工程材料课后练习答案集

1、工程材料习题习题一1-10抗拉强度：是材料在破断前所能承受的最人应力。屈服强度：是材料开始产牛明妊掣性变形时的最低应力。塑性：是指材料在载荷作用F，产生永久变形而不破坏的能力韧性：材料变形时吸收变形)J的能力硬度：硬度是衡量材料软硬程度的指标，材料表面抵抗更硬物体压入的能力，刚度：材料抵抗弹性变形的能力。疲劳强度：经无限次循环而不发生疲劳破坏的破火应力。 冲击韧性：材料在冲击载荷作用一下抵抗破坏的能力。 断裂韧性：材料抵抗裂纹扩展的能力。2、材料的弹性模量与塑性无关。3 四种不同材料的应力应变曲线，试比较抗拉强度，屈服强度，刚度和塑性。材料的应力应变曲线由大到小的顺序，抗拉强度：2、l、3、4

2、。屈服强度： 1、3、2、4。刚度： l、3、2、4。塑性： 3、2、4、l。4、常用的硬度测试方法有几种？这些方法测出的硬度值能否进行比较？伽氏、洛氏、维氏和显微硬度。由于各神硬度测试方法的原理不同，所以测的硬度值不能直接进行比较。5、以下工件应该采用何种硬度试验法测定其硬度？ (1)锉刀：洛氏或维氏硬度(2)黄铜轴套：布氏硬度(3)供应状态的各种碳钢铡材： 布氏硬度(4)硬质合金)J片：洛氏或维氏硬度(5)耐磨1件的表面硬化版：妊微硬度6、反映材料承受冲击载荷的性能指标是什么？不同条件下测得的这些指标能否进行比较？怎样应用这些性能指标？冲击功或冲击韧性。由于Fli；h功或冲击韧性代表-J，

3、在指定温度下，材料在缺口和冲击载荷共同作用下脆化的趋势及其程度，所以不同条件下测得的这种指标不能进行比较。冲击韧性是一个对成分、组织、结构极敏感的参数，在冲击试验中很容易揭示lj材料tl的某些物理现象，如晶粒粗化、冷脆、热脆和州火脆性等，故H前常用冲击试验来检验冶炼、热处理以及各种加工工艺的质量。此外，不同温度下的冲击试验可以测定材料的冷脆转变温度。同时，冲击韧性对哪些零件【如装甲板等）抵抗少数几次人能量冲击的设计有一定的参考意义。7、疲劳破坏时怎样形成的？提高零件疲劳寿命的方法有哪些？产牛疲劳断裂的原因一般认为是由f在零件应)集r11的部位或材料-本身强度较低的部位， 如原有裂纹、软点、脱碳

4、、夹杂、刀痕等缺陷，在交变应力的作用下产生丁疲劳裂纹，随着应力循环朋次的增加，疲劳裂纹小断扩腱，使零件承受载荷的有效面积不断减小，；1减小到1i能承受外加载荷的作用时，零件即发生突然断裂。N以通过以一下途径来提高其疲劳抗力。改蒋零件的结构形状以避免应力集中；提高零件表面加：I一光洁度：尽可能减少各种热处理缺陷（如脱碳、氧化、淬火裂纹等）：采用表面强化处群，如化学热处理、表面淬火、表面喷丸和表面滚瓜等强化处理，使零件表面产生残余昧廊力，从而能显著提高零件的疲劳抗力。 8、断裂韧性是表示材料何种性能的指标？为什么要在设计中要考虑这些指标？ 断裂韧性表示材料抵抗裂纹扩展的能力。断裂韧性的实用意义在十

5、：从要测出材料的断裂韧性，用无损探伤法确定零件中实际存在的缺陷尺寸，就可以判断零件在1作过程中有无脆性开裂的危险： 测得断裂韧性和半裂纹长度后，就可以确定材料的实际承载能力。所以，断裂韧性为设计、无损伤探伤提供了定最的依据。<习题二> 1、晶体：物质的原子（分子，离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质非晶体：是指组成物质的质点不呈空间有规则周期性排列的的固体。2-1晶格：表示晶体中原子排列形式的空问格子叫做晶格晶格晶胞：从晶格中确定一个最基本的几何单元来表达其排列形式的特征，组成晶格的这种最晶胞基本的几何单元晶格常数：晶胞的各边尺寸a，b，c叫做晶格常数致密度：致密度

6、是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比。晶面指数：表示晶面的符号叫做晶面指数晶向指数：表示晶向的符号叫做晶向指数晶向指数晶体的各向异性：由于晶体中不同晶面和晶向上原子的密度不同，因此在晶体上不同晶面晶体的备向异性和晶向上原子结合力就不同，从而在不同晶面和晶向上显示出不同的性能。点缺陷：是指在晶体中形成的空位和间隙原子面缺陷：其特征是在一个方向尺寸上报小，另外两个方向上扩展很大， 面缺陷也称二维缺陷， 晶界、 相界、挛晶界和堆垛层错都属于面缺陷。线缺陷：晶格中一部分晶体相对另一部分晶体局部滑移，已滑移部分的交界线为位错线，即线缺陷。亚晶界：相邻弧晶粒之间的界面称为亚晶界。位错：晶格11-部分晶体

7、相对于另一部分晶体的局部滑移。已滑移部分和未滑移部分的交界线成为位错亚晶粒：是实际金属晶体中，一个晶粒的内部，其晶格位向并不是像理想晶体那样完全-lF晶粒致，而是存在许多尺寸更小，位向差也很小的小晶块，它们相互镶嵌成一颗晶粒，这些小晶块称为弧晶粒。 单晶体：单晶体：当一块晶体内部位向完全一致时。我们称这块晶体为单晶体多晶体：由许多彼此位向不同的晶粒组成的晶体结构成为多晶体固溶体：同溶体：当合金由液态结晶为固态时，组成元素间会像合金溶液那样相互溶解。形成一种在某种元素的晶格结构中包含有其他元素原子的新相，成为阎溶体金属间化合物：金属间化合物：凡是由相当程度的金属键结合，并具有明显金属特性的化合物

