工程材料课后作业及答案
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作业:
第一章
1 解释概念
晶体结构:构成晶体的基元在三维空间的具体的规律排列方式。
固溶体:溶质原子完全溶于固态溶剂中,并能保持溶剂元素的晶格类型的合金相。
点缺陷:在空间三维方向上的尺寸很小,约为几个原子间距,又称零维缺陷。
线缺陷:各种类型的位错,是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。
面缺陷:晶界、亚晶界、相界、孪晶界、表面和层错都属于面缺陷。
离子键:由于正离子和负离子间的库仑引力而形成的。
共价键:共用价电子对产生的结合键叫共价键。
金属键:贡献出价电子的原子成为正离子,与公有化的自由电子间产生静电作用而结合起来。这种结合力就叫做金属键。
空间点阵:阵点在空间呈周期性规则排列并具有完全相同的周围环境,这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵,简称点阵。
晶界:晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面,称为晶粒间界,简称晶界。
位错:晶体中的原子发生的有规律的错排现象。
2 实际晶体中存在哪几类缺陷。P32(9)
点缺陷包括空位,置换原子和间隙原子;线缺陷主要由位错组成,包括刃位错和螺位错;面缺陷包括外表面、相界、晶界、孪晶界和堆垛层错。
3常见的金属晶格类型有哪几种?α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构?
体心立方:α-Fe、Cr、V
面心立方:γ-Fe、Al、Cu、Ni
密排六方:Mg、Zn
第二章
1 理解下列术语和基本概念:
组织组成物:显微组织中独立的组成部分。
相:合金中具有同一聚集状态、相同的晶体结构,成分和性能均一,并由相界隔开的组成部分。
碳钢:0.0218%< w(C)≤2.11%的铁碳合金。
铸铁:含碳量大于2.11%的铁碳合金。
铁素体:碳固溶于α-Fe(或δ-Fe)中形成的间隙固溶体。
奥氏体:γ相常称奥氏体, 用符号A或γ表示, 是碳在γ-Fe 中的间隙固溶体, 呈面心立方晶格。
渗碳体:Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 通常称为渗碳体。
莱氏体:共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物, 称莱氏体, 以符号Ld表示
珠光体:共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物, 称珠光体, 以符号P表示。
过冷-纯金属的实际结晶温度总是低于其熔点,这种现象称为过冷。
相图:是用图解的方法表示不同成分、温度下合金中相的平衡关系。
变质处理:往液体金属中加入难熔的固态粉末(变质剂),促进非均匀形核,细化晶粒。
2 默画Fe-Fe3C相图,填出各相区的平衡相,并分析含0.3%C、0.77%C、1.2%C
合金的固态相变过程。
Fe-Fe3C相图:略。
成分为0.3%C的铁碳合金:
GS线以上,完全为单相奥氏体;GS线以下,共析线以上,单相奥氏体中析出单相铁素体;共析线上剩余奥氏体发生共析反应,析出铁素体与渗碳体的机械混合物即珠光体;共析线以下相和组织不发生转变。
室温组成相:F+Fe3C。室温组织组成物为F+P
成分为0.77%C的铁碳合金:
共析线以上,完全为单相奥氏体,共析线上奥氏体发生共析反应,析出铁素体与渗碳体的机械混合物即珠光体;共析线以下相和组织不发生转变。
室温组成相:F+Fe3C。
室温组织组成物为P。
成分为1.2%C的铁碳合金:
ES线以上,完全为单相奥氏体;ES线以下,共析线以上,单相奥氏体中析出二次渗碳体;共析线上剩余奥氏体发生共析反应,析出铁素体与渗碳体的机械混合物即珠光体;共析线以下相和组织不发生转变。
室温组成相:F+Fe3C。组织组成物为Fe3C II+P。
3 比较下列名词
(1)Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ、Fe3C共晶、Fe3C共析
