机械工程材料赵亚忠参考答案上性能晶体结晶塑性变形样本

1、资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。机械工程材料复习思考题答案 一赵亚忠主编 西安电子科技大学出版社第1章 工程材料的性能及使用性能要求1、 名词解释:强度, 硬度, 弹性, 塑性, 韧性, 韧脆转变温度。答: 强度是反映材料承力能力的力学指标, 一般指材料不发生塑性变形时的承力能力, 或是不发生断裂破坏时的承力能力; 硬度是衡量材料软硬程度的性能指标, 反映了材料表面抵抗局部塑形变形的能力; 弹性是材料受外力作用时产生变形, 当外力去除时, 变形随之消失, 材料恢复到原来形状尺寸的性能; 塑性是表征材料在静载荷作用下, 断裂前发生永久变形能力的指标; 韧性反映材料抵抗冲

2、击载荷破坏或是交变载荷破坏的能力。冲击韧性反映材料对冲击负荷的抵抗能力, 用材料冲击断裂时所能吸收的能量与截面积的比值表示; 断裂韧性反映材料阻止微裂纹失稳扩展的能力。韧脆转变温度是指对某些合金当温度低于某一温度时, 材料由韧性状态转变为脆性状态, 此时的温度为韧脆转变温度。2、 说明以下符号的含义及其单位。Rm; Rel (R02); R-1; A; Z; aK; K I; K I c; 答: Rm为抗拉强度, 表示材料在拉断前所能承受的最大应力, 单位为MPa; Rel 表示屈服强度, 是指材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力值。对于在曲线上没有屈服平台的材料, 把使试样产生0.2%

3、的残余塑性变形量的应力值规定为该材料的条件屈服强度, 用R02表示, 单位为MPa; R-1表示疲劳强度, 是指材料在无限次交变应力作用下而不发生疲劳断裂的最大应力, 单位为MPa; A表示断后伸长率, 是指试样拉断后标距的伸长量与原始标距长度的百分比, 无量纲, %; Z表示指断面收缩率, 是指试样拉断后缩颈处截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比, 无量纲, %; aK表示冲击韧度, 是指材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂的能力, 单位为J/cm2; K I表示应力场强度因子, 它反映裂纹尖端应力场的强弱, 单位为MPa1/2; K I c表示断裂韧性, 是指应力场强度因子KI的临界值,

4、 是反映材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标, 单位为MPa1/2; 表示持久强度, 反映材料长期在高温应力作用下抵抗断裂的能力。持久强度用在一定温度下, 达到规定的使用时间而不断裂的最大应力来表示, 单位为MPa 。3、 材料的弹性模量E的工程含义是什么? 它和零件的刚度有什么关系? 答: 材料在弹性范围内变形, 其应力与应变的比值称为弹性模量, 即。E表示材料抵抗弹性变形的能力, 表征材料的刚度, 单位MPa。E值愈大, 即材料刚度愈大, 材料愈不容易产生弹性变形。E值的大小主要取决于各种材料的本性, 反映了材料内部原子结合键的强弱。材料的刚度E不等于零件的刚度, 因为零件的刚度除了取决

5、于材料的刚度外, 它还与受力形式及零件形状尺寸有关, 能够经过增加零件截面积或改变截面形状来提高零件的刚度。4、 现有标准圆柱形的长、 短拉伸试样各一根, 原始直径d0=10mm, 经拉伸试验测得其断后伸长率均为25%, 求两试样拉断后的标距长度。答: 对短试样, L05d0510=50mm; 对长试样, L010d0=1010100mm,由断后伸长率公式A=( L1-L0) /L0100%可知, 5.强度、 塑性、 冲击韧性指标在工程上各有哪些实际意义? 答:强度是反映材料承力能力的力学指标, 一般指材料不发生塑性变形时的承力能力, 或是不发生断裂破坏时的承力能力; 在工程上, 零件所受的应

