一、名词解释（每题2分，共20分） 1. 位错反应：位错之间的互相转化。 2. 共晶转变：一个液相在恒温下转变成两个固相的转变。 3. 过冷度：平衡结晶温度与实际结晶温度之差。 4. 马氏体：碳在α－铁中的过饱和的固溶体。 5. 滑移：位错沿着滑移面的运动。 6. 反应扩散：通过扩散产生新相的现象。 7. 偏析：化学成分不均匀的现象。 8. 合金：是由两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经过熔炼、烧结或其他方法合成，具有金属特性的物质。 9. 珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。 二、填空题（每空1分，共22分） 1． 包晶转变是由一个液相和一个固相在（ 恒温 ）下，生成另一个（ 固 ）相的转变。 2． 体心立方金属的的密排面是（110），密排方向是（ 111 ），致密度为（ 0.68 ），配位数为（ 8 ）。 3． 面心立方金属的密排面是（ 111 ），密排方向是（ 110 ），密排面的堆垛顺序是（ ABC ），致密度为（ 0.74 ），配位数为（ 12 ）。 4． 置换固溶体的溶解度与原子尺寸因素、（ 电负性 ）、（ 电子浓度）和（ 晶体结构 ）有关。 5．再结晶完成后，晶粒长大可分为（ 正常 ）晶粒长大和（异常 ）晶粒长大。 6． 位错有（ 螺型 ）和（ 刃型 ）两种基本的运动方式，刃型位错由于有多余的（ 半原子面 ），因此它既可以做（ 滑移 ）运动，也可以做（ 攀移 ）运动，而螺型位错只能做（ 滑移 ）运动。 三、选择题（下面各题的论述中有一个是正确的，请将正确答案的题号填在括号里）（每题1分，共10分） 1 运用区域熔炼方法可以：( C ) A 使材料的成分更均匀 B 可以消除晶体中的微观缺陷 C 可以提高金属的纯度 3．当△P=0时，根据相律（ C ）。 A 三元系中的二相平衡反应可以在某一恒定温度进行 B 三元系中的三相平衡反应可以在某一恒定温度进行 C 三元系中的四相平衡反应可以在某一恒定温度进行 4．铁碳二元合金中单相区是（ B ）。 A 液相、铁素体、珠光体、渗碳体、奥氏体 B 液相、高温铁素体、奥氏体、渗碳体和铁素体 C 液相、高温铁素体、奥氏体、渗碳体和莱氏体 5．四相平衡包共晶转变是（B ）。 A 三个固相在恒温下生成一个固相的转变 B 一个液相和一个固相在恒温下生产另外一个液相和另外一个固相的转变 C 三个液相在恒温下生成一个固相的转变 6．A、B二组元形成共晶系，则铸造工艺性能最好的合金是（ A ）。 A 共晶成分的合金 B 单相固溶体合金 C 亚共晶成分的合金 第 2 页 共 4 页
7．刃型位错的位错线与柏氏矢量的关系是：B A 位错线与柏氏矢量平行； B 位错线与柏氏矢量垂直； C 位错线与柏氏矢量没有一定关系。 10．A、B二组元形成共晶系合金，则锻压工艺性能最好的合金是（ A ）。 A 单相固溶体合金 B 共晶成分的合金 C 亚共晶成分的合金 四、简答题（40分） 1. 纯金属凝固时，界面前沿的温度梯度对其凝固形态有什么影响？为什么？（8分） 答：在正温度梯度下，是以平面状； 在负温度梯度下，是以树枝晶方式生长。 2. 为什么渗碳选择在930℃左右的γ-Fe中（8分） 答：工业中渗碳都是在930℃左右的γ-Fe中，因为，γ-Fe中碳的最大溶解度为2.11％，而碳在α铁中的溶解度只有0.02％，在γ-Fe中可以获得更大的碳浓度梯度。另一个重要原因是γ-Fe的温度更高。这样尽管在α铁中的扩散系数更大，在γ-Fe中渗碳仍可获得更快的扩散速度。 3. 原子间的键合有哪几种？金属为什么具有良好的延展性，而共价晶体一般熔点高和脆性大？（8分） 答：原子间的结合键主要有金属键、离子键和共价键。 金属中的原子以金属键的方式结合。金属正离子和自由电子之间相互作用而结合称为金属键。金属键无方向性和饱和性，金属内原子面之间相对位移，金属键仍旧保持，故金属具有良好的延展性。 共价晶体以共价键的方式结合。