工程材料与热处理 第6章作业题参考答案

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100mm 2，已知钢试样的M P a S 314=σM P ab 530=σ 。

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。

工程材料及热处理一、名词解释（20分）8个名词解释1.过冷度：金属实际结晶温度T和理论结晶温度、Tm之差称为过冷度△T，△T=Tm-T。

2.固溶体：溶质原子溶入金属溶剂中形成的合金相称为固溶体。

3.固溶强化：固溶体的强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，而塑、韧性稍有下降，这种现象称为固溶强化。

4.匀晶转变：从液相中结晶出单相的固溶体的结晶过程称匀晶转变。

5.共晶转变：从一个液相中同时结晶出两种不同的固相6.包晶转变：由一种液相和固相相互作用生成另一种固相的转变过程，称为包晶转变。

7.高温铁素体：碳溶于δ-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。

铁素体：碳溶于α－Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F表示。

奥氏体：碳溶于γ-Fe的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或F表示。

8.热脆（红脆）：含有硫化物共晶的钢材进行热压力加工，分布在晶界处的共晶体处于熔融状态，一经轧制或锻打，钢材就会沿晶界开裂。

这种现象称为钢的热脆。

冷脆：较高的含磷量，使钢显著提高强度、硬度的同时，剧烈地降低钢的塑、韧性并且还提高了钢的脆性转化温度，使得低温工作的零件冲击韧性很低，脆性很大，这种现象称为冷脆。

氢脆：氢在钢中含量尽管很少，但溶解于固态钢中时，剧烈地降低钢的塑韧性增大钢的脆性，这种现象称为氢脆。

9.再结晶：将变形金属继续加热到足够高的温度，就会在金属中发生新晶粒的形核和长大，最终无应变的新等轴晶粒全部取代了旧的变形晶粒，这个过程就称为再结晶。

10.马氏体：马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变，转变产物称为马氏体。

含碳量低于0.2%，板条状马氏体；含碳量高于1.0%，针片状马氏体；含碳量介于0.2%-1.0%之间，马氏体为板条状和针片状的混合组织。

11.退火：钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织提高加工性能的一种热处理工艺。

12.正火：将钢加热到3c A或ccmA以上30-50℃，保温一定时间，然后在空气中冷却以获得珠光体类组织的一种热处理工艺。

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。

第六章金属及合金的塑性变形和断裂2）求出屈服载荷下的取向因子，作出取向因子和屈服应力的关系曲线，说明取向因子对屈服应力的影响。

答：1）需临界临界分切应力的计算公式：τk=σs cosφcosλ，σs为屈服强度=屈服载荷/截面积需要注意的是：在拉伸试验时，滑移面受大小相等，方向相反的一对轴向力的作用。

当载荷与法线夹角φ为钝角时，则按φ的补角做余弦计算。

2）c osφcosλ称作取向因子，由表中σs和cosφcosλ的数值可以看出，随着取向因子的增大，屈服应力逐渐减小。

cosφcosλ的最大值是φ、λ均为45度时，数值为0.5，此时σs为最小值，金属最易发生滑移，这种取向称为软取向。

当外力与滑移面平行（φ=90°）或垂直（λ=90°）时，cosφcosλ为0，则无论τk数值如何，σs均为无穷大，表示晶体在此情况下根本无法滑移，这种取向称为硬取向。

6-2 画出铜晶体的一个晶胞，在晶胞上指出：1）发生滑移的一个滑移面2）在这一晶面上发生滑移的一个方向3）滑移面上的原子密度与{001}等其他晶面相比有何差别4）沿滑移方向的原子间距与其他方向有何差别。

答：解答此题首先要知道铜在室温时的晶体结构是面心立方。

1）发生滑移的滑移面通常是晶体的密排面，也就是原子密度最大的晶面。

在面心立方晶格中的密排面是{111}晶面。

2）发生滑移的滑移方向通常是晶体的密排方向，也就是原子密度最大的晶向，在{111}晶面中的密排方向<110>晶向。

3）{111}晶面的原子密度为原子密度最大的晶面，其值为2.3/a2，{001}晶面的原子密度为1.5/a24）滑移方向通常是晶体的密排方向，也就是原子密度高于其他晶向，原子排列紧密，原子间距小于其他晶向，其值为1.414/a。

