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1、工程材料课后习题参考答案破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高。(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，可提高零件使用寿命。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
2、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？10答：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；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，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降;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
3、 织构现象；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，因此提高了金属的强度。8 .金属铮 铁、铅、锡的熔点分别为3380、153811327 232,试计算这些金属的最低再结晶温度,并分析鸨和铁在口00下的加工、铅和锡在室温(20)下的加工各为何种加
4、工?答：T再=0.4T熔；鸨 1再=04*(3380+273)-273=1188. 2;铁 丁再=0.4* (1538+273) -273=451. 4 ;铅 T 再=0.4* (327+273)-273=-33;锡 T 再=0.4* (232+273) -273=-71.由于鸨 T 再为 1188.2 1100,因此属于热加工；铁T再为451.4CV 1100,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
5、 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,12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
6、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。13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
7、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，会提高合金的强14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
8、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15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,会提高 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，提高合金的强度和硬度。区别：固溶强化和
9、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16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
10、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?试比较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17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
11、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600)与B(500)在液态无限互溶；在18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3000c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；并确2)分析20% A, 45%A, 80%A等合金的结晶过程,
12、定室温下的组织组成物和相组成物的相对量。答：(2) 20%A合金如图：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a固溶体，至2点结束，23点之间合金全部由固溶体所组成，但当合1919工程材料思考题参考答案第一章金属的晶体结构与结晶1.解释以下名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位 错，单晶体，多晶体,过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。答：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
13、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。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二(90-80/90)*100%=11%a=l.A%=89%45%A合金如图：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）
14、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 室温组织:An+a+(A+a)相组成物:A+a组织：An= (70-55) /70*100%=21% a=l-An = 79%A+a= (70-55) /(70-40) *100%=50%相：A= ( 90-55 )/90*100%=50%20a=l.A%=50%80%A合金如图：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，因而合金的室 温组织：A+ (A+a) 相组成物：A+a组织：A= ( 40-20 /40*10
