【正文】 分。三元線圖的垂直截面圖只是某一特定垂直于濃度三角形的截面與三元相圖的交線圖，圖中曲線并不反映平衡轉(zhuǎn)變時各平衡相的成分點(diǎn)的相互關(guān)系，因此不能用杠桿定律和重心法則進(jìn)行定量分析。在發(fā)生相轉(zhuǎn)變的過程中，對于由反應(yīng)相和生成相構(gòu)成的封閉體系，質(zhì)量守恒定律成立。定向凝固滿足上述熱傳輸?shù)囊?，只要恰?dāng)?shù)目刂埔骸探缑媲把厝垠w的溫度和結(jié)晶速率，就可以得到高質(zhì)量的單晶體。210 晶體缺陷與鑄錠缺陷有何不同？答：晶體缺陷是相對于理想單晶體原子在構(gòu)成晶體物質(zhì)時晶格內(nèi)部原子尺度的排列位置缺陷，分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷（答定義）。柱狀晶粒區(qū)形成的外因是散熱的方向性，內(nèi)因是晶體生長的擇優(yōu)取向（晶軸位向）。鑄錠中存在的晶粒區(qū)的數(shù)目和其相對厚度可以改變。增加過冷度方法在實(shí)際應(yīng)用中主要是提高液態(tài)金屬的冷卻速度，可以通過改變鑄造條件來實(shí)現(xiàn)，如降低澆注溫度、提高鑄型的吸熱和散熱能力等，像在鑄件生產(chǎn)中采用金屬型或石墨型代替砂型、采用可水冷型、局部加冷鐵等，都可有效增加過冷度以細(xì)化晶粒。這樣，晶體在生長時界面形態(tài)像樹枝一樣，先長出主晶軸（一次晶軸），再長出分枝晶軸（二次晶軸、三次晶軸……）。（1）在正溫度梯度條件下生長的界面形態(tài)一般為平面狀界面對于光滑界面，界面向前推移時，以二維或缺陷長大方式向液體中平行推進(jìn)，長大臺階平面多為晶體學(xué)晶面，若無其它因素干擾，多成長為以密排晶面為表面的具有規(guī)則外形的晶體。二者系統(tǒng)自由能變化都滿足，系統(tǒng)能量降低時形成晶核。解：根據(jù)式（28）有 對求導(dǎo)有令則代入有與球形晶核臨界形核功比較也就是說球形晶核的臨界形核功僅為立方晶核的一半，球形晶核更容易存在。答：先計算 的金中含有原子位置的數(shù)量第2章 習(xí)題解答21 解釋下列基本概念凝固，結(jié)晶，近程有序規(guī)則排列，顯微組織，晶粒度，過冷度，自由能，體積自由能，結(jié)構(gòu)起伏，能量起伏，均勻形核，非均勻形核，臨界形核半徑，臨界形核功，形核率，長大速率，接觸角，活性質(zhì)點(diǎn)，變質(zhì)處理，光滑界面，粗糙界面，溫度梯度，樹枝狀結(jié)晶（枝晶），細(xì)晶粒區(qū)，柱狀晶粒區(qū)、等軸狀晶粒區(qū)，鑄錠缺陷，定向凝固，急冷凝固，準(zhǔn)晶（略）22 什么是晶胚？金屬結(jié)晶時晶胚轉(zhuǎn)變成晶核需滿足哪些條件？答：在液態(tài)金屬中，每一瞬間都會涌現(xiàn)出大量尺寸各異的結(jié)構(gòu)起伏，不同尺寸的結(jié)構(gòu)起伏就是形核的胚芽，稱作晶胚。在轉(zhuǎn)變溫度下。cabc/lb/ka/h(hkl)面L=ha+kb+lcCBA15 面心立方結(jié)構(gòu)金屬的[100]和[111]晶向間的夾角是多少？{100}面間距是多少？答：設(shè)[100]和[111]晶向間的夾角為φ，則[100]和[111]晶向間的夾角為arccos，176。類 型特 點(diǎn)離子鍵以離子為結(jié)合單位，無方向性和飽和性共價鍵共用電子對，有方向性鍵和飽和性金屬鍵電子的共有化，無方向性鍵和飽和性分子鍵借助瞬時電偶極矩的感應(yīng)作用，無方向性和飽和性氫 鍵依靠氫橋有方向性和飽和性 13 問什么四方晶系中只有簡單四方和體心四方兩種點(diǎn)陣類型？答：如下圖所示，底心四方點(diǎn)陣可取成更簡單的簡單四方點(diǎn)陣，面心四方點(diǎn)陣可取成更簡單的體心四方點(diǎn)陣，故四方晶系中只有簡單四方和體心四方兩種點(diǎn)陣類型。14 試證明在立方晶系中，具有相同指數(shù)的晶向和晶面必定相互垂直。對面心立方點(diǎn)陣，因{100}存在附加面，其晶面間距16 寫出FCC、BCC、HCP、（c/a=）晶體的密排面、密排面間距、密排方向、密排方向最小單位長度。答：鐵從體心立方點(diǎn)陣轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎近c(diǎn)陣時，其體積的變化 這表明鐵在加熱時出現(xiàn)收縮。