工程材料課后習(xí)題參考答案

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第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

1．解釋下列名詞

點(diǎn)缺陷：原子羅列不規(guī)章的區(qū)域在空間三個(gè)方向尺寸都很小，主要指空位間隙原子、置換原子等。

線(xiàn)缺陷：原子羅列的不規(guī)章區(qū)域在空間一個(gè)方向上的尺寸很大，而在其余兩個(gè)方向上的尺寸很小。

如位錯(cuò)。

面缺陷：原子羅列不規(guī)章的區(qū)域在空間兩個(gè)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(gè)晶粒內(nèi)，晶格位向也并非徹低全都，而是存在著許多尺寸很小、位向差很小的小晶塊，它們互相鑲嵌而成晶粒，稱(chēng)亞晶粒。

亞晶界：兩相鄰亞晶粒間的邊界稱(chēng)為亞晶界。

刃型位錯(cuò)：位錯(cuò)可認(rèn)為是晶格中一部分晶體相對(duì)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(xiàn)即為位錯(cuò)線(xiàn)。假如相對(duì)滑移的結(jié)果上半部分多出一半原子面，多余半

原子面的邊緣好似插入晶體中的一把刀的刃口，故稱(chēng)“刃型位錯(cuò)”。

單晶體：假如一塊晶體，其內(nèi)部的晶格位向徹低全都，則稱(chēng)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(chēng)為“多晶體”。

過(guò)冷度：實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之差稱(chēng)為過(guò)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)章羅列的結(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。

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(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)的晶核數(shù)目大大增強(qiáng)，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒，這種處理辦法即

為變質(zhì)處理。

變質(zhì)劑：在澆注前所加入的難熔雜質(zhì)稱(chēng)為變質(zhì)劑。

2.常見(jiàn)的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各屬何種晶體結(jié)構(gòu)？

答：常見(jiàn)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；

α－Fe、Cr、V屬于體心立方晶格；

γ－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(lái)說(shuō)明哪些問(wèn)題？

答：用來(lái)說(shuō)明晶體中原子羅列的緊密程度。晶體中配位數(shù)和致密度越大，則晶體中原子羅列越緊密。4.晶面指數(shù)和晶向指數(shù)有什么不同？

uvw；晶面是指晶格中不同方位答：晶向是指晶格中各種原子列的位向，用晶向指數(shù)來(lái)表示，形式為[]

hkl。

上的原子面，用晶面指數(shù)來(lái)表示，形式為()

5.實(shí)際晶體中的點(diǎn)缺陷，線(xiàn)缺陷和面缺陷對(duì)金屬性能有何影響？

答：假如金屬中無(wú)晶體缺陷時(shí)，通過(guò)理論計(jì)算具有極高的強(qiáng)度，隨著晶體中缺陷的增強(qiáng)，金屬的強(qiáng)度快速下降，當(dāng)缺陷增強(qiáng)到一定值后，金屬的強(qiáng)度又隨晶體缺陷的增強(qiáng)而增強(qiáng)。因此，無(wú)論點(diǎn)缺陷，線(xiàn)缺陷和面缺陷都會(huì)造成晶格崎變，從而使晶體強(qiáng)度增強(qiáng)。同時(shí)晶體缺陷的存在還會(huì)增強(qiáng)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，而多晶體在普通狀況下不顯示出各向異性？

答：由于單晶體內(nèi)各個(gè)方向上原子羅列密度不同，造成原子間結(jié)合力不同，因而表現(xiàn)出各向異性；而多晶體是由無(wú)數(shù)個(gè)單晶體所組成，它在各個(gè)方向上的力互相抵消平衡，因而表現(xiàn)各向同性。

7.過(guò)冷度與冷卻速度有何關(guān)系？它對(duì)金屬結(jié)晶過(guò)程有何影響？對(duì)鑄件晶粒大小有何影響？

答：①冷卻速度越大，則過(guò)冷度也越大。②隨著冷卻速度的增大，則晶體內(nèi)形核率和長(zhǎng)大速度都加快，加速結(jié)晶過(guò)程的舉行，但當(dāng)冷速達(dá)到一定值以后則結(jié)晶過(guò)程將減慢，由于這時(shí)原子的蔓延能力削弱。

