金屬學與熱處理課后答案(崔忠圻版)

1、第二章 純金屬的結(jié)晶2-3 為什么金屬結(jié)晶時一定要有過冷度？影響過冷度的因素是什么？固態(tài)金屬熔化時是否會出現(xiàn)過熱？為什么？答：（1）因為金屬結(jié)晶時存在過冷現(xiàn)象，是為了滿足結(jié)晶的熱力學條件，過冷度越大，固、液兩項的自由能差越大，相變驅(qū)動力越大。（2）過冷度隨金屬的純度不同和本性不同，以及冷卻速度的差異可以再很大范圍內(nèi)變化。金屬不同，過冷度也不同；金屬的純度越高，則過冷度越大；冷卻速度越大，過冷度越大，反之，越小。（3）會，當液態(tài)金屬的自由能低于固態(tài)時，這時實際結(jié)晶溫度高于理論結(jié)晶溫度Tm，此時，固態(tài)金屬才能自發(fā)的轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)金屬，稱為過熱。2-4試比較均勻形核與非均勻形核的異同點。答;均勻形核是指

2、：若液相中各區(qū)域出現(xiàn)新相晶核的幾率是相同的；非均勻形核：液態(tài)金屬中存在微小的固相雜質(zhì)質(zhì)點，液態(tài)金屬與型壁相接觸，晶核可以優(yōu)先依附現(xiàn)成的固體表面形核。在實際的中，非均勻形核比均勻形核要容易發(fā)生。二者形核皆需要結(jié)構(gòu)起伏，能量起伏，過冷度必須大于臨界過冷度，晶胚的尺寸必須大于臨界晶核半徑。2-5說明晶體成長形狀與溫度梯度的關(guān)系？答;正溫度梯度下以平面狀態(tài)的長大形態(tài)，服溫度梯度下以樹枝狀長大。2-6簡述鑄錠三晶區(qū)形成的原因及每個晶區(qū)的性能特點？（1） 表層細晶區(qū)形成原因：型壁臨近的金屬液體產(chǎn)生極大過冷度 滿足形核的熱力學條件；型壁可以作為非均勻形核的基地。該晶區(qū)特點：組織細密，力學性能較好，但該晶區(qū)較

3、薄，一般沒有多大的實際意義。（2） 柱狀晶區(qū)的形成原因：液態(tài)金屬結(jié)晶前沿有適當?shù)倪^冷度，滿足形核要求；垂直于型壁方向散熱最快，晶體向相反的方向生長；外因是散熱的方向性；內(nèi)因是晶體晶體生長的各向異性。該晶區(qū)的特點：相互平行的柱狀晶接觸面及相鄰垂直的柱狀晶區(qū)的交界面較為脆弱，并常聚集著易熔雜質(zhì)和非金屬夾雜物，使鑄錠在熱壓力加工時，容易沿著這些脆弱面開裂，組織比較致密。（3） 中心等軸晶區(qū)形成特定：中心液體達到過冷，加上雜質(zhì)元素的作用，滿足形核的要求；散熱失去方向性，晶核自由生長，長大速度差不多，長成等軸區(qū)。該晶區(qū)的特點：裂紋不易擴展，不存在明顯的若面，各晶粒取向不同，性能無方向性，但分枝較多。顯微

4、縮孔較多，組織不夠致密，對性能影響不多，一般鑄件要求得到發(fā)達的中興等軸晶區(qū)。2-8，（1）錯，只補償了表面能的2/3。（2）錯，只有足夠的能量起伏提供形核功，不可以形核。（3）錯，負溫度梯度，才以樹枝狀的方式生長。第三章 二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶3-1在正溫度梯度下，為什么純金屬凝固時不能呈樹枝狀生長，而固溶體合金卻能呈樹枝狀成長？答：因為溫度梯度為正時，由溶質(zhì)在固溶體界面前沿液相的富集而引起的成分過冷，溶質(zhì)組員重新分布，形成溶質(zhì)的濃度梯度，將對固溶體合金的晶體形態(tài)產(chǎn)生極大的影響，產(chǎn)生樹枝狀的形態(tài)，而純金屬結(jié)晶時沒有成分過冷的現(xiàn)象，因此在正溫度梯度時，沒有樹枝狀的形態(tài)產(chǎn)生。3-2何謂合金的平衡相

5、圖，相圖能給出任一條件下合金的顯微組織組織嗎？答：合金的組成相或組織狀態(tài)與溫度、成分、壓力之間的關(guān)系的圖解；不能，如果相比較多，成分復(fù)雜的時候，那么合金的平衡相圖則不適用。3-3有兩個形狀、尺寸均相同的Cu-Ni合金鑄件，其中一個鑄件的WNi=90%,另外一個鑄件的WNi=50%，鑄后自然冷卻。凝固后哪一個鑄件的偏析嚴重？為什么？找出消除偏析的措施。答：查圖，書上70頁，圖3-11，50%對應(yīng)的固相線與液相線的垂直高度差 大于90%所對應(yīng)的固相線與液相線的垂直高度差，因此，50%所對應(yīng)的鑄件的偏析嚴重，消除偏析方法：分為樹枝偏析和區(qū)域偏析,樹枝偏析可以通過鍛造,再結(jié)晶,高溫擴散和鍛后熱處理得到

