⼀、填空题
1.铸锭的宏观组织是由表层细晶区、柱状晶区、中⼼等轴晶区三个区组成。2. 每个⾯⼼⽴⽅晶胞中的原⼦数为 4 ，其配位数为12 。
3a, 配3.晶格常数为a的体⼼⽴⽅晶胞, 其原⼦数为 2 , 原⼦半径为4/位数为 8 ，致密度为 0.68 。
4. 根据参数相互关系，可将全部点阵归属于7 种晶系，14 种布拉维点阵。
5. 刃型位错的柏⽒⽮量与位错线互相垂直 , 螺型位错的柏⽒⽮量与位错线互相平⾏。螺型位错的位错线平⾏于滑移⽅向，位错线的运动⽅向垂直于位错线。
6. 扩散的驱动⼒是__化学势梯度____。分别以D L、D S和D B表⽰晶内、表⾯和界⾯的扩散系数，则三者⼤⼩的⼀般规律是D L
7. 在过冷液体中，晶胚尺⼨⼩于临界尺⼨时不能⾃发长⼤。8. 均匀形核既需要结构起伏，⼜需要能量起伏。
9. 蠕变是指在某温度下恒定应⼒下所发⽣的缓慢⽽连续的塑性流变现象。
10. 再结晶形核机制包括晶界⼸出和亚晶形核两种，其中亚晶形核机制⼜分为亚晶合并和亚晶迁移两种。11. 纯⾦属结晶时，固液界⾯按微观结构分为光滑界⾯和粗糙界⾯。
12.纯⾦属的实际开始结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为过冷，理论结晶温度与实际开始结晶温度之差称为过冷度。
13．合⾦中的基本相结构，有固溶体和⾦属化合物两类，其中前者具有较⾼的综合机械性能，适宜做基体相；后者具有较⾼的熔点和硬度，适宜做强化相。
14. 刃型位错的割阶部分仍为刃型位错，扭折部分则为螺型位错；螺形位错中的扭折和割阶部分均属于刃型位错。15. 再结晶的驱动⼒是变形⾦属经回复后未被释放的储存能。
16. 为了使材料获得超塑性，通常应满⾜三个条件：具有等轴细⼩两相组织、在（0.5~0.65）Tm 温度范围内和在10-2~10-4 s-1 应变率范围内进⾏。17. ⾮稳态扩散可⽤菲克第⼀定律结合质量守恒条件推导出的菲克第⼆定律描述。18. 间隙相和间隙化合物主要受组元的 原⼦尺⼨ 因素控制。
19. 相律是分析相图的重要⼯具，当系统的压⼒为常数时，相律的表达式为 f ＝c －p ＋1。20. 根据相律，⼆元合⾦结晶时，最多可有 3 个相平衡共存，这时⾃由度为 0 。
21.根据相区接触法则可以推定，两个单相区之间必定有⼀个 两相区 ，两个两相区之间必须以 单相区 或 三相共存⽔平线 隔开。⼆元相图的三相区是⼀条⽔平线，该区必定与 两相区 以点接触，与 单相区 以线接触。22. 共价晶体的特点是配位数服从 8-N 法则。
23. ⾦属单晶体的应⼒-应变曲线，其塑性部分由三个阶段组成： 易滑移阶段 ，线性硬化阶段 和 抛物线型硬化阶段 。
24. 莱⽒体是共晶转变所形成的 奥⽒体 和 渗碳体 组成的混合物。25. 相变反应式L （液）→α（固）+β（固）表⽰ 共晶 反应；γ（固）→α（固）+β（固）表⽰ 共析 反应。
26. 把刃型位错多余半原⼦⾯的向上运动成为 正攀移 ，向下运动成为 负攀移 。
27. 在多电⼦的原⼦中，核外电⼦的排布规则遵循 能量最低原理 ， 泡利不相容原则 和 洪德定则 。
28. 固溶体合⾦结晶时，其平衡分配系数K o 表⽰固液两平衡相中的 溶质浓度之⽐。
29. ⼀个滑移系是由 滑移⾯ 和 滑移⽅向 组成。