Fe3CⅠ是直接从液相中析出的一次渗碳体。Fe3CⅡ是指当温度低于碳在奥氏体中的溶解度曲线时,将从奥氏体中析出二次渗碳体。Fe3CⅢ是指当温度低于碳在铁素体中的溶解度曲线时,将从铁素体中析出三次渗碳体。共晶产物中的渗碳体称之为Fe3C共晶,而共析产物中的渗碳体称之为Fe3C共析。
(2)α-Fe、铁素体
α-Fe为纯铁的一种同素异构体,而铁素体即α相也称铁素体, 用符号F或α表示, 是碳在α-Fe中的间隙固溶体。
(3)共晶转变、共析转变
共晶转变是指一定成分的液态在一定温度(共晶温度)下同时析出两种成分的固溶体。
共析转变是指由一种固相转变成完全不同的两种相互关联的固相。
4.说明含碳量对钢的组织与性能的影响。
碳钢在室温下的平衡组织皆由铁素体(F )和渗碳体(Fe3C)两相组成。随着含碳量的增加,碳钢中铁素体的数量逐渐减少,渗碳体的数量逐渐增多,从而使得组织按下列顺序发生变化:
F →F + P →P →P + Fe3CII
随着含碳量升高,钢的强度、硬度增加,塑性下降。当钢中的含碳量超过1.0%以后,钢的硬度继续增加,而强度开始下降,这主要是由于脆性的二次渗碳体沿奥氏体晶界呈网状析出所致。
5 。P51第1题
金属结晶的基本规律是:是晶核的不断形成和晶核不断长大的过程。冷却速度越大,过冷度越大。
6.P51第2题
在一个枝晶范围内成分不均匀的现象叫枝晶偏析,或晶内偏析。
在实际生产条件下,一般冷却速度都较快,固溶体中原子扩散过程不能充分进行。因此先结晶的枝晶主轴含高熔点组元较多,后结晶的分枝含低熔点组元较多。
通常把具有晶内偏析的合金加热到高温进行长时间的保温,使合金元素进行充分的扩散来消除枝晶偏析,这种处理为扩散退火。
7. P51第4题
镇静钢:钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铝粉进行充分脱氧,使钢液在凝固时不析出一氧化碳,因而没有沸腾现象而得名。
沸腾钢:钢液在浇注前仅用锰脱氧,脱氧很不充分,钢液在凝固过程中碳和氧发生反应产生大量的一氧化碳,使钢液沸腾,因而得名。
镇静钢的宏观组织:表层细晶粒区,柱状晶粒区,中心等轴晶粒区以及致密的沉积锥体组成。
沸腾钢的宏观组织:表层细晶粒区,柱状晶粒区,中心等轴晶粒区以及大量的气泡组成。
第三章
1.理解下列术语和基本概念
弹性模量:材料在弹性变形阶段,应力与应变成正比关系,两者的比值称为弹性模量。
屈服强度:屈服时所对应的应力。
抗拉强度:试样能承受最大载荷除以试样原始截面积所得的应力。
塑性:断裂前材料发生塑性变形的能力。
伸长率:一种塑性指标,即试样拉伸过程中的伸长量与原始长度的比值。
显微硬度:维氏硬度的一种,用来测量组织中某一相的硬度。
冲击韧性:冲击功与试样缺口处截面积的比值。
屈服-在拉伸过程中,出现载荷不增加而试样还继续伸长的现象称为屈服。
强度:材料在载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。
塑性:断裂前材料发生塑性变形的能力。
第五章
1. 理解重要的术语和基本概念
形变强化:金属材料经塑性变形后,其强度和硬度升高,塑性和韧性下降,这种现象称为形变强化(加工硬化)。
滑移:在切应力作用下,一部分晶体相对于另一部分沿着某一晶面和晶向发生相对滑动,这种变形方式称为滑移,
滑移系:一个滑移面和其上的一个滑移方向组合成一个滑移系。
临界分切应力:晶体的滑移是在切应力作用下进行,而且只有当外力在某一滑移系中的应力达到一定的临界值时,在这一滑移系上晶体才发生滑移,称该临界值为滑移的临界分切应力。
取向因子:临界分切应力中的cosλcosφ称为取向因子
孪生:当金属晶体滑移变形难以进行时,其塑性变形还可能以生成孪晶的方式进行,称为孪生。
纤维组织:金属经塑性变形时,沿着变形方向晶粒被拉长。当变形量很大时,晶粒难以分辨,而呈现出一片如纤维丝状的条纹,称之为纤维组织。
形变织构:随着变形的发生,还伴随着晶粒的转动。在拉伸时晶粒的滑移面转向平行于外力的方向,在压缩时转向垂直于外力方向。故在变形量很大时,金属中各晶粒的取向会大致趋于一致,这种由于变形而使晶粒具有择优取向的组织叫形变织构。
回复:在回复阶段,由于温度升高,金属的屈服强度下降,在内应力的作用