金屬材料復習總結(jié)及思考題

1、金屬材料學復習思考題第一章 金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1解釋下列名詞點缺陷，線缺陷，面缺陷，亞晶粒，亞晶界，刃型位錯，單晶體，多晶體，過冷度，自發(fā)形核，非自發(fā)形核，變質(zhì)處理，變質(zhì)劑。2 常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？-Fe 、- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、Mg、Zn 各屬何種晶體結(jié)構(gòu)？3 配位數(shù)和致密度可以用來說明哪些問題？4 晶面指數(shù)和晶向指數(shù)有什么不同？5 實際晶體中的點缺陷，線缺陷和面缺陷對金屬性能有何影響？6 為何單晶體具有各向異性，而多晶體在一般情況下不顯示出各向異性？7 過冷度與冷卻速度有何關(guān)系？它對金屬結(jié)晶過程有何影響？對鑄件晶粒大小有何影響？8 金屬結(jié)晶的

2、基本規(guī)律是什么？晶核的形成率和成長率受到哪些因素的影響？9 在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大??？在生產(chǎn)中如何應用變質(zhì)處理？第二章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶1解釋下列名詞加工硬化、回復、再結(jié)晶、熱加工、冷加工。2產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊？3劃分冷加工和熱加工的主要條件是什么？ 4與冷加工比較，熱加工給金屬件帶來的益處有哪些？5為什么細晶粒鋼強度高，塑性，韌性也好？6金屬經(jīng)冷塑性變形后，組織和性能發(fā)生什么變化？ 7分析加工硬化對金屬材料的強化作用？8已知金屬鎢、鐵、鉛、錫的熔點分別為3380、1538、327、232，試計算這些金屬的最低再結(jié)晶溫度，并分析鎢和鐵在

3、1100下的加工、鉛和錫在室溫（20）下的加工各為何種加工？9在制造齒輪時，有時采用噴丸法（即將金屬丸噴射到零件表面上）使齒面得以強化。試分析強化原因。第三章 合金的結(jié)構(gòu)與二元狀態(tài)圖1解釋下列名詞合金，組元，相，相圖；固溶體，金屬間化合物，機械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶強化，彌散強化。2指出下列名詞的主要區(qū)別1）置換固溶體與間隙固溶體；2）相組成物與組織組成物。3下列元素在-Fe 中形成哪幾種固溶體?Si、C、N、Ni、Mn4試述固溶強化、加工強化和彌散強化的強化原理,并說明三者的區(qū)別.5固溶體和金屬間化合物在結(jié)構(gòu)和性能上有什么主要差別？6. 何謂共晶反應、包晶反應和共析反應?試比較這三

4、種反應的異同點.7二元合金相圖表達了合金的哪些關(guān)系？8在二元合金相圖中應用杠桿定律可以計算什么？9. 已知A（熔點 600）與B(500) 在液態(tài)無限互溶；在固態(tài) 300時A溶于 B 的最大溶解度為 30% ，室溫時為10%，但B不溶于A；在 300時，含 40% B 的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應?，F(xiàn)要求：1）作出A-B 合金相圖；2）分析 20% A,45%A,80%A 等合金的結(jié)晶過程，并確定室溫下的組織組成物和相組成物的相對量。10某合金相圖如圖所示。1）試標注空白區(qū)域中存在相的名稱；2）指出此相圖包括哪幾種轉(zhuǎn)變類型；3）說明合金的平衡結(jié)晶過程及室溫下的顯微組織。11有形狀、尺寸相同的兩個 C

5、u-Ni 合金鑄件，一個含 90% Ni ，另一個含 50% Ni,鑄后自然冷卻，問哪個鑄件的偏析較嚴重？第四章 鐵碳合金1何謂金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？試畫出純鐵的結(jié)晶冷卻曲線和晶體結(jié)構(gòu)變化圖。2為什么-Fe 和- Fe 的比容不同？一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（-Fe -Fe ）轉(zhuǎn)變時，其體積如何變化？3.何謂鐵素體（F）,奧氏體（A），滲碳體（Fe3C），珠光體（P）,萊氏體（Ld）？它們的結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能等各有何特點？4.Fe-Fe3合金相圖有何作用？在生產(chǎn)實踐中有何指導意義？又有何局限性？5.畫出 Fe-Fe3C 相圖，指出圖中 S 、C 、J、 H 、E 、P、N 、G 及 GS 、SE 、

6、PQ 、PSK 各點、線的意義，并標出各相區(qū)的相組成物和組織組成物。6.簡述 Fe-Fe3C 相圖中三個基本反應：包晶反應,共晶反應及共析反應，寫出反應式，標出含碳量及溫度。7.何謂碳素鋼？何謂白口鐵？兩者的成分組織和性能有何差別？8.亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的組織有何特點和異同點。9.分析含碳量分別為 0.20% 、 0.60% 、 0.80% 、 1.0% 的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至室溫時的結(jié)晶過程和室溫組織.10指出下列名詞的主要區(qū)別：1）一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體；2） 熱脆與冷脆。11根據(jù) Fe-Fe3C 相圖，計算：1）室溫下，含碳 0.6% 的鋼中珠

