工程材料习题。
习题一》习题二》
习题三》1、解释下列名词的涵义：
过冷度，晶核形核率n，生长速率g，凝固，结晶，自由能差△f；变质处理，变质剂；合金，组元，相，相图；机械混合物；枝晶偏析，比重偏析，相组成物，组织组成物；平衡状态，平衡相。
答：过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之间的温度差叫过冷度；
晶核形核率n：单位时间，单位体积液态金属中生成的晶核数目（晶核形核数目∕s·mm3）；
生长速率g：表示晶核形成过程和晶体生长过程的快慢(单位时间内晶核长大的线长度mm∕s）；
凝固：物质从液态到固态的转变过程统称为凝固；
结晶：通过凝固形成晶体结构，可称为结晶；
自由能：物质中能够自动向外界释放出其多余的或能够对外做功的这一部分能量叫做自由能；
自由能差△f；液体结晶时，其温度低于理论结晶温度，造成液体与晶体间的自由能差（△f=f液-f晶）
变质处理：在液态金属结晶前，加入一些细小的变质剂使金属结晶时的晶核形核率n增加或生长速率g降低，这种细化晶粒的方法，称为变质处理；
变质剂：能够使物质变质的其它物质叫做变质剂。
合金：合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素经一定方法所组成的具有金属特性的物质；
组元：通常把组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的物质称为组元；
相：指在没有外力作用下，物理、化学性质完全相同，成分相同的均匀物质的聚焦态。
相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明**称为相图，又称状态图或平衡图。
机械混合物：通过共晶或共析反应形成的混合物叫机械混合物。
枝晶偏析：固溶体的结晶一般是按树枝状方式成长的，这就使先结晶的枝干成分与后结晶的分枝成分不同，由于这种偏析呈树枝状分布，故又称枝晶偏析；
比重偏析：亚共晶或过共晶合金结晶时，若初晶的比重与剩余液相的比重相差很大时，则比重小的初晶将上浮，比重大的初晶将下沉。这种由于比重不同而引起的偏析，称为比重偏析或区域偏析；
相组成物：有三种，铁素体，奥氏体，渗碳体；
组织：通常把在镜像显微镜下观察到的具有某种形貌或形态特征的部分，称为组织；
组织组成物：由相组成物组成的物质，也可以是单一相够成。
平衡状态物质达到的一种稳定的状态。：
平衡相：指在合金系中，达到平衡状态时，相对质量和相的浓度不再改变的参与或相变过程的各相。
2、技术结晶的基本规律是什么？晶核的形核率和生长速率受到哪些因素的影响？
答：金属洁净的基本规律是形核与长大。
受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形核率和成长率都增大，但形成率的增长率比成长率的增长快；同时外来难溶杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。
3、在铸造生产中，采取哪些措施控制晶粒大小？如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小。
1）、金属模浇注和砂模浇注；
2）、高温浇注与低温浇注；
3）。浇注时采用震动与不采用震动；
答：铸造生产中，控制晶粒大小的措施有：1）、增加过冷度，2）、孕育处理（变质处理），3）、附加振动等。
（1）金属模铸件晶粒小，（2）低温浇注的晶粒小，（3）采用振动的晶粒小。
4、何谓共晶反应、包晶反应和共析反应？试比较三种反应的异同点。
答：共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。
包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另一种固相的反应过程。
共析反应：有特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相反应。
共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相平衡状态。
不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共析是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。
5 、现有 a 、 b 两元素组成如图所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正确 ? 为什么 ?
l ）形成二元匀晶相图的 a 和 b 两个组元的晶格类型可以不同，但原子大小一定要相等。
2 ） k 合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含 b 量总是高于原液相中含 b 量。
3 ）溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不相同，故在平衡状态下固溶体的成分是不均匀的。
答：（1）错。
2）对：在同一温度下做温度线，分别与固液相交于一点，过交点，做垂直线可以看出与固相线交点处b含量冥想高于另一点。
3）错：虽然结晶出来成份不同，但平衡液体中成份是平衡的。
6、分析部分 mg-cu 相图 ( 如图所示 )
1) 填入各区域的组织组成物和相组成物，在各区域中是否会有纯 mg 相存在 ? 为什么 ?
2) 求出 30%cu 合金冷却到 500 ℃、400 ℃时各相的成分和重量百分比。
3) 画出 30%cu 合金自液相冷到室温的冷却曲线，并注明各阶段的相与相变过程。
答：（1）不会，应为mg与gu发生化学反应。
7 、二元匀晶相图、共晶相图与合金的机械性能、物理性能和工艺性能存在什么关系 ?
答：8 、为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金？为什么要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金 ?
答：①因为共晶体在恒温下进行结晶，同时熔点又最低，具有较好的流动性，在结晶时易形成集中缩孔，铸件的致密度好，所以常选用接近共晶成份的合金。
②因为单相固溶体通过选择适当的组成元素和适量的组成关系，可以是合金获得较纯金属高得多的强度和硬度，并保持较高的塑性和韧性，具有良好的压力加工性能。
9 、已知组元 a （熔点 700 ℃）与 b （熔点 600 ℃）在液态无限互溶；在固态 400 ℃时 a 溶于 b 中的最大溶解度为 20% ，室温时为 10% ，而 b 却不溶于 a ；在 400 ℃时，含 30%b 的液态合全发生共晶反应，现要求：
1) 绘制 a-b 合金相图，并标注各区域的相组成物和组织组成物；
2) 分析 15%a 、 50%a 、 80%a 合金的结晶过程，并确定室温下相组成物及组织组成物的对量；
机械工程材料课后习题答案
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