6、力在屈服强度之下, 零件在使用过程中不会发生塑性变形; 零件所受的抗拉强度之下, 零件在使用过程中不会断裂破坏。塑性表征材料断裂前发生永久变形的能力。较好的材料才能够进行变形加工。塑性好的材料, 不易脆断, 应用时安全性比较好; 冲击韧性反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力。6.比较布氏、 洛氏、 维氏硬度的测量原理及应用范围。答: 布氏硬度的测量原理: 用一定大小的试验力F, 把直径为D的淬火钢球或硬质合金球压入被测金属的表面, 保持规定的时间后卸除试验力, 用读数显微镜测出压痕平均直径d, 然后按公式求出布氏硬度HB值, 或者根据d从已备好的布氏硬度表中查出HB值。布氏硬度的应用范围: 布

7、氏硬度测量方法适用于铸铁、 非铁合金、 各种退火及调质钢材, 不宜测太硬、 太小、 太薄和表面不允许有较大压痕的试样或工件。洛氏硬度经过直接测量压痕深度来确定硬度值。洛氏硬度是用顶角为120金刚石圆锥体或直径为1/16英寸( 1.588mm) 的淬火钢球作压头。在主载荷F作用下将压头压入材料, 测量压痕深度h。用公式计算硬度: 。压痕深度越大, 材料越软; 压痕深度越小, 材料越硬。洛氏硬度应用范围: 洛氏硬度大多用做硬度较高的材料的测定, 如淬火钢等。洛氏硬度测量范围广, 操作简便, 压痕小; 可测量成品, 较薄的工件。维氏硬度用顶角为136的金刚石四棱锥体作为压头, 在一定的载荷F作用下压

8、入试样表面, 保持一定时间后卸除载荷, 在试样表面形成一底面为正方形的四方形锥形压痕, 测量压痕二对角线的平均长度d, 根据d算出压痕的表面积S, 以F/S作为维氏硬度值, 并以HV表示。其计算公式为: 维氏硬度应用范围: 用来测量表面硬化层的硬度、 电镀层的硬度、 小件和薄片等的硬度, 还广泛用于材料研究中测量合金相的硬度。7.在下列材料或者零件上测量硬度, 用何种硬度测试方法最适宜? 锉刀 黄铜 弹簧 硬质合金刀片 淬火钢 答: 锉刀: 洛氏硬度, 维氏硬度; 黄铜: 布氏硬度, 维氏硬度; 弹簧: 洛氏硬度; 硬质合金刀片: 维氏硬度, 洛氏硬度 淬火钢: 布氏硬度、 洛氏硬度。8.在零

9、件设计时必须考虑的力学性能指标有哪些? 为什么? 答: 在零件设计时必须考虑的力学性能指标有: 抗拉强度、 屈服强度、 硬度、 冲击韧性、 疲劳强度、 弹性模量等。因为这些都是零件力学性能的体现, 反映了材料在受力后表现出来的能力,比如抗拉强度反映材料抵抗破坏的能力; 屈服强度反映零件受力时不产生塑性变形的应力水平。工程材料的力学性能很重要, 除特殊性能要求以外, 在材料选用时主要考虑其力学性能。9、 工程材料有哪些物理性能和化学性能? 答: 工程材料的物理性能有: 密度、 熔点、 热膨胀性、 导热性、 导电性和磁性等性能, 它们都是材料固有的属性; 材料的化学性能是指材料与使用的介质发生化学

10、反应的能力, 常见的化学性能包括: 耐腐蚀性、 抗氧化性、 热稳定性等。10、 什么是材料的热膨胀性? 答: 热膨胀性是指材料受热时体积发生胀大的现象。 HYPERLINK t E:赵科研汇总编书%231023-标准书稿交稿_blank 热膨胀系数是衡量热膨胀性的指标。表示固体在温度每升高1K时长度或体积发生的相对变化量。 11、 材料的使用性能要求有哪些? 谈谈怎样确定材料的使用性能要求? 答: 材料的使用性能要求有: 力学性能要求; 使用温度要求; 耐腐蚀性能要求; 耐磨损性能要求等。在确定材料所需要具有的性能及其指标时, 主要从两个方面给以考虑: 零件的负载情况; 材料的使用环境。根据零