7、光體和鐵素體各占多少；2）室溫下，含碳 1.2% 的鋼中珠光體和二次滲碳體各占多少；3）鐵碳合金中，二次滲碳體和三次滲碳體的最大百分含量。12某工廠倉庫積壓了許多碳鋼（退火狀態(tài)），由于鋼材混雜，不知道鋼的化學成分，現(xiàn)找出其中一根，經(jīng)金相分析后，發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體+鐵素體，其中鐵素體占 80% ，問此鋼材的含碳量大約是多少？13對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織的相組成物為鐵素體+滲碳體（粒狀），其中滲碳體占 18% ，問此碳鋼的含碳量大約是多少？14對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織為珠光體+滲碳體（網(wǎng)狀），其中珠光體占 93% ，問此碳鋼的含碳量大約為多少？15.計算Fe-1.4%C合金在7

8、00下各個相及其組分數(shù)量和成分。16根據(jù) Fe-Fe3C 相圖，說明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因：1）含碳量為 1.0% 的鋼比含碳量為 0.5% 的鋼硬度高；2）在室溫下，含碳 0.8% 的鋼其強度比含碳 1.2% 的鋼高；3）在 1100，含碳 0.4% 的鋼能進行鍛造，含碳 4.0% 的生鐵不能鍛造；4）綁軋物件一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機吊重物卻用鋼絲繩（用 60 、 65 、 70 、 75 等鋼制成）；5）鉗工鋸 T8 ， T10,T12 等鋼料時比鋸 10,20 鋼費力，鋸條容易磨鈍；6）鋼適宜于通過壓力加工成形，而鑄鐵適宜于通過鑄造成形。17.鋼中常存雜質(zhì)有哪些？對鋼的性能有何影

9、響？18.試述碳鋼的分類及牌號的表示方法。19.低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼是如何根據(jù)含碳量劃分的？分別舉例說明他們的用途？20下列零件或工具用何種碳鋼制造：手鋸鋸條、普通螺釘、車床主軸。21.指出下列各種鋼的類別、符號、數(shù)字的含義、主要特點及用途： Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R、20G、T8、T10A、T12A第五章 鋼的熱處理1.何謂鋼的熱處理？鋼的熱處理操作有哪些基本類型？試說明熱處理同其它工藝過程的關(guān)系及其在機械制造中的地位和作用。2.解釋下列名詞：1）奧氏體的起始晶粒度、實際晶粒度、本質(zhì)晶粒度；2）珠光體、索氏體、屈氏體、貝氏體、

10、馬氏體；3）奧氏體、過冷奧氏體、殘余奧氏體；4）退火、正火、淬火、回火、冷處理、時效處理（尺寸穩(wěn)定處理）；5）淬火臨界冷卻速度（Vk），淬透性,淬硬性；6）再結(jié)晶、重結(jié)晶；7）調(diào)質(zhì)處理、變質(zhì)處理。3.指出 A1、A3、Acm； AC1、AC3、 Accm ； Ar1、Ar3、Arcm 各臨界點的意義。4.何謂本質(zhì)細晶粒鋼？本質(zhì)細晶粒鋼的奧氏體晶粒是否一定比本質(zhì)粗晶粒鋼的細？5.珠光體類型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點？6.貝氏體類型組織有哪幾種？它們在形成條件、組織形態(tài)和性能方面有何特點？7.馬氏體組織有哪幾種基本類型？它們在形成條件、晶體結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能有何特點

11、？馬氏體的硬度與含碳量關(guān)系如何？8.何謂等溫冷卻及連續(xù)冷卻？試繪出奧氏體這兩種冷卻方式的示意圖。9為什么要對鋼件進行熱處理？10.試比較共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線與連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線的異同點。11.淬火臨界冷卻速度 Vk 的大小受哪些因素影響？它與鋼的淬透性有何關(guān)系？12.將¢5mm的T8鋼加熱至760并保溫足夠時間，問采用什么樣的冷卻工藝可得到如下組織：珠光體，索氏體，屈氏體，上貝氏體，下貝氏體，屈氏體+馬氏體，馬氏體+少量殘余奧氏體；在C曲線上描出工藝曲線示意圖。13退火的主要目的是什么？生產(chǎn)上常用的退火操作有哪幾種？指出退火操作的應用范圍。 14.何謂球化退火？為什么過共析鋼必須

12、采用球化退火而不采用完全退火？15.確定下列鋼件的退火方法，并指出退火目的及退火后的組織：1）經(jīng)冷軋后的15鋼鋼板，要求降低硬度；2）ZG35的鑄造齒輪3）鍛造過熱后的60鋼鍛坯；4）具有片狀滲碳體的T12鋼坯；16.正火與退火的主要區(qū)別是什么？生產(chǎn)中應如何選擇正火及退火？17.指出下列零件的鍛造毛坯進行正火的主要目的及正火后的顯微組織：（1）20鋼齒輪 （2）45鋼小軸 （3）T12鋼銼刀18.一批45鋼試樣（尺寸15*10mm），因其組織、晶粒大小不均勻，需采用退火處理。擬采用以下幾種退火工藝；（1）緩慢加熱至700，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫；（2）緩慢加熱至840，保溫足夠時間，隨爐

13、冷卻至室溫；（3）緩慢加熱至1100，保溫足夠時間，隨爐冷卻至室溫； 問上述三種工藝各得到何種組織？若要得到大小均勻的細小晶粒，選何種工藝最合適？19. 淬火的目的是什么？亞共析碳鋼及過共析碳鋼淬火加熱溫度應如何選擇？試從獲得的組織及性能等方面加以說明。20.常用的淬火方法有哪幾種？說明它們的主要特點及其應用范圍。21.說明45鋼試樣（10mm）經(jīng)下列溫度加熱、保溫并在水中冷卻得到的室溫組織：700，760，840，1100。22.有兩個含碳量為1.2%的碳鋼薄試樣，分別加熱到780和860并保溫相同時間，使之達到平衡狀態(tài)，然后以大于VK的冷卻速度至室溫。試問：（1）哪個溫度加熱淬火后馬氏體晶