15、0%=50% A+a=l-A%=50%相： A= ( 90-20 ) /90*100%=78% a=l.A%=22%.某合金相图如下列图。211)试标注一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)：L+y ：y + B ：B+(a+B):B+ctn(2)匀晶转变；共析转变(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Y固溶体至2点结束,23点之间合金全部由Y固溶体所组成,3点以下，开始从Y固溶体中析出溶体所组溶体,冷至4点时合金全部由a固溶体所组成,45之间全部由成,冷到5点以下，由于a溶体的浓度超过了它的溶
16、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 n10 .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，因为含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22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
17、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。o o o o O o o o o O 5 41 1oo oooo ooooo oooooo OOOO 098765 4321Q/蛆明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-Fef a-Fe )转变 时，其体积如何变化？答：因为Y-Fe和a - Fe原子排列的紧密程度不同，y-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(y-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(Fe3C),珠光体(P),莱氏体(Ld) ?它们的结 构
18、、组织形态、性能等各有何特点？答：铁素体(F)：铁素体是碳在。中形成的间隙溶体，为体心立方晶格。由于碳在e中的溶解度、很小，它的性能与纯铁相近。塑性、韧性好，强度、硬度低。硬度低。它在钢中般呈块状或片状。23奥氏体(A)：奥氏体是碳在7 所中形成的间隙固溶体，面心立方晶格。因其晶格间隙尺寸较大，故碳在/一厂右中的溶解度较大。有很好的塑性。渗碳体(Fe3C)：铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物。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珠光体珠光体存在于晶界。在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。(P)：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体
19、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-Fe3c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：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。为选材提供成分依据：F + F/C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
20、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：尸 + 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。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-Fe3C 相图，指出图中 S、C、E、P、N、G 及 GS、SE、PQ、PSK
21、 各点、 线的意义，并标出各相区的相组成物和组织组成物。24答:C：共晶点1148 4.30%C,在这一点上发生共晶转变，反响式今4十 &C, 当冷到U48C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一莱氏体亿e) t(A + Fe.C)E：碳在be中的最大溶解度点11480c2. 11%CG： a-尸eo/-尸e同素异构转变点(A3) 9120%CH：碳在3-尸e中的最大溶解度为14950. 09%CJ：包晶转变点14950.17%C 在这一点上发生包晶转变，反响式：Lb”hO Aj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d反响生成具有J点成
22、分的固相AoN： 7 beo 3 be同素异构转变点(A4) 13940%C25P：碳在a-be中的最大溶解度点0.0218%C727S：共析点7270. 77%C在这一点上发生共析转变，反响式：人=F+ Fe.c,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+Fe.c)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+ b/Gi，从A中析出 的尸e3c称为二次渗碳体。GS线：不同含碳量的奥氏体
23、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区的显微组织是产+ A。PQ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，多余的碳以正3c形式析出，从产中析出的Fe3c称为三次渗碳体Fe3Cin ,由于铁素体含碳很少，析出的FqGn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& =耳+尸4。，产物(P)珠光体,含碳量在0. 02-6. 69%的铁碳合金冷却到727时都有共析转变发生。6 .简述Fe-Fe3C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
