《工程材料》復(fù)習(xí)思考題參考答案

1、工程材料復(fù)習(xí)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(diǎn)缺陷，線缺陷，面缺陷，過冷度，變質(zhì)處理。答：點(diǎn)缺陷：原子排列不規(guī)則的區(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。線缺陷：原子排列的不規(guī)則區(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：原子排列不規(guī)則的區(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。使結(jié)晶時(shí)過冷度：實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。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)，的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒，這種

2、處理方法即為變質(zhì)處理。2.常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有哪幾種？a-Fe、丫 - Fe、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;a Fe、屬于體心立方晶格;Y Fe屬于面心立方晶格;Mg 、Zn 屬于密排六方晶格；8.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(shí)外來難熔雜質(zhì)以及振動(dòng)和攪拌的方法也會(huì)增大形核率。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，相；固溶體，金屬間化合物；固溶強(qiáng)化。

3、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。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。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，這種相稱為金屬間化合物。 它的晶體結(jié)構(gòu)不稱為固溶體。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有金屬性質(zhì)的新相，同于任一組元，用分子式來表示其組成。固溶強(qiáng)化：通過溶入某種溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。第四章 鐵碳合金1何謂金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？答：由于條件

4、（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。113.何謂鐵素體（F）,奧氏體（A）,滲碳體（FbO ,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a Fe中形成的間隙固溶體，為體心立方晶格。由于碳在a Fe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。它在鋼中一般呈塊狀或片狀。奧氏體（A）:奧氏體是碳在Y -Fe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，故碳在滲碳體（珠光體（萊氏體（的溶解度較大。有很好的塑性。Fe3C）:鐵和碳相互作用形成的具有復(fù)雜晶格的間隙化合物。滲碳體具有很

5、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(luò)狀存在于晶界。在萊氏體中為連續(xù)的基體，有時(shí)呈魚骨狀。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。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。5.畫出Fe-Fe3C相圖，指出圖中C、E、P、N、G及GS、SE、PQ、PSK各點(diǎn)、線的意義，并標(biāo)出各相區(qū)的相組成物和組織組成物。Leu A + Fe3C，當(dāng)冷到1148C時(shí)具有C點(diǎn)C :共晶點(diǎn)1148C 4 .30%C，在這一點(diǎn)

6、上發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式:E:G:H:成分的液體中同時(shí)結(jié)晶出具有E點(diǎn)成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物碳在Y - Fe中的最大溶解度點(diǎn)1148 Ca Fe = Y Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)（As）碳在5 - Fe中的最大溶解度為1495 C萊氏體(LeH (Ae +Fe3C)2.11%C912 C 0%C0.09%CJ:包晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)1495 C 0.17%C 在這一點(diǎn)上發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式:Lb+6h臺(tái) Aj當(dāng)冷卻到1495C時(shí)具有B點(diǎn)成分的液相與具有 H點(diǎn)成分的固相5反應(yīng)生成具有J點(diǎn)成分的固相A。N : Y-Feu 6 -Fe 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)(A4)1394 C 0%CP：碳在a - Fe中的最大溶解度

7、點(diǎn)0.0218%C 727 CS:共析點(diǎn)727C 0.77%C 在這一點(diǎn)上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，反應(yīng)式:AsU Fp + Fe3C，當(dāng)冷卻到727C時(shí)從具有S點(diǎn)成分的奧氏體中同時(shí)析出具有P點(diǎn)成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物一一珠光體P ( Fp + FesC)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Fe3C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(shí)的組織Fe3Cn，從A中析出的FegC稱為二次滲碳體。GS線:不同含碳量的奧氏體冷卻時(shí)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

8、組織是F + A。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Fe3C形式析出,從F中析出的FegC稱為三次滲碳體 Fe3C皿，由于鐵素體含碳很少，析出的Fe3C皿很少，一般忽略，認(rèn)為從727C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As二Fp +Fe3C，產(chǎn)物（P）珠光體，含碳量在 0.026.69%的鐵碳合金冷卻到 727 C時(shí)都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生。6.簡述Fe-Fe 3C相圖中三個(gè)基本反應(yīng)：包晶反應(yīng)，共晶反應(yīng)及共析反應(yīng)，寫出反應(yīng)式，標(biāo)出含碳量及溫度。答：共析反應(yīng):包晶反應(yīng):冷卻到 727 C時(shí)具有S點(diǎn)成分的奧氏體中同時(shí)析出

