二元合金的相结构与结晶考试试卷及参考答案

二元合金的相结构与结晶考试试卷及参考答案一、填空题1合金的定义是两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或其它方法结合而成的具有金属特性的物质。2．合金中的组元是指组成合金最基本的、能独立存在的物质。3．固溶体的定义是合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且晶格类型与组元之一相同的固相称之为固溶体。4．Cr、V在γ-Fe中将形成置换固溶体。C、N则形成间隙固溶体。5．和间隙原子相比，置换原子的固溶强化效果要小些。6．当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。7．共晶反应的特征是在同一温度下，由一定成分的液相转变成成分一定的两个固相（三相共存）。在共晶点处凝固温度最低。其反应式为L（液）→α（固）+β（固）。8．匀晶反应的特征是结晶出的晶体与母相化学成分不同（异分结晶），结晶在一定的温度范围内进行，其反应式为L→α9．共析反应的特征是在同一温度下，由一定成分的固相转变成成分一定的两个固相（三相共存）。在共析点处析出温度最低。，其反应式为g→(a+b)共析体。10．合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换和间隙，按原子溶入量可以分为有限和无限11．合金的相结构有固溶体和金属化合物两种，前者具有较高的塑韧性能，适合于做基体相；后者有较高的硬度性能，适合于做强化相12．看图4—1，请写出反应式和相区：ABC包晶线；DEF共晶线；GHI共析线；①L+α；②α+γ；③α；④γ+β；⑤L+γ；⑥L+β；13．相的定义是指合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分，组织的定义是在显微镜下能清楚地区分开的独立组成部分。14．间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同，而间隙相的晶体结构与溶剂不同。15、同分凝固（结晶）的定义纯金属结晶时，所结晶出的固相成分与液相成分完全一样的结晶。异分凝固（结晶）的定义固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分不同的结晶。16．接近共晶成分的合金，其铸造性能较好；但要进行压力加工的合金常选用固溶体的合金。17．根据图4—2填出：水平线反应式γ=β+α；有限固溶体β、α、无限固溶体γ。液相线凸AB，固相线凹AB，固溶线CF、EG18．共晶组织的一般形态是层片状、棒状、球状、针状、螺旋状、蛛网状、放射状。19、偏析的定义合金中化学成分的不均匀性。20、正温度梯度下，随成分过冷程度增大分别形成平面晶、胞状晶和树枝晶。21、为消除晶内偏析和离异共晶，工业上广泛应用均匀化退火方法。22、连续脱溶的含义随新相生成，母相成分连续地由过饱和态转变到饱和态。23、中间相的定义合金组元间相互作用所形成的、与纯组元结构不同的相，在相图的中间区域。二、判断题1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。(×)2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金，要进行塑性变形的合金常选用具有单相固溶体成分的合金。(√)3．置换固溶体可能形成无限固溶体，间隙固溶体只可能是有限固溶体。(√)4．合金中的固溶体一般说塑性较好，而金属化合物的硬度较高。(√)5．共晶反应和共析反应都是在一定浓度和一定温度下进行的。(√)6．共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。(×)7．初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。(√)8．根据相图，我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对量，而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。(×)9．亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。(√)10．过共晶合金发生共晶转变的液相成分与共晶合金成分是一致的。(√)11．固溶体合金的匀晶结晶需要在一定的温度范围内进行。（√）12、杠杆定律只适用于二元相图的两相区。（√）P71-513、高温下已达到饱和的有限固溶体，当冷却至低温时，固溶度降低，析出其他相.（√）14、固溶体强硬度较纯金属高。（√）15、铸造性能取决于结晶区间：液固相线之间距离越大，铸造性能越差。（√）16、二元相图中，相邻相区中的相数只相差一个（点接触除外）。