金属学-第三章习题[1](1)

1、金属学与热处理王志刚1金属学与热处理王志刚21、在正的温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状成长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？答：3金属学与热处理王志刚负温度梯度正温度梯度4金属学与热处理王志刚 由于界面前沿液相中的成分差别引起固液界面前沿一定范围内的液相实际温度低于平衡结晶温度而形成过冷区域的现象。成分过冷：过冷区域5金属学与热处理王志刚成分过冷对晶体成长形状的影响突出部分顶端的溶质原子向远处扩散比两侧的要好。沟槽溶质浓度高平衡结晶温度低过冷度小生长速度低于顶端沟槽加深一定条件下平衡，界面以恒定速度推进胞状界面胞状组织、胞状晶、蜂窝组织树枝晶过冷区域很小过冷区域很大金属学与热处理王志刚

2、61、在正的温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状成长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？答： 纯金属凝固时，要获得树枝状晶体，必需在负的温度梯度下；在正的温度梯度下，只能以平面状长大。而固溶体实际凝固时，往往会产生成分过冷，当成分过冷区足够大时，固溶体就会以树枝状长大。 金属学与热处理王志刚72、何谓合金平衡相图，相图能给出任一条件下的合金的显微组织吗？答： 相图是表示在平衡条件下合金系种合金的状态与温度、成分间的关系图解-状态图或平衡图。金属学与热处理王志刚83、在两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的Ni=90%，另一个铸件的Ni=50%，铸后自然冷却。问：凝固后哪一个

3、铸件的偏析严重，为什么？ 消除偏析的措施有哪些？答：晶内偏析、区域偏析9金属学与热处理王志刚晶内偏析（枝晶偏析）：在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象铜镍合金铸态组织：枝干先结晶：含镍多，不易浸蚀，呈亮白色枝间后结晶：含铜多，以浸蚀，呈暗黑色先结晶的部分含高熔点组元较多晶内偏析对合金的性能有很大的影响。力学性能、耐蚀性能下降，均匀化退火消除：低于固相线100-200，长时间保温10金属学与热处理王志刚影响晶内偏析的因素：1、分配系数k0偏析最大程度：当k01时，k0越小，偏析越大；当k01时，k0越大，偏析越大2、原子的扩散能力、结晶温度例如钢中硅偏析小，磷偏析大3、冷却速度冷却速度大，偏析大冷

4、却速度大，过冷度大，晶粒小11金属学与热处理王志刚一）区域偏析 固溶体合金在不平衡结晶时还会造成大范围内化学成分不均匀现象。假设：成分为C0、k01的液态合金在圆管内从左端向右端逐渐凝固。（固相内无扩散，液相内扩散均匀）x1 x2 x3k1C 1 C 0 还有液相成分溶质原子富集金属学与热处理王志刚123、在两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的Ni=90%，另一个铸件的Ni=50%，铸后自然冷却。问：凝固后哪一个铸件的偏析严重，为什么？ 消除偏析的措施有哪些？答：晶内偏析、区域偏析金属学与热处理王志刚134、何谓过冷成分？成分过冷对固熔体结晶时晶粒长大方式和铸锭组织有何影响

5、。 在固溶体合金凝固时，在正的温度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差别，导致固液界面前沿的熔体的温度低于实际液相线温度，从而产生的过冷称为成分过冷。 这种过冷完全是由于界面前沿液相中的成分差别所引起的。温度梯度增大，成分过冷减小。 成分过冷必须具备两个条件：第一是固液界面前沿溶质的富集而引起成分再分配；第二是固液界面前方液相的实际温度分布，或温度分布梯度必须达到一定的值。 对合金而言，其凝固过程同时伴随着溶质再分配，液体的成分始终处于变化当中，液体中的溶质成分的重新分配改变了相应的固液平衡温度，这种关系有合金的平衡相图所规定。利用“成分过冷”判断合金微观的生长过程。金属学与热处理王志刚

6、145、共晶点和共晶线有什么关系？共晶组织一般是什么形态？如何形成的？答：15金属学与热处理王志刚二）含锡量Sn61.9%的合金（）:共晶合金LE M+NtE(183)共晶转变:共晶组织M和N相的含量:温度继续下降, 和相分别析出次生相 和16金属学与热处理王志刚二）含锡量Sn61.9%的合金（）:共晶合金Pb-Sn共晶合金的显微组织: 和呈层片状交替分布,黑色为相,白色为相17金属学与热处理王志刚三）含锡量19%Sn61.9%的合金（）:亚共晶合金以Sn50%为例:共晶转变结束时：先共晶相、共晶组织（M、N）继续冷却：先共晶相、共晶组织中M和 N + 金属学与热处理王志刚18金属学与热处理王

