工程材料复习思考题参考答案

1、PAGE PAGE 97工程材料复习思考题参考答案第一章 金属的晶体结构与结晶1解释下列名名词点缺陷，线缺陷陷，面缺陷，亚亚晶粒，亚晶晶界，刃型位位错，单晶体体，多晶体，过冷度，自发形形核，非自发发形核，变质质处理，变质质剂。答：点缺陷：原原子排列不规规则的区域在在空间三个方方向尺寸都很很小，主要指指空位间隙原子、置置换原子等。线缺陷：原子排排列的不规则则区域在空间一个个方向上的尺尺寸很大，而而在其余两个个方向上的尺尺寸很小。如如位错。面缺陷：原子排排列不规则的的区域在空间间两个方向上上的尺寸很大大，而另一方方向上的尺寸寸很小。如晶晶界和亚晶界界。亚晶粒：在多晶晶体的每一个个晶粒内，晶晶格位向

2、也并并非完全一致致，而是存在在着许多尺寸寸很小、位向向差很小的小小晶块，它们们相互镶嵌而而成晶粒，称称亚晶粒。亚晶界：两相邻邻亚晶粒间的的边界称为亚亚晶界。刃型位错：位错错可认为是晶晶格中一部分分晶体相对于于另一部分晶晶体的局部滑滑移而造成。滑滑移部分与未未滑移部分的的交界线即为为位错线。如如果相对滑移移的结果上半半部分多出一一半原子面，多多余半原子面面的边缘好像像插入晶体中中的一把刀的的刃口，故称称“刃型位错”。单晶体：如果一一块晶体，其其内部的晶格格位向完全一一致，则称这块晶体体为单晶体。多晶体：由多种种晶粒组成的的晶体结构称称为“多晶体”。过冷度：实际结结晶温度与理理论结晶温度度之差称为

3、过过冷度。自发形核：在一一定条件下，从从液态金属中中直接产生，原原子呈规则排排列的结晶核核心。非自发形核：是是液态金属依依附在一些未未溶颗粒表面面所形成的晶晶核。变质处理：在液液态金属结晶晶前，特意加加入某些难熔熔固态颗粒，造造成大量可以以成为非自发发晶核的固态态质点，使结结晶时的晶核核数目大大增增加，从而提提高了形核率率，细化晶粒粒，这种处理理方法即为变变质处理。变质剂：在浇注注前所加入的的难熔杂质称称为变质剂。2.常见的金属属晶体结构有有哪几种？-Fe 、- Fe 、Al 、CCu 、Nii 、 Pbb 、 Crr 、 V 、Mg、ZZn 各属何何种晶体结构构？答：常见金属晶晶体结构：体体

4、心立方晶格格、面心立方方晶格、密排排六方晶格；Fe、Crr、V属于体体心立方晶格格；Fe 、AAl、Cu、NNi、Pb属属于面心立方方晶格；Mg、Zn属于于密排六方晶晶格；3.配位数和致致密度可以用用来说明哪些些问题？答：用来说明晶晶体中原子排排列的紧密程程度。晶体中中配位数和致致密度越大，则则晶体中原子子排列越紧密密。4.晶面指数和和晶向指数有有什么不同？答：晶向是指晶晶格中各种原原子列的位向向，用晶向指指数来表示，形形式为；晶面面是指晶格中中不同方位上上的原子面，用用晶面指数来来表示，形式式为。5.实际晶体中中的点缺陷，线线缺陷和面缺缺陷对金属性性能有何影响响？答：如果金属中中无晶体缺陷陷

5、时，通过理理论计算具有有极高的强度度，随着晶体体中缺陷的增增加，金属的的强度迅速下下降，当缺陷陷增加到一定定值后，金属属的强度又随随晶体缺陷的的增加而增加加。因此，无无论点缺陷，线线缺陷和面缺缺陷都会造成成晶格崎变，从从而使晶体强强度增加。同同时晶体缺陷陷的存在还会会增加金属的的电阻，降低低金属的抗腐腐蚀性能。6.为何单晶体体具有各向异异性，而多晶晶体在一般情情况下不显示示出各向异性性？答：因为单晶体体内各个方向向上原子排列列密度不同，造造成原子间结结合力不同，因因而表现出各各向异性；而而多晶体是由由很多个单晶晶体所组成，它它在各个方向向上的力相互互抵消平衡，因因而表现各向向同性。7.过冷度与

6、冷冷却速度有何何关系？它对对金属结晶过过程有何影响响？对铸件晶晶粒大小有何何影响？答：冷却速度度越大，则过过冷度也越大大。随着冷却速速度的增大，则则晶体内形核核率和长大速速度都加快，加加速结晶过程程的进行，但但当冷速达到到一定值以后后则结晶过程程将减慢，因因为这时原子子的扩散能力力减弱。过冷度增大大，F大，结晶晶驱动力大，形形核率和长大大速度都大，且且N的增加比比G增加得快快，提高了NN与G的比值值，晶粒变细细，但过冷度度过大，对晶晶粒细化不利利，结晶发生生困难。8.金属结晶的的基本规律是是什么？晶核核的形成率和和成长率受到到哪些因素的的影响？答：金属结晶晶的基本规律律是形核和核核长大。受到过

7、冷度度的影响，随随着过冷度的的增大，晶核核的形成率和和成长率都增增大，但形成成率的增长比比成长率的增增长快；同时时外来难熔杂杂质以及振动动和搅拌的方方法也会增大大形核率。9.在铸造生产产中，采用哪哪些措施控制制晶粒大小？在生产中如如何应用变质质处理？答：采用的方方法：变质处处理，钢模铸铸造以及在砂砂模中加冷铁铁以加快冷却却速度的方法法来控制晶粒粒大小。变质处理：在液态金属属结晶前，特特意加入某些些难熔固态颗颗粒，造成大大量可以成为为非自发晶核核的固态质点点，使结晶时时的晶核数目目大大增加，从从而提高了形形核率，细化化晶粒。机械振动、搅搅拌。第二章 金金属的塑性变变形与再结晶晶1解释下列名名词：

