下载文档原格式
工程材料习题集绪论1．一铜棒的最大拉应力为70MPa，若要承受2000kgf的载荷，它的直径是多少？2．有一直径15mm的钢棒所能承受的最大载荷为11800kgf，问它的强度是多少。
3．一根2米长的黄铜棒温度升高80℃，伸长量是多少？要使该棒有同样的伸长，问需要作用多少力？（黄铜线膨胀系数为20×10－6/℃，平均弹性模量为110000MPa）4．一根焊接钢轨在35℃时铺设并固定，因此不能发生收缩。
问当温度下降到9℃时，钢轨内产生的应力有多大？（钢的线膨胀系数为12×10－6/℃，弹性模量为206000MPa）5．零件设计时，选取σ0.2（σS）还是选取σb，应以什么情况为依据？6．δ与ψ这两个指标，哪个能更准确地表达材料的塑性？并说明以下符号的意义和单位：σe；σs(σ0.2)；σb；δ；ψ；σ-1；ɑk7．常用的测量硬度的方法有几种？其应用范围如何？8．有一碳钢制支架刚性不足，有人要用热处理强化方法；有人要另选合金钢；有人要改变零件的截面形状来解决。
哪种方法合理？为什么？参考答案：1．18.9mm 2．871MPa 3．3.2mm，176MPa 4．64.3MPa第一章金属的结构与结晶1．金属中常见的晶体结构类型有哪几种?α-Fe、γ-Fe、A1、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn 各属何种晶体结构?2．单晶体与多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，而多晶体材料通常不表现出各向异性？3．简述金属常见的三种晶体结构的基本特点。
4．晶体缺陷有哪些？对材料有哪些影响？对所有的材料都有影响吗？5. 分别说明以下概念：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；晶界；各向异性；同素异构。
6.在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数的数值相同，该晶面与晶向间存在着什么关系？7. 何谓过冷度?为什么结晶需要过冷度?它对结晶后晶粒大小有何影响?8. 何谓同素异构转变?纯铁在常压下有哪几种同素异构体?各具有何种晶体结构?1．金属结晶的基本规律是什么？结晶过程是怎样进行的？2．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？3．如果其它条件相同，试比较在下列条件下，铸件晶粒的大小：（1）砂型铸造与金属铸造；（2）厚壁铸件与薄壁铸件；（3）加变质剂与不加变质剂；（4）浇注时振动与不振动。
⼯程材料徐⾃⽴主编课后习题答案⼯程材料徐⾃⽴主编课后习题答案第⼀章材料的性能1-1什么是⾦属材料的⼒学性能？⾦属材料的⼒学性能包含哪些⽅⾯?所谓⼒学性能，是指材料抵抗外⼒作⽤所显⽰的性能。
⼒学性能包括强度刚度硬度塑性韧性和疲劳强度等1-2什么是强度？在拉伸试验中衡量⾦属强度的主要指标有哪些？他们在⼯程应⽤上有什么意义？强度是指材料在外⼒作⽤下，抵抗变形或断裂的能⼒。
在拉伸试验中衡量⾦属强度的主要指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度的意义在于：在⼀般机械零件在发⽣少量塑性变形后，零件精度降低或其它零件的相对配合受到影响⽽造成失效，所以屈服强度就成为零件设计时的主要依据之⼀。
抗拉强度的意义在于：抗拉强度是表⽰材料抵抗⼤量均匀塑性变形的能⼒。
脆性材料在拉伸过程中，⼀般不产⽣颈缩现象，因此，抗拉强度就是材料的断裂强度，它表⽰材料抵抗断裂的能⼒。
抗拉强度是零件设计时的重要依据之⼀。
1-3什么是塑性？在拉伸试验中衡量塑性的指标有哪些？塑性是指材料在载荷作⽤下发⽣永久变形⽽⼜不破坏其完整性的能⼒。
拉伸试验中衡量塑性的指标有延伸率和断⾯收缩率。
1-4什么是硬度？指出测定⾦属硬度的常⽤⽅法和各⾃的优缺点。
硬度是指材料局部抵抗硬物压⼊其表⾯的能⼒。
⽣产中测定硬度最常⽤的⽅法有是压⼊法，应⽤较多的布⽒硬度洛⽒硬度和维⽒硬度等试验⽅法。
布⽒硬度试验法的优点：因压痕⾯积较⼤，能反映出较⼤范围内被测试材料的平均硬度，股实验结果较精确，特别适⽤于测定灰铸铁轴承合⾦等具有粗⼤经理或组成相得⾦属材料的硬度；压痕较⼤的另⼀个优点是试验数据稳定，重复性强。
其缺点是对不同材料需要换不同直径的压头和改变试验⼒，压痕直径的测量也⽐较⿇烦；因压痕⼤，不宜测试成品和薄⽚⾦属的硬度。