6-3 假定有一铜单晶体，其表面恰好平行于晶体的（001）晶面，若在[001]晶向施加应力，使该晶体在所有可能的滑移面上滑移，并在上述晶面上产生相应的滑移线，试预计在表面上可能看到的滑移线形貌。

1.从力学性能、热处理变形、耐磨性和热硬性几方面比较合金钢和碳钢的差异，并简单说明原因。

为提高钢的机械性能、工艺性能或物化性能，在冶炼时有意往钢中加入一些合金元素而形成新的合金，这种合金称为合金钢。

合金钢与碳钢比较，合金钢的力学性能好，热处理变形小，耐磨性好，热硬性好。

因为合金钢在化学成分上添加了合金元素，可形成合金铁素体、合金渗碳体和合金碳化物，产生固溶强化和弥散强化，提高材料性能；加入合金元素可提高钢的淬透性，降低临界冷却速度，可减少热处理变形；碳钢虽然价格低廉，容易加工，但是淬透性低、回火稳定性差、基本组成相强度低。

2.解释下列钢的牌号含义、类别及热处理方法：20CrMnTi,40Cr,16Mn,T10A,Cr12MoV,W6Mo5Cr4V2,38CrMoAlA,5CrMnMo,GCr15,55S i2Mn。

20CrMnTi 的含碳量为0.17%-0.24%，Cr，Mn，Ti<1.5%，是渗碳钢，热处理方法是在渗碳之后进行淬火和低温回火。

40Cr 的含碳量为0.37 ～0.45 ％，Cr <1.5%，是调质钢，热处理方法是淬火加高温回火。

16Mn中碳的含量在0.16%左右，锰的含量大约在1.20%-1.60%左右，属于低合金钢，热处理方法是：热轧退火（正火）。

T10A为含碳量在0.95 ～1.04 的高级优质碳素工具钢，热处理方法是淬火和低温回火Cr12MoV碳C ：1.45 ～1.70 ，铬Cr ：11.00 ～12.50 ，Mo，V<1.5%，是冷作模具钢，热处理方法是淬火和低温回火。

W6Mo5Cr4V2碳C ：0.80 ～0.90 ，钼Mo：4.50 ～5.50 ，铬Cr：3.80 ～4.40 ，钒V ：1.75 ～2.20 ，是高速钢，热处理方法是淬火+高温回火。

38CrMoAlA碳C ：0.35～0.42，Cr，Mo，Al<1.5%，是高级优质合金渗氮钢，热处理方法是：调质处理+渗氮。

第六章金属及合金的塑性变形和断裂2）求出屈服载荷下的取向因子，作出取向因子和屈服应力的关系曲线，说明取向因子对屈服应力的影响。

答：1）需临界临界分切应力的计算公式：τk=σs cosφcosλ，σs为屈服强度=屈服载荷/截面积需要注意的是：在拉伸试验时，滑移面受大小相等，方向相反的一对轴向力的作用。

当载荷与法线夹角φ为钝角时，则按φ的补角做余弦计算。

2）c osφcosλ称作取向因子，由表中σs和cosφcosλ的数值可以看出，随着取向因子的增大，屈服应力逐渐减小。

cosφcosλ的最大值是φ、λ均为45度时，数值为0.5，此时σs为最小值，金属最易发生滑移，这种取向称为软取向。

当外力与滑移面平行（φ=90°）或垂直（λ=90°）时，cosφcosλ为0，则无论τk数值如何，σs均为无穷大，表示晶体在此情况下根本无法滑移，这种取向称为硬取向。

6-2 画出铜晶体的一个晶胞，在晶胞上指出：1）发生滑移的一个滑移面2）在这一晶面上发生滑移的一个方向3）滑移面上的原子密度与{001}等其他晶面相比有何差别4）沿滑移方向的原子间距与其他方向有何差别。

答：解答此题首先要知道铜在室温时的晶体结构是面心立方。

1）发生滑移的滑移面通常是晶体的密排面，也就是原子密度最大的晶面。

在面心立方晶格中的密排面是{111}晶面。

2）发生滑移的滑移方向通常是晶体的密排方向，也就是原子密度最大的晶向，在{111}晶面中的密排方向<110>晶向。

3）{111}晶面的原子密度为原子密度最大的晶面，其值为2.3/a2，{001}晶面的原子密度为1.5/a24）滑移方向通常是晶体的密排方向，也就是原子密度高于其他晶向，原子排列紧密，原子间距小于其他晶向，其值为1.414/a。

