1、精選優質文檔-傾情為你奉上金屬學與熱處理第二版（崔忠圻）答案第三章 二元合金的相結構與結晶3-1 在正溫度梯度下，為什么純金屬凝固時不能呈樹枝狀生長，而固溶體合金卻能呈樹枝狀成長？答：原因：在純金屬的凝固過程中，在正溫度梯度下，固液界面呈平面狀生長；當溫度梯度為負時，則固液界面呈樹枝狀生長。固溶體合金在正溫度梯度下凝固時，固液界面能呈樹枝狀生長的原因是固溶體合金在凝固時，由于異分結晶現象，溶質組元必然會重新分布，導致在固液界面前沿形成溶質的濃度梯度，造成固液界面前沿一定范圍內的液相其實際溫度低于平衡結晶溫度，出現了一個由于成分差別引起的過冷區域。所以，對于固溶體合金，結晶除了受固液界面溫度梯度

2、影響，更主要受成分過冷的影響，從而使固溶體合金在正溫度梯度下也能按樹枝狀生長。3-2 何謂合金平衡相圖，相圖能給出任一條件下合金的顯微組織嗎？答：合金平衡相圖是指在平衡條件下合金系中合金的狀態與溫度、成分間關系的圖解，又稱為狀態圖或平衡圖。由上述定義可以看出相圖并不能給出任一條件下合金的顯微組織，相圖只能反映平衡條件下相的平衡。3-3 有兩個形狀、尺寸均相同的Cu-Ni合金鑄件，其中一個鑄件的WNi=90%，另一個鑄件的WNi=50%，鑄后自然冷卻。問凝固后哪一個鑄件的偏析嚴重？為什么？找出消除偏析的措施。答：WNi=50%鑄件凝固后偏析嚴重。解答此題需找到Cu-Ni合金的二元相圖。原因：固溶

3、體合金結晶屬于異分結晶，即所結晶出的固相化學成分與母相并不相同。由Cu-Ni合金相圖可以看出WNi=50%鑄件的固相線和液相線之間的距離大于WNi=90%鑄件，也就是說WNi=50%鑄件溶質Ni的k0（溶質平衡分配系數）高，而且在相圖中可以發現Cu-Ni合金鑄件Ni的k0是大于1，所以k0越大，則代表先結晶出的固相成分與液相成分的差值越大，也就是偏析越嚴重。消除措施：可以采用均勻化退火的方法，將鑄件加熱至低于固相線100-200的溫度，進行長時間保溫，使偏析元素充分擴散，可達到成分均勻化的目的。3-4 何謂成分過冷？成分過冷對固溶體結晶時晶體長大方式和鑄錠組織有何影響？答：成分過冷：固溶體合金

4、在結晶時，由于選分結晶（或者叫異分結晶）現象，溶質組元必然會重新分布，導致在固液界面前沿形成溶質的濃度梯度，造成固液界面前沿一定范圍內的液相其實際溫度低于平衡結晶溫度，出現了一個由于成分差別引起的過冷區域。過冷度為平衡結晶溫度與實際溫度之差，這個過冷度是由成分變化引起的，所以稱之為成分過冷。成分過冷對固溶體結晶時晶體長大方式和鑄錠組織的影響：在固液界面前沿無成分過冷區域時，晶體以平面長大方式生長，長大速度完全受散熱條件控制，最后形成平面狀的晶粒組織；在過冷區域比較小時，固液界面上的偶然突出部分，可伸入過冷區長大，突出部分約為0.1-1mm，晶體生長是穩定的凹凸不平界面以恒速向液體中推進。這種凹

5、凸不平的界面通常稱之為胞狀界面，具有胞狀界面的晶粒組織稱為胞狀組織，因為它的顯微形態很像蜂窩，所以又稱為蜂窩組織，它的橫截面典型形態呈規則的六變形；在過冷區域較大時，則固溶體合金的結晶條件與純金屬在負溫度梯度下的結晶條件相似，在固液界面上的突出部分可以向液相中突出相當大的距離，在縱向生長的同時，又從其側面產生突出分枝，最終發展成樹枝晶組織。3-5 共晶點和共晶線有什么關系？共晶組織一般是什么形態？如何形成的？答：共晶點和共晶線的關系：共晶轉變：在一定溫度下，由一定成分的液相同時結晶出成分一定的兩個固相的轉變過程，稱為共晶轉變或共晶反應。在二元合金中，由相率可知，二元三相平衡時，其自由度為零，即

6、在共晶轉變時必然存在一個三相共晶平衡轉變水平線，把這條水平相平衡線稱作共晶線。把共晶線上對應發生共晶反應的液相合金成分點稱為共晶點。共晶組織的一般形態：共晶組織的形態很多，按其中兩相的分布形態，可以分為層片狀、針片狀、棒條狀、樹枝狀、球狀、螺旋狀等。通常，金屬-金屬型的兩相共晶組織大多為層片狀或棒條狀，金屬-非金屬性的兩相共晶組織表現為針片狀樹枝狀、。共晶組織的形成過程（交替形核）：和純金屬及固溶體合金的結晶過程一樣，共晶轉變同樣要經過形核和長大的過程。在形核時，生成相中的兩相必然一個在先，一個在后，首先形核的相稱為領先相。如果領先相是溶質含量比較少的相，則多余的溶質必然要從先結晶的晶體中排出

