工程材料与热处理 第4章作业题参考答案说课材料

工程材料与热处理试题及答案工程材料与热处理复习题及答案一·选择题1.金属的化学性能主要指耐腐蚀性和抗氧化性。

2.材料的物理性能除了密度外，还包括熔点，导热性，导电性，磁性和热膨胀性。

3.工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力，它包括切削加工性能，热加工性能和热处理工艺性能。

4.常见的金属晶体结构有体心立方晶格，面心立方晶格，密排六方晶格。

5.金属结晶时冷却速度越快，则过冷度约大，结晶后晶粒越小，6.钢的热处理是将刚在固态下采用适当的方法进行加热，保温和冷却，已获得所需要的组织结构与性能的工艺。

7.根据回火加热温度不同，可将其分为低温回火，中温回火和高温回火三种。

8.调质是指淬火后高温回火的复合热处理工艺。

9.钢的化学热处理的过程包括分解，吸收，扩散三个过程。

10.08F钢属于低碳钢，其含碳量0.2% ；40钢属于中碳钢，其含碳量0.45%；T8钢属于碳素工具钢，其含碳量0.8% 。

11.根据石墨的形态不同，灰口铸铁可分为灰铸铁，球墨铸铁，可锻铸铁和蠕墨铸铁。

12.影响石墨化过程的主要因素有化学成分和冷却速度。

13.常用的高分子材料有塑料，橡胶，胶黏剂和纤维素。

二．选择题1.下列力学性能指标的判据中不能用拉伸试验测得的是（B ）。

A.δsB.HBSC.σDψ2.下列退火中不适用于过共析钢的是（ A ）。

A.完全退火B.球化退火C.去应力退火3.钢淬火的主要目的是为了获得（ C ）。

A.球状体组织B.贝氏体组织C.马氏体组织4.为了提高钢的综合机械性能，应进行（B）。

A. 正火B.调质C.退火D.淬火+中温回火5.v5F牌号（C ）属于优质碳素结构钢。

A.ZG450B.T12C.35D.Gr126选择制造下列零件的材料，冷冲压条件（A）；齿轮（C）；小弹簧（B）。

A.08FB.70C.457.汽车板弹簧选用（B ）。

A.45B.60si2MnC.2Cr13D.16Mn8.汽车拖拉机的齿轮要求表面耐磨性，中心有良好的韧性，应选用（C ）A.20钢渗碳淬火后低温回火B.40Cr淬火后高温回火C.20CrMnTi渗碳淬火后低温回火9.常见的齿轮材料20CrMnTi的最终热处理工艺应该是（ D ）。

第四章复习题1、 试简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的基本思想与步骤。

2、 试说明用热平衡法建立节点温度离散方程的基本思想。

3、 推导导热微分方程的步骤和过程与用热平衡法建立节点温度离散方程的过程十分相似，为什么前者得到的是精确描述，而后者解出的确实近似解。

4、 第三类边界条件边界节点的离散那方程，也可用将第三类边界条件表达式中的一阶导数用差分公式表示来建立。

试比较这样建立起来的离散方程与用热平衡建立起来的离散方程的异同与优劣。

5．对绝热边界条件的数值处理本章采用了哪些方法？试分析比较之．6．什么是非稳态导热问题的显示格式？什么是显示格式计算中的稳定性问题？7．用高斯－塞德尔迭代法求解代数方程时是否一定可以得到收敛德解？不能得出收敛的解时是否因为初场的假设不合适而造成？8．有人对一阶导数()()()221,253x t t t xti n i n i n in ∆-+-≈∂∂++你能否判断这一表达式是否正确，为什么？ 一般性数值计算4-1、采用计算机进行数值计算不仅是求解偏微分方程的有力工具，而且对一些复杂的经验公式及用无穷级数表示的分析解，也常用计算机来获得数值结果。

试用数值方法对Bi=0.1,1,10的三种情况计算下列特征方程的根:)6,2,1( =n n μ3,2,1,tan ==n Binn μμ并用计算机查明，当2.02≥=δτa Fo 时用式（3-19）表示的级数的第一项代替整个级数（计算中用前六项之和来替代）可能引起的误差。

Bi n n =μμtanFo=0.2及0.24时计算结果的对比列于下表：4-2、试用数值计算证实，对方程组⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=-+5223122321321321x x x x x x x x x用高斯-赛德尔迭代法求解，其结果是发散的，并分析其原因。

解：将上式写成下列迭代形式()()⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧--=-+=--=2131323213212/1252/1x x x x x x x x x假设3,2x x 初值为0，迭代结果如下：迭代次数012341x 02.52.6252.093752.6328125 2x 0-0.750.4375-1.1718751.261718253x 01.25-0.06252.078125-0.89453125显然，方程迭代过程发散因为迭代公式的选择应使每一个迭代变量的系数总大于或等于式中其他变量的系数绝对值代数和。

第1章习题参考答案自测题一、填空题1. 强度、刚度、硬度、塑性、韧性2. σe σs σb3. 屈服点规定残余伸长率为0.2%时的应力值塑性变形4. 断后伸长率断面收缩率断面收缩率5. 应力场强度因子断裂韧度断裂二、判断题1.（×）2.（×）3.（×）4.（×）习题与思考题1.①因为δ5=L1L0L5d0100%=1100%=25% L05d0δ10=L1L0L10d0100%=1100%=25% L010d0所以L1（5）=6.25d0同理L1（10）=12.5d0②长试样的塑性好。

设长试样为A,短试样为B,已知δ所以δ5B=δ10A，因为同一种材料，δ5〉δ10，5B=δ10A<δ5A,则δ5B<δ5A，即长试样的塑性好。

2.合格。

因为σs=FS21100268.79MP >225 MP aa S03.1425σb=Fb34500439.5 MP >372MPaa S03.1425L15d065500100%30%>27% 100%=505d0δ5=S0S15232ψ=100%64%>55% 所以，该15钢合格2S033.（1）洛氏硬度HRC；（2）洛氏硬度HRB；（3）洛氏硬度HRA；（4）布氏硬度HB；（5）维氏硬度HV。

第2章习题解答参考自测题一、填空题1. 体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格2. （1）A （2）F （3）Fe3C （4）P （5）Ld （6）Ld'3. F+P 大高低4. 过冷过冷度细好5. 固溶体金属化合物成分、组织、状态、温度6.二、判断题1.（×）2.（√）3.（×）习题与思考题1.根据晶体缺陷的几何形态特征，实际金属晶体中存在有点、线、面缺陷。

