金屬學與熱處理總結(jié)前七章

本文格式為Word版，下載可任意編輯——金屬學與熱處理總結(jié)前七章金屬學與熱處理總結(jié)

一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

重點內(nèi)容：面心立方、體心立方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、致密度、原子半徑，八面體、周邊體間隙個數(shù)；晶向指數(shù)、晶面指數(shù)的標定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。

基本內(nèi)容：密排六方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、致密度、原子半徑，密排面上原子的堆垛順序、晶胞、晶格、金屬鍵的概念。晶體的特征、晶體中的空間點陣。

晶格類型體心立方面心立方密排六方晶格類型間隙類型間隙個數(shù)原子半徑rA間隙半徑rB晶胞中的原子數(shù)246原子半徑34配位數(shù)81212致密度68%74%74%a24a12afcc(A1)正周邊體正八面體周邊體bcc(A2)扁八面體hcp(A3)周邊體正八面體82a44?2?2?a4123a46?2?3?a4?12a26?3?2?a4?5?3?a46?2a4??2?1a2?晶胞：在晶格中選取一個能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元，用來分析原子排列的規(guī)律性，這個最小的幾何單元稱為晶胞。

金屬鍵：失去外層價電子的正離子與迷漫其間的自由電子的靜電作用而結(jié)合起來，這種結(jié)合方式稱為金屬鍵。

位錯：晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯動的一種特別結(jié)構(gòu)組態(tài)。位錯的柏氏矢量具有的一些特性：

①用位錯的柏氏矢量可以判斷位錯的類型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量與回路起點及回路途徑無關(guān)；③位錯的柏氏矢量個部分均一致。

刃型位錯的柏氏矢量與位錯線垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。晶界具有的一些特性：

①晶界的能量較高，具有自發(fā)長大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢；②原子在晶界上的擴散速度高于晶內(nèi)，熔點較低；③相變時新相優(yōu)先在晶界出形核；④晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蝕和氧化；⑥常溫下晶界可以阻止位錯的運動，提高材料的強度。

二、純金屬的結(jié)晶

重點內(nèi)容：均勻形核時過冷度與臨界晶核半徑、臨界形核功之間的關(guān)系；細化晶粒的方法，鑄錠三晶區(qū)的形成機制。

基本內(nèi)容：結(jié)晶過程、阻力、動力，過冷度、變質(zhì)處理的概念。鑄錠的缺陷；結(jié)晶的熱

力學條件和結(jié)構(gòu)條件，非均勻形核的臨界晶核半徑、臨界形核功。

相起伏：液態(tài)金屬中，時聚時散，起伏不定，不斷變化著的近程規(guī)則排列的原子集團。過冷度：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差稱為過冷度。

變質(zhì)處理：在澆鑄前往液態(tài)金屬中參與形核劑，促使形成大量的非均勻晶核，以細化晶粒的方法。

過冷度與液態(tài)金屬結(jié)晶的關(guān)系：液態(tài)金屬結(jié)晶的過程是形核與晶核的長大過程。從熱力學的角度上看，沒有過冷度結(jié)晶就沒有趨動力。根據(jù)Rk?1?T可知當過冷度?T為零時臨界晶核半徑Rk為無窮大，臨界形核功（?G?1?T2）也為無窮大。臨界晶核半徑Rk與