7、志刚195、共晶点和共晶线有什么关系？共晶组织一般是什么形态？如何形成的？答：金属学与热处理王志刚206、铋（熔点为271.5C）和锑（熔点为630.7C）在液态和固态时彼此无限互溶， Bi=50% 的合金在520时开始凝固出成分为Sb=87% 的固相。 Bi=80%的合金在400C的时候开始凝固出成分为Sb=64% 的固相。根据上述条件，要求：1、绘制Bi-Sb相图，并不标出各线和各相区的名称；2、从相图上确定Sb=40% 合金的开始结晶和结晶终了温度，并求出它在400C时的平衡相成分及其含量。答：LL +DECL40 =L20+64SbL =ED/CD =24/44 =54.55% =CE

8、/CD =20/44 =45.45%21金属学与热处理王志刚3、确定三相平衡转变的性质。LL + 共晶转变L + 共析转变22金属学与热处理王志刚3、确定三相平衡转变的性质。LL1 L2 + 偏晶转变L1L2 L + 熔晶转变23金属学与热处理王志刚3、确定三相平衡转变的性质。L + 包晶转变L + 包析转变LL1 + L2 合晶转变L1L2金属学与热处理王志刚247、根据实验数据绘出概略的二元合金相图：组元A熔点1000C，B熔点700C；B=25%的合金在500C结晶完毕，并由73.33%的先共晶相与26.67%的（+）共晶体组成；B=50%的合金在500C结晶完毕，并由40%的先共晶相与

9、60%的（+）共晶体组成，而此合金中的相总量为50%；BANEMG FL +LL =L E+MN=72+(72-17)/5 =83+4(E-25)=11(25-M)3(E-50)=2(50-M)M:17E:72共晶体中 ： =EN:ME=1:5L +金属学与热处理王志刚258、根据实验数据绘出概略的二元合金相图：组元A熔点1000C，B熔点700C，在800C时： （B=5% ）+L（ B=50% ）= （ B=30% ）；在600C时： L（ B=80% ）= （B=60% ）+ （ B=95% ）；在400C时： （B=50% ） = （ B=2% ）+ （ B=97% ）BAL +LL

10、+ L + + + + 金属学与热处理王志刚269、根据实验数据绘出概略的二元合金相图：在C-D二元系中，D组元熔点比C组元有较高的熔点，C在D中没有固溶度。该合金存在下述恒温反应：700C：L（ D=30% ）+ D = （ D=40% ）；600C： （ D=45% ）+ D = （ D=70% ）； 500C：L（ D=5% ）+ （ D=25% ） = （ D=10% ） ；400C： （ D=30% ）= （ D=5% ） + （ D=50% ）；DCLL+D +DL+ + + + + L金属学与热处理王志刚2711、找出错误，说明理由，并改正。L+L+ + L+L包晶：共析：共晶：

11、+L+L+金属学与热处理王志刚2812、假定需要用Zn=30%的Cu-Zn合金和Sn=10%的Cu-Sn合金制造尺寸、形状相同的铸件，参照合金相图回答：1、那种合金的流动性好2、那种合金形成缩松的倾向大？3、那种合金的热裂倾向大？4、那种合金的偏析倾向大？29金属学与热处理王志刚二）根据相图判断合金的铸造性能合金的铸造性能：流动性、缩孔及热裂倾向水平距离：成分间隔垂直距离：温度间隔 合金相图上液相线和固相线之间的成分间隔成分过冷区整个液体都可以成核，并且晶枝均匀生长较宽的液固两相混合区阻碍液体流动糊状凝固30金属学与热处理王志刚二）根据相图判断合金的铸造性能合金的铸造性能：流动性、缩孔及热裂倾

12、向水平距离：成分间隔垂直距离：温度间隔 合金相图上液相线和固相线之间的温度间隔树枝晶长大时间枝晶长大阻碍液体流动31金属学与热处理王志刚二）根据相图判断合金的铸造性能合金的铸造性能：流动性、缩孔及热裂倾向水平距离：成分间隔垂直距离：温度间隔 合金相图上液相线和固相线之间的不易产生宽的过冷成分结晶自铸件表面开始后循序向心部推进液相中难以形核，使液固相之间界面分明，已结晶固相表面比较光滑，液体流动阻力小壳状凝固32金属学与热处理王志刚二）根据相图判断合金的铸造性能糊状凝固，枝晶液体被分割凝固收缩分散缩孔温度间隔晶粒间液相状态保持时间收缩应力作用合金强度低热裂例如：球墨铸铁、铝合金、镁合金及锡青铜等33金属学与热处理王志刚二）根据相图判断合金的铸造性能壳状凝固液体被分割凝固收缩集中缩孔温度间隔液相状态保持时间热裂例如：灰铸铁、低碳合金钢、铝青铜等金属学与热处理王志刚3412、假定需要用Zn=30%的Cu-Zn合金和Sn=10%的Cu-Sn合金制造尺寸、形状相同的铸件，参照合金相图回答：1、那种合金的流动性好2、那种合金形成缩松的倾向大？3、那种合金的热裂倾向大？4、那种合金的偏析倾向大？金属学与热处理王志刚35金属学与热处理王志刚369、根据实验数据绘出概略的二元合金相图：在C-D二元系中，D组元熔点比