14、粒較粗大？（2）哪個溫度加熱淬火后馬氏體含碳量較多？（3）哪個溫度加熱淬火后殘余奧氏體較多？（4）哪個溫度加熱淬火后未溶碳化物較少？（5）你認為哪個溫度加熱淬火后合適？為什么？23.指出下列工件的淬火及回火溫度，并說明其回火后獲得的組織和大致的硬度：（1）45鋼小軸（要求綜合機械性能）；（2）60鋼彈簧；（3）T12鋼銼刀。24.為什么工件經(jīng)淬火后往往會產(chǎn)生變形，有的甚至開裂？減小變形及防止開裂有哪些途徑？25.淬透性與淬硬層深度兩者有何聯(lián)系和區(qū)別？影響鋼淬透性的因素有哪些？影響鋼制零件淬硬層深度的因素有哪些？26.鋼的淬硬層深度通常是怎規(guī)定的？用什么方法測定結(jié)構(gòu)鋼的淬透性？怎樣表示鋼的淬透性

15、值。27.回火的目的是什么？常用的回火操作有哪幾種？指出各種回火操作得到的組織、性能及其應用范圍。28.指出下列組織的主要區(qū)別：（1）索氏體與回火索氏體；（2）屈氏體與回火屈氏體；（3）馬氏體與回火馬氏體。29.表面淬火的目的是什么？常用的表面淬火方法有哪幾種？比較它們的優(yōu)缺點及應用范圍。并說明表面淬火前應采用何種預先熱處理。30.化學熱處理包括哪幾個基本過程？常用的化學熱處理方法有哪幾種？31.試述一般滲碳件的工藝路線，并說明其技術(shù)條件的標注方法。32.氮化的主要目的是什么？說明氮化的主要特點及應用范圍。33.試說明表面淬火、滲碳、氮化熱處理工藝在用鋼、性能、應用范圍等方面的差別。34.擬用

16、T10制造形狀簡單的車刀，工藝路線為：鍛造熱處理機加工熱處理磨加工（1） 試寫出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用；（2） 指出最終熱處理后的顯微組織及大致硬度；（3） 制定最終熱處理工藝規(guī)定（溫度、冷卻介質(zhì)）35.選擇下列零件的熱處理方法，并編寫簡明的工藝路線（各零件均選用鍛造毛坯，并且鋼材具有足夠的淬透性）：（1）某機床變速箱齒輪（模數(shù)m=4），要求齒面耐磨，心部強度和韌性要求不高，材料選用45鋼；（2）某機床主軸，要求有良好的綜合機械性能，軸徑部分要求耐磨（HRC 50-55），材料選用45鋼；（3）鏜床鏜桿，在重載荷下工作，精度要求極高，并在滑動軸承中運轉(zhuǎn)，要求鏜桿表面有極高的

17、硬度，心部有較高的綜合機械性能，材料選用38CrMoALA。36.某型號柴油機的凸輪軸，要求凸輪表面有高的硬度（HRC>50），而心部具有良好的韌性（Ak>40J），原采用45鋼調(diào)質(zhì)處理再在凸輪表面進行高頻淬火，最后低溫回火，現(xiàn)因工廠庫存的45鋼已用完，只剩15鋼，擬用15鋼代替。試說明：（1）原45鋼各熱處理工序的作用；（2）改用15鋼后，應按原熱處理工序進行能否滿足性能要求？為什么？（3）改用15鋼后，為達到所要求的性能，在心部強度足夠的前提下采用何種熱處理工藝？37.有甲、乙兩種鋼，同時加熱至 1150 ，保溫兩小時，經(jīng)金相顯微組織檢查，甲鋼奧氏體晶粒度為 3 級，乙鋼為 6

18、 級。由此能否得出結(jié)論：甲鋼是本質(zhì)粗晶粒鋼，而乙鋼是本質(zhì)細晶粒鋼？38.為什么用鋁脫氧的鋼及加入少量 Ti ， Zr ， V ， Nb, W 等合金元素的鋼都是本質(zhì)細晶粒鋼？奧氏體晶粒大小對轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的機械性能有何影響？39.鋼獲得馬氏體組織的條件是什么？與鋼的珠光體相變及貝氏體相變比較，馬氏體相變有何特點？40.說明共析鋼 C 曲線各個區(qū),各條線的物理意義，并指出影響 C 曲線形狀和位置的主要因素。41.將 20 鋼及 60 鋼同時加熱至 860 ，并保溫相同時間，問哪種鋼奧氏體晶粒粗大些？第六章 合金鋼1 為什么比較重要的大截面的結(jié)構(gòu)零件如重型運輸機械和礦山機器的軸類，大型發(fā)電機轉(zhuǎn)子等都必須

