《金屬學(xué)及熱處理》-崔忠圻編-機(jī)械工業(yè)出版社-課后習(xí)題答案

1、金屬學(xué)及熱處理-崔忠圻編- 機(jī)械工業(yè)出版社-課后習(xí)題答案 PAGE PAGE 4第一章習(xí)題1.作圖表示出立方晶系（12（0-1-（42）等晶面和-10 2、-2 1 1、3 4 6 等晶向a=bc， c=2/3aXYZ523X5a，Y2aZ3c=3X2a/3=2a，取截距的倒數(shù)，分別為1/5a，1/2a，1/2a化為最小簡單整數(shù)分別為 2,5,5故該晶面的晶面指數(shù)為（2 5 5）體心立方晶格的晶格常數(shù)為a，試求出（100（110（111）晶面的晶面間距，并指出面間距最大的晶面（10）面間距為a/2（11）面間距為2a/2（11）面間距為3a/3三個(gè)晶面晶面中面間距最大的晶面為（1 1 0） 7

2、.證明理想密排六方晶胞中的軸比 c/a=1.633123則OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a則因ABC由于(BC)2=(CE)2+(BE)2則有(CD)2=(OC)2+(1/2c)2，即因此 c/a=8/3=1.6338.試證明面心立方晶格的八面體間隙半徑為 r=0.414R解：面心立方八面體間隙半徑 r=a/2-2a/4=0.146a面心立方原子半徑 R=2a/4，則 a=4R/2，代入上式有R=0.146X4R/2=0.414R9.a）設(shè)有一剛球模型，球的直徑不變，當(dāng)由面心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格時(shí)，試計(jì)算其體積膨脹。b）X912時(shí)-Fe-Fe-Fea）比較，說明其差別的原因。解：

3、a）為VVaar，由晶體結(jié)構(gòu)可知，對于面心晶胞有4r=2aa=22/2r，V（a）3=（22r）3 對于體心晶胞有4r=3aa=43/3r，V（a）3=（43/3r）3 則由面心立方晶胞轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶胞的體積膨脹VV=2V-V=2.01r3B）按照晶格常數(shù)計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)變體積膨脹V ，有實(shí)V 實(shí)-V=2x(0.2892)3-(0.3633)3=0.000425nm3體實(shí)際體積膨脹小于理論體積膨脹的原因在于由-Fe 轉(zhuǎn)化為-Fe,Fe100.286nm1cm3 中鐵和銅的原子數(shù)。5 PAGE PAGE 33AD、BCDC、ABADBC第二章習(xí)題證明均勻形核時(shí)，形成臨界晶粒的 GkV為 G kV/2

4、Gv（1）證明：由均勻形核體系自由能的變化（1）r（2）k（2）的球狀臨界晶粒，自由度變化為對（2）進(jìn)行微分處理，有(3)（4）將（3）帶入（1），有(3)（4）由于由于3V=rS（5）將（5）帶入（4）中，則有如果臨界晶核是邊長為 a 的正方形，試求其 Gka為什么形成立方晶核的 G 比球形晶 核要大？k態(tài)金屬融化時(shí)是否會出現(xiàn)過熱，為什么？答：由熱力學(xué)可知，在某種條件下，結(jié)晶能否發(fā)生，取決于固相的自?G=GS-GL0；只有當(dāng)溫度低于理論Tm2）冷卻速度，冷卻速度越大，過冷度越大。固態(tài)金屬熔化時(shí)會出現(xiàn)過熱度。原因：由熱力學(xué)可知，在某種條件下，熔化能否發(fā)生，取決GL-GS0Tm試比較均勻形核和非

5、均勻形核的異同點(diǎn)。勻形核的臨界形核功也等于三分之一 .總表面能綜合影響的結(jié)果。說明晶體成長形狀與溫度梯度的關(guān)系、在正的溫度梯度下生長的界面形態(tài)：很大時(shí)，即使在負(fù)的溫度梯度下，仍有可能形成規(guī)則形狀的晶體。簡述三晶區(qū)形成的原因及每個(gè)晶區(qū)的性能特點(diǎn)形成原因：1）表層細(xì)晶區(qū)：低溫模壁強(qiáng)烈地吸熱和散熱，使靠不能生成新晶核，但利于細(xì)晶區(qū)靠近液 相的某些小晶粒長大；遠(yuǎn)離近一致，形成等軸晶。性能特點(diǎn)：1）表層細(xì)晶區(qū)：組織致密，力學(xué)性能好；柱狀晶區(qū)：組織較致密，存在弱面，力學(xué)性 能有方向性；方向性。區(qū)應(yīng)采取什么措施？其基本原理如何？答：為了得到發(fā)達(dá)的柱狀晶區(qū)應(yīng)采取的措施：1）控制鑄型的冷卻能力，采用導(dǎo)熱性好與熱