30. ⾯⼼⽴⽅晶格的滑移系有 12 个，体⼼⽴⽅晶格的滑移系有 12 个。31.滑移常沿晶体中 最密排 的晶⾯及晶向发⽣。32.扩散的驱动⼒是 化学位梯度 。
33.所谓上坡扩散是指 沿着浓度降低的⽅向进⾏的扩散，使浓度趋于均匀化 ，反应扩散是指 通过扩散使固溶体的溶质组元浓度超过固溶体极限⽽形成新相的过程 。
34. 在Fick 第⼀定律的表达式dxdC D
J -=中，负号表⽰ 扩散由⾼浓度向低浓度⽅向进⾏ 。
35. 通常把伯⽒⽮量等于单位点阵⽮量的位错称为单位位错，把伯⽒⽮量⼩于点阵⽮量的位错称为部分位错。
36. 原⼦中电⼦的空间位置和能量可⽤主量⼦数，轨道⾓动量量⼦数，磁量⼦数，⾃旋⾓动量量⼦数四个量⼦数来确定。37. 相邻晶粒位相差⼩于10°的晶界称为⼩⾓度晶界，其中⼩于2°的晶界称为亚晶界⼆、选择题
1．Fe―Fe3C 合⾦中，合⾦具有最好流动性的是（B）。A. C%=4.00%B. C%=4.30%C. C%=4.60%
2．凝固的热⼒学条件为（C）。A. 形核率B.系统⾃由能增加C. 过冷度
3．⼆元相图中，当有⼆次相析出时，固溶线表现为（A）。A. 垂线B. ⽔平线C. 斜线
4.符号表⽰（C）。A. 晶⾯族B. 晶向族
C. 晶向
5.A和A-B合⾦焊合后发⽣柯肯达尔效应，测得界⾯向A试样⽅向移动，则（A）。
A. A组元的扩散速率⼤于B组元B. B组元的扩散速率⼤于A组元C. 和扩散速率⼤⼩⽆关
6.在置换型固溶体中，原⼦扩散的⽅式⼀般为（C）。A. 原⼦互换机制B. 间隙机制C. 空位机制
7.形成临界晶核时体积⾃由能的减少只能补偿表⾯能的（B）。A. 1/3B. 2/3C. 3/4
8.⾯⼼⽴⽅（fcc）结构的铝晶体中，每个铝原⼦在本层（111）⾯上的原⼦配位数为（A）。A. 6B. 8C. 4
9.简单⽴⽅晶体的致密度为（B）。A. 65%B. 52%C. 58%
10.机械零件在正常⼯作条件下多数处于（A）。A.弹性变形状态B. 塑性变形状态C. 弹塑性变形状态
11.实际晶体的线缺陷表现为（B）。A. 空位和间隙原⼦B. 位错C. 晶界
12.铸件裂纹⼀般产⽣在（A）。A. 铸件较厚的地⽅B. 较薄的地⽅C. 有孔的地⽅
13.缩孔最可能出现的部位是（A）。A. 铸件最上部B. 铸件中部
C. 在铸件最上部及热节处
14.冷铁配合冒⼝形成定向凝固能防⽌铸件（A）。A. 缩孔、缩松B. 应⼒C. 变形
15.铅在常温下的变形属(B)。A. 冷变形B. 热变形C. 弹性变形
16. 某⾦属凝固时的形核功为△G*，其临界晶核界⾯能为△G，则△G*和△G 的关系为（A）。A. △G=3△G*B. △G=1/3△G*C. △G=△G*
17. 氮、氧在⾦属中⼀般占据间隙位置，这是因为（C）。A. ⾦属中间隙半径⼤于氮、氧原⼦半径B. 氮、氧都是⽓体
C. 氮、氧原⼦半径较⼩，能挤⼊⾦属中的间隙位置18.根据⼆元相图相区接触规则，（B）。A. 两个单相之间必定有⼀个单相区隔开
B. 两个两相区必须以单相区或三相共存⽔平线隔开C. 三相⽔平线必须和四个两相区相邻19.⼆次再结晶是（C）。A. 相变过程B. 形核长⼤过程
C. 某些晶粒特别长⼤的过程