8、，成为金属化合物圃溶强化：通过溶入某种溶质元素形成同溶体而使金属的强度，硬度升高的现象叫做同溶阎溶强化强化结合键：是指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小，结合键分为化学键和物理键结合键：两大类，化学键包括金属键、离子键和共价键；物理键即范德华力。1-2、3金属键，离子键，共价键及分子键结合的材料其性能有何特点？金属键，大量由由电子，良好导电导热性，又因金属键的饱和性无方向性，结构高度对称， 故有良好的延展性。离子键，正负离子的较强电吸引，导致高硬度，高熔点，高脆性，因无自由电子，固态导电性差。共价键，通过共用电'子对实现搭桥联系，键能高，高硬度，高熔点，高介电性。分子键，因其结

9、合键能低，低熔点，低强度，高柔顺性。2-2常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？-Fe， -Fe， Cr，V， Y-Fe，Cu，Ni，Pb， Mg，Zn各属何种晶体结构？有体心立方，面心讧方，密排六方三种，体心立方晶格的晶胞通常只用一个晶格常数a表示，它的每个角下和晶胞中心都排列一个原子，面心立方晶格也只用一个晶格常数a表示，它的每个角上和晶胞的六个面的中心都排列一个原子。密排六方晶格有两个晶格常数，一个是柱体的高度c，另一个是六边形的边长a，它的每个角上和上下底面的中心都排列一个原子，另外在晶胞中心还有三个原子。 -Fe，-Fe， Cr，V，属体心， Y-FeCu，

10、Ni，Pb属面心Mg，Zn属密排六方。2-9、已知Fe的原子直径为2.5410-lOm，求Fe的晶格常数。并计算Imm Fe中的原子数。 由3/4a=r有a=（2.54*10 /2）3/4=2. 93310(m)故-Fe的晶格常数为2.933*10 m。 1mm中-Fe的原子数（l*l0）*2/ (2.933*l0)-3 3-10 3 3-10 -10 -10 3=7. 927*l0 19个。5、注意晶面指数与晶向指数的求法：晶面对各轴的截距，倒数，比例晶向在原点引，随意一点坐标，比例6、画出立方晶格中(110)晶面与(lll)晶面。并画出在晶格中和(110) (lll)晶面原子排列情况完全相

11、同而空问位向小同的几个晶面。2-10、为什么单晶体具有符向异性？而多晶体在一般情况下不显示备向异性？这是因为单晶体在各个晶面和晶向上原子排列密度是有差异的，所以在晶体中不同晶面和晶向原子结合力不同，从而在不同晶面和晶向上显示出晶体的各向异性。而多晶体是由众多细小的晶粒所构成的集合体，各个晶粒的晶轴取向是随机分布的。这样，通常测出多晶体的性能在各个方向上表示是不同晶粒的平均性能，所以不显示并向异性的。8、试比较1 -Fe Jj Y-Fe晶格的原子排列紧密程度和容碳能力。o-Fe的原了排列密度为0. 68， Y-re的原子持列密度为0.74， 由于Y-Fe的晶格问隙较人，所以，Y -Fe的渗碳能力

12、人j二a-Fe。9、金属的晶体结构由面心移方转变为体心立方时，其体秋变化如何？为什么？金属的晶体结构由面心立方转变为体心盘方时，其体秘变化如何？为什么？体积会膨胀，这是因为o -Fe的体心致密度小于Y -Fe。10、实际金属晶体rf1存在那些晶体缺陷，对性能有什么影响？10、实际金属晶体中存在那些晶体缺陷，对性能有什么影响？有点缺陷（空位、问隙原子）是金属中原子扩散的l：要方式之，对热处理过程很熏要线缺陷（位错）金属晶体中的位锚线往往火带存在，相II:连接呈刚状分稚面缺陷（晶界、业晶界）会引起晶格能龄的提高，并使金属的物理化学和机械性能发生显著地变化。一般来说，缺陷密度越高，位错滑移m力越人，

13、材料强度、硬度越高，塑性、韧性越低。1 1、简述同溶体和金属问化合物在晶体结构j机械性能方砸的区别。I l、简述同溶体和金属问化合物在晶体结构jj机械性能方面的区别。同溶体形成的是一种在某种元素的晶格结构中色含有其他元素原子的新丰H，金属问化合物魁由相当程度的金属问结合，并贝有明显金属特性的化合物。同溶体的强度韧性和塑性之间能有较好的配合，所以对综合机械性能要求较高的结构材料，金属化合物通常能提高合金的强度，硬度和耐廒tF，会降低塑性和韧性。12、同溶体可分为几种类型？形成同溶体后对合金的性能有什么影响？为什么？两种。置换型和间隙型。 形成同溶体后，由于溶质原子造成的晶格畸变，同溶体会产牛所谓

14、同溶强化现象，即强度、 硬度上升，塑性、韧性F降。电FI1率逐渐升高，导电性逐渐l-降，磁矫顽力升高等等， 同溶强化的产生是由于溶质原子融入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而使位错移动时所收到的阻力增大的缘故。13、金属问化合物有几种类犁？它们存钢中起什么作用？有正常价化合物（离了化合物、兆价化合物），电彳化合物和问隙化合物。正常价化合物和电i-化合物存合金ffl一般可作为强化相。能提高钢的强度，硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧性。问隙化合物起细化晶粒的住j伺14、商分r】：化合物存结构下有哪些特点？14、高分子化合物在结构一F有哪砦特点？了化合物在结构上有哪些特点I-般高分了化合物的分了谖