臨界形核功為無窮大時，無法形核，所以液態(tài)金屬不能結(jié)晶。晶體的長大也需要過冷度，所以液態(tài)金屬結(jié)晶需要過冷度。

細化晶粒的方法：增加過冷度、變質(zhì)處理、振動與攪拌。

鑄錠三個晶區(qū)的形成機理：表面細晶區(qū)：當高溫液體倒入鑄模后，結(jié)晶先從模壁開始，靠近模壁一層的液體產(chǎn)生極大的過冷，加上模壁可以作為非均質(zhì)形核的基底，因此在此薄層中馬上形成大量的晶核，并同時向各個方向生長，形成表面細晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：在表面細晶區(qū)形成的同時，鑄模溫度迅速升高，液態(tài)金屬冷卻速度減慢，結(jié)晶前沿過冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散熱最快，因而晶體沿相反方向生長成柱狀晶。中心等軸晶區(qū)：隨著柱狀晶的生長，中心部位的液體實際溫度分布區(qū)域平緩，由于溶質(zhì)原子的重新分派，在固液界面前沿出現(xiàn)成分過冷，成分過冷區(qū)的擴大，促使新的晶核形成長大形成等軸晶。由于液體的滾動使表面層細晶一部分卷入液體之中或柱狀晶的枝晶被沖刷脫落而進入前沿的液體中作為非自發(fā)生核的籽晶。

三、二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶重點內(nèi)容：杠桿定律、相律及應用。

基本內(nèi)容：相、勻晶、共晶、包晶相圖的結(jié)晶過程及不同成分合金在室溫下的顯微組織。合金、成分過冷；非平衡結(jié)晶及枝晶偏析的基本概念。

相律：f=c–p+1其中，f為自由度數(shù)，c為組元數(shù)，p為相數(shù)。

偽共晶：在不平衡結(jié)晶條件下，成分在共晶點附近的亞共晶或過共晶合金也可能得到全部共晶組織，這種共晶組織稱為偽共晶。

合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)、或用其它方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。

合金相：在合金中，通過組成元素（組元）原子間的相互作用，形成具有一致晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，并以明確界面分開的成分均一組成部分稱為合金相。

四、鐵碳合金

重點內(nèi)容：鐵碳合金的結(jié)晶過程及室溫下的平衡組織，組織組成物及相組成物的計算。

基本內(nèi)容：鐵素體與奧氏體、二次滲碳體與共析滲碳體的異同點、三個恒溫轉(zhuǎn)變。鋼的含碳量對平衡組織及性能的影響；二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體相對量的計算；五種滲碳體的來源及形態(tài)。

奧氏體與鐵素體的異同點：

一致點：都是鐵與碳形成的間隙固溶體；強度硬度低，塑性韌性高。

不同點：鐵素體為體心結(jié)構(gòu)，奧氏體面心結(jié)構(gòu)；鐵素體最高含碳量為0.0218%，奧氏體最高含碳量為2.11%，鐵素體是由奧氏體直接轉(zhuǎn)變或由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變得到，奧氏體是由包晶或由液相直接析出的；存在的溫度區(qū)間不同。

二次滲碳體與共析滲碳體的異同點。

一致點：都是滲碳體，成份、結(jié)構(gòu)、性能都一致。

不同點：來源不同，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉(zhuǎn)變得到的；形態(tài)不同二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳體成片狀；對性能的影響不同，片狀的加強基體，提高強度，網(wǎng)狀降低強度。

成分、組織與機械性能之間的關(guān)系：如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為F＋P，F(xiàn)的強度低，塑性、韌性好，與F相比P強度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增加，F(xiàn)量減少，P量增加（組織組成物的相對量可用杠桿定律計算）。所以對于亞共析鋼，隨含碳量的增加，強度硬度升高，而塑性、韌性下降

五、三元合金相圖

重點內(nèi)容：固態(tài)下無溶解度三元共晶相圖投影圖中不同區(qū)、線的結(jié)晶過程、室溫組織?；緝?nèi)容：固態(tài)下無溶解度三元共晶相圖投影圖中任意點的組織并計算其相對量。三元合金相圖的成分表示法；直線法則、杠桿定律、重心法則。六、金屬及合金的塑性變形與斷裂

重點內(nèi)容：體心與面心結(jié)構(gòu)的滑移系；金屬塑性變形后的組織與性能。

基本內(nèi)容：固溶體加強機理與加強規(guī)律、其次相的加強機理?；魻枴淦骊P(guān)系式；單晶體塑性變形的方式、滑移的本質(zhì)。

塑性變形的方式：以滑移和孿晶為主。

滑移：晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對另一部分作相對的滑動?；频谋举|(zhì)是位錯的移動。