6-3 假定有一铜单晶体，其表面恰好平行于晶体的（001）晶面，若在[001]晶向施加应力，使该晶体在所有可能的滑移面上滑移，并在上述晶面上产生相应的滑移线，试预计在表面上可能看到的滑移线形貌。

工程材料与热处理-第5章作业题参考答案(总24页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。

（1）加热温度和保温时间。

加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。

（2）加热速度。

加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。

（3）钢的化学成分。

在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。

（4）钢的原始组织。

钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。

传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是细晶强化常数，σs是屈服强度，d是平均晶粒直径。

显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。

然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。

所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。

奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。

2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物试列表比较它们的组织和性能。

3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短，转变速度最快因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。

等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。

第6章钢的化学热处理1.什么叫化学热处理？此工艺有何特点？实际生产中按渗入元素种类分有哪些类型？答：将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入钢件表面，进而改变表面的化学成分、组织和性能，这种热处理工艺称为化学热处理。

化学热处理与表面淬火相比，虽然生产周期长，但具有如下优点：（1）不受零件外形限制，可以获得分布较均匀的淬硬层；（2）由于表面成分和组织发生了很大变化，耐磨性和疲劳强度大幅度提高；（3）表面的过热现象可以在随后的热处理过程中予以消除。

化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属和多元共渗以及离子渗氮、离子渗碳、离子碳氮共渗和离子渗金属。

2.化学热处理包括哪几个基本过程？各过程主要作用是什么？以渗碳为例说明。

答：化学热处理过程分为分解、吸收和扩散三个基本过程。

分解的作用：化学渗剂（煤油、甲醇、苯、丙酮等）在一定温度下发生化学分解，产生活性碳原子。

吸收的作用：活性碳原子被工件表面吸收和固溶。

扩散的作用：已被吸收的活性碳原子由表面向内部扩散，形成一定厚度的扩散层。

3.强化化学热处理过程有哪些主要途径？答：（1）物理催渗法：高温法、真空化学热处理、离子轰击化学热处理；（2）化学催渗法：提高渗剂活性的催渗方法；卤化物催渗法。

4.何谓钢的渗碳？其目的何在？常用哪几种方法？答：把低碳钢件放在渗碳介质中加热到单相奥氏体区，保温足够长的时间，使表面层的碳浓度提高，并达到一定的碳浓度梯度，这样的化学热处理工艺称为渗碳。

渗碳的目的是在保持工件心部良好韧性的同时，提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度。

常用的渗碳方法：固体渗碳法、液体渗碳法、气体渗碳法及特殊渗碳法。

5.什么是碳势？控制碳势有哪几种方法？答：碳势是指渗碳气氛与钢件表面达到动态平衡时钢表面的含碳量。

目前所采用的碳势测定控制方法有：红外线CO2控制法、红外线CH4控制法、红外线CH4/CO2控制法、H2O气露点控制法和O2气的氧探头控制法等。

1．写出下列力学性能符号所代表的力学性能指标的名称和含义。

σe、σs、σ r 0.2、σb、δ、ψ、a k 、σ-1、HRA、HRB、HRC、HBS(HBW)。

σe是弹性极限，是材料产生完全弹性变形时所承受的最大应力值；σs是屈服强度，是材料产生屈服现象时的最小应力值；σ r 0.2是以试样的塑性变形量为试样标距长度的0.2%时的应力作为屈服强度；σb是抗拉强度，是材料断裂前所能承受的最大应力值；δ是伸长率，试样拉断后标距长度的伸长量与原始标距长度的百分比；ψ是断面收缩率，是试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比；a k是冲击吸收功，摆锤冲击试验中摆锤冲断试样所消耗的能量称为冲击吸收功；σ-1是材料经受无数次应力循环而不被破坏的最大应力；HRA、HRB、HRC是洛氏硬度由于不同的压头和载荷组成的几种不同的洛氏硬度标尺而产生的三种表示方法；HBS(HBW)是布氏硬度，用淬火钢球做压头测得的硬度用符号HBS表示，用硬质合金做压头测得的硬度用符号HBW表示。