③過(guò)冷度增大，ΔF大，結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力大，形核率和長(zhǎng)大速度都大，且N的增強(qiáng)比G增強(qiáng)得快，提高

了N與G的比值，晶粒變細(xì)，但過(guò)冷度過(guò)大，對(duì)晶粒細(xì)化不利，結(jié)晶發(fā)生困難。

8.金屬結(jié)晶的基本邏輯是什么？晶核的形成率和成長(zhǎng)率受到哪些因素的影響？

答：①金屬結(jié)晶的基本邏輯是形核和核長(zhǎng)大。②受到過(guò)冷度的影響，隨著過(guò)冷度的增大，晶核的形成率和成長(zhǎng)率都增大，但形成率的增長(zhǎng)比成長(zhǎng)率的增長(zhǎng)快；同時(shí)外來(lái)難熔雜質(zhì)以及振動(dòng)和攪拌的辦法也會(huì)增大形核率。

9.在鑄造生產(chǎn)中，采納哪些措施控制晶粒大??？在生產(chǎn)中如何應(yīng)用變質(zhì)處理？

答：①采納的辦法：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辦法來(lái)控制晶粒大小。

②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(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)的晶核數(shù)目大大增強(qiáng)，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。③機(jī)械振動(dòng)、攪拌。

其次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(fù)、再結(jié)晶、熱加工、冷加工。

答：加工硬化：隨著塑性變形的增強(qiáng)，金屬的強(qiáng)度、硬度快速增強(qiáng)；塑性、韌性快速下降的現(xiàn)象。

回復(fù)：為了消退金屬的加工硬化現(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(shí)，原子的活動(dòng)能力不大，這時(shí)金屬的晶粒大小和外形沒(méi)有顯然的變化，

只是在晶內(nèi)發(fā)生點(diǎn)缺陷的消逝以及位錯(cuò)的遷移等變化，因此，這時(shí)金屬的強(qiáng)度、硬度和塑

性等機(jī)械性能變化不大，而只是使內(nèi)應(yīng)力及電阻率等性能顯著降低。此階段為回復(fù)階段。

再結(jié)晶：被加熱到較高的溫度時(shí)，原子也具有較大的活動(dòng)能力，使晶粒的形狀開(kāi)頭變化。從破裂拉長(zhǎng)的晶粒變成新的等軸晶粒。和變形前的晶粒外形相像，晶格類(lèi)型相同，把這一階段

稱(chēng)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舉行壓力加工。

冷加工：在再結(jié)晶溫度以下舉行的壓力加工。

2．產(chǎn)生加工硬化的緣由是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊？

答：①隨著變形的增強(qiáng)，晶粒逐漸被拉長(zhǎng)，直至破裂，這樣使各晶粒都破裂成細(xì)碎的亞晶粒，變形愈大，晶粒破裂的程度愈大，這樣使位錯(cuò)密度顯著增強(qiáng)；同時(shí)細(xì)碎的亞晶粒也隨著晶粒的拉長(zhǎng)而被拉長(zhǎng)。

因此，隨著變形量的增強(qiáng)，因?yàn)榫ЯＦ屏押臀诲e(cuò)密度的增強(qiáng)，金屬的塑性變形抗力將快速增大，即強(qiáng)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。②金屬的加工硬化現(xiàn)象會(huì)給金屬的進(jìn)一步加工帶來(lái)困難，如鋼板在冷軋過(guò)程中會(huì)越軋?jiān)接?，以致最后軋不?dòng)。另一方面人們可以利用加工硬化現(xiàn)象，來(lái)提高金屬?gòu)?qiáng)度和硬度，如冷拔高強(qiáng)度鋼絲就是利用冷加工變形產(chǎn)生的加工硬化來(lái)提高鋼絲的強(qiáng)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(guò)模孔的部分，因?yàn)榘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(guò)?？椎牟糠郑@樣鋼絲才可以繼續(xù)通過(guò)?？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)晶溫度以下舉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)晶所消退。

