工程材料課后答案

1、. .1-5 在下面幾種情況下，該用什么方法來測試硬度？寫出硬度符號 。（1）檢查銼刀 、鉆頭成品硬度 ；（ 2）檢查材料庫中鋼材硬度；（ 3）檢查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化層；（ 4）黃銅軸套；（ 5）硬質(zhì)合金刀片 ；（ 1 ）檢查銼刀 、鉆頭成品硬度采用洛氏硬度試驗來測定，硬度值符號HRC。（ 2）檢查材料庫中鋼材硬度采用布氏硬度試驗來測定 ，硬度值符號 HBW 。（ 3 ）檢查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化層硬度采用洛氏硬度試驗來測定 ，硬度值符號 HRC。（ 4）黃銅軸套硬度采用布氏硬度試驗來測定，硬度值符號 HBW 。（ 5）硬質(zhì)合金刀片采用洛氏硬度試驗來測定，硬度值符號

2、 HRC。2-4 單晶體和多晶體有何差別？為什么單晶體具有各向異性，多晶體具有各項同性 ？單晶體是由原子排列位向或方式完全一致的晶格組成的；多晶體是由很多個小的單晶體所組成的，每個晶粒的原子位向是不同的。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 。2-5 簡述實際金屬晶體和理想晶體在結(jié)構(gòu)與性能上的主要差異。理想晶體中原子完全為規(guī)則排列，實際金屬晶體由于許多因素的影響，使這些原子排列受到干擾和破壞，內(nèi)部總是存在大量缺陷。如果金屬中無晶體缺陷時 ，通過理論計算具有極高的強(qiáng)度

3、，隨著晶體中缺陷的增加 ，金屬的強(qiáng)度迅速下降 ，當(dāng)缺陷增加到一定值后，金屬的強(qiáng)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(qiáng)度增加。同時晶體缺陷的存在還會.專業(yè) .專注. .增加金屬的電阻 ，降低金屬的抗腐蝕性能。2-6 簡述間隙固溶體和間隙化合物的異同點。間隙固溶體和間隙化合物都是溶質(zhì)原子嵌入晶格間隙形成的。間隙固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑的結(jié)構(gòu)相同，而間隙化合物的晶體結(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 。3-3 常用的管路焊錫為成分 w(Pb=50%)、 w(Sn=50%)的 Pb-Sn合金。 若該合金以及慢速度冷卻至室溫，求合金

4、顯微組織中相組成物和組織組成物的相對量 。.專業(yè) .專注. .圖 3-1 Pb-Sn 合金相圖圖 3-2w(Pb=50%)Pb-Sn合金室溫組織由相圖 （圖 3-1 ）可知，成分為 w(Pb=50%) 、 w(Sn=50%)的 Pb-Sn 合金（亞共晶合金）以慢速度冷卻至室溫時發(fā)生的結(jié)晶過程為：先進(jìn)行勻晶轉(zhuǎn)變 (L ), 勻晶轉(zhuǎn)變剩余的液相再進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變。極慢冷卻至室溫后形成的組織為先共晶固溶體和共晶組織 ( +) 。由于 固溶體的溶解度隨溫度變化較大，所以先共晶固溶體 中有點狀I(lǐng)I 析出（圖3-2 ）。相組成 ：先共晶 相的相對量為 ： 1- （50-19.2 ）/(61.9-19.2)=7

5、2.13%共晶組織中的相占全部合金的相對量：45.5%*72.13%=32.82%共晶組織中的相相對量為1-32.82%=67.18%3-4 請根據(jù)圖 3.44 分析解答下列問題：分析合金1、 2 的平衡結(jié)晶過程，并會出冷卻曲線；說明室溫下1 、2 的相和組織是什么，并計算相和組織的相對含量；如果希望得到的組織為：共晶組織和5% 的 ? 初，求該合金的成分。解（ 1）（ 2）：合金的冷卻曲線如圖3-3 所示 。.專業(yè) .專注. .TL1L 2 3t0圖 3-3 合金 I 的冷卻曲線其結(jié)晶過程為 ：1 以上，合金處于液相 ；12 時， L ，L 和 的成分分別沿液相線和固相線變化 ，到達(dá) 2 時

6、，全部凝固完畢 ；2 時，為單相 ；23 時，II。室溫下 ，I 合金由兩個相組成，即 和 相，其相對量為M =(0.90-0.20)/(0.90-0.05)*100%=82%M =1- M =18%I 合金的組織為 + 其II,相對量與組成物相同。II 合金的冷卻曲線如圖3-4 所示 。.專業(yè) .專注. .TLL 初，2L +2 t0圖 3-4合金 II 的冷卻曲線其結(jié)晶過程如下：1 以上，合金處于均勻的液相；12 時，進(jìn)行勻晶轉(zhuǎn)變L 初；2 時，兩相平衡共存 ， L0.50= 0.90；22 ，時，剩余液相發(fā)生共晶反應(yīng)： L0.50= 0.20+ 0.9023 時，發(fā)生脫溶轉(zhuǎn)變 ，室溫下