在这些缺陷处及其附近，晶格均处于畸变状态，使金属的强度、硬度有所提高。

2.(1）钢材加热到1000～1250℃时为单相奥氏体组织，奥氏体强度、硬度不高，塑性、韧性好，变形抗力小，适于热轧、锻造。

第4章习题解答参考自测题一、填空题1. 碳在α-Fe中的过饱和Ms—M f2. 炉冷（缓冷）完全退火、球化退火、等温退火、去应力退火、扩散退火、再结晶退火3. 空冷细化晶粒、调整硬度、消除应力4. 淬火高温回火良好的综合力学二、判断题1.（×）2.（×）3.（×）4.（×）5.（×）习题与思考题1.（1）奥氏体的起始晶粒度：奥氏体化刚完成时的奥氏体晶粒度；实际晶粒度：给定温度下的奥氏体晶粒度；本质晶粒度：把钢加热到930℃±10℃保温8h，冷却后测得的晶粒度。

（2）奥氏体：碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体；过冷奥氏体：冷却到A1线以下暂存的奥氏体；残余奥氏体：冷却到Ms线以下存在的奥氏体。

（3）珠光体：铁素体和渗碳体层片相间组成的混合物；索氏体：细的珠光体；托氏体：极细的珠光体。

（4）淬透性：钢淬火时形成马氏体的能力；淬硬性：钢在理想条件下，进行淬火硬化所能达到的最高硬度；淬硬层深度：从工件表面向里至半马氏体区的垂直距离。

2.奥氏体晶核的形成，奥氏体晶粒的长大，残余渗碳体的溶解，奥氏体成分的均匀化。

3.共析钢过冷奥氏体等温转变曲线综合反映了过冷奥氏体在冷却时的等温转变温度、等温时间和转变产物之间的关系。

4.珠光体和索氏体可用连续冷却也可用等温冷却方法，托氏体+马氏体+残余奥氏体和马氏体+残余奥氏体必须用连续冷却方法。

相应的冷却曲线如图所示。

5.硬度2›1，3›2，3›4，是因为组织的不同，1是F+P，2是M+F+A＇，3是M+A＇，4是M+T+A＇。

6.（1）正火+球化退火，淬火低温回火。

正火的主要作用：消除网状渗碳体，细化晶粒，减少应力；球化退火得到球状珠光体，降低硬度，改善切削加工性；淬火低温回火是提高硬度和耐磨性，消除淬火应力和脆性。

（2）淬火：加热温度760～780℃，冷却方式：水冷；低温回火温度：150～250℃，组织为回火马氏体+残余奥氏体+渗碳体+少量下贝氏体7.（1）再结晶退火，目的是降低硬度，组织是：F+P（2）去应力退火，目的是区应力，组织是：F+P（3）完全退火：目的是细化晶粒，组织是：F+P（4）球化退火：目的是降低硬度和脆性，组织是：P球状+Fe3C球状8.渗碳是靠提高钢表面碳的质量分数、表面淬火是靠改变钢的表面组织来提高钢的性能。

1.滑移和孪晶的变形机制有何不同？为什么在一般条件下进行塑性变形时锌中容易出现孪晶，而纯铁中容易出现滑移带？主要的不同：（1）晶体位向在滑移前后不改变，而在孪生前后晶体位向改变，形成镜面对称关系。

（2）滑移的变形量为滑移方向原子间距的整数倍，而孪生过程中的位移量正比于该层至孪晶面的距离。

（3）孪生是一部分晶体发生了均匀的切变，而滑移是不均匀的。

锌的晶体结构为密排六方，密排六方金属滑移系少，所以容易出现孪晶，而纯铁为体心立方结构，滑移系多，所以容易出现滑移带。

2.多晶体塑性变形与单晶体塑性变形有何不同？多晶体的每一晶粒滑移变形的规律与单晶体相同，但由于多晶体中存在晶界，且各晶体的取向也不相同，多晶体的塑性变形具有以下特点：（1）各晶粒不同同时变形；（2）各晶粒变形的不均匀性；（3）各变形晶粒相互协调。

3.什么是滑移、滑移线、滑移带和滑移系？滑移线和滑移带是如何在金属表面形成的？列举金属中常见晶体结构最重要的滑移系，并在其晶胞内画出一个滑移系。

哪种晶体的塑性最好？哪个次之？为什么？所谓滑移是指在切应力的作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生相对滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。

晶体材料的滑移面与晶体表面的交线称为滑移线。

由数目不等的滑移线或滑移台阶组成的条带称为滑移带。

一个滑移面和该面上的一个滑移方向组成一个滑移系。

滑移线是由于晶体的滑移变形使试样的抛光表面产生高低不一的台阶所造成的；相互靠近的小台阶在宏观上反映的是一个大台阶，所以形成了滑移带。

滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越好。

滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性更好。

密排六方由于滑移少，塑性最差。

4.简述一次再结晶与二次再结晶的驱动力，并说明如何区分冷、热加工。

动态再结晶与静态再结晶后的组织结构的主要区别是什么？一次再结晶的驱动力是冷变形所产生的储存能的释放。

二次再结晶的驱动力是由于界面能变化引起的。

第一次教案§4—4钢的表面热处理教学过程：复习旧课：1、回火的概念及回火的方法、应用。

导入新课：概述：在机械设备中，有许多零件（如齿轮、活塞销、曲轴等）是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的。

这类零件表面必须具有高硬度和耐磨性，而心部要有足够的塑性和韧性。

这类零件要进行表面热处理常用的表面热处理方法有：表面淬火及化学热处理。

一、表面淬火对工件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。

1、火焰加热表面淬火、工艺：应用氧—乙炔（或其他可燃气体）火焰对零件表面进行快速加热并随后冷却。

、特点：淬硬层深度一般为2mm—6mm。

加热温度及淬硬层不易控制，易产生过热和加热不均匀现象，淬火质量不稳定。

2、感应加热表面淬火、工艺：利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件的表面受到局部加热，并进行快速冷却。

、加热速度快；淬火质量好；淬硬层深度易于控制。

二、化学热处理1、化学热处理的过程：分解——吸收——扩散2、钢的渗碳、工艺:将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层。

、目的：提高钢件表层的含碳量。

、渗碳后的工件需经淬火及低温回火。

3钢的渗氮4、碳氮共渗第二次教案§4—5零件的热处理分析一、复习旧课化学热处理的过程是什么？渗碳件用于什么钢种？二、导入新课学过的热处理工艺方法很多，都用于什么位置导入。