體心結(jié)構(gòu)的滑移系個數(shù)為12，滑移面：{110}，方向。面心結(jié)構(gòu)的滑移系個數(shù)為12，滑移面：{111}，方向。

金屬塑性變形后的組織與性能：顯微組織出現(xiàn)纖維組織，雜質(zhì)沿變形方向拉長為細帶狀或粉碎成鏈狀，光學顯微鏡分辯不清晶粒和雜質(zhì)。亞結(jié)構(gòu)細化，出現(xiàn)形變織構(gòu)。性能：材料的強度、硬度升高，塑性、韌性下降；比電阻增加，導電系數(shù)和電阻溫度系數(shù)下降，抗腐蝕能力降低等。

七、金屬及合金的回復與再結(jié)晶

重點內(nèi)容：金屬的熱加工的作用；變形金屬加熱時顯微組織的變化、性能的變化，儲存能的變化。

基本內(nèi)容：回復、再結(jié)的概念、變形金屬加熱時儲存能的變化。再結(jié)晶后的晶粒尺寸；影響再結(jié)晶的主要因素性能的變化規(guī)律。

變形金屬加熱時顯微組織的變化、性能的變化：隨溫度的升高，金屬的硬度和強度下降，塑性和韌性提高。電阻率不斷下降，密度升高。金屬的抗腐蝕能力提高，內(nèi)應力下降。

再結(jié)晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在原來的變形組織中重新產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化，并恢復到完全軟化狀態(tài)，這個過程稱之為再結(jié)晶。

熱加工的主要作用（或目的）是：①把鋼材加工成所需要的各種形狀，如棒材、板材、線材等；②能明顯的改善鑄錠中的組織缺陷，如氣泡焊合，縮松落實，使金屬材料的致密度增加；③使粗大的柱狀晶變細，合金鋼中大塊狀碳化物初晶打碎并使其均勻分布；④減輕或消除成分偏析，均勻化學成分等。使材料的性能得到明顯的改善。

影響再結(jié)晶的主要因素：①再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時間一定時），再結(jié)晶后的晶粒越粗大；②冷變形量：一般冷變形量越大，完成再結(jié)晶的溫度越低，變形量達到一定程度后，完成再結(jié)晶的溫度趨于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越細，再結(jié)晶晶粒也越細；④微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子，一般均起細化晶粒的作用；⑤其次相粒子，粗大的其次相粒子有利于再結(jié)晶，彌散分布的細小的其次相粒子不利于再結(jié)晶；⑥形變溫度，形變溫度越高，再結(jié)晶溫度越高，晶粒粗化；⑦加熱速度，加熱速度過快或過慢，都可能使再結(jié)晶溫度升高。

塑性變形后的金屬隨加熱溫度的升高會發(fā)生的一些變化：

顯微組織經(jīng)過回復、再結(jié)晶、晶粒長大三個階段由破碎的或纖維組織轉(zhuǎn)變成等軸晶粒，亞晶尺寸增大；儲存能降低，內(nèi)應力松弛或被消除；各種結(jié)構(gòu)缺陷減少；強度、硬度降低，塑性、韌度提高；電阻下降，應力腐蝕傾向顯著減小。