在一定的過冷度條件下，晶胚尺寸的晶胚，才能引起系統(tǒng)自由能變化降低，同時系統(tǒng)內(nèi)部能量起伏能夠補(bǔ)償表面能升高部分的晶胚才有可能轉(zhuǎn)變成晶核。25 已知：鋁的熔點(diǎn)為993K，109J/m3，液固界面比表面能為93mJ/m2，當(dāng)過冷度為1℃和10℃時，試計算：（1）從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變時單位體積自由能變化；（2）臨界形核半徑和臨界形核功，并比較隨過冷度增大它們的變化關(guān)系；（3），求臨界晶核中的原子個數(shù)。臨界形核半徑相同，臨界形核功大小與接觸角有關(guān)，與質(zhì)點(diǎn)形貌相關(guān)。對于粗糙界面，晶體成長時界面只能隨著液體的冷卻而均勻一致地向液相推移，與散熱方向垂直的每一個垂直長大的界面一旦局部偶有突出，便進(jìn)入低于臨界過冷度甚至熔點(diǎn)以上的溫度區(qū)域，生長即刻停止。每一個枝晶隨著結(jié)晶和液體的補(bǔ)充最終長成一個晶粒，結(jié)晶完成后晶體一般不表現(xiàn)規(guī)則外形。（2）變質(zhì)處理，澆注前有意向液態(tài)金屬中加入形核劑，促進(jìn)形成大量非均勻晶核或用以抑制晶核長大速度以細(xì)化晶粒、改善組織，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。表層細(xì)晶粒區(qū)的形核數(shù)量與模壁的非均勻形核能力和模壁處所能達(dá)到的過冷度有關(guān)。所形成的柱狀晶粒位向都是一次晶軸方向，特點(diǎn)是組織致密，在宏觀性能上顯示出各向異性。鑄錠缺陷是存在于晶體晶格之外的物體中的體積缺陷，包括縮孔、疏松、氣孔及夾雜物等。212 分析金屬急冷凝固技術(shù)與常規(guī)結(jié)晶規(guī)律之間的關(guān)系。 濃度三角形，直線法則，重心法則，共軛線，共曲面，共軛三角形，蝴蝶形變化規(guī)律，單變量線，液相面，固相面，溶解度曲面，四相平衡轉(zhuǎn)變溫度，投影圖，垂直截面圖和等溫截面圖。杠桿定律和重心法則分別是在三元系發(fā)生兩相平衡轉(zhuǎn)變或三相（包括四相）平衡轉(zhuǎn)變時，質(zhì)量守恒定律的具體體現(xiàn)，兩者具有等價關(guān)系。53三元合金的勻晶轉(zhuǎn)變和共晶轉(zhuǎn)變與二元合金的勻晶轉(zhuǎn)變和共晶轉(zhuǎn)變有何區(qū)別？答：由于多了一個組元，三元合金比二元合金多了一個自由度。在平衡狀態(tài)下L相與α相的平衡成分點(diǎn)分別構(gòu)成液相面與固相面，給定的合金發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變過程中，所有共軛線在濃度三角形上的投影形成“蝴蝶形”花樣。答:(1) Ae1Ee3A、 Be2Ee1B、 Ce3Ee2C(2) e3E線：α與γ的共晶線， E點(diǎn)：三元（四相）共晶點(diǎn)。L224。在所示的成分范圍內(nèi),共有4個液相單變量線的交叉點(diǎn),它們代表4個四相平衡反應(yīng)，分別寫出反應(yīng)類型。試判斷L+ g +Ca+ g +C1 和a+ g +C2三個三相區(qū)的反應(yīng)類型。但根據(jù)碳在gFe與aFe中的溶解度差別,當(dāng)時,將有碳化物析出,即C1也是生成相,所以, a+g+C1三相區(qū)屬于共析轉(zhuǎn)變型三相平衡區(qū)。而其左上、左下方分別為(a+g++C2)和(a+C1+C2)三相區(qū)，說明合金在該區(qū)冷卻時，g相消失而C1相生成；其右上、右下方分別為(g+C1+C2)和(a+g++C1)三相區(qū)，說明合金在該區(qū)冷卻時，C2相消失而a相生成。答：T1~T2 L→αT2~T3 L+ α →γT3~T4 α → γT4~T5 γT5~T6 γ→C3T6~T7 γ →（α+C3）共 T7 α→ C3Ⅲ室溫組織： （α+C3）共＋C359根據(jù)所示FeWC三元系的低碳部分的液相面的投影圖，試標(biāo)出所有四相反應(yīng)。