洛⽒硬度试验法的优点是：操作循序简便，硬度值可直接读出；压痕较⼩，可在⼯件上进⾏试验；采⽤不同标尺可测定各种软硬不同的⾦属厚薄不⼀的式样的硬度，因⽽⼴泛⽤于热处理质量检验。
根据本章给出的结构，画出下列链节结构：（1）聚氟乙烯：—CH2—CHF—;（2）聚三氟氯乙烯：—CF2—CFCl—（3）聚乙烯醇：—CH2—CHOH—计算下列聚合物的链节分子量（1）聚氯乙烯：—CH2—CHCl— : m = 2+2+=mol（2）聚对苯二甲酸乙二醇酯：—OCH2-CH2OCOC6H4CO—m = 10+8+4=mol（3）聚碳酸酯：m = 16+14+3=mol（4）聚二甲硅氧烷：C2H6OSim = +2+6+3 = mol聚丙烯的数均分子量为1,000,000 g/mol，计算其数均聚合度。
答：链节为—CH3CH—CH2—，其分子量：m = 3+6= g/mol(a) 计算聚苯乙烯链节的分子量答：链节为CHC6H5CH2，分子量：m = 8+8=(b) 计算重均聚合度为25000的聚苯乙烯的重均分子量答：= 25000 g/mol = 2603800 g/mol下表列出了聚丙烯的分子量，计算(a) 数均分子量(b) 重均分子量(c) 数均聚合度(d) 重均聚合度x i w i 分子量分布(g/mol)8,00016,00016,00024,00024,00032,00032,00040,00040,00048,00048,00056,000答：(a)= 12000+20000+28000+36000+44000+52000 = 600+3200+6720+10080+8800+3640 = 33040 (g/mol)(b)= 12000+20000+28000+36000+44000+52000 = 240+2000+5600+10800+11880+10920 = 41440 (g/mol)(c)聚丙烯链节的分子量：m = g/mol(d)下表列出了某聚合物的分子量分布。
计算(a) 数均分子量(b) 重均分子量(c) 如果已知这一聚合物的重均聚合度为780，指出此聚合物为表所列聚合物中的哪一个为什么(d) 这一材料的数均聚合度为多少分子量分布(g/mol)x i w i15,00030,00030,00045,00045,00060,00060,00075,00075,00090,00090,000105,000105,000120,000120,000135,000答：(a)= 22500+37500+52500+67500+82500+97500+112500+127500 = 900+2625+8400+17550+19800+11700+9000+3825 = 73800 (g/mol)(b)= 22500+37500+52500+67500+82500+97500+112500+127500 = 225+1500+5775+16200+22275+15600+13500+ 6375 = 81450 (g/mol)(c)此聚合物为聚苯乙烯根据下面的分子量分布和重均聚合度为585的条件，判断是否为聚甲基丙烯酸甲酯均聚物分子量分布(g/mol)x i w i8,00020,00020,00032,00032,00044,00044,00056,00056,00068,00068,00080,00080,00092,000答：聚甲基丙烯酸甲酯链节分子式为：C5H8O2(—CH2CH3COOCH3C—)；其分子量m = 5+8+2=mol重均分子量为：=14000+26000+38000+50000+62000+74000+86000=140+1300+4560+12500+16740+15540+7740=58520与条件相符，能形成均聚物高密度聚乙烯通过诱导氯原子随机取代氢而被氯化。
1、何为冷变形、热变形和温变形？冷变形：温度低于回复温度，变形过程只有加工硬化无回复和再结晶。
热变形：温度在再结晶温度以上，变形产生的加工硬化被再结晶抵消，变形后具有再结晶等轴晶粒组织，而无加工硬化痕迹。
温变形：金属材料在高于回复温度但低于再结晶开始温度的温度范围内进行的塑性变形过程。
2、简述金属的可锻性及其影响因素。
可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。
它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。
可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。