19、用合金鋼制造？與碳鋼比較，合金鋼有何優(yōu)缺點？2 合金元素Mn、Cr、W、Mo、V、Ti、Zr、Ni對鋼的C曲線和MS點有何影響？將引起鋼在熱處理、組織和性能方面的什么變化？3 合金元素對回火轉(zhuǎn)變有何影響？4 解釋下列現(xiàn)象：（1） 在相同含碳量情況下，除了含Ni和Mn的合金鋼外，大多數(shù)合金鋼的熱處理加熱溫度都比碳鋼高；（2） 在相同含碳量情況下，含碳化物形成元素的合金鋼比碳鋼具有較高的回火穩(wěn)定性；（3） 含碳量0.40%、含鉻12%的鉻鋼屬于過共析鋼，而含碳1.5%、含鉻12%的鋼屬于萊氏體鋼；（4） 高速鋼在熱鍛或熱軋后，經(jīng)空冷獲得馬氏體組織。5.何謂調(diào)質(zhì)鋼？為什么調(diào)質(zhì)鋼的含碳量均為中碳？合金

20、調(diào)質(zhì)鋼中常含哪些合金元素？它們在調(diào)質(zhì)鋼中起什么作用？6.W18Cr4V鋼的Ac1約為820，若以一般工具鋼Ac1+30-50常規(guī)方法來確定淬火加熱溫度，在最終熱處理后能否達到高速切削刃具所要求的性能？為什么？W18Cr4V鋼刀具在正常淬火后都要進行560三次回火，又是為什么？第七章 鑄 鐵1. 白口鑄鐵、灰口鑄鐵和鋼，這三者的成分、組織和性能有何主要區(qū)別？2. 化學成分和冷卻速度對鑄鐵石墨化和基體組織有何影響？3. 試述石墨形態(tài)對鑄鐵性能的影響。第八章 有色金屬及其合金1. 不同鋁合金可通過哪些途徑達到強化目的？2. 何謂硅鋁明？它屬于哪一類鋁合金？為什么硅鋁明具有良好的鑄造性能？在變質(zhì)處理前

21、后其組織及性能有何變化？這類鋁合金主要用在何處？工程材料復習思考題參考答案第一章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1解釋下列名詞點缺陷，線缺陷，面缺陷，亞晶粒，亞晶界，刃型位錯，單晶體，多晶體，過冷度，自發(fā)形核，非自發(fā)形核，變質(zhì)處理，變質(zhì)劑。答：點缺陷：原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間三個方向尺寸都很小，主要指空位間隙原子、置換原子等。線缺陷：原子排列的不規(guī)則區(qū)域在空間一個方向上的尺寸很大，而在其余兩個方向上的尺寸很小。如位錯。面缺陷：原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間兩個方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亞晶界。亞晶粒：在多晶體的每一個晶粒內(nèi)，晶格位向也并非完全一致，而是存在著許多尺寸很小、位向差很小

22、的小晶塊，它們相互鑲嵌而成晶粒，稱亞晶粒。亞晶界：兩相鄰亞晶粒間的邊界稱為亞晶界。刃型位錯：位錯可認為是晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體的局部滑移而造成。滑移部分與未滑移部分的交界線即為位錯線。如果相對滑移的結(jié)果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的邊緣好像插入晶體中的一把刀的刃口，故稱“刃型位錯”。單晶體：如果一塊晶體，其內(nèi)部的晶格位向完全一致，則稱這塊晶體為單晶體。多晶體：由多種晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)稱為“多晶體”。過冷度：實際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。自發(fā)形核：在一定條件下，從液態(tài)金屬中直接產(chǎn)生，原子呈規(guī)則排列的結(jié)晶核心。非自發(fā)形核：是液態(tài)金屬依附在一些未溶顆粒表面所形成的晶核

23、。變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點，使結(jié)晶時的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細化晶粒，這種處理方法即為變質(zhì)處理。變質(zhì)劑：在澆注前所加入的難熔雜質(zhì)稱為變質(zhì)劑。2.常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？-Fe 、- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、Mg、Zn 各屬何種晶體結(jié)構(gòu)？答：常見金屬晶體結(jié)構(gòu)：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；Fe、Cr、V屬于體心立方晶格；Fe 、Al、Cu、Ni、Pb屬于面心立方晶格；Mg、Zn屬于密排六方晶格；3.配位數(shù)和致密度可以用來說明哪些問題？答：用來說明晶體中原子排列的緊密

24、程度。晶體中配位數(shù)和致密度越大，則晶體中原子排列越緊密。4.晶面指數(shù)和晶向指數(shù)有什么不同？答：晶向是指晶格中各種原子列的位向，用晶向指數(shù)來表示，形式為；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指數(shù)來表示，形式為。5.實際晶體中的點缺陷，線缺陷和面缺陷對金屬性能有何影響？答：如果金屬中無晶體缺陷時，通過理論計算具有極高的強度，隨著晶體中缺陷的增加，金屬的強度迅速下降，當缺陷增加到一定值后，金屬的強度又隨晶體缺陷的增加而增加。因此，無論點缺陷，線缺陷和面缺陷都會造成晶格崎變，從而使晶體強度增加。同時晶體缺陷的存在還會增加金屬的電阻，降低金屬的抗腐蝕性能。6.為何單晶體具有各向異性，而多晶體在一般情

25、況下不顯示出各向異性？答：因為單晶體內(nèi)各個方向上原子排列密度不同，造成原子間結(jié)合力不同，因而表現(xiàn)出各向異性；而多晶體是由很多個單晶體所組成，它在各個方向上的力相互抵消平衡，因而表現(xiàn)各向同性。7.過冷度與冷卻速度有何關(guān)系？它對金屬結(jié)晶過程有何影響？對鑄件晶粒大小有何影響？答：冷卻速度越大，則過冷度也越大。隨著冷卻速度的增大，則晶體內(nèi)形核率和長大速度都加快，加速結(jié)晶過程的進行，但當冷速達到一定值以后則結(jié)晶過程將減慢，因為這時原子的擴散能力減弱。過冷度增大，F(xiàn)大，結(jié)晶驅(qū)動力大，形核率和長大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N與G的比值，晶粒變細，但過冷度過大，對晶粒細化不利，結(jié)晶發(fā)生困難。8.