8、加工硬化、回复复、再结晶、热热加工、冷加加工。答：加工硬化：随着塑性变变形的增加，金金属的强度、硬硬度迅速增加加；塑性、韧韧性迅速下降降的现象。回复：为了消除除金属的加工工硬化现象，将将变形金属加加热到某一温温度，以使其其组织和性能能发生变化。在在加热温度较较低时，原子子的活动能力力不大，这时时金属的晶粒粒大小和形状状没有明显的的变化，只是是在晶内发生生点缺陷的消消失以及位错错的迁移等变变化，因此，这这时金属的强强度、硬度和和塑性等机械械性能变化不不大，而只是是使内应力及及电阻率等性性能显著降低低。此阶段为为回复阶段。再结晶：被加热热到较高的温温度时，原子子也具有较大大的活动能力力，使晶粒的的

9、外形开始变变化。从破碎碎拉长的晶粒粒变成新的等等轴晶粒。和和变形前的晶晶粒形状相似似，晶格类型型相同，把这这一阶段称为为“再结晶”。热加工：将金属属加热到再结结晶温度以上上一定温度进进行压力加工工。冷加工：在再结结晶温度以下下进行的压力力加工。2产生加工硬硬化的原因是是什么？加工工硬化在金属属加工中有什什么利弊？答：随着变形形的增加，晶晶粒逐渐被拉拉长，直至破破碎，这样使使各晶粒都破破碎成细碎的的亚晶粒，变变形愈大，晶晶粒破碎的程程度愈大，这这样使位错密密度显著增加加；同时细碎碎的亚晶粒也也随着晶粒的的拉长而被拉拉长。因此，随随着变形量的的增加，由于于晶粒破碎和和位错密度的的增加，金属属的塑性

10、变形形抗力将迅速速增大，即强强度和硬度显显著提高，而而塑性和韧性性下降产生所所谓“加工硬化”现象。金属的加工工硬化现象会会给金属的进进一步加工带带来困难，如如钢板在冷轧轧过程中会越越轧越硬，以以致最后轧不不动。另一方方面人们可以以利用加工硬硬化现象，来来提高金属强强度和硬度，如如冷拔高强度度钢丝就是利利用冷加工变变形产生的加加工硬化来提提高钢丝的强强度的。加工工硬化也是某某些压力加工工工艺能够实实现的重要因因素。如冷拉拉钢丝拉过模模孔的部分，由由于发生了加加工硬化，不不再继续变形形而使变形转转移到尚未拉拉过模孔的部部分，这样钢钢丝才可以继继续通过模孔孔而成形。3划分冷加工工和热加工的的主要条件

11、是是什么？答：主要是再结结晶温度。在在再结晶温度度以下进行的的压力加工为为冷加工，产产生加工硬化化现象；反之之为热加工，产产生的加工硬硬化现象被再再结晶所消除除。4与冷加工比比较，热加工工给金属件带带来的益处有有哪些？答：（1）通过过热加工，可可使铸态金属属中的气孔焊焊合，从而使使其致密度得得以提高。（2）通过热加加工，可使铸铸态金属中的的枝晶和柱状状晶破碎，从从而使晶粒细细化，机械性性能提高。（3）通过热加加工，可使铸铸态金属中的的枝晶偏析和和非金属夹杂杂分布发生改改变，使它们们沿着变形的的方向细碎拉拉长，形成热热压力加工“纤维组织”（流线），使使纵向的强度度、塑性和韧韧性显著大于于横向。如

12、果果合理利用热热加工流线，尽尽量使流线与与零件工作时时承受的最大大拉应力方向向一致，而与与外加切应力力或冲击力相相垂直，可提提高零件使用用寿命。5为什么细晶晶粒钢强度高高，塑性，韧韧性也好？答：晶界是阻碍碍位错运动的的，而各晶粒粒位向不同，互互相约束，也也阻碍晶粒的的变形。因此此，金属的晶晶粒愈细，其其晶界总面积积愈大，每个个晶粒周围不不同取向的晶晶粒数便愈多多，对塑性变变形的抗力也也愈大。因此此，金属的晶粒愈愈细强度愈高高。同时晶粒粒愈细，金属属单位体积中中的晶粒数便便越多，变形形时同样的变变形量便可分散在更更多的晶粒中中发生，产生生较均匀的变变形，而不致致造成局部的的应力集中，引引起裂纹的

13、过过早产生和发发展。因此，塑性，韧性也越好。6金属经冷塑塑性变形后，组组织和性能发发生什么变化化？答：晶粒沿变变形方向拉长长，性能趋于于各向异性，如如纵向的强度度和塑性远大大于横向等；晶粒破碎，位位错密度增加加，产生加工工硬化，即随随着变形量的的增加，强度度和硬度显著著提高，而塑塑性和韧性下下降；织构现象的的产生，即随随着变形的发发生，不仅金金属中的晶粒粒会被破碎拉拉长，而且各各晶粒的晶格格位向也会沿沿着变形的方方向同时发生生转动，转动动结果金属中中每个晶粒的的晶格位向趋趋于大体一致致，产生织构构现象；冷压力加工工过程中由于于材料各部分分的变形不均均匀或晶粒内内各部分和各各晶粒间的变变形不均匀

14、，金金属内部会形形成残余的内内应力，这在在一般情况下下都是不利的的，会引起零零件尺寸不稳稳定。 7分析加工硬硬化对金属材材料的强化作作用？答：随着塑性变变形的进行，位位错密度不断断增加，因此此位错在运动动时的相互交交割、位错缠缠结加剧，使使位错运动的的阻力增大，引引起变形抗力力的增加。这这样，金属的的塑性变形就就变得困难，要要继续变形就就必须增大外外力，因此提提高了金属的的强度。8已知金属钨钨、铁、铅、锡锡的熔点分别别为33800、1538、327、232，试计算这这些金属的最最低再结晶温温度，并分析析钨和铁在11100下的加工、铅铅和锡在室温温（20）下的加工工各为何种加加工？答：T再=0.