(1)内在因素(a)化学成分:不同化学成分的金属其可锻性不同；(b)合金组织:金属内部组织结构不同，其可锻性差别很大。
(2)外在因素(a)变形温度:系指金属从开始锻造到锻造终止的温度范围。
温度过高:过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。
温度过低：变形抗力↑－难锻，开裂(b)变形速度:变形速度即单位时间内的变形程度(c)应力状态:金属在经受不同方法进行变形时，所产生的应力大小和性质（压应力或拉应力）不同。
3、自由锻和模锻的定义及其特点是什么？自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻。
1、自由锻锻件的精度不高，形状简单，其形状和尺寸一般通过操作者使用通用工具来保证，主要用于单件、小批量生产。
2、对于大型机特大型锻件的制造，自由锻仍是唯一有效的方法。
3、自由锻对锻工的技术水平要求高，劳动条件差，生产效率低。
模锻是指在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。
模锻具有如下特点：(1)生产效率高。
劳动强度低。
(2)锻件成形靠模膛控制，可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件，且锻造流线比较完整，有利于提高零件的力学性能和使用寿命。
(3)锻件表面光洁，尺寸精度高，加工余量小，节约材料和切削加工工时。
(4)操作简便，质量易于控制，生产过程易实现机械化、自动化。
《工程材料》习题集参考答案一．判断题×√1、细化晶粒虽能提高金属的强度，但增大了金属的脆性。
（×）2、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。
（×）3、普通低合金结构钢不能通过热化处理进行强化。
（√）4、置换固溶体必是无限固溶体。
（×）5、单晶体必有各向异性。
（√）6、普通钢和优质钢是按其强度等级来区分的。
（×）7、过热钢经去应力退火后能显著细化晶粒。
（×）8、表面淬火主要用于高碳钢。
（×）9、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。
（×）10、面心立方金属的塑性比体心立方金属的好。
（√）11、铁素体是置换固溶体。
（×）12、晶界是金属晶体的常见缺陷。
（√）13、渗碳体是钢中常见的固溶体相。
（×）14、金属的塑性变形主要通过位错的滑移进行。
（√）15、金属的晶粒越细小，其强度越高，其塑性越好。
（√）16、比重偏析不能通过热处理来消除。
（√）17、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。
（×）18、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。
（×）19、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。
（√）20、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vk。
（×）21、氮化件的变形远比渗碳件的小。
（√）22、马氏体转变是非扩散性转变。
（√）23、高锰钢在各种条件下均能表现出良好的耐磨性。
（×）24、无限固溶体必是置换固溶体。
（√）25、金属的晶粒越细小，其强度越高，但韧性变差。
（×）26、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。
（√）27、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。
（×）28、对奥氏体不锈钢进行固溶处理的目的是为了提高其强度。
（×）29、弹簧钢的最终热处理应是淬火+低温回火。
（×）30、凡单相固溶体均能进行形变强化。
土木工程材料习题集第一章材料的基本性质一、填空1、当材料的体积密度与密度相同时，说明该材料绝对密实。
2、材料的耐水性用软化系数表示。
3、对于开口微孔材料，当其孔隙率增大时，材料的密度不变。
4、软化系数大于 0.85 材料认为是耐水的。
5、对于开口微孔材料,当其孔隙率增大时，材料的吸水性增强。
6、评价材料是否轻质高强的指标为比强度。
7、对于开口微孔材料,当其孔隙率增大时，材料抗冻性降低。
8、脆性材料最宜承受压力。
9、材料的亲水性与憎水性用润湿边角来表示。