三．新课讲授§4—5零件的热处理分析1、热处理的技术条件一般零件均以硬度作为热处理技术条件。

2、热处理的工序位置1）、预备热处理预备热处理包括退火、正火、调质等。

2）、最终热处理最终热处理包括淬火、回火及表面热处理等。

3、典型零件的热处理分析小结：本次课的主要内容是钢的表面热处理和化学热处理。

要求学生掌握钢的表面热处理概念、两种方法和钢的渗碳的原理及热处理方法；并能进行简单的零件热处理工艺的定制。

作业： 1、激光表面热处理的原理是什么？2、为什么要进行渗碳、渗氮处理？3、表面热处理是为了满足零件的什么性能？第三次教案一，复习旧课热处理的工艺位置如何安排合理？二、导入新课由纯金属的缺点导入三、新课讲授教学过程：新课：§5—1合金元素在钢中的主要作用▲碳素钢的不足：1、淬透性差。

1．常见的金属晶格类型有哪些?试绘图说明其特征。

体心立方：单位晶胞原子数为2配位数为8原子半径=(设晶格常数为a)致密度0.68面心立方：单位晶胞原子数为4配位数为12原子半径= (设晶格常数为a)致密度0.74密排六方：晶体致密度为0.74，晶胞内含有原子数目为6。

配位数为12，原子半径为1/2a。

2实际金属中有哪些晶体缺陷?晶体缺陷对金属的性能有何影响?点缺陷、线缺陷、面缺陷一般晶体缺陷密度增大，强度和硬度提高。

3什么叫过冷现象、过冷度?过冷度与冷却速度有何关系？它对结晶后的晶粒大小有何影响？金属实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。

理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。

金属结晶时的过冷度与冷却速度有关，冷却速度愈大，过冷度愈大，金属的实际结晶温度就愈低。

结晶后的晶粒大小愈小。

4金属的晶粒大小对力学性能有何影响?控制金属晶粒大小的方法有哪些?一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度和硬度愈高，塑性和韧性也愈好。

控制金属晶粒大小的方法有：增大过冷度、进行变质处理、采用振动、搅拌处理。

5．如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小：(1)金属型浇注与砂型浇注：(2)浇注温度高与浇注温度低；(3)铸成薄壁件与铸成厚壁件；(4)厚大铸件的表面部分与中心部分(5)浇注时采用振动与不采用振动。

(6)浇注时加变质剂与不加变质剂。

（1）金属型浇注的冷却速度快，晶粒细化，所以金属型浇注的晶粒小；（2）浇注温度低的铸件晶粒较小；（3）铸成薄壁件的晶粒较小；（4）厚大铸件的表面部分晶粒较小；（5）浇注时采用振动的晶粒较小。

（6）浇注时加变质剂晶粒较小。

6．金属铸锭通常由哪几个晶区组成?它们的组织和性能有何特点?（1）表层细等轴晶粒区金属铸锭中的细等轴晶粒区，显微组织比较致密，室温下力学性能最高；（2）柱状晶粒区在铸锭的柱状晶区，平行分布的柱状晶粒间的接触面较为脆弱，并常常聚集有易熔杂质和非金属夹杂物等，使金属铸锭在冷、热压力加工时容易沿这些脆弱面产生开裂现象，降低力学性能。

第四章钢的热处理复习思考题1．一批由直径为5 mm的共析钢制成的销子，采用什么热处理方法可以得到下列组织：（1）珠光体；（2）托氏体+索氏体；（3）下贝氏体；（4）回火索氏体；（5）马氏体 残余奥氏体答：（1）共析钢退火获得珠光体；（2）共析钢正火处理获得托氏体＋索氏体；（3）等温淬火获得下贝氏体；（4）调质处理获得回火索氏体；（5）淬火处理获得马氏体＋残余奥氏体2．试述共析钢奥氏体形成的几个阶段，并分析亚共析钢奥氏体和过共析钢奥氏体形成的主要特点。

答：共析钢加热形成奥氏体可分为四个阶段：（1）奥氏体晶核的形成，这个过程称为奥氏体形核；（2）奥氏体晶核的长大；（3）残余渗碳体的溶解，当铁素体全部转变为奥氏体后，还会有部分渗碳体没有溶解，这部分渗碳体称为残余渗碳体。

随着时间的延长，残余渗碳体会不断溶解，直至全部消失。

（4）奥氏体成分的均匀化延长保温时间，通过碳原子的扩散，可使奥氏体的含碳量趋于均匀一致。

亚共析钢加热到Ac1温度时，珠光体转变成奥氏体，但铁素体不会全部转变成奥氏体，只有加热到Ac3温度时，才能形成单一奥氏体。

同样的道理，对过共析钢需要加热到Ac cm 线以上，才能形成单一的奥氏体。

3．说明共析钢C曲线各个区、各条线的物理意义，在曲线上标注出各类转变产物的组织名称及其符号和性能，并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。

答：共析钢C曲线，过冷奥氏体的等温转变，按得到的产物组织的不同，可分为三种类型：珠光体型转变、贝氏体型转变和马氏体型转变。

过冷奥氏体在A1以下至550℃温度范围内的某一温度保温，发生等温转变，其产物称为珠光体型组织；贝氏体转变是过冷奥氏体在“鼻子”温度至Ms点(550～230℃)范围内进行的转变；奥氏体以极大的冷却速度过冷到Ms点以下发生的转变称为马氏体型转变。

若以等温转变温度为纵坐标，转变时间为横坐标，将所有的转变开始点连接成一条曲线称为等温转变开始线；同样，将所有的转变终了点也连成一条曲线称为等温转变终了线。

第四章 材料化学热力学1. Cs 熔体的标准吉布斯自由能（单位为J ）与温度T （单位为K ）的关系为 ΔG o m, Cs =2100-6.95T, 求Cs 的熔点。

