工程材料及成形工艺试题三及答案
一、是非题。

（正确的在括号内画√，错的画×，
每题2分，,共10分）
1. 金属多晶体是由许多结晶方向相同的单晶体组成的。

（）
2.纯金属结晶时，形核率随着过冷度的增加而不断增加。

（）
3.间隙固溶体一定是无限固溶体。

（）
4. 铁素体的本质是碳在α-Fe中的间隙相。

（）
5.在铁碳合金平衡结晶过程中，只有成分为4.3%C的铁碳合金才能发生共晶反
应。

（）
二、选择题。

（每题10分,共20分）
1.晶体中的位错属于（）
（a）点缺陷；（b）线缺陷；（c）面缺陷；（d）不属于缺陷
2.α-Fe和γ-Fe分别属于什么晶格类型（）
（a）体心立方和面心立方；（b）面心立方和体心立方；（c）体心立方和密排六方；（d）面心立方和密排六方；
3.金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将（）
（a）越高；（b）越低；（c）也接近理论结晶温度；（d）没有影响；
4.实际金属结晶时，通过控制形核速率N和长大速率G的比值来控制晶粒大小，在下列情况下获得粗大晶粒（）
（a）N/G很大；（b）N/G很小；（c）N/G居中时；（d）与N/G无关；
5.固溶体的晶体结构（）
（a）与溶剂相同；（b）与溶质相同；（c）与溶剂、溶质都不同；（d）与溶剂相同、也可能与溶质相同；
6. 间隙固溶体一定是（）
（a）无限固溶体；（b）有序固溶体；（c）有限固溶体；（d）置换固溶体；
7. 奥氏体是（）
（a）碳在α-Fe中的间隙固溶体；（b）碳在α-Fe中的置换固溶体；
（c）碳在γ-Fe中的间隙固溶体；（d）碳在γ-Fe中的置换固溶体；
8.珠光体是一种（）
（a）单相固溶体；（b）两相混合物（c）Fe与C的化合物；（d）两相固溶体；
9.铁素体的力学性能特点是（）
（a）强度高、塑性好、硬度低；（b）强度低、塑性差、硬度低；
（c）强度低、塑性好、硬度低、（d）强度高、塑性差、硬度低；
10.Fe－Fe3C相图中ES线是碳在（）中的固溶线。

（a）铁素体；（b）珠光体；（c）奥氏体；（d）渗碳体；
三、名词解释。

（每空5分，共20分）
1.晶胞
2.晶粒
3.合金
4.相。

5.共晶转变
四、解答题。

（本题50分）
1.实际金属中存在的缺陷有哪些？他们对性能有什么影响？（5分）
2.常见金属晶体结构有哪几种？α-Fe、γ-Fe 、Cr、V、Al、Cu、Ni、Mg、Zn各为何种晶体结构。

（5分）
3.试画出纯金属的冷却曲线，分析曲线中出现的“平台”的原因。

（5分）
4.什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？（5分）
5.根据铁碳合金相图分析碳含量为0.45%、1.2%铁碳合金从液态缓冷至室温的结晶过程，并绘出它们的室温平衡状态显微组织示意图。

（30分）
试题三答案
一、是非题。

（正确的在括号内画√，错的画×）
1. ×
2. ×
3. ×
4. ×
5.×
二、选择题。

1-10 babba ccbcc
三、名词解释
1.晶胞：用来描述晶体结构的最小的单元。

2.晶粒：位向不同、形状各异的小晶体称为晶粒。

3.合金：由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。

4.相：把合金中结构相同、成分和性能均一，并以界面相互隔开的组成部分。

5.共晶转变：二元合金在缓慢冷却到某个温度时发生同时结晶出两种成分不同的固相过程。

四、解答题。

1.实际金属中存在的缺陷有哪些？他们对性能有什么影响？（5分）
答：（1）点缺陷：产生晶格畸变；，是电阻、强度升高原子扩散容易；
（2）线缺陷：产生晶格畸变，位错密度达到一定程度，产生位错强化；
（3）面缺陷：原子排列紊乱，处于高能量状态，使原子扩散容易，晶界容易受腐蚀，晶界阻碍位错运动，产生晶界强化。

2.常见金属晶体结构有哪几种？α-Fe、γ-Fe 、Cr、V、Al、Cu、Ni、Mg、Zn各为何种晶体结构。

（5分）
答：常见的晶格：体心立方晶格（BCC）、面心立方晶格（FCC）或密排六方晶格。

体心立方晶格：α-Fe、Cr、V。

面心立方晶格：γ-Fe、Al、Cu、Ni。

密排六方晶格：Mg、Zn。

3.试画出纯金属的冷却曲线，分析曲线中出现的“平台”的原因。

（5分）
答：原因是结晶时释放的结晶潜热与向外散失的热量达到平衡。

4.什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？（5分）
答：通过在溶剂中融入某种元素形成固溶体而使合金强度、硬度提高的效应，成为固溶强化。

其原因是溶入溶质元素后，溶剂晶格产生畸变，使位错运动的阻力增大。

5. 根据铁碳合金相图分析碳含量为0.45%、1.2%铁碳合金从液态缓冷至室温的结晶过程，并绘出它们的室温平衡状态显微组织示意图。

（30分）
答：
图2-28 典型铁碳合金结晶过程示意图
（1）共析钢的结晶
图2-28所示中合金Ⅰ为w
c
=0.77％的共析钢，其结晶过程如图2-29所示，它在1点以上为液相，温度缓慢降到1点时开始从液相中结晶出奥氏体，降到2点时液相全部结晶为奥氏体。

在2-3点（即S点）之间奥氏体没有变化，继续缓慢冷却至3（727℃）点，开始发生共析转变，从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体，构成交替重叠的层片状两相组织，称为珠光体（P）。

其共析转变式为：As→P
（F+Fe
3
C）。

在3点以下继续缓冷时，铁素体成分沿PQ线变化，将有少量三次渗
碳体（Fe
3C
Ⅲ
）从铁素体中析出，并与共析渗碳体混在一起，不易分辨，而且在
钢中影响不大，故可忽略不计。

合金Ⅰ的室温组织为珠光体。

共析钢的显微组织
如图2-29中最后一图所示，其中白色部分为铁素体，黑色部分为渗碳体。

图2-29 共析钢结晶过程示意图
（3）过共析钢的结晶
图2-28中合金Ⅲ为wc =1.2％的过共析钢。

其结晶过程如图2-31所示，当温度降到1点时开始从液相中结晶出奥氏体，降到2点时全部结晶为奥氏体，在2点和3点之间奥氏体没有变化，当温度继续降低到3点以下，此时从奥氏体中将析出二次渗碳体（Fe3CⅡ），且奥氏体的质量分数沿ES线变化。

当缓慢冷却到4点时，剩余奥氏体为S点成分，将发生共析反应，转变为珠光体。

继续冷却，组织基本不变。

其室温组织为珠光体和网状二次渗碳体。

过共析钢的显微组织如图2-31最后一图所示，其中呈片状黑白相间的组织为珠光体，白色网状组织为二次渗碳体。

所有的过共析钢的室温组织都是由珠光体和网状二次渗碳体组成的。

不同的是随碳的质量分数的增加，网状二次渗碳体量增多，珠光体量减少。

图2-31 过共析钢结晶过程示意图。