4．與冷加工比較，熱加工給金屬件帶來(lái)的好處有哪些？

答：（1）通過(guò)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。

（2）通過(guò)熱加工，可使鑄態(tài)金屬中的枝晶和柱狀晶破裂，從而使晶粒細(xì)化，機(jī)械性能提高。

（3）通過(guò)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)生轉(zhuǎn)變，使它們沿著變形的方向細(xì)碎拉長(zhǎng)，形成熱壓力加工“纖維組織”（流線(xiàn)），使縱向的強(qiáng)度、塑性和韌性顯著大于橫向。

假如合理利用熱加工流線(xiàn)，盡量使流線(xiàn)與零件工作時(shí)承受的最大拉應(yīng)力方向全都，而與外加切應(yīng)力或沖擊力相垂直，可提高零件使用壽命。

5．為什么細(xì)晶粒鋼強(qiáng)度高，塑性，韌性也好？

答：晶界是妨礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的，而各晶粒位向不同，相互約束，也妨礙晶粒的變形。因此，金屬的晶粒愈細(xì)，其晶界總面積愈大，每個(gè)晶粒周?chē)煌∠虻木Я?shù)便愈多，對(duì)塑性變形的抗力也愈大。因此，金屬的晶粒愈細(xì)強(qiáng)度愈高。同時(shí)晶粒愈細(xì)，金屬單位體積中的晶粒數(shù)便越多，變形時(shí)同樣的變形量便可簇?fù)碓诟嗟木ЯＶ邪l(fā)生，產(chǎn)生較勻稱(chēng)的變形，而不致造成局部的應(yīng)力集中，引起裂紋的過(guò)早產(chǎn)生和進(jìn)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：①晶粒沿變形方向拉長(zhǎng)，性能趨于各向異性，如縱向的強(qiáng)度和塑性遠(yuǎn)大于橫向等；②晶粒破裂，位錯(cuò)密度增強(qiáng)，產(chǎn)生加工硬化，即隨著變形量的增強(qiáng)，強(qiáng)度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降；③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(huì)被破裂拉長(zhǎng)，而且各晶粒的晶格位向也會(huì)沿著變形的方向同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)果金屬中每個(gè)晶粒的晶格位向趨于大體全都，產(chǎn)生織構(gòu)現(xiàn)象；④冷壓力加工過(guò)程中因?yàn)椴牧细鞑糠值淖冃尾粍蚍Q(chēng)或晶粒內(nèi)各部分和各晶粒間的變形不勻稱(chēng)，金屬內(nèi)部會(huì)形成殘余的內(nèi)應(yīng)力，這在普通狀況下都是不利的，會(huì)引起零件尺寸不穩(wěn)定。

7．分析加工硬化對(duì)金屬材料的強(qiáng)化作用？

答：隨著塑性變形的舉行，位錯(cuò)密度不斷增強(qiáng)，因此位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)的互相交割、位錯(cuò)纏結(jié)加劇，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大，引起變形抗力的增強(qiáng)。這樣，金屬的塑性變形就變得困難，要繼續(xù)變形就必需增大外力，因此提高了金屬的強(qiáng)度。

8．已知金屬鎢、鐵、鉛、錫的熔點(diǎn)分離為3380℃、1538℃、327℃、232℃，試計(jì)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=[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℃.因?yàn)殒uT再為1188.2℃＞1100℃，因此屬于熱加工；鐵T再為451.4℃＜1100℃，因此屬于冷加工；鉛T再為-33℃＜20℃，屬于冷加工；錫T再為-71＜20℃，屬于冷加工。

9．在創(chuàng)造齒輪時(shí)，有時(shí)采納噴丸法（即將金屬丸噴射到零件表面上）使齒面得以強(qiáng)化。試分析強(qiáng)化緣由。

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(qiáng)度、硬度上升。

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(jī)械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶強(qiáng)化，彌散強(qiáng)化。

答：合金：通過(guò)熔煉，燒結(jié)或其它辦法，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(chēng)為合金。

組元：組成合金的最基本的、自立的物質(zhì)稱(chēng)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(kāi)的勻稱(chēng)組成部分，均稱(chēng)之為相。