24、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。Yo.8-2Fo,o2+Fe3C6.69包晶反响：冷却到1495时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相d反响生成26具有J点成分的固相Ao L0.5+ 5 0.11495aj Yo. 16共晶反响：U48C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 小 丫 2*+ Fe3c6. 69.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
25、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、硬度增加，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。7 .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
26、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，其中二次渗碳体在晶界形成连续的网络状。共同点：钢的组织中都含有珠光体。不同点：亚共析钢的组织是铁素体和珠光体，共析钢的组织是珠光体，过共析钢的组织是珠光体和二次渗碳体。8 .分析含碳量分别为0. 20%、0. 60%、0. 80%、1. 0%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织.答：0.80%C:在12点间合金按匀晶转变结晶出A,在2点结晶结束，全部转变为奥氏体。冷到3点时(727),在恒温下发生共析转变，转变结束时全部为珠光体P,27珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体，当温度继续下降时，珠光体中铁素体溶 碳量减少，其成分沿固
27、溶度线PQ变化，析出三次渗碳体FgCm，它常与共 析渗碳体长在一起，彼此分不出，且数量少，可忽略。室温时组织Po0. 60% C：合金在12点间按匀晶转变结晶出A,在2点结晶结束，全部转变为奥氏体。冷到3点时开始析出F, 3-4点A成分沿GS线变化，铁素体成分沿GP线变化，当温度到4点时，奥氏体的成分到达S点成分(含碳0.8%),便发生 共析转变，形成珠光体，此时，原先析出的铁素体保持不变，称为先共析铁 素体，其成分为0.02%C,所以共析转变结束后，合金的组织为先共析铁素 体和珠光体，当温度继续下降时，铁素体的溶碳量沿PQ线变化，析出三次 渗碳体，同样%3Gn量很少，可忽略。所以含碳0.40
28、%的亚共析钢的室温组织为：F+P1.0% C：合金在12点间按匀晶转变结晶出奥氏体，2点结晶结束，合金为单相奥氏体，冷却到3点，开始从奥氏体中析出二次渗碳体血3。，F/Gi沿奥氏体的 晶界析出，呈网状分布，3-4间方勺的不断析出，奥氏体成分沿ES线变化, 当温度到达4点(727)时，其含碳量降为0.77%,在恒温下发生共析转变, 形成珠光体，此时先析出的Eq。保持不变，称为先共析渗碳体，所以共析转 变结束时的组织为先共析二次渗碳体和珠光体，忽略FqGn。室温组织为二次渗碳体和珠光体。10 .指出以下名词的主要区别：1) 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体； 答：一次渗碳
29、体：由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体：从A中析出的Fe3c称为二次渗碳体。28三次渗碳体：从尸中析出的FqC称为三次渗碳体FGn。共晶渗碳体：经共晶反响生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体。共析渗碳体：经共析反响生成的渗碳体即珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体。2）热脆与冷脆。答:热脆:S在钢中以FeS形成存在,FeS会与Fe形成低熔点共晶,当钢材在1000-1200压力加工时，会沿着这些低熔点共晶体的边界开裂，钢材将变得极脆，这种脆 性现象称为热脆。冷脆：P使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高,使钢变脆，这种现象称为“冷脆”。11 .根据Fe
30、-Fe3c相图，计算:1）室温下，含碳0. 6%的钢中珠光体和铁素体各占多少；2）室温下，含碳1.2%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少;3）铁碳合金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。答：1) Wp= (0. 6-0. 02) / (0. 8-0. 02) *100%=74%Wa=l-74%=26%Wp=(2. 14-1. 2)/(2. 14-0. 8)*100%=70%WFe3cn=l-70%=30%2) WFe3cii=(2. 14-0. 8)/(6. 69-0. 8)*100%=23%W Fe3CIII=0 02/6. 69*100%=33%12 .某工厂仓库积压了许多碳钢（退火状
31、态），由于钢材混杂，不知道钢的化学成分，现 找出其中一根，经金相分析后，发现其组织为珠光体+铁素体，其中铁素体占80% ,问此 钢材的含碳量大约是多少？答：由于组织为珠光体+铁素体，说明此钢为亚共析钢。Wa =80%= （0. 8-Wc） / （0. 8-0. 02） *100%Wc=0. 18%.对某退火碳素钢进行金相分析，其组织的相组成物为铁素体+渗碳体（粒状），其中渗碳体占18% ，问此碳钢的含碳量大约是多少?29 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
32、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3答:WFe3cn=18% =（Wc-O. 02）/（6. 69-0. 02） *100% Wc=l. 22%.对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+