6、容量大的鑄型 為了得到發(fā)達(dá)的柱狀晶區(qū)2）提高鑄型冷卻能力越大，越有利于柱狀晶的生長。2）提高澆注溫度或澆熔化溫度越高， 液態(tài)金屬的過熱度越大，非金屬夾雜物溶解得越多， 非均勻形核數(shù)型的溫度。2）降低澆注溫度或澆注速度。3）降低熔化溫度。2）3）熔化溫度越低，液態(tài)金屬的過熱度越小，非金體中的形核的可能，有利于等軸晶的生長。第三章習(xí)題1體合金卻能呈樹枝狀成長？2.何謂合金平衡相圖，相圖能給出任一條件下的合金顯微組織嗎？合金的成分、質(zhì)量份數(shù)不再隨時(shí)間而變化的一種狀態(tài)。 合金的極緩慢冷卻可近似認(rèn)為是平衡狀態(tài)。33可用立體模型表示。若壓力、溫度同時(shí)固定，則自由度最多為2用平面圖來表示。通常在平面圖上用等

7、邊三角形(有時(shí)也有用直角坐標(biāo)表示的)來表示各組分的濃度。不能，相圖只能給出合金在平衡條件下存在的合金顯微組織4.何謂成分過冷？成分過冷對固溶體結(jié)晶時(shí)晶體長大方式和鑄錠組織有何影響？沿液相中的成分有所差別，導(dǎo)致固液界面前沿的熔體的溫度低于實(shí)際液相線溫度，從而產(chǎn)生的過冷稱為成分過冷。梯度增大，成分過冷減小。 成分過冷必須具備兩個(gè)條件：第一是固方液相的實(shí)際溫度分布，或溫度分布梯度必須達(dá)到一定的值。對合金而言，其凝固過程同時(shí)伴隨著溶質(zhì)再分配，液體的成分始合金微觀的生長過程。第四章習(xí)題分析分析c=0.2%,wc=0.6%,wc=1.2到室溫的轉(zhuǎn)變過程。c=0.2%: LL+(1495度)+L+(727

8、度)+Fe3C; (=A,=F;下同)c=0.6%: L+L+(727度)+Fe3C;c=1.2%: L+LFe3C+(727 度)+Fe3C;室溫下相組成物的相對含量: c=0.2%，滲碳體相對含量=(0.2-0.02)/6.67%,余量鐵素體c=0.6%，滲碳體相對含量=(0.6-0.02)/6.67%,余量鐵素體c=1.2%滲碳體相對含量=(1.2-0.02)/6.67%,余量鐵素室溫下組織組成物的相對含量: c=0.2%，珠光體相對含量=(0.2-0.02)/0.77%,余量鐵素體c=0.6%，珠光體相對含量=(0.6-0.02)/0.77%,余量鐵素體c=1.2%,滲碳體相對含=(1

9、.2-0.77)/6.67%,余量珠光體分析c=3.5%、c=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過相組成物。解：下圖表示c=3.5%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過程：下圖表示c=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過程：計(jì)算鐵碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體最大可能含量。2.11%CC 的最大可能含量產(chǎn)生在3 （FeC3 ）max=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）x100%=22.64%因此C 的可能最大含量在 0.0218%C 的鐵碳合金中，3 （FeC3 ）max（0.0218-0.006）/（6.69-0.006）x100%=0.24%解：在萊氏體中，F(xiàn)e3Fe

10、3%=（4.3-2.11）/（6.69-2.11）*100%=47.8%共晶%=（6.69-4.3）/（6.69-2.11）*（2.11-0.77）/（6.69-0.77）*100%=11.8%FeC3%=（6.69-4.3）/（6.69-2.11）-11.8%*（0.77-0.0218）共析/（6.69-0.0218）*100%=4.53%A、B850A41.658.4B7.3%， 92.7%；設(shè)鐵素體和滲碳體的密度相同,鐵素體的含碳量為零， 求A、BA為亞共析鋼，根據(jù)相圖杠桿原理列出方程如下：(0.77-X)/(0.77-0.0218)=41.6%概是 45 鋼的成分范圍。同理 B 試樣為