26、金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么？晶核的形成率和成長率受到哪些因素的影響？答：金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是形核和核長大。受到過冷度的影響，隨著過冷度的增大，晶核的形成率和成長率都增大，但形成率的增長比成長率的增長快；同時外來難熔雜質(zhì)以及振動和攪拌的方法也會增大形核率。9.在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大?。吭谏a(chǎn)中如何應用變質(zhì)處理？答：采用的方法：變質(zhì)處理，鋼模鑄造以及在砂模中加冷鐵以加快冷卻速度的方法來控制晶粒大小。變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點，使結(jié)晶時的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細化晶粒。機械振動、攪拌。第二章 金屬的塑性變形與再

27、結(jié)晶1解釋下列名詞：加工硬化、回復、再結(jié)晶、熱加工、冷加工。答：加工硬化：隨著塑性變形的增加，金屬的強度、硬度迅速增加；塑性、韌性迅速下降的現(xiàn)象?；貜停簽榱讼饘俚募庸び不F(xiàn)象，將變形金屬加熱到某一溫度，以使其組織和性能發(fā)生變化。在加熱溫度較低時，原子的活動能力不大，這時金屬的晶粒大小和形狀沒有明顯的變化，只是在晶內(nèi)發(fā)生點缺陷的消失以及位錯的遷移等變化，因此，這時金屬的強度、硬度和塑性等機械性能變化不大，而只是使內(nèi)應力及電阻率等性能顯著降低。此階段為回復階段。再結(jié)晶：被加熱到較高的溫度時，原子也具有較大的活動能力，使晶粒的外形開始變化。從破碎拉長的晶粒變成新的等軸晶粒。和變形前的晶粒形狀相似

28、，晶格類型相同，把這一階段稱為“再結(jié)晶”。熱加工：將金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上一定溫度進行壓力加工。冷加工：在再結(jié)晶溫度以下進行的壓力加工。2產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊？答：隨著變形的增加，晶粒逐漸被拉長，直至破碎，這樣使各晶粒都破碎成細碎的亞晶粒，變形愈大，晶粒破碎的程度愈大，這樣使位錯密度顯著增加；同時細碎的亞晶粒也隨著晶粒的拉長而被拉長。因此，隨著變形量的增加，由于晶粒破碎和位錯密度的增加，金屬的塑性變形抗力將迅速增大，即強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降產(chǎn)生所謂“加工硬化”現(xiàn)象。金屬的加工硬化現(xiàn)象會給金屬的進一步加工帶來困難，如鋼板在冷軋過程中會越軋越硬，

29、以致最后軋不動。另一方面人們可以利用加工硬化現(xiàn)象，來提高金屬強度和硬度，如冷拔高強度鋼絲就是利用冷加工變形產(chǎn)生的加工硬化來提高鋼絲的強度的。加工硬化也是某些壓力加工工藝能夠?qū)崿F(xiàn)的重要因素。如冷拉鋼絲拉過?？椎牟糠郑捎诎l(fā)生了加工硬化，不再繼續(xù)變形而使變形轉(zhuǎn)移到尚未拉過模孔的部分，這樣鋼絲才可以繼續(xù)通過?？锥尚?。3劃分冷加工和熱加工的主要條件是什么？答：主要是再結(jié)晶溫度。在再結(jié)晶溫度以下進行的壓力加工為冷加工，產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象；反之為熱加工，產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象被再結(jié)晶所消除。4與冷加工比較，熱加工給金屬件帶來的益處有哪些？答：（1）通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的氣孔焊合，從而使其致密度得以提高。

30、（2）通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶和柱狀晶破碎，從而使晶粒細化，機械性能提高。（3）通過熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶偏析和非金屬夾雜分布發(fā)生改變，使它們沿著變形的方向細碎拉長，形成熱壓力加工“纖維組織”（流線），使縱向的強度、塑性和韌性顯著大于橫向。如果合理利用熱加工流線，盡量使流線與零件工作時承受的最大拉應力方向一致，而與外加切應力或沖擊力相垂直，可提高零件使用壽命。5為什么細晶粒鋼強度高，塑性，韌性也好？答：晶界是阻礙位錯運動的，而各晶粒位向不同，互相約束，也阻礙晶粒的變形。因此，金屬的晶粒愈細，其晶界總面積愈大，每個晶粒周圍不同取向的晶粒數(shù)便愈多，對塑性變形的抗力也愈大。因此，金屬的

31、晶粒愈細強度愈高。同時晶粒愈細，金屬單位體積中的晶粒數(shù)便越多，變形時同樣的變形量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生，產(chǎn)生較均勻的變形，而不致造成局部的應力集中，引起裂紋的過早產(chǎn)生和發(fā)展。因此，塑性，韌性也越好。6金屬經(jīng)冷塑性變形后，組織和性能發(fā)生什么變化？答：晶粒沿變形方向拉長，性能趨于各向異性，如縱向的強度和塑性遠大于橫向等；晶粒破碎，位錯密度增加，產(chǎn)生加工硬化，即隨著變形量的增加，強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降；織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生，即隨著變形的發(fā)生，不僅金屬中的晶粒會被破碎拉長，而且各晶粒的晶格位向也會沿著變形的方向同時發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動結(jié)果金屬中每個晶粒的晶格位向趨于大體一致，產(chǎn)生織構(gòu)現(xiàn)象；冷壓力