6、消除,區(qū)域偏析只能通過鍛造來減輕其影響,使夾雜物分散,并將顯微孔隙和疏松鍛合.3-4何謂成分過冷？成分過冷對固溶體結(jié)晶時晶體長大方式和鑄錠組織有何影響？答：成分過冷: 凝固時由于溶質(zhì)再分配造成固液界面前沿溶質(zhì)濃度變化，引起理論凝固溫度的改變而在液固界面前液相內(nèi)形成的過冷。這種由固-液界面前方溶質(zhì)再分配引起的過冷，稱為成分過冷。對晶體長大方式的影響: 無成分過冷時，晶體為平面狀生長;成分過冷稍有增大時，呈胞狀生長;成分過冷更大時，是樹枝狀生長。對鑄錠組織的影響:產(chǎn)生成分偏析，導(dǎo)致組織化學成分不均勻。第四章 鐵碳合金4-1分析Wc=0.2%、Wc=0.6%、Wc=1.2%的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻至

7、室溫的轉(zhuǎn)變過程用冷卻曲線和組織示意圖說明各階段的組織，并分析計算室溫下的相組成及組織組成的含量。答：（1）Wc=0.2%；組織組成:W=0.77-0.20.77-0.0218100%=76.2% Wp=0.2-0.02180.77-0.0218100%=23.8% 相組成：W=6.69-0.26.69-0.0008100%=97% WFe3C=0.2-0.00086.69-0.0008100%=3%（2）Wc=0.6%；組織組成：W=0.77-0.60.77-0.0218100%=22.8% Wp=0.6-0.02180.77-0.0218100%=79.2% 相組成: W=6.69-0.66

8、.69-0.0008100%=91% WFe3C=1-91%=9%(3) Wc=1.2% 組織組成：WFe3C=1.2-0.776.69-0.77100%=7.3% Wp=6.69-1.26.69-0.77100%=92.7% 相組成：W=6.69-1.26.69-0.0008100%=82.07% WFe3C=1.2-0.00086.69-0.0008100%=17.93%本章的計算，求組織組成，相組成，都是利用的桿桿原理。理清思緒，則非常簡單。知道共析鋼，共晶鐵二者的不同含碳量的組織組成、相組成。理清思路。4-2， 分析Wc=3.5%、Wc=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平均結(jié)晶過程，畫

9、出冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變示意圖，并計算室溫下的組織組成和相組成。答：（1）Wc=3.5%，組織組成：W=4.3-3.54.3-2.11100%=36.5% WL/d=3.5-2.114.3-2.11100%=63.5% WFe3C=4.3-3.54.3-2.112.11-0.76.69-0.77100%=8.7% 相組成： W=6.69-3.56.69-0.0008100%=47.7% WFe3C=3.5-0.00086.69-0.0008100%=52.3%(2) Wc=4.7%, 組織組成：WL/d=6.69-4.76.69-4.3100%=83.3% WFe3C=4.7-4.36.69-4.

10、3100%=16.7% 相組成：W=6.69-4.76.69-0.0008100%=29.7% WFe3C=4.7-0.00086.69-0.0008100%=70.3%4-3計算鐵碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體的最大可能含量。答：最大可能含量; WFe3C=2.11-0.776.69-0.77100%=22.64% WFe3C=0.02186.69100%=0.33%4-5為了區(qū)別兩種弄混的碳鋼，工作人員分別截取了A、B兩塊式樣，加熱至8500C后保溫以極緩慢的冷卻速度冷至室溫，觀察金相組織，結(jié)果如下：A，試樣的先共析鐵素體面積為41.6%，珠光體的面積為58.4%。B，試樣的二次滲碳體的面

11、積為7.3%，珠光體的面積為92.7%。設(shè)鐵素體和滲碳體的密度相同，鐵素體中的含碳量為零，試求A、B兩種碳鋼的含碳量。,答：A，設(shè)含碳量為x，則有：（0.77-x）/(0.77-0.0218)x100%=41.6%,x=0.45%B,設(shè)含碳量為x，(x-0.77)/(6.69-0.77)x100%=7.3%,x=1.20216%4-7 Fe-Fe3C 相圖有哪些應(yīng)用，又有哪些局限性？答：（1）應(yīng)用 1，它是研究鐵碳合金的重要工具，了解并掌握它，對鋼鐵材料的研究和應(yīng)用，各種加工工藝的制定以及工藝廢品產(chǎn)生原因的分析等各個方面都有指導(dǎo)意義。2從某種意義上講，鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的工具，是研究碳