7、， II 合金由兩個相組成，即 相和 相，其相對量為 ：M =(0.90-0.80)/(0.90-0.05)*100%=12%M =1-M =88%.專業(yè) .專注. .II 合金的組織為 ：初+ （ + 共）晶 ；組織組成物的相對量為 ：m 初 =(0.80-0.50)/(0.90-0.50)*100%=75%m （+ 共）晶=1- m 初=25%解(3)：設(shè)合金的成分為wB=x ，由題意知 ：m 初 =(x-0.50)/(0.90-0.50)*100%=5% 所以 x=0.52 ，即該合金成分為 wB=0.52.3-5 畫出相圖 ，標(biāo)出相區(qū)及各主要點的成分和溫度，并回答下列問題：（ 1 ）4

8、5 、 60 、 T12 鋼的室溫平衡組織分別是什么 ?它們從高溫也太平衡冷卻到室溫要經(jīng)過哪些轉(zhuǎn)變 ？45 鋼室溫平衡組織 ： 鐵素體+ 珠光體P冷卻過程 ：勻晶轉(zhuǎn)變 L0.45 L0.53+，包晶轉(zhuǎn)變 L0.53 + 0.45 ，同素異晶轉(zhuǎn)變 0.45 + 0.77 共，析轉(zhuǎn)變 0.77 ( +Fe3C)。60 鋼室溫平衡組織 ：鐵素體+珠光體 P冷卻過程 ：勻晶轉(zhuǎn)變 L0.60 L0.53+，包晶轉(zhuǎn)變 L0.53 + 0.60 ，同素異晶轉(zhuǎn)變 0.60 + 0.77 共，析轉(zhuǎn)變 0.77 ( +Fe3C)。T12 鋼室溫平衡組織 ：珠光體 P + 滲碳體 Fe3C冷卻過程 ：過共析鋼在液態(tài)

9、到室溫的冷卻過程中，首先進(jìn)行勻晶轉(zhuǎn)變 ，形成單相固溶體 ；當(dāng)溫度到達(dá) ES 線以下時 ，過飽和的固溶體 中析出滲碳體 （二次滲碳體 Fe3CII），奧氏體 的成分變到共析點S(0.77%C) ；共析轉(zhuǎn)變 0.77 ( +Fe3C)形成珠，光體 P。（2）畫出純鐵45 鋼 T12 鋼的室溫平衡組織，并標(biāo)注其中的組織。.專業(yè) .專注. .圖 3-3 45鋼的室溫平衡組織（鐵素體+珠光體 P）.專業(yè) .專注. .圖 3-4T12 鋼的室溫平衡組織（珠光體 P +滲碳體 Fe3C）（ 3）計算室溫下 45 鋼 T12 鋼的平衡組織中相組成和組織組成物的相對量。應(yīng)用杠桿定律計算45鋼中鐵素體 和珠光體

10、P 的相對量 ，選擇 +二相區(qū) ，共析溫度 727oC。0.770.45Q42.77%0.770.02180.450.0218QP57.23%0.770.0218T12鋼的Q =(2.11-1.2)/(2.11-0.0218)=33.9%QP=1-33.9%=66.1%（4）計算鉄碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體最大的相對量。WFe3C =(2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23%W Fe3C =0.02/6.69*100%=33%二次滲碳體的最大百分含量為22.6% ，三次滲碳體的最大百分含量為0.33%（5）應(yīng)用相圖解釋下列現(xiàn)象：鋼柳丁一般用低碳鋼合成；鋼柳丁一般要求具有良

11、好的塑性和韌性 ，所以鋼柳丁一般要求用低碳鋼合成 。綁扎物件一般用鐵絲 （鍍鋅低碳鋼絲 ）， 而起重機(jī)吊重物時卻用鋼絲繩（60 鋼 65 鋼 70 剛等組成 ）；亞共析鋼 （碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 0.0218% 0.77% ）室溫下的組織為鐵素體加珠光體 ，低碳鋼絲 （碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 0.0218% 0.25% ）組織中鐵素體的比例大 ，所以低碳鋼絲塑性 、韌性好 ，綁扎物件時 ，易于操作；而 60 鋼、 65 鋼、 70 鋼等組織中珠光體的量多 ，所以強(qiáng)度 ，適于.專業(yè) .專注. .作起重機(jī)吊重物用的鋼絲繩。 T8鋼的強(qiáng)度高于T12 鋼的強(qiáng)度 。強(qiáng)度 T12 鋼，因為強(qiáng)度是一個組織敏感量，當(dāng)含碳量