11、件使用时的受力种类和受力大小、 工作温度、 介质情况等来确定对材料的性能要求。大多数零件正常工作时所需要的性能都有先例可循, 能从相关机械产品设计手册中查到相关数据, 少数零件的性能要求及性能指标需要专门的试验来测量。12、 怎样评定材料的高温性能要求? 答: 在高温下, 材料的强度、 硬度严重降低, 加之高温氧化或高温腐蚀等因素, 使材料性能急剧下降。因此在高温下使用的零件, 可根据材料的高温持久强度、 蠕变强度、 或高温韧性, 结合零件的承力要求来选材。 13、 工程材料为什么有耐腐蚀性能要求? 答: 腐蚀的危害极大, 不但浪费材料, 还往往会带来停产、 人身安全、 和环境污染等事故; 因

12、此对工程材料有耐腐蚀性要求, 并对零件进行腐蚀防护。14、 什么是工艺性能? 材料的工艺性能有哪些? 答: 材料的工艺性能是指材料应具备适应某种加工工艺方法的能力。工艺性能的好坏, 决定了材料能否进行加工和如何进行加工, 还会影响零件性能和零件制造成本。金属材料的工艺性能包括五大方面: 铸造性能: 材料铸造成形时获得优良铸件的能力。压力加工性能: 材料对压力加工成形的适应能力。焊接性能: 材料对焊接加工的适应性称为焊接性能, 其体现了在确定的焊接方法和焊接工艺下, 获得优质焊接接头的难易程度。切削性能: 是指 HYPERLINK t E:赵科研汇总编书%231023-标准书稿交稿_blank

13、材料被刀具切削加工后成为合格零件的难易程度。热处理工艺性: 反映材料热处理的难易程度和产生热处理缺陷的倾向大小。主要包括: 淬透性、 回火稳定性、 回火脆性、 氧化脱碳倾向性和淬火变形开裂倾向性等。第2章 晶体结构、 结晶与相图1.晶体中的原子为什么能结合成长程有序的有规律排列的结构? 答: 由双原子作用模型可知, 固态金属中相邻原子间保持一定的平衡距离。当大量原子结合成固体时, 为了使固体具有最低的能量以保持其稳定状态, 又因为原子之间必须保持一定的平衡距离, 就使得晶体中的原子结合成长程有序的有规律排列的结构。2.说明4种不同原子结合键的结合方式。答: 不同原子结合键的结合方式有四种, 即

14、: 金属键、 离子键、 共价键和分子键, 具体如下所示: 金属原子最外层电子数目不超过4个, 与原子核结合力较弱, 容易脱离原子核的束缚变成自由电子。失去外层电子的金属原子成为正离子。在固态金属中, 正离子按一定的规律在空间排列, 自由电子则在各离子之间自由地运动, 形成所谓”电子气”, 为整个金属共有。由于正离子和自由电子间的正负电荷产生吸引力, 使多个金属原子结合成金属晶体。金属原子的这种结合方式称为金属键。电负性差别较大的两种原子, 经过电子得失变成正离子或负离子, 靠正、 负离子间的库仑力作用而形成的化学键, 称为离子键。得失电子能力相近的原子经过共用价电子对产生的结合键称为共价键。在

15、原子结构上形成稳定电子壳层的元素, 低温时可结合成固体。这些原子在结合的过程中, 没有电子的得失、 共有或公有化, 价电子的分布几乎不变, 原子或分子之间的结合力是很弱的范德瓦尔斯力, 这样的结合键称为分子键。3、 名词解释: 晶格; 晶胞; 晶格常数; 致密度; 配位数; 晶面; 晶向; 单晶体; 多晶体; 晶粒; EQ oac(,11)晶界; EQ oac(,12)各向异性; EQ oac(,13)同素异构。答: 晶格: 是用以描述晶体中原子排列规则的空间格架, 又称为空间点阵; 晶胞: 晶格中能代表原子排列规则的, 由最少数目原子组成的几何单元; 晶格常数: 表示晶胞的大小和形状的参数,