15、都十分l i人2。高分子化合物的分了是由许许多多结构相同的链节所组成。3组成高分子链的所有原子之间的结合键都属共价键15、陶瓷材料的主要键住有哪些？荇有什么特点？1i要键型有离T-键Jj共价键的混合键，构成陶瓷的的是晶相，玻璃相，气相晶丰H：由某些同溶休或化合物组成，晶向常常不止一个，i(r是多相多晶体玻璃相：非晶态的低熔点吲体卡H气柑：陶瓷内孔隙中的7t体晶tH分类及特点：氧化物的特点是较人的氧离子紧密堆积（如六角紧密堆积alj,7方紧密堆积），较小的正离子则填充它们的孔隙内。数H相等的氧离子和金属离f组成的氧化物结构（如Mg0，Ca0等）属简中的面心立方晶格，÷_两种离了的数H

16、4i等时，则可J形成其他类的晶体结构，常见的含氧酸盐为硅酸盐，特点是刁i沦何种硅酸盐，谴总是存四个氧离了形成的四面体的rf1心，形成( Si04)四面体。网面体之问义郝以共有顶点氧离子丰H'ft连接起来。 <习题三）习题三>l、解释下列名词的涵义： 过冷度，晶核形核率N牛K速率G凝刖，结晶，自由能笼F：变质处理，变质荆： 合金，组冗，棚，相图；机械混合物：枝晶偏析，比重偏析，柑组成物，组织组成物：、r衡状态，下衡丰H。 答：过冷度：实际结晶温度-1j理论结晶温度之问的温度差nq过冷度； 过冷度： 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日(晶核形核数H/

17、：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（币位时问内晶核长大的线长度衄/s）； 凝刚： 凝同：物质从液态到同态的转变过程统称为凝同； 结晶：通过凝同形成晶体结构，可称为结晶： 自由能： 自由能：物质中能够o动向外界释放其多余的或能够对外做功的这一部分能鼍叫做E|由能； n由能差： E J由能差r：液体结晶时，其温度低于理论纯晶温度，造成液体-l j晶体问的u由能羞（F=F液-F晶）变质处理：变质处胖：在液态金属结晶前，加入一曲细小的变质剂使金属结晶时的晶核形核率N增加或生K速率G降低，这种细化晶粒的方法，称为变质处理； 变质剂：变质剂：能够使物质变质的其它物质叫做变质

18、剂合金：合金：合金是指由两种或两种以一下的金脯元素或金埔-j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F，物理、化学性质完个相同，成分才H同的均匀物质的聚焦态。桐图：用来表示合金系中并个合金的结晶过程的简明图解称为相图，又称状态图或j严衡图。 机械混合物： 机械混合物：通过兆晶或共析反应形成的混合物叫机械混合物。枝晶偏析： 枝晶偏析：嗣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j后结晶的分枝成分不同，由于这种偏析里树枝状分雨j故又称枝晶偏析； 比再偏析：娅北晶或过共晶合金结晶时，若初晶的

19、比重j0剩余液卡H的比重相差很大时，比重偏析则比重小的初晶将一l浮，比熏人的初晶将下沉，这种由十比熏不同而引起的偏析，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； 相组成物组织：组织：通常把在镜像显微镜下观察剑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，也州以At:单一相够成。组织组成物jI衡状态物质达到的一种稳定的状态。 ： ，衡棚： 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冉改变的参1j或丰I变过程的a-村I，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？、技术结晶的基水规律是什么？晶核的形

20、核率和生长速率受到哪些冈素的影响？答：金属洁净的基本规律是形核与长大。受到过冷度的影响，随着过冷度的增人，晶核的形核率和成长率都增人，似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力法也会增人形核率。3、在铸造生产rf1采取哪些措施控制晶粒大小？如果其他条件相I司，试比较在下列铸造条、在铸造牛产q1，采取哪些措施控制晶粒人小？如果其他条件相同，试比较在I、列铸造条件下，铸件晶粒的人小。件F，铸件晶粒的人小， (l) 、金属模浇浦和砂模浇浦； (2)、高温浇滓与低温浇注： (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

21、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。3-11、4-5何谓其晶反应、包晶反应和欺析反应？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l成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。包晶反应：指一定成分的同丰Hjj一定成分的液梢作用，形成另一种吲糊的反应过程。 共析反应：有特定成分的单棚硎态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的l羽相反应。其同点：反应都是在恒温下发牛，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相jr衡状态。不同点：其晶反应是一种液相在恒温下生成两种同相的反应：欺

22、析是一种刖相在恒温一下生成两种嗣相的反应：而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温F'生成另一种刚相的反应。 5、 两元素组成如图所示的一：元匀晶相图试分析以下几种说法是行正确？为现有A、B两元素组戍如图所示的j：元匀晶相图，什么？两个组元的晶格类型砷J以不同 ( l)肜成j：元匀晶相图的A利B两个组元的晶格类型可以不同，但原子人小一定要相等。 合金结晶过程中， 由于同相成分随同相线变化， ( 2)K合金结晶过程中， 由于同相成分随同柑线：变化， 故已结晶出来的同溶体中含B越总是高于原液相中含B最。溶体合金按匀晶相图进行结晶时， (3)溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶来的同