相圖：用來(lái)表示合金系中各個(gè)合金的結(jié)晶過(guò)程的簡(jiǎn)明圖解稱(chēng)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(chēng)為固溶體。

金屬間化合物：合金的組元間發(fā)生互相作用形成的一種具有金屬性質(zhì)的新相，稱(chēng)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(lái)表示其組成。

機(jī)械混合物：合金的組織由不同的相以不同的比例機(jī)械的混合在一起，稱(chēng)機(jī)械混合物。

枝晶偏析：實(shí)際生產(chǎn)中，合金冷卻速度快，原子蔓延不充分，使得先結(jié)晶出來(lái)的固溶體合金含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶含低熔點(diǎn)組元較

多，這種在晶粒內(nèi)化學(xué)成分不勻稱(chēng)的現(xiàn)象稱(chēng)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。假如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(shí)，先共晶相便會(huì)在液體中上浮或下沉，從而導(dǎo)致

結(jié)晶后鑄件上下部分的化學(xué)成分不全都，產(chǎn)生比重偏析。

固溶強(qiáng)化：通過(guò)溶入某種溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強(qiáng)度、硬度上升的現(xiàn)象稱(chēng)為固溶強(qiáng)化。

彌散強(qiáng)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(huì)提高合金的強(qiáng)度、硬度及耐磨性，這種強(qiáng)化方式為彌散強(qiáng)化。

2．指出下列名詞的主要區(qū)分：

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(diǎn)上的一部分原子而組成的固溶體稱(chēng)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：合金顯微組織中的自立組成部分。

3．下列元素在α-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(qiáng)化、加工強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化的強(qiáng)化原理,并說(shuō)明三者的區(qū)分.

答：固溶強(qiáng)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(jìn)而位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到阻力增大。

彌散強(qiáng)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勻稱(chēng)細(xì)小彌散分布時(shí)，會(huì)提高合金的強(qiáng)度、硬度及耐磨性。這種用金屬間化合物來(lái)強(qiáng)化合

金的方式為彌散強(qiáng)化。

加工強(qiáng)化：通過(guò)產(chǎn)生塑性變形來(lái)增大位錯(cuò)密度，從而增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，引起塑性變形抗力的增強(qiáng)，提高合金的強(qiáng)度和硬度。

區(qū)分：固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化都是利用合金的組成相來(lái)強(qiáng)化合金，固溶強(qiáng)化是通過(guò)產(chǎn)生晶格畸變，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大來(lái)強(qiáng)化合金；彌散強(qiáng)化是利用金屬化合物本身的高強(qiáng)度和硬度來(lái)強(qiáng)化合

金；而加工強(qiáng)化是通過(guò)力的作用產(chǎn)生塑性變形，增大位錯(cuò)密度以增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力來(lái)強(qiáng)化合

金；三者相比，通過(guò)固溶強(qiáng)化得到的強(qiáng)度、硬度最低，但塑性、韌性最好，加工強(qiáng)化得到的

強(qiáng)度、硬度最高，但塑韌性最差，彌散強(qiáng)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(lái)表示其組成。

在性能上：形成固溶體和金屬間化合物都能強(qiáng)化合金，但固溶體的強(qiáng)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(jī)械性能。

6.何謂共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)和共析反應(yīng)?試比較這三種反應(yīng)的異同點(diǎn).

答：共晶反應(yīng)：指一定成分的液體合金，在一定溫度下，同時(shí)結(jié)晶出成分和晶格均不相同的兩種晶體的反應(yīng)。

包晶反應(yīng)：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(yīng)過(guò)程。

共析反應(yīng)：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(gè)新的，具有一定晶體結(jié)構(gòu)的固相的反應(yīng)。

共同點(diǎn)：反應(yīng)都是在恒溫下發(fā)生，反應(yīng)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(diǎn)：共晶反應(yīng)是一種液相在恒溫下生成兩種固相的反應(yīng)；共析反應(yīng)是一種固相在恒溫下生成兩種固相的反應(yīng)；而包晶反應(yīng)是一種液相與一種固相在恒溫下生成另一種固相的反應(yīng)。7．二元合金相圖表達(dá)了合金的哪些關(guān)系？