2．低碳钢试样在受到静拉力作用直至拉断时经过怎样的变形过程?由最初受力时的弹性变形到超过屈服极限的塑性变形到最后超过抗拉强度后的断裂。

3．某金属材料的拉伸试样l0=100mm，d0=10mm。

拉伸到产生0.2％塑性变形时作用力(载荷)F0.2=6.5×103N；F b=8．5×103N。

拉断后标距长为l l=120mm，断口处最小直径为d l=6.4mm，试求该材料的σ0.2、σb、δ、ψ。

σ0.2= F0.2/ s0=(6.5×103)/π×（10/2）2=82.8MPaσb= F b/ s0=(8.5×103)/π×（10/2）2=108.28MPaδ=(l l- l0)/ l0×100%=20%ψ=( s0- s1)/ s0=[π×（10/2）2-π×（6.4/2）2]/π×（10/2）2=59.04%4．钢的弹性模量为20.7×104MPa，铝的弹性模量为6.9×104MPa。

1.置换固溶体中，被置换的溶剂原子哪里去了？答：溶质把溶剂原子置换后，溶剂原子重新加入晶体排列中，处于晶格的格点位置。

2.间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上的区别何在？举例说明之。

答：间隙固溶体是溶质原子进入溶剂晶格的间隙中而形成的固溶体，间隙固溶体的晶体结构与溶剂组元的结构相同，形成间隙固溶体可以提高金属的强度和硬度，起到固溶强化的作用。

如：铁素体F是碳在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构与α-Fe相同，为体心立方，碳的溶入使铁素体F强度高于纯铁。

间隙化合物的晶体结构与组元的结构不同，间隙化合物是由H、B、C、N等原子半径较小的非金属元素（以X表示）与过渡族金属元素（以M表示）结合，且半径比r X/r M＞0.59时形成的晶体结构很复杂的化合物，如Fe3C间隙化合物硬而脆，塑性差。

3.现有A、B两元素组成如图所示的二元匀晶相图，试分析以下几种说法是否正确？为什么？（1）形成二元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原子大小一定相等。

（2）K合金结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B量总是高于原液相中含B量.（3）固溶体合金按匀晶相图进行结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分不相同，故在平衡态下固溶体的成分是不均匀的。

答：（1）错：Cu-Ni合金形成匀晶相图，但两者的原子大小相差不大。

（2）对：在同一温度下做温度线，分别与固相和液相线相交，过交点，做垂直线与成分线AB相交，可以看出与固相线交点处B含量高于另一点。

(3)错：虽然结晶出来成分不同，由于原子的扩散，平衡状态下固溶体的成分是均匀的。

4.共析部分的Mg-Cu相图如图所示：(1)填入各区域的组织组成物和相组成物。

在各区域中是否会有纯Mg相存在？为什么？答:Mg-Mg2Cu系的相组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体）Mg-Mg2Cu系的组织组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体，）在各区域中不会有纯Mg相存在，此时Mg以固溶体形式存在。

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。

《金属材料与热处理》教材习题答案第六章铸铁1.什么是铸铁？与钢相比，它在成分、组织和性能这几个方面有什么不同？答：铸铁是含碳量大于2.11％的铁碳合金而钢的含碳量通常在1.4%以下，常用的铸铁，含碳量一般在2.5％~4.0％的范围内，此外还含有较高的硅（Si）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P）等元素。

铸铁的组织可看成在钢的基体上分布着不同形态、大小、数量的石墨。

由于石墨的力学性能很差，其强度和塑性几乎为零，这样我们就可以把分布在钢的基体上的石墨看作不同形态和数量的微小裂纹或孔洞，这些“孔洞”一方面割裂了钢的基体，破坏了基体的连续性，而另一方面又使铸铁获得了良好的铸造性能、切削加工性能及消音、减震、耐压、耐磨、缺口敏感性低等诸多优良的性能。

2.什么是铸铁的石墨化？影响铸铁石墨化的因素有哪些？答：铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程称为石墨化。