10、当材料的孔隙率一定时，孔隙尺寸愈小，保温性能愈好。
11、材料的吸湿性用含水率来表示。
12、材料的弹性模量反映材料的抵抗变形的能力。
13、含水率为1%的湿砂202克，其中含水为 2 克。
14、材料的强度的确定视材料的种类的不同面而不同，对于韧性材料是以J/mm2 作为指标的。
15、选择建筑物围护结构的材料时，应选用导热系数较_小的材料，保证良好的室内气候环境。
16、材料的强度的确定视材料的种类的不同面而不同，对于脆性材料是以抗压强度作为强度的。
17、保温隔热材料应选择导热系数小的材料。
18、一般来说，材料含水时比其于燥时的强度低。
19、比强度是衡量材料轻质高强的指标。
20、材料的开口孔隙率越大，则材料的吸声性越好。
二、名词解释1、密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量。
2、表观密度材料在自然状态下，单位体积内的质量。
3、堆积密度是指粉状、粒状或纤维状材料在堆积状态下，单位体积所具有的质量。
4、孔隙率指材料孔隙体积占自然状态下总体积的百分比。
5、密实度指与孔隙率对应的概念，即材料的实体体积占自然状态下总体积的百分比。
6、空隙率是指散粒材料在某容器的堆积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。
7、吸湿性指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。
8、吸水性指材料与水接触时吸收水分的性质。
9、耐水性指材料长期在水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质。
第一章材料的种类与性能1．强度：强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
2．屈服强度：材料在外力作用下开始发生塑性变形的最低应力值。
3．弹性极限：产生的变形是可以恢复的变形的点对应的弹性变形阶段最大应力称为弹性极限。
4．弹性模量：材料在弹性变形范围内的应力与应变的比值称为弹性模量。
5．抗拉强度：抗拉强度是试样拉断前所能承受的最大应力值。
6．塑性：断裂前材料产生的塑性变形的能力称为塑性。
7．硬度：硬度是材料抵抗硬物压入其表面的能力。
8．冲击韧度：冲击韧度是材料抵抗冲击载荷的能力。
9．断裂韧度：断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。
10．疲劳强度：疲劳强度是用来表征材料抵抗疲劳的能力。
11．黏着磨损：黏着磨损又称咬合磨损，其实质是接触面在接触压力作用下局部发生黏着，在相对运动时黏着处又分离，使接触面上有小颗粒被拉拽出来，反复进行造成黏着磨损。
12．磨粒磨损：磨粒磨损是当摩擦副一方的硬度比另一方大的多时，或者在接触面之间存在着硬质粒子是所产生的磨损。
13．腐蚀磨损：腐蚀磨损是由于外界环境引起金属表面的腐蚀物剥落，与金属表面之间的机械磨损相结合而出现的磨损。
14．功能材料：是具有某种特殊的物理性能，化学性能，生物性能以及某些功能之间可以相互转化的材料。
15．使用性能：是指在正常使用条件下能保证安全可靠工作所必备的性能，包括材料的力学性能，物理性能，化学性能等。
16．工艺性能：是指材料的可加工性，包括可锻性，铸造性能，焊接性，热处理性能及切削加工性。
17．交变载荷：大小，方向随时间呈周期性变化的载荷作用。
18．疲劳：是机械零件在循环或交变载荷作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象。
20．蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。
21．脆断：在拉应力状态下没有出现塑性变形而突然发生脆性断裂的现象。
22．应力松弛：是指承受弹性应变的零件在工作过程中总变形量保持不变，但随时间的延长，工作应力自行逐渐衰减的现象。
第一章金属的性能一、填空（将正确答案填在横线上。
下同）1、金属材料的性能一般分为两类。
一类是使用性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能等。
另一类是工艺性能，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。
2、大小不变或变化很慢的载荷称为静载荷,在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷,大小和方向随时间发生周期变化的载荷称为交变载荷。
