名词解释

1. 匀晶转变：

2. 包晶转变：

3. 平衡凝固：

4. 伪共晶：

5. 非平衡共晶：

6. 共晶转变：

7. 偏晶转变：

8. 共析反应：

9. 包析转变：

10. 熔晶转变

11. 合晶转变：

12. 一次相或初生相；

13. 二次相或次生相

14. 扩散退火：

15. 离异共晶：

16. 钢

17. 铸铁

18. 奥氏体:

19. 莱氏体：

20. 珠光体：

21. 三次渗碳体

22. 调幅分解

23. 成分过冷

24. 枝晶偏析

25. 正偏析

26. 宏观偏析

概念辨析题

1、共晶转变与共析转变

2、奥氏体与铁素体的异同点：

3、二次渗碳体与共析渗碳体的异同点。

4、稳定化合物与不稳定化合物

5、均匀形核与非均匀形核

6、平衡凝固与非平衡凝固

7、光滑界面与粗糙界面

8、钢与铸铁

9、热过冷与成分过冷

10、一次相与二次相

11、伪共晶与离异共晶

12、正偏析与反偏析

相图题

一、相图题(20分)

1．画出Fe-Fe3C相图，填出各区的组织组成物。(6分)

2．分析含碳O.65％的铁碳合金的平衡结晶过程，画出其冷却曲线和室温时的显微组织示意图。(8分)

3．用杠杆定律计算该合金在室温时的组织组成物和相组成物的量。(6分)

相图为

二、相图题(22分)

1_画出 相图，填出各区域的组织组成物。(6分)

2．分析含碳0.4％的铁碳合金的平衡结晶过程，画出其冷却曲线和室温时的显微组织示

意图。(8分)

3．用杠杆定律计算该合金在室温时的组织组成物和相组成物的量。(8分)

三、相图题(25分)

1．画出 相图，标出重要点的温度与含碳量，填出各区域的组织组成物。 (7分)

2．分析含碳3.5％的铁碳合金的平衡凝固过程，画出其冷却曲线和室温时的显微组织示意图。(10分)

3．用杠杆定律计算该合金在室温时的组织组成物和相组成物的量。(8分)

四、相图题

1、Fe—Fe3C相图，结晶过程分析及计算

1）分析含碳0.53～0.77％的铁碳合金的结晶过程，并画出结晶示意图。

2） 计算室温下亚共析钢（含碳量为）的组织组成物的相对量。

3） 分析含碳0.77～2.11％的铁碳合金的结晶过程。

4） 计算室温下过共析钢（含碳量为）的组织组成物的相对量。

5） 分析共析钢的结晶过程，并画出结晶示意图。

6)计算含碳3.0%铁碳合金室温下组织组成物及相组成物的相对量。

五、根据下图所示的二元相图：(8分)

L．写出在1291℃、1319℃、1086℃、590℃发生的三相平衡反应的反应式；

2．叙述含为60％的合金从高于液相线的温度平衡冷却过程中的各种转变(可用热分析曲线表示)，并写出该合金的室温组织。

六、根据所示的铁碳平衡相图，回答以下问题(10分)

1．写出在1495℃、1154℃、1148℃和727℃发生的三相平衡反应的反应式；

2．按亚稳态相图，叙述含碳量为O.4％的合金从高于液相线温度平衡冷却到室温

时，发生的两相和三相平衡转变(可用热分析曲线表示)，并画出室温组织的示意图；

3．计算含碳量为1.5％的合金中二次渗碳体的百分数。

七、在如图所示的Ag—Cd二元相图中，当温度为736℃、640℃、590℃、440℃和

230℃时分别会发生什么样的三相平衡反应?写出反应式。(5分)

八、根据所示的铁碳平衡相图，回答以下问题：(10分)

1．写出在1495℃、1154℃、1148℃、738℃和727℃发生的三相平衡反应的反应式。

2．画出含碳量为1．2％的过共析钢在室温下的平衡组织，并计算其中二次渗碳体的百

分数。

3．含碳量为3．5％的亚共晶白口铸铁在从液相平衡冷却到室温时会发生什么三相平衡反

应和两相平衡反应(可用热分析曲线表示)?室温下该成分的铸铁中有没有二次渗碳体?如

果有的话，计算其百分数。

九、如图所示的二元相图中，在水平线I、Ⅱ、V、Ⅵ、X上各发生什么三

相平衡反应?写出相应的反应式。(5分)

十、根据所示的铁碳平衡相图，回答以下问题(10分)

1．在系中有几种类型的渗碳体?分别说出这些渗碳体的形成条件，并描述在平衡凝固条件下这些不同类型渗碳体的形貌(可用示意图表示)。

2．画出含碳量为O．4％的亚共析钢在730℃和720℃平衡组织的示意图，并计算其中珠光体的百分数。

3．含碳量为3．5％的亚共晶白口铸铁在从液相平衡冷却到室温时会发生什么三相平衡反

应和两相平衡反应(可用热分析曲线表示)?