解：根据热力学定律，当ΔG<0时，反应可以自发进行，因此ΔG ＝0时对应的平衡反应（即Cs 由固相转变为液相的反应）的温度即为Cs 的熔点。

由ΔG o m, Cs =2100-6.95T ＝0，可得T ＝302K ，所以Cs 的熔点为302K 。

2. 通过埃灵罕姆图解释为何碳在高温下可以用作金属氧化物的还原剂。

3. 答：根据埃灵罕姆图，ΔG o -T 曲线越在下方，氧化物的ΔG o 负值越大，其稳定性就越高。

所以在给定的温度下，位于下方的ΔG o -T 曲线所对应的元素可使位于上方曲线的金属氧化物还原。

由埃灵罕姆图还可知，CO 生成线的斜率为负，随着温度升高，ΔG o 越负，CO 稳定性越高。

而金属氧化物的生成线的斜率都为正，随着温度升高，ΔG o 越正，氧化物稳定性越低。

所以，碳在高温下可以用作金属氧化物的还原剂。

4. 3.（a ）对任何反应，请说明ΔG 和ΔG o 为0的意义；（b ）对于“如果反应的ΔG o 是正值，则反应不会如反应式所写的那样向右进行”的说法，谈谈你的观点5. 答：（a ）对于任何反应，ΔG （吉布斯自由能变化）是描述一个化学反应的驱动力，即可据此判断反应发生的可能性。

根据热力学第二定律可知，“在任何自发变化过程中，自由能总是减少的”。

所以，ΔG 为0说明反应过程处于平衡状态。

而ΔG o 为标准吉布斯自由能变，即物质处于标准状态时（（指定温度（273.15 K ）和压力（101.325KPa ））的生成自由能。

（b ）已知ΔG o =－RTLn K ，若ΔG o 为正值，则Ln K 必需为负值，则K <1，表明反应进行的程度很小。

4. 在埃灵罕姆图上大多数斜线的斜率为正，但是反应 的斜率为0，反应 的斜率为负，请解释原因。

1 、什么是滑移与孪生？一般条件下进行塑性变形时，为什么在锌、镁中易出现孪晶? 而在纯铜中易产生滑移带?答：滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。

孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。

密排六方晶格金属滑移系少，常以孪生方式变形。

体心立方晶格金属只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形。

面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但常发现有孪晶存在，这是由于相变过程中原子重新排列时发生错排而产生的，称退火孪晶。

铜是面心立方，锌、镁是密排六方，故在锌、镁中易出现孪晶，而在纯铜中易产生滑移带。

2 、根据纯金属及合金塑性变形的特点，可以有几种强化金属性能的方式？答：通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法称细晶强化。

单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与多晶体纯金属相似。

但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。

当在晶内呈颗粒状弥散分布时，第二相颗粒越细，分布越均匀，合金的强度、硬度越高，塑性、韧性略有下降，这种强化方法称弥散强化或沉淀强化。

随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象称加工硬化。

加工硬化是强化金属的重要手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。

3 、用手来回弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝被弯断。

试解释过程演变的原因？答：用手来回弯折一根铁丝时，铁丝会发生冷塑性变形。

随着弯折的持续，铁丝的冷塑性变形量会增加，从而发生加工硬化，此时，铁丝的强度、硬度提高，塑性、韧性下降，故逐渐感到有些费劲。

进一步弯折时，铁丝会因为超过疲劳强度而被弯断。

4 、什么是变形金属的回复、再结晶？再结晶晶粒度受哪些因素的影响?答：回复是指在加热温度较低时，由于金属中的点缺陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。

当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整均匀的等轴晶粒。

工程材料第四章习题标准答案工程材料作业（4）答案1.解释下列现象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。

奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。

多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。

但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。

Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。

而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。

阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。

（加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。

碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。

所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。

强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。

回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。

合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。

因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。

使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。

精心整理第四章铁碳合金4-1分析Wc=0.2%，Wc=0.6%，Wc=1.2%，的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物及组织组成物的含量。

答：1、Wc=0.2%的转变过程及相组成物和组织组成物含量计算转变过程：5）当合金冷却至共析温度（727℃）时，奥氏体碳含量沿铁素体先共析线变化至共析点，发生共析转变γ≒α+Fe3C，此时组织为先共析铁素体+珠光体6）珠光体中的铁素体都将析出三次渗碳体，但数量很少，可忽略不计。

所以室温下的组织为：先共析二次渗碳体+珠光体组织含量计算：组织含量计算：Wα（先））=（0.77-0.6）/（0.77-0.0218）×100%≈22.7%，Wp=1-Wα（先）≈77.3%相含量计算：Wα=（6.69-0.6）/（6.69-0.0218）×100%≈91.3%，W Fe3C=1-Wα≈8.7%转变过程：1）液态合金冷却至液相线处，从液态合金处按匀晶转变析出奥氏体，L≒γ，组织为液相+奥氏体。

2）继续冷却，直至消耗完所有液相，全部转变为奥氏体组织。

3）当合金冷却至与渗碳体先共析线（碳在奥氏体中的溶解度曲线）相交时，从奥氏体中析出先共析二次渗碳体，组织为奥氏体+先共析二次渗碳体4）当温度冷却至共析温度（727℃）时，奥氏体碳含量沿溶解度曲线变化至共析点碳含量，发生共析转变γ≒α+Fe3C，组织为珠光体+先共析二次渗碳体5）珠光体中的铁素体都将析出三次渗碳体，但数量很少，可忽略不计。

所以室{（6.69-3.5）/（6.69-2.11）}×100%≈19.2%W Fe3C（共）={（4.3-2.11）/（6.69-2.11）}×{（3.5-2.11）/（4.3-2.11）}×100%≈30.6%W L’d=1-W Fe3C（共）-W Fe3CⅡ=≈50.2%相含量计算：Wα={（6.69-0.77）/（6.69-0.0218）}×W L’d×100%≈44.6%，W Fe3C=1-Wα≈55.4%转变过程：1）液态合金冷却至液相线处，从液态合金中按匀晶转变析出粗大的渗碳体，称为一次渗碳体，L≒Fe3CⅠ，组织为液相合金+Fe3CⅠ。

一、名词解释滑移：。

孪生：。

加工硬化：。

回复：。

再结晶：。

热加工：。

冷加工：。

二、填空题1.单晶体金属塑性变形的基本方式是和。

2.单晶体塑性变形时的滑移带实际上是由构成的3.在外力的作用下，金属随着外形的变化，其内部组织发生的变化有、、。

4.从金属学观点来看，凡在再结晶温度以下进行的加工称为；在再结晶温度以上进行的加工称为。

5.用手来回弯折一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝被弯断。

此过程演变的原因是产生了。

6.塑性变形对金属性能的影响，主要表现为：、、。

7.再结晶时，晶格类型不发生变化，也即没有相变；重结晶时，晶格类型不发生变化，发生转变。

8.工程上，去应力退火就是利用的原理。

9.热加工不会带来强化的效果，是因为热加工所产生的加工硬化能很快以的方式自行消除。

三、选择题（）1.再结晶和重结晶都有晶核的形成和晶核的长大两个过程，它们的主要区别在于是否有的改变。

A.温度B.晶体结构C.应力状态D.以上答案都对（）2.在金属结晶时，向液体金属中加入某种难熔杂质来有效细化金属的晶粒，以达到改善其机械性能的目的，这种细化晶粒的方法叫做。