3、变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。
不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。
4、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力.5、强度的常用衡量指标有抗拉强度和屈服强度，分别用符号σb和σs表示.6、如果零件工作时所受的应力低于材料的σb或σ0.2，则不会产生过量的塑性变形。
7、有一钢试样其截面积为100mm2,已知钢试样的。
拉伸试验时，当受到拉力为—————- 试样出现屈服现象，当受到拉力为————-—时,试样出现缩颈。
8、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性.金属材料的延伸率和断面收缩率的数值越大，表示材料的塑性越好。
9、一拉伸试样的原标距长度为50mm，直径为10mm拉断后试样的标距长度为79mm，缩颈处的最小直径为4.9 mm，此材料的伸长率为————-，断面收缩率为———-——。
10．金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏能力.称为冲击韧性。
11．填出下列力学性能指标的符号：屈服点σs，抗拉强度σb,洛氏硬度C标尺HRC，伸长率δ，断面收缩率ψ，冲击韧度αk，疲劳极限σ-1。
二、判断（正确打√，错误打×。
下同）1、弹性变形能随载荷的去除而消失。
（√）2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显著的屈服现象。
（×）3、材料的屈服点越低，则允许的工作应力越高。
（×）4、洛氏硬度值无单位。
（√）5、做布氏硬度试验时，当试验条件相同时,其压痕直径越小，材料的硬度越低。
（×）6、材料对小能量多次冲击抗力的大小主要取决于材料的强度和塑性。
习题集部分参考答案4合金的结构与相图思考题1.何谓合金？合金中基本的相结构有哪些？答：合金是指两种或两种以上的金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。
合金中基本的相结构有固溶体、金属化合物两类。
2.相组成物和组织组成物有何区别？答：相组成物是指组成合金中化学成分、结构和性能均匀一致的部分。
组织组成物是指显微组织中具有某种形貌特征的独立部分。
两者的区别在于相组成物是不涉及金相形态的。
3.固溶体合金和共晶合金的力学性能和工艺性能有什么特点？答：固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同，但由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度、硬度提高，且大多固溶体还保持着良好的塑性。
而共晶合金组织为二相混合物时，合金的性能与成分呈直线关系。
当共晶组织十分细密时，硬度和强度会偏离直线关系而出现峰值。
共晶合金熔点低，流动性好，易形成集中缩孔，不易形成分散缩孔，铸造性能较好。
4.合金的结晶必须满足哪几个条件？答：合金的结晶需要满足结构、能量和化学成分三个条件（或者叫三个起伏）。
5.纯金属结晶与合金结晶有什么异同？答：相同点：形成晶核、晶核长大；能量和结构条件。
不同点：合金结晶还需要“化学成分条件”；从结晶的自由度看，纯金属结晶是一个恒温过程，而合金的结晶常常在某个温度范围内进行。
6.固溶体的主要类型有哪些?影响固溶体的结构形式和溶解度的因素有哪些？答：按溶质原子在固溶体(溶剂)晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体；按固溶度可分为有限固溶体和无限固溶体；置换固溶体按溶质原子在溶剂晶格中的分布特点可分为无序固溶体和有序固溶体。
影响固溶体的结构形式和溶解度的因素很多，目前比较公认的有①原子尺寸因素；②晶体结构因素；③电负性因素；④电子浓度因素。
7、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。
答：固溶强化是由于溶质原子的溶入，造成了晶格畸变，阻碍了晶体滑移，结果使固溶体的强度和硬度增加。
加工硬化是金属在冷塑性变形时，随着变形量的增加，出现位错的缠结，位错密度增加，造成材料的强度、硬度增加的现象。