11、過共析鋼(6.69-X)/(6.69-0.77)=92.7%；X=1.2%，T12了。利用Fe-FeC3相圖說明鐵碳合金的成分、組織和性能的關(guān)系。從相組成物的情況來看，鐵碳合金在室溫下的平衡組織均由鐵素體和滲碳體組成，當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為零時(shí)，合金全部由鐵素體所組成，wc6.69%時(shí)降為零，相反滲碳體則由零增至 100%。3-35 可見，隨碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鐵碳合金的組織變化順序?yàn)椋篎F+FeC F+PPP+ 3 C P+ Fe3 3+LeLeLe+ FeC3 w0.0218%時(shí)的合金組織全部為鐵素體，w=0.77%時(shí)全部為珠光cc=4.3=6.69ccw0.0218%c對鐵碳合金的性能產(chǎn)生很大的影

12、響。切削加工性能170250HBW 時(shí)切削加工性能較好。壓力加工性能鍛造性很差，不允許進(jìn)行壓力加工。鑄造性能Fe-FeC3答：鐵滲碳體相圖的應(yīng)用： 1）在鋼鐵選材方法的應(yīng)用；在鑄造工藝方法的應(yīng)用；在熱鍛、熱軋、熱鍛工藝方法的應(yīng)用 ；滲碳體相圖的局限性 ：只反映平衡相,而非組織；只反映鐵 二元合金中相的平衡；不能用來分析非平衡條件下的問題第五章習(xí)題A、B、C 成分三角形中，標(biāo)出注下列合金的位置：1）=10%，=10%，其余為 A；CC2）=20%，=15%，其余為 A；CC3）=30%，=15%，其余為 A；CC4）=20%，=30%，其余為 A；CC5）=40%，AB1:4；C6）=30%，A

13、B2:3；A解：6）設(shè)合金含 B 組元為 WB，含 C 組元為 WC，則 WB/WC=2/3 WB+WC=1?30% 可求 WB=42%，WC=28%。在成分三角形中標(biāo)注 P（A=70%B=20%C=10%Q A=30%、B=50%、C=20%（A=30%、B=10%、C=60%）5kgP5kgQ10kgN、A、 新B，則有新=(5P+5Q)/(5+5+10)=(570%+530%+10AAA30%)/20=40.0% ;新=(5P+5QA+10NA)/(5+5+10)=(520%+550%+1010%)/20=22.5% ;新=(5P+5QA+10NA)/(5+5+10)=(510%+520

14、%+1060%)/20=37.5%;所以，新合金的成分為：新A=40.0%、新B=22.5%、新C=37.5%。第六習(xí)題屈服載荷/N 屈服載荷/N 角（）角/（）kcoscos6202521841481742735258372.56248.530.5176525.5263466374.882.58.6881052.1321062.9221063.6331063.0881060.1100.2700.3700.4600.391-0.2620.130計(jì)算方法 =scoscos=F/A coscosk4. 試用多晶體的塑性變形過程說明金屬晶粒越細(xì)強(qiáng)度越高、塑性越好的原因是什么？答：由 Hall-Pet

15、ch 公式可知，屈服強(qiáng)度 s 與晶粒直徑平方根的倒數(shù) d2呈線性關(guān)系。 在多晶體中，滑移能否從先塑性變形的v晶粒轉(zhuǎn)移到相鄰晶粒主要取決于在已滑移晶粒晶界附近的位錯(cuò)塞 積起來，從而進(jìn)行協(xié)調(diào)性的多滑移。 由 =n0知，塞積位錯(cuò)數(shù)目 nn樣外加應(yīng)力下，小晶粒需要在較大的外加應(yīng) 力下才能使相鄰晶粒發(fā)答：區(qū)別：滑移：一部分晶體沿滑移面相對于另一部分晶體作切變，切移動的距離不是 孿生方向原子間距的整數(shù)倍；體的位向不 同，成鏡面對稱；其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離。作用：晶體塑性變形過程主要依靠滑移機(jī)制來完成的；孿生對使原來處于不利取向的滑移系轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌挠欣∠?，激發(fā)晶體滑移。7答：關(guān)系：重要意義：1

16、）提高金屬材料的強(qiáng)度； 2）3）提高零件或 構(gòu)件在使用過程中的安全性。金屬材料經(jīng)塑性變形后為什么會保留殘留內(nèi)應(yīng)力？研究這部分殘留內(nèi)應(yīng)力？研究這部分殘留內(nèi)應(yīng)力有什么實(shí)際意義？答 ： 殘 余 內(nèi) 應(yīng) 力 存 在 的 原 因1）塑性變形使金屬工件或材料各部分的變形不均勻，導(dǎo)致宏觀變形不均勻；塑性變形使晶粒或亞晶粒變形不均勻，導(dǎo)致微觀內(nèi)應(yīng)力；部分原子偏離其平衡位置，導(dǎo)致點(diǎn)陣畸變 內(nèi)應(yīng)力。實(shí)際意義：可以控制材料或工件的變形、開裂、應(yīng)力腐蝕；可以利用殘留應(yīng)力提高工件的使用壽命。性材料和塑性材料斷裂過程中的影響。稱為低應(yīng)力斷裂。產(chǎn)生很多碎片，容易導(dǎo)致嚴(yán)重事故。何謂斷裂韌度，它在機(jī)械設(shè)計(jì)中有何作用？是材料的力