A.时效处理B.变质处理C.加工硬化D.调质（）3.除元素外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。

A.CoB.CrC.MnD.Al（）4.冷变形金属经回复后，。

A.消除了加工硬化B.显著降低了内应力C.细化了晶粒（）5.形变后的材料再升温时发生回复和再结晶现象，则点缺陷浓度下降明显发生在。

A.回复阶段B.再结晶阶段C.晶粒长大阶段四、是非题（）1.所有金属在常温进行塑性变形都属于冷加工。

（）2.加工硬化是由于位错密度增加以致于缠结，使金属强度提高。

所以当金属中无位错存在时，强度最低。

（）3.渗碳体是钢中常见的固溶体相。

五、简答题1.影响再结晶温度的因素。

工程材料及热处理练习题—、简答题8.写出Fe-Fe:i C状态图上共品和共析反应式。

答案.L-*A+FesC (共晶)A->F+Fe3C (共析)9.选用工程材料的一般原则是什么？答案.①使用性能足够的原则②工艺性能&好的原则③经济性合理的原则④结构、材料、成形工敢相适应的原则。

10.金属结品的一般过程归纳为几个阶段？答案.一种是&发形核；另一种是非&发形核11.简述普通热处理的基本过程。

答案.退火、正火、淬火、回火12.何谓加工硬化？加工硬化：金属经过冷态下的塑性变形后其性能发生很大的变化，最明显的特点是强度随变形程度的增加而大为提髙，其槊性却随之冇较人的降低。

15.试述金属结品吋品粒度的控制方法。

①增加过冷度②变质处量③热处理16.什么是同索异构转变？并举例说明。

同素异构转变：就是原子重新排列的过程，它也遵循生核勾忪大的基本规律。

17.铁碳合金中基本相足哪些？其机械性能如何？基本相：铁素体、奥氏体、渗碳体；机械性能：铁素体溶碳能力差，奥氏体溶液碳能力较强，渗碳体溶碳能力最强；18.简述化学热处理的基本过程。

过程：活性原了•的产生、活性原了•的吸收、活性原子的扩散二、问答题3.试比较金属材料、陶瓷材料、髙分子材料和复合材料在结合键上的差别及其主要性能特点。

T答案:4.用冷却曲线表示45钢的平衡结晶过程；写出该过程中相及组织转变反应式；图P48LL+A-* AA+F-* P+F5.工厂生产一批小齿轮，耍求齿面硬度大于HKC55，心部冇&好的塑性和韧性，现冇以下材料：65Mn、45钢、16Mn、9SiCr、己知:试回答以下问题：(1)•选择一种合适的材料，并说明理由；45,采用表而淬火，45钢屈于，调质钢，渗碳+淬火+低温W火，具有高强度和足够的韧性.(2)•编制其•工艺流程；下料毛坯成形预备热处理粗加终热处理一精加工一装配(3)•制订其热处理工艺(用工艺曲线表示，要求标出加热温度、冷却介质)；(4)-说明各热处理工序的主要目的，并指岀最终热处理记齿轮表凼和心部的组织。