20.在单相组织中存在⼤⼩不等的晶粒，由界⾯曲度驱动界⾯移动的规律可知(C)。A. ⼩晶粒将移向⼤晶粒⼀⽅，直到晶粒⼤⼩相等B. ⼤⼩晶粒依靠吞并相邻晶粒同时长⼤C. 界⾯将移向⼩晶粒⼀⽅，最后⼩晶粒将消失
21.强化⾦属材料的各种⼿段，考虑的出发点都在于（A）。A. 尽量减少位错或设置位错运动的障碍
B. 去除位错运动的障碍C. 使位错适当地减少
22.⾦属中通常存在着溶质原⼦或杂质原⼦，它们的存在（C）。A. 总是使晶格常数增⼤B. 总是使晶格常数减⼩
C. 可能使晶格常数增⼤，也可能使其减⼩23. 拉伸单晶时，滑移⾯转向（A）时最易滑移。A.与外⼒轴成45oB. 与外⼒轴平⾏C. 与外⼒轴垂直
24.若A、B两组元形成电⼦化合物，但是该化合物中A组元所占的质量分数超过了60%，则该相晶体结构（C）。A. 与A相同B. 与B相同C. 与A、B都不相同
25.在⾮均匀形核中，外来杂质形状对形核效果有重要影响，其中（A）对形核最为有利。A. 凹曲⾯状B. 平⾯状C. 凸曲⾯状
26.因晶体转动⽽使原来有利于滑移的晶⾯滑移到⼀定程度后变成不利于滑移的晶⾯的现象称为（B）。A. 物理硬化B. ⼏何硬化C. 加⼯硬化
27.⼀根弯曲的位错线，（B）。A. 具有唯⼀的位错类型B. 具有唯⼀的柏⽒⽮量
C. 位错类型和柏⽒⽮量处处相同
28.某⼀种⾦属的熔点是1083℃，该⾦属最低再结晶温度约为（A）。A. 269.4℃B. 342.9℃C. 433.2℃
29.在⼆元合⾦中，铸造性能最好的合⾦是具有（C）。A. 共析成分合⾦
B. 固溶成分合⾦C. 共晶成分合⾦
30.固态⾦属扩散最可能按（A）进⾏。A. 间隙扩散机理B. 换位扩散机理C. 空位扩散机理
31.要获得结晶过程所需的驱动⼒，实际结晶温度必须（C）理论结晶温度。A.⾼于B. 等于C. 低于
32.相变反应式L（液）+α（固）→β（固）表⽰（B）反应。A. 共晶B. 包晶C. 包析
33.对称倾侧晶界的晶界结构由（B）组成。A. 螺型位错B. 刃型位错C. 割阶
34.⽴⽅晶系中，与晶⾯(011)垂直的晶向是（A）。A. [011]B. [100]C. [101]
35.⾼温回复阶段，⾦属中亚结构发⽣变化时,（C）。A. 位错发⽣塞积B. 形成位错缠结
C. 刃型位错通过攀移和滑移构成亚晶界36.在⼆元合⾦相图中，稳定化合物为（A）。A. ⼀条垂直线B. ⼀条曲线C. ⼀个区域
37.铸件在凝固时若不出现成分过冷，则铸件组织将是（B）。A.全部等轴晶B. 全部柱状晶C. 柱状晶+中⼼等轴晶
38.在⼯业⽣产条件下⾦属结晶时，过冷度越⼤，则（B）。
A. N越⼤B. N/G提⾼C. N/G降低
39.⾦属在冷变形过程后进⾏机加⼯，⼀般都需要在其中增加退⽕，其⽬的是（B）。A. 消除⽹状组织B. 消除冷变形强化C. 消除偏析组织
40. 材料科学的核⼼内容是:(D)A.成分B.理论C.⼯艺设计D.结构与性能
41. 晶体中不可能存在的对称轴是: (D)A.⼀次对称轴B.三次对称轴C.四次对称轴D.五次对称轴
42. 对晶体进⾏宏观对称要素组合分析，可得到________种点群.(B)A.23B.32C.230D.34
43. 下⾯的晶⾯指数是: (A)A.（hkl）B.[uvw]C.｛hkl｝D.