15、4T熔；钨T再=0.4*（3380+2273）-273=1188.2; 铁T再=0.4*（1538+2273）-273=451.44; 铅T再=0.4*（327+2773）-2273=-33; 锡T再=0.4*（232+2773）-2273=-71.由于钨T再为1188.21100，因此属于于热加工；铁铁T再为451.441100，因此属于于冷加工；铅铅T再为-3320，属于冷加工；锡T再为-7120，属于冷加工。9在制造齿轮轮时，有时采采用喷丸法（即即将金属丸喷喷射到零件表表面上）使齿齿面得以强化化。试分析强强化原因。答：高速金属丸丸喷射到零件件表面上，使使工件表面层层产生塑性变变形，形成一

16、一定厚度的加加工硬化层，使使齿面的强度度、硬度升高高。第三章 合金金的结构与二二元状态图1解释下列名名词：合金，组元，相相，相图；固固溶体，金属属间化合物，机机械混合物；枝晶偏析，比比重偏析；固固溶强化，弥弥散强化。答：合金：通过过熔炼，烧结结或其它方法法，将一种金金属元素同一一种或几种其其它元素结合合在一起所形形成的具有金金属特性的新新物质，称为为合金。组元：组成合金金的最基本的的、独立的物物质称为组元元。相：在金属或合合金中，凡成成分相同、结结构相同并与与其它部分有有界面分开的的均匀组成部部分，均称之之为相。相图：用来表示示合金系中各各个合金的结结晶过程的简简明图解称为为相图。固溶体：合金

17、的的组元之间以以不同的比例例混合，混合合后形成的固固相的晶格结结构与组成合合金的某一组组元的相同，这这种相称为固固溶体。金属间化合物：合金的组元元间发生相互互作用形成的的一种具有金金属性质的新新相，称为金金属间化合物物。它的晶体体结构不同于于任一组元，用用分子式来表表示其组成。 机械混合物：合合金的组织由由不同的相以以不同的比例例机械的混合合在一起，称称机械混合物物。枝晶偏析：实际际生产中，合合金冷却速度度快，原子扩扩散不充分，使使得先结晶出出来的固溶体体合金含高熔熔点组元较多多，后结晶含含低熔点组元元较多，这种在晶粒粒内化学成分分不均匀的现现象称为枝晶晶偏析。比重偏析：比重重偏析是由组组成相

18、与溶液液之间的密度度差别所引起起的。如果先先共晶相与溶溶液之间的密密度差别较大大，则在缓慢慢冷却条件下下凝固时，先先共晶相便会会在液体中上上浮或下沉，从从而导致结晶晶后铸件上下下部分的化学学成分不一致致，产生比重重偏析。固溶强化：通过过溶入某种溶溶质元素形成成固溶体而使使金属的强度度、硬度升高高的现象称为为固溶强化。弥散强化：合金金中以固溶体体为主再有适适量的金属间间化合物弥散散分布，会提提高合金的强强度、硬度及及耐磨性，这这种强化方式式为弥散强化化。2指出下列名名词的主要区区别：1）置换固溶体体与间隙固溶溶体；答：置换固溶体体：溶质原子子代替溶剂晶晶格结点上的的一部分原子子而组成的固固溶体称

19、置换换固溶体。间隙固溶体：溶溶质原子填充充在溶剂晶格格的间隙中形形成的固溶体体，即间隙固固溶体。2）相组成物与与组织组成物物；相组成物：合金金的基本组成成相。组织组成物：合合金显微组织织中的独立组成部分。3下列元素在在-Fe 中中形成哪几种种固溶体?Si、C、N、Cr、Mn答：Si、Crr、Mn形成置换换固溶体；CC、N形成间隙固固溶体。4试述固溶强强化、加工强强化和弥散强强化的强化原原理,并说明明三者的区别别.答：固溶强化：溶质原子溶溶入后，要引引起溶剂金属属的晶格产生生畸变，进而而位错运动时时受到阻力增增大。弥散强化：金属属化合物本身身有很高的硬硬度，因此合合金中以固溶溶体为基体再再有适量

20、的金金属间化合物物均匀细小弥散散分布时，会提高合合金的强度、硬硬度及耐磨性性。这种用金金属间化合物物来强化合金金的方式为弥弥散强化。加工强化：通过过产生塑性变变形来增大位位错密度，从从而增大位错错运动阻力，引引起塑性变形形抗力的增加加，提高合金金的强度和硬硬度。区别：固溶强化化和弥散强化化都是利用合合金的组成相相来强化合金金，固溶强化化是通过产生生晶格畸变，使使位错运动阻阻力增大来强强化合金；弥弥散强化是利利用金属化合合物本身的高高强度和硬度度来强化合金金；而加工强强化是通过力力的作用产生生塑性变形，增增大位错密度度以增大位错错运动阻力来来强化合金；三者相比，通通过固溶强化化得到的强度度、硬度

21、最低低，但塑性、韧韧性最好，加加工强化得到到的强度、硬硬度最高，但但塑韧性最差差，弥散强化化介于两者之之间。5固溶体和金金属间化合物物在结构和性性能上有什么么主要差别？答：在结构上：固溶体的晶体体结构与溶剂剂的结构相同同，而金属间间化合物的晶晶体结构不同同于组成它的的任一组元，它它是以分子式式来表示其组组成。 在性能上：形成固溶体体和金属间化化合物都能强强化合金，但但固溶体的强度度、硬度比金金属间化合物物低，塑性、韧韧性比金属间间化合物好，也也就是固溶体体有更好的综综合机械性能能。6. 何谓共晶晶反应、包晶晶反应和共析析反应?试比比较这三种反反应的异同点点.答：共晶反应：指一定成分分的液体合金

22、金，在一定温温度下，同时时结晶出成分分和晶格均不不相同的两种种晶体的反应应。 包晶反应：指一定成分分的固相与一一定成分的液液相作用，形形成另外一种种固相的反应应过程。共析反应：由特特定成分的单单相固态合金金，在恒定的的温度下，分分解成两个新新的，具有一一定晶体结构构的固相的反反应。共同点：反应都都是在恒温下下发生，反应应物和产物都都是具有特定定成分的相，都都处于三相平平衡状态。不同点：共晶反反应是一种液液相在恒温下下生成两种固固相的反应；共析反应是是一种固相在在恒温下生成成两种固相的的反应；而包包晶反应是一一种液相与一一种固相在恒恒温下生成另另一种固相的的反应。 7二元合金相相图表达了合合金的

