【正文】 。在wc=%時(shí)，組織全為珠光體，強(qiáng)度最高；但在wc，隨碳量的繼續(xù)增加，組織中將會出現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體，致使強(qiáng)度很快下降；當(dāng)wc≥%后，組織中出現(xiàn)共晶萊氏體，強(qiáng)度將很低。8. 試比較45(WC=%)、T8(WC=%)、T12(WC=%)鋼的硬度、強(qiáng)度和塑性有何不同？ 由含碳量對碳鋼性能的影響可知，隨著鋼中碳含量的增加，鋼中的滲碳體增多，硬度也隨之升高，基本上呈直線上升。最顯著的使硬度不同，前者硬度低，韌性好，后者硬度高，脆性大。7. 同樣形狀和大小的兩塊鐵碳合金，其中一塊是低碳鋼，一塊是白口鑄鐵。2）要提高合金的強(qiáng)度，可采用冷塑性變形的方法。從相圖上看，共晶成分的流動(dòng)性最好，所以一般來說共晶成分的合金具有優(yōu)良的鑄造性能，適于鑄造。鑄造合金要求其流動(dòng)性好。對AlCu合金，常選用WCu=4%的合金。振動(dòng)，一方面提供了形核所需要的能量，另一方面可以使正在生長的晶體破斷，可增加更多的結(jié)晶核心，從而使晶粒細(xì)化。它不但使非均勻形核所需要的基底增多，而且使臨界晶核體積減小，這都將使晶核數(shù)目增加，從而細(xì)化晶粒。（2）加入形核劑，即變質(zhì)處理。 ΔT增加，和G都隨之增加，但是的增長率大于G的增長率。 由凝固理論可知，結(jié)晶時(shí)單位體積中的晶粒數(shù)目z取決于形核率和晶體長大速率G兩個(gè)因素，即。液體中存在的結(jié)構(gòu)起伏，是結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生晶核的基礎(chǔ)，因此，結(jié)構(gòu)起伏是結(jié)晶過程必須具備的結(jié)構(gòu)條件。動(dòng)力學(xué)條件為液相的過冷度大于形核所需的臨界過冷度，即。 分析結(jié)晶相變時(shí)系統(tǒng)自由能的變化可知，結(jié)晶的熱力學(xué)條件為ΔG0；由單位體積自由能的變化，可知，只有T0，才有ΔGV0。其物理意義是，過冷液體中涌現(xiàn)出來的短程有序的原子團(tuán)，當(dāng)其尺寸r≥rk時(shí)，這樣的原子團(tuán)便可成為晶核而長大。3. 什么叫臨界晶核？它的物理意義及與過冷度的定量關(guān)系如何？ 根據(jù)自由能與晶胚半徑的變化關(guān)系，可以知道半徑rrk的晶胚不能成核；rrk的晶胚才有可能成核；而r=rk的晶胚既可能消失，也可能穩(wěn)定長大。 五、簡答題1．作圖表示立方晶體的(123)、(421)、()晶面及[]、[346]。互擴(kuò)散：互擴(kuò)散是伴有濃度變化的擴(kuò)散，它與異類原子的濃度差有關(guān)。自擴(kuò)散：自擴(kuò)散就是不伴有濃度變化的擴(kuò)散，它與濃度梯度無關(guān)。反應(yīng)擴(kuò)散：通過擴(kuò)散使固溶體的溶質(zhì)組元濃度超過固溶體極限而形成新相的過程稱為反應(yīng)擴(kuò)散或相變擴(kuò)散。 12. 原子擴(kuò)散，反應(yīng)擴(kuò)散，上坡擴(kuò)散，下坡擴(kuò)散，自擴(kuò)散，互擴(kuò)散下坡擴(kuò)散：是指沿著濃度降低的方向進(jìn)行的擴(kuò)散，即由高濃度向方向低濃度擴(kuò)散，使?jié)舛融呌诰鶆蚧?。從破碎拉長的晶粒變成新的等軸晶粒。此階段為回復(fù)階段。 11. 