44. 范德华⼒来源于________种效应。 (C)A.1B.2C.3D.4
45. 四⽅晶系的晶体常数特征为：(B)A.a ≠ b ≠ c，α=β=γ= 90°B.a = b ≠ c，α=β=γ=90°
C.a = b = c，α=β=γ=90°D.a ≠ b ≠ c，α≠β≠γ≠90°
46. ⾮化学计量化合物有________种类型。 (B)A.3B.4C.5D.6
47. 在稳态扩散中，任⼀点的________不随时间变化。 (D)A.温度B.浓度梯度C.密度D.浓度
48. 晶体的宏观对称要素中，对称中⼼的对称操作是:（B）A.旋转B.镜像C.反演D.旋转＋反演
49. ⾦刚⽯晶体不具有________特性。（C）A.⾼硬B.低密度C.低键强D.⾼热导
50. 属于等⼤球体最紧密堆积的⽅式是： (B）A.体⼼⽴⽅堆积B.⾯⼼⽴⽅堆C.体⼼四⽅堆积D.体⼼六⽅堆积
51. ⾼分⼦共聚物有________：（A）A.共混共聚物B.交替共聚物C.嵌段共聚物D.接枝共聚物
52. 温度越⾼，热缺陷⽣成能________。（C）A.越⾼
B.不变C.越低D.不⽣成
53. 下⾯的晶向指数是：（B）A.（hkl）B.[uvw]C.｛hkl｝D.
54. Fick第⼀定律中的负号表⽰扩散⽅向与浓度降低⽅向________。（B）A.垂直B.⼀致C.相反D.可逆
55. 对于稳定的晶体结构，可能存在的配位数有________个。（B）A.4B.6C.7D.8
三、判断及改错
1、Fick第⼀定律表⽰通过某⼀截⾯的扩散流量与垂直这个截⾯⽅向上浓度梯度成正⽐，其⽅向与浓度降落⽅向⼀致。（2、共晶合⾦在铸造中流动性⼀般较差。（×）
3、间隙固溶体和置换固溶体均可形成⽆限固溶体。（×）4、⾦属铸件可通过再结晶退⽕来细化晶粒。（×）
5、 ⾦属铸锭的宏观组织通常由三个晶区组成：外表层的细晶区、中间柱状晶区及⼼部等轴晶区。 （√）
6、 重结晶和再结晶都是在固态下的形核与长⼤的过程，两者没有本质区别。（×）
7、 在⽴⽅晶系中，)111(与)111(-是互相平⾏的两个晶⾯。 （×）
8、 与纯⾦属结晶相⽐，固溶体结晶时除需要结构起伏和能量起伏外还需要浓度起伏。（√）
9、 扩散系数D 相当于浓度梯度为1时的扩散通量。（√）
10、 铁素体与奥⽒体的根本区别在于固溶度不同，前者（为bcc ）⼩⽽后者（为fcc ）⼤。（×）
11、 观察共析钢的显微组织，发现图中显⽰渗碳⽚层密集程度不同。凡是⽚层
×）密集处则碳含量偏多，⽽疏稀处则碳含量偏少。（×）
12、 缩孔、缩松的产⽣原因是固态收缩得不到补缩。（√） 改错：
1. 所谓过冷度是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差；⽽动态过冷度是指结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。
所谓过冷度是指结晶时，在冷却曲线上出现的实际结晶温度与熔点之差；⽽动态过冷度是指结晶过程中，液/固界⾯前沿液体中的温度与熔点之差。2. ⾦属结晶时，原⼦从液相⽆序排列到固相有序排列，使体系熵值减⼩，因此是⼀个⾃发过程。
⾦属结晶时，原⼦从液相⽆序排列到固相有序排列，使体系⾃由能减⼩，因此是⼀个⾃发过程。
3. 在任何温度下，液态⾦属中出现的最⼤结构起伏都是晶胚。在过冷液体中，液态⾦属中出现的最⼤结构起伏都是晶胚。
4. 所谓临界晶核，就是体系⾃由能的减少完全补偿表⾯⾃由能的增加时的晶胚⼤⼩。
所谓临界晶核，就是体系⾃由能的减少能够补偿2/3表⾯⾃由能的增加时的晶胚⼤⼩。
5. 在液态⾦属中，凡是涌现出⼩于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要有⾜够的能量起伏提供形核功，还是可以成核的。