弥散硬化是当超细第二相(强化相)大量均匀分布在材料基体中，造成位错运动受阻而引起的强度、硬度升高的现象。
异同点：三种强化都是利用位错运动受阻来强化合金的。
不同的是固溶强化和弥散强化都是利用合金化来强化合金的；而加工硬化而是通过力的作用产生塑性变形，增大位错密度以增大位错运动阻力来强化合金。
8、固溶体和金属化合物在结构和性能上有什么主要区别？答：固溶体晶体结构同于组成固溶体的溶剂的晶体结构，大多具有强而韧的性能特点；而金属化合物的晶格类型完全不同于组成金属化合物的任一组元的晶体结构，金属化合物一般具有硬而脆的性能特点。
9、机械混合物的构成方式有哪几种？答：机械混合物是各相按照一定的重量比组成的物质。
各相之间在一定的条件下既不溶解，也不化合，保持各自的晶格结构，各相之间是纯机械混合。
它们的构成方式常有：固溶体与固溶体的组成，也有固溶体与金属化合物的组成等。
10、合金结晶中可能出现的三种偏析应如何控制并使之尽量减少？答：1．晶内（枝晶）偏析，该情况取决于浇铸时的冷却速度，偏析元素扩散能力和液固相线的距离等，可以通过退火将偏析消除。
２．区域性偏析：在较大范围内化学成分不均匀的现象，退火无法将该情况消除，这种偏析与浇温、浇速等有关。
３．比重偏析：合金凝固时由于合金中组元比重的不同所引起的偏析。
降低比重偏析的方法有，如使合金成分均匀；尽量缩短液态合金的放置时间；加快冷却速度及合理控制铸件的凝固方向等11、什么是杠杆定律？它有什么用途？答：组成合金二相的质量比等于这二相成分点到合金成分点距离的反比叫杠杆定律。
它能够确定二相区内任一成分的合金在任一温度下处于平衡时各相的质量。
12、合金的性能与相图之间的关系如何？答：相图表示合金在平衡条件下合金的状态与成分、温度之间的关系图解。
它是在十分缓慢的条件下用热分析法测定的。
利用相图可以知道不同成分的合金在不同温度、平衡条件下存在哪些相、各相的相对数量、化学成分及条件变化时可能发生的相变，相图是研究合金组织及其变化规律的有效工具。
13、何谓共晶反应、包晶反应和共析反应？试比较这三种反应的异同点？答：共晶反应是指一定成分的液相在一定温度下，转变为两种成分不同结构不同的固相的反应。
包晶反应是指在一定温度下，一定成分的固相与包围它的成分一定的液相相互作用，形成一个一定成分的固相的反应。
共析反应是指一定成分的固相在一定温度下，转变为两种成分不同结构不同的固相的反应。
异同点：三个反应都是在恒温过程，反应时都必须具备温度和成分条件。
不同的是共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。
14、二元合金相图表达了合金的哪些关系？答：二元合金相图表达了合金的状态与温度和成分之间的关系。
15、何谓金属的同素异构转变？试画出纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化图。
简述纯铁的性能和用途。
答：金属在结晶之后继续冷却时或由固态加热直至熔化前皆会发生晶体结构的变化，凑够一种晶格转变为另外一种晶格，这种现象称为同素异构转变。
纯铁的结晶冷却曲线和晶体结构变化如下：图略（见教材P27 ，图3.10）。
纯铁较软，具有较好的抗腐蚀性，韧性和延展性较高，硬度和强度较低。
纯铁在工业中应用较少，主要用于实验研究。
16、默画出Fe-Fe3C相图，并按组织组成物填写各个相区。
答：17、何谓一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体和共析渗碳体？它们之间有何异同？其金相形态如何？答：一次渗碳体：在Fe-Fe3C相图相图中，碳含量大于4.3％时，在L＋Fe3C两相区内结晶析出的初生Fe3C为一次渗碳体，形成温度于共晶温度1148℃以上，形貌呈条状。
碳含量于4.3%～6.69%是其典型成分区间。
二次渗碳体：在Fe-Fe3C相图中，碳含量大于0.77％时，在A＋Fe3C两相区内析出的Fe3C 为二次渗碳体，形成温度于共晶温度1148℃与共析温度727℃之间，形貌呈网状。
碳含量于0.77%～6.69％是其典型成分区间。
三次渗碳体：在Fe-Fe3C相图中，F＋Fe3C两相区内析出的Fe3C为三次渗碳体，形成温度于共析温度727℃以下，形貌呈断续网状（细片状）。
共晶渗碳体：于共晶温度1148℃形成的共晶组织A＋Fe3C中的Fe3C体。
形貌呈基体状。
碳含量约为4.3%。
共析渗碳体：于共析温度727℃形成的共析组织F+Fe3C中的Fe3C，形貌呈片状。
碳含量约为0.77%。