32、加工過程中由于材料各部分的變形不均勻或晶粒內(nèi)各部分和各晶粒間的變形不均勻，金屬內(nèi)部會形成殘余的內(nèi)應力，這在一般情況下都是不利的，會引起零件尺寸不穩(wěn)定。 7分析加工硬化對金屬材料的強化作用？答：隨著塑性變形的進行，位錯密度不斷增加，因此位錯在運動時的相互交割、位錯纏結(jié)加劇，使位錯運動的阻力增大，引起變形抗力的增加。這樣，金屬的塑性變形就變得困難，要繼續(xù)變形就必須增大外力，因此提高了金屬的強度。8已知金屬鎢、鐵、鉛、錫的熔點分別為3380、1538、327、232，試計算這些金屬的最低再結(jié)晶溫度，并分析鎢和鐵在1100下的加工、鉛和錫在室溫（20）下的加工各為何種加工？答：T再=0.4T熔；鎢T再

33、=0.4*（3380+273）-273=1188.2; 鐵T再=0.4*（1538+273）-273=451.4; 鉛T再=0.4*（327+273）-273=-33; 錫T再=0.4*（232+273）-273=-71.由于鎢T再為1188.21100，因此屬于熱加工；鐵T再為451.41100，因此屬于冷加工；鉛T再為-3320，屬于冷加工；錫T再為-7120，屬于冷加工。9在制造齒輪時，有時采用噴丸法（即將金屬丸噴射到零件表面上）使齒面得以強化。試分析強化原因。答：高速金屬丸噴射到零件表面上，使工件表面層產(chǎn)生塑性變形，形成一定厚度的加工硬化層，使齒面的強度、硬度升高。第三章 合金的結(jié)構(gòu)與

34、二元狀態(tài)圖1解釋下列名詞：合金，組元，相，相圖；固溶體，金屬間化合物，機械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶強化，彌散強化。答：合金：通過熔煉，燒結(jié)或其它方法，將一種金屬元素同一種或幾種其它元素結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的新物質(zhì)，稱為合金。組元：組成合金的最基本的、獨立的物質(zhì)稱為組元。相：在金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分，均稱之為相。相圖：用來表示合金系中各個合金的結(jié)晶過程的簡明圖解稱為相圖。固溶體：合金的組元之間以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格結(jié)構(gòu)與組成合金的某一組元的相同，這種相稱為固溶體。金屬間化合物：合金的組元間發(fā)生相互作用形成的一種具

35、有金屬性質(zhì)的新相，稱為金屬間化合物。它的晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元，用分子式來表示其組成。 機械混合物：合金的組織由不同的相以不同的比例機械的混合在一起，稱機械混合物。枝晶偏析：實際生產(chǎn)中，合金冷卻速度快，原子擴散不充分，使得先結(jié)晶出來的固溶體合金含高熔點組元較多，后結(jié)晶含低熔點組元較多，這種在晶粒內(nèi)化學成分不均勻的現(xiàn)象稱為枝晶偏析。比重偏析：比重偏析是由組成相與溶液之間的密度差別所引起的。如果先共晶相與溶液之間的密度差別較大，則在緩慢冷卻條件下凝固時，先共晶相便會在液體中上浮或下沉，從而導致結(jié)晶后鑄件上下部分的化學成分不一致，產(chǎn)生比重偏析。固溶強化：通過溶入某種溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強度、

36、硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶強化。彌散強化：合金中以固溶體為主再有適量的金屬間化合物彌散分布，會提高合金的強度、硬度及耐磨性，這種強化方式為彌散強化。2指出下列名詞的主要區(qū)別：1）置換固溶體與間隙固溶體；答：置換固溶體：溶質(zhì)原子代替溶劑晶格結(jié)點上的一部分原子而組成的固溶體稱置換固溶體。間隙固溶體：溶質(zhì)原子填充在溶劑晶格的間隙中形成的固溶體，即間隙固溶體。2）相組成物與組織組成物；相組成物：合金的基本組成相。組織組成物：合金顯微組織中的獨立組成部分。3下列元素在-Fe 中形成哪幾種固溶體?Si、C、N、Cr、Mn答：Si、Cr、Mn形成置換固溶體；C、N形成間隙固溶體。4試述固溶強化、加工強化和彌散強

37、化的強化原理,并說明三者的區(qū)別.答：固溶強化：溶質(zhì)原子溶入后，要引起溶劑金屬的晶格產(chǎn)生畸變，進而位錯運動時受到阻力增大。彌散強化：金屬化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶體為基體再有適量的金屬間化合物均勻細小彌散分布時，會提高合金的強度、硬度及耐磨性。這種用金屬間化合物來強化合金的方式為彌散強化。加工強化：通過產(chǎn)生塑性變形來增大位錯密度，從而增大位錯運動阻力，引起塑性變形抗力的增加，提高合金的強度和硬度。區(qū)別：固溶強化和彌散強化都是利用合金的組成相來強化合金，固溶強化是通過產(chǎn)生晶格畸變，使位錯運動阻力增大來強化合金；彌散強化是利用金屬化合物本身的高強度和硬度來強化合金；而加工強化是通過力的