在液态⾦属中，凡是涌现出⼩于临界晶核半径的晶胚都不能成核，即便有⾜够的能量起伏提供，还是不能成核。6.⾮均匀形核总是⽐均匀形核容易，因为前者是以外加质点为结晶核⼼，不像后者那样形成界⾯，⽽引起⾃由能的增加。
⾮均匀形核总是⽐均匀形核容易，因为前者是以外加质点为基底，形核功⼩，不像后者那样形成界⾯，⽽引起⾃由能的增加。7.⽆论温度分布如何，常⽤纯⾦属⽣长都是呈树枝状界⾯。只有在负温度梯度条件下，常⽤纯⾦属⽣长都是呈树枝状界⾯。8.液态纯⾦属中加⼊形核剂，其⽣长形态总是呈树枝状。液态纯⾦属中加⼊形核剂，其⽣长形态不会发⽣改变。
9.从宏观上观察，如液/固界⾯是平直的，称为光滑界⾯结构；若是呈⾦属锯齿形的，称为粗糙界⾯结构。
从宏观上观察，如液/固界⾯是平直的，称为粗糙界⾯结构；若是呈⾦属锯齿形的，称为光滑界⾯结构。10.固溶体合⾦⽆论在平衡或⾮平衡结晶过程中，液/固界⾯上液相成分沿着液相平均成分线变化；固相成分沿着固相平均成分线变化。
固溶体合⾦⽆论在平衡或⾮平衡结晶过程中，液/固界⾯上液相成分沿着液相线变化；固相成分沿着固相线变化。11.在共晶线上利⽤杠杆定律可以计算出共晶体的相对量，⽽共晶线属于三相区，所以杠杆定律不仅适⽤于两相区，也适⽤于三相区。
在共晶线上利⽤杠杆定律可以计算出共晶体的相对量，⽽共晶线属于三相区，但杠杆定律仅适⽤于两相区，所以共晶体的相对量实际上是在两相区中算出来的。
12.将固溶体合⾦棒反复多次“熔化-凝固”，并采⽤定向快速凝固的⽅法，可以有效地提纯⾦属。
将固溶体合⾦棒反复多次进⾏区域熔炼，并采⽤定向缓慢凝固的⽅法，可以有效地提纯⾦属。13.铁素体和奥⽒体的根本区别在于固溶度不同，前者⼩⽽后者⼤。铁素体和奥⽒体的根本区别在于晶体结构不同，前者为bcc，⽽后者为fcc。14.在Fe-Fe3C系合⾦中，只有过共析钢的平衡结晶组织中才有⼆次渗碳体存在。在Fe-Fe3C系合⾦中，只有当碳质量分数0.77%
15.⽆论何种成分的碳钢，随着含碳量的增加，组织中铁素体相对量减少，⽽珠光体相对量增加。
对于亚共析成分的碳钢，随着含碳量的增加，组织中铁素体相对量减少，⽽珠光体相对量增加。16.W c=4.3%的共晶⽩⼝铁的显微组织中，⽩⾊基体为Fe3C，其中包括Fe3CⅠ，Fe3CⅡ，Fe3CⅢ，Fe3C共析，Fe3C共晶等。
W c=4.3%的共晶⽩⼝铁的显微组织中，⽩⾊基体为Fe3C，其中包括Fe3CⅡ及Fe3C共晶。17.⽤Ni-Cu合⾦焊条焊接某合⾦板料时，发现焊条慢速移动时，焊缝易出现胞状组织，⽽快速移动时，则易于出现树枝状组织。
⽤Ni-Cu合⾦焊条焊接某合⾦板料时，发现焊条慢速移动时，焊缝易出现树枝状组织，⽽快速移动时，则易于出现胞状组织。18.如果固体中不存在扩散流，则说明原⼦没有扩散。
固体中即使不存在宏观扩散流，但由于原⼦热振动的迁移跳跃，扩散仍然存在。纯物质中的⾃扩散即是⼀个典型的例证。19.因固溶体原⼦每次跳动⽅向是随机的，所以在如何情况下扩散流为零。
原⼦每次跳动⽅向是随机的。只有当系统处于热平衡状态，原⼦在任⼀跳动⽅向上的跳动⼏率才是相等的。此时虽存在原⼦的迁移（即扩散），但没有宏观扩散流。如果系统处于⾮平衡状态，系统中必须存在热⼒学势的梯度（具体可表⽰为浓度梯度、化学位梯度、应变能梯度等）。原⼦在热⼒学势减少的⽅向上的跳动⼏率将⼤于在热⼒学势增⼤⽅向上的跳动⼏率。于是就出现了宏观扩散流。
20.晶界上原⼦排列混乱，不存在空位，所以以空位机制扩散的原⼦在晶界处⽆法扩散。
晶界上原⼦排列混乱，与⾮晶体相类似，其原⼦堆积密集程度远不及晶粒内