33、渗碳体（网状），其中珠光体占93% , 问此碳钢的含碳量大约为多少？答：Wp=93% =（2. 14- Wc）/（2. 14-0. 8）*100%=70%Wc=0. 89%.计算Fe-1. 4%C合金在700C下各个相及其组分数量和成分。答：含1. 4%C 合金属于过共析钢，其组织为珠光体+二次渗碳体，相为铁素体和 渗碳体。Wp= (2. 14-1. 4) /(2. 14-0. 8) *100%=55%WFe3cn=l-55%=45%Wa= (6. 69-1.4) / (6. 69-0. 02) *100%=79%WFe3c=l-79%=21%.根据Fe-Fe3C相图，说明产生以下现象的原因:
34、1）含碳量为1.0%的钢比含碳量为0. 5%的钢硬度高;答：钢中随着含碳量的增加，渗碳体的含量增加，渗碳体是硬脆相，因此含碳量为1.0%的钢比含碳量为0.5%的钢硬度高。2）在室温下，含碳0. 8%的钢其强度比含碳1.2%的钢高;答：因为在钢中当含碳量超过1.0%时，所析出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状，使钢的脆性增加，导致强度下降。因此含碳0. 8%的钢其强度比含碳1.2%的钢高。3）在1100,含碳0.4%的钢能进行锻造，含碳4. 0%的生铁不能锻造;答：在1100C时，含碳0.4%的钢的组织为奥氏体，奥氏体的塑性很好，因此适合于锻造；含碳4. 0%的生铁的组织中含有大量的渗碳体，渗碳
35、体的硬度很高，不适合于锻造。4）绑轧物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳（用60、65、70、75等钢制成）；答：绑轧物件的性能要求有很好的韧性，因此选用低碳钢有很好的塑韧性，镀锌低碳钢丝;而起重机吊重物用钢丝绳除要求有一定的强度，还要有很高的弹性极限，而60、65、3070、75钢有高的强度和高的弹性极限。这样在吊重物时不会断裂。5）钳工锯T8 ，T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力，锯条容易磨钝;答：T8 ，T10,T12属于碳素工具钢，含碳量为0.8%, 1.0%, 1.2%,因而钢中渗碳体含量高，钢的硬度较高；而10, 20钢为优质碳素结构钢，属于低碳钢，钢的
36、硬度较低，因此钳工锯T8 ,T10, T12等钢料时比锯10,20钢费力，锯条容易磨钝。6）钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。答：因为钢的含碳量范围在0.02%2.14%之间，渗碳体含量较少，铁素体含量较多，而铁素体有较好的塑韧性，因而钢适宜于压力加工；而铸铁组织中含有大量以渗碳体为基体的莱氏体，渗碳体是硬脆相，因而铸铁适宜于通过铸造成形。17.钢中常存杂质有哪些？对钢的性能有何影响?答：钢中常存杂质有Si、Mn、S、P等。Mn：大局部溶于铁素体中，形成置换固溶体，并使铁素体强化：另一局部Mn溶于Fe3c中，形成合金渗碳体，这都使钢的强度提高，Mn与S化合成MnS,能减轻S的
37、有害作用。当Mn含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时,它对钢的性能影响并不明显。Si： Si与Mn 一样能溶于铁素体中，使铁素体强化，从而使钢的强度、硬度、弹性提高，而塑性、韧性降低。当Si含量不多，在碳钢中仅作为少量夹杂存在时,它对钢的性能影响并不显著。S：硫不溶于铁，而以FeS形成存在，FeS会与Fe形成共晶，并分布于奥氏体的晶界上，当钢材在10001200压力加工时，由于FeS-Fe共晶（熔点只有989 ）已经熔化，并使晶粒脱开，钢材将变得极脆。P：磷在钢中全部溶于铁素体中，虽可使铁素体的强度、硬度有所提高，但却使室温下的钢的塑性、韧性急剧降低，并使钢的脆性转化温度有所升高，使钢变脆。
38、18.试述碳钢的分类及牌号的表示方法。答：分类：1）按含碳量分类31低碳钢：含碳量小于或等于0.25%的钢，0.01025%C0.25%C中碳钢：含碳量为0300.55%的钢0.25-0.6%C高碳钢：含碳量大于0.6%的钢0.61.3%C 0.6%C(2)按质量分类：即含有杂质元素S、P的多少分类:普通碳素钢：0.055%0.045 %优质碳素钢：S、PW 0.0350.040 %高级优质碳素钢：SW0.020.03%； PW 0.03-0.035%(3)按用途分类碳素结构钢：用于制造各种工程构件，如桥梁、船舶、建筑构件等，及机器零件，如齿轮、轴、连杆、螺钉、螺母等。碳素工具钢：用于制造各种
39、刀具、量具、模具等，一般为高碳钢，在质量上都是优质钢或高级优质钢。牌号的表示方法：(1)普通碳素结构钢:用Q+数字表示，“Q为屈服点，“屈汉语拼音，数字表示屈服点数值。假设A、 B、 C、 DA、 B、 C、 D牌号后面标注字母A、B、C、D,那么表示钢材质量等级不同, 质量依次提高，“F表示沸腾钢，“b为半镇静钢，不标F和“b的为镇静 钢。(2)优质碳素结构钢:牌号是采用两位数字表示的，表示钢中平均含碳量的万分之几。假设钢中含镒量 较高，须将镒元素标出,(3)碳素工具钢:这类钢的牌号是用“碳或T字后附数字表示。数字表示钢中平均含碳量的千 分之几。假设为高级优质碳素工具钢，那么在钢号最后附以“
40、A字。19 .低碳钢、中碳钢及高碳钢是如何根据含碳量划分的？分别举例说明他们的用途?答：低碳钢：含碳量小于或等于0.25%的钢；08、10、钢，塑性、韧性好，具有优良的冷32成型性能和焊接性能，常冷轧成薄板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上 的冷冲压件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等；15、20、25钢用于制作尺寸较 小、负荷较轻、外表要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、 样板等。中碳钢：含碳量为0.300.55%的钢；30、35、40、45、50钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件;高碳钢：含碳量大于0.6%的钢；