回復(fù)和再結(jié)晶回復(fù)：為了消除金屬的加工硬化現(xiàn)象，將變形金屬加熱到某一溫度，以使其組織和性能發(fā)生變化。10. 臨界分切應(yīng)力和取向因子臨界分切應(yīng)力：晶體中使滑移系開動(dòng)的最小分切應(yīng)力，數(shù)值大小取決于金屬的晶體結(jié)構(gòu)、純度、加工狀態(tài)、試驗(yàn)溫度與加載速度，當(dāng)條件一定時(shí)，各種晶體的臨界分切應(yīng)力各有定值，而與外力的大小、方向及作用方式無關(guān)。交滑移的實(shí)質(zhì)是螺位錯(cuò)在不改變滑移方向的情況下，從一個(gè)滑移面滑到交線處，轉(zhuǎn)到另一個(gè)滑移面的過程。8. 加工硬化加工硬化：金屬材料隨著冷塑變形程度的增大，強(qiáng)度和硬度逐漸升高，塑性和韌性逐漸降低的現(xiàn)象稱為加工硬化或冷作硬化。滑移系：一個(gè)滑移面和此面上的一個(gè)滑移方向組成一個(gè)滑移系。7．滑移和孿生，滑移系和滑移帶滑移：晶體的塑性變形是晶體的一部分相對于另一部分沿某些晶面和晶向發(fā)生滑動(dòng)的結(jié)果，這種變形方式叫滑移。在鋼中以片狀存在或網(wǎng)絡(luò)狀存在于晶界。滲碳體：鐵和碳相互作用形成的具有復(fù)雜晶格的間隙化合物。萊氏體：奧氏體和滲碳體的共晶混合物稱為萊氏體。圖 正常凝固后溶質(zhì)濃度在鑄錠內(nèi)的分布6. 鐵素體，奧氏體，萊氏體，珠光體，滲碳體鐵素體：碳溶于αFe中形成的間隙固溶體，為體心立方結(jié)構(gòu)，常用符號F或α表示。 非平衡凝固：凝固過程中，液、固兩相的成分偏離液、固相線，使凝固過程進(jìn)行到一更低的溫度才能完成，并且凝固后固體的成分是不均勻的，這種偏離平衡凝固條件下的結(jié)晶過程稱為非平衡凝固。合晶轉(zhuǎn)變：是由兩個(gè)成分不同的液相L1和 L2相互作用形成一個(gè)固相的恒溫轉(zhuǎn)變。熔晶轉(zhuǎn)變：是由一個(gè)固相恒溫分解為一個(gè)液相和另一個(gè)固相的恒溫轉(zhuǎn)變。晶粒度：晶粒的大小稱為晶粒度，通常用晶粒的平均面積或平均直徑來表示。3. 變質(zhì)處理和晶粒度變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。粗糙界面：從原子尺度看，液固界面高低不平，并存在這幾個(gè)原子間距厚度的過渡層，在過渡層中液、固兩相原子犬牙交錯(cuò)地分布著。當(dāng)溶質(zhì)原子按適當(dāng)比例并按一定的順序和一定方向，圍繞著溶劑原子分布時(shí)，這種固溶體就叫有序固溶體。而且原子遷移所要克服的阻力也小，具體表現(xiàn)為擴(kuò)散激活能低，擴(kuò)散常數(shù)較大，實(shí)際情況是在同一溫度，αFe有更高的自擴(kuò)散系數(shù)，而且溶質(zhì)原子在αFe中的擴(kuò)散系數(shù)要比γFe高。雖然體心立方晶體的配位數(shù)小，但其屬于非密堆結(jié)構(gòu)。即對于給定晶體結(jié)構(gòu)，z為一個(gè)常數(shù)。事實(shí)上這種情況不可能出現(xiàn)。晶界擴(kuò)散系數(shù)也明顯高于晶內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)。晶界上原子排列混亂，與非晶體相類似，其原子堆積密集程度遠(yuǎn)不及晶粒內(nèi)部，因而對原子的約束能力較弱，晶界原子的能量及振動(dòng)頻率ν明顯高于晶內(nèi)原子。于是就出現(xiàn)了宏觀擴(kuò)散流。