16、 常以晶胞的棱边长度a, b, c 及棱边夹角, , 表示; 致密度: 指晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比, 即; 配位数: 指晶体结构中与任一个原子最近邻、 等距离的原子数目。配位数越大, 原子排列便越紧密; 晶面: 为了便于分析原子在某一平面上的分布规律, 把晶格中一系列原子所在的平面称为晶面。晶向: 是任何两个或多个原子所在直线所指的方向; 单晶体: 只有一个晶粒的一块晶体。多晶体: 是由很多具有相同排列方式但位向不一致的小晶粒组成的晶体。晶粒: 结晶物质在生长过程中, 由于受到外界空间的限制, 未能发育成具有规则形态的晶体, 而只是结晶成颗粒状, 称; EQ oac(,11)晶界: 结

17、构相同而取向不同的晶粒之间的界面。 EQ oac(,12)各向异性: 由于不同晶向和不同晶面上的原子密度不同, 因此在不同方向上, 晶体具有不同性能的现象; EQ oac(,13)同素异构转变: 在固态下随温度或压力的改变,晶体由一种晶格转变为另一种晶格的变化。4、 晶体与非晶体有何区别? 答: 晶体中的原子按一定规律重复排列, 使晶体与非晶体在性能上存在明显的不同。首先, 晶体具有一定的熔点, 非晶体则没有。在熔点以上, 晶体变成液体, 处于非结晶状态; 在熔点以下, 液体变成晶体, 处于结晶状态。从晶体至液体或从液体至晶体的转变是突变的。而非晶体没有固定的熔点, 随着温度升高, 固态非晶体

18、将逐渐变软, 最终成为能显著流动的液体。液体冷却时将逐渐稠化, 最终变为固体。其次, 晶体的性能, 如强度、 弹性模量、 导电性、 热膨胀性等在不同方向上不同, 即晶体具有各向异性, 而非晶体则各向同性。 另外, 许多天然晶体具有规则的几何外形, 表面间保持一定的角度, 具有一定的对称性, 例如天然金刚石、 结晶盐、 水晶等, 而非晶体则没有规则的几何外形。5、 分别画出体心立方、 面心立方和密排六方晶格的晶胞结构。答: 体心立方、 面心立方和密排六方晶格的晶胞结构如下: ( a) 体心立方晶胞 ( b) 面心立方晶胞 ( c) 密排六方结构的晶胞6、 说明位错密度对材料力学性能的影响。答:材

19、料中如果没有位错, 那么它将具有极高的接近理论值的强度。当前采用一些特殊方法制造出几乎不含位错的晶体, 即直径约为0.20.2um、 长度为210 mm的晶须, 其抗拉强度高达13400MPa。然而, 一般工程材料中总是含有一定量的位错, 使材料力学性能大幅度降低。在位错密度达10101012m2时, 材料的强度最低, 如退火纯铁的位错密度在此范围, 其抗拉强度低于300MPa。其后, 随着位错密度的增大, 位错之间交互作用和相互制约, 增加了位错运动的阻力, 能够提高金属的强度。例如采用冷塑性变形、 合金化、 热处理等方法使金属位错密度大大提高, 材料的力学性能不断升高7、 金属常见的晶格类

20、型有哪几种? 如何计算每种晶胞中的原子数? 答:最典型、 最常见的金属晶体结构为体心立方、 面心立方和密排六方结构。晶胞原子数是指在一个晶胞中所包含的原子数目。晶体可看为是由晶胞堆砌而成, 立方晶系晶胞顶点处的原子为8个晶胞所共有, 面上的原子为2个晶胞所共有, 只有心部的原子才完全为本晶胞所有。同理六方晶系结点处的晶胞为6个晶胞所共有。因此, 按下述方法计算晶胞中的原子数: 体心立方晶格 面心立方晶格密排六方晶格8、 画出体心立方、 面心立方晶格中原子排列最密的晶面和晶向, 并写出其相应的指数。答: 9.在立方晶格中, 如果晶面指数和晶向指数的数值相同, 那么该晶面与晶向间, 例如(111)