38、作用產(chǎn)生塑性變形，增大位錯密度以增大位錯運動阻力來強化合金；三者相比，通過固溶強化得到的強度、硬度最低，但塑性、韌性最好，加工強化得到的強度、硬度最高，但塑韌性最差，彌散強化介于兩者之間。5固溶體和金屬間化合物在結(jié)構(gòu)和性能上有什么主要差別？答：在結(jié)構(gòu)上：固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑的結(jié)構(gòu)相同，而金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)不同于組成它的任一組元，它是以分子式來表示其組成。 在性能上：形成固溶體和金屬間化合物都能強化合金，但固溶體的強度、硬度比金屬間化合物低，塑性、韌性比金屬間化合物好，也就是固溶體有更好的綜合機械性能。6. 何謂共晶反應、包晶反應和共析反應?試比較這三種反應的異同點.答：共晶反應：指一定成

39、分的液體合金，在一定溫度下，同時結(jié)晶出成分和晶格均不相同的兩種晶體的反應。 包晶反應：指一定成分的固相與一定成分的液相作用，形成另外一種固相的反應過程。共析反應：由特定成分的單相固態(tài)合金，在恒定的溫度下，分解成兩個新的，具有一定晶體結(jié)構(gòu)的固相的反應。共同點：反應都是在恒溫下發(fā)生，反應物和產(chǎn)物都是具有特定成分的相，都處于三相平衡狀態(tài)。不同點：共晶反應是一種液相在恒溫下生成兩種固相的反應；共析反應是一種固相在恒溫下生成兩種固相的反應；而包晶反應是一種液相與一種固相在恒溫下生成另一種固相的反應。 7二元合金相圖表達了合金的哪些關(guān)系？答：二元合金相圖表達了合金的狀態(tài)與溫度和成分之間的關(guān)系。8在二元合金

40、相圖中應用杠桿定律可以計算什么？答：應用杠桿定律可以計算合金相互平衡兩相的成分和相對含量。9. 已知A（熔點 600）與B(500) 在液態(tài)無限互溶；在固態(tài) 300時A溶于 B 的最大溶解度為 30% ，室溫時為10%，但B不溶于A；在 300時，含 40% B 的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應。現(xiàn)要求：1）作出A-B 合金相圖；2）分析 20% A,45%A,80%A 等合金的結(jié)晶過程，并確定室溫下的組織組成物和相組成物的相對量。答：（1） （2）20%A合金如圖： 合金在1點以上全部為液相，當冷至1點時，開始從液相中析出固溶體，至2點結(jié)束，23點之間合金全部由固溶體所組成，但當合金冷到3點以下，由于

41、固溶體的濃度超過了它的溶解度限度，于是從固溶體中析出二次相A，因此最終顯微組織：+A 相組成物: +A A=（90-80/90）*100%=11% =1-A%=89% 45%A合金如圖：合金在1點以上全部為液相，冷至1點時開始從液相中析出固溶體，此時液相線成分沿線BE變化，固相線成分沿BD線變化，當冷至2點時，液相線成分到達E點，發(fā)生共晶反應，形成（A+）共晶體，合金自2點冷至室溫過程中，自中析出二次相A，因而合金室溫組織：A+(A+) 相組成物:A+組織：A=（70-55）/70*100%=21% =1- A=79% A+=（70-55）/(70-40）*100%=50%相：A=（90-55

42、）/90*100%=50% =1-A%=50%80%A合金如圖：合金在1點以上全部為液相，冷至1點時開始從液相中析出A，此時液相線成分沿AE線變化，冷至2點時，液相線成分到達點，發(fā)生共晶反應，形成(A+)共晶體，因而合金的室溫組織：A+ (A+) 相組成物：A+組織：A=（40-20）/40*100%=50% A+=1-A%=50%相： A=（90-20）/90*100%=78% =1-A%=22%10某合金相圖如圖所示。1）試標注空白區(qū)域中存在相的名稱；2）指出此相圖包括哪幾種轉(zhuǎn)變類型；3）說明合金的平衡結(jié)晶過程及室溫下的顯微組織。答：(1)：L+ : + : +(+) : + (2)勻晶轉(zhuǎn)

43、變；共析轉(zhuǎn)變 (3)合金在1點以上全部為液相,冷至1點時開始從液相中析出固溶體至2點結(jié)束,23點之間合金全部由固溶體所組成,3點以下,開始從固溶體中析出固溶體,冷至4點時合金全部由固溶體所組成,45之間全部由固溶體所組成,冷到5點以下,由于固溶體的濃度超過了它的溶解度限度,從中析出第二相固溶體,最終得到室穩(wěn)下的顯微組織: +11有形狀、尺寸相同的兩個 Cu-Ni 合金鑄件，一個含 90% Ni ，另一個含 50% Ni,鑄后自然冷卻，問哪個鑄件的偏析較嚴重？答：含 50% Ni的Cu-Ni 合金鑄件偏析較嚴重。在實際冷卻過程中，由于冷速較快，使得先結(jié)晶部分含高熔點組元多，后結(jié)晶部分含低熔點組元

44、多，因為含 50% Ni的Cu-Ni 合金鑄件固相線與液相線范圍比含 90% Ni鑄件寬，因此它所造成的化學成分不均勻現(xiàn)象要比含 90% Ni的Cu-Ni 合金鑄件嚴重。第四章 鐵碳合金1何謂金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？試畫出純鐵的結(jié)晶冷卻曲線和晶體結(jié)構(gòu)變化圖。答：由于條件（溫度或壓力）變化引起金屬晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。2為什么-Fe 和- Fe 的比容不同？一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（-Fe -Fe ）轉(zhuǎn)變時，其體積如何變化？答：因為-Fe和- Fe原子排列的緊密程度不同，-Fe的致密度為74%,- Fe的致密度為68%，因此一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（-Fe -Fe ）轉(zhuǎn)變時體積將發(fā)生膨脹。3.何謂

