機(jī)械工程材料課后習(xí)題參考答案-2

1、機(jī)械工程材料課后習(xí)題參考答案機(jī)械工程材料考慮題參考答案第一章金屬的晶體構(gòu)造與結(jié)晶1解釋下列名詞點(diǎn)缺陷，線缺陷，面缺陷，亞晶粒，亞晶界，刃型位錯(cuò)，單晶體，多晶體，過(guò)冷度，自發(fā)形核，非自發(fā)形核，變質(zhì)處理，變質(zhì)劑。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。亞晶粒：在多晶體的每一個(gè)晶粒，晶格位向也并非完全一致，而是存在著很多尺寸很小、位向差很小的小晶塊，它們互相鑲嵌而

2、成晶粒，稱亞晶粒。亞晶界：兩相鄰亞晶粒間的邊界稱為亞晶界。刃型位錯(cuò)：位錯(cuò)可以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?；撇糠峙c未滑移部分的交界限即為位錯(cuò)線。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“刃型位錯(cuò)。單晶體：假如一塊晶體，其部的晶格位向完全一致，則稱這塊晶體為單晶體。多晶體：由多種晶粒組成的晶體構(gòu)造稱為“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)則排列的結(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外表所構(gòu)成的晶核。變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，

3、特意參加某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量能夠成為非自發(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，進(jìn)而提高了形核率，細(xì)化晶粒，這種處理方法即為變質(zhì)處理。變質(zhì)劑：在澆注前所參加的難熔雜質(zhì)稱為變質(zhì)劑。2.常見(jiàn)的金屬晶體構(gòu)造有哪幾種？-Fe、-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各屬何種晶體構(gòu)造？答：常見(jiàn)金屬晶體構(gòu)造：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；Fe、Cr、V屬于體心立方晶格；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)和致密度能夠用來(lái)講明哪些問(wèn)題？答：用來(lái)講明晶體中原子排列的嚴(yán)密程度。晶體中配位數(shù)和致密度越大，則晶體中原子排列越嚴(yán)密。4

4、.晶面指數(shù)和晶向指數(shù)有什么不同？uvw；晶面是指晶答：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。格中不同方位上的原子面，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。因而，無(wú)論點(diǎn)缺陷，線缺陷和面缺陷都會(huì)造成晶格崎變，進(jìn)而使晶體強(qiáng)度增加。同時(shí)晶體缺陷的存在還會(huì)增加金屬的電阻，降低金屬的抗腐蝕性能。6.為何單晶體具有各向異性，而多晶體在一般情況下不顯示出各向異性？答：由于單晶體各個(gè)方

5、向上原子排列密度不同，造成原子間結(jié)合力不同，因此表現(xiàn)出各向異性；而多晶體是由很多個(gè)單晶體所組成，它在各個(gè)方向上的力互相抵消平衡，因此表現(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)晶經(jīng)過(guò)有何影響？對(duì)鑄件晶粒大小有何影響？答：冷卻速度越大，則過(guò)冷度也越大。隨著冷卻速度的增大，則晶體形核率和長(zhǎng)大速度都加快，加速結(jié)晶經(jīng)過(guò)的進(jìn)行，但當(dāng)冷速到達(dá)一定值以后則結(jié)晶經(jīng)過(guò)將減慢，由于這時(shí)原子的擴(kuò)散能力減弱。過(guò)冷度增大，F(xiàn)大，結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力大，形核率和長(zhǎng)大速度都大，且N的增加比G增加得快，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)晶的基本規(guī)律是什么？晶核的構(gòu)成率和成長(zhǎng)率

6、遭到哪些因素的影響？答：金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是形核和核長(zhǎng)大。遭到過(guò)冷度的影響，隨著過(guò)冷度的增大，晶核的構(gòu)成率和成長(zhǎng)率都增大，但構(gòu)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)和攪拌的方法也會(huì)增大形核率。9.在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大?。吭谏a(chǎn)中怎樣應(yīng)用變質(zhì)處理？答：采用的方法：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方法來(lái)控制晶粒大小。變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意參加某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量能夠成為非自發(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，進(jìn)而提高了形核率，細(xì)化晶粒。機(jī)械振動(dòng)、攪拌。第二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

7、工、冷加工。答：加工硬化：隨著塑性變形的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度迅速增加；塑性、韌性迅速下降的現(xiàn)象?；貜?fù)：為了消除金屬的加工硬化現(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)金屬的晶粒大小和形狀沒(méi)有明顯的變化，只是在晶發(fā)生點(diǎn)缺陷的消失以及位錯(cuò)的遷移等變化，因而，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，使晶粒的外形開(kāi)場(chǎng)變化。從破碎拉長(zhǎng)的晶粒變成新的等軸晶粒。和變形前的晶粒形狀類似，晶格類型一樣，把這一階段稱為“再結(jié)晶。熱加工：將金