十一、画出下列各种组织：(6分)

(1)Fe一4．30％C合金的平衡组织

(2)T12钢的平衡组织

（3）共析钢的平衡组织

（4）45钢的平衡组织

十二、根据Fc—FcC相图，画出Fe-0．77％C钢从高温液态到室温的平衡冷却线(不考虑铁素体的溶解度变化)，并示意画出组织转变过程图；说明该钢在室温下的平衡组织，给出其含碳量，并计算各组织的相对重量；说明该钢在室温下的平衡相，给出其含碳量，并计算各相的相对重量。(20分)

十三、请详细分析45#钢从高温液态缓慢冷却到室温的相变和组织转变过程，井回答下列问 题：(其22分)

(1)画出Fe-Fe3C相图。(3分)

(2)画出整个转变过程的温度与时间关系曲线(即冷却曲线)。(2分)

(3)写出整个转变过程中的相转变过程。(3分)

(4)画出转变过程中的组织转变示意圈并在图中标明组织名称。(6分)

(5)运用杠杆定律．计算在共析转变之前钢种铁素体和奥氏体的相对含量。(4分)

(6)不考虑三次渗碳体的析出．计算室温下各种相的相对量和组织的相对量。(4分

十四、根据Fe-FeC相图，完成下列工作：(20分)

(1)画出Fe-Fe3C相图(可以忽略高温铁素体相变及包晶转变)

(2)画出40#钢(C％wt---O．4％，下同)从高温液态到室温的平衡冷却曲线 (不考虑铁素体的溶解度变化)，并示意画出组织转变过程图：

(3)说明40#钢在室温下的平衡组织，给出每一种组织的成分，计算各组织的相对重量；

(4)说明40#钢在室温下的平衡相。给出每一种相的成分，计算各相的相对重量。

十五、一种碳钢在在平衡冷却条件下组织中含有50％的珠光体和50％的铁素体，请回答以下问题（20分）

（1）此碳钢的碳含量是多少？

（2）合金加热到730℃,在平衡条件下的显微组织？

（3）若加热到850℃，又具有什么显微组织？

十六、（1）画出Fe-Fe3C相图，注明各重要点的字母、成分、温度，并标明各相区。（6分）

（2）在铁-碳合金中共有五种不同类型的渗碳体，按照形成温度由高到低写出它们的名称，并描述在平衡凝固条件下这些不同类型渗碳体的形貌（可用示意图表示）。（6分）

（3）计算变态莱氏体中几种类型的渗碳体的相对量（三次渗碳体忽略不计）。（6分）

十七、(1)面出Fe-FeC相图，注明各重要点的字母、成分、温度，井标明各相区。(6分)

(2)分别分析含碳量为O．45％，3．0％的铁碳合金的平衡凝固过程，面出冷却曲线。并描述其室温平衡组织形貌(可用示意图表示)。(12分)

(3)计算含碳量为3．O％的铁碳合金室温下的平衡组织中二次渗碳体的相对量。(6分)

在液固相界面前沿液体处于正温度梯度条件下，纯金属凝固时界面形貌如何?在同样条件下，单相固溶体凝固时界面形貌又如何?试分析原因

十八、请根据所附二元共晶相图分析解答下列问题：
（1） 分析合金I、II的平衡结晶过程，并绘出冷却曲线；
（2） 说明室温下I、II的相和组织是什么？并计算出相和组织的相对含量；
（3） 如果希望得到共晶组织和5%的β初的合金，求该合金的成分；
（4）分析在快速冷却条件下，I、II两合金获得的组织有何不同。