21、与111, (110)与110等, 存在着什么关系? 答: 在立方晶系中, 指数相同的晶向与晶面是互相垂直的。1 1 1( 1 1 1) , 1 1 0( 1 1 0) 。10、 已知银的原子半径为O.144 nm, 求其晶格常数。答: 由于银是面心立方结构, 银的晶格常数为: 。11、 实际金属晶体结构中存在哪些缺陷? 每种缺陷的具体形式如何? 答: 按晶体缺陷几何形态的不同, 能够分为三大类: 点缺陷、 线缺陷和面缺陷。常见的点缺陷是空位、 间隙原子和置换原子; 线缺陷主要是指各种类型的位错, 位错中最简单、 最基本的类型有刃型位错和螺型位错两种; 晶体的面缺陷主要指晶界、 亚晶界、 相界

22、、 晶体的外表面等。12、 为什么单晶体具有各向异性, 而多晶体材料不表现出各向异性? 答: 单晶体具有各向异性, 是因为单晶体不同晶面和不同晶向上的原子排列情况不同, 原子间距不同, 原子间作用强弱也不同, 不同方向的宏观性能就不同。多晶体不表现出各向异性。在多晶体中, 各个晶粒的位向都是散乱无序的, 虽然每个晶粒本身都是各向异性的, 可是在每个方向上都有多个不同位向的晶粒, 它们的各向异性相互抵消, 使多晶体表现为宏观各向同性。13、 名词解释: 凝固; 结晶; 过冷度; 合金; 相; 组织; 固溶体; 金属化合物; 相图。答: 凝固: 是物质从液态转变为固态的过程; 结晶: 如果凝固后的

23、固体是原子呈规则排列的晶体, 则将这一过程称为结晶。过冷度: 实际液体的结晶温度T1总是低于理论结晶温度, 这种现象称为过冷。实际结晶温度T1与理论结晶温度T0之差, 称为过冷度; 合金: 是由一种金属元素与另外一种或多种元素组成的具有金属性质的材料; 相: 指金属或合金中具有相同化学成分, 相同晶体结构并以界面相互分开的各个均匀的组成部分; 组织: 是合金的均匀组成部分, 它表示相的组成、 相的形态和分布, 以及表示由不同相组成的均匀混合物的组成、 形态、 分布等组合特征。固溶体: 指合金的组元在固态下相互溶解, 形成一种组元的晶格中含有其它组元原子的新晶体; 金属化合物: 由不同原子形成的

24、具有金属性质的一种新相, 其晶格类型不同于任一组元, 其组成一般可用分子式来表示; 相图: 表示平衡条件下合金的成分、 温度与合金相( 或组织) 之间关系的图形。14、 熔体能否凝固为晶体主要取决于何种因素? 答: 熔体能否凝固为晶体主要取决于熔融液体成分和熔融液体的冷却速度。熔体凝固时, 在过冷度非常大的情况下熔体温度非常低, 原子扩散能力降低, 形核率和长大率均降低为零, 此时熔体不能凝固为晶体。15、 液态金属结晶时为什么必须过冷? 答: 液态凝固时必须要有一定的过冷度, 过冷度越大凝固点的驱动力也越大; 并不是只要低于理论凝固温度的任何温度液态转变为固态的过程就能发生, 液相形成固相的

25、晶核, 必须达到一临界过冷度。16、 过冷度与冷却速度有何关系? 它对金属结晶后的晶粒大小有何影响? 答: 冷却速度越大, 过冷度越大。随着过冷度的增大, 形核率和长大率都增大。由于形核率增大比较快, 故过冷度越大, 结晶后金属的晶粒愈细小。17、 在实际生产中, 常采用哪些措施控制晶粒大小? 答: 在工业生产中, 除了用增大过冷度的方法来细化晶粒外, 还采用在合金中加入孕育剂或变质剂, 增加晶核的数量或者阻碍晶粒的长大来细化晶粒。采用机械振动、 超声波振动、 电磁振动等措施, 使金属液产生相对运动, 从而使枝晶受到冲击而破碎, 也能增加晶核数目, 细化晶粒。18、 固态合金中的相是如何分类的