1．解釋以下名詞金屬的力學性能，彈性極限，載荷，應力，強度，硬度，塑性。

答：金屬的力學性能：是指金屬在外力作用下所表現(xiàn)出來的性能。

彈性極限：是指金屬材料在外力作用下，只發(fā)生彈性變形而不發(fā)生塑性變時所能承受的最大應力。

載荷：是指金屬材料在加工及使用過程中所受到的各種外力。其符號用F表示。應力：指單位面積上的內(nèi)應力。

強度：是指金屬材料抗爭塑性變形或斷裂的能力，是工程技術(shù)上重要的力學性能指標。

硬度：材料抗爭局部變形特別是塑性變性壓痕或劃痕的能力。

塑性：是金屬材料斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。

2、什么是金屬的疲乏？簡述疲乏斷裂的特點。

答：金屬材料在受到交變應力或重復循環(huán)應力時往往在工作應力小于屈服強

度的狀況下突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲乏。

疲乏斷裂的特點：由于疲乏的應力比屈服強度低，所以不管是韌性材料還是脆性材料，在疲乏斷裂前，均沒有明顯的塑性變形，它是在長期累積損傷過程中，經(jīng)裂紋萌生和緩慢擴展到臨界尺寸時突然發(fā)生的。由于斷裂前沒有明顯的預兆，故疲乏斷裂危險性極大。宏觀斷口一般可明顯地分為三個區(qū)域，即疲乏源，疲乏裂紋擴展區(qū)和瞬休止裂區(qū)。疲乏源多在機件的表面處。

其次章金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1．解釋以下名詞

點缺陷，線缺陷，面缺陷，晶體，晶格，晶胞，單晶體，晶粒，晶界，合金，組亓，相，固溶體，金屬化合物。

答：點缺陷：原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間三個方向尺寸都很小，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)域在空間一個方向上的尺寸很大，而在其余兩個方向上

的尺寸很小。如位錯。

面缺陷：原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間兩個方向上的尺寸很大，而另一方向

上的尺寸很小。如晶界和亞晶界。

晶體：是指組成物質(zhì)的原子或分子在空間排列是有規(guī)則、有序排列的物體。晶格：把點陣中的結(jié)點假想用一系列平行直線連接起來構(gòu)成空間格架稱為晶格。

晶胞：構(gòu)成晶格的最基本單元。

單晶體：假使一塊晶體，其內(nèi)部的晶格位向完全一致，則稱這塊晶體為單晶體。

晶粒：多晶體中的每個外形不規(guī)則的、呈顆粒狀的小晶體稱為晶粒。晶界：晶粒與晶粒之間的分界限稱為晶界。

稱為先共析滲碳體，所以共析轉(zhuǎn)變終止時的組織為先共析二次滲碳體和珠光體，忽略Fe3CⅢ。

室溫組織為二次滲碳體和珠光體。

10．指出以下名詞的主要區(qū)別：

1）一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體；答：一次滲碳體：由液相中直接析出來的滲碳體稱為一次滲碳體。

二次滲碳體：從A中析出的Fe3C稱為二次滲碳體。三次滲碳體：從F中析出的Fe3C稱為三次滲碳體Fe3CⅢ。

共晶滲碳體：經(jīng)共晶反應生成的滲碳體即萊氏體中的滲碳體稱為共晶滲碳

體。

共析滲碳體：經(jīng)共析反應生成的滲碳體即珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳

體。

2）熱脆與冷脆。

答：熱脆：S在鋼中以FeS形成存在，F(xiàn)eS會與Fe形成低熔點共晶，當鋼材在

1000℃~1200℃壓力加工時，會沿著這些低熔點共晶體的邊界開裂，鋼材將變得極脆，這種脆性現(xiàn)象稱為熱脆。

冷脆：P使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度有所

升高，使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為“冷脆〞。

11．根據(jù)Fe-Fe3C相圖，計算：

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；3）鐵碳合金中，二次滲碳體和三次滲碳體的最大百分含量。答：1）Wp=(0.6-0.02)/(0.8-0.02)*100%=74%Wα=1-74%=26%

2）Wp=(2.14-1.2)/(2.14-0.8)*100%=70%WFe3CⅡ=1-70%=30%3）WFe3CⅡ=(2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23%WFe3CⅢ=0.02/6.69*100%=33%

12．對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織的相組成物為鐵素體+滲碳體（粒狀），其中滲碳體占18%，問此碳鋼的含碳量大約是多少？

答：WFe3CⅡ=18%=(WC-0.02)/(6.69-0.02)*100%WC=1.22%

13．對某退火碳素鋼進行金相分析，其組織為珠光體+滲碳體（網(wǎng)狀），其中珠光體占93%，問此碳鋼的含碳量大約為多少？

答：Wp=93%=(2.14-WC)/(2.14-0.8)*100%=70%WC=0.89%14．根據(jù)Fe-Fe3C相圖，說明產(chǎn)生以下現(xiàn)象的原因：1）含碳量為1.0%的鋼比含碳量為0.5%的鋼硬度高；