511已知A、B、C三組元固態(tài)完全不互溶，成分為80％A、10％B、10％C的O合金在冷卻過程中將進(jìn)行二元共晶反應(yīng)和三元共晶反應(yīng)，在二元共晶反應(yīng)開始時，該合金液相成分(a點(diǎn))為60％A、20％B、20％C，而三元共晶反應(yīng)開始時的液相成分(E點(diǎn))為50％A、10％B、40％C。=25% (A+B+C)%= L% 180。所以這一反應(yīng)可以簡化為Ｒ→Ｑ＋Ｕ＋Ｖ。答：如圖所示，X成分的合金經(jīng)過四相平衡溫度時會發(fā)生如下反應(yīng)： R+U+Q →U+V+Q 反應(yīng)前U相和Q相的相對量為（用重心定理在ΔQRU上計算）： U%=100% Q%=100%反應(yīng)后U相和Q相的相對量為（用重心定理在ΔQUV上計算）： U’%=100% Q’%=100%顯然，反應(yīng)后Ｑ相的量減少，故為反應(yīng)相；Ｕ相的量增加，故為生成相；同時，反應(yīng)前后Ｒ相從有到無，故為反應(yīng)相；Ｖ相從無到有，故為生成相；所以這一反應(yīng)可以簡化為Ｒ＋Ｑ→Ｕ＋Ｖ。繼續(xù)冷卻β相對組元C及γ相對組元B的溶解度逐漸降低，析出二次相，β→γⅡ、γ→βⅡ。從組織結(jié)構(gòu)的影響來看，可以有四種強(qiáng)化機(jī)制影響金屬材料的屈服強(qiáng)度，這就是：(1)固溶強(qiáng)化；(2)形變強(qiáng)化；(3)沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化；(4)晶界和亞晶強(qiáng)化。隨著溫度的降低與應(yīng)變速率的增高，材料的屈服強(qiáng)度升高，尤其是體心立方金屬對溫度和應(yīng)變速率特別敏感，這導(dǎo)致了鋼的低溫脆化。62簡述金屬材料的斷裂方式及特征？答：金屬在應(yīng)力的作用下分為兩部分的現(xiàn)象稱為斷裂。1．延性斷裂延性斷裂的特征是斷裂前產(chǎn)生了明顯的宏觀塑性變形，故容易引起人們的注意，其產(chǎn)生的破壞性影響小于脆性斷裂。2．脆性斷裂 脆性斷裂的特征是斷裂前沒有明顯的宏觀塑性變形。脆性斷裂的特點(diǎn)是：材料的工作應(yīng)力低于其屈服強(qiáng)度；脆斷的裂紋源多從材料內(nèi)部的宏觀缺陷處開始；溫度越低，脆斷的傾向越大；斷口平齊光亮，與正應(yīng)力垂直，斷口常呈人字紋或放射花樣。孿生是晶體塑性變形的另一種常見方式，是指在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面（孿生面）和一定的晶向（孿生方向）相對于另一部分發(fā)生均勻切變的過程。的大小既與晶體的類型、純度及溫度等因素有關(guān)，還與該晶體加工和處理狀態(tài)、變形速度以及滑移系類型因素有關(guān)。當(dāng)外力作用于多晶體時，由于晶體的各向異性，位向不同的各個晶體所受應(yīng)力并不一致，而作用在各晶粒的滑移系上的分切應(yīng)力更因晶粒位向不同而相差很大，因此各晶粒并非同時開始變形，處于有利位向的晶粒首先發(fā)生滑移，處于不利方位的晶粒卻還未開始滑移。理論分析指出，多晶體塑性變形時要求每個晶粒至少能在5個獨(dú)立的滑移系上進(jìn)行滑移。66 沿密排六方單晶體[0001]方向分別加拉伸力和壓縮力。密排六方金屬的滑移面是（0001），而[0001]方向的力在滑移面上的分切應(yīng)力為零，所以單晶體不能滑移。答：低碳鋼的屈服現(xiàn)象可用位錯理論說明。但若卸載后，放置較長時間或稍經(jīng)加熱后，再進(jìn)行拉伸時，由于熔質(zhì)院子已通過熱擴(kuò)散又重新聚集到位錯線周圍形成氣團(tuán)，故屈服現(xiàn)象又會重新出現(xiàn)。這種通過形成固溶體使金屬強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。其結(jié)果導(dǎo)致電離程度不同的溶質(zhì)離子與位錯區(qū)發(fā)生短程的靜電交互作用，溶質(zhì)離子或富集于拉伸區(qū)或富集在壓縮區(qū)均產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。69 什么是變形織構(gòu)，變形織構(gòu)的特點(diǎn)是什么？答：如同單晶形變時晶面轉(zhuǎn)動一樣，多晶體變形時，各晶粒的滑移也將使滑移面發(fā)生轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)動是有一定規(guī)律的，因此