影响铸铁石墨化的因素主要是铸铁的成份和冷却速度。

铸铁中的各种合金元素根据对石墨化的作用不同可以分为两大类，一类是非促进石墨化的元素，有碳、硅、铝、镍、铜和钴等，其中碳和硅对促进石墨化作用最为显著。

所以铸铁中碳、硅越高，往往其内部析出的石墨量就越多，石墨片也越大。

另一类是阻碍石墨化的元素，有铬、钨、钼、钒、锰硫等。

冷却速度对石墨化的影响也很大，当铸铁结晶时，冷却速度越缓慢，就越有利于扩散，使石墨析出的越大、越充分；在快速冷却时碳原子无法扩散，则阻碍石墨化，促进白口化。

3.铸铁中石墨有哪几种形态？石墨的形态、数量和分布状态对铸铁的性能会产生什么影响？答：铸铁中石墨有曲片状、团絮状、球状和蠕虫状等形态。

在相同基体的情况下，不同形态和数量的石墨对基体的割裂作用是不同的，呈片状时表面积最大，割裂最严重，蠕虫状次之，球状表面积最小、应力最分散，割裂作用的影响就最小；石墨的数量越多、越集中，对基体的割裂也就越严重，则铸铁的抗拉强度也就越低，塑性就越差。

4.根据石墨的形态不同，铸铁可分为哪几种？答：根据铸铁中石墨形态的不同，可将铸铁分为：石墨呈曲片状存在的普通灰口铸铁，简称灰铸铁或灰铁。

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。

第六章钢的热处理1、热处理与其他加工方法（如铸、锻、焊、切削加工等）相比较具有何种特点？钢的热处理和Fe-C合金相图有什么关系？10答：⑴热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、保温盒冷却措施，以改变其组织，从而获得需要的组织结构与性能的加工方法。

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。

⑵钢在加热或冷却时，形成奥氏体的温度范围一般可根据Fe-C合金相图进行近似估计。

由Fe-C合金相图得知，A1、A3和A cm是碳钢在极缓慢的加热或冷却时的转变温度，因此A1、A3和A cm是平衡临界点，但在实际生产中，加热和冷却不是极缓慢的，因此钢不可能在临界点发生转变。

实际加热时各临界点的位置分别为图中A c1、A c3和Ac cm线，而世界冷却时各临界点的位置分别为A r1、A r3和Ar cm。

2、试述奥氏体（A）的形成过程，并指出奥氏体（A）的合金化（碳和合金元素的溶入）及均匀化的意义。

12答：若加热温度高于相变温度，钢在加热和保温阶段（保温的目的是使钢件里外加热到同一温度），将发生室温组织向奥氏体的转变，称奥氏体化。

奥氏体化过程也是形核与长大过程，是依靠铁原子和碳原子的扩散来实现的，属于扩散型相变。

奥氏体的形成是通过形核及长大方式来实现的，其基本过程可分为四个阶段：①奥氏体晶核的形成：钢加热到Ac1以上时,变得不稳定，F和FeC3的界面在成分和结构上处于最有利于转变的条件下，首先在这里形成晶核。

②奥氏体晶核的长大：晶核形成后，随即也建立起A-F和A- FeC3的浓度平衡，并存在一个浓度梯度。

在此浓度梯度的作用下，A 内发生C原子由FeC3边界向F边界的扩散，使其同FeC3和F的两边界上的平衡浓度遭破坏。

为了维持浓度的平衡，渗碳体必须不断往A中溶解，且F不断转变为A。

第一章金属材料的力学性能1.1由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标？答案：1.强度指标：弹性极限，弹性模量；屈服强度（条件屈服强度）；抗拉强度。

2.塑性指标：（1）断后伸长率；（2）断面收缩率1.2 常用的硬度测试方法有哪些？机械制造常用的硬度测试方法是什么？答案：1.常用硬度测试方法：压力法、划痕法、弹跳法。

2.机械制造常用硬度测试方法：压力法中的布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

1.3常见的工艺性能有哪些？答案：常见的工艺性能：1.热加工：铸造性能（流动性、收缩性）；锻压性能（可锻性、变形抗力）；焊接性能（可焊性）；热处理性能（淬透性、淬硬性）。