工程材料第一章金属的晶体结构与结晶1.解释以下名词点缺陷：原子排列不规那么的区域在空间三个方向尺寸都很小,主要指空位间隙原子、置换原子等.线缺陷：原子排列的不规那么区域在空间一个方向上的尺寸很大,而在其余两个方向上的尺寸很小.如位错.面缺陷：原子排列不规那么的区域在空间两个方向上的尺寸很大,而另一方向上的尺寸很小.如晶界和亚晶界.亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内,晶格位向也并非完全一致,而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块,它们相互镶嵌而成晶粒,称亚晶粒.亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界.刃型位错：位错可认为是晶格中一局部晶体相对于另一局部晶体的局部滑移而造成.滑移局部与未滑移局部的交界线即为位错线.如果相对滑移的结果上半局部多出一半原子面,多余半原子面的边缘好似插入晶体中的一把刀的刃口,故称“刃型位错〞.单晶体：如果一块晶体,其内部的晶格位向完全一致,那么称这块晶体为单晶体.多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体〞.过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度.自发形核：在一定条件下,从液态金属中直接产生,原子呈规那么排列的结晶核心.非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒外表所形成的晶核.变质处理：在液态金属结晶前,特意参加某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增加,从而提升了形核率,细化晶粒,这种处理方法即为变质处理.变质剂：在浇注前所参加的难熔杂质称为变质剂.2.常见的金属晶体结构有哪几种a -Fe、丫- Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格;a— Fe、Cr、V属于体心立方晶格；丫一Fe、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度.晶体中配位数和致密度越大,那么晶体中原子排列越紧密.4.晶面指数和晶向指数有什么不同答：晶向是指晶格中各种原子列的位向,用晶向指数来表示,形式为uvw ；晶面是指晶格中不同方位上的原子面,用晶面指数来表示,形式为hkl.5.实际晶体中的点缺陷,线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响答：如果金属中无晶体缺陷时,通过理论计算具有极高的强度,随着晶体中缺陷的增加,金属的强度迅速下降,当缺陷增加到一定值后,金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加.因此,无论点缺陷,线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变,从而使晶体强度增加.同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻,降低金属的抗腐蚀性能.6.为何单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示出各向异性答：由于单晶体内各个方向上原子排列密度不同,造成原子间结合力不同,因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成,它在各个方向上的力相互抵消平衡,因而表现各向同性.7.过冷度与冷却速度有何关系它对金属结晶过程有何影响对铸件晶粒大小有何影响答：①冷却速度越大,那么过冷度也越大.②随着冷却速度的增大,那么晶体内形核率和长大速度都加快, 加速结晶过程的进行,但当冷速到达一定值以后那么结晶过程将减慢,由于这时原子的扩散水平减弱.③过冷度增大,A F大,结晶驱动力大,形核率和长大速度都大,且N的增加比G增加得快,提高了N与G的比值,晶粒变细,但过冷度过大,对晶粒细化不利,结晶发生困难.8.金属结晶的根本规律是什么晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响答：①金属结晶的根本规律是形核和核长大.②受到过冷度的影响,随着过冷度的增大,晶核的形成率和成长率都增大,但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也第2页共50页会增大形核率.9.在铸造生产中,采用哪些举措限制晶粒大小在生产中如何应用变质处理答：①采用的方法：变质处理,钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来限制晶粒大小.②变质处理：在液态金属结晶前, 特意参加某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增加,从而提升了形核率,细化晶粒.③机械振动、搅拌.第二章金属的塑性变形与再结晶1.解释以下名词：加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工.答：加工硬化：随着塑性变形的增加,金属的强度、硬度迅速增加；塑性、韧性迅速下降的现象.回复：为了消除金属的加工硬化现象,将变形金属加热到某一温度,以使其组织和性能发生变化.在加热温度较低时,原子的活动水平不大,这时金属的晶粒大小和形状没有明显的变化,只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移等变化,因此,这时金属的强度、硬度和塑性等机械性能变化不大,而只是使内应力及电阻率等性能显著降低.此阶段为回复阶段.再结晶：被加热到较高的温度时,原子也具有较大的活动水平,使晶粒的外形开始变化.从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒.和变形前的晶粒形状相似,晶格类型相同,把这一阶段称为“再结晶〞.热加工：将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工.冷加工：在再结晶温度以下进行的压力加工.2.产生加工硬化的原因是什么加工硬化在金属加工中有什么利弊答：①随着变形的增加,晶粒逐渐被拉长,直至破碎,这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒,变形愈大, 晶粒破碎的程度愈大, 这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长.因此,随着变形量的增加,由于晶粒破碎和位错密度的增加,金属的塑性变形抗力将迅速增大,即强度和硬度显著提升,而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化〞现象.②金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难,如钢板在冷轧过程中会越轧越硬,以致最后轧不动.另一方面人们可以利用加工硬化现象,来提升金属强度和硬度,如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提升钢丝的强度的.加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素.如冷拉钢丝拉过模孔的局部,由于发生了加工硬化,不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部分,这样钢丝才可以继续通过模孔而成形.3.划分冷加工和热加工的主要条件是什么答：主要是再结晶温度.在再结晶温度以下进行的压力加工为冷加工,产生加工硬化现象；反之为热加工,产生的加工硬化现象被再结晶所消除.4.与冷加工比拟,热加工给金属件带来的益处有哪些答：(1)通过热加工,可使铸态金属中的气孔焊合,从而使其致密度得以提升.(2)通过热加工,可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎,从而使晶粒细化,机械性能提升.(3)通过热加工,可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变,使它们沿着变形的方向细碎拉长,形成热压力加工“纤维组织〞(流线),使纵向的强度、塑性和韧性显著大于横向.如果合理利用热加工流线,尽量使流线与零件工作时承受的最大拉应力方向一致,而与外加切应力或冲击力相垂直,可提升零件使用寿命.5.为什么细晶粒钢强度高,塑性,韧性也好答：晶界是阻碍位错运动的,而各晶粒位向不同,互相约束,也阻碍晶粒的变形.因此,金属的晶粒愈细,其晶界总面积愈大,每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多,对塑性变形的抗力也愈大.因此,金属的晶粒愈细强度愈高.同时晶粒愈细,金属单位体积中的晶粒数便越多,变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发生,产生较均匀的变形, 而不致造成局部的应力集中,引起裂纹的过早产生和开展.因此,塑性,韧性也越好.6.金属经冷塑性变形后,组织和性能发生什么变化答：①晶粒沿变形方向拉长,性能趋于各向异性,如纵向的强度和塑性远大于横向等；②晶粒破碎,位错密度增加,产生加工硬化,即随着变形量的增加,强度和硬度显著提升,而塑性和韧性下降；③ 织构现象的产生,即随着变形的发生, 不仅金属中的晶粒会被破碎拉长,而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动,转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致,产生织构现象；④冷压力加工过程中由于材料各局部的变形不均匀或晶粒内各局部和各晶粒间的变形不均匀,金属内部会形成剩余的内应力,这在一般情况下都是不利的,会引起零件尺寸不稳定.7.分析加工硬化对金属材料的强化作用答：随着塑性变形的进行,位错密度不断增加,因此位错在运动时的相互交割、位错缠结加剧,使位错运动的阻力增大,引起变形抗力的增加.这样,金属的塑性变形就变得困难,要继续变形就必须增大外力,因此提升了金属的强度.8.金属鸨、铁、铅、锡的熔点分别为3380C、1538C、327C、232 C ,试计算这些金属的最低再结晶温度,并分析鸨和铁在1100c下的加工、铅和锡在室温(20C)下的加工各为何种加工答：T 再=0.4T 熔；鸨T 再=[0.4* (3380+273)卜273=1188.2 C ;铁T 再=[0.4* (1538+273) ]-273=451.4 C ;铅T 再=[0.4* (327+273) ]-273=-33 C ;锡T 再=[0.4* (232+273)卜273=-71 C .由于鸨T 再为1188.2 C> 1100C,因此属于热加工；铁T再为451.4CV 1100C,因此属于冷加工；铅T再为-33CV20C,属于冷加工；锡T再为-71V20C,属于冷加工.9.在制造齿轮时,有时采用喷丸法(即将金属丸喷射到零件外表上)使齿面得以强化.试分析强化原因.答：高速金属丸喷射到零件外表上,使工件外表层产生塑性变形,形成一定厚度的加工硬化层,使齿面的强度、硬度升高.第三章合金的结构与二元状态图1.解释以下名词：合金,组元,相,相图；固溶体,金属间化合物,机械混合物；枝晶偏析,比重偏析；固溶强化, 弥散强化.答：合金：通过熔炼,烧结或其它方法,将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质,称为合金.组元：组成合金的最根本的、独立的物质称为组元.相：在金属或合金中,凡成分相同、结构相同并与其它局部有界面分开的均匀组成局部,均称之为相.相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图.固溶体：合金的组元之间以不同的比例混合,混合后形成的固相的晶格结构与组成合金的某一组元的相同,这种相称为固溶体.金属间化合物：合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相,称为金属间化合物.它的晶体结构不同于任一组元,用分子式来表示其组成.机械混合物：合金的组织由不同的相以不同的比例机械的混合在一起,称机械混合物.枝晶偏析：实际生产中,合金冷却速度快,原子扩散不充分,使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多,后结晶含低熔点组元较多,这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析.比重偏析：比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差异所引起的.如果先共晶相与溶液之间的密度差异较大,那么在缓慢冷却条件下凝固时,先共晶相便会在液体中上浮或下沉,从而导致结晶后铸件上下局部的化学成分不一致,产生比重偏析.