23、哪些关关系？答：二元合金相相图表达了合合金的状态与与温度和成分分之间的关系系。8在二元合金金相图中应用用杠杆定律可可以计算什么么？答：应用杠杆定定律可以计算算合金相互平衡衡两相的成分分和相对含量量。9. 已知A（熔熔点 6000）与B(5000) 在液态态无限互溶；在固态 3300时A溶于 B 的最大溶解解度为 300% ，室温温时为10%，但B不溶于A；在 3000时，含 440% B 的液态合金金发生共晶反反应。现要求求：1）作出A-BB 合金相图图；2）分析 200% A,45%A,80%A 等合金的的结晶过程，并并确定室温下下的组织组成成物和相组成成物的相对量量。答：（1） （2）20

24、%AA合金如图： 合金金在1点以上上全部为液相相，当冷至11点时，开始始从液相中析析出固溶体，至至2点结束，223点之间合合金全部由固溶体所组组成，但当合合金冷到3点点以下，由于于固溶体的浓度超过过了它的溶解解度限度，于于是从固溶体体中析出二次次相A，因此最终终显微组织：+A 相组组成物: +A A=（90-880/90）*100%=11% =1-A%=89% 455%A合金如如图：合金在1点以上上全部为液相相，冷至1点点时开始从液液相中析出固溶体，此此时液相线成成分沿线BEE变化，固相相线成分沿BBD线变化，当当冷至2点时时，液相线成分到到达E点，发生共共晶反应，形形成（A+）共晶体，合合金

25、自2点冷冷至室温过程程中，自中析析出二次相AA，因而合金金室温组织：A+(AA+) 相组成物:AA+组织：A=（70-555）/70*1100%=221% =1- A=79% A+=（700-55）/(70-400）*1000%=50%相：A=（900-55）/90*1000%=500% =1-A%=50%80%A合金如如图：合金在1点以上上全部为液相相，冷至1点点时开始从液液相中析出AA，此时液相相线成分沿AAE线变化，冷冷至2点时，液液相线成分到到达点，发生生共晶反应，形形成(A+)共晶体，因因而合金的室温组织织：A+ (A+) 相组成物：A+组织：A=（440-20）/40*1100%=

26、550% A+=1-A%=50%相： A=（990-20）/90*1000%=788% =1-A%=22%10某合金相相图如图所示示。1）试标注空白区域域中存在相的的名称；2）指出此相图图包括哪几种种转变类型；3）说明合金的平衡结晶晶过程及室温温下的显微组组织。答：(1)：L+ : + : +(+) : + (2)匀匀晶转变；共共析转变 (3)合金金在1点以上上全部为液相相,冷至1点点时开始从液液相中析出固溶体至22点结束,223点之间间合金全部由由固溶体所组组成,3点以以下,开始从从固溶体中析析出固溶体,冷冷至4点时合合金全部由固溶体所组组成,455之间全部由由固溶体所组组成,冷到55点以下

27、,由由于固溶体的浓浓度超过了它它的溶解度限限度,从中析出第二二相固溶体,最最终得到室稳稳下的显微组组织: +11有形状、尺寸相同的的两个 Cuu-Ni 合合金铸件，一一个含 900% Ni ，另一个含含 50% Ni,铸后后自然冷却，问问哪个铸件的的偏析较严重重？答：含 50% Ni的Cu-Nii 合金铸件件偏析较严重重。在实际冷冷却过程中，由由于冷速较快快，使得先结结晶部分含高高熔点组元多多，后结晶部部分含低熔点点组元多，因因为含 500% Ni的的Cu-Nii 合金铸件件固相线与液液相线范围比比含 90% Ni铸件件宽，因此它所所造成的化学学成分不均匀匀现象要比含含 90% Ni的Cu-N

28、ii 合金铸件件严重。第四章 铁碳合金1何谓金属的的同素异构转转变？试画出出纯铁的结晶晶冷却曲线和和晶体结构变变化图。答：由于条件（温温度或压力）变变化引起金属属晶体结构的的转变，称同同素异构转变变。2为什么-Fe 和- Fe 的的比容不同？一块质量一一定的铁发生生（-Fe -Fe ）转变时，其其体积如何变变化？答：因为-FFe和- Fe原子排排列的紧密程程度不同，-Fe的致密度度为74%,- Fe的致密密度为68%，因此一块块质量一定的的铁发生（-Fe -Fe ）转变时体体积将发生膨胀。3.何谓铁素体体（F）,奥奥氏体（A），渗碳体体（Fe3C），珠光体体（P）,莱氏氏体（Ld）？它们的结构

29、构、组织形态态、性能等各各有何特点？答：铁素体（FF）：铁素体是碳碳在中形成的的间隙固溶体体，为体心立立方晶格。由由于碳在中的的溶解度很很小，它的性性能与纯铁相相近。塑性、韧韧性好，强度度、硬度低。它在钢中一般呈块状或片状。奥氏体（A）：奥氏体是碳碳在中形成的的间隙固溶体，面心心立方晶格。因其晶格间隙尺寸较大，故碳在中的溶解度较大。有很好的塑性。渗碳体（Fe33C）：铁和碳相互互作用形成的的具有复杂晶晶格的间隙化化合物。渗碳碳体具有很高高的硬度，但但塑性很差，延延伸率接近于于零。在钢中中以片状存在在或网络状存存在于晶界。在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。珠光体（P）：由铁素体和和渗碳体组成

30、成的机械混合合物。铁素体体和渗碳体呈呈层片状。珠珠光体有较高高的强度和硬硬度，但塑性性较差。莱氏体（Ld）：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物。在莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上。由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。4.Fe-Fee3C合金相图有有何作用？在在生产实践中中有何指导意意义？又有何何局限性？答：碳钢和铸铸铁都是铁碳碳合金，是使使用最广泛的的金属材料。铁铁碳合金相图图是研究铁碳碳合金的重要要工具，了解解与掌握铁碳碳合金相图，对对于钢铁材料料的研究和使使用，各种热热加工工艺的的制订以及工工艺废品原因因的分析等方方面都有重要要指导意义。为选材提供成分