十九、就Fe-Fe3C相图，回答下列问题：

1. 默画出Fe-Fe3C相图，用相组成物填写相图；

2. 分析含碳量为1.0wt%的过共析钢的平衡结晶过程，并绘出室温组织 示意图。

3. 计算相图中二次渗碳体和三次渗碳体可能的最大含量。

4．已知某铁碳合金室温时的相组成物为铁素体和渗碳体，铁素体占

82%，试求该合金的含碳量和组织组成物的相对量。

二十、Al-Cu相图的局部如图所示。

1）分析5.6%Cu合金和5.7%Cu合金在平衡结晶和快速冷却不平衡结晶时室温组织特点。

2）Al为FCC结构，图中的α相为何种晶体结构？（不需作答）

3）设X合金平衡凝固完毕时的组织α初晶+(α+θ)共晶，其中α初晶占80%，则此合金刚凝固完毕时θ组元的含量是多少？

简答题：

1、分别叙述下列组图中的图(b)、图(c)和图(d)中三条曲线的物理意义，并在

此基础上说明形成成分过冷的条件。(8分)

2、相图中共有几种渗碳体？说出各自的来源及形态。

3、纯金属凝固时是否会出现成分过冷?为什么?

4、单相固溶体正常凝固时是否会出现成分过冷?为什么?

5、从结晶条件和过程分析纯金属和单相固溶体合金结晶时的异同点。

6、何为成分过冷?它对固溶体合金凝固时的生长形貌有何影响?

7、简述液固界面成分过冷与晶体生长形态的关系并解释原因。

8、简述相互作用参数导致固溶体成分自由能如何变化，以及形成的固溶体种类变化。

9、调幅分解的主要特征.

10、根据金属凝固理论, 分析细化铸件晶粒组织的工艺措施.

11、 固溶体凝固与纯金属凝固的主要差异是什么？

12、 金属型浇铸的铸锭的宏观组织一般分为哪几个区，分析其形成原因？（6分）

13、与平衡凝固相比较，共晶合金的非平衡凝固有何特点？

14、二元相图中有哪些几何规律？

15、 简述共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。

16、枝晶偏析是怎么产生的？如何消除？

17、铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。绘出Fe-Fe3C相图，标出铁碳相图上的C、E、F、G、K、P、S点，说明ECF、PSK水平线和ES、GS曲线的意义，其上发生的转变及生成的组织组成物。

18、 说明不同成分区铁碳合金的工艺性(铸造性，冷热变形性)。

19、请画出纯组元Cu与二元合金50%Cu-50%Ni凝固冷却曲线，并说出两者的区别及原因。

20、二元系合金最多可有三相共存，请分析二元合金三相共存时在相图中的特点。

21、固溶体合金的相图如图所示，试根据相图确定：

(a) 成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分；

(b) 若首先凝固出来的固体成分含60%B，合金的成分为多少？

(c) 成分为70%B的合金最后凝固的液体成分；

(d) 合金成分为50%B，凝固到某温度时液相含有40%B，固体含有80%B，此时液体和固体各占多少分数？

22、如图中，a，b，c分别为3个不同成分（设为0.45%C、3.4%C、4.7%C）的铁碳合金缓冷凝固组织（包括随后的固态相变、硝酸酒精侵蚀）。说明他们是哪个成分，为什么？

选择题：

1）在下列哪一种情况下平衡分配系数k0和有效分配系数ke相等：

正常凝固 b．快速凝固 c．定向凝固

d．边界层与液相区部分混合条件下的凝固

2）下列各种偏析中，哪一种能用热处理(均匀化退火)方法消除?

a．正常偏析 b．比重偏析 c．反偏析 枝晶偏析

4）运用区域熔炼方法可以：

a．使材料的成分更均匀 b．可以消除晶体中的微观缺陷

c．可以消除晶体中的宏观缺陷 可以提高金属的纯度

5）相互作用参数的物理意义是：

a．表示固溶体内原子偏聚 b．表示固溶体内原子短程有序

c．表示固溶体内原子完全无序 d．表示固溶体内原子偏聚

6）在单相固溶体铸锭中，形成枝晶的条件是：

a．成分过冷度越大越易形成枝晶 b．没有成分过冷才能形成枝晶

c．正常凝固条件下才能形成枝晶 d．平衡凝固条件下才能形成枝晶

7）在共晶相图中，共晶成分的合金具有好的（ ）性能。

a.铸造 b.锻造 c.焊接 d.热处理

8）（ ）能用热处理（均匀化退火）的方法来消除。

a.正常偏析 b.比重偏析 c.反偏析 d.枝晶偏析

9）铸铁与碳钢的区别在于有无 .

(A) 莱氏体 (B) 珠光体 (C) 铁素体 (D) 渗碳体

10）在二元系合金相图中, 计算两相相对量的杠杆法则只能用于 .

