工程材料习题与辅导(第4版)-第一二章答案-主编-朱张校-姚可夫主编

溶体、固溶强化、金届化合物、璃态、高弹态、粘流态答：致密度：晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比称为致密度(也称密排系数).多余的半原子面。组元之一相同的固相称为固溶体。固溶强化：固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格畸变随溶质原子浓度的增高合金的强度和硬度。这种通过形成固溶体使金届强度和硬度提高的现象称为固溶强化。固溶强化是金届强化的一种重要形式。在溶质含量适当时，可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。金届化合物：合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相即组织:材料部所有的微观组成总称显微组织(简称组织)。组织由数量、形态、大小热塑性：聚合物可以通过加热和冷却的方法，使聚合物重复地软化(或熔化)和硬化 (或固化)的性能。玻璃态：在Tg温度以下，在受外力作用下，高聚物链段进行瞬时的微量伸缩和微高，变形符合胡克定律，应变与应力成直线关系，并在瞬时达到平衡。高聚物的这种拉伸，产生很大的弹性变形，外力去除后，分子链乂逐渐回缩到原来的卷曲状态，弹此时高聚物变形量很大，而弹性模量较低，外力去除后变形可以回复，弹性是可逆粘流态：温度高于Tf后，高聚物受力后，变形迅速发展，弹性模量很快下降，开始形已变为不可逆。高聚物的这种状态叫粘流态。2.填空题 (1)同非金届相比，金届的主要特性是(良好的导电性和导热性。正的电阻温度系. (2)晶体与非晶体结构上最根本的区别是(晶体中原子(离子或分子)规则排歹0。非晶体中原子(离子或分子)无规则排歹0). (5)高分子材料大分子链的化学组成以(C、H、0)为主要元素，根据组成元素 (6)大分子链的几何形状主要为(线型)、(支化型)和(体型)。热塑性聚合物主要是(线型和支化型)分子链，热固性聚合物主要是(体型)分子链。 (7)高分子材料的凝聚状态有(晶态)、(部分晶态)和(非晶态)三种。 (8)线型非晶态高聚物在不同温度下的三种物理状态是(玻璃态)、(高弹态)和(粘流态). (9)与金届材料比较，高分子材料的主要力学性能特点是强度(低)、弹性 (高)、弹性模量(低)等。 (10)高分子材料的老化，在结构上是发生了(降解)和(交联).3.选择正确答案 (1)晶体中的位错届于：(c)a.体缺陷b.面缺陷c.线缺陷d.点缺陷 abcd ab.{110}c.{111}d.{120} (6)线型非晶态高聚物温度处于Tg〜Tf之间时的状态是：(d)a.玻璃态，表现出高弹性b.高弹态，表现出不同弹性4.综合分析题(4)已知a-Fe的晶格常数a=2.87乂10-10m,试求出a-Fe的原子半径和致密43兀r3原子x2a3=43兀34a3X2a3^0.68=68%(5)在常温下，已知铜原子的直径d=2.55X10-10m,求铜的晶格常数。a^3.60x10-10(m)(6)实际金届晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？服强度增加，密度发生变化。面缺陷：晶界、业晶界。面缺陷是由位错垂直排列成位错墙而构成。业晶界是晶粒的在晶界、业晶界或金届部的其他界面上，原子的排列偏离平衡位置，晶格畸变性较大，所以对金届中许多过程的进行，具有极为重要的作用。晶界和业晶界均可提错，若是刃型位错，说明半原子面的位置。图1-3。晶格畸变随溶质原子浓度的增高而增大。答：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。间隙固溶体的晶体结构与氢、硼等原子半径较小的非金届元素形成的化合物为间隙化合物。当非金届原子半径与金届原子半径之比小于0.59时，形成具有。击弯曲试验的试验方法和冲击韧度的计算方法。冲击试样冲断，测得试样冲击吸收功，用符号Ak表示。