12、鋼和鑄鐵成分、溫度、組織和性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，也是制定各種熱加工工藝的依據(jù)。3為選材提供成分依據(jù)。4，在鍛造方面的應(yīng)用：可以確定鋼材在鍛造時必須選擇在奧氏體區(qū)的適當溫度范圍內(nèi)進行，因為奧氏,體單相變形均勻，強度較低，塑性較好，便于塑性變形5在焊接方面的應(yīng)用:焊接時從焊縫到母材各區(qū)域的加熱溫度是不同的，可根據(jù)鐵碳合金相圖分析低碳鋼焊接接頭的組織變化情況6在熱處理方面的應(yīng)用:根據(jù)鐵碳合金相圖擬訂淬火、退火、正火等各種熱處理加熱規(guī)范，有著特別重要的意義。（2）局限性：1與實際的生產(chǎn)的溫度有偏差，某些參數(shù)在其中不能找到。第九章 鋼的熱處理原理9-2，何謂奧氏體晶粒度？說明奧氏體晶粒度大小對鋼的性能

13、的影響？答;（1）晶粒度是指晶粒大小的量度，當以單位面積內(nèi)晶粒個數(shù)或每個晶粒的平均面積與平均直徑來描述晶粒大小時，可以建立晶粒大小的清晰概念。（2）細小的奧氏體晶?？墒逛撛诶鋮s后獲得細小的室溫組織，從而具有優(yōu)良的綜合力學性能。9-8簡述碳鋼的回火轉(zhuǎn)變和回火組織？答：（1）馬氏體中碳的偏聚（2）馬氏體的分解（3）殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（4）碳化物的轉(zhuǎn)變（5）滲碳體的聚集長大，和 相回復(fù)，在結(jié)晶。9-9比較珠光體、索氏體、托氏體和回火珠光體、回火索氏體、回火托氏體的組織和性能？答：（1）珠光體、索氏體、托氏體都是屬于珠光體類的組織，都是鐵素體和滲碳體組成的片層相間的機械混合物，差別僅僅是片間距粗細不同，

14、三者的片間距一次減小。珠光體的硬度與斷裂強度與片間距成正比關(guān)系，塑性與片間距成反比。（2）回火珠光體、回火索氏體、回火托氏體，三者的成分均相同，都是基體，滲碳體顆粒分布在上面的組織。但是由于滲碳體粗細程度依次降低，材料的強度、韌性也隨之增加。第十章 鋼的熱處理工藝10-3，在生產(chǎn)中為了提高亞共析鋼的強度，常用的方法是提高亞共析鋼中珠光體的含量，問應(yīng)采用什么熱處理工藝？答：采用 “正火” 工藝10-4 淬火的目的是什么？淬火方法有幾種？比較幾種淬火方法的優(yōu)缺點?答：有四種淬火的方法。（1）單液淬火法，（2）雙液淬火法，（3）分級淬火，（4）等溫淬火。各自優(yōu)缺點，（1）操作簡單，只適用于小尺寸的工

15、件，對尺寸較大的工件，易產(chǎn)生變形和開裂。（2）有利于防止變形和開裂，尺寸較大碳素鋼也適用。控制在水中的淬火時間是難點，過段或者過長都對工件有影響。（3）溫度可以取略低于Ms點的溫度，適用于尺寸大工件。（4）顯著減小工件變形和開裂，只適用于尺寸小的工件，適宜形狀復(fù)雜，尺寸要求精密工具和機器零件。10-5，試簡述亞共析鋼和過共析鋼淬火溫度的選擇原則。為什么過共析鋼淬火加熱溫度不能超過ACcm線？答：亞共析鋼淬火溫度：AC3+30500C，過共析鋼淬火溫度：AC1+30500C如果說是超過了ACcm線，碳化物將全部融入過共析鋼中的奧氏體，使奧氏體中的含碳量增加。從而降低了鋼的Ms，Mf點，則會出現(xiàn)淬

16、火后殘余奧氏體增加的想象，降低過共析鋼的硬度和耐磨性。10-16何謂鋼的淬透性、淬硬性？ 影響鋼的淬透性、淬硬性及淬透層深度的因素是什么？答：淬透性：指奧氏體化后的鋼在淬火時，獲得馬氏體的能力。也可說是鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力。淬硬性：鋼在淬火后所能達到的最高的硬度，即硬化的能力。淬透性與臨界冷卻速度有關(guān)，與淬火介質(zhì)，以及本身的性質(zhì)有關(guān)。淬硬性與馬氏體中含碳量有關(guān)，含碳量越高，淬硬性越好。10-9何謂調(diào)制處理？回火索氏體比正火索氏體的力學性能為何較為優(yōu)越？答：調(diào)制處理：淬火+高溫回火?；鼗鹚魇象w是顆粒狀的滲碳體分布在基體上面； 正火索氏體是細片狀的珠光體組織，可知，回火索氏體的組織要細小些，故在塑性、