41、高碳钢：含碳量大于0.6%的钢；60、65钢热处理（淬火+高温回火）后具有高的弹性极限，常用作弹簧。T7、T8、用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具，如小型冲头、凿子、锤子等。T9、T10、T11、用于制造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。T12、T13、钢具有高硬度、高耐磨性，但韧性低，用于制造不受冲击的工具如量规、 塞规、样板、铿刀、刮刀、精车刀等。20 .以下零件或工具用何种碳钢制造：手锯锯条、普通螺钉、车床主轴。答：手锯锯条：它要求有较高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具钢制造，如T9、T9A、T10、T10A、Til、TllAo普通螺钉：它要保证有一定的机械性
42、能，用普通碳素结构钢制造，如Q195、Q215、Q235。车床主轴：它要求有较高的综合机械性能，用优质碳素结构钢，如30、35、40、45、 50o21 .指出以下各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途:Q235-AF、 Q235-C、 Q195B、 Q255-D、 40、 45、 08、 20、 20R、 20G、 T8、 T10A、 T12A答：Q235-AF：普通碳素结构钢，屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。Q235-C:屈服强度为235MPa的C级普通碳素结构钢,Q195-B:屈服强度为195MPa的B级普通碳素结构钢,33Q255-D:屈服强度为255MPa的D级普通碳素结
43、构钢,Q195、Q235含碳量低，有一定强度，常扎制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥地脚螺栓、轴套、梁、建筑等钢结构，也可制造普通的制钉、螺钉、螺母、垫 销轴等等，Q255钢强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接。通常扎制成型钢、 条钢和钢板作结构件以及制造连杆、键、销、简单机械上的齿轮、轴节等。40:含碳量为0. 4%的优质碳素结构钢。45含碳量为0. 45%的优质碳素结构钢。40、45钢经热处理（淬火+高温回火）后具有良好的综合机械性能，即具有较高 的强度和较高的塑性、韧性，用于制作轴类零件。08：含碳量为0.08%的优质碳素结构钢。塑性、韧性好，具有优良的冷成型性能 和焊接性能，常冷轧成薄
44、板，用于制作仪表外壳、汽车和拖拉机上的冷冲压 件，如汽车车身，拖拉机驾驶室等。20：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢。用于制作尺寸较小、负荷较轻、外表要求耐磨、心部强度要求不高的渗碳零件，如活塞钢、样板等。20R：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，容器专用钢。20G：含碳量为0.2%的优质碳素结构钢，锅炉专用钢。T8：含碳量为0.8%的碳素工具钢。用于制造要求较高韧性、承受冲击负荷的工具,如小型冲头、凿子、锤子等。T10A：含碳量为1.0%的高级优质碳素工具钢。用于制造要求中韧性的工具，如钻头、丝锥、车刀、冲模、拉丝模、锯条。T12A：含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。具有高硬度、高耐磨性
45、，但韧性低,用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、铿刀、刮刀、精车刀。第五章钢的热处理341 .何谓钢的热处理？钢的热处理操作有哪些根本类型？试说明热处理同其它工艺过程的 关系及其在机械制造中的地位和作用O答：(1)为了改变钢材内部的组织结构，以满足对零件的加工性能和使用性能的要求所施 加的一种综合的热加工工艺过程。(2 )热处理包括普通热处理和外表热处理；普通热处理里面包括退火、正火、淬火和回火，外表热处理包括外表淬火和化学热处理，外表淬 火包括火焰加热外表淬火和感应加热外表淬火，化学热处理包括渗碳、渗氮 和碳氮共渗等。(3)热处理是机器零件加工工艺过程中的重要工序。一个毛坯件经过预备热
46、处理,然后进行切削加工，再经过最终热处理，经过精加工，最后装配成为零件。热 处理在机械制造中具有重要的地位和作用，适当的热处理可以显著提高钢的机 械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分 挖掘材料潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量、 大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个、顶十几个。此外，通过热 处理还可使工件外表具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。2 .解释以下名词:1)奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度；答：(1)起始晶粒度：是指在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚接触时的晶粒大小。(2)实际晶粒度：是指在
47、某一具体的热处理加热条件下所得到的晶粒尺寸。(3)本质晶粒度：根据标准试验方法，在93010保温足够时间(3-8小时)后测定 的钢中晶粒的大小。2珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体;答：珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。索氏体：在650600温度范围内形成层片较细的珠光体。35屈氏体：在600550温度范围内形成片层极细的珠光体。贝氏体：过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物。马氏体：碳在a-Fe中的过饱和固溶体。3）奥氏体、过冷奥氏体、剩余奥氏体;答：奥氏体：碳在/一/e中形成的间隙固溶体.过冷奥氏体：处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体。剩余奥氏体：M转变结束后剩余的