答：二元合金相圖表達(dá)了合金的狀態(tài)與溫度和成分之間的關(guān)系。

8．在二元合金相圖中應(yīng)用杠桿定律可以計(jì)算什么？

答：應(yīng)用杠桿定律可以計(jì)算合金互相平衡兩相的成分和相對(duì)含量。

9.已知A（熔點(diǎn)600℃）與B(500℃)在液態(tài)無(wú)限互溶；在固態(tài)300℃時(shí)A溶于B的最大溶解度為30%，室溫時(shí)為10%，但B不溶于A(yíng)；在300℃時(shí)，含40%B的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)?，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(guò)程，并確定室溫下的組織組成物和相組成物的相對(duì)量。答：（1）

（2）20%A合金如圖①：

合金在1點(diǎn)以上所有為液相，當(dāng)冷至1點(diǎn)時(shí)，開(kāi)頭從液相中析出α固溶體，至2點(diǎn)結(jié)束，2～3點(diǎn)之間合金所有由α固溶體所組成，但當(dāng)合金冷到3點(diǎn)以下，因?yàn)楣倘荏wα的濃度超過(guò)了它的溶解度限度，于是從固溶體α中析出二次相A，因此終于顯微組織：α+AⅡ

相組成物:α+A

A=（90-80/90）*100%=11%α=1-A%=89%

45%A合金如圖②：

合金在1點(diǎn)以上所有為液相，冷至1點(diǎn)時(shí)開(kāi)頭從液相中析出α固溶體，此時(shí)液相線(xiàn)成分沿線(xiàn)BE變化，固相線(xiàn)成分沿BD線(xiàn)變化，當(dāng)冷至2點(diǎn)時(shí)，液相線(xiàn)成分到達(dá)E點(diǎn)，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成（A+α）共晶體，合金自2點(diǎn)冷至室溫過(guò)程中，自中析出二次相AⅡ，因而合金②室溫組織：AⅡ+α+(A+α)相組成物:A+α

組織：AⅡ=（70-55）/70*100%=21%α=1-AⅡ=79%

A+α=（70-55）/(70-40）*100%=50%

相：A=（90-55）/90*100%=50%α=1-A%=50%

80%A合金如圖③：

合金在1點(diǎn)以上所有為液相，冷至1點(diǎn)時(shí)開(kāi)頭從液相中析出A，此時(shí)液相線(xiàn)成分沿AE線(xiàn)變化，冷至2點(diǎn)時(shí)，液相線(xiàn)成分到達(dá)點(diǎn)，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成(A+α)共晶體，因而合金③的室溫組織：A+(A+α)

相組成物：A+α

組織：A=（40-20）/40*100%=50%A+α=1-A%=50%

相：A=（90-20）/90*100%=78%α=1-A%=22%

10．某合金相圖如圖所示。

1）試標(biāo)注①—④空白區(qū)域中存在相的名稱(chēng)；

2）指出此相圖包括哪幾種改變類(lèi)型；

3）說(shuō)明合金Ⅰ的平衡結(jié)晶過(guò)程及室溫下的顯微組織。

答：(1)①：L+γ②:γ+β③:β+(α+β)④:β+α

Ⅱ

(2)勻晶改變；共析改變

(3)合金①在1點(diǎn)以上所有為液相,冷至1點(diǎn)時(shí)開(kāi)頭從液相中析出γ固溶體至2點(diǎn)結(jié)

束,2～3點(diǎn)之間合金所有由γ固溶體所組成,3點(diǎn)以下,開(kāi)頭從γ固溶體中析出α固溶體,冷至4點(diǎn)時(shí)合金所有由α固溶體所組成,4～5之間所有由α固溶體所組成,冷

到5點(diǎn)以下,因?yàn)?/p>

α固溶體的濃度超過(guò)了它的溶解度限度,從α中析出其次相β固溶體,終于得到室穩(wěn)下的顯微組織:α+β

Ⅱ

11．有外形、尺寸相同的兩個(gè)Cu-Ni合金鑄件，一個(gè)含90%Ni，另一個(gè)含50%Ni,鑄后自然冷卻，問(wèn)哪個(gè)鑄件的偏析較嚴(yán)峻？