17、學(xué)性能指標(biāo)。第七章習(xí)題用冷拔銅絲制成導(dǎo)線，冷拔之后應(yīng)如何處理，為什么？強(qiáng)度和硬度下降，提高其塑性。示意圖。已知W、Fe、Cu3399、15381083其再結(jié)晶溫度。解：T，其中=0.350.4，取 =0.4，則 W、Fe、Cum33990.4=1359.615380.4=615.2 10830.4=433.2說明以下概念的本質(zhì)區(qū)別：一次再結(jié)晶和二次再結(jié)晶；再結(jié)晶時(shí)晶核長大和再結(jié)晶后晶粒長大。解：1）再結(jié)晶：當(dāng)退火溫度足夠高、時(shí)間足夠長時(shí)，在變形金粒不斷長大，直至原來的變形組織完全消失,金屬或合金的性能也發(fā)生顯著變化,這一過程稱為再結(jié)晶。過程的驅(qū)動力也是來自殘存的形種晶粒的不均勻長大就好像在再結(jié)

18、晶后均勻細(xì)小的等軸晶粒中又重分析回復(fù)和再結(jié)晶階段空位與位錯(cuò)的變化及其對性能的影響。度有所降低，但降幅不大。所以力學(xué)性能只有很少恢復(fù)。 密度有所（形硬化狀態(tài)的條件下，降低其內(nèi)應(yīng)力，以免變形或開裂， 保持應(yīng)變硬化狀態(tài)的條件下，降低其內(nèi)應(yīng)力，以免變形或開裂， 并改善工件的耐蝕性。 并改善工件的耐蝕性。再結(jié)晶是一種形核和長大的過程，靠原子的擴(kuò)散進(jìn)行。 冷變形金屬加熱時(shí)組織與性能最顯著的變化就是在再結(jié)晶階段發(fā)生的。特點(diǎn)：12力恢復(fù)到變形前的狀態(tài)3、變形儲能在再結(jié)晶過程中全部釋放。三類應(yīng)力（點(diǎn)陣畸變） 、變形儲能在再結(jié)晶過程中全部釋放。對性能影響： 強(qiáng)度迅速下降， 強(qiáng)度迅速下降，塑性迅速升高。冷變形金屬在

19、加熱過程中性能隨溫度升高而變化， 冷變形金屬在加熱過程中性能隨溫度升高而變化，在再結(jié)晶階段發(fā)生突變。何謂臨界變形度，在工業(yè)生產(chǎn)中有何意義。界變形度何特征，并說明原因。題？運(yùn)動，從而起到細(xì)化晶粒的作用。退火工藝？12或鍛造溫度。 控制熱軋或鍛造溫度 細(xì)化晶粒方法在熱處理過程中： 控制加熱和冷卻工藝參數(shù), 控制加熱和冷卻工藝參數(shù) 利用相變 重結(jié)晶來細(xì)化晶粒。 重結(jié)晶來細(xì)化晶粒。12)控制再結(jié)晶退火溫度和時(shí)間。控制再結(jié)晶退火溫度和第八章習(xí)題何謂擴(kuò)散，固態(tài)擴(kuò)散有哪些種類？答：擴(kuò)散是物質(zhì)中原子（或分子）的遷移現(xiàn)象，是物質(zhì)傳輸?shù)囊环N方式。異擴(kuò)散；根據(jù)擴(kuò)散是否與濃度梯度的方向相同可分為上坡擴(kuò)散和 下坡擴(kuò)散；根據(jù)擴(kuò)散過程是否出現(xiàn)新相可分為原子擴(kuò)散和反應(yīng)擴(kuò) 散。何謂上坡擴(kuò)散和下坡擴(kuò)散?試舉幾個(gè)實(shí)例說明之。碳原子由濃度較低的奧氏體向濃度較高的滲碳體擴(kuò)散，就是上坡擴(kuò) 散。化，例如鑄件的均勻化退火、滲碳等過程都是下坡擴(kuò)散。擴(kuò)散系數(shù)的物理意義是什么?影響因素有哪些？e(-Q/RT)，其物理意義相當(dāng)于濃度梯度為 1 時(shí)的擴(kuò)散0通量，D影響