31、依据：相图描述了铁碳合金的组织随含碳量的变化规律，合金的性能决定于合金的组织，这样根据零件的性能要求来选择不同成分的铁碳合金；为制定热加工工艺提供依据：对铸造，根据相图可以找出不同成分的钢或铸铁的熔点，确定铸造温度；根据相图上液相线和固相线间距离估计铸造性能的好坏。对于锻造：根据相图可以确定锻造温度。对焊接：根据相图来分析析碳钢焊缝组组织，并用适适当热处理方方法来减轻或或消除组织不不均匀性；对对热处理：相相图更为重要要，如退火、正正火、淬火的的加热温度都都要参考铁碳碳相图加以选选择。由于铁碳相相图是以无限限缓慢加热和和冷却的速度度得到的，而而在实际加热热和冷却通常常都有不同程程度的滞后现现象。

32、5.画出 Fee-Fe3C 相图，指指出图中 SS 、C 、E 、P、N 、G 及 GGS 、SE 、PQ 、PSK 各各点、线的意义，并并标出各相区区的相组成物物和组织组成成物。答: C：共晶点11148 4.30%C，在这一一点上发生共共晶转变，反反应式：，当当冷到11448时具有C点点成分的液体体中同时结晶晶出具有E点点成分的奥氏氏体和渗碳体体的两相混合合物莱氏体E：碳在中的最最大溶解度点点1148 22.11%CCG：同素异构转转变点（A33）912 0%CH：碳在中的最最大溶解度为为1495 0.09%CJ：包晶转变点点1495 0.17%C 在这这一点上发生生包晶转变，反反应式：当

33、冷冷却到14995时具有B点点成分的液相相与具有H点点成分的固相相反应生成具具有J点成分分的固相A。N：同素异构转转变点（A44）1394 00%CP：碳在中的最最大溶解度点点 0.00218%CC 7227S：共析点7227 0.77%C 在这一点上上发生共析转转变，反应式式：，当冷却却到727时从具有SS点成分的奥奥氏体中同时时析出具有PP点成分的铁铁素体和渗碳碳体的两相混混合物珠光体PP（）ES线：碳在奥奥氏体中的溶溶解度曲线，又又称Acm温温度线，随温温度的降低，碳碳在奥化体中中的溶解度减减少，多余的的碳以形式析析出，所以具具有0.777%2.111%C的钢钢冷却到Accm线与PSSK

34、线之间时时的组织，从从A中析出的的称为二次渗渗碳体。GS线：不同含含碳量的奥氏氏体冷却时析析出铁素体的的开始线称AA3线，GP线线则是铁素体体析出的终了了线，所以GGSP区的显显微组织是。PQ线：碳在铁铁素体中的溶溶解度曲线，随随温度的降低低，碳在铁素素体中的溶解解度减少，多多余的碳以形形式析出，从从中析出的称为为三次渗碳体体，由于铁素体体含碳很少，析析出的很少，一一般忽略，认认为从7277冷却到室温温的显微组织织不变。PSK线：共析析转变线，在在这条线上发发生共析转变变，产物（PP）珠光体，含含碳量在0.026.69%的铁碳合金金冷却到7227时都有共析析转变发生。6.简述 Fee-Fe3C

35、 相图中三三个基本反应应：包晶反应应,共晶反应应及共析反应应，写出反应应式，标出含含碳量及温度度。答：共析反应：冷却到7277时具有S点成成分的奥氏体体中同时析出出具有P点成成分的铁素体体和渗碳体的的两相混合物物。0.8F0.02+FFe3C6.69包晶反应：冷却却到14955时具有B点点成分的液相相与具有H点点成分的固相相反应生成具具有J点成分分的固相A。 L0.5+0.10.16共晶反应：11148时具有C点点成分的液体体中同时结晶晶出具有E点点成分的奥氏氏体和渗碳体体的两相混合合物。 L4.32.14+ Fe3C6.697.何谓碳素钢钢？何谓白口口铁？两者的的成分组织和和性能有何差差别？

36、答：碳素钢：含含有0.022%2.114%C的铁铁碳合金。白口铁：含大于于2.14%C的铁碳合合金。碳素钢中亚共析析钢的组织由由铁素体和珠珠光体所组成成，其中珠光光体中的渗碳碳体以细片状状分布在铁素素体基体上，随着含碳量的增加，珠光体的含量增加，则钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。当含碳量达到0.8%时就是珠光体的性能。过共析钢组织由珠光体和二次渗碳体所组成，含碳量接近1.0%时，强度达到最大值，含碳量继续增加，强度下降。由于二次渗碳体在晶界形成连续的网络，导致钢的脆性增加。白口铁中由于其其组织中存在在大量的渗碳碳体，具有很很高的硬度和和脆性，难以以切削加工。8.亚共析钢、共共析钢和过共共析

37、钢的组织织有何特点和和异同点。答：亚共析钢的的组织由铁素素体和珠光体体所组成。其其中铁素体呈呈块状。珠光光体中铁素体体与渗碳体呈呈片状分布。共析钢的组织由珠光体所组成。过共析钢的组织由珠光体和二次渗碳体所组成，其中二次渗碳体在晶界形成连续的网络状。 共同点：钢的组织中中都含有珠光光体。不同点点：亚共析钢钢的组织是铁铁素体和珠光光体，共析钢钢的组织是珠珠光体，过共共析钢的组织织是珠光体和和二次渗碳体体。9.分析含碳量量分别为 00.20% 、 0.660% 、 0.80% 、 1.0% 的铁铁碳合金从液液态缓冷至室室温时的结晶晶过程和室温温组织.答：0.80%C:在122点间合金按按匀晶转变结结

38、晶出A，在在2点结晶结结束，全部转转变为奥氏体体。冷到3点点时（7277），在恒温温下发生共析析转变，转变变结束时全部部为珠光体PP，珠光体中中的渗碳体称称为共析渗碳碳体，当温度度继续下降时时，珠光体中中铁素体溶碳碳量减少，其其成分沿固溶溶度线PQ变变化，析出三三次渗碳体，它它常与共析渗渗碳体长在一一起，彼此分分不出，且数数量少，可忽忽略。室温时组织P。0.60% CC：合金在12点间按匀匀晶转变结晶晶出A，在22点结晶结束束，全部转变变为奥氏体。冷冷到3点时开开始析出F，33-4点A成成分沿GS线线变化，铁素素体成分沿GGP线变化，当当温度到4点点时，奥氏体体的成分达到到S点成分（含含碳0.