23、溶体成分和剩余液相成分都/f<相同，故在jr衡状态F州溶体的成分是不均匀的。相成分都刁ittl同，故存s下衡状态下嗣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1j同液相交于一点，过交点，做垂直线相J4以看1jj同相线交点处B含景冥想高于另一点。 (3)错：虽然结晶l来成份不同，fli平衡液体中成份是平衡的。6、分析部分Mg-Cu丰H图（如图所示）： 、3-13、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一l-的合金常选用单相固溶体成分的合金？答：因为共晶体在恒温下进行结晶，同时熔点又最低，贝订较好的流动性，在结晶时易形成集中缩孔，铸件的致密

24、度好，所以常选J1j接近共晶成份的合金。因为单相固溶体通过选择适二'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，=i保持较高的塑性和韧性，具有良好的压力加一I：性能。9、已知组元A（熔点700）jo B（熔点600）在液态尤限H溶：在吲态400存液态无限一互溶； 时A溶于B中的最人溶解度为20ch，室温时为10%，而B却不溶于A：存400的液态合金发生j晶反应，现要求： 时，含30%B的液态合仝发生共晶反应，现要求： (1)绘制A-B合金相图，并标注箨区域的相组成物和组织组成物： 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?hA

25、、 80%A合金的结晶过程，并确定室温下卡H组成物及组织组成物合金的结晶过程， 的对量： 的对量；(习题四>，l、解释-下列名词(l)-4-6次渗碳体：由液相中直接析l来的渗碳体一次渗碳体：二次渗碳体：从A中析¨：的Fe3C称为 三次渗碳体：从F中析的Fe3C称为共晶渗碳体：共晶渗碳体：经共晶反应形成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体j析渗碳体：经共析反应形成的渗碳体即珠光体中的渗碳体 (2)铁索体：碳存a-Fe中形成的问隙I司溶体奥氏体： 奥氏体：碳在v-Fe中形成的问隙固溶体珠光体：由铁素体和渗碳体组成的共析混合物莱氏体：Ld是由奥氏体和渗碳体组成的j晶混合物Ld(P+Fe3Cii

26、+re3C)是树枝状的珠光体分布在共晶渗碳体的基体一下(3)热脆：S在钢中以FeS形式存在reS会一j Fe形成低熔点j晶，当钢相在1000-1200压力热脆：热脆加工时，会沿着这些低熔点共晶体的边界开裂，钢材将变得极脆，这种脆性现象称为热脆冷脆：P使室温F的钢的塑性、韧性急剧下降，并使钢的脆性转化、温度有所升高。使钢变脆，称为冷脆2简述Fe:3C相图中的三个基本反应：包晶反应、共晶反应及共折反应，写出反应式，注m相图rf1的三个基本反应：包晶反应、Jl晶反应及共析反应，写m反应式，中的三个基本反应含碳量和温度。 含碳量和温度。 兆析反应：冷却到-727时具有S点成分的奥氏体中同时折n具有P点

27、，成分的铁索体和渗碳体的两相1混合物r0. 77一(727)FO0218÷Fe3C6. 69包晶反应：冷却到1495时具有B点成分的液相j具有II点成分的刚相I 6反应生成具有J点成分的固相A 10. 77+6 0.09-(1495)r0. 16共晶反应：1148时具有C点成分的液体中同时结晶fI具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物L4.3-( 1148)I-2. II+Fe3C6. 69 3、硎m Fe-Fe 3 CtH图，井进行以下分析： 、 相图，行进行以下分析： (l)标注l相图中并区域的组织组成物和相组成物： 标注l；相图rf1各区域的组织组成物和相组成物；(2)分析0

28、.4%C共析钢的结晶过程及其在室温下组织组成物j相组成物的相对重量； 亚共析钢的结晶过程及其存室温下组织组成物与相组成物的相对重量室温一下组织组成物与相组成物的相对重量； (2)4、现有两种铁碳合企（退火状态）：其中种合金的显微组织为珠光体占 80%铁索体占 20%：另-1:lI合金的显微组织为珠光体I1i q4%二次渗碳体占 6%，问这两种合金符属于那一类合金7是含碳量各为多少?5、根据Fe-Fe 3 C相图；计算：相图：计算：(1)室温一下，含碳0.6%的钢中铁素体和珠光体各占多少？室温F， (2)室温下，含碳1.2cA的钢中珠光体和二次渗碳体各占，多少?室温一l-，的钢中珠光体和，一：次

29、渗碳体各I1i。 (3)铁碳禽金中_：次渗碳体和三次渗碳体的最人'；百分含量。 铁碳含金中，：次渗碳体和三次渗碳体的最人百分含量。 的最人百分含量6、现有形状尺寸完全相同的四块平衡状态的铁碳合金，它们分别为0. 20%C：0.4%C：现有形状尺寸完令相同的四块平衡状态的铁碳合金， 1. 2%C：3.5%C合金。根据所学知识，可有哪些方法来区别它们？、 合金。根据所学知识， ，'几】以金相法区分。 一是看有无莱氏体或彳墨组织，有即为3. 5%C的铁碳合金。j：是看有无-：yA渗碳体，有即为1.2%C的过共析钢。剩下的两种合金只要比较珠光体的数量即可，多者为0.4%少者为0. 2%

30、的合金。7根据Fe-Fe 3(：相图，说明产生下列现像的原因：相图，说叫产生下列现像的原因： (1)含碳量为1.0%的钢比含碳晕为0.5%的钢硬度高；。(2)低温莱氏体的塑性比珠光体的塑性差； (3)在1100，含碳0.4%的钢能进行锻造，含碳4o%的生铁不能锻造：(4)钢锭在9501100正常温度F轧制，有时会造成锭坯丌裂： (5)-般要把钢材加热到高温（约10001250）下进行热轧或锻造； (6)钢铆钉一般用低碳钢制成； (7)绑扎物件一般剧铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用60、65、 70、 75等铡制成的钢丝绳： (8) fl|fi：锯T8、T10、T12等钢料时比锯10、2