部，因⽽对原⼦的约束能⼒较弱，晶界原⼦的能量及振动频率ν明显⾼于晶内原⼦。所以晶界处原⼦具有更⾼的迁移能⼒。晶界扩散系数也明显⾼于晶内扩散系数。
21.间隙固溶体中溶质浓度越⾼，则溶质所占据的间隙越多，供扩散的空余间隙越少，即z值越⼩，导致扩散系数下降。
事实上这种情况不可能出现。间隙固溶体的溶质原⼦固溶度⼗分有限，即使是达到过饱和状态，溶质原⼦数⽬要⽐晶体中的间隙总数要⼩⼏个数量级，因此，在间隙原⼦周围的间隙位置可看成都是空的。即对于给定晶体结构，z 为⼀个常数。22.体⼼⽴⽅⽐⾯⼼⽴⽅晶体的配位数要⼩，故由D=1/6fzPa2关系式可见，α-Fe中原⼦扩散系数要⼩于γ-Fe中的扩散系数。
虽然体⼼⽴⽅晶体的配位数⼩，但其属于⾮密堆结构。与密堆结构的⾯⼼⽴⽅的晶体相⽐较，f值相差不⼤（0.72和0.78）之间，但原⼦间距⼤，原⼦因约束⼒⼩⽽振动频率ν⾼，其作⽤远⼤于配位数的影响。⽽且原⼦迁移所要克服的阻⼒也⼩，具体表现为扩散激活能低，扩散常数较⼤，实际情况是在同⼀温度，α-Fe有更⾼的⾃扩散系数，⽽且溶质原⼦在α-Fe中的扩散系数要⽐γ-Fe⾼。四、名词解释
1. 间隙固溶体和有序固溶体
溶质原⼦不是占据溶剂晶格的正常结点位置，⽽是填⼊溶剂原⼦间的⼀些间隙中，这样得到的固溶体称为间隙固溶体。当溶质原⼦按适当⽐例并按⼀定的顺序和⼀定⽅向，围绕着溶剂原⼦分布时，这种固溶体就叫有序固溶体。2. 光滑界⾯和粗糙界⾯
光滑界⾯：从原⼦尺度看，液固界⾯是光滑平整的，液、固两相被截然分开；在光学显微镜下，光滑界⾯有曲折的若⼲⼩平⾯组成，所以⼜称为⼩平⾯界⾯。粗糙界⾯：从原⼦尺度看，液固界⾯⾼低不平，并存在这⼏个原⼦间距厚度的过渡层，在过渡层中液、固两相原⼦⽝⽛交错地分布着。由于过渡层很薄，在光学显微镜下，这类界⾯是平直的，⼜称为⾮⼩平⾯界⾯。3. 变质处理和晶粒度
变质处理：在液态⾦属结晶前，特意加⼊某些难熔固态颗粒，造成⼤量可以成为⾮⾃发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数⽬⼤⼤增加，从⽽提⾼了形核率，细化晶粒。这种⽅法称为变质处理。
晶粒度：晶粒的⼤⼩称为晶粒度，通常⽤晶粒的平均⾯积或平均直径来表⽰。4. 包析转变，熔晶转变，偏晶转变，合晶转变包析转变：是由两个固相共同作⽤形成⼀个固相的恒温转变。
熔晶转变：是由⼀个固相恒温分解为⼀个液相和另⼀个固相的恒温转变。
偏晶转变：是由⼀个液相L1分解为⼀个固相和另⼀成分的液相L2的恒温转变。合晶转变：是由两个成分不同的液相L1和L2相互作⽤形成⼀个固相的恒温转变。5. 平衡凝固，⾮平衡凝固，正常凝固
平衡凝固：是指合⾦在极缓慢冷却条件下进⾏结晶的过程。
⾮平衡凝固：凝固过程中，液、固两相的成分偏离液、固相线，使凝固过程进⾏到⼀更低的温度才能完成，并且凝固后固体的成分是不均匀的，这种偏离平衡凝固条件下的结晶过程称为⾮平衡凝固。
正常凝固：固溶体经正常凝固后整个锭⼦的质量浓度分布如下图所⽰（k0＜1），这符合⼀般铸锭中浓度的分布，因此称为正常凝固。
图正常凝固后溶质浓度在铸锭内的分布6. 铁素体，奥⽒体，莱⽒体，珠光体，渗碳体
铁素体：碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，为体⼼⽴⽅结构，常⽤符号F或α表⽰。奥⽒体：碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体，为⾯⼼⽴⽅结构，常⽤符号A或γ表⽰。
莱⽒体：奥⽒体和渗碳体的共晶混合物称为莱⽒体。珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。
