【正文】 時(shí)，塑、韌性降低至接近于零，且脆性很大，強(qiáng)度很低。珠光體由鐵素體和滲碳體組成，滲碳體以細(xì)片狀分散地分布在鐵素體基體上，起強(qiáng)化作用，所以珠光體的強(qiáng)度、硬度較高，但塑性和韌性較差。 當(dāng)碳含量為零，鐵碳合金全部由鐵素體組成，隨著碳含量的增加鐵素體的含量呈直線下降，%時(shí)，鐵素體含量為零，滲碳體含量則由零增至100%。答：對(duì)于A試樣：設(shè)A含碳量為X%，%可以得到%={（）/}100%，得出X≈，%。其含量=100%≈%44 分別計(jì)算萊氏體中共晶滲碳體、二次滲碳體、共析滲碳體的含量。 而且二次滲碳體的含量隨著奧氏體中的碳含量增加而增大 所以根據(jù)鐵碳相圖，%可以或多最多的奧氏體含量以及最大的奧氏體含碳量，也就是所可以得到最多的二次滲碳體含量。5）繼續(xù)冷卻，珠光體中的鐵素體將會(huì)析出三次滲碳體，但數(shù)量很少，可以忽略不計(jì)。組織含量計(jì)算：組織含量計(jì)算：W Fe3CⅡ={（）/（）}{（）/（）}100%≈%W Fe3C（共）={（）/（）}{（）/（）}100%≈%WL’d=1 W Fe3C（共）W Fe3CⅡ=≈%相含量計(jì)算： Wα={（）/（）}WL’d 100%≈%，W Fe3C= 1 Wα≈%Wc=%的轉(zhuǎn)變過程及相組成物和組織組成物含量計(jì)算轉(zhuǎn)變過程：1）液態(tài)合金冷卻至液相線處，從液態(tài)合金中按勻晶轉(zhuǎn)變析出粗大的滲碳體，稱為一次滲碳體，L≒Fe3CⅠ，組織為液相合金+ Fe3CⅠ。所以組織為：奧氏體+萊氏體+二次滲碳體。所以室溫下的組織為：先共析二次滲碳體+珠光體組織含量計(jì)算：組織含量計(jì)算：W Fe3C（先）=（）/（）100%≈%，Wp=1 W Fe3C（先）≈%相含量計(jì)算：Wα=（）/（）100%≈%，W Fe3C= 1 Wα≈%42 分析Wc=%，Wc=%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過程，畫出冷卻曲線和組織變化示意圖，并計(jì)算室溫下的組織組成物和相組成物。4）當(dāng)合金冷卻至與鐵素體先共析線相交時(shí)，從奧氏體中析出先共析鐵素體α，組織為奧氏體+先共析鐵素體5）當(dāng)合金冷卻至共析溫度（727℃）時(shí)，奧氏體碳含量沿鐵素體先共析線變化至共析點(diǎn)，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變?chǔ)猫Pα+Fe3C，此時(shí)組織為先共析鐵素體+珠光體6）珠光體中的鐵素體都將析出三次滲碳體，但數(shù)量很少，可忽略不計(jì)。4）當(dāng)合金冷卻至與鐵素體先共析線相交時(shí)，從奧氏體中析出先共析鐵素體α，組織為奧氏體+先共析鐵素體5）當(dāng)合金冷卻至共析溫度時(shí)，奧氏體碳含量沿鐵素體先共析線變化至共析點(diǎn)碳含量，發(fā)生共析轉(zhuǎn)變?chǔ)猫Pα+Fe3C，此時(shí)組織為先共析鐵素體+珠光體6）繼續(xù)冷卻，先共析鐵素體和珠光體中的鐵素體都將析出三次滲碳體，但數(shù)量很少，可忽略不計(jì)。4）W Sn=10%的CuSn偏析傾向大因?yàn)閃 Sn=10%的CuSn的成分間隔和溫度間隔大，使溶質(zhì)平衡分配系數(shù)K0越小，且由相圖可見K0是小于1的，所以K0越小，則先結(jié)晶出的固相與母相的成分偏差越大，即偏析傾向越大，而且溫度間隔大也就是結(jié)晶的溫度范圍較寬時(shí)，給樹枝晶的長(zhǎng)大提供了更多的時(shí)間，進(jìn)一步增大了偏析的傾向。2）W Sn=10%的CuSn形成縮松的傾向大。正確的相圖：312 假定需要用W Zn=30%的CuZn合金和W Sn=10%的CuSn合金制造尺寸、形狀相同的鑄件，參照CuZn合金和CuSn合金的二元相圖（如圖），回答下述問題： 1）那種合金的流動(dòng)性好？2）那種合金形成縮松的傾向大？