31、0钢费力，锯条易磨钝： (q)钢适宜于通过K力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。 (l)因为渗碳体的体秘分数人，材料就硬： (2)低温莱氏体中有大量共晶渗碳体，故材料的差： (3)0.4%C的钢在1100时为单相奥氏体，塑性好，故nJ锻造。而4.O%C的生铁在1100时为高温莱氏体，有共晶渗碳体，故小nr锻造。 (4)这是因为有时因冶金质量不高， 钢中留有低熔点的二元硫兆晶在晶界一下分布。950在1100时，硫共晶会熔化，形成所谓“热脆”现像。 (5)对低碳钢而言，确是如此。这样可以保证是在单相奥氏体相区内进行压力加：I。 (6)塑性好。 (7)钢丝中碳量越高，钢丝的强度就越人（在共析成分以

32、下）， (8) T8，TlO，T12是-T贝钢，材料中有人量二次渗碳体，故难锯。 (9)铸铁因其成分接近共晶点，有良好的流动性，故适合铸造：而钢因其整体相为aFe（铁索体），塑性好，rL高温FnJ转变为奥氏体，塑性更好，故适合Hi力加'I -。8钢中常存的杂质元素有哪些，对钢的性能有何影响？j!要有Si，Mn，P，S等Si是有益于提高钢的铁索体的强度，主要是固溶强化。Mn也是有益干提高钢的铁素体的强度，下要是同溶强化和形成合金渗碳体。P提高钢的冷脆转变温度范围，不利于钢的韧性。.s 0：要是引起钢的热脆性，这是因为S会在钢中形成低熔点二元硫共晶。9在平衡条件一下， 45钢、T 8钢和T

33、12钢的强度、硬度、jlj11E和韧性哪个人，哪个小， 在I衡条件一下， 钢的强度、硬度、掣性和韧t生哪个人，哪个小， 变化规律赴什么，原冈何在？变化规律是什么，原因何存？强度：T8>T12>45碳索钢中以珠光体的综合机械性能为最好，强度最盘f，T8钢中珠光体的体秘分数最人，其次为T12和45钢：硬度：T12>T8'>45，碳素铡rf1以渗碳体相的硬度为最高，T12钢中渗碳体的体秋分数域人， 其次为T8和45钢。 塑性：45>T8:> T12，碳索钢中以铁索体相的塑性最好，45钢中铁索体的体积分数最人，其次为T8钢和T12钢。10指下|列备类钢的类别

34、、-下受特点及用途： 指1I_fi列各类钢的类别、-下要特点及用途： (1)A3； (2)45： (:3)T12A (l)普通碳索结构钢(2)优质碳素结构钢对杂质元素控制不严，用于各种热轧型材和要求不高的机械结构。对杂质元素控制J'J虻格，用于制造一般的机械零件。 对杂质元素控制非常，严格，Hj于制造般形状简单一n速度#(3)高级优质碳索'I-具钢不高的一I：具和刃具。Il名称晶体结构的特钶：采用符号F A Fe3C机械性能良好的塑性塑性好，变形抗力小硬度高，絮性和冲ih韧性差含碳量(含碳量(%)0.008-0. 02180. 77-2. 11 6.69其它良好的导磁性能无磁性

35、弧稳定的化合物铁素体体心立方晶格奥氏体匝心立方晶格渗碳体复杂的晶体结构显微组织的特征碳溶在o -Fe中问隙固溶体碳溶在Y-Fe rfl的间隙固溶体复杂结构的问隙同溶体（习题五> l、1） （滑移： 所谓滑移是晶体的部分相对于另部分沿一定晶面发产fI干H对的滑动。孪生： 晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（孪生面）产生一定角度的切变（即转动），这种变形方式叫做“孪生”。 (2)再结晶：变形金属加热到较高温度时，原f具有较强的活动能力，有nJ能在破碎的韭晶界处晕新形核和长人，使原来破碎拉长的晶粒变成新的、内部缺陷较少的等轴晶粒。这一过程，使晶粒的外形发生了变化，i ij晶格的类型尤任何

36、改变，故称为“冉结晶”二次结晶：通常弭结晶后获得细而均匀的锋轴状晶粒。如果温度继续升高或保温较长时间后，少数晶粒会吞并周围许多晶粒jr急剧长人，形成极粗的晶粒，为J一j通常晶粒的正常长入相区别，把这种现象称为“二次冉结晶”冉结晶温度：变形金属开始进行冉结晶的最低温度称。“结晶温度为金属的再结晶温度。 (3)热加工：凡存再结晶温度以，下的加-：过程称为热加h冷加工：凡在再结晶温度以冷加-I_下的加jl：过程称为冷加I：。 (4)加I：硬化：晶粒破碎和位错密度增加，使金属的强度和硬度提高，塑性和韧性一下降，产ftJ所谓加一r硬化（或冷作硬化）现象。( 5)In|复：加热温度较低时，变形金属中的一些

37、点缺陷和位错，在某些晶内发生迁移变化的过程，称为回复： (6)再结晶：变形金属加热到较高温度时，原子贝有较强的活动能力，有-nJ+能在破碎的晶界处重新形核和长人，使原来破碎拉长的晶粒变成新的、内部缺陷较少的等轴晶粒。这一过程，使晶粒的外形发f!J变化，而晶格的类型尤任何改变，故称为“冉结晶”。 (7)织构：；与金属变形量达到一定值(7090%以一：)时，金属中的每个晶粒的位向都趋于人体一致，这种现像称为“织构”现象，或称“择优取I向”。一般条件下进行塑性变形时， 为什么在锌、 镁中易出现孪晶？昕在纯铜中易产生滑移带?2、一般条件下进行塑性变形时，为什么在锌、镁rf1易出现挛晶？1m在纯铜中易产