（√）三、选择题1．固溶体的晶体结构是AA．溶剂的晶型B．溶质的晶型C复杂晶型D．其他晶型2金属化合物的特点是CA．高塑性B．高韧性C高硬度D．高强度3．当匀晶合金在较快的冷却条件下结晶时将产生CA．匀晶偏析B比重偏C．枝晶偏析D．区域偏析4．当二元合金进行共晶反应时，其相组成是CA．由单相组成B两相共存C三相共存D．四相组成5．当共晶成分的合金在刚完成共晶反应后的组织组成物为CA.α+βB．(α＋L)C．(α+β)D．L＋α+β6．具有匀晶型相图的单相固溶体合金BA．铸造性能好B．锻压性能好C热处理性能好D．切削性能好7．二元合金中，共晶成分的合金AA．铸造性能好B锻造性能好C焊接性能好D．热处理性能好8．共析反应是指BA．液相→固相Ⅰ+固相ⅡB固相→固相Ⅰ+固相ⅡC．从一个固相内析出另一个固相D从一个液相中析出另一个固相9．共晶反应是指AA．液相→固相Ⅰ+固相ⅡB固相→固相Ⅰ+固相ⅡC．从一个固相内析出另一个固相D从一个液相中析出另一个固相10．固溶体和它的纯金属组元相比D。A．强度高，塑性也高些B强度低，但塑性高些C强度低，塑性也低些D强度高，但塑性低些四、计算题：1．一个二元共晶反应如下：L(W(B)＝75％)→α(W(B)＝15％)+β(W(B)=95％)(1)求w(B)＝50％的合金完全凝固时初晶α与共晶(α十β)的重量百分数，以及共晶体中α相与β相的重量百分数；(2)若已知显微组织中β初晶与(α+β)共晶各占一半，求该合金成分。解：（1）Wα初=（75-50）/（75-15）=41.67%W(α十β)共晶=（50-15）/（75-15）=58.33%Wα=（95-50）/(95-15)=56.25%Wβ共=(50-15)/(95-15)=43.75%Wα共=56.25%-41.67%=14.58%（2）设合金成分为x，则：Wβ初=(x-75)/(95-75)=50%→x=85%即：w(B)＝85％LABAB3515B+LA初+(A+B)(A+B)A+LB初+(A+B)BB+AⅡHB2．按照下面给出的条件，示意画出二元合金的相图，并填出各区域的相组成物和组织组成物。再根据相图画出合金的硬度与成分的关系曲线。已知A、B组元在液态时无限互溶，在固态时能形成共晶，共晶成分为LABAB3515B+LA初+(A+B)(A+B)A+LB初+(A+B)BB+AⅡHBPbPb102030405060708090Sn400300200100a(327.5℃)(231.9℃)ecdfgLL+αL+ββαα+βb温度℃1020304050607080901020304050607080903、讨论：Pb-Sn合金相图如下所示：(1)试标出各区域的组织；(2)指出组织中含最多和最少的成分；(3)指出组织中含共晶体（α＋β）最多和最少的成分，(4)指出最容易和最不容易产生枝晶偏析的成分；(5)含30％Sn的Pb-Sn合金在183℃刚结束共晶反应时和室温时，各具有何种相构成与组织构成？五、问答题1、简述铸锭的宏观偏析。P92~93答：宏观偏析分：正常偏析、反常偏析和比重偏析。正常偏析：指按合金的分配系数(设ko<1)，先析出的含溶质低，后凝固的含溶质多。因铸锭尺寸大，由表面到中心成分不均匀，偏析出现在宏观尺度上，称宏观偏析。反常偏析：仍遵守分配系数关系，只是形成大量枝晶后，富集溶质的液相会沿枝晶间的通道逆向反流到先凝固的铸锭表面附近，造成由表面到中心成分分布的反常。比重偏析：是凝固时，固相与液相比重不同，而沉积或漂浮，从而造成铸锭下端与上端成分的不均匀，也是宏观尺度。2、对比纯金属与固溶体结晶过程的异同，分析固溶体结晶过程的特点。P33P733、什么是固溶体?影响固溶度的原因有哪些?固溶体与其纯溶剂组元相比，其结构、力学性能和物理性能发生了哪些变化?答：固溶体：溶质原子以原子态溶人溶剂点阵中组成的单一均匀固体；溶剂的点阵类型被保留。影响固溶度的因素有：（1）原子尺寸因素。当溶剂、溶质原子尺寸相对大小△r＜±15％时，才有大的固溶度。（2）负电性因素。溶剂、溶质的负电性差越小固溶度越大。（3）电子浓度因素。有两方面的含义：一是原子价效应，即同一溶剂金属，溶质的原子价越高，固溶度越小；二是相对价效应，即高价溶质溶人溶剂的固溶度低于低价溶质的情况。特点是：固溶体中有点阵畸变(强度、硬度会提高)而造成点阵常数变化；出现原子偏聚或有序化，甚至形成有序固溶体。固溶体的结构变化：点阵畸变，点阵常数变化，偏聚及短程有序，甚至形成有序固溶体。力学性能变化：硬度、强度提高，塑性下降。物理性能变化：电阻加大，导电率下降。4、何谓相图?相图能说明哪些问题?实际生产中有何应用价值?P695、何谓杠杆定律?它在二元合金系中可以解决什么问题?P716、为什么固溶体合金结晶时成分间隔和温度间隔越大则流动性不好，分散缩孔大、偏析严重以及热裂倾向大?P1057、简述二元系中共晶反应、包晶反应和共析反应的特点，并计算其各相平衡时的自由度。答：共晶反应：是液相同时凝固出两个不同成分的固相，两固相相互配