9、具有P點(diǎn)成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物。0.8 727 ' 了 Fo.O2 + Fe3C6.69冷卻到1495C時(shí)具有B點(diǎn)成分的液相與具有H點(diǎn)成分的固相5反應(yīng)生成具有J點(diǎn)成分的固相 A。L0.5 +5 0.1Y 0.16共晶反應(yīng):1148C時(shí)具有 C點(diǎn)成分的液體中同時(shí)結(jié)晶出具有E點(diǎn)成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物。I1147?、L CL4.3? Y 2.14+ Fe 3C6.699.分析含碳量分別為0.60% 、1.0%的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至室溫時(shí)的結(jié)晶過程和室溫組織答:0.60% C:合金在12點(diǎn)間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A，在2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷到3點(diǎn)時(shí)開始析出F, 3-4

10、點(diǎn)A成分沿GS線變化，鐵素體成分沿 GP線變化，當(dāng)溫度到 4點(diǎn)時(shí)，奧氏體的成分達(dá)到 S點(diǎn)成分（含碳 0.8%）,便發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時(shí)，原先析出的鐵素體保持不變，稱為先共析鐵素體，其成分 為0.02%C，所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金的組織為先共析鐵素體和珠光體，當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí)，鐵素體的溶碳量沿PQ線變化，析出三次滲碳體，同樣FesC皿量很少，可忽略。所以含碳0.40%的亞共析鋼的室溫組織為：F+P1.0% C:合金在12點(diǎn)間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出奧氏體，2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，合金為單相奧氏體，冷卻到3點(diǎn)，開始從奧氏體中析出二次滲碳體 FesCn，F(xiàn)e3Cn沿奧氏體的晶界析出，呈網(wǎng)狀分布，3-4間Fe

11、sCn不斷析出，奧氏體成分沿ES線變化，當(dāng)溫度到達(dá)4點(diǎn)（727C ）時(shí)，其含碳量降為0.77%，在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時(shí)先析出的 FesCn保持不變，稱為先共析滲碳體，所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)的組織為先共析二次滲碳體和珠光體，忽略 FesC m。室溫組織為二次滲碳體和珠光體。11.根據(jù)Fe-Fe 3C相圖，計(jì)算:1）室溫下，含碳 0.6%的鋼中珠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;17.鋼中常存雜質(zhì)有哪些?答：鋼中常存雜質(zhì)有 Si、Mn、S、P 等。21.指出下列各種鋼的類別、符號(hào)、數(shù)字的含義Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q2

12、55-D、40、45、08、20、20R、20G T8、T10A、T12A答：Q235-AF:普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強(qiáng)度為235MPa的A級(jí)沸騰鋼。Q235-C:屈服強(qiáng)度為235MPa的C級(jí)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼,Q195-B:屈服強(qiáng)度為195MPa的B級(jí)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼,40:含碳量為0.4%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。45含碳量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。08:含碳量為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。20:含碳量為0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。T8:含碳量為0.8%的碳素工具鋼。T10A:含碳量為1.0%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。T12A:含碳量為1.2%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。第五章 鋼的熱處理2.解釋下列名詞:3）奧氏

13、體、過冷奧氏體、殘余奧氏體;答：奧氏體：碳在Y Fe中形成的間隙固溶體.過冷奧氏體：處于臨界點(diǎn)以下的不穩(wěn)定的將要發(fā)生分解的奧氏體稱為過冷奧氏體。殘余奧氏體：M轉(zhuǎn)變結(jié)束后剩余的奧氏體。5）淬火臨界冷卻速度（W）,淬透性，淬硬性;答：淬火臨界冷卻速度（Vk）:淬火時(shí)獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度。淬透性：鋼在淬火后獲得淬硬層深度大小的能力。淬硬性：鋼在淬火后獲得馬氏體的最高硬度。7）調(diào)質(zhì)處理、變質(zhì)處理。答：調(diào)質(zhì)處理：淬火后高溫回火。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)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。3.指出 Al、氏