38、牛滑移带？因为锌、镁属于密排六方晶格，纯铜属于面心立方晶格。孪生变形仪在滑移系较少而不易产生滑移的密排六方金属（如mgZn、Cd等）中易于发牛，而面心立方晶格金属（如Al、Cu等）中由于滑移系较多，故易产生滑移。用于来In1弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有仃p坚费劲，最后铁丝被弯断。3、用手来州弯折一根铁丝时，丌始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝破弯断。 试解释过程演变的原因？试解释过程演变的原因？弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，是由于在外力的作用下，铁丝随着外形的变化，其内部组织也要发牛变化，晶粒破碎和位错密度增加，使金属的强度和硬度提高，塑性和韧性一

39、下降，产生丁所谓加jI：硬化（或冷作硬化）现象，金属的加1硬化，给进一步加-l-带来困难，所以后来逐渐感到有些费劲。冉进一步变形时，由f金属的强度和硬度提高，塑性和韧性F降，很快铁丝就因为疲劳而发牛断裂。4、为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？为什么细晶粒钢强度高，塑tF，韧性也好？金属的晶粒粗细，对其机械性能的影响是很人的。晶粒愈细，晶界总面积愈人，每个晶糙周围不同位向的晶粒数愈多。因此，耀性变形抗力也愈人。”外，晶粒的愈细，不仅使强度增高，而且也增加其塑性和韧性。因为晶粒愈细，金属单位体积I的晶粒数愈多，变形J以分散在更多的晶粒内进行，并晶粒滑移繁的总和增人，故塑性好，同时，由于变，侈分

40、敞在更多的晶粒内进行， 引起裂纹过早产t-和发展的应力集中得到缓和，从而具有较高的冲击载荷抗力。所以，工业-上常用细化晶粒的方法来使金属材料强韧化。 冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？5、冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？在外力的作用下，金属随着外形的变化，其内部组织也要发牛如下的变化： （一）晶粒形状的变化。掣性变形后晶粒的外形沿着变形方向被压扁或拉长，形成细条状或纤维状，晶界变得模糊1i清n随变形繁增人而加剧。这种组织通常叫做“纤维组织”。 （一：）业结构的形成。 在未变形的晶粒内部存在着人量的位错壁（晶界）和位错网， 随着塑性变形的发生，即位错运动，在位错之问产生一系列复杂的交儿作用

41、，使人量的位错在位错壁和位错网旁边造成堆移！和相！t纠缠，产生丫位错缠结现蒙。随着变彤的增加，位错缠结现象的进一步发展，便会把符晶粒破碎成为细碎的亚晶粒，变形愈人， 晶粒的碎细程度便愈人，业晶界也愈多，位错密度显著增加。同时，细碎的业晶粒也随着变形的方向被拉一【<=。 （三）形变织构的产z仁。在定I柚变形情况下-，金属中的晶粒=1i仪被破碎拉长，imf1符晶粒的位向也会朝着变形的方向逐步发生转动。÷变形量达到一定值(7090%以下)时，金属中的每个晶粒的位向都趋-j二人体一致，这种现蒙称为“织构”现琢，或称“择优取向”。塑性变形对金属性能的彩响：组织下的变化，必然引起性能一下的

42、变化。如纤维组织的形成，使金属的性能具有方向性，纵向的强度和塑性高于横向：晶粒破碎和位错密度增加，使金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，产生丁所谓加1硬化（或冷作硬化）现象。金属的“结晶温度受哪些因素的影响？能行涵过在结晶退火来消除粗火铸造组织?6、金属的31f结晶温度受哪些冈素的影响？能否通过在结晶退火来消除粗人铸造组织？为什么？影响再结晶温度的闪索是：(l)预先的变形程度。 变形程度愈火， 金属畸变能愈高， 向低能量状态变化的倾向也愈火，因此W结晶温度愈低。(2)原始晶粒人小。金属原始晶粒越小，则变形的抗力越人，变形后储存的能量较高，冉结晶温度则较低， (3)金属的纯度及成分。金属的化学

43、成分对冉结晶温度的影响比较复杂。；L1金属If1含有少量元素，特别是高熔点元素时，常会p|l碍J原子：扩散或晶界的迁移而使再结晶温度丁I高。如纯铁的再结晶温度约为450，加入少颦碳变成钢时，-其结晶温度提高至500650。在钢中冉加入少最的W、Mo、V等，还会吏进步提高弭结晶温度。：与合金元素含量较高时，可能提高也可能降低冉结晶温度，这要看合金元素对基体金属原了扩散速度比对冉结晶形核时的表面能的影响而定。有利于原于扩散和降低表面能的则降低摊结晶温度；反之，则升商冉结晶温度。 (4)加热速度和保温时问。jl结晶过程需要有一定时问才能完J戊， 故加热速度的增加会使再结晶推迟到较高温度才发生：ir保

44、温时问延长，原了扩散充分，可使冉结晶过程在较低温度一下完成。由于铸造组织没有经过塑性变形所以不能通过再结晶退火来消除粗大铸造组织。 当金属继续冷拔有困难时，通常需要进行什么热处理？为什么?7、 当金属继续冷拔有困难时，通常需要进行什么热处理？为什么？金属在冷拔过程中会产生加工硬化，金属的加丁硬化，给进一步加U特来困难。为此，存其加工过程中必须支排一些中问退火1序，来消除加工硬化现象。试述纤维组织的形成及其对材料性能的影响。8、试述纤维组织的形成及其对材料性能的影响。 塑性变形后晶粒的外形沿着变形方向被压扁或拉长， 形成细条状或纤维状， 晶界变得模糊不 清，l随变形量增人而加剧，这种组织通常叫做

