第二章 金属及合金的相图

一、名词解释：

1． 枝晶偏析：固溶体合金结晶时，如果冷却较快，原子扩散不能充分进行，则形成成分不均匀的固溶体。先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多。结果造成在一个晶粒内化学成分分布不均，这种现象称为枝晶偏析或晶内偏析。 2． 中间相：金属化合物也叫中间相，是不同组元间发生相互作用，形成了不同于任一组元的具有独特原子排列和性质的新相，这种新相可以用分子式来大致表示其组成，但这种分子式不一定符合传统化学价的概念。

3． 固溶强化：通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象。

4． 脱溶反应：α’ →α+β，式中α’是亚稳定的过饱和固溶体，β是稳定的或亚稳定的脱溶物，α是一个更稳定的固溶体，晶体结构和α’一样，但其成分更接近平衡状态。 5． 包晶偏析：包晶转变的产物β相包围着初生相α，使液相与α相隔开，液相和α相中原子之间的相互扩散必须通过β相，这就导致了包晶转变的速度往往是极缓慢的。实际生产中的冷速较快，包晶反应所依赖的固体中的原子扩散往往不能充分进行，导致生成的β固溶体中发生较大的偏析，称之为包晶偏析。

二、填空题：

1． 固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度 高 。 2． Cu-Ni合金进行塑性变形时，其滑移面为 {111} 。 3． 固溶体出现枝晶偏析后，可用扩散退火加以消除。 4． 以电子浓度因素起主导作用而生成的化合物称电子化合物。

5． 共晶反应式为Ld←→αc+βe，共晶反应的特点是发生共晶反应时三相共存，它们各自的成分是确定的，反应在恒温下平衡的进行。

三、判断题：

1． 间隙固溶体一定是无限固溶体。（×）

2． 间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。（√）

3． 平衡结晶获得的20%Ni的Cu-Ni合金比40%的Cu-Ni合金的硬度和强度要高。（×） 4． 在共晶相图中，从L中结晶出来的β晶粒与从α中析出的βⅡ晶粒具有相同的晶体结构。（√）

5． 一个合金的室温组织为α+βⅡ+（α+β），它由三相组成。（×）

四、选择题：

1． 在发生L→α+β共晶反应时，三相的成分：（b）

a．相同； b．确定； c．不定。

2． 共析成分的合金在共析反应γ→α+β刚结束时，其组成相为：（d）

a．γ+α+β； b．γ+α； c．γ+β； d．α+β 3． 一个合金的组织为α+βⅡ +（α+β），其组织组成物为:（b）

a． α、β； b．α、βⅡ 、（α+β）； c． α、β、βⅡ 。 4． 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 5． 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

五、问答题：

1． 熟悉Pb-Sn二元合金相图，

1）分析几类成分的合金的平衡结晶过程；画出室温平衡组织式意图；标上各组织组成物。

2）熟悉杠杠定律在合金组织组成物的相对量计算中的运用。 2． （略）

第三章 金属与合金的结晶

一、名词解释：

1． 结晶：纯金属或合金由液体转变为固态的过程。

2． 重结晶：也叫二次结晶，是金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程，改变了晶体结构。

3． 过冷度：理论结晶温度（T0）和实际结晶温度（T1）之间存在的温度差。 4． 变质处理：在浇注前向金属液中加入少量变质剂促进形核的处里工艺。

二、填空题：

1． 金属结晶时，冷却速度越快，实际结晶温度就越低，过冷度越大。

2． 纯金属的结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是形核和长大。 3． 当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是促进形核，细化晶粒。

4． 液态金属结晶时，结晶过程的推动力是自由能差（△F）降低，阻力是自由能增加。 5． 能起非自发生核作用的杂质，必须符合结构相似、尺寸相当的原则。 6． 过冷度是指理论结晶温度与实际结晶温度之差，其表示符号为△T。 7． 过冷是结晶的必要条件。

8． 细化晶粒可以通过增加过冷度、添加变质剂和附加振动等途径实现。 9． 典型铸锭结构的三个晶区分别为：表面细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区。

三、判断题：

1． 纯金属的结晶过程是一个恒温过程。（√） 2． 液态金属只有在过冷条件下才能够结晶。（√） 3． 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（×） 4． 室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。（×）

5． 金属由液态转变成固态的结晶过程，就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。（√）

6． 纯金属结晶时，生核率随冷度的增加而不断增加。（×）

7． 当晶核长大时，随过冷度增大，晶核的长大速度增大。但当过冷度很大时，晶核长大的速度很快减小。（√）

8． 当过冷度较大时，纯金属晶体主要以平面状方式长大。（×）

9． 当形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是一个

多面体。（×） 10．

在工程上评定晶粒度的方法是在放大100倍的条件，与标准晶粒度图作比较，级数

越高，晶粒越细。（√） 11．

过冷度的大小取决于冷却速度和金属的本性。（√）

四、选择题：

1． 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：（b） a．越高；b．越低；c．越接近理论结晶温度。 2． 为细化晶粒，可采用：（b）

a．快速浇注；b．加变质剂；c．以砂型代金属型。

3． 实际金属结晶时，通过控制生核速率N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得细小晶粒：（a）

a． N/G很大时；b．N/G很小时；c．N/G居中时。

4． 纯金属结晶过程处在液-固两相平衡共存状态下，此时的温度将比理论结晶温度：（b）

a．更高； b．更低； c；相等； d．高低波动 5． 液态金属结晶时，（c）越大，结晶后金属的晶粒越细小。

a．形核率N； b．长大率G； c．比值N／G； d．比值G／N

五、问答题：

1． 金属结晶的必要条件是什么？过冷度与冷却速度有何关系？

回答要点：过冷是金属结晶的必要条件。过冷度越大，冷却速度越快。 2． 简述纯金属的结晶过程。

回答要点：纯金属的结晶过程是在冷却曲线上的水平线段内发生的。它是异构不断形成晶核和晶核不断长大的过程。当温度降至结晶温度时，液态金属中某些部位的原子首先有规则的排列成细小的晶体，成为晶核，也称自发晶核。另外，某些外来的难熔质点也可充当晶核，形成非自发晶核，随着时间的推移，已形成的晶核不断长大，与此同时，又有新的晶核形成、长大，直至金属液全部凝固。凝固结束后，各个晶核长成的晶粒彼此接触。 3． 试画出纯金属的冷却曲线，分析曲线中出现“平台”的原因。

回答要点：曲线中出现“平台”是因为在结晶过程中放出的结晶潜热与散失的热量平衡，因而结晶过程是在同一个温度下进行的。

4． 金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长速度受到哪些因素的影响？