2.冷加工：机械加工（切削加工）性能。

1.4 材料的综合性能通常是指什么？答案：强度、硬度、塑性和韧性都较好，也称为强韧性好。

第二章金属与合金的结构与结晶2.1 什么是过冷度？过冷度与冷速有何关系？过冷度与金属结晶后的晶粒大小有何关系？答案：理论结晶温度与实际结晶温度的差值；冷速越大，过冷度越大；过冷度越大，晶粒越小。

2.2 晶粒大小对金属的力学性能有何关系？简述在凝固过程阶段晶粒细化的途径。

答案：晶粒细小（细晶强化），强度、硬度高的同时，塑性、韧性也好；细化晶粒的途径：（1）提高冷速，增加过冷度；（2）变质处理（孕育处理），引入外来晶核；（3）搅拌、震动（物理方式、机械方式）。

2.3 什么是固溶体？什么是固溶强化？答案：溶质溶入溶剂，保持溶剂晶格类型的固态合金相；固溶强化：溶质溶入溶剂，产生晶格畸变，强度硬度升高。

2.4 什么是金属化合物？什么是弥散强化？答案：溶质溶入溶剂，形成不同于溶质和溶剂晶格的新的晶格类型的固态合金相；弥散强化：金属化合物颗粒（圆、小、均）规整、尺寸小，均匀分布在合金的基体上，强度、硬度升高。

2.5 金属材料常用的强化方法是什么？答案：细晶强化、固溶强化、弥散强化、时效强化、加工硬化（冷变形强化）。

2.6 金属晶体的缺陷有几类？分别是什么？位错与硬度和强度有何关系？一般机械零件强化是提高位错密度还是降低位错密度？为什么？答案：1.三类；2.点缺陷（间隙、空位和置换原子）、线缺陷（位错：刃型位错和螺型位错）和面缺陷（晶界和亚晶界）；3.位错密度有一临界值，小于此临界值，位错密度越小硬度和强度越高；大于此临界值，位错密度越大硬度和强度越高；4.提高位错密度；通常条件下，提高位错密度实现容易，成本低。

可编辑修改精选全文完整版第六章金属及合金的塑性变形和断裂2）求出屈服载荷下的取向因子，作出取向因子和屈服应力的关系曲线，说明取向因子对屈服应力的影响。

答：1）需临界临界分切应力的计算公式：τk=σs cosφcosλ，σs为屈服强度=屈服载荷/截面积需要注意的是：在拉伸试验时，滑移面受大小相等，方向相反的一对轴向力的作用。

当载荷与法线夹角φ为钝角时，则按φ的补角做余弦计算。

2）c osφcosλ称作取向因子，由表中σs和cosφcosλ的数值可以看出，随着取向因子的增大，屈服应力逐渐减小。

cosφcosλ的最大值是φ、λ均为45度时，数值为0.5，此时σs为最小值，金属最易发生滑移，这种取向称为软取向。

当外力与滑移面平行（φ=90°）或垂直（λ=90°）时，cosφcosλ为0，则无论τk数值如何，σs均为无穷大，表示晶体在此情况下根本无法滑移，这种取向称为硬取向。

6-2 画出铜晶体的一个晶胞，在晶胞上指出：1）发生滑移的一个滑移面2）在这一晶面上发生滑移的一个方向3）滑移面上的原子密度与{001}等其他晶面相比有何差别4）沿滑移方向的原子间距与其他方向有何差别。

答：解答此题首先要知道铜在室温时的晶体结构是面心立方。

1）发生滑移的滑移面通常是晶体的密排面，也就是原子密度最大的晶面。

在面心立方晶格中的密排面是{111}晶面。

2）发生滑移的滑移方向通常是晶体的密排方向，也就是原子密度最大的晶向，在{111}晶面中的密排方向<110>晶向。

3）{111}晶面的原子密度为原子密度最大的晶面，其值为2.3/a2，{001}晶面的原子密度为1.5/a24）滑移方向通常是晶体的密排方向，也就是原子密度高于其他晶向，原子排列紧密，原子间距小于其他晶向，其值为1.414/a。

6-3 假定有一铜单晶体，其表面恰好平行于晶体的（001）晶面，若在[001]晶向施加应力，使该晶体在所有可能的滑移面上滑移，并在上述晶面上产生相应的滑移线，试预计在表面上可能看到的滑移线形貌。