工程材料习题和练习(2)

5．画出体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格中原子最密的晶面和晶向。 （1）写出它们的晶面指数和晶向指数。 （2）求出它们的原子密度（晶面原子密度以

原子数a2表示；晶向原子密度以

原子数a表示）。

（3）晶胞中具有与这种相同原子排列的晶面有几个？这种晶面上有几个最密排的晶向？

（平行的除外）。

6．已知α-Fe的晶格常数 a = 2.87×10-10m，试求出α-Fe的原子半径和致密度。

3

7．在常温下，已知铜的原子直径 d =2.55×10-10m，求铜的晶格常数，并计算1mm体积中有多

少个Cu原子？。

8．试证明密排六方结构的轴比c/a＝1.633。

9．金属的原子为何作规则排列？原子离开平衡位置将引起什么变化？ 10．实际的工程金属与理想晶体在结构、性能上有什么区别？实际金属中存在哪些晶体缺陷？

它们在结构上各有何特点？对性能有什么影响? 11．什么是固溶强化? 造成固溶强化的原因是什么? 12．间隙固溶体和间隙相有什么不同?

13．假定其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小。 （1）金属型浇注与砂型浇注； （2）生产薄壁铸件与厚壁铸件；

（3）浇注时采用振动或不采用振动措施。

14．铁在912℃发生同素异构转变，如果原子半径不变，试求此体积的变化？

第三章 金属的结晶

思考题及习题

3.1 解释名词

过冷度、非自发生核、变质处理

3.2 填空题

1．结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是( )和( )。 2．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是( )。

3．液态金属结晶时，结晶过程的推动力是( ),阻力是( )。 4．过冷度是指( )，其表示符号为( )。

5．典型铸锭结构的三个晶区分别为( )、( )和( )。

3.3 是非题

1．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。( ) 2．室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。( )

3．在实际金属和合金中，自发生核常常起着优先和主导的作用。( )

4．当形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是一个多晶体。( )

3.4 选择正确答案

1．金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将： a. 越高；b. 越低；c. 越接近理论结晶温度 2．为细化晶粒，可采用：

a. 快速浇注；b. 加变质剂；c. 以砂型代金属型

3.5 综合分析题

1．金属结晶的条件和动力是什么? 过冷度与冷却速度有何关系？ 2．金属结晶的基本规律是什么?

3．晶粒大小对金属材料的性能有什么影响？常用细化晶粒的方法有哪些？为什么这些方法能

够使晶粒细化？

4．何谓同素异构转变？简述它与液态金属结晶的异同。

5．如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小： (1) 金属模浇注与砂模浇注； (2) 变质处理与不变质处理； (3) 铸成薄件与铸成厚件；

(4) 浇注时采用震动与不采用震动。 6．为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区?

第四章 二元合金相图

思考题及习题

4.1 解释名词

组元、相、铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体、相组成物、组织组成物、石墨化、孕育(变质)处理、球化处理、可锻化退火、石墨化退火

4.2 填空题

1．共晶反应式为( )，共晶反应的特点是( )。 2．珠光体的本质是( )。

3．一块纯铁在912℃发生α-Fe→γ-Fe转变时，体积将( )。

4．在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3CII最多的合金成分点为( )，含Le′最多的合金成分

点为( )。

5．用显微镜观察某亚共析钢，若估计其中的珠光体含量体积分数为80%，则此钢的碳的质量

分数为( )。

6．灰口铸铁中碳主要以( )的形式存在，可用来制造( )。 7．可锻铸铁中石墨的形态为( )，可用来制造( )。 8．球墨铸铁中石墨的形态为( )，可用来制造( )。 9．蠕墨铸铁中石墨的形态为( )，可用来制造( )。 10．影响石墨化的主要因素是( )和( )。

11．球墨铸铁的强度、塑性和韧性均较普通灰口铸铁高，这是因为( )。 12．HT200 牌号中 \表示( )，数字 \表示( )。 13．生产球墨铸铁选用( )作为球化剂。