14、、Am；Aci、A33、A ccm ； Ar1、A、Arcm 各臨界點(diǎn)的意義。答：A :共析轉(zhuǎn)變線，含碳量在0.026.69%的鐵碳合金冷卻到 727 C時(shí)都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生，形成P。A 3 ：奧氏體析出鐵素體的開始線。A cm：碳在奧氏體中的溶解度曲線。A C1:實(shí)際加熱時(shí)的共析轉(zhuǎn)變線。AC3：實(shí)際加熱時(shí)奧氏體析出鐵素體的開始線。A cm：實(shí)際加熱時(shí)碳在奧氏體中的溶解度曲線。A r1 ：實(shí)際冷卻時(shí)的共析轉(zhuǎn)變線。Ar3:實(shí)際冷卻時(shí)奧氏體析出鐵素體的開始線。A rcm：實(shí)際冷卻時(shí)碳在奧氏體中的溶解度曲線。6. 貝氏體類型組織有哪幾種？它們?cè)谛纬蓷l件、組織形態(tài)和性能方面有何特點(diǎn)？答：（1）兩種。上貝

15、氏體和下貝氏體。（2）上貝氏體的形成溫度在 550350C。在顯微鏡下呈羽毛狀，它是由許多互相平行的過飽和鐵素體片和分布在片間的斷續(xù)細(xì)小的滲碳體組成的混合物。其硬度較高，可達(dá)HRC40 45，但由于其鐵素體片較粗，因此塑性和韌性較差。下貝氏體的形成溫度在350CMs下貝氏體在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針葉狀（竹葉），在電鏡下觀察是由針葉狀的鐵素體和分布在其上的極為細(xì)小的滲碳體粒子組成的。下貝氏體具有高強(qiáng)度、 高硬度、 高塑性、高韌性，即具有良好的綜合機(jī)械性能。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(yīng)用范圍。答：（1）均勻鋼的化學(xué)成分及組織，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度，并消除內(nèi)應(yīng)

16、力和加工硬化，改善鋼的切削加工性能并為隨后的淬火作好組織準(zhǔn)備。2）生產(chǎn)上常用的退火操作有完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火等。3）完全退火和等溫退火用于亞共析鋼成分的碳鋼和合金鋼的鑄件、鍛件及熱軋型材。有時(shí)也用于焊接結(jié)構(gòu)。球化退火主要用于共析或過共析成分的碳鋼及合金鋼。去應(yīng)力退火主要用于消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件或冷拔件）及機(jī)加工的殘余內(nèi)應(yīng)力。14. 何謂球化退火？為什么過共析鋼必須采用球化退火而不采用完全退火？答：（1）將鋼件加熱到 Aci以上3050C,保溫一定時(shí)間后隨爐緩慢冷卻至600C后出爐空冷。2）過共析鋼組織若為層狀滲碳體和網(wǎng)狀二次滲碳體時(shí)，不僅硬度高，難以切削加工，而

17、且增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生淬火變形及開裂。通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，以降低硬度，均勻組織、改善切削加工性。17. 指出下列零件的鍛造毛坯進(jìn)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鋼銼刀答：（1）目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，和少量索氏體。2）目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力。組織：晶粒均勻細(xì)小的鐵素體和索氏體。提高硬度，改善切削加工性。組織：晶粒均勻細(xì)小的大量鐵素體3）目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，消除網(wǎng)狀FesCn，為球化退火做組織準(zhǔn)備，消除內(nèi)應(yīng)力。組織：索氏體和球狀滲碳體。20. 常用的淬火方法有哪幾種？

18、答：常用的淬火方法有單液淬火法、雙液淬火法、等溫淬火法和分級(jí)淬火法。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(jī)械性能）2）60 鋼彈簧；3）T12 鋼銼刀。答：（1） 45鋼小軸（要求綜合機(jī)械性能），工件的淬火溫度為 850 C左右，回火溫度為 500 C650 C左右，其回火后獲得的組織為回火索氏體 ，大致的硬度 2535HRCo（2） 60鋼彈簧，工件的淬火溫度為850C左右，回火溫度為 350C500C左右，其回火后獲得的組織為回火屈氏體，大致的硬度4048HRC（3） T12鋼銼刀，工件的淬火溫度為 780 C左右，回火溫度為150C250 C,其回火后獲得的組織為回火馬氏體大致的硬度 60HRC。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(yīng)用范圍。答：回火的目的是降低淬火鋼的脆性，減少或