共价晶体很强的方向性，所以如果发生相对移动，将使共价键遭到破坏，故共价晶体硬度较高，脆性较大。 4. 什么是临界变形度？在工业生产中有什么意义？（8分） 答：变形量很小时，储存能少，不足以发生再结晶，故退火后晶粒尺寸不变（较小）；当变形量在2%-8%范围时，形核率低，再结晶退火后晶粒特别粗大，称为“临界变形度”；超过临界变形度后，随变形量增加，储存能增加，再结晶驱动力增加，因形核率的增加速率大于长大率，故再结晶退火后晶粒细化。 5. 钢的淬火加热温度范围应当如何确定？其原因是什么？（8分） 答：亚共析钢的淬火加热温度为Ac3以上30-50℃；共析钢和过共析钢的淬火加热温度为Ac1以上30-50℃。 亚共析钢若在Ac1- Ac3之间加热，淬火组织中会保留因不完全奥氏体化加热而存在的铁素体，使工件淬火后硬度不均，强度和硬度降低。过共析钢若在Acm以上加热，先共析渗碳体将全部溶入奥氏体，使奥氏体的含碳量增加，Ms和Mf点降低，淬火后不仅保留大量残余奥氏体，而且获得的马氏体粗大，因而耐磨性较差，韧性降低。 六、1．画出按相标注的Fe-Fe3C相图，写出各关键点的字母、温度及成分。（9分） 答：见下图。 2．写出该相图中所有三相平衡转变的类型和转变反应式。（3分） 答：包晶转变，L0.53 +δ0.09 γ0.17（1495℃）； 共晶转变，L4.3 γ2.11 + Fe3C（1148℃）； 共析转变，γ0.77 α0.0218+ Fe3C（727℃） 3．分析含碳0.6％的铁碳合金的结晶过程，并分别计算组织组成物和相组成物的相对量（列出计算式即可）。（8分） 答：结晶过程：L→γ+L→γ→α+γ→α+P； 组织组成物相对量： α% = (0.77－0.6)/( 0.77)×100% P % = 1- α% 相组成物相对量： α% = (6.69-0.6)/6.69×100% Fe3C % = 1-α% 3．分析含碳1.2％的铁碳合金的结晶过程，并分别计算组织组成物和相组成物的相对量（列出计算式即可）。（8分） 答：结晶过程：L→γ+L→γ→Fe3CⅡ+γ→Fe3CⅡ+P； 组织组成物相对量： Fe3CⅡ% = (1.2-0.77)/(6.69-0.77)×100% P % = 1- Fe3CⅡ% 相组成物相对量： α% = (6.69-1.2)/6.69×100% Fe3C % = 1-α% 七、铝是工业上常用的一种金属材料，但纯铜的强度较低，经常难以满足要求，根据你所学知识，提出几种强化纯铜的方法，并说明其强化机制。（15分） 答：（1）加工硬化。对纯铝进行塑性变形，在塑变过程中铝的强度随塑变量的增加而增加。加工硬化产生的主要机制有位错塞积、林位错阻力和形成的割阶对位错运动的阻力。 （2）固溶强化。向铝中加入有关溶质原子，这些溶质原子与位错产生交互作用，钉扎或阻碍位错运动，产生强化。 （3）细晶强化。晶界对位错运动起阻碍作用，故金属材料在常温下晶粒越细，则单位体积晶界面积越多，强度越高。 （4）弥散强化。即在铝中加入细小第二相进行强化。强化的原因在于细小第二相与位错产生交互作用，主要有位错的绕过机制和切过机制。 （注：回答其中三种方式即可） 八、实际生产中怎样控制铸件的晶粒大小？试举例说明（15分） 答：生产实际中常采用的控制晶粒尺寸的措施有：（1）提高过冷度，如采用导热性好的金属模，降低浇注温度等。（2）变质处理，即浇注前向液态金属中加入变质剂。（3）振动、搅拌，即在浇注和结晶过程中实施振动和搅拌，以提供形核功，增加晶核数量。 四、默画Fe—Fe3C相图，填写相区，并回答： 1、说明CD线、ECF线、ES线、GS线、PSK线和HJB线的名称和物理 意义。2、分析45钢比T8钢硬度高的原因。 2、简述钢与白口铁在化学成分，显微组织和机械性能方面的主要差别。 3、分析共晶白口铁的结晶过程，并用杠杆定理计算变态莱氏体中组织组 成物的相对含量。 五、下图为固态下互不溶解简单三元相图投影图，请完成下列各项。 1、分析P、M、N三个合金的结晶过程，写出平衡组织。 2、说明P合金的组织相对含量及相的相对含量的算法，并写出其值。 （所需的辅助线自行补充标注）