答：鋼中隨著含碳量的增加，滲碳體的含量增加，滲碳體是硬脆相，因此含碳量

為1.0%的鋼比含碳量為0.5%的鋼硬度高。

2）在室溫下，含碳0.8%的鋼其強度比含碳1.2%的鋼高；

答：由于在鋼中當含碳量超過1.0%時，所析出的二次滲碳體在晶界形成連續(xù)的

網(wǎng)絡狀，使鋼的脆性增加，導致強度下降。因此含碳0.8%的鋼其強度比含碳1.2%的鋼高。

3）在1100℃，含碳0.4%的鋼能進行鍛造，含碳4.0%的生鐵不能鍛造；答：在1100℃時，含碳0.4%的鋼的組織為奧氏體，奧氏體的塑性很好，因此

適合于鍛造；含碳4.0%的生鐵的組織中含有大量的滲碳體，滲碳體的硬度很高，不適合于鍛造。

4）綁軋物件一般用鐵絲（鍍鋅低碳鋼絲），而起重機吊重物卻用鋼絲繩（用60、65、70、75等鋼制成）；

答：綁軋物件的性能要求有很好的韌性，因此選用低碳鋼有很好的塑韌性，鍍鋅

低碳鋼絲；而起重機吊重物用鋼絲繩除要求有一定的強度，還要有很高的彈性極限，而60、65、70、75鋼有高的強度和高的彈性極限。這樣在吊重物時不會斷裂。

5）鉗工鋸T8，T10,T12等鋼料時比鋸10,20鋼吃力，鋸條簡單磨鈍；答：T8，T10,T12屬于碳素工具鋼，含碳量為0.8%，1.0%，1.2%，因而鋼中滲

碳體含量高，鋼的硬度較高；而10,20鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬于低碳鋼，鋼的硬度較低，因此鉗工鋸T8，T10,T12等鋼料時比鋸10,20鋼吃力，鋸條簡單磨鈍。

6）鋼適合于通過壓力加工成形，而鑄鐵適合于通過鑄造成形。

答：由于鋼的含碳量范圍在0.02%~2.14%之間，滲碳體含量較少，鐵素體含量較

多，而鐵素體有較好的塑韌性，因而鋼適合于壓力加工；而鑄鐵組織中含有大量以滲碳體為基體的萊氏體，滲碳體是硬脆相，因而鑄鐵適合于通過鑄造成形。

15.鋼中常存雜質(zhì)有哪些？對鋼的性能有何影響？答：鋼中常存雜質(zhì)有Si、Mn、S、P等。

Mn：大部分溶于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體加強：另一部分

Mn溶于Fe3C中，形成合金滲碳體，這都使鋼的強度提高，Mn與S化合成MnS，能減輕S的有害作用。當Mn含量不多，在碳鋼中僅作為少量雜質(zhì)存在時，它對鋼的性能影響并不明顯。

Si：Si與Mn一樣能溶于鐵素體中，使鐵素體加強，從而使鋼的強度、硬度、

彈性提高，而塑性、韌性降低。當Si含量不多，在碳鋼中僅作為少量夾雜存在時，它對鋼的性能影響并不顯著。

S：硫不溶于鐵，而以FeS形成存在，F(xiàn)eS會與Fe形成共晶，并分布于奧氏

體的晶界上，當鋼材在1000℃~1200℃壓力加工時，由于FeS-Fe共晶（熔點只有989℃）已經(jīng)熔化，并使晶粒脫開，鋼材將變得極脆。

P：磷在鋼中全部溶于鐵素體中，雖可使鐵素體的強度、硬度有所提高，但

卻使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低，并使鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度有所升高，使鋼變脆。