答：含50%Ni的Cu-Ni合金鑄件偏析較嚴(yán)峻。在實(shí)際冷卻過(guò)程中，因?yàn)槔渌佥^快，使得先結(jié)晶部分含高熔點(diǎn)組元多，后結(jié)晶部分含低熔點(diǎn)組元多，由于含50%Ni的Cu-Ni合金鑄件固相線(xiàn)與液相線(xiàn)范圍比含90%Ni鑄件寬，因此它所造成的化學(xué)成分不勻稱(chēng)現(xiàn)象要比含90%Ni的Cu-Ni合金鑄件嚴(yán)峻。

第四章鐵碳合金

1．何謂金屬的同素異構(gòu)改變？試畫(huà)出純鐵的結(jié)晶冷卻曲線(xiàn)和晶體結(jié)構(gòu)變化圖。

答：因?yàn)闂l件（溫度或壓力）變化引起金屬晶體結(jié)構(gòu)的改變，稱(chēng)同素異構(gòu)改變。

2．為什么γ-Fe和α-Fe的比容不同？一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（γ-Fe→α-Fe）改變時(shí)，其體積如何變化？

答：由于γ-Fe和α-Fe原子羅列的緊密程度不同，γ-Fe的致密度為74%,α-Fe的致密

度為68%，因此一塊質(zhì)量一定的鐵發(fā)生（γ-Fe→α-Fe）改變時(shí)體積將發(fā)生膨脹。

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(diǎn)？

答：鐵素體（F）：鐵素體是碳在Fe-α中形成的間隙固溶體，為體心立方晶格。因?yàn)樘荚?/p>

Fe-α中的溶解度`很小，它的性能與純鐵相近。塑性、韌性好，強(qiáng)度、

硬度低。它在鋼中普通呈塊狀或片狀。

奧氏體（A）：奧氏體是碳在Fe-γ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Fe-γ中的溶解度較大。有很好的塑性。

滲碳體（Fe3C）：鐵和碳互相作用形成的具有復(fù)雜晶格的間隙化合物。滲碳體具有很高的

硬度，但塑性很差，延長(zhǎng)率臨近于零。在鋼中以片狀存在或網(wǎng)絡(luò)狀存在

于晶界。在萊氏體中為延續(xù)的基體，有時(shí)呈魚(yú)骨狀。

珠光體（P）：由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片狀。珠光體

有較高的強(qiáng)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(jī)械混合物。在萊氏體中，滲碳體是延續(xù)分布的

相，奧氏體呈顆粒狀分布在滲碳體基體上。因?yàn)闈B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(shí)踐中有何指導(dǎo)意義？又有何局限性？

答：①碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，是使用最廣泛的金屬材料。鐵碳合金相圖是討論鐵碳合金的重要工具，了解與把握鐵碳合金相圖，對(duì)于鋼鐵材料的討論和使用，各種熱加工工藝的制訂以及工藝廢品緣由的分析等方面都有重要指導(dǎo)意義。②為選材提供成分依據(jù)：CFeF3+相圖描述了鐵碳合金的組織隨含碳量的變化邏輯，合金的性能打算于合金的組

織，這樣按照零件的性能要求來(lái)挑選不同成分的鐵碳合金；為制定熱加工工藝提供依據(jù)：對(duì)鑄造，按照相圖可以找出不同成分的鋼或鑄鐵的熔點(diǎn)，確定鑄造溫度；按照相圖上液相線(xiàn)和固相線(xiàn)間距離估量鑄造性能的好壞。對(duì)于鍛造：按照相圖可以確定鍛造溫度。對(duì)焊接：

按照相圖來(lái)分析碳鋼焊縫組織，并用適當(dāng)熱處理辦法來(lái)減輕或消退組織不勻稱(chēng)性；對(duì)熱處理：C

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

Fe

F

3

加以挑選。③因?yàn)殍F碳相圖是以無(wú)限緩慢加熱和冷卻的速度得到的，而在實(shí)際加熱和冷卻通常都有不同程度的滯后現(xiàn)象。

C相圖