26、? 相与显微组织有何区别和联系? 答: 根据相的晶格是否与某一组元的晶格相同, 合金相分为固溶体、 金属化合物。相是指金属或合金中具有相同化学成分, 相同晶体结构并以界面相互分开的各个均匀的组成部分; 组织是合金的均匀组成部分, 有些相本身就是组织, 有些多种固溶体或金属化合物组成的均匀混合物也是组织, 它们满足化学成分固定、 结构固定、 有界面与其它组织分开等要求, 在光学显微镜下独立存在等特征。19、 说明固溶体与金属化合物的晶体结构特点并指出二者在性能上的差异。答: 在结构上: 固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同, 而金属间化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元, 它是以分子式来表示其组成

27、。在性能上: 形成固溶体和金属间化合物都能强化合金, 但固溶体的强度、 硬度比金属间化合物低, 塑性、 韧性比金属间化合物好, 也就是固溶体有更好的综合机械性能。20、 二元合金相图表示了合金的哪些关系? 有哪些实际意义? 答: 二元合金相图表示了平衡状态下合金系中合金成分、 温度、 合金相之间的关系。根据二元合金相图, 能够知道不同成分的合金在室温下的平衡组织, 能够知道合金冷却时发生的相变, 并能预测合金性能的变化规律。21、 什么是共晶反应? 什么是共析反应? 什么是匀晶反应? 试写出相应的反应式。答: 共晶反应: 从某种成分固定的合金溶液中, 在一定恒温下同时结晶出两种成分和结构都不同

28、的固相的反应,即: ; 共析反应: 由一种固相在恒温下同时转变成两种新的固相的反应, 能够表示为: ; 匀晶反应: 从液态中析出固溶体的反应, 反应式: 。22、 何谓合金的组织组成物及相组成物? 指出WSn=30的PbSn合金在183下全部结晶完毕后的组织组成物及相组成物, 并利用杠杆定律分别计算这两类组成物的质量分数。答: 合金的组织组成物是指组成合金的是哪些组织,合金的相组织物是组成合金的是哪些相。PbSn HYPERLINK t _blank 合金组织组成物相图WSn=30的PbSn合金在183下全部结晶完毕后的组织组成物为+( ) , 其相组成物为和; 组织组成物的质量分数: 组织组

29、成物的质量分数: 23、 简述共晶合金、 亚共晶合金、 过共晶合金的结晶过程。答: 见课本。24、 根据H2O-NaCl相图, 下雪天为尽快化掉道路上的积雪, 为什么采取在道路上加盐的措施, 怎样加盐最有效? 答: 由相图可知, 在0之上, 在盐的含量小于饱和溶解度时, 盐溶解于水中形成盐水溶液。当温度低于0时, 道路上所下的雪为固体, 在冰雪中加入一定量的盐, 会使部分冰雪转变为盐水, 整个组织变为”冰+盐水”。当温度低于-21时, 无论在雪中加入多少盐, ”冰雪+盐”均是固体的混合物, 即使在-21之上存在盐水, 在-21之下时也会凝固成”冰雪+盐”。”冰雪+盐水”这种混合物具有一定的流动

30、性, 清除成本相当低。因此, 下雪天可采取在道路上加盐的措施来尽快化掉道路上的积雪。从相图中可知, 在雪中加入5%的盐, 可使-2.5的雪化为盐水, 因此冬天在道路上加盐, 只在天气温度稍低于0的时候才有效。如气温比较低, 需要加入大量的盐才行, 成本高而且污染环境。25、 解释以下名词: 铁素体; 奥氏体; 渗碳体; 珠光体; 莱氏体; 二次渗碳体。答: 铁素体: 碳固溶于Fe中形成的间隙固溶体, 用F或表示; 奥氏体: 碳固溶于Fe中形成的间隙固溶体, 用A或表示; 渗碳体: 铁和碳形成的具有复杂晶体结构的间隙化合物, 以Fe3C表示; 珠光体: 铁素体和渗碳体交替排列的片层状机械混合物,

31、 用P表示; 莱氏体: 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物, 常见符号Ld表示; 二次渗碳体: 凡含碳量大于0.77的奥氏体, 自1148冷却到727的过程中, 都将析出渗碳体, 一般称为二次渗碳体, 以Fe3CII表示。26、 说明纯铁的同素异构转变及其意义。答:在固态下, 同一元素的晶体由一种晶格转变为另一种晶格的过程, 称为同素异构转变。纯铁在1538时由液态结晶为体心立方晶格的Fe。继续冷却至1394时, 发生同素异构转变, Fe转变为面心立方晶格的Fe。当温度继续冷却到912时, 由面心立方晶格的Fe转变为体心立方晶格的Fe。再继续冷却, 纯铁的晶格类型不再发生变化。Fe、 Fe、 Fe