16.試述碳鋼的分類及牌號的表示方法。答：分類：1）按含碳量分類

低碳鋼：含碳量小于或等于0.25%的鋼，0.01~0.25%C≤0.25%C中碳鋼：含碳量為0.30~0.55%的鋼0.25~0.6%C

高碳鋼：含碳量大于0.6%的鋼0.6~1.3%C＞0.6%C（2）按質(zhì)量分類：即含有雜質(zhì)元素S、P的多少分類：普通碳素鋼：S≤0.055%P≤0.045%優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S、P≤0.035~0.040%

高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S≤0.02~0.03%；P≤0.03~0.035%（3）按用途分類

碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種工程構(gòu)件，如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等，及機

器零件，如齒輪、軸、連桿、螺釘、螺母等。

碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具、模具等，一般為高碳鋼，在質(zhì)量

上都是優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。

牌號的表示方法：（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：

用Q+數(shù)字表示，“Q〞為屈服點，“屈〞漢語拼音，數(shù)字表示屈服點數(shù)值。若牌號后面標注字母A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級不同，A、B、C、D質(zhì)量依次提高，“F〞表示沸騰鋼，“b〞為半鎮(zhèn)靜鋼，不標“F〞和“b〞的為鎮(zhèn)靜鋼。

（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：

牌號是采用兩位數(shù)字表示的，表示鋼中平均含碳量的萬分之幾。若鋼中含錳量較高，須將錳元素標出，（3）碳素工具鋼：

這類鋼的牌號是用“碳〞或“T〞字后附數(shù)字表示。數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千分之幾。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼號最終附以“A〞字。17.低碳鋼、中碳鋼及高碳鋼是如何根據(jù)含碳量劃分的？分別舉例說明他們的用途？

答：低碳鋼：含碳量小于或等于0.25%的鋼；08、10、鋼，塑性、韌性好，具有

優(yōu)良的冷成型性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車和拖拉機上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機駕駛室等；15、20、25鋼用于制作尺寸較小、負荷較輕、表面要求耐磨、心部強度要求不高的滲碳零件，如活塞鋼、樣板等。

中碳鋼：含碳量為0.30~0.55%的鋼；30、35、40、45、50鋼經(jīng)熱處理（淬

火+高溫回火）后具有良好的綜合機械性能，即具有較高的強度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件；

高碳鋼：含碳量大于0.6%的鋼；60、65鋼熱處理（淬火+高溫回火）后具

有高的彈性極限，常用作彈簧。T7、T8、用于制造要求較高韌性、承受沖擊負荷的工具，如小型沖頭、鑿子、錘子等。T9、T10、T11、用于制造要求中韌性的工具，如鉆頭、絲錐、車刀、沖模、拉絲模、鋸條。T12、T13、鋼具有高硬度、高耐磨性，但韌性低，用于制造

不受沖擊的工具如量規(guī)、塞規(guī)、樣板、銼刀、刮刀、精車刀等。

18．以下零件或工具用何種碳鋼制造：手鋸鋸條、普通螺釘、車床主軸。答：手鋸鋸條：它要求有較高的硬度和耐磨性，因此用碳素工具鋼制造，如T9、

T9A、T10、T10A、T11、T11A。

普通螺釘：它要保證有一定的機械性能，用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼制造，如Q195、

Q215、Q235。

車床主軸：它要求有較高的綜合機械性能，用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，如30、35、

40、45、50。

19.指出以下各種鋼的類別、符號、數(shù)字的含義、主要特點及用途：

Q235-AF、Q235-C、Q195-B、Q255-D、40、45、08、20、20R、20G、T8、T10A、T12A

答：Q235-AF：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼。

Q235-C:屈服強度為235MPa的C級普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，Q195-B:屈服強度為195MPa的B級普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，Q255-D:屈服強度為255MPa的D級普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，

Q195、Q235含碳量低，有一定強度，常扎制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等，用于橋梁、建筑等鋼結(jié)構(gòu)，也可制造普通的鉚釘、螺釘、螺母、墊圈、地腳螺栓、軸套、銷軸等等，Q255鋼強度較高，塑性、韌性較好，可進行焊接。尋常扎制成型鋼、條鋼和鋼板作結(jié)構(gòu)件以及制造連桿、鍵、銷、簡單機械上的齒輪、軸節(jié)等。