12、超過0.9% 以后，二次滲碳體呈網(wǎng)狀分布，將珠光體分割開，因此強(qiáng)度下降 。3-6現(xiàn)有兩種鉄碳合金，其中一種合金的顯微組織中珠光體量占75% ，鐵素體量占25% ； 另一種合金的顯微，組織中珠光體量占92% ，二次滲碳體量占8% ，這兩種合金各屬于哪一類合金？其含碳量各為多少 ？答：第一種是亞共析鋼，含碳量為 0.0218% 到 0.77% 之間，后面一種是過共析鋼碳含量為0.77% 到 2.11% 。3-7 現(xiàn)有形狀 尺寸完全相同的 4 塊平衡狀態(tài)的鉄碳合金 ，他們的含碳量分別為 w(C)=0.2% 、 w(C)=0.4% 、 w(C)=1.2% 、 w(C)=3.5% 。根據(jù)你所學(xué)的知識，可

13、用那些辦法來區(qū)別他們？答：第一種 ：根據(jù)金相實驗鐵碳相圖來區(qū)別它們：含碳量分別為w(C)=0.2% 的鉄碳合金金相中全部是單相的 相 。而含碳量分別為w(C)=0.4% 的鉄碳合金金相由相和珠光體 （P）相組成 ；而含碳量分別為 w(C)=1.2% 的鉄碳合金金相由珠光體 （ P）相和二次滲碳體組成 ；而含碳量分別為 w(C)=3.5% 的鉄碳合金金相主要由變態(tài)萊氏體 （ Ld ）相和一次滲碳體相組成 。第二種 ：隨著含碳量的增加 ，鐵碳合金的硬度隨之增加 ，分別測試其硬度 ，按照其硬度大小可得其含碳量的大小 。3-8 簡述晶粒大小對金屬力學(xué)性能的影響 ，并列舉幾種實際生產(chǎn)中細(xì)化鑄造晶粒的方法

14、 。晶粒大小對金屬力學(xué)性能和工藝性能有很大影響。在一般情況下，晶粒愈細(xì)小 ，金屬的強(qiáng)度 、塑性 、韌性及抗疲勞能力愈好，所以 ，細(xì)化晶粒是強(qiáng)化金屬材料的最重要途徑之一。為了細(xì)化鑄件晶粒以改善其.專業(yè) .專注. .性能，常采用以下方法 ：增加過冷度 ；進(jìn)行變質(zhì)處理 （孕育處理 ）；振動和攪拌 。3-9 說明金屬實際凝固時，鑄錠的 3 種宏觀組織的形成機(jī)制。金屬鑄錠凝固時，由于表面和中心的結(jié)晶條件不同，其結(jié)構(gòu)是不均勻的，整個體積中明顯的分為三種晶粒狀態(tài)區(qū)域：細(xì)等軸晶區(qū) 、柱狀晶區(qū)和粗等軸晶區(qū)。（ 1 ）液體金屬注入錠模時，由于錠模溫度不高，傳熱快，外層金屬受到激冷，過冷度大 ，生成大量的晶核。同時

15、模壁也能起非自發(fā)晶核作用。結(jié)果 ，在金屬的表層形成一層厚度不大、晶粒很細(xì)的細(xì)晶區(qū) 。（ 2 ）細(xì)晶區(qū)形成的同時 ，錠模溫度升高 ，液體金屬的冷卻速度降低 ，過冷度減小 ，生核速率降低 ，但此時長大的速度受到的影響較小 ，結(jié)晶過程進(jìn)行的方式主要是 ，優(yōu)先長大方向與散熱最快方向的反方向一致的晶核向液體內(nèi)部平行長大，結(jié)果形成柱狀晶區(qū)。（ 3 ）隨著柱狀晶區(qū)的發(fā)展 ，液體金屬的冷卻速度很快降低 ，過冷度大大減小 ，溫度差不斷降低 ，趨于均勻化 ，散熱逐漸失去方向性 ，所以在某個時候 ，剩余液體中被推來的雜質(zhì)及從柱狀晶上被沖下來的晶枝碎塊，可能成為晶核，向各個方向均勻長大，最后形成粗大的等軸晶區(qū)。5-3