32、是铁的同素异构体。纯铁的同素异构转变使钢铁材料能够经过热处理来改变组织, 从而提高性能。27、 铁碳合金的基本相和组织有哪些? 各用什么符号表示? 分别叙述其定义及基本性能。答: 铁碳合金在固态下的基本组织有铁素体、 奥氏体、 渗碳体三个基本相和珠光体、 莱氏体两种机械混合物。铁素体为碳固溶于Fe中形成的间隙固溶体, 用F或表示, 铁素体的力学性能接近于纯铁, 其强度和硬度很低, 具有良好的塑性和韧性; 奥氏体为碳固溶于Fe中形成的间隙固溶体, 用A或表示, 奥氏体的力学性能大约为: 抗拉强度Rm400800MPa, 延伸率A=4050%。奥氏体硬度不高, 易于塑性变形; 渗碳体为铁和碳形成的

33、具有复杂晶体结构的间隙化合物, 分子式为Fe3C, 渗碳体的硬度很高, 脆性大, 塑性和韧性几乎为零, 其力学性能为: 抗拉强度Rm30MPa, 延伸率A=0, 断面收缩率Z=0, 冲击韧度k=0, 硬度为800HB; 珠光体是铁素体和渗碳体交替排列的片层状组织, 属于机械混合物, 用P表示。珠光体的强度和硬度高, 有一定的塑性, 其力学性能大致为: 抗拉强度Rm750900MPa, 延伸率A=2025%, 冲击韧度k=2432J/cm2, 硬度为180280HBS; 莱氏体是奥氏体和渗碳体的机械混合物, 常见符号Ld表示。莱氏体是渗碳体基体上分布着奥氏体组织, 其硬度很高, 脆性大, 耐磨性

34、能好。28、 绘出FeFe3C相图, 叙述各特征点、 各特征线的名称及含义, 并标出各相区的相和组织组成物。答:绘制FeFe3C相图如下, 相图上的特征点和特征线等含义见课本。29、 为什么FeFe3C相图中碳的质量分数小于6.69? 答:当Wc6.69%时, 铁碳合金又硬又脆没有应用价值, 因此铁碳合金相图只有Wc6.69%这一部分。30、 简述FeFe3C相图中共晶反应与共析反应, 写出反应式, 标出反应温度及反应前后的含碳量。答: 共晶反应在1148, 具有共晶成分( Wc4.3) 的液相发生共晶转变, 从液相中同时结晶出含碳量为2.11的奥氏体和渗碳体两个新相, 反应式如下: 共析反应

35、在727, 具有共析成分( Wc0.77) 的奥氏体发生共析转变, 从奥氏体中同时析出铁素体( Wc0.0218) 和渗碳体两个新相, 其转变式为: 。 31、 用杠杆定律分别计算共析钢共析转变、 共晶白口铸铁共晶转变刚完毕时, 相组成物的质量分数。答: 共析钢的室温组织是单一的珠光体, 珠光体中铁素体与渗碳体的含量可用杠杆定律计算: 共晶白口铸铁在室温的组织为低温莱氏体, 用杠杆定律计算共晶白口铸铁的初生莱氏体中奥氏体与渗碳体的含量如下: 32、 分析Wc0.3%、 Wc1.0%的铁碳合金从液态冷却到室温的转变过程, 用组织示意图说明各阶段的组织, 并分别计算室温下相组成物及组织组成物的相对