(A) 单相区中 (B) 两相区中 (C) 三相平衡水平线上 (D) 无限制

11）以下关于渗碳体的描述中, 正确的是 .

(A) 渗碳体是钢中很重要的一种复杂间隙相

(B) 渗碳体晶体结构非常复杂, 属于正交晶系

(C) 渗碳体为铁与碳固熔形成的间隙固熔体

(D) 渗碳体为铁与碳固熔形成的置换固熔体

12）合金凝固时极易得到树枝晶组织, 其主要原因是 .

(A) 固-液界面前沿液相中存在正温度梯度

(B) 固-液界面前沿液相中存在负温度梯度

(C) 固-液界面前沿液相中存在成分过冷区

(D) 固-液界面前沿液相中存在难熔质点

13） 对离异共晶和伪共晶的形成原因，下述说法正确的是 。

（A）离异共晶只能经非平衡凝固获得

（B）伪共晶只能经非平衡凝固获得

（C）形成离异共晶的原始液相成分接近共晶成分

14）铸铁与碳钢的区别在于有无 _____。

A、莱氏体 B、珠光体 C、铁素体

15）有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是 _____。（其中Ko是平衡分配系数）

A、10 B、Ko1 C、Ke0<116）下面的二元相图中正确的是 。

17）合金与纯金属结晶的不同点是：
A 需要过冷
B 需要能量起伏
C 需要成分起伏
D 需要结构起伏
18） 下列不属于Fe-Fe3C相图中的组成相是：
A 铁素体
B 奥氏体
C 渗碳体
D 石墨
19）Fe-Fe3C相图的组元是：
A Fe和Fe3C
B Fe和C
C 铁素体和Fe3C
D 奥氏体和Fe3C
20）随含碳量的提高，热轧钢力学性能的变化规律是：
A 强度、硬度升高，塑性、韧性降低
B强度、硬度升高，塑性、韧性升高
C 强度先升后降
D 强度先降后升
21）下列不属于铸锭中宏观偏析的是：
A 正常偏析
B 枝晶偏析
C 反常偏析
D 比重偏析
22）以下不属于细化金属铸件晶粒的方法有：
A 提高过冷度
B 变质处理
C 振动和搅拌
D 高温慢速浇铸
23） 二元相图中有一些重要的几何规律，以下说法错误的是：
A 相邻相区的相数差1
B 三相平衡区是一条水平线
C 相图中两条水平线之间是两相区
D 单相区边界线的延长线应进入相邻的两相区
24） 共晶系合金在快速冷却条件下，可得到：
A 伪共晶组织
B 不平衡共晶组织
C 离异共晶组织
D 包晶组织
24） Fe-Fe3C相图中有三条水平线，以下不属于Fe-Fe3C相图中的相变是：
A 合晶转变
B 包晶转变
C 共晶转变
D 共析转变
25）常见的铸锭有三个区，以下不属于铸锭区的是：
A 细晶区
B 等轴晶区
C 微晶区
D 柱状晶区
25）亚共析钢的含碳量范围是（）