3）那種合金的熱裂傾向大？4）那種合金的偏析傾向大？答：1）W Zn=30%的CuZn的流動(dòng)性要好。答：錯(cuò)誤之處及原因：1） L+β與L+β兩個(gè)兩相區(qū)之間應(yīng)該有一條三相共存水平線。答：39 在CD二元系中，D組員比C組員有較高的熔點(diǎn)，C在D 中的沒有固溶度。2）從相圖上確定W Sb=40%合金的開始結(jié)晶溫度和結(jié)晶終了溫度，并求出它在400℃時(shí)的平衡相成分及其含量。反之亦然。共晶組織的形成過程：和純金屬及固溶體合金的結(jié)晶過程一樣，共晶轉(zhuǎn)變同樣要經(jīng)過形核和長(zhǎng)大的過程。在二元合金中，由相率可知，二元三相平衡時(shí)，其自由度為零，即在共晶轉(zhuǎn)變時(shí)必然存在一個(gè)三相共晶平衡轉(zhuǎn)變水平線，把這條水平相平衡線稱作共晶線。過冷度為平衡結(jié)晶溫度與實(shí)際溫度之差，這個(gè)過冷度是由成分變化引起的，所以稱之為成分過冷。原因：固溶體合金結(jié)晶屬于異分結(jié)晶，即所結(jié)晶出的固相化學(xué)成分與母相并不相同。33 有兩個(gè)形狀、尺寸均相同的CuNi合金鑄件，其中一個(gè)鑄件的WNi=90%，另一個(gè)鑄件的WNi=50%，鑄后自然冷卻。固溶體合金在正溫度梯度下凝固時(shí)，固液界面能呈樹枝狀生長(zhǎng)的原因是固溶體合金在凝固時(shí)，由于異分結(jié)晶現(xiàn)象，溶質(zhì)組元必然會(huì)重新分布，導(dǎo)致在固液界面前沿形成溶質(zhì)的濃度梯度，造成固液界面前沿一定范圍內(nèi)的液相其實(shí)際溫度低于平衡結(jié)晶溫度，出現(xiàn)了一個(gè)由于成分差別引起的過冷區(qū)域。答：1） 所謂臨界晶核，就是體積自由能的減少補(bǔ)償2/3表面自由能增加時(shí)的晶胚大小。28 指出下列錯(cuò)誤之處，并改正之。 選擇散熱能力一般的鑄型，降低鑄型的冷卻速度。 提高熔化溫度。增大固液界面前沿液態(tài)金屬的溫度梯度，有利于增大柱狀晶區(qū)。由于此時(shí)散熱已經(jīng)失去方向性，晶核在液體中可以自由生長(zhǎng)，且在各個(gè)方向上的長(zhǎng)大速度相近，當(dāng)晶體長(zhǎng)大至彼此相遇時(shí)，全部液態(tài)金屬凝固完畢，即形成明顯的中心等軸區(qū)。 柱狀晶存在明顯的弱面。晶區(qū)特點(diǎn)：該晶區(qū)晶粒十分細(xì)小，組織致密，力學(xué)性能好，但厚度較薄，只有幾個(gè)毫米厚。二次晶枝發(fā)展到一定程度，又會(huì)在它上面長(zhǎng)出三次晶枝，如此不斷地枝上生枝的方式稱為樹枝狀生長(zhǎng)，所形成的具有樹枝狀骨架的晶體稱為樹枝晶，簡(jiǎn)稱枝晶。樹枝晶生長(zhǎng)過程：固液界面前沿過冷度較大，如果界面的某一局部生長(zhǎng)較快偶有突出，此時(shí)則更加有利于此突出尖端向液體中的生長(zhǎng)。光滑界面的晶體，其顯微界面晶體學(xué)小平面與熔點(diǎn)等溫面成一定角度，這種情況有利于形成規(guī)則幾何形狀的晶體，固液界面通常呈鋸齒狀。在金相顯微鏡下，由曲折的若干小平面組成。25 說明晶體生長(zhǎng)形狀與溫度梯度的關(guān)系。不同點(diǎn)： 非均勻形核的△Gk小于等于均勻形核的△Gk，隨晶核與基體的潤(rùn)濕角的變化而變化。24 試比較均勻形核和非均勻形核的異同點(diǎn)。所以如果液態(tài)金屬要結(jié)晶，必須在Tm溫度以下某一溫度Tn，才能使Gs＜Gl，也就是在過冷的情況下才可自發(fā)地發(fā)生結(jié)晶。第二章 純金屬的結(jié)晶21 a）試證明均勻形核時(shí)，形成臨界晶粒的△Gk與其體積V之間關(guān)系式為△Gk=V△Gv/2b）當(dāng)非均勻形核形成球冠狀晶核時(shí)，其△Gk與V之間的關(guān)系如何？答：22 如果臨界晶核是邊長(zhǎng)為a的正方體，試求出△Gk和a之間的關(guān)系。