39、8%），便发生生共析转变，形形成珠光体，此此时，原先析析出的铁素体体保持不变，称称为先共析铁铁素体，其成成分为0.002%C，所所以共析转变变结束后，合合金的组织为为先共析铁素素体和珠光体体，当温度继继续下降时，铁铁素体的溶碳碳量沿PQ线线变化，析出出三次渗碳体体，同样量很很少，可忽略略。所以含碳0.440%的亚共共析钢的室温温组织为：FF+P1.0% C：合金在12点间按匀匀晶转变结晶晶出奥氏体，22点结晶结束束，合金为单单相奥氏体，冷冷却到3点，开开始从奥氏体体中析出二次次渗碳体，沿奥氏体的的晶界析出，呈呈网状分布，33-4间不断断析出，奥氏氏体成分沿EES线变化，当当温度到达44点（72

40、77）时，其含含碳量降为00.77%，在在恒温下发生生共析转变，形形成珠光体，此此时先析出的的保持不变，称称为先共析渗渗碳体，所以以共析转变结结束时的组织织为先共析二二次渗碳体和和珠光体，忽忽略。室温组织为二次次渗碳体和珠珠光体。10指出下列列名词的主要要区别：1）一次渗碳体体、二次渗碳碳体、三次渗渗碳体、共晶晶渗碳体与共共析渗碳体；答：一次渗碳体体：由液相中中直接析出来来的渗碳体称称为一次渗碳碳体。二次渗碳体：从从A中析出的的称为二次渗渗碳体。三次渗碳体：从从中析出的称为为三次渗碳体体。共晶渗碳体：经经共晶反应生成成的渗碳体即即莱氏体中的渗渗碳体称为共共晶渗碳体。共析渗碳体：经经共析反应生成

41、成的渗碳体即即珠光体中的的渗碳体称为为共析渗碳体体。2） 热脆与冷冷脆。答：热脆：S在在钢中以FeeS形成存在在，FeS会会与Fe形成成低熔点共晶晶，当钢材在在10001200压力加工时时，会沿着这这些低熔点共共晶体的边界界开裂，钢材材将变得极脆脆，这种脆性性现象称为热热脆。冷脆：P使室温温下的钢的塑塑性、韧性急急剧降低，并并使钢的脆性性转化温度有有所升高，使使钢变脆，这这种现象称为为“冷脆”。11根据 FFe-Fe33C 相图，计计算：1）室温下，含含碳 0.66% 的钢中中珠光体和铁铁素体各占多多少；2）室温下，含含碳 1.22% 的钢中中珠光体和二二次渗碳体各各占多少；3）铁碳合金中中，

42、二次渗碳碳体和三次渗渗碳体的最大大百分含量。答：1）Wp=(0.6-0.02)/(0.88-0.022)*1000%=74% WW=1-744%=26%2）Wp=(22.14-11.2)/(2.14-0.8)*100%=70% WFee3C=1-70%=30%3）WFe3CC=(2.144-0.8)/(6.669-0.88)*1000%=23% W Fee3C=0.022/6.699*100%=33%12某工厂仓仓库积压了许许多碳钢（退退火状态），由由于钢材混杂杂，不知道钢钢的化学成分分，现找出其其中一根，经经金相分析后后，发现其组组织为珠光体体+铁素体，其其中铁素体占占 80% ，问此钢材材

43、的含碳量大大约是多少？答：由于组织为为珠光体+铁铁素体，说明明此钢为亚共共析钢。 W=880%=(00.8-WCC)/(0.8-0.002)*1000% WC=0.18%13对某退火火碳素钢进行行金相分析，其其组织的相组组成物为铁素素体+渗碳体体（粒状），其其中渗碳体占占 18% ，问此碳钢钢的含碳量大大约是多少？答： WFe33C=18% =( WC-0.022)/(6.69-0.02)*1000% WC=1.222%14对某退火火碳素钢进行行金相分析，其其组织为珠光光体+渗碳体体（网状），其其中珠光体占占 93% ，问此碳钢钢的含碳量大大约为多少？答：Wp=933% =(22.14- WC

44、)/(2.14-0.8)*1000%=700% WWC=0.899%15.计算Fee-1.4%C合金金在700下各个相及及其组分数量量和成分。答：含1.4%C合金属于于过共析钢，其其组织为珠光光体+二次渗碳体，相为为铁素体和渗渗碳体。Wp=(2.114-1.44)/(2.14-0.8)*1000%=555% WFe3C=1-55%=45%W=（6.669-1.44）/（6.69-0.02）*1100%=779% WFe3C=1-79%=21%16根据 FFe-Fe33C 相图，说说明产生下列列现象的原因因：1）含碳量为 1.0% 的钢比含碳碳量为 0.5% 的钢钢硬度高；答：钢中随着含含碳量的

45、增加加，渗碳体的的含量增加，渗渗碳体是硬脆脆相，因此含含碳量为 11.0% 的的钢比含碳量量为 0.55% 的钢硬硬度高。2）在室温下，含含碳 0.88% 的钢其其强度比含碳碳 1.2% 的钢高；答：因为在钢中中当含碳量超超过1.0%时，所析出出的二次渗碳碳体在晶界形形成连续的网网络状，使钢钢的脆性增加加，导致强度度下降。因此此含碳 0.8% 的钢钢其强度比含含碳 1.22% 的钢高高。3）在 11000，含碳 00.4% 的的钢能进行锻锻造，含碳 4.0% 的生铁不能能锻造；答：在 11000时，含碳 00.4% 的的钢的组织为为奥氏体，奥奥氏体的塑性性很好，因此此适合于锻造造；含碳 44.