A、0.0218%～0.77%C； B、0.77%～2.11%C；C、0.77%C；D、2.11%～4.3%C；

26)共析钢的室温组织是（）

A、P； B、P+F；C、Ld；D、P+ Ld；

27)计算1148共晶转变刚结束时莱氏体中渗碳体的相对量

A、52%； B、60%；C、48%；D、50%；

28）随着含碳量的增加，亚共析钢的（）

A、强度、硬度升高，塑性下降

B、塑性升高，强度、硬度下降

C、强度、硬度和塑性都升高

D、强度、硬度和塑性都下降

29）对于过共析钢，含碳量越高（）

A、钢的强度、硬度越高，塑性越低

B、钢的强度、硬度越低，塑性越高

C、钢的硬度越高，强度和塑性越低

D、钢的强度、硬度和塑性都升高

判断题

【 】1、匀晶转变过程是一个恒温转变过程。

【 】2.二元相图中，在共晶线上利用杠杆定律可以计算共晶体的相对量，而共晶区属于三相区，所以二元系中，杠杆定律不仅可用于两相区，而且可用于三相区。

【 】3.凡是碳钢的平衡结晶过程都具有共析转变，而没有共晶转变；相反，对于铸铁则只有共晶转变而没有共析转变。

【 】4.由一个固相同时析出成分和晶体结构均不相同的两个新相的过程称为共析转变

【 】5.固液体系中，平衡分配系数k0>1时，杂质的加入会使熔点下降。

【 】6.非共晶成分的合金在非平衡冷却条件下得到100%共晶组织，此共晶组织称为伪共晶。

【 】7.固溶体合金无论在平衡或不平衡凝固过程中，液-固界面上液相成分沿着液相平均成分线变化，固相沿着固相平均成分线变化。

【 】8.具有包晶转变的合金，室温的组成相为α+β，其中β相均是包晶转变的产物。

【 】9.奥氏体的溶碳能力之所以比铁素体高是因为奥氏体晶体间隙大。

【 】10.纯金属凝固时，界面前沿液体的过冷区形态和性质取决于液体内实际温度的分布，这种过冷叫做成分过冷。

【 】11. 从Fe-Fe3C相图中可以看出，所有碳钢的平衡凝固都具有共析转变，而没有共晶转变；白口铸铁则只有共晶转变而没有共析转变。

【 】12. 在不平衡条件下凝固，共晶成分的合金易于形成离异共晶。

【 】 13.二元合金相图的相区接触法则是相邻相区相数差1，点接触除外。

【 】14.合金凝固时，只要有成分连冷，就会出现树枝状晶。

【 】15.铸铁与碳钢的区别在于有无铁素体。

【 】16.固溶体合金无论在平衡或不平衡凝固过程中，液-固界面上液相成分沿着液相平均成分线变化，固相沿着固相平均成分线变化。

【 】17.合金液体在凝固形核时需要能量起伏、结构起伏和成分起伏。

【 】18.固溶体合金液体在完全混合条件下凝固后产生的宏观偏析较小。

【 】19.二元合金相图的相区接触法则是相邻相区相数差1，点接触除外。

【 】20.单相固溶体合金在平衡结晶时，其液、固相的成分分别沿其液、固相线变化。

【 】21.固溶体合金液体在完全混合条件下凝固后产生的宏观偏析较小。

【 】22.金属一非金属型共晶具有粗糙～光滑型界面，所以它们多为树枝状、针状或螺旋状形态。

【 】23.相图的相区接触法则是相邻相区相数差1。

【 】24.固溶体合金的液固相线间距越大，不平衡凝固时产生的偏析和集中缩孔越严重。

【 】25.在二元共晶相图中．共晶成分的合会具有良好的铸造性能。

【 】26.合金凝固时．只要有成分连冷，就会出现树枝状晶。

【 】27.铸铁与碳钢的区别在于有无铁素体。

填空题

1）二元相图是研究二元体系在热力学平衡条件下，相与 、 之间关系的有力工具。横坐标代表的 ，其按现在国家标准有两种表示方法： 、 。

2）二元相图根据各成分材料的 绘制的。其测定方法有 、 、 、 、 等多种，相图精确测定必须有多种方法。

3）A、B组元形成固溶体时，根据相互作用参数不同，导致自由能-成分曲线不同，当相互作用参数Ω ，A、B组元相互吸引，形成短程有序分布，极端情况下形成长程有序；若Ω=0，A、B组元形成 。

4）枝晶偏析的消除方法是 。

5）在合金平衡相图中，确定一定温度和合金组分下合金内存在的各相的比例时，可以通过等温连接线，利用 定律进行计算。

6）铸造应选用 合金，压力加工选用 。

7）铁素体是碳在 -Fe中的 固溶体，为 晶体结构，最大含碳量为 。与纯铁相比，其强度和硬度 ，塑性和韧性 ，这是由于 强化的结果。

8）奥氏体是 ，晶体结构为 ，奥氏体的最大含碳量是 。

Fe-Fe3C相图中含碳量小于 为钢，大于 为铸铁；工业纯铁碳含量为 。

9）铁碳合金相图中的三个恒温转变分别为 、 、 。

10）Fe-Fe3C相图中含碳量小于 为钢，大于 为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由 和 两个基本相组成；奥氏体其晶体结构是 ，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含碳量是 ；珠光体的含碳量是 ；莱氏体的含碳量是 ；在常温下，亚共析钢的平衡组织是 ，过共析钢的平衡组织是 ；FeCⅠ是从 中析出的，FeCⅡ是从 中析出的，FeCⅢ是从 中析出的，它们的含碳量为 。

11）由一个固相同时析出成分和晶体结构均不同的两个新固相的过程称为 转变。

12）铸锭三晶区是指紧靠膜内壁的细晶区、 、铸锭中心的等轴粗晶区。

13）在二元系中，在一定的温度下所发生L1=L2+α的转变叫做 转变。

14）区域提纯依据的原理是 。

15）典型铸锭组织通常有 、 和 。