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2. 在立方系中绘出{110}、{111}晶面族所包括的晶面及(112),(120)晶面。 3. 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？

根据自由能与晶胚半径的变化关系，可以知道半径rrk

的晶胚才有可能成核；而r=rk的晶胚既可能消失，也可能稳定长大。因此，半径为rk的晶胚成为临界晶核。其物理意义是，过冷液体中涌现出来的短程有序的原子团，当其尺寸r≥rk时，这样的原子团便可成为晶核而长大。 临界晶核半径，其大小与过冷度有关

rk?

2?TmLm?T

4. 试述结晶相变的热力学条件，动力学条件，能量及结构起伏。

分析结晶相变时系统自由能的变化可知，结晶的热力学条件为ΔG<0；由单

Lm?T可知，只有T>0，才有ΔGV<0。即只有过Tm位体积自由能的变化，?GV??冷，才能使ΔGV<0。动力学条件为液相的过冷度大于形核所需的临界过冷度，即?T??T。

由临界晶核形核功ΔGK=1/3σA可知，当形成一个临界晶核时，还有1/3的表面能必须有液体中的能量起伏来提供。

液体中存在的结构起伏，是结晶时产生晶核的基础，因此，结构起伏是结晶过程必须具备的结构条件。

5. 根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。

由凝固理论可知，结晶时单位体积中的晶粒数目z取决于形核率N和晶体长

??大速率G两个因素，即z?N。基本途径： G???（1）增加过冷度ΔT。 ΔT增加，N和G都随之增加，但是N的增长率大于G的增长率。因而，N/G的值增加，即z增多。

（2）加入形核剂，即变质处理。加入形核剂后，可以促使过冷液体发生非均匀形核。它不但使非均匀形核所需要的基底增多，而且使临界晶核体积减小，这都

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将使晶核数目增加，从而细化晶粒。

（3）振动结晶。振动，一方面提供了形核所需要的能量，另一方面可以使正在生长的晶体破断，可增加更多的结晶核心，从而使晶粒细化。 6. 根据Pb-Sn相图，试分析：

1)什么成分的合金适于压力加工，什么成分的合金适于铸造? 2)结合所学知识，用什么方法可以提高WSn<19%铅合金的强度？

1）压力加工时，要求合金有良好的塑性变形能力，组织中不允许有过多的

脆性第二相，所以要求铝合金中合金元素含量较低，一般不超过极限固溶度的成分。对Al-Cu合金，常选用WCu=4%的合金。该成分合金加热后可处于完全单相α状态，塑性好，适于压力加工。

铸造合金要求其流动性好。合金的结晶温度范围愈宽，其流动性愈差。从相图上看，共晶成分的流动性最好，所以一般来说共晶成分的合金具有优良的铸造性能，适于铸造。但考虑到其它多方面因素，一般选用WCu=10%的Al-Cu合金来进行铸造。

2）要提高合金的强度，可采用冷塑性变形的方法。通过冷变形，产生加工硬化效应，从而提高合金的强度。

7. 同样形状和大小的两块铁碳合金，其中一块是低碳钢，一块是白口铸铁。试问，用什么简便方法可迅速将它们区分开来?

由于它们含碳量不同，使它们具有不同的特性。最显著的使硬度不同，前者

硬度低，韧性好，后者硬度高，脆性大。若从这方面考虑，可以有多种简便方法来将二者区分开来，如1）用钢锉试锉，硬者为铸铁，易锉者应为低碳钢；2）用榔头敲砸，易破断者为铸铁，砸不断者为低碳钢，等等。

8. 试比较45(WC=0.45%)、T8(WC=0.8%)、T12(WC=1.2%)钢的硬度、强度和塑性有何不同？

由含碳量对碳钢性能的影响可知，随着钢中碳含量的增加，钢中的渗碳体增

多，硬度也随之升高，基本上呈直线上升。在wc=0.77%以前，强度也是呈直线上升的。在wc=0.77%时，组织全为珠光体，强度最高；但在wc>0.77以后，随碳量的继续增加，组织中将会出现网状渗碳体，致使强度很快下降；当wc≥2.11%