46、0% 的的生铁的组织织中含有大量量的渗碳体，渗渗碳体的硬度度很高，不适适合于锻造。4）绑轧物件一一般用铁丝（镀镀锌低碳钢丝丝），而起重重机吊重物却却用钢丝绳（用用 60 、 65 、 70 、 75 等钢钢制成）；答：绑轧物件的的性能要求有有很好的韧性性，因此选用用低碳钢有很好好的塑韧性，镀锌低碳钢丝；而起重机吊重物用钢丝绳除要求有一定的强度，还要有很高的弹性极限，而60 、 65 、 70 、 75钢有高的强度和高的弹性极限。这样在吊重物时不会断裂。5）钳工锯 TT8 ， TT10,T112 等钢料料时比锯 110,20 钢费力，锯锯条容易磨钝钝；答：T8 ， T10,TT12属于碳碳素工具

47、钢，含含碳量为0.8%，1.0%，1.2%，因而而钢中渗碳体体含量高，钢钢的硬度较高高；而10,20钢为优优质碳素结构构钢，属于低低碳钢，钢的的硬度较低，因因此钳工锯 T8 ， T10,TT12 等钢钢料时比锯 10,200 钢费力，锯锯条容易磨钝钝。6）钢适宜于通通过压力加工工成形，而铸铸铁适宜于通通过铸造成形形。答：因为钢的含含碳量范围在在0.02%2.144%之间，渗渗碳体含量较较少，铁素体体含量较多，而而铁素体有较较好的塑韧性性，因而钢适适宜于压力加加工；而铸铁铁组织中含有有大量以渗碳碳体为基体的的莱氏体，渗渗碳体是硬脆脆相，因而铸铸铁适宜于通通过铸造成形形。17.钢中常存存杂质有哪些

48、些？对钢的性性能有何影响响？答：钢中常存杂杂质有Si、MMn、S、PP等。Mn：大部分溶溶于铁素体中中，形成置换换固溶体，并并使铁素体强强化：另一部部分Mn溶于于Fe3C中，形成合合金渗碳体，这这都使钢的强强度提高，MMn与S化合合成MnS，能能减轻S的有有害作用。当当Mn含量不不多，在碳钢钢中仅作为少少量杂质存在在时，它对钢钢的性能影响响并不明显。Si：Si与MMn一样能溶溶于铁素体中中，使铁素体体强化，从而而使钢的强度度、硬度、弹弹性提高，而而塑性、韧性性降低。当SSi含量不多多，在碳钢中中仅作为少量量夹杂存在时时，它对钢的的性能影响并并不显著。S：硫不溶于铁铁，而以FeeS形成存在在，F

49、eS会会与Fe形成成共晶，并分分布于奥氏体体的晶界上，当当钢材在100001200压力加工时时，由于FeeS-Fe共共晶（熔点只只有989）已经熔化化，并使晶粒粒脱开，钢材材将变得极脆脆。P：磷在钢中全全部溶于铁素素体中，虽可可使铁素体的的强度、硬度度有所提高，但但却使室温下下的钢的塑性性、韧性急剧剧降低，并使使钢的脆性转转化温度有所所升高，使钢钢变脆。18.试述碳钢钢的分类及牌牌号的表示方方法。答：分类：1）按按含碳量分类类低碳钢：含碳量量小于或等于于0.25%的钢，0.010.25%C 0.25%C中碳钢：含碳量量为0.3000.555%的钢 0.2550.6%C高碳钢：含碳量量大于0.6

50、6%的钢 0.611.3%C 0.66%C（2）按质量分分类：即含有有杂质元素SS、P的多少少分类：普通碳素钢：SS0.0555% P0.0455%优质碳素钢：SS、P0.03550.0440%高级优质碳素钢钢：S0.020.03%；P 0.0330.0335%（3）按用途分分类碳素结构钢：用用于制造各种种工程构件，如如桥梁、船舶舶、建筑构件件等，及机器器零件，如齿齿轮、轴、连连杆、螺钉、螺螺母等。碳素工具钢：用用于制造各种种刀具、量具具、模具等，一一般为高碳钢钢，在质量上上都是优质钢钢或高级优质质钢。牌号的表示方法法：（1）普通碳碳素结构钢：用Q+数字表示示，“Q”为屈服点，“屈”汉语拼音，

51、数数字表示屈服服点数值。若若牌号后面标标注字母A、BB、C、D，则则表示钢材质质量等级不同同， A、BB、C、D质质量依次提高高，“F”表示沸腾钢钢，“b”为半镇静静钢，不标“F”和“b”的为镇静静钢。（2）优质碳素素结构钢：牌号是采用两位位数字表示的的，表示钢中中平均含碳量量的万分之几几。若钢中含含锰量较高，须须将锰元素标标出，（3）碳素工具具钢：这类钢的牌号是是用“碳”或“T”字后附数字字表示。数字字表示钢中平平均含碳量的的千分之几。若若为高级优质质碳素工具钢钢，则在钢号号最后附以“A”字。19.低碳钢、中中碳钢及高碳碳钢是如何根根据含碳量划划分的？分别别举例说明他他们的用途？答：低碳钢：

52、含含碳量小于或或等于0.225%的钢；08、10、钢，塑塑性、韧性好好，具有优良良的冷成型性性能和焊接性性能，常冷轧轧成薄板，用用于制作仪表表外壳、汽车车和拖拉机上上的冷冲压件件，如汽车车车身，拖拉机机驾驶室等；15、200、25钢用用于制作尺寸寸较小、负荷荷较轻、表面面要求耐磨、心心部强度要求求不高的渗碳碳零件，如活活塞钢、样板板等。中碳钢：含碳量量为0.3000.555%的钢 ；30、355、40、445、50钢钢经热处理（淬淬火+高温回回火）后具有有良好的综合合机械性能，即即具有较高的的强度和较高高的塑性、韧韧性，用于制制作轴类零件件； 高碳钢：含碳量量大于0.66%的钢 ；60、655

53、钢热处理（淬淬火+高温回回火）后具有有高的弹性极极限，常用作作弹簧。T77、T8、用用于制造要求求较高韧性、承承受冲击负荷荷的工具，如如小型冲头、凿凿子、锤子等等。T9、TT10、T111、用于制制造要求中韧韧性的工具，如如钻头、丝锥锥、车刀、冲冲模、拉丝模模、锯条。TT12、T113、钢具有有高硬度、高高耐磨性，但但韧性低，用用于制造不受受冲击的工具具如量规、塞塞规、样板、锉锉刀、刮刀、精精车刀等。 20下列零件件或工具用何何种碳钢制造造：手锯锯条条、普通螺钉钉、车床主轴轴。答：手锯锯条：它要求有较较高的硬度和和耐磨性，因因此用碳素工工具钢制造，如如T9、T9AA、T10、TT10A、T11