8、屬加熱到再結(jié)晶溫度以上一定溫度進(jìn)行壓力加工。冷加工：在再結(jié)晶溫度下面進(jìn)行的壓力加工。2產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊？答：隨著變形的增加，晶粒逐步被拉長(zhǎng)，直至破碎，這樣使各晶粒都破碎成細(xì)碎的亞晶粒，變形愈大，晶粒破碎的程度愈大，這樣使位錯(cuò)密度顯著增加；同時(shí)細(xì)碎的亞晶粒也隨著晶粒的拉長(zhǎng)而被拉長(zhǎng)。因而，隨著變形量的增加，由于晶粒破碎和位錯(cuò)密度的增加，金屬的塑性變形抗力將迅速增大，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。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，如鋼板在冷軋經(jīng)過(guò)中會(huì)越軋?jiān)接?，以致最后軋不?dòng)。另一方面人們能夠利用加工硬化現(xiàn)象，來(lái)提高

9、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，由于發(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)模孔的部分，這樣鋼絲才能夠繼續(xù)通過(guò)?？锥尚巍?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)晶溫度下面進(jìn)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)晶所消除。4與冷加工比擬，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，進(jìn)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碎，進(jìn)而使晶粒細(xì)

10、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)生改變，使它們沿著變形的方向細(xì)碎拉長(zhǎng)，構(gòu)成熱壓力加工“纖維組織流線，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，盡量使流線與零件工作時(shí)承受的最大拉應(yīng)力方向一致，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為何細(xì)晶粒鋼強(qiáng)度高，塑性，韌性也好？答：晶界是阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的，而各晶粒位向不同，相互約束，也阻礙晶粒的變形。因而，金屬的晶粒愈細(xì)，其晶界總面積愈大，每個(gè)晶粒周圍不同取向的晶粒數(shù)便愈多，對(duì)塑性變形的抗力也愈大。因而，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

11、形量便可分散在更多的晶粒中發(fā)生，產(chǎn)生較均勻的變形，而不致造成局部的應(yīng)力集中，引起裂紋的過(guò)早產(chǎn)生和發(fā)展。因而，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：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；晶粒破碎，位錯(cuò)密度增加，產(chǎn)生加工硬化，即隨著變形量的增加，強(qiáng)度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降；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)被破碎拉長(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一致，產(chǎn)生織構(gòu)現(xiàn)象；冷壓力加工經(jīng)過(guò)中由于材料各部分的變形不均勻或晶粒各部分和各晶粒間的變形不均勻，金屬

12、部會(huì)構(gòu)成殘余的應(yīng)力，這在一般情況下都是不利的，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：隨著塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)密度不斷增加，因而位錯(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，引起變形抗力的增加。這樣，金屬的塑性變形就變得困難，要繼續(xù)變形就必須增大外力，因而提高了金屬的強(qiáng)度。8已知金屬鎢、鐵、鉛、錫的熔點(diǎn)分別為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+273-27

13、3=451.4;鉛T再=0.4*327+273-273=-33;錫T再=0.4*232+273-273=-71.由于鎢T再為1188.21100，因而屬于熱加工；鐵T再為451.41100，因而屬于冷加工；鉛T再為-3320，屬于冷加工；錫T再為-7120，屬于冷加工。9在制造齒輪時(shí)，有時(shí)采用噴丸法即將金屬丸噴射到零件外表上使齒面得以強(qiáng)化。試分析強(qiáng)化原因。答：高速金屬丸噴射到零件外表上，使工件外表層產(chǎn)生塑性變形，構(gòu)成一定厚度的加工硬化層，使齒面的強(qiáng)度、硬度升高。第三章合金的構(gòu)造與二元狀態(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

14、強(qiáng)化。答：合金：通過(guò)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)合在一起所構(gòu)成的具有金屬特性的新物質(zhì)，稱為合金。組元：組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。相：在金屬或合金中，凡成分一樣、構(gòu)造一樣并與其它部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分，均稱之為相。相圖：用來(lái)表示合金系中各個(gè)合金的結(jié)晶經(jīng)過(guò)的簡(jiǎn)明圖解稱為相圖。固溶體：合金的組元之間以不同的比例混合，混合后構(gòu)成的固相的晶格構(gòu)造與組成合金的某一組元的一樣，這種相稱為固溶體。金屬間化合物：合金的組元間發(fā)生互相作用構(gòu)成的一種具有金屬性質(zhì)的新相，稱為金屬間化合物。它的晶體構(gòu)造不同于任一組元，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，稱機(jī)械混合物。枝晶偏