渗碳体：铁和碳相互作⽤形成的具有复杂晶格的间隙化合物。渗碳体具有很⾼的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在钢中以⽚状存在或⽹络状存在于晶界。在莱⽒体中为连续的基体，有时呈鱼⾻状。7．滑移和孪⽣，滑移系和滑移带
滑移：晶体的塑性变形是晶体的⼀部分相对于另⼀部分沿某些晶⾯和晶向发⽣滑动的结果，这种变形⽅式叫滑移。孪⽣：是晶体的⼀部分沿⼀定的晶⾯和⼀定的晶向相对于另⼀部分晶体做均匀地切变的过程称为孪⽣。滑移系：⼀个滑移⾯和此⾯上的⼀个滑移⽅向组成⼀个滑移系。
滑移带：对单晶体试样进⾏拉伸时，当试样经适量的塑性变形后，在⾦相显微镜下可以观察到，在抛光的试样表⾯上出现许多相互平⾏的滑移线，相互靠近的⼀组滑移线就构成了⼀个滑移带。8. 加⼯硬化和固溶强化
加⼯硬化：⾦属材料随着冷塑变形程度的增⼤，强度和硬度逐渐升⾼，塑性和韧性逐渐降低的现象称为加⼯硬化或冷作硬化。
固溶强化：随溶质原⼦及其固溶度的增加，合⾦的强度、硬度提⾼，⽽塑性有所下降的现象称为固溶强化。9. 交滑移和多滑移
交滑移：对于螺型位错，由于所包含位错线的晶⾯都可成为其滑移⾯，因此，当某⼀螺型位错在原滑移⾯上运动受阻时，有可能从原滑移⾯转移到与之相交的另⼀滑移⾯上继续滑移，这⼀过程称为交滑移。
多滑移：由于变形时晶体转动的结果，有两组以上滑移⾯同时转到有利位向，使滑移可能在两个以上的滑移⾯上同时或交替地进⾏，形成“多滑移”。10. 临界分切应⼒和取向因⼦
临界分切应⼒：晶体中使滑移系开动的最⼩分切应⼒，数值⼤⼩取决于⾦属的晶体结构、纯度、加⼯状态、试验温度与加载速度，当条件⼀定时，各种晶体的临
界分切应⼒各有定值，⽽与外⼒的⼤⼩、⽅向及作⽤⽅式⽆关。
取向因⼦：λφcos cos 称为取向因⼦，或称施密特因⼦（Schmid ），取向因⼦越⼤，则分切应⼒越⼤。11. 回复和再结晶
回复：回复是冷变形⾦属在退⽕时发⽣组织性能变化的早期阶段，在此阶段内物理或⼒学性能（如强度和电阻等）的回复程度是随温度和时间⽽变化的。
再结晶：将冷变形后的⾦属加热到⼀定温度后，在原变形组织中重新产⽣了⽆畸变的新晶粒，⽽性能也发⽣了明显的变化并恢复到变形前的状况，这个过程称之为再结晶。
12. 原⼦扩散，反应扩散，上坡扩散，下坡扩散，⾃扩散，互扩散
下坡扩散：是指沿着浓度降低的⽅向进⾏的扩散，即由⾼浓度向⽅向低浓度扩散，使浓度趋于均匀化。上坡扩散：是指沿着浓度升⾼的⽅向进⾏的扩散，即由低浓度向⾼浓度⽅向扩散，使浓度发⽣两级分化。反应扩散：通过扩散使固溶体的溶质组元浓度超过固溶体极限⽽形成新相的过程称为反应扩散或相变扩散。原⼦扩散：在扩散过程中基体晶格始终不变，没有新相产⽣，这种扩散称为原⼦扩散。
⾃扩散：⾃扩散就是不伴有浓度变化的扩散，它与浓度梯度⽆关。⾃扩散只发⽣在纯⾦属和均匀固溶体中。
互扩散：互扩散是伴有浓度变化的扩散，它与异类原⼦的浓度差有关。在扩散过程中，异类原⼦相对扩散，互相渗透，所以⼜称为“异扩散”或“化学扩散”。13. 固溶体和中间相
中间相：如果组成合⾦相的异类原⼦有固定的⽐例，所形成的的固相的晶体结构与所有组元均不同，且这种相的成分多数处在A 在B 中溶解限度和B 在A 中溶解限度之间，即落在相图的中间部位，故称为中间相。
固溶体：固溶体是以某⼀组元为溶剂，在其晶体点阵中溶⼊其他组元原⼦（溶质原⼦）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。五、简答题
