石德珂《材料科学基础》配套题库-章节题库(材料的相结构及相图)【圣才出品】
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第5章材料的相结构及相图
一、选择题
三元系统相图中，若存在有n条界线，则此系统相图中能连接出（）条连线。
A．3
B．n－1
C．n
D．n＋1
【答案】C
【解析】三元系统相图中，存在几条界线就能在相图中连接出几条连线。
二、填空题
1．Fe-Fe3C相图中含碳量小于______为钢，大于______为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由______和______两个基本相组成；奥氏体其晶体结构是______，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含碳量是______；珠光体的含碳量是______；莱氏体的含碳量为______；在常温下，亚共析钢的平衡组织是______，过共析钢的平衡组织是______；Fe3CⅠ是从______中析出的，Fe3CⅡ是从______中析出的，Fe3CⅢ是从______中析出的，它们的含碳量为______。
【答案】2.11％C；2.11％C；铁素体（a）；渗碳体（Fe3C）；FCC；2.11％；0.77％；
4.3％；铁素体和珠光体；珠光体和Fe3CⅡ；液相；奥氏体；铁素体；6.69％
2．置换固溶体的溶解度与原子尺寸因素、______、电子浓度因素和______有关。
【答案】电负性；晶体结构
三、判断题
1．中间相只是包括那些位于相图中间且可以用一个分子式表示的化合物相。
（）【答案】×
【解析】凡是位于相图中间的各种合金相结构都统称为中间相，这其中当然包括一个分子式表示的化合物相以及一些固溶体相。
2．三元相图中的三元无变量点都有可能成为析晶结束点。
（）
【答案】×
【解析】三元相图中三条界线的交点是三元无变量点，也是低共熔点，它的液相同时对三种晶相饱和。
低共熔点也是存在液相的最低温度点。
通过低共熔点平行于底面的平面称为固相面或结晶结束面。
固相面之下全部是固相。
四、名词解释
1．中间相
答：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。
2．间隙固溶体
答：间隙固溶体是指若溶质原子比较小时可以进入溶剂晶格的间隙位置之中而不改变溶剂的晶格类型所形成的固溶体。
3．相图中的自由度
答：相图中的自由度是指在相平衡系统中，在一定范围内可以任意改变而不引起旧相消失或新相产生的独立变量。
4．置换固溶体
答：溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。
当溶剂和溶质原子直径相差不大，一般在15%以内时，易于形成置换固溶体。
铜镍二元合金即形成置换固溶体，镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子。
五、简答题
1．请根据Fe-Fe3C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℃渗碳气氛下长期保温，碳原子仅由棒顶端渗入（如图5-1所示），试分析并标出930℃和缓冷至室温时的组织分布情况（绘制在答题纸上）。
答：（1）L-L→γ-γ-γ→Fe3CⅡ-γ→α＋Fe3C-α→Fe3CⅢ
相组成：α＋Fe3C；组织组成：P＋Fe3CⅡ（忽略Fe3CⅢ）。
（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；Fe3CⅡ的析出将受到抑制，甚至不析出。
图5-1
（3）如图5-2所示。
图5-2
2．有错误的A-B二元系平衡相图如图5-3（a）所示。
（1）在改动量最少的前提下改正图中的错误。
（2）说明错误的理由。
解：（1）经改正的相图如图5-3（b）所示。
（2）根据相律及相区接触法则，原图中有4处错误：
①e、d两点应重合。
因为对组元A，它相当于一元系，α与β两相平衡（同素异构转变）时，自由度为零，温度不变；
②kln线应该水平。
既然有三个两相区及三个单相区与之相接，它就应该是一个三相平
衡区，故为一条水平线；
③与fghij线相接的应是三个而不是四个单相区；
④水平线cb应是三相平衡（包晶反应）线。
a）有错误的；b）经改正的
图5-3 A-B二元平衡相图
3．三元合金相图中的垂直截面与二元合金相图有何不同？为什么二元合金相图可以使用杠杆定律来分析各个相的相对含量，而三元合金相图中的垂直截面却不能？
答：三元合金相图中垂直截面的两端并不是纯组元，而是一端纯组元、另一端二元合金，甚至两端都是二元合金。
另外，在二元合金相图中纯组元的相变点只有一个，而在三元合金相图的垂直截面中，其两端往往是开口的，即有两个相变点。
因此，它与二元合金相图不同，是一个伪二元合金相图。
杠杆定律表示在一定的温度下，合金两个相的相对含量与合金成分点到两个相区线的距离成反比。
杠杆定律的应用必须保证自由度为零的条件。
在三元合金相图中的垂直截面中，即使温度一定，此时的自由度f＝c―p＝3―2＝1，也不满足自由度为零的条件。
因此，在三元合金相图中的垂直截面中，不能使用杠杆定律来分析各个相的相对含量。
4．Pb-Sn-Bi三元合金相图如图5-4所示。
（1）试写出图中五条单变量线及P点、E点反应的反应式。
（2）分析图中合金2的平衡结晶过程，指出它的开始凝固温度。
图5-4
答：（1）图5-4中五条单变量线的反应式分别为：
e1P：L→α＋δ；
e2E：L→γ＋δ；
e3E：L→γ＋β；
pP：L＋α→β；
PE：L→δ＋β；
P点反应：L＋α→δ＋β；
E点分反应：L→δ＋β＋γ；
（2）图5-4中合金2的平衡结晶过程：L→δ，L→δ＋β，L→δ＋β＋γ；合金2的开。