用冲击吸akAkS0式中：ak为冲击韧度(J/m2);Ak为冲击吸收功(J);S0为试样缺口处截面积Y兀裂纹扩展的临界状态所对应的应力场强度因子即为临界应力场强度因子所以该板材料的断裂韧性为KIC=KI=Y(ra(MN/m3/2)=兀X720X22X10-3=40.3(MN/m3/2)沿横向通过链节以共价键连接起来，形成的三维(空间)网状大分子。线型和支化型分子链构成的聚合物统称线型聚合物，具有高弹性和热塑性，可以通过热固性，加热加压成型固化后，不能再加热熔化和软化，例如酚醛树脂、环氧树脂、材料结构上分析其原因。度较低。虽然其理论强度约为其弹性模量的1/10,但是实际强度仅及理论强度的。耐磨性方面的特点。答：大多数塑料对金届和对塑料的摩擦因数值一般在0.2〜0.4围，但有一些塑料的摩擦因数很低。例如，聚四氟乙烯对聚四氟乙烯的摩擦因数只有0.04,几乎是所有固塑料的另一优点是磨损率低，原因是其自润滑性能较好，消音、吸振能力强。在无润，塑料的耐磨、减摩性能是金届材料无法比拟的。18)画出高聚物大分子链的三种形态。(19)画出线型非晶态高聚物的变形随温度变化的曲线。 (20)瓷的典型组织由哪几种相组成？能。(21)为什么瓷的实际强度比理论强度低得多？指出影响瓷强度的因素和提高答：瓷的实际强度比理论强度低得多的原因是其组织中存在晶界，晶界对其强度的破坏作用很大。因为晶界上存在晶粒间的局部分离或空隙，晶界上原子问键被拉长、键影响瓷强度的主要因素是晶界的存在，同时受瓷组织的致密度、杂质和其他各种缺陷消除晶界的不良作用是提高瓷强度的基本途径，同时通过一定工艺提高瓷组织的致密率、减少缺陷、细化组织等可使瓷强度接近理论值。答：过冷度：理论结晶温度T0与开始结晶温度Tn之差叫做过冷珠光体：奥氏体发生共析反应的产物，是铁素体与渗碳体的共析混合物。滑移：滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动。滑移是晶体部位错在切应力作用下产果。压扁)、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶。这个过程称滑移系：晶体中一个滑移面与其上的一个滑移方向称为一个滑移系。(930土10)C、保温8h、冷却后测得的晶粒度叫本质晶粒度。光体中的渗碳体球状化(球化退火前正火将网状渗碳体破碎)，以降低硬度，改善切削加工性能；并为以后的淬火作组织准备。球化退火主要用于共析钢和过共析钢，球化退火后的显微组织为在铁素体基体上分布着细小均匀的球状渗碳体。球化退火的加热温度略高于Acl。球化退火需要较长的保温时间来淬透性：钢接受淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性。钢的淬透性可用末端淬火JXXd淬透性主要取决于合M回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向(如马氏体的分解、碳化物的析出与长大和铁素体再结晶等)的抵抗能力。二次硬化：含有MoWV等碳化物形成元素的合金钢，在回火过程中由于碳化物的弥散析出，其硬度不是随回火温度升高而单调降低，而是到某一温度(约400C)后反而开始增大，并在另一更高温度(一般为550C左右)达到峰值，这就是回火过程的二次硬化现象。二次硬化也可以由回火时冷却过程中残余奥氏体转变为回火脆性：回火过程中出现的冲击韧性降低的现象称为回火脆性。在250〜400C回火时韧性下降，由此产生的脆性称为第一类回火脆性(乂称低温回火脆 (乂称高温回火脆性).CVD：即化学气相沉积。利用气态化合物(或化合物的混合物)在基体受热表面发与加热区之间有极高的温度梯度。一旦停止激光照射，加热区因急冷而实现工件的自2.填空题 (1)结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是(生核)和(长大). (2)当对金届液体进行变质处理时，变质剂的作用是(增加晶核的数量或者阻碍 (3)液态金届结晶时，结晶过程的推动力是(金届液态和固态之间存在的自由能差(△F))，阻力是(建立液、固界面所需要的表面能A0). (4)过冷度是指(理论结晶温度T0与开始结晶温度Tn之差)，其表小符号为(△T). (5)典型铸锭结构的三个晶区分别为(细等轴晶区)、(柱状晶区)和(粗等轴 (6)固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度(高). (7)固溶体出现枝晶偏析后，可用(扩散退火)加以消除。 (8)—合金发生共晶反应，液相L生成共晶体(a+6)o共晶反应式为 (LT(a+6))，共晶反应的特点是(恒温进行，三相共存，三相成分确定). (10)珠光体的本质是(铁素体与渗碳体的共析混合物). (11)在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3CII最多的合金成分点为(E点)，含Le'最多的合金成分点为(C点). (12)用显微镜观察某业共析钢，若估算其中的珠光体体积分数为80%则此钢的碳的质量分数为(0.62%). (13)钢在常温下的变形加工称为(冷)加工，而铅在常温下的变形加工则称为(热) 原因是(位错密度增加，位错问的交互作用增强，相互缠结，造成位错运动阻力的增大). (15)滑移的本质是(晶体部位错在切应力作用下发生滑移运动的结果). (16)变形金届的最低再结晶温度与熔点的关系是(T再=(0.35〜0.4)T熔点). (17)再结晶后晶粒度的大小主要取决于(加热温度)和(预先变形度). (18)在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是(都为铁素体和渗碳体的机械混合物，渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上)，不同点是(珠光高，渗碳体层间距较大。屈氏体转变温度较低，渗碳体层. 色针)状。 (板条马氏体)的韧性较好。 (23)球化退火加热温度略高于Ac1,以便保留较多的(未溶碳化物粒子)或较大的奥氏体中的(碳浓度分布的不均匀性)，促进球状碳化物的形成。 (24)球化退火的主要目的是(使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化，以降低硬度，改善切削加工性能；并为以后的淬火作组织准备)，它主要适用于(共析钢和过共析)钢。 的正常淬火温度围是(Ac1以上30〜50C). (26)淬火钢进行回火的目的是(为了消除应力、尺寸稳定并获得所要求的组织和 (27)合金元素中，碳化物形成元素有(MnCr、MoWV、NbxZr、Ti). 此淬火后相同碳质量分数的合金钢比碳钢相比，残余奥氏体(要多)，使钢的硬度 (下降). (30)一些含有合金元素(MnCr、Ni)的合金钢，容易产生第二类回火脆性，为了消除第二类回火脆性，可采用(回火后快冷)和(加入适当Mo或W). 负)极、镀笔接直流电源(正)极，可以在工 (32)利用气体导电(或放电)所产生的(等离子弧)作为热源进行喷涂的技术叫3.是非题 固体的过程都是结晶过程。(错) (4)当形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是一个多晶体。(错) (7)一个合金的室温组织为a+6II+(a+6)，它由三相组成。(错) ) (11)在铁碳合金平衡结晶过程中，只有碳质量分数为4.3%的铁碳合金才能发生共晶反应。(错) 能力完全相同。(错) (17)重结晶退火就是再结晶退火。(错) aFe饱和固溶体。当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩。(错) (20)当把业共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由铁的碳质量分数。(对) (21)当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时，细片状珠光体的奥氏体 越粗。(错) (25)经退火后再高温回火的钢，能得到回火索氏体组织，具有良好的综合力学性能。(错) (36)气相沉积技术是从气相物质中析出固相并沉积在基材表面的一种表面镀4.选择正确答案ab低c.越接近理论结晶温度a.碳在Y-Fe中的间隙固溶体ab1.0%c.10%c.强度低、塑性好、硬度低cc.