7、，造成固液界面前沿液相中溶質富集，為另一相的形核創造條件。而另一相在形核長大時必然要排出多余的溶劑原子向固液界面富集，在固液界面前沿形成溶質的貧瘠區，給領先相的形核又創造條件，于是兩生成相就這樣彼此交替的的形核長大，最終形成共晶組織。反之亦然。3-6 鉍（熔點為271.5）和銻（熔點為630.7）在液態和固態時均能彼此無限互溶，W Bi=50%的合金在520時開始凝固出成分為W Sb=87%的固相。W Bi=80%的合金在520時開始凝固出成分為W Sb=64%的固相。根據上述條件，要求：1）繪出Bi-Sb相圖，并標出各線和各相區的美稱。2）從相圖上確定W Sb=40%合金的開始結晶溫度和結晶

8、終了溫度，并求出它在400時的平衡相成分及其含量。答：1）相圖和相區2）T開與T終在相圖中已標出，W Sb=40%合金在400時的平衡相成分及其含量可根據相圖和杠桿定律計算得出： 根據相圖可以看出：在400相平衡時，L1相為W Bi=80%的液相Bi-Sb合金，相為W Bi=50%的固相相Bi-Sb合金。 根據杠桿定律：L1相的含量=（0.6-0.5）/（0.8-0.5）×100%33.3% 相的含量=1-33.3%66.7%3-7 根據下列試驗數據繪出概略的二元共晶相圖：組員A的熔點為1000，組員B的熔點為700，W B=25%的合金在500結晶完畢，并由220/3%的先共晶相與

9、80/3%的（+）共晶體所組成；W B=50%的合金在500結晶完畢，并由40%的先共晶相與60%的（+）共晶體所組成，而此合金中相的總量為50%。答：3-8 組員A的熔點為1000，組員B的熔點為700，在800存在包晶反應：（W B=5%）+L（W B=50%）（W B=30%）；在600存在共晶反應：L（W B=80%）（W B=60%）+（W B=95%）；在400存在共析反應：（W B=50%）（W B=2%）+（W B=97%）.根據這些數據畫出相圖。答：3-9 在C-D二元系中，D組員比C組員有較高的熔點，C在D 中的沒有固溶度。該合金系存在下述恒溫反應： 1）L（W D=30%

10、）+D（W D=40%），700 2）L（W D=5%）+（W D=25%）（W D=10%），500 3）（W D=45%）+D（W D=70%），600 4）（W D=30%）（W D=5%）+（W D=50%），400根據以上數據，繪出概略的二元相圖。答：3-10 由試驗獲得A-B二元系的液相線和各等溫反映的成分范圍，如脫所示，在不違背相率的條件下，試將此相圖繪完，并填寫其中各相區的相名稱（自己假設名稱），并寫出各等溫反應式。答：3-11 試指出圖3-72中的錯誤指出，說明原因，并加以改正。答：錯誤之處及原因：L+與L+兩個兩相區之間應該有一條三相共存水平線。L、的三相平衡線應該是一條溫

11、度恒定的水平線，而不是斜線。原因：根據相接觸法則，在二元相圖中相鄰相區的相數相差一個（點接觸情況除外），即兩個單相區之間必定有一個由著兩相所組成的兩相區，兩個兩相區之間必須以單相區或三相共存水平線隔開。當壓力恒定是，根據相率F=C-P+1可知二元三相平衡是，F為零，即獨立可變因素的數目為零，也就是二元三相平衡轉變必定是在溫度恒定的情況下進行，而且三相的成分也是固定的。正確的相圖：3-12 假定需要用W Zn=30%的Cu-Zn合金和W Sn=10%的Cu-Sn合金制造尺寸、形狀相同的鑄件，參照Cu-Zn合金和Cu-Sn合金的二元相圖（如圖），回答下述問題： 1）那種合金的流動性好？2）那種合金

12、形成縮松的傾向大？3）那種合金的熱裂傾向大？4）那種合金的偏析傾向大？答：1）W Zn=30%的Cu-Zn的流動性要好。因為固溶體合金的流動性與合金相圖中液相線和固相線的水平距離和垂直距離有關，即與結晶的成分間隔和溫度間隔有關。成分間隔越大，固液界面越容易產生較寬的成分過冷區域，造成固液界面前沿的液體樹枝狀形核，形成較寬的固液兩相混合區，這些樹枝晶體阻礙了金屬液的流動；當溫度間隔大時，則會給樹枝晶的長大提供更多的時間，使枝晶發達彼此交錯，進一步降低了金屬液的流動性。所以，由相圖可以明顯看出W Zn=30%的Cu-Zn的成分間隔和溫度間隔要小，流動性要好。2）W Sn=10%的Cu-Sn形成縮松的傾向大。因為W Sn=10%的Cu-Sn的結晶成分間隔和溫度間隔大，結晶時樹枝晶發達，金屬液被枝晶分割嚴重，這些被分隔開的枝晶間的液體，在繼續凝固時得不到液體的補充，容易形成分散縮孔（縮松）。3）W Sn=10%的Cu-Sn熱裂傾向大。因為W Sn=10%的Cu-Sn的結晶成分間隔和溫度間隔大，使固溶體合金晶粒間存在一定量液相的狀態保持較長時間，此時的合金強度很低，在已結