18、为何各种非共晶成分的合金也能在共晶温度发生部分共晶转变？答：各种非共晶成分的合金在结晶过程中，随着温度的降低，开始从液体中析出α固溶体或ß固溶体，液相的成分随着液相线变化，固相成分随着固相线变化，当温度降到共晶温度时，此时合金中液相的成分变到了共晶点，于是剩下的合金液相将发生共晶转变，这一转变一直在恒温下进行到剩余液相全部转变为共晶组织为止。
19、Fe-Fe3C相图在选材、热处理、锻造、铸造等方面有什么用途？答：根据Fe-Fe3C相图中合金成分、组织和性能之间的变化规律，可以根据零件的服役条件来选择材料。
如要求良好的焊接和冲压性能的零件，应选用组织中铁素体较多、塑性较好的低碳钢来制造；如要求具有良好综合力学性能的零件，应选用中碳钢来制造；如要求高硬度、高耐磨性，就应该选用高碳钢；性质复杂的箱体和机座，则应该选中铸造性能较好的铸铁来制造。
在锻造方面，钢处于单相奥氏体时，塑性较好，变形抗力较小，便于锻造成型。
从Fe-Fe3C 相图中，可以看到共晶成分或接近共晶成分的合金不仅熔点低，而且凝固温度区间也较小，具有较好的铸造流动性，不易形成分散缩孔，适宜于铸造，在生产中得到了广泛的应用。
根据对工件材料性能要求的不同，各种不同热处理方法的加热温度选择都必须参考Fe-Fe3C相图，才能满足响应的性能要求。
20、何谓铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体？它们的结构、组织、形态、性能等各有何特点？答：铁素体是在碳在α-Fe中的固溶体。
为体心立方晶格，具有磁性及良好的塑性，硬度较低，用3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在显微镜下呈现明亮的等轴晶粒；亚共析刚中铁素体呈块状分布。
奥氏体是碳溶于γ-Fe形成的间隙固溶体，晶体结构为面心立方，其溶碳能力较大，强度低，可塑性强，顺磁相。
渗碳体是铁和碳形成的一种化合物，其含碳量为6.69%，质硬而脆，耐腐蚀性强，经3%-4%硝酸酒精溶液浸蚀后，渗碳体呈亮白色，若用苦味酸钠溶液浸蚀，则渗碳体能被染成黑色或棕红色，而铁素体仍为白色，由此可区别铁素体与渗碳体。
按照成分和形成条件的不同，渗碳体可以呈现不同的形态：一次渗碳体是直接由液体中结晶出来的，故在白口铸铁中呈粗大的条片状；二次渗碳体是从奥氏体中析出的，往往呈网络状沿奥氏晶界分布；三次渗碳体是从铁素体中析出的，通常呈不连续薄片状存在于铁素体晶界处,数量极微可忽略不计。
珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物。
在一般退火处理情况下,是由铁素体与渗碳体相互混合交替排列形成的层片状组织。
经硝酸酒精溶液侵蚀后,在不同放大倍数的显微镜下可以看到具有不同特性的珠光体组织。
莱氏体是在室温时珠光体及二次渗碳体和渗碳体所组成的机械混合物。
含碳量为4.3%的共晶白口铸铁在1148℃时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体,其中奥氏体冷却时析出二次渗碳体,并在727℃以下分解为珠光体。
莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基底上相间地分布着暗黑色斑点及细条状的珠光体。
二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起,从形式上难以区分。
21、Fe-Fe 3C 合金相图有何作用？在生产实践中有何指导意义？又有何局限性？答：①碳钢和铸铁都是铁碳合金，是使用最广泛的金属材料。
铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具，了解与掌握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究和使用，各种热加工工艺的制订以及工艺废品原因的分析等方面都有重要指导意义。
②为选材提供成分依据： 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：根据相图来分析碳钢焊缝组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性；对热处理：相图更为重要，如退火、正火、淬火的加热温度都要参考铁碳相图加以选择。
③由于铁碳相图是以无限缓慢加热和冷却的速度得到的，而在实际加热和冷却时的相变过程通常都有不同程度的滞后现象。