如果系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)，系統(tǒng)中必須存在熱力學(xué)勢的梯度（具體可表示為濃度梯度、化學(xué)位梯度、應(yīng)變能梯度等）。只有當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)，原子在任一跳動(dòng)方向上的跳動(dòng)幾率才是相等的。19. 因固溶體原子每次跳動(dòng)方向是隨機(jī)的，所以在如何情況下擴(kuò)散流為零。固體中即使不存在宏觀擴(kuò)散流，但由于原子熱振動(dòng)的遷移跳躍，擴(kuò)散仍然存在。用NiCu合金焊條焊接某合金板料時(shí)，發(fā)現(xiàn)焊條慢速移動(dòng)時(shí)，焊縫易出現(xiàn)樹枝狀組織，而快速移動(dòng)時(shí)，則易于出現(xiàn)胞狀組織。Wc=%的共晶白口鐵的顯微組織中，白色基體為Fe3C，其中包括Fe3CⅡ及Fe3C共晶。對于亞共析成分的碳鋼，隨著含碳量的增加，組織中鐵素體相對量減少，而珠光體相對量增加。在FeFe3C系合金中，%Wc%的鐵碳合金平衡結(jié)晶組織中才有二次滲碳體存在。鐵素體和奧氏體的根本區(qū)別在于晶體結(jié)構(gòu)不同，前者為bcc，而后者為fcc。將固溶體合金棒反復(fù)多次進(jìn)行區(qū)域熔煉，并采用定向緩慢凝固的方法，可以 有效地提純金屬。在共晶線上利用杠桿定律可以計(jì)算出共晶體的相對量，而共晶線屬于三相區(qū)，但杠桿定律僅適用于兩相區(qū)，所以共晶體的相對量實(shí)際上是在兩相區(qū)中算出來的。固溶體合金無論在平衡或非平衡結(jié)晶過程中，液/固界面上液相成分沿著液相線變化；固相成分沿著固相線變化。從宏觀上觀察，如液/固界面是平直的，稱為粗糙界面結(jié)構(gòu)；若是呈金屬鋸齒形的，稱為光滑界面結(jié)構(gòu)。液態(tài)純金屬中加入形核劑，其生長形態(tài)不會發(fā)生改變。只有在負(fù)溫度梯度條件下，常用純金屬生長都是呈樹枝狀界面。非均勻形核總是比均勻形核容易，因?yàn)榍罢呤且酝饧淤|(zhì)點(diǎn)為基底，形核功小，不像后者那樣形成界面，而引起自由能的增加。在液態(tài)金屬中，凡是涌現(xiàn)出小于臨界晶核半徑的晶胚都不能成核，即便有足夠的能量起伏提供，還是不能成核。所謂臨界晶核，就是體系自由能的減少能夠補(bǔ)償2/3表面自由能的增加時(shí)的 晶胚大小。在過冷液體中，液態(tài)金屬中出現(xiàn)的最大結(jié)構(gòu)起伏都是晶胚。金屬結(jié)晶時(shí)，原子從液相無序排列到固相有序排列，使體系自由能減小，因此是一個(gè)自發(fā)過程。所謂過冷度是指結(jié)晶時(shí)，在冷卻曲線上出現(xiàn)的實(shí)際結(jié)晶溫度與熔點(diǎn)之差；而動(dòng)態(tài)過冷度是指結(jié)晶過程中，液/固界面前沿液體中的溫度與熔點(diǎn)之差。（214。凡是片層密集處則碳含量偏多，而疏稀處則碳含量偏少。） 鐵素體與奧氏體的根本區(qū)別在于固溶度不同，前者（為bcc）小而后者（為fcc）大。） 擴(kuò)散系數(shù)D相當(dāng)于濃度梯度為1時(shí)的擴(kuò)散通量。 （） 與純金屬結(jié)晶相比，固溶體結(jié)晶時(shí)除需要結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏外還需要濃度起伏。）