36、含量。答: Wc0.3%的钢从液态冷却到室温的组织转变过程参考课本, 其室温组织是F+P, 各组织含量为: 由于合金的相组成为F+Fe3C, 其含量为: Wc1.0%钢从液态冷却到室温的组织转变过程参考课本, 其室温组织是P+Fe3CII, 其组织含量分别为: 由于合金的相组成为F+Fe3C, 其含量为: 33、 分析Wc3.5%、 Wc5.0%的铁碳合金从液态冷却到室温的转变过程, 用组织示意图说明各阶段的组织, 并分别计算室温下组织组成物的相对含量。答: Wc3.5%的白口铁从液态冷却到室温的组织转变过程参考课本, 其室温组织是P+Fe3CII+Ld, 用杠杆定律计算此白口铸铁的初生莱氏体

37、中奥氏体与渗碳体的含量如下: Wc5.0%的白口铁从液态冷却到室温的组织转变过程参考课本, 其室温组织为Fe3CI+Ld, 组织中的白色条状物为一次渗碳体, 其余部分为低温莱氏体。用杠杆定律计算此白口铸铁的初生莱氏体中奥氏体与渗碳体的含量如下: 34、 写出各类碳钢和白口铸铁室温下的平衡组织。答: 共析钢室温组织是单一的珠光体, 亚共析钢室温组织是铁素体和珠光体, 过共析钢室温组织由珠光体P和沿晶界呈网状分布的二次渗碳体( Fe3CII) 组成; 共晶白口铸铁室温组织是低温莱氏体组; 亚共晶白口铸铁在室温的组织是由珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体组成; 过共晶白口铸铁的室温组织为低温莱氏体+一次

38、渗碳体。35、 说明FeFe3C相图在工业生产中的作用。答: FeFe3C相图阐明了铁碳合金成分、 组织随温度的变化规律, 为正确选材和制定热加工工艺提供了依据。在选材方面的应用利用铁碳合金相图, 便于根据工件的工作环境和性能要求来选择钢铁材料。若需要塑性、 韧性高的材料, 应选用低碳钢(含碳量为0.10%0.25%); 需要强度、 塑性及韧性都较好的材料, 应选用中碳钢(含碳量为0.25%0.60%); 当要求硬度高、 耐磨性好的材料时, 应选用高碳钢(含碳量为0.60%1.3%)。一般低碳钢和中碳钢主要用来制造机器零件或建筑结构, 高碳钢主要用来制造各种加工工具。白口铸铁具有很高的硬度和脆

39、性, 抗磨损能力很好, 可用来制造需要耐磨而不受冲击载荷的工件, 如拨丝模、 球磨机的磨球等。在制定热加工工艺方面的应用铁碳合金相图阐明了碳钢和白口铁的各种相变温度和相变过程, 是确定铁碳合金的热加工温度和控制热加工组织的重要依据。例如, 铸造时依据铁碳相图制定熔化温度和浇注温度; 锻造、 热轧等塑性变形时, 依据铁碳相图制定开始加工温度和终了加工温度; 热处理时, 依据铁碳相图制定加热温度并控制和调整组织。36、 简述铁碳合金含碳量与合金性能的关系。答: 含碳量对铁碳合金性能的影响如下图所示。 铁碳合金性能与含碳量的关系铁碳合金的硬度随渗碳体由0增加到100%而呈直线关系增大, 由铁素体的硬

40、度( 约80HB) 增大到全部为渗碳体时的硬度( 约800HB) 。合金的塑性和韧性随铁素体量的不断减少而连续下降, 到白口铸铁时, 断后伸长率和断面收缩率接近于零。合金强度对组织形态很敏感, 随含碳量的增加, 亚共析钢中珠光体增多而铁素体减少, 钢的强度不断增大。但当含碳量超过共析成分之后, 由于二次渗碳体沿晶界出现, 合金强度的增高变慢, 到Wc=0.9%时, 二次渗碳体沿晶界形成完整的网, 合金强度迅速降低。其后随着含碳量进一步增加, 合金强度不断下降。到莱氏体基体时抗拉强度一直处于低水平, 趋于2030MPa。37、 金属塑性变形的主要方式是什么? 答: 金属塑性变形的主要方式是: 滑移、 孪生、 晶界滑移等。38、 什么是滑移系? 滑移系对金属的塑性有何影响? 体心立方、 面心立方、 密排六方金属, 哪种金属塑性变形能力最强? 答: 一个滑移面与其上的一个滑移方向