和成分变 化的规律，利用它可以分析不同成分的铁碳合金的性能，为材料的选用提供了依 据。（2）制定铸造、锻造、焊接和热处理
3、等热加工工艺的依据1）在铸造方面。从Fe-Fe3c相图的液相线可以找出不同成分的铁碳合金的 熔点，为拟定铸造工艺，确定合适的浇注温度提供了依据。2）在锻造方面。钢经加热后获得奥氏体组织，它的强度低，塑性好，便于 塑性变形加工。因此，钢材的锻造应选择在单相奥氏体区的适当温度范围内进行。3）在焊接方面。对于钢材来说，碳含量越低，焊接性能越好。4）在热处理方面。Fe-Fe3c相图对于制定热处理工艺有着特别重要的意义。各种热处理工艺加热温度的选择都以Fe-Fe3c相图为依据2. X3. V4. V5. X6. V7. X8. V9. X10. J11. J12. J13. V14. J15. J三、选
4、择题（将正确答案的序号填写在括号内）1. D2. B3. A4. B5. C6. A7. D四、名词解释1 .答：凡是内部原子或分子在三维空间内，按照一定几何规律做周期性的 重复排列的物质称为晶体。2 .答：凡是内部原子或分子呈无规则堆积的物质称为非晶体。3 .答：用来表示原子在晶体中排列规律的空间格架就称为结晶格子，简称 晶格。4 .答：内部的晶格位向（即原子排列的方向）基本一致的晶体称为单晶体。5 .答：由许多晶格位向不同的小单晶体组成的晶体称为多晶体。6 .答：合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组 成的具有金属特性的物质。7 .答：合金组元间发生相互作用而形成一种具
5、有金属特性的物质称为金属 化合物。五、简答题1 .答：（1）自然界中许多晶体往往具有规则的外形，如食盐、水晶等。但 是，晶体的外形不一定都是有规则的，这与晶体的形成条件有关，如果条件不具 备，其外形也就变得不规则。所以，晶体与非晶体的根本区别在于其内部的原子 排列是否有规则。（2）晶体物质有固定的熔点，当温度升高时，固态晶体将在一定温度下转 变为液态。而非晶体物质没有固定的熔点，随着温度升高，固态非晶体物质将逐 渐变软，最终变为有显著流动性的液体。（3）由于在同一晶格的不同晶面和晶向上原子排列的疏密程度不同，因此， 原子间结合力也就不同，从而导致晶体的性能在不同方向上具有不同数值，这种 现象称
6、为晶体的各向异性。而非晶体在各个方向上的原子聚集密度大致相同，因 此，就表现出各向同性。2 .答：金属晶格的常见类型有体心立方、面心立方和密排六方晶格三种类 型。它们的晶胞示意图如下所示：3 .答：根据晶体缺陷的几何形态特征，可将它们分为点缺陷、线缺陷和面 缺陷3大类。在晶体缺陷处原子排列不规则，使晶格发生畸变，从而使金属的 性能发生改变，如强度、硬度和电阻增加。4 .答：根据溶质原子在溶剂品格中所处位置的不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两类。课题二纯金属的结晶一、填空题（将正确答案填写在横线上）1 .“凝固” “结晶”2 .过冷过冷度3 .晶核4 .越高越好5 .细晶强化6 .塑性塑
7、性变形7 .形核率长大速度8 .增加过冷度变质处理振动处理9 .同素异构转变10 .同素异晶体11 . 1 5381 394 91212 .铁 碳二、判断题（正确的，在括号内打错误的，在括号内打X）1. V2. X3. V4. V三、选择题（将正确答案的序号填写在括号内）1. D2. B3. C四、简答题1 .答：通常把金属在无限缓慢冷却条件下结晶的温度称为理论结晶温度， 用To表示。从冷却曲线可知，金属的实际结晶温度几总是低于理论结晶温度 To,这种现象称为过冷现象。理论结晶温度To和实际结晶温度Tn之差（AT二To -Tn）称为过冷度。金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关。冷却速度越快，
8、金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。2 .答：在一定过冷度的条件下，从液态金属中首先形成一些微小而稳定的 小晶体，然后以它为核心逐渐长大。这种作为结晶核心的微小晶体称为晶核。在 晶核长大的同时，液态金属中又不断产生新的晶核并不断长大，直到它们互相接 触，液态金属完全消失为止。因此，结晶过程是晶核的形成与长大的过程。在结 品完成后，每个晶核都成长为一个外形不规则的晶粒。3 .答：金属晶粒的大小取决于结晶时的形核率（单位时间、单位体积内所 形成的晶核数目）与晶核的长大速度。形核率越高、长大速度越慢，则结晶后的 晶粒越细小。4 .答：金属的晶粒大小对其力学性能有很大的影响。在常温下，金属的晶 粒
9、越细小，其强度、硬度越高，塑性、韧性越好。细化晶粒的常用方法有增加过 冷度、变质处理、振动处理等。5 .答：金属在固态下，随温度的改变由一种品格转变为另一种晶格的现象 称为同素异构转变。6 .答：液态纯铁在1 538 C进行结晶，得到具有体心立方晶格的6-Fe,继 续冷却到1394 时发生同素异构转变，6-Fe转变为面心立方晶格的Y-Fe,再 冷却到912 时又发生同素异构转变，Y-Fe转变为体心立方晶格的a-Fe。如 再继续冷却到室温，晶格的类型不再发生变化。课题三铁碳合金的基本组织一、填空题（将正确答案填写在横线上）1 .铁素奥氏渗碳铁素奥氏渗碳珠光莱氏2 .铁素F3 . 7707704