解：令晶格常數(shù)為a則{ 1 0 0 }等晶面的面積S=a2，{ 1 0 0 }等晶面的原子數(shù)N=41/4+1=2，所以：ρ{ 1 0 0 }=N/S=2/ a2則{ 1 1 0 }等晶面的面積S=√2a2，{ 1 1 0 }等晶面的原子數(shù)N=41/4=1，所以：ρ{ 1 1 0 }=N/S=1/√2 a2則{ 1 1 1 }等晶面的面積S=（√3/ 2）a2，{ 1 1 1 }等晶面的原子數(shù)N=31/6+31/2=2，所以：ρ{ 1 1 1 }=N/S=4/ √3a2則 1 0 0 等晶向的長(zhǎng)度L=a， 1 0 0 等晶向的原子數(shù)N=21/2=1所以：ρ 1 0 0 =N/L=1/ a則 1 1 0 等晶向的長(zhǎng)度L=√2a， 1 1 0 等晶向的原子數(shù)N=21/2+1=2所以：ρ 1 1 0 =N/L=2/√2 a則 1 1 1 等晶向的長(zhǎng)度L=√3a， 1 1 1 等晶向的原子數(shù)N=21/2=1所以：ρ 1 1 1 =N/L=1/ √3a最密晶面為：{ 1 1 1 }等晶面，最密晶向： 1 1 0 115 有一正方形位錯(cuò)線，其柏氏矢量及位錯(cuò)線的方向如圖所示。一條位錯(cuò)線的柏氏矢量是恒定不變的。答：不能。答：由此可以說明在面心立方晶格向體心立方晶格轉(zhuǎn)變過程中，F(xiàn)e原子的原子半徑發(fā)生了變化，并不遵守剛體模型，從而導(dǎo)致實(shí)際體積膨脹率要遠(yuǎn)小于鋼球模型的理論膨脹率。（R為原子半徑）證明：一、面心立方晶格二、體心立方晶格注意：解答此題的關(guān)鍵：要會(huì)繪制面心立方晶格和體心立方晶格的八面體間隙和四面體間隙的示意圖。答：H（1 0 0）==a/2H（1 1 0）==√2a/4H（1 1 1）==√3a/3面間距最大的晶面為（1 1 1）注意：體心立方晶格和面心立方晶格晶面間距的計(jì)算方法是： 體心立方晶格晶面間距：當(dāng)指數(shù)和為奇數(shù)是H=，當(dāng)指數(shù)和為偶數(shù)時(shí)H= 面心立方晶格晶面間距：當(dāng)指數(shù)不全為奇數(shù)是H=，當(dāng)指數(shù)全為奇數(shù)是H=。今有一晶面在X、Y、Z坐標(biāo)軸上的結(jié)局分別為5個(gè)原子間距、2個(gè)原子間距和3個(gè)原子間距，求該晶面的晶面指數(shù)。第一章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)11 作圖表示出立方晶系（1 2 3）、（0 1 2）、（4 2 1）等晶面和[1 0 2]、[2 1 1]、[3 4 6]等晶向。13 某晶體的原子位于正方晶格的節(jié)點(diǎn)上，其晶格常數(shù)為a=b≠c,c=2/3a。答：H（1 0 0）==a/2H（1 1 0）==√2a/2H（1 1 1）==√3a/6面間距最大的晶面為（1 1 0）15 面心立方晶格的晶格常數(shù)為a，試求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的面間距大小，并指出面間距最大的晶面。證明：理想密排六方晶格配位數(shù)為12，即晶胞上底面中心原子與其下面的3個(gè)位于晶胞內(nèi)的原子相切，將各原子中心相連接形成一個(gè)正四面體，如圖所示：此時(shí)c/a=2OD/BC在正四面體中：AC=AB=BC=CD ,OC=2/3CE所以：OD2=CD2OC2=BC2 OC2OC=2/3CE，OC2=4/9CE2，CE2=BC2BE2=3/4BC2可得到OC2=1/3 BC2，OD2= BC2 OC2=2/3 BC2OD/BC=√6/3所以c/a=2OD/BC=2√6/3≈18 試證明面心立方晶格的八面體間隙半徑r=，四面體間隙半徑r=；體心立方晶格的八面體間隙半徑：1 0 0晶向的r=，1 1 0晶向的r=，四面體間隙半徑r=。b）經(jīng)X射線測(cè)定，在912℃，當(dāng)由γFe轉(zhuǎn)變?yōu)棣罠e，試求其體積膨脹，并與a）相比較，說明其差別的原因。