固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为固溶强化.弥散强化：合金中以固溶体为主再有适量的金属间化合物弥散分布,会提升合金的强度、硬度及耐磨性,这种强化方式为弥散强化.2.指出以下名词的主要区别：1〕置换固溶体与间隙固溶体；答：置换固溶体：溶质原子代替溶剂晶格结点上的一局部原子而组成的固溶体称置换固溶体.间隙固溶体：溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体,即间隙固溶体.2〕相组成物与组织组成物；相组成物：合金的根本组成相.组织组成物：合金显微组织中的独立组成局部.3.以下元素在a -Fe中形成哪几种固溶体Si、C、N、Cr、Mn答：Si、Cr、Mn形成置换固溶体；C、N形成间隙固溶体.4.试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.答：固溶强化：溶质原子溶入后,要引起溶剂金属的晶格产生畸变,进而位错运动时受到阻力增大.弥散强化：金属化合物本身有很高的硬度,因此合金中以固溶体为基体再有适量的金属间化合物均匀细小弥散分布时,会提升合金的强度、硬度及耐磨性.这种用金属间化合物来强化合金的方式为弥散强化.加工强化：通过产生塑性变形来增大位错密度,从而增大位错运动阻力, 引起塑性变形抗力的增加, 提升合金的强度和硬度.区别：固溶强化和弥散强化都是利用合金的组成相来强化合金,固溶强化是通过产生晶格畸变,使位错运动阻力增大来强化合金；弥散强化是利用金属化合物本身的高强度和硬度来强化合金；而加工强化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；三者相比,通过固溶强化得到的强度、硬度最低,但塑性、韧性最好,加工强化得到的强度、硬度最高,但塑韧性最差,弥散强化介于两者之间.5.固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差异答：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.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.6.何谓共晶反响、包晶反响和共析反响式比拟这三种反响的异同点.答：共晶反响：指一定成分的液体合金,在一定温度下,同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反响.包晶反响：指一定成分的固相与一定成分的液相作用,形成另外一种固相的反响过程.共析反响：由特定成分的单相固态合金,在恒定的温度下,分解成两个新的,具有一定晶体结构的固相的反响.共同点：反响都是在恒温下发生,反响物和产物都是具有特定成分的相,都处于三相平衡状态.不同点：共晶反响是一种液相在恒温下生成两种固相的反响；共析反响是一种固相在恒温下生成两种固相的反响；而包晶反响是一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反响.7.二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.8.在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么答：应用杠杆定律可以计算合金相互平衡两相的成分和相对含量.9.A(熔点600C)与B(500C)在液态无限互溶；在固态300c时A溶于B的最大溶解度为30% ,室温时为10%,但B不溶于A;在300c时,含40% B的液态合金发生共晶反响.现要求：1)作出A-B合金相图；2)分析20% A,45%A,80%A等合金的结晶过程,并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量.(2)20%A合金如图①：合金在1点以上全部为液相,当冷至1点时,开始从液相中析出“固溶体,至2点结束,2〜3点之间合金全部由a固溶体所组成,但当合金冷到3点以下,由于固溶体a的浓度超过了它的溶解度限度,于是从固溶体a中析出二次相A,因此最终显微组织：a +An相组成物：a +AA= (90-80/90) *100%=11%a =1-A%=89%45%A合金如图②：合金在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出a固溶体,此时液相线成分沿线BE变化,固相线成分沿BD线变化,当冷至2点时,液相线成分到达E点,发生共晶反响,形成(A+a)共晶体,合金自2点冷至室温过程中,自中析出二次相An,因而合金②室温组织：A n + a +(A+ a )相组成物：A+ a组织：An= (70-55) /70*100%=21% a =1- An =79%A+ a = (70-55) /(70-40) *100%=50%相：A= (90-55) /90*100%=50% a =1-A%=50%80%A合金如图③：合金在1点以上全部为液相, 冷至1点时开始从液相中析出A,此时液相线成分沿AE线变化, 冷至2点时,液相线成分到达点,发生共晶反响,形成(A+ a)共晶体,因而合金③的室温组织：A+ (A+ a ) 相组成物：A+ a组织：A= (40-20) /40*100%=50% A+ a =1-A%=50%相：A= (90-20) /90*100%=78% a =1-A%=22%10.某合金相图如下图.1)试标注①一④空白区域中存在相的名称;2)指出此相图包括哪几种转变类型；3)说明合金I的平衡结晶过程及室温下的显微组织.答：(1)①：L+丫②：丫+ B ③：B+( a + B )④：0 + an(2)匀晶转变；共析转变(3)合金①在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出丫固溶体至2点结束,2〜3点之间合金全部由T固溶体所组成,3点以下,开始从T固溶体中析出a固溶体,冷至4点时合金全部由a固溶体所组成,4〜5之间全部由a固溶体所组成,冷到5 点以下,由于a 固溶体的浓度超过了它的溶解度限度,从a中析出第二相B固溶体,最终得到室稳下的显微组织：a + B n11.有形状、尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件,一个含90% Ni ,另一个含50% Ni,铸后自然冷却,问哪个铸件的偏析较严重答：含50% Ni的Cu-Ni合金铸件偏析较严重.在实际冷却过程中,由于冷速较快,使得先结晶局部含高熔点组元多,后结晶局部含低熔点组元多,由于含50% Ni的Cu-Ni合金铸件固相线与液相线范围比含90% Ni铸件宽,因此它所造成的化学成分不均匀现象要比含90% Ni 的Cu-Ni合金铸件严重.第四章铁碳合金1.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答：由于条件〔温度或压力〕变化引起金属晶体结构的转变,称同素异构转变.S4 3210987 654321时间2.为什么丫-Fe和a-Fe的比容不同一块质量一定的铁发生〔丫-Fe - a-Fe 〕转变时, 其体积如何变化答：由于丫-Fe和a-Fe原子排列的紧密程度不同,丫-Fe的致密度为74%,a-Fe的致密度为68%,因此一块质量一定的铁发生〔丫-Fe - a -Fe 〕转变时体积将发生膨胀.3.何谓铁素体〔F〕,奥氏体〔A〕,渗碳体〔FesC〕,珠光体〔P〕,莱氏体〔Ld〕 ?它们的结构、组织形态、性能等各有何特点答：铁素体〔F〕:铁素体是碳在Fe中形成的间隙固溶体,为体心立方晶格.由于碳在Fe中的溶解度、很小,它的性能与纯铁相近.塑性、韧性好,强度、第11页共50页硬度低.它在钢中一般呈块状或片状.奥氏体〔A〕:奥氏体是碳在片中形成的间隙固溶体,面心立方晶格.因其品格间隙尺寸较大,故碳在Fe中的溶解度较大.有很好的塑性.渗碳体〔FesC〕:铁和碳相互作用形成的具有复杂品格的间隙化合物.渗碳体具有很高的硬度,但塑性很差,延伸率接近于零.在钢中以片状存在或网络状存在于晶界.在莱氏体中为连续的基体,有时呈鱼骨状.珠光体〔P〕:由铁素体和渗碳体组成的机械混合物.铁素体和渗碳体呈层片状.珠光体有较高的强度和硬度,但塑性较差.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-FesC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：F Fe3c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：F Fe3c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通常都有不同程度的滞后现象.5.画出Fe-Fe s C 相图,指出图中S、C、E、P、N、G 及GS、SE、PQ、PSK 各点、线的意义,并标出各相区的相组成物和组织组成物V1段.口1 0. Q. b 1. 2.0 2,143.0i. 0 4. 355 自.6. 69+ C的FeSC 1539140012001UQQHDU600C:共晶点1148c 4.30%C,在这一点上发生共晶转变,反响式：Lc A E Fe a C ,当冷到1148c时具有C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物——莱氏体Le A E Fe3CE:碳在Fe中的最大溶解度点1148c2.11%CG:Fe Fe同素异构转变点〔A3〕912C 0%CH:碳在Fe中的最大溶解度为1495c 0.09%CJ:包品转变点1495c 0.17%C在这一点上发生包品转变,反响式：L BH A J当冷却到1495c时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相6反响生成具有J 点成分的周相AN:FeFe同素异构转变点〔A4〕1394c 0%CP:碳在Fe中的最大溶解度点0.0218%C 727cS:共析点727c 0.77%C在这一点上发生共析转变,反响式：A s F p Fe3C ,当冷却到727c时从具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物一一珠光体P 〔F p Fe3C〕ES线：碳在奥氏体中的溶解度曲线,又称Acm温度线,随温度的降低,碳在奥化体中的溶解度减少,多余的碳以Fe3c形式析出,所以具有0.77%〜2.11%C的钢冷却到Acm线与PSK线之间时的组织A Fe3C n ,从A中析出的Fe3c称为二次渗碳体.GS线：不同含碳量的奥氏体冷却时析出铁素体的开始线称A3线,GP线那么是铁素体析出的终了线,所以GSP区的显微组织是F AoPQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线,随温度的降低,碳在铁素体中的溶解度减少, 多余的碳以Fe3c形式析出,从F中析出的Fe3c称为三次渗碳体Fe s Cw ,由于铁素体含碳很少,析出的FesCw很少,一般忽略,认为从727c冷却到室温的显微组织不变.PSK线：共析转变线,在这条线上发生共析转变A S F P Fe s C ,产物〔P〕珠光体,含碳量在0.02〜6.69%的铁碳合金冷却到727c时都有共析转变发生.6.简述Fe-Fe^C相图中三个根本反响：包晶反响,共晶反响及共析反响,写出反响式,标出含碳量及温度.答：共析反响：冷却到727c时具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物.Y 0.8 727?F0.02+Fe3c6.69包品反响：冷却到1495c时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相6反响生成具有J 点成分的固相Ao L0.5+ 6 0.11495? Y 0.16共晶反响：1148c时具有C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物.L4.3 1147?2 2.14+ F63C6.697.何谓碳素钢何谓白口铁两者的成分组织和性能有何差异答：碳素钢：含有0.02%~2.14%C的铁碳合金.白口铁：含大于2.14%C的铁碳合金.碳素钢中亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成,其中珠光体中的渗碳体以细片状分布在铁素体基体上,随着含碳量的增加,珠光体的含量增加,那么钢的强度、硬度增力口,塑性、韧性降低.当含碳量到达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,强度到达最大值,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.白口铁中由于其组织中存在大量的渗碳体,具有很高的硬度和脆性,难以切削加工.8.亚共析钢、共析钢和过共析钢的组织有何特点和异同点.答：亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成.其中铁素体呈块状.珠光体中铁素体与渗碳体呈片状分布.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。