54、1、T111A。普通螺钉：它要要保证有一定定的机械性能能，用普通碳碳素结构钢制制造，如Q1195、Q2215、Q2235。车床主轴：它要要求有较高的的综合机械性性能，用优质质碳素结构钢钢，如30、335、40、445、50。21.指出下列列各种钢的类类别、符号、数数字的含义、主主要特点及用用途： Q235-AAF、Q2335-C、QQ195-BB、Q2555-D、400、45、008、20、220R、200G、T8、TT10A、T12A答：Q235-AF：普通通碳素结构钢钢，屈服强度度为235MPaa的A级沸腾钢。Q235-C:屈服强度为为235MPaa的C级普通通碳素结构钢钢，Q195-B:

55、 屈服强度为为195MPPa的B级普普通碳素结构构钢，Q255-D: 屈服强度为为255MPPa的D级普普通碳素结构构钢，Q195、Q2235含碳量量低，有一定定强度，常扎扎制成薄板、钢钢筋、焊接钢钢管等，用于于桥梁、建筑筑等钢结构，也也可制造普通通的铆钉、螺螺钉、螺母、垫垫圈、地脚螺螺栓、轴套、销销轴等等，QQ255钢强强度较高，塑塑性、韧性较较好，可进行行焊接。通常常扎制成型钢钢、条钢和钢钢板作结构件件以及制造连连杆、键、销销、简单机械械上的齿轮、轴轴节等。40:含碳量为为0.4%的的优质碳素结结构钢。45含碳量为00.45%的的优质碳素结结构钢。40、45钢经经热处理（淬淬火+高温回回火

56、）后具有有良好的综合合机械性能，即即具有较高的的强度和较高高的塑性、韧韧性，用于制制作轴类零件件。08：含碳量为为0.08%的优质碳素素结构钢。塑塑性、韧性好好，具有优良良的冷成型性性能和焊接性性能，常冷轧轧成薄板，用用于制作仪表表外壳、汽车车和拖拉机上上的冷冲压件件，如汽车车车身，拖拉机机驾驶室等。20：含碳量为为0.2%的的优质碳素结结构钢。用于于制作尺寸较较小、负荷较较轻、表面要要求耐磨、心心部强度要求求不高的渗碳碳零件，如活活塞钢、样板板等。20R：含碳量量为0.2%的优质碳素素结构钢，容容器专用钢。20G：含碳量量为0.2%的优质碳素素结构钢，锅锅炉专用钢。T8：含碳量为为0.8%的

57、的碳素工具钢钢。用于制造造要求较高韧韧性、承受冲冲击负荷的工工具，如小型型冲头、凿子子、锤子等。T10A：含碳碳量为1.00%的高级优优质碳素工具具钢。用于制制造要求中韧韧性的工具，如如钻头、丝锥锥、车刀、冲冲模、拉丝模模、锯条。T12A：含碳碳量为1.22%的高级优优质碳素工具具钢。具有高高硬度、高耐耐磨性，但韧韧性低，用于于制造不受冲冲击的工具如如量规、塞规规、样板、锉锉刀、刮刀、精精车刀。第五章 钢钢 的 热 处 理1.何谓钢的热热处理？钢的的热处理操作作有哪些基本本类型？试说说明热处理同同其它工艺过过程的关系及及其在机械制制造中的地位位和作用。 答：（1）为了了改变钢材内内部的组织结结

58、构，以满足足对零件的加加工性能和使使用性能的要要求所施加的的一种综合的的热加工工艺艺过程。 （2）热处理理包括普通热热处理和表面面热处理；普普通热处理里里面包括 退火、正正火、淬火和和回火，表面面热处理包括括表面淬火和和化学热处理理，表面淬火火包括火焰加加热表面淬火火和感应加热热表面淬火，化化学热处理包包括渗碳、渗渗氮和碳氮共共渗等。（3）热处理是是机器零件加加工工艺过程程中的重要工工序。一个毛毛坯件经过预预备热处理，然然后进行切削削加工，再经经过最终热处处理，经过精精加工，最后后装配成为零零件。热处理理在机械制造造中具有重要要的地位和作作用，适当的的热处理可以以显著提高钢钢的机械性能能，延长

59、机器器零件的使用用寿命。热处处理工艺不但但可以强化金金属材料、充充分挖掘材料料潜力、降低低结构重量、节节省材料和能能源，而且能能够提高机械械产品质量、大大幅度延长机机器零件的使使用寿命，做做到一个顶几几个、顶十几几个。此外，通通过热处理还还可使工件表表面具有抗磨磨损、耐腐蚀蚀等特殊物理理化学性能。 2.解释下列名名词：1）奥氏体的起起始晶粒度、实实际晶粒度、本本质晶粒度；答：（1）起始始晶粒度：是是指在临界温温度以上，奥奥氏体形成刚刚刚完成，其其晶粒边界刚刚刚接触时的的晶粒大小。（2）实际晶粒粒度：是指在在某一具体的的热处理加热热条件下所得得到的晶粒尺尺寸。（3）本质晶粒粒度：根据标标准试验方

60、法法，在930010保温足够时时间（3-88小时）后测测定的钢中晶晶粒的大小。2）珠光体、索索氏体、屈氏氏体、贝氏体体、马氏体；答：珠光体：铁铁素体和渗碳碳体的机械混混合物。索氏体：在65506000温度范围内内形成层片较较细的珠光体体。屈氏体：在60005500温度范围内内形成片层极极细的珠光体体。贝氏体：过饱和和的铁素体和和渗碳体组成成的混合物。马氏体：碳在-Fe中的的过饱和固溶溶体。3）奥氏体、过过冷奥氏体、残残余奥氏体；答：奥氏体: 碳在中形成的的间隙固溶体.过冷奥氏体: 处于临界点点以下的不稳稳定的将要发发生分解的奥奥氏体称为过过冷奥氏体。残余奥氏体：MM转变结束后后剩余的奥氏氏体。