16、 過冷奧氏體在不同溫度等溫轉(zhuǎn)變時 ，可得到哪些轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 ？試列表比較他們的組織和性能 。根據(jù)等溫溫度不同，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有珠光體型和貝氏體型兩種。高溫轉(zhuǎn)變Ac1 650 珠光體P 粗片狀鐵素體與滲碳體混合物HRC2.5%) 以外的所有合金元素，都增大過冷奧氏體穩(wěn)定性 ，使 C 曲線右移 ，則 Vk 減小 。5-5 什么是馬氏體 ？其組織形態(tài)和性能取決于什么因素？馬氏體轉(zhuǎn)變有何特點 ？馬氏體最初是在鋼（中、高碳鋼 ）中發(fā)現(xiàn)的 ：將鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體 ）后經(jīng)迅速冷卻 （淬火）， 得到的能使鋼變硬、增強(qiáng)的一種淬火組織 。其組織形態(tài)和性能取決于材料和淬火速率。馬氏體相變屬于一種廣義的位移型無擴(kuò)散

17、相變，以切變位移為其特征，新舊相成分不變 。 相變特征是 ：新相與母相之間有一定的位向關(guān)系。例如 Fe-C 合金的體心四方馬氏體（ M ） 與面心立方奧氏體( ) 碳在 -Fe 中的固溶體 間有，。 相界面是確定的晶面 ，稱為慣習(xí)面 。例如含碳量為0.5 1.4C 的Fe-C 合金的慣習(xí)面是。慣習(xí)面在相變過程中不畸變不轉(zhuǎn)動（即所謂不變平面 ）。.專業(yè) .專注. .轉(zhuǎn)變區(qū)由于形成馬氏體發(fā)生切變 ，所以在平的樣品表面上會出現(xiàn)浮凸。馬氏體形態(tài)呈片狀或條狀，內(nèi)有亞結(jié)構(gòu) ，往往是孿晶 。是一級相變 ，具有成核成長過程。晶體長大速率接近聲速相變動力學(xué)有兩類 ： a.變溫轉(zhuǎn)變 ，成核率很大 ，馬氏體形成數(shù)量

18、只是溫度的函數(shù) ，不依賴于時間 。 b.等溫轉(zhuǎn)變 ，成核率 （或孕育期 ）依賴于溫度 ,具有 “C”字形動力學(xué)曲線 。 變溫轉(zhuǎn)變可視為很快的階梯式的等溫轉(zhuǎn)變；而等溫轉(zhuǎn)變?nèi)鐑H考慮轉(zhuǎn)變后期馬氏體的極限量則同樣滿足變溫轉(zhuǎn)變的動力學(xué)方程 。轉(zhuǎn)變的不完全性 。由于多數(shù)鋼的Mf （馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束的溫度點）在室溫以下 ，因此鋼冷卻到室溫時仍有部分未轉(zhuǎn)變的奧氏體存在，稱之為殘余奧氏體 （ Ar ），隨碳含量的增加 ， Ar也隨之增加 。一般鋼經(jīng)過淬火后要經(jīng)過深冷處理來減少Ar 的量 。5-7 生產(chǎn)中常把加熱到淬火溫度的鉗工扁鏟的刃部款入水中急冷片刻后，出水停留一段時間 ，在整體投入水中冷卻。說明兩次水冷的作用

19、及水冷后的組織 。分級淬火的目的是使工件內(nèi)部溫度趨于一致，減少在后續(xù)冷卻過程中的內(nèi)應(yīng)力及變形和開裂傾向。淬火后產(chǎn)生馬氏體組織。5-8 對一批 45 鋼零件進(jìn)行熱處理時，不慎將淬火件和調(diào)質(zhì)件弄混，如何通過最簡單的方法將他們區(qū)分開？為什么？淬火加高溫回火的熱處理過程稱為調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)處理后的鋼件具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能 ，強(qiáng)度和韌性均好于直接淬火零件，微觀組織也更細(xì)化 ；所以可以測硬度、進(jìn)行沖擊試驗 、觀察微觀組織來進(jìn)行區(qū)分，調(diào)質(zhì)工件的硬度更大 ，韌性更好 ，微觀晶粒更細(xì)化 。.專業(yè) .專注. .5-9 將兩個 12 鋼小試樣分別加熱到 780 和 860 ，保溫后以大于的速度冷卻至室溫 ，試問：哪個溫度淬火后馬氏體晶粒粗大 ？因為 860 加熱溫度高 ，加熱時形成的奧氏體晶粒粗大，冷卻后得到的馬氏體晶粒較粗大。哪個溫度淬火后參與奧氏體多？因為加熱溫度860 已經(jīng)超過了Accm ，此時碳化物全部溶于奧氏體中，使奧氏體中含碳量增加，降低鋼的Ms 和 Mf 點，淬火后殘余奧氏體增多 。哪個溫度淬火后未溶碳化物量多？因為加熱溫度860 已經(jīng)超過了Accm ，此時碳化物全部溶于奧氏體中，因此加熱淬火后未溶