第四章复习题1、 试简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的基本思想与步骤。

2、 试说明用热平衡法建立节点温度离散方程的基本思想。

3、 推导导热微分方程的步骤和过程与用热平衡法建立节点温度离散方程的过程十分相似，为什么前者得到的是精确描述，而后者解出的确实近似解。

4、 第三类边界条件边界节点的离散那方程，也可用将第三类边界条件表达式中的一阶导数用差分公式表示来建立。

试比较这样建立起来的离散方程与用热平衡建立起来的离散方程的异同与优劣。

5．对绝热边界条件的数值处理本章采用了哪些方法？试分析比较之．6．什么是非稳态导热问题的显示格式？什么是显示格式计算中的稳定性问题？7．用高斯－塞德尔迭代法求解代数方程时是否一定可以得到收敛德解？不能得出收敛的解时是否因为初场的假设不合适而造成？8．有人对一阶导数()()()221,253x t t t x t i n i n i n in ∆-+-≈∂∂++你能否判断这一表达式是否正确，为什么？一般性数值计算4-1、采用计算机进行数值计算不仅是求解偏微分方程的有力工具，而且对一些复杂的经验公式及用无穷级数表示的分析解，也常用计算机来获得数值结果。

试用数值方法对Bi=0.1,1,10的三种情况计算下列特征方程的根:)6,2,1( =n n μ3,2,1,tan ==n Binn μμ并用计算机查明，当2.02≥=δτa Fo 时用式（3-19）表示的级数的第一项代替整个级数（计算中用前六项之和来替代）可能引起的误差。

Bi n n =μμtanFo=0.24⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=-+5223122321321321x x x x x x x x x用高斯-赛德尔迭代法求解，其结果是发散的，并分析其原因。

解：将上式写成下列迭代形式()()⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧--=-+=--=2131323213212/1252/1x x x x x x x x x假设3,2xx 初值为0，迭代结果如下：迭代次数 0 1 2 3 41x 0 2.5 2.625 2.09375 2.6328125 2x 0 -0.75 0.4375 - 1.171875 1.261718253x 0 1.25 -0.0625 2.078125 -0.89453125显然，方程迭代过程发散因为迭代公式的选择应使每一个迭代变量的系数总大于或等于式中其他变量的系数绝对值代数和。