10、.奥氏 A5 . 6. 69 Fe3c6 .铁素渗碳 P7 . 4.31 148L（1二、判断题（正确的，在括号内打错误的，在括号内打X）1. V2. V4. J三、选择题（将正确答案的序号填写在括号内）1. A2. C3. C四、简答题1 .答：铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。 其中铁素体、奥氏体、渗碳体为单相组织，即铁碳合金的基本相；珠光体和莱氏 体为两相组织。铁素体、奥氏体为固溶体，渗碳体为金属化合物。2 .答：（1）碳溶解在a-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用符号F表 示。铁素体的性能与纯铁相似，即具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度较低。 铁素体在770
11、 C以下具有铁磁性，在770 以上则失去铁磁性。（2）碳溶解在丫-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，用符号A表示。奥 氏体的性能与其溶碳量及晶粒大小有关，一般强度和硬度不高，但具有良好的塑 性，是绝大多数钢在高温锻造和轧制时所要求的组织。（3）渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，其碳含量为6.69%,分子式为Fe3的 渗碳体的熔点为1 227 ,硬度很高，塑性极差，断后伸长率和冲击韧度几乎为 零，是一个硬而脆的相。（4）珠光体是铁素体和渗碳体的混合物，用符号P表示。由于珠光体是由 硬的渗碳体和软的铁素体组成的混合物，所以其性能介于两组成相的性能之间， 故珠光体的强度较高，硬度适中，具有一定的塑性。
12、（5）莱氏体是碳含量为4.3%的铁碳合金，是在1 148 时从液相中同时 结晶出的奥氏体和渗碳体的混合物，用符号及表示。莱氏体的力学性能和渗碳 体相似，硬度很高，塑性极差。课题四 铁碳合金相图一、填空题（将正确答案填写在横线上）1 .组织2 .温度碳含量3 . L奥氏体渗碳体4 .结晶奥氏体渗碳体5 .铁素体 46 .饱和溶解度7 . 1 1487278 .铁素体9 .共晶转变10 .共析转变11 .珠光体（P）12 .工业纯铁13 .钢白口铸铁14 .珠光体铁素体15 .铁素体渗碳体16 .越高越低二、判断题（正确的，在括号内打错误的，在括号内打X）1. J2. X3. V4. X5. V6
13、. V7. J8. X9. V三、选择题（将正确答案的序号填写在括号内）1. A2. C3. C6. A7. A8. C9. D10. C11. C12. C四、简答题1.答：铁碳合金相图是表示在极其缓慢冷却（或极其缓慢加热）的条件下, 不同成分铁碳合金的组织状态随温度变化的图解。点的符号温度（）%(%)含 义A1 5380纯帙的熔怠C1 14843共晶点D1 2276.69济破体的熠点1 I4H2.11碑在y-Fc中的最大溶解度G9120纯帙的同家弁构转变点.7-KeP7270.021 8碟在a-Fe中的最大溶解度S7270.77共析点Q6000.005 76001：时跋在a -Fe中的溶加
14、度特性战含 义ACD液相线AECF固相级CS冷却时，奥氏体向铁素体转变的开始线ES豳在奥氏体中的饱和溶婚度曲统线PQ碟生佚素体中的饱和溶解度曲线ECF共品转变fit（A+FeP5A|共析转变畿，42工（F+Fe,C）4 .答：（1）当液态合金冷却到ECF线（共晶转变线）时（1148 C）,将发 生共晶转变，从液态合金中同时结晶出奥氏体和渗碳体的混合物，即莱氏体（Ld）。 一定成分的液态合金在某一恒温下同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。铁148P碳合金共晶转变的表达式为：Ld=（A+Fe/：）。（2）当合金冷却到此线时（727 C）,将发生共析转变，从奥氏体中同时析 出铁素体和渗碳体的混合物
15、，即珠光体（P）o 一定成分的固溶体在某一恒温下同 时析出两种固相的转变称为共析转变。铁碳合金共析转变的表达式为：5 .答：碳含量为0.021 8%2.11%的铁碳合金称为钢。根据其碳含量及 室温组织的不同，又可分为：亚共析钢0.0218% wC0.77%,室温组织是铁素体利珠光体。共析钢wC=0.77%,室温组织是珠光体。过共析钢0.77%wC W 2.11%,室温组织是珠光体和二次渗碳体。6 .答：碳含量为2.11%6.69%的铁碳合金称为白口铸铁。根据其碳含 量及室温组织的不同，又可分为：亚共晶白口铸铁2.11%wC4.3%,室温组织是珠光体、二次渗碳体和低 温莱氏体。共晶白口铸铁 wC=4.3%,室温组织是低温莱氏体。过共晶白口铸铁4.3%wC6.69%,室温组织是一次渗碳体和低温莱氏体。7 .答：液态合金冷却到1点时开始结晶出奥氏体，到2点时结晶完毕，2点 到3点间为单相奥氏体组织，当冷却到与GS线相交的3点时，从奥氏体中开 始析出铁素体。由于a-Fe只能溶解很少量的碳，所以合金中大部分碳留在奥氏