4.3 是非题

1．平衡结晶获得的质量分数为 20%Ni 的 Cu-Ni 合金比质量分数为 40%Ni 的 Cu-Ni 合金

的硬度和强度要高。( )

2．一个合金的室温组织为α+βⅡ+（α+β）, 它由三相组成。( ) 3．铁素体的本质是碳在α-Fe 中的间隙相。( ) 4．20 钢比 T12 钢的碳质量分数要高。( )

5．在退火状态 (接近平衡组织) 45 钢比 20 钢的塑性和强度都高。( )

6．在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为 4.3% 的铁碳合金才能发生共晶反应。

( ) 7．铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。( ) 8．可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。( ) 9．石墨化的第三阶段不易进行。( )

10．可以通过球化退火使普通灰口铸铁变成球墨铸铁。( )

11．球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其机械性能。( )

4.4 选择正确答案

1．在发生 L→(α+β) 共晶反应时，三相的成分： a. 相同；b. 确定；c. 不定

2．共析成分的合金在共析反应 γ→(α+β) 刚结束时，其组成相为： a. γ+α+β b. α+β c. (α+β) 3．奥氏体是：

a. 碳在γ-Fe 中的间隙固溶体； b. 碳在α-Fe 中的间隙固溶体； c. 碳在α-Fe 中的有限固溶体 4．珠光体是一种：

a. 单相固溶体；b. 两相混和物；c. Fe 与 C 的化合物 5．T10 钢的碳的质量分数为： a. 0.1%；b. 1.0%；c. 10% 6．铁素体的机械性能特点是：

a. 强度高、塑性好、硬度低；b. 强度低、塑性差、硬度低； c. 强度低、塑性好、硬度低

4.5 综合分析题

1．二元合金相图表述了合金的哪些关系？有哪些实际意义？ 2． 何谓枝晶偏析与比重偏析？能否消除？如何消除？

3．图4-1为Pb-Sn二元合金相图。说明28％Sn的Pb-Sn合金在下列各温度时，组织中有哪些

相？并求出相的相对量。 (1) 高于300℃；

(2) 刚冷到183℃，共晶转变尚未开始； (3) 在183℃共晶转变完毕；

T℃ 300 183℃ 200 α 18.5 100 0 Pb 20 40 Sn%→ 图4-1

L β Sn

61.9 60 80 96

(4) 冷却到室温。

4．将 20kg 纯铜与 3Okg 纯镍熔化后慢冷至如图 4-2 温度 T1, 求此时：

(1) 两相的化学成分； (2) 两相的质量比； (3) 各相的质量分数； (4) 各相的质量。

图 4-2

5． A－B相图如图4-3所示。

(1) 填写空白相区的相，并将相图转换为组织图。

H L K α c e A f B% 图4-3

B

(2) 用冷却曲线及结晶示意图，说明K合金及纯组元B的平衡结晶过程。

6．上题图中，如果f点的成分为10％B，c点成分为20％B、e点成分为40％B、H合金成分为30％B，K合金为80％B，

(1) 求合金K在室温时，组织中共晶体的百分含量。 (2) 求合金H在室温时，共晶体、α相的百分含量。

(3) 指出图中组织中含β′最多和最少的合金，并计算H合金在室温时，组织中β′的百分含量。

7． 已知A（熔点600℃）与B（熔点500℃）在液态无限互溶；在固态300℃时A溶于B的

最大溶解度为30％，室温时为10％，但B不溶于A；在300℃时，含40％B的液态合金发生共晶反应。试作出A－B合金相图。

根据共晶相图，指出适合于压力加工的合金及铸造性最好的合金，并说明原因。

8．求碳的质量分数为 3.5% 的质量为 10kg 的铁碳合金从液态缓慢冷却到共晶温度 (但尚未

发生共晶反应) 时所剩下的液体的碳的质量分数及液体的质量。

9．试分析含0.2％C、0.6％C、1.2％C的铁碳合金缓冷时的组织转变，画出冷却曲线及每一个阶段的显微组织示意图。

10. 根据Fe－Fe3C相图计算：

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