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后，组织中出现共晶莱氏体，强度将很低。而塑性是随着碳量增加而单调下降的，在出现莱氏体后，塑性将几乎降为零。

所以，综上所述，T12的硬度最高，45钢的硬度最低；T12的塑性最差，45钢塑性最好；T8钢均居中，而T8钢的强度最高。

9. 试述孪生与滑移的异同，比较它们在塑性变形过程中的作用。

答：滑移与孪生的相同点：两者都是晶体塑性变形的基本方式，都是在切应

力作用下，沿着一定晶面、晶向发生的切变。变形前后，晶体结构类型不变。 不同点：孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只是集中在一些滑移面上。滑移时，晶体的已滑移与未滑移部分晶体位向相同，而孪生部分与基体位向不同，是具有特殊的镜面对称关系。孪生变形原子变形位移小于孪生方向原子间距，为其原子间距的分数倍；滑移变形时，原子移动的距离是滑移方向上原子间距的整数倍。与滑移类似，孪生要素也与晶体结构有关，但是同一结构的孪晶面、孪生方向可以与滑移面、滑移方向不同。孪生的临界分切压力比滑移的临界分切应力大很多。孪生变形的应力-应变曲线与滑移不同，呈现出锯齿状的波动，主要是孪晶“形核”时，所需要的切应力大于孪晶界面扩展的应力所致。一般情况下，先发生滑移，当滑移难以进行的时候，才发生孪生变形。孪生对于塑性变形的直接贡献比滑移小得多，但是孪生改变了晶体位向，使硬位向的滑移系转到软位向，激发了晶体的进一步滑移。

10. 试用多晶体塑性变形理论解释，室温下金属的晶粒越细强度越高，塑性也就越好的现象。

答：晶界是阻碍位错运动的，而各晶粒位向不同，互相约束，也阻碍晶粒的变形。因此，金属的晶粒愈细，其晶界总面积愈大，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多，对塑性变形的抗力也愈大。因此，金属的晶粒愈细强度愈高。

同时晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数便越多，变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造成局部的应力集中和引起裂纹的过早产生和发展。因此，塑性、韧性也越好。

11. 回复和再结晶转变的驱动力是什么？

答：回复和再结晶的驱动力是金属变形后未被释放的储存能。 其中回复阶

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段所释放的储存能略占总变形能的10％，再结晶阶段所释放的储存能略占总变形能的90％。

12. 请叙述冷塑性变形后的金属材料在发生回复和再结晶过程中的缺陷和组织的变化。

答：在回复阶段，不发生大角度晶界的迁移，晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持纤维状或扁平状，从光学显微组织上几乎看不出变化。

在再结晶阶段，首先在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到形变组织完全改组为新的、无畸变的细等轴晶粒为止。

13. 为什么钢铁零件渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行？若不在γ相区中进行会有什么结果?

答：因α-Fe中的最大碳溶解度（质量分数）只有0.0218%，大于碳质量分数大于0.0218%的钢铁，在渗碳时零件中的碳浓度梯度为零，渗碳无法进行，即使是纯铁，在α相区渗碳时铁中的浓度梯度很小，在表面也不能获得高含碳层；由于温度低，扩散系数也很小，渗碳过程极慢，没有实际意义。γ-Fe中的碳溶解度高，渗碳时在表层可获得较高的碳浓度梯度时渗碳顺利进行。此外，γ-Fe区温度高，加速了扩散过程。

14. 简述 Fe-Fe3C 相图中三个基本反应：包晶反应,共晶反应及共析反应，写出反应式，标出含碳量及温度。

答：共析反应：冷却到727℃时具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分

????F0.02+Fe3C6.69 的铁素体和渗碳体的两相混合物。γ0.8?727包晶反应：冷却到1495℃时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相δ

????γ0.16 反应生成具有J点成分的固相A。 L0.5+δ0.1?1495共晶反应：1148℃时具有C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥氏

????γ2.14+ Fe3C6.69 体和渗碳体的两相混合物。 L4.3?1147

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