，所以每個(gè)體心立方晶胞的體積=（）3=1cm3中的晶胞數(shù)n=1 cm3/≈10221cm3中的原子數(shù)N=2n≈1022，所以每個(gè)體心立方晶胞的體積=（）3=1cm3中的晶胞數(shù)n=1 cm3/≈10221cm3中的原子數(shù)N=4n≈1022111 一個(gè)位錯(cuò)環(huán)能否各部分都是螺型位錯(cuò)或各部分都是刃型位錯(cuò)，試說明之。答：1） 2）不會(huì)。（提示：晶面的原子密度為單位面積上的原子數(shù)，晶向的原子密度為單位長(zhǎng)度上的原子數(shù)）解：令晶格常數(shù)為a則{ 1 0 0 }等晶面的面積S=a2，{ 1 0 0 }等晶面的原子數(shù)N=41/4=1，所以：ρ{ 1 0 0 }=N/S=1/ a2則{ 1 1 0 }等晶面的面積S=√2a2，{ 1 1 0 }等晶面的原子數(shù)N=41/4+1=2，所以：ρ{ 1 10 }=N/S=√2/ a2則{ 1 1 1 }等晶面的面積S=（√3/ 2）a2，{ 1 1 1 }等晶面的原子數(shù)N=31/6=1/2，所以：ρ{ 1 1 1 }=N/S=√3/ 3a2則 1 0 0 等晶向的長(zhǎng)度L=a， 1 0 0 等晶向的原子數(shù)N=21/2=1所以：ρ 1 0 0 =N/L=1/ a則 1 1 0 等晶向的長(zhǎng)度L=√2a， 1 1 0 等晶向的原子數(shù)N=21/2=1所以：ρ 1 1 0 =N/L=1/√2 a則 1 1 1 等晶向的長(zhǎng)度L=√3a， 1 1 1 等晶向的原子數(shù)N=21/2+1=2所以：ρ 1 1 1 =N/L=2/ √3a最密晶面為：{ 1 1 0 }等晶面，最密晶向： 1 1 1 114 當(dāng)晶體為面心立方晶格時(shí)，重復(fù)回答上體所提出的問題。 柏氏矢量與螺型位錯(cuò)線正向平行著為右螺型位錯(cuò)，反向平行者為左螺型位錯(cuò)。當(dāng)兩線相交于Tm溫度時(shí)，即Gs=Gl，表示固相和液相具有相同的穩(wěn)定性，可以同時(shí)存在。原因：與液態(tài)金屬結(jié)晶需要過冷的原因相似，只有在過熱的情況下，Gl＜Gs，固態(tài)金屬才會(huì)發(fā)生自發(fā)地熔化。 所需形核功都等于所增加表面能的1/3。非均勻形核的形核率除了受過冷度和溫度的影響，還受固態(tài)雜質(zhì)結(jié)構(gòu)、數(shù)量、形貌及其他一些物理因素的影響。固液界面的微觀結(jié)構(gòu)分為：光滑界面：從原子尺度看，界面是光滑的，液固兩相被截然分開。晶體生長(zhǎng)形狀與溫度梯度關(guān)系： 在正溫度梯度下：結(jié)晶潛熱只能通過已結(jié)晶的固相和型壁散失。具有粗糙界面的晶體呈樹枝狀生長(zhǎng)。在主干形成的同時(shí)，主干與周圍過冷液體的界面也是不穩(wěn)的的，主干上同樣會(huì)出現(xiàn)很多凸出尖端，它們會(huì)長(zhǎng)大成為新的枝晶，稱為稱為二次晶軸或二次晶枝。由于晶核數(shù)目多，相鄰的晶粒很快彼此相遇，相互阻礙，不能繼續(xù)生長(zhǎng)，這樣便在靠近型壁處形成一層很薄的細(xì)小等軸晶區(qū)，又稱激冷等軸晶區(qū)。晶區(qū)特點(diǎn)： 生長(zhǎng)方向相同的柱狀晶晶粒彼此間的界面比較平直，組織比較致密。三、中心等軸晶形成原因：隨著柱狀晶的發(fā)展，經(jīng)過散熱，鑄型中心部位的液態(tài)金屬的溫度全部降到熔點(diǎn)以下，再加上液態(tài)金屬中雜質(zhì)等因素的作用，滿足了形核對(duì)過冷度的要求，于是在整個(gè)液態(tài)金屬中同時(shí)形核。27 為了得到發(fā)達(dá)的柱狀晶區(qū)應(yīng)該采取什么措施？為了得到發(fā)達(dá)的等軸晶區(qū)應(yīng)該采取什么措施？其基本原理如何？答：得到柱狀晶區(qū)的措施及其原理： 提高液態(tài)