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。

40、45鋼經(jīng)熱處理（淬火+高溫回火）后具有良好的綜合機械性能，即具有較高的強度和較高的塑性、韌性，用于制作軸類零件。

08：含碳量為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。塑性、韌性好，具有優(yōu)良的冷成型

性能和焊接性能，常冷軋成薄板，用于制作儀表外殼、汽車和拖拉機上的冷沖壓件，如汽車車身，拖拉機駕駛室等。

20：含碳量為0.2%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。用于制作尺寸較小、負荷較輕、表

為ΔGk=V/2△Gv

證明：由均勻形核體系自由能的變化

（1）

可知，形成半徑為rk的球狀臨界晶粒，自由度變化為

（2）

對（2）進行微分處理，有

(3)

將（3）帶入（1），有

（4）

由于

，即3V=rkS（5）

將（5）帶入（4）中，則有

2.假使臨界晶核是邊長為a的正方形，試求其△Gk和a的關(guān)系。為什么形成立方晶核的△Gk比球形晶核要大？

3.為什么金屬結(jié)晶時一定要有過冷度，影響過冷度的因素是什么，固態(tài)金屬溶化時是否會出現(xiàn)過熱，為什么？

答：由熱力學可知，在某種條件下，結(jié)晶能否發(fā)生，取決于固相的自由度是否低于液相的自由度，即?G=GS-GL純金屬凝固時，要獲得樹枝狀晶體，必需在負的溫度梯度下；在正的溫度梯度下，只能以平面狀長大。而固溶體實際凝固時，往往會產(chǎn)生成分過冷，當成分過冷區(qū)足夠大時，固溶體就會以樹枝狀長大。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？

合金平衡相圖是研究合金的工具，是研究合金中成分、溫度、組織和性能之間關(guān)系的理論基礎，也是制定各種熱加工工藝的依據(jù)。其中二元合金相圖表示二元合金相圖表示在平衡狀態(tài)下，合金的組成相或組織狀態(tài)與溫度、成分、壓力之間關(guān)系的簡明圖解。平衡狀態(tài)：合金的成分、質(zhì)量份數(shù)不再隨時間而變化的一種狀態(tài)。合金的極緩慢冷卻可近似認為是平衡狀態(tài)。

三元合金相圖是指獨立組分數(shù)為3的體系，該體系最多可能有四個自由度，即溫度、壓力和兩個濃度項，用三維空間的立體模型已不足以表示這種相圖。若維持壓力不變，則自由度最多等于3，其相圖可用立體模型表示。若壓力、溫度同時固定，則自由度最多為2，可用平面圖來表示。尋常在平面圖上用等邊三角形(有時也有用直角坐標表示的)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)晶時晶體長大方式和鑄錠組織有何影響？

在固溶體合金凝固時，在正的溫度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所區(qū)別，導致固液界面前沿的熔體的溫度低于實際液相線溫度，從而產(chǎn)生的過冷稱為成分過冷。

這種過冷完全是由于界面前沿液相中的成分區(qū)別所引起的。溫度梯度增大，成分過冷減小。成分過冷必需具備兩個條件：第一是固~液界面前沿溶質(zhì)的富集而引起成分再分派；其次是固~液界面前方液相的實際溫度分布，或溫度分布梯度必需達到一定的值。對合金而言，其凝固過程同時伴隨著溶質(zhì)再分派，液體的成分始終處于變化當中，液體中的溶質(zhì)成分的重新分派改變了相應的固液平衡溫度，這種關(guān)系有合金的平衡相圖所規(guī)定。利用“成分過冷〞判斷合金微觀的生長過程。

第四章習題

1.分析分析ωc=0.2%,wc=0.6%,wc=1.2%的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻到室溫的轉(zhuǎn)變過程。

ωc=0.2%:LL+δδ→γ(1495度)γ+Lγα+γγ→α(727度)α+Fe3C;(γ=A,α=F;下同)

ωc=0.6%:Lγ+Lγα+γ