1．作图表⽰⽴⽅晶体的(123)、(421)、(210)晶⾯及[021]、[346]。2. 在⽴⽅系中绘出{110}、{111}晶⾯族所包括的晶⾯及(112),(021)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rr k 的晶胚才有可能成核；⽽r=r k 的晶胚既可能消失，也可能稳定长⼤。因此，半径为r k 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 ≥r k 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T r L T m m k ?=σ2
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；由单位体积⾃由能的变化，m m V T T L G ?-=?可知，只有T>0，才有ΔG V <0。即只有过冷，才能使ΔG V <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ΔG K =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GN z ?∝。基本途径： （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W Sn<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W Cu=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W Cu=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(W C=0.45%)、T8(W C=0.8%)、T12(W C=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w c=0.77%时，组织全为珠光体，强度最⾼；但在w c>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w c≥2.11%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
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-Fe 3C 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 点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物。γ0.8??→??727
F 0.02+Fe 3C 6.69 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反应⽣成具有J 点成分的固相A 。 L 0.5+δ0.1??→??1495
γ0.16 共晶反应：1148℃时具有C 点成分的液体中同时结晶出具有E 点成分的奥⽒体和渗碳体的两相混合物。 L 4.3??→??1147γ2.14+ Fe 3C 6.69七、铁碳合⾦相关分析题
1. 绘制Fe-Fe 3C 相图，描述w c =3.5%的铁碳合⾦从液态冷却⾄室温的平衡结晶过程，并计算其室温组织中的初晶奥⽒体、莱⽒体以及从初晶奥⽒体中析出的⼆次渗碳体的重量百分数。（18分）答：Fe-Fe3C相图见下图。
图1 Fe-Fe3C相图
图2 w c =3.5%的铁碳合⾦的冷却曲线及转变过程
w c =3.5%的铁碳合⾦为亚共晶⽩⼝铁。w c =3.5%的铁碳合⾦的冷却曲线及转变过程见图2。在结晶过程中，在1-2点之间按匀晶转变结晶出初晶奥⽒体，奥⽒体的成分
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