具有低的碳质量分数aCb50Cc.920Cma.600〜650Cb.800〜820Cc.900〜950Cd.1000〜1050C(24)钢的淬透性主要取决于:(c)(25)钢的淬硬性主要取决于:(a)5.综合分析题答：液态金届结晶是由生核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。液态金届结晶变质处理；在液体金届中加入孕育剂或变质剂，增加晶核的数量或者阻碍晶核的长在结晶的树枝状晶体的晶枝，增加了结晶的核心，从而可细化晶粒。(4)如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小：答：柱状是由外往里顺序结晶的，晶质较致密。但柱状晶的接触面由于常有非金届夹w(Cu)=50%w(Cu)=20%②两相的质量比合金成分：wNi)=3020+30X100%=60%w(Cu)=1-60%=40%w(a)=60-5080-50X100%q33.3%w(L)=1-33.3%=66.7%④各相的质量二相质量：Qa=(20+30)X33.3%=16.65(kg)QL=50-16.65=33.35(kg)g时所剩下的液体的碳的质量分数及液体的质量。光体，T8钢组织是珠光体，T12钢组织是珠光体+二次渗碳体。因为铁素体T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体，隔断了珠光体之间的结合，所以T12钢的强度的两块铁碳合金，其中一块是退火状态的15钢，一块是白口铸铁，用什么简便方法多晶体中每个晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向(称晶粒处于软位向)，另一些晶粒的滑移面和滑移方向与最大切应力方向相差较大度较高，塑性较好，所以断裂时需要消耗较大的功，因而韧性也较好。因此细晶强化②多晶体中每个晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向(称晶粒处于软位向)，另一些晶粒的滑移面和滑移方向与最大切应力方向相差较大积时，其他晶粒发生滑移。因此多晶体变形时晶粒分批地逐步地变形，变形分散在材粒发生转动，使各晶粒的位向趋近于一致，形成特殊的择优取向，这种有序化的结构金届发生塑性变形，随变形度的增大，金届的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化，也叫形变强化。另外，由于纤维组织和形变织构的形(b)FCC:(111)晶面是滑移面，其上的\0\]晶向也是滑移方向，两者能构成滑移(c)BCC:(111)晶面不是滑移面，其上的\\]晶向不是滑移方向，两者不能构成滑移(d)BCC:(110)晶面是滑移面，\1\]晶向也是滑移方向，但不在(110)晶面答：主要是由于冷冲压成形时，钢板形成零件的不同部位所需发生的塑性变形量不CCC铅T再=(0.35〜0.4)T熔点=1279〜1461K=1006〜1188CT再=(0.35〜0.4)T熔点=210〜240K=-63〜-33C答：塑性变形后的金届再进行加热发生再结晶，再结晶后晶粒大小与预先变形度称做临界变形度。届中少数晶粒变形，变形分布很不均匀，所以再结晶时生成的晶核少，晶粒大小相差得以 除加工硬化现象，使金届的强度和硬度、塑性和韧性恢复至变形前的水平。对钢而结晶温度低于共析温度727C,因此不会发生晶体结构类型的转变。通过原子扩散进行的形核、长大过程，但同时发生晶体结构类型的转变。(21)热渗碳体的层片细、薄，因此奥氏体形核数目多，奥氏体晶粒细小。奥氏体再空冷下来时，细小的奥氏体晶粒通过重结晶乂转变成铁素体+索氏体，此时的组织就比热轧空冷的45钢组织细，达到细化和均匀组织的目的。(22)画出珠光体、下贝氏体和低态示意图。 (23)试述马氏体转变的基本特点。答：过冷A转变为马氏体是低温转变过程，转变温度在Ms〜Mf之问，其基本特①过冷A转变为马氏体是一种非扩散型转变铁和碳原子都不能进行扩散。铁原子沿奥氏体一定晶面，集体地作一定距离的动移，使面心立方晶格改组为体心正方晶格，碳原子原地不动，过饱和地留在新组成的晶胞中；增大了其正方度c/a.马氏体就是碳在a-Fe中的过饱和固溶体。