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一、名词解释

1． 异质形核

【答案】异质形核是晶核在液态金属中依靠外来物质表面（型壁或杂质）或在温度不均匀处择优形成的形核方式。

2． 中间相

【答案】中间相是指合金中组元之间形成的、与纯组元结构不同的相。在相图的中间区域。

二、简答题

3． 试从结合键的角度，分析工程材料的分类及其特点。

【答案】金属材料：主要以金属键为主，大多数金属强度和硬度较高，塑性较好。陶瓷材料：以共价键和离子键为主，硬、脆，不易变形，熔点高。高分子材料：分子内部以共价键为主，分子间为分子键和氢键为主。复合材料：是以上三中基本材料的人工复合物，结合键种类繁多，性能差异很大。

4． 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？

【答案】（1）成分过冷：在合金的凝固过程中，由于液相中溶质分布发生变化而改变了凝固温度，这可由相图中的液相线来确定，因此，将界面前沿液体中的实际温度分布低于由于溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，称为成分过冷。

（2）对形貌的影响：

①当在液-固界面前沿有较小的成分过冷区时，平面生长就会被破坏；

②界面某些凸起的地方，在它们进入过冷区之后，由于过冷度稍有増加，促进了它们进一步凸向液体，但因成分过冷区较小，凸起部分不可能有较大的伸展，使界面形成了胞状组织；

③如果界面前沿的成分过冷区较大，则凸出部分就能继续伸向过冷液相中生长，同时在侧面产生分枝，形成二次轴，在二次轴上再长出三次轴等，这样就形成树枝状组织。

综上述，由于成分过冷，可是合金在正的温度梯度下凝固得到树枝状组织。

5． 已知某铜单晶试样的两个外表面分别是（001）和（111）。请分析当此晶体在室温下滑移时，在上述每个外表面上可能出现的滑移线彼此成什么角度？

【答案】可能的滑移面为{111}晶面族，它们与（001）面的交线只可能有[110]和

线彼此平行或垂直。滑移面与（111

）面的交线可能有

或成60°角。

，所以滑移，所以滑移线彼此平行

6． 请根据相图分析回答下列问题：

（1）请分析2.0wt%C合金平衡状态下的结晶过程，并说明室温下的相组成和组织组成。

（2）请分析2.0wt%C合金在较快冷却，即不平衡状态下，可能发生的结晶过程，并说明室温下组织会发生什么变化。

（3）假设将一无限长纯铁棒置于930°C 渗碳气氛下长期保温，碳原子仅由棒顶端渗入（如图1

，试分析并标出930°C 和缓冷至室温时的组织分布情况（绘制在答题纸上）所示）。

【答案】⑴

相组成：

甚至不析出。

组织组成： 的析出将受到抑制，（2）根据冷速不同，可能出现共晶反应，得到Ld ；得到的P 层片细小；

图1

（3）如图2所示。

图2

7． 对于固体材料将其晶粒细化后其力学性能会有何种变化? 解释原因。并回答对于铸件能否采用再结晶的方法细化晶粒，为什么？

【答案】固体材料将其晶粒细化后，会出现细晶强化的现象，即材料的强度、硬度、塑性、韧性同时提高。这是因为：由于晶粒细小，可供塞积位错的滑移面较短，塞积位错的数目较少，由位错塞积引起的应力集中分散于各个晶粒中，使其屈服强度升高。

另一方面，由于晶粒细小，在相同的外力作用下，处于滑移有利方向的晶粒数较多，应力分散在各晶粒中，即使在受到大的塑性变形时，仍然保持其较好的性能，而不致开裂，从而提高材料的軔性。

对于金属铸件则不能采用再结晶的方法细化晶粒，这是因为：一方面再结晶过程需要在一定的形

变基础上，由储存能提供一定的能量进行晶粒的重新形核、长大，铸件没有进行过形变。另一方面，由于再结晶温度过低，铸件也不可能通过重结晶相变细化晶粒。

8． 典型金属的晶体结构有哪些？其间隙分别包含哪些类型？

【答案】典型金属的晶体结构主要有体心立方、面心立方和密排六方，其间隙分别有四面体间隙和八面体间隙。

三、计算题

9． 以NaCl 晶胞为例，说明面心立方结构中的八面体和四面体空隙的位置和数量。

【答案】在NaCl 晶体结构中，

胞体中心的为面心立方紧密堆积，处于八面体空隙位置中。以NaCl 晶的位置也都是八面体中心。为例，它处于6个的八面体中心。晶胞中其他

因此，NaCl 晶胞中全部八面体的位置和数量为：体中心一个，每条棱边的中心皆为八面体空隙位置，属于单位晶胞的仅为1/4。位于棱中心的八面体空隙位置共有12个，因此，属于单位晶胞的这种空隙为12×1/4=3。加上体中心的一个，单位晶胞中共有4个八面体空隙。

四面体空隙处于单位晶胞的体对角线方向，属于单位晶胞的共有8个四面体空隙。

在NaCl 晶胞中，作为立方紧密堆积的离子，在单位晶胞中共有4个。因此，在这种紧密堆积中质点数与八面体空隙数之比为1:1，与四面体空隙数之比为1:2。

10．画出平衡相图，标注各点的字母代号、温度。

（1）分析成分为0.6%C的合金缓慢冷却过程组织变化（画出组织示意图并指出图中各部分的名

； 称）

（2）计算室温时各相组成物及组织组成物的相对含量；

（3）两快同样形状和大小的铁碳合金，一块是低碳钢、一块是白口铸铁。试问用什么简便的方法可迅速将它们区分开来？ 【答案】平衡相图如图（a ）所示。