45、“纤维组织”。纤维组织的形 成，使金属的性能具有方向性，纵向的强度和塑性高于横向。晶粒破碎和位错 密度增加，使金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降，产生J所谓加一I：硬化 （或冷作硬化）现象。何谓临界变形度？为什么实际牛产中要避免在这一范围内 进行变形加J：？9、何谓临界变形度？为什么实际生产中要避免在这一范围内进 行变形加工？变彤度的影响实际上是一个变形均匀的问题。变形度愈人，变形 便愈均匀，冉结晶后的晶粒度便愈细。当变形度很小时，由于晶格畸变小，不 是以引起再结晶，故晶粒度保持原样。 当变形度在2lO%时再结晶后的晶粒 十分粗人， 因此时金属中只有部分晶粒发生变形， 变形很不均匀，再结晶时

46、 的形核数H少，再结晶后的晶粒度很不均匀，故晶粒极易吞并长人。 这个变形 度称为“临界变形度”，生产中应设法避免。10、热加-1：对金属组织和性能有何影响？钢 材在热加T（如锻造）时，为什么不产生加工硬化现象？硬化现象？热加T 虽然不致引起加工硬化，们仍能使金属的组织和性能发生显著的变化： （一）可 使钢中的气孔焊合，分散缩孔压实，从而使材料的敛密度增加。 （一：）可使铡中 的粗人枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高。 （三）可使钢中的 锌种夹杂物沿着变形方向伸长（塑性夹杂物如FeS和细碎脆性夹杂物如氧化物 等），但晶粒通过冉结晶变成细等轴晶，I而夹杂物却被保留F来，形成了“纤维组织

47、”，在宏观试样下呈现为条状（塑性夹杂物）和链状（脆性夹杂物）。这种 组织使钢的机械性能有J方向性，在沿着纤维的方向一下（纵向）具有较高的机械 性能，ifull在垂直纤维方向上（横向）性能较低。钢材在热加工（如锻造）时， 加_I：温度处于其fff结晶温度以一下，即使生加_I：硬化，也会通过弭结晶1rU消除， 故不产生加工硬化。Il、如图所示，用细棒料上K制的齿轮毛胚和直接用粗料毛 胚（与齿轮外径相等）来加L成如图所示，用细棒料压制的齿轮毛胚和A接用 粗料毛胚( l"齿轮外径相等)齿轮，试问用哪种方法制造I的齿轮质量好？为 什么？齿轮，试问用哪种方法制造fj的齿轮质最好？为什么？用细棒料

48、压制的 谢轮好，<习题六>(1)奥氏体的起始晶粒度奥氏体的起始晶粒度：起始晶粒度事指珠光体向奥氏体转变刚刚终丁时的奥氏体晶奥氏体的起始晶牲度粒度。 实际晶粒度：钢在具体加热条件下实际得到的奥氏体晶粒尺.j-。 实际晶粒度本质晶粒度：钢加热到930±IO，保温8h，冷却后得到的晶粒度， 本质晶粒度(2)珠光体珠光体：层比较人的铁索体-l确参碳体的机械混合物。索氏体：岛；片问距较小的铁索体jJ渗碳体的机械混合物。索氏体屈氏体：强氏体：以片问距较小的铁索体与渗碳体的机械混合物。U1氏体：！I!氏体：过饱 和的铁索体和碳化物的机械混合物。 马氏体： 马氏体：碳在a -Fe中的过饱

49、和同溶体。<3）奥氏体：碳溶在Y -Fe中的间隙同溶体。奥氏体：奥氏体过 冷奥氏体： 过冷奥氏体：钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到A rl以下，成 为热力学不稳定状态的过冷奥氏体。 残余奥氏体： 残余奥氏体：过冷奥氏体 向马氏体转变时，冷至窜温或Mf点尚未转变的奥氏体。 (4)退火：钢的退火 是把钢加热到高于或低于临界点（Ac:l或Ac：3）的某一温度，保温一退火：退 火定时问，然后随炉缓慢冷却以获得接近平衡组织的一种热处理一I：艺。 正火： 正火：正火时把亚析钢加热到以1- 30-50，过共析钢加热到，下30-50，保温后在空气中冷却的-I：艺。淬火：将钢加热到Acl或Ac:3以一下3

50、0-50，保温后快速的操作，称为淬火。淬火回火： 回火：将淬火钢加热到A1以_下某一温度，保温一定时问，然后快速冷却到室温的热处理T艺。 冷处理： 使残余奥氏体转变为马氏冷处到将退火钢继续冷却带室温以一下某一温度并停留一定时问，体，然后在恢复到室温。临界淬火冷却速度( Vk)： 临界淬火冷却速度(Vk)使获得全部马氏体组织的最小冷却速度。 淬透性：淬透性表示铡在淬火时或得马氏体的能力。 淬透性淬硬性： 淬硬性：淬硬性使指钢在理想条件下进行淬火硬化（即得到马氏体组织）所能达到的最高硬度的能力。2珠光体类型组织有哪几种？他们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？珠光体组织使按层间距人小分为珠光体

51、，索氏体，屈氏体三种。珠光体在等温温度在制650温度范围内获得，层片较人(>0.4 u m)硬度为170-200IIBS， 索氏体存等温温度在650-600范同内得到层片间距较小(0.2-0.4'l m)硬度为2：30-:320IIBS，屈氏体在等温温度在600-550范围内得到，联问跖更小(<0.2 u m) ，硬度为330-400IIBS。 3坝氏休类型组织有哪JL种？他们在形成条件、组织形态和11F能方面有何特点？叭氏体组织最为常见的是一下贝氏体和下贝氏体下贝氏休使过冷奥氏体存550-350温度范围内等温度形成的。呈羽毛状，有粗人的片状铁素体和粗人的，分布不均匀的渗碳