45、鐵素體（F）,奧氏體（A），滲碳體（Fe3C），珠光體（P）,萊氏體（Ld）？它們的結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能等各有何特點？答：鐵素體（F）：鐵素體是碳在中形成的間隙固溶體，為體心立方晶格。由于碳在中的溶解度很小，它的性能與純鐵相近。塑性、韌性好，強度、硬度低。它在鋼中一般呈塊狀或片狀。奧氏體（A）：奧氏體是碳在中形成的間隙固溶體，面心立方晶格。因其晶格間隙尺寸較大，故碳在中的溶解度較大。有很好的塑性。滲碳體（Fe3C）：鐵和碳相互作用形成的具有復雜晶格的間隙化合物。滲碳體具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零。在鋼中以片狀存在或網(wǎng)絡狀存在于晶界。在萊氏體中為連續(xù)的基體，有時呈魚骨狀。珠光體（P

46、）：由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片狀。珠光體有較高的強度和硬度，但塑性較差。萊氏體（Ld）：由奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。在萊氏體中，滲碳體是連續(xù)分布的相，奧氏體呈顆粒狀分布在滲碳體基體上。由于滲碳體很脆，所以萊氏體是塑性很差的組織。4.Fe-Fe3C合金相圖有何作用？在生產(chǎn)實踐中有何指導意義？又有何局限性？答：碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，是使用最廣泛的金屬材料。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的重要工具，了解與掌握鐵碳合金相圖，對于鋼鐵材料的研究和使用，各種熱加工工藝的制訂以及工藝廢品原因的分析等方面都有重要指導意義。為選材提供成分依據(jù)：相圖描述了鐵碳合金的組織隨含碳量的變

47、化規(guī)律，合金的性能決定于合金的組織，這樣根據(jù)零件的性能要求來選擇不同成分的鐵碳合金；為制定熱加工工藝提供依據(jù)：對鑄造，根據(jù)相圖可以找出不同成分的鋼或鑄鐵的熔點，確定鑄造溫度；根據(jù)相圖上液相線和固相線間距離估計鑄造性能的好壞。對于鍛造：根據(jù)相圖可以確定鍛造溫度。對焊接：根據(jù)相圖來分析碳鋼焊縫組織，并用適當熱處理方法來減輕或消除組織不均勻性；對熱處理：相圖更為重要，如退火、正火、淬火的加熱溫度都要參考鐵碳相圖加以選擇。由于鐵碳相圖是以無限緩慢加熱和冷卻的速度得到的，而在實際加熱和冷卻通常都有不同程度的滯后現(xiàn)象。5.畫出 Fe-Fe3C 相圖，指出圖中 S 、C 、E 、P、N 、G 及 GS 、S

48、E 、PQ 、PSK 各點、線的意義，并標出各相區(qū)的相組成物和組織組成物。答: C：共晶點1148 4.30%C，在這一點上發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，反應式：，當冷到1148時具有C點成分的液體中同時結(jié)晶出具有E點成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物萊氏體E：碳在中的最大溶解度點1148 2.11%CG：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（A3）912 0%CH：碳在中的最大溶解度為1495 0.09%CJ：包晶轉(zhuǎn)變點1495 0.17%C 在這一點上發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，反應式：當冷卻到1495時具有B點成分的液相與具有H點成分的固相反應生成具有J點成分的固相A。N：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點（A4）1394 0%CP：碳在中的最大溶解度點 0.

49、0218%C 727S：共析點727 0.77%C 在這一點上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，反應式：，當冷卻到727時從具有S點成分的奧氏體中同時析出具有P點成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物珠光體P（）ES線：碳在奧氏體中的溶解度曲線，又稱Acm溫度線，隨溫度的降低，碳在奧化體中的溶解度減少，多余的碳以形式析出，所以具有0.77%2.11%C的鋼冷卻到Acm線與PSK線之間時的組織，從A中析出的稱為二次滲碳體。GS線：不同含碳量的奧氏體冷卻時析出鐵素體的開始線稱A3線，GP線則是鐵素體析出的終了線，所以GSP區(qū)的顯微組織是。PQ線：碳在鐵素體中的溶解度曲線，隨溫度的降低，碳在鐵素體中的溶解度減少，多余的碳以形

50、式析出，從中析出的稱為三次滲碳體，由于鐵素體含碳很少，析出的很少，一般忽略，認為從727冷卻到室溫的顯微組織不變。PSK線：共析轉(zhuǎn)變線，在這條線上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，產(chǎn)物（P）珠光體，含碳量在0.026.69%的鐵碳合金冷卻到727時都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生。6.簡述 Fe-Fe3C 相圖中三個基本反應：包晶反應,共晶反應及共析反應，寫出反應式，標出含碳量及溫度。答：共析反應：冷卻到727時具有S點成分的奧氏體中同時析出具有P點成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物。0.8F0.02+Fe3C6.69包晶反應：冷卻到1495時具有B點成分的液相與具有H點成分的固相反應生成具有J點成分的固相A。 L0.5+0.10.16共晶反應：1148時具有C點成分的液體中同時結(jié)晶出具有E點成分的奧氏體和