工程材料习题集参考 答案(第四章).pdf

习题集部分参考答案 4 合金的结构与相图 思考题 1.何谓合金？合金中基本的相结构有哪些？ 答：合金是指两种或两种以上的金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。合 金中基本的相结构有固溶体、金属化合物两类。 2.相组成物和组织组成物有何区别？ 答：相组成物是指组成合金中化学成分、结构和性能均匀一致的部分。 组织组成物是指显微组织中具有某种形貌特征的独立部分。 两者的区别在于相组成物是不涉及金相形态的。 3. 固溶体合金和共晶合金的力学性能和工艺性能有什么特点？ 答：固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同，但由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变， 阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度、硬度提高，且大多固溶体还保持着良好的塑性。而 共晶合金组织为二相混合物时，合金的性能与成分呈直线关系。当共晶组织十分细密时，硬 度和强度会偏离直线关系而出现峰值。共晶合金熔点低，流动性好，易形成集中缩孔，不易 形成分散缩孔，铸造性能较好。 4.合金的结晶必须满足哪几个条件？ 答：合金的结晶需要满足结构、能量和化学成分三个条件（或者叫三个起伏）。 5.纯金属结晶与合金结晶有什么异同？ 答：相同点：形成晶核、晶核长大；能量和结构条件。 不同点：合金结晶还需要“化学成分条件”；从结晶的自由度看，纯金属结晶是一 个恒温过程，而合金的结晶常常在某个温度范围内进行。 6.固溶体的主要类型有哪些?影响固溶体的结构形式和溶解度的因素有哪些？ 答：按溶质原子在固溶体(溶剂) 晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体；按 固溶度可分为有限固溶体和无限固溶体；置换固溶体按溶质原子在溶剂晶格中的分布特点可 分为无序固溶体和有序固溶体。影响固溶体的结构形式和溶解度的因素很多，目前比较公认 的有①原子尺寸因素；②晶体结构因素；③电负性因素；④电子浓度因素。 7、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。 答：固溶强化是由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶 体的强度和硬度增加。 加工硬化是金属在冷塑性变形时，随着变形量的增加，出现位错的缠结，位错密度 增加，造成材料的强度、硬度增加的现象。 弥散硬化是当超细第二相(强化相)大量均匀分布在材料基体中，造成位错运动受阻 第 1 页 共 15 页 而引起的强度、硬度升高的现象。 异同点：三种强化都是利用位错运动受阻来强化合金的。不同的是固溶强化和弥散强化 都是利用合金化来强化合金的；而加工硬化而是通过力的作用产生塑性变形，增大位错密度 以增大位错运动阻力来强化合金。 8、固溶体和金属化合物在结构和性能上有什么主要区别？ 答：固溶体晶体结构同于组成固溶体的溶剂的晶体结构，大多具有强而韧的性能特点； 而金属化合物的晶格类型完全不同于组成金属化合物的任一组元的晶体结构，金属化合物一 般具有硬而脆的性能特点。 9、机械混合物的构成方式有哪几种？ 答：机械混合物是各相按照一定的重量比组成的物质。各相之间在一定的条件下既不溶 解，也不化合，保持各自的晶格结构，各相之间是纯机械混合。它们的构成方式常有：固溶 体与固溶体的组成，也有固溶体与金属化合物的组成等。 10、合金结晶中可能出现的三种偏析应如何控制并使之尽量减少？ 答：1．晶内（枝晶）偏析，该情况取决于浇铸时的冷却速度，偏析元素扩散能力和液 固相线的距离等，可以通过退火将偏析消除。 ２．区域性偏析：在较大范围内化学成分不均匀的现象，退火无法将该情况消除，这种 偏析与浇温、浇速等有关。 ３．比重偏析：合金凝固时由于合金中组元比重的不同所引起的偏析。降低比重偏析 的方法有，如使合金成分均匀；尽量缩短液态合金的放置时间；加快冷却速度及合理控制 铸件的凝固方向等 11、什么是杠杆定律？它有什么用途？ 答：组成合金二相的质量比等于这二相成分点到合金成分点距离的反比叫杠杆定律。它 能够确定二相区内任一成分的合金在任一温度下处于平衡时各相的质量。 12、合金的性能与相图之间的关系如何？ 答：相图表示合金在平衡条件下合金的状态与成分、温度之间的关系图解。它是在十分 缓慢的条