52、体组成。韧11F显著降低，硬度为IIBC35、45。下叽氏体使是过冷奥氏体存350、230温度范围内等温形成的，下！j!氏体中的铁索体针细小，渗碳体弥散度人。分布吏均匀，强度，硬度进一步提高。塑性，韧性有所改善，具有更好的综合机械性能。4、马氏体组织有哪几种基木类型？他们的形成条件、晶体结构，组织形态、性能有何特点？马氏体的硬度与食碳量关系如何？马氏体的组织形态主要有两种：板条状马氏体和片状马氏体。高温奥氏体中含碳量人于l. Oko时，淬火组织中马氏体的形态是片状的，亚结构二li要是栾晶，存片体边y+下沿Liii】m方向呈点状规则排列有螺形位错。片状马氏体韧性和塑性差。高温奥氏体中含碳鬣小于0

53、.30%时，淬火组织中马氏体的形态是扳条状的，体内有高容度位错 llllr为其惯习面。板条状马氏体的韧性利塑性好。 马氏体的硬度主要取决一j二禽碳量，随着马氏体含碳量的增高，硬度随之提高，当含碳量超过06%后硬度增加趋于平缓。何谓连续冷却及等温冷却？试绘fj奥氏体这两种冷却方式的示意图。5、何渭连续冷却及等温冷却？试绘Jj奥氏体这两种冷却方式的示意图。连续冷却是以某一速度连续冷冷li到室温，使过冷奥氏体在连续冷需冷却过程中发生转变，等温冷却是快速冷却到Arl以下某一温度，并等温停留一段时问，使过冷奥氏体发中转变，然后在冷却到室温。 曲线再个区、各条线的物理意义，6、说明共析碳钢c曲线并个区、备

54、条线的物理意义，并指fn影响C曲线形状和位置的主要因素。因素。共析钢C曲线中， 过冷奥氏体开始转变点的连线称为转变开始线； 过冷奥氏体转变结束点的连线称为转变结束线。水，F线Al表示奥氏体一oj珠光体的平衡温度。A1线以一l'：是奥氏体稳在定存在的区域Al线以一下，转变开始线以左是过冷奥氏体区，转变结束线以在是转变产物区，转交丌始线和结束线之问是过冷奥氏体和转变产物焚存区，影响C曲线形状和位箕的土要冈素有： (1)碳的影响。在亚共析钢中，随含碳最增加，C曲线向在移动：在过火析钢中，随禽碳量的增加，C曲线则向右移动。 (2)合金元素的彩响：除钻外，所有的合金元素使C曲线位置右移，碳化物肜

55、成元素含最较多时，不仪影响C曲线位越，还会改变C曲线的形状。 (3)加热温度和保温时问的影响：随着加热温度的提高和保温时问的延一K，C曲线右移。8、确定下列钢件的退火方法， 并指出退火H的及退火后的组织(l)经冷轧后的15钢钢板， 要求降低硬度(2) ZG35的铸造齿轮(3)锻造后热的60钢锻坯(4)具有片状渗碳体的T12钢坯(1)完个退火，目的是消除轧制-Ii艺刁i合要求而产生的带状组织缺陷，井适当降低硬度， 提高塑性和改善切屑加-I一性能。退火后组织为珠光体+铁索体(2)去应力退火：H的是消除铸件的内应力，退火后组织为珠光体+铁索体(3)去应力退火，日的是消除段枉的热应力，避免使用一l：程

56、中变形和开裂，退火后组织为珠光体+铁索体。 (4)球化退火，日的赴将珠光体的渗碳体由片状转化为球状，得到球状珠光体，降低钢的硬度，改善切削加-'I一性能，得到的组织为球状珠光体t球状渗碳体(1)指出图中、再点处的组织9、共析铡加热奥氏体化后，按图ql yl、V7的方式冷却， (2)写出 vi、v5的热处理+1：艺名称。过冷奥氏体+珠光体过冷奥氏体铁索体过冷奥氏体+屈氏体过冷奥氏体+屈氏体+叭氏体下！J!氏体过冷奥氏体+ F L氏体F叭氏体+马氏t4+残余奥氏体过冷奥氏体马氏体+残余奥氏体(2)Vl：退火10、 (a)马氏体V2:正火V,3：等温淬火V4:分级淬火v5:双液淬火(b)!J

57、!氏体+马氏体(c)屈氏体+!J!氏体+马氏体(d)屈氏休+索氏体+珠光体Il、淬火的H的是什么？NF共析钢和过兆析钢淬火加热温度麻如何选择？ 11、淬火的H的是什么? -lv-：i乓析钢利过处析钢淬火加热温度应如何选择？淬火的口的是为了获得马氏体或！氏体组织。提高钢的机械性能。为了防止奥氏体晶粒粗化，一般淬火温度不宣太高，只允许超ilI临界点30-50。弧共析钢的淬火加热温度是Ac3+:30-50。过j析钢的淬火温度魁Acl-30-50。12、 冷却后组织加热后组织珠光体+铁索体奥氏体+铁索体马氏体+奥氏体700： 珠光体+铁索体760： 马氏体÷铁索体840： 马氏体t残余奥氏体1100：粗人的马氏体一粗大的残余奥氏体粗人的奥氏体13、淬透性与淬墁联深度防者有何联系和区别？影响钢淬透你的冈素有哪砦？1：、淬透f!F与淬硬层深度两者有何联系和区别？影响钢淬透性的因素有哪些？影响钢制零件淬硬层深度的冈素有哪些？件淬硬层深度的因素有哪些？淬透性表示钢在淬火时获得马氏体的能力。而