过饱和碳使a答：热硬性：热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力(亦称红硬性)。热硬性与钢析出有关。孕育(变质)处理：在液体金届中加入孕育剂或变质剂，以细化晶粒和改善组织的处球化剂，以获得球状石墨的处理工艺称为球化处理。墨化退火：使白口铸铁中的渗碳体分解成为团絮状石墨的退火过程。固溶处理：把合金加热到单相固溶体区，进行保温使第二相充分溶解，然后快冷(通常用水冷却)，得到单一的过饱和固溶体组织的热处理工艺。固溶处理可以使奥氏体合金中得到应用。有色金届合金(如铝合金)先进行固溶处理获得过饱和固溶体，然弥散分布的第二相，合金硬度和强度明显升高的现象称为时效或时效硬化。2.填空题 (1)20是(优质碳素结构)钢，可制造(冲压件、焊接件、渗碳零件，如齿轮、销). (2)T12是(优质碳素工具)钢，可制造(理刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具). (3)按钢中合金元素含量，可将合金钢分为(低合金钢)、(中合金钢)和(高合金钢)几类。⑷Q345(16Mn)是(低合金结构)钢，可制造(桥梁、船舶、车辆、锅炉等工程结构).⑸20CrMnTi是(合金渗碳)钢，Cr、Mn的主要作用是(提高淬透性、提高经热处理后心部的强度和韧性)，Ti的主要作用是(阻止渗碳时奥氏体晶粒长大、增加渗碳层硬度、提高耐磨性)，热处理工艺是(渗碳后直接淬火、再低温回火). (6)40Cr是(合金调质)钢，可制造(重要调质件如轴类件、连杆螺栓、进汽阀和重要齿轮等).⑺60Si2Mn是(合金弹簧)钢，可制造(汽车板簧). (8)GCr15是(滚珠轴承)钢，1Cr17是(铁素体型不锈)钢，可制造(硝酸工厂设备以及食品工厂设备).⑼9SiCr是(低合金刃具)钢，可制造(板牙、丝锥、钻头、皎刀、齿轮皎刀、冷冲模、冷轧辗等). (10)CrWMn是(冷作模具)钢，可制造(冷冲模、塑料模). (11)Cr12MoV是(冷模具)钢，可制造(冷冲模、压印模、冷敏模等). (12)5CrMnMo是(热模具)钢，可制造(中型锻模). (13)W18Cr4V是(高速)钢，碳质量分数是(0.70%以上),W的主要作用是 (保证高的热硬性)，Cr的主要作用是(提高淬透性)，V的主要作用是(形成大，细化晶粒)。热处理工艺是(1220〜1280C淬火+(550〜570)C三次回火)，最后组织是(回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体). (14)1Cr13是(马氏体型不锈)钢，可制造(抗弱腐蚀性介质、能承受冲击载荷 (15)0Cr18Ni9Ti是(奥氏体型不锈)钢，Cr、Ni和Ti的作用分别是(提高钢基体的电极电位)、(获得单相奥氏体组织，显著提高耐蚀性)和(优先与碳形成稳定化合物，避免晶界贫铭，以防止晶问腐蚀). (16)灰口铸铁中碳主要以(石墨)的形式存在，可用来制造(一般机床底座、端盖、床身等). (18)蠕墨铸铁中石墨的形态为(蠕虫状)，可用来制造(局层建筑中局压热 (19)影响石墨化的主要因素是(加热温度、冷却速度)和(合金元素). 石墨呈球状). (21)HT200牌号中“HT'表示(灰铁)，数字“200”表示(最低抗拉强度为200MPa). (22)生产球墨铸铁选用(稀土镁)作为球化剂。 ⑷T8钢与20MnV&目比，淬硬性和淬透性都较低。(错)⑸18-4-1(W18Cr4V)高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地溶 只能采用加工硬化提高强度。(对) (7)奥氏体不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。(错) 铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态。(错) (9)可锻铸铁在高温时可以进行锻造加工。(错) 题 (1)说出Q235A15、45、65、T8、T12等钢的钢类、碳质量分数，各举出一个应T套等量具(2)为什么低合金高强钢用铤作为主要的合金元素？答：