工程材料课后答案精编版

P251.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；23.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？答：晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，晶体缺陷会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。5.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：①冷却速度越大，则过冷度也越大。②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。③过冷度增大，提高了N（形核率）与G（长大速度）的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。7.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？答：①增大过冷度②变质处理③机械振动、搅拌。P391.解释下列名词：合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，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：组成合金的最基本的、独立的物质称为组元。相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，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：在一种金属元素的晶格中，溶入另一种或多种元素所形成的均匀的相。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。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别所引起的。如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大，则在缓慢冷却条件下凝固时，先共晶相便会在液体中上浮或下沉，从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致，产生比重偏析。固溶强化：通过形成固溶体使材料的强度、硬度升高的现象。弥散强化：在固溶体的基体上均匀弥散分布着一些颗粒细小的金属化合物，从而提高材料强度、硬度的现象。2．指出下列名词的主要区别：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部分原子而组成的固溶体间隙固溶体：溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体2）相组成物与组织组成物；相组成物：合金的基本组成相。组织组成物：合金显微组织中的独立组成部分。P611.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、组织形态、性能等各有何特点？答：铁素体（F）：铁素体是碳在Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格。由于碳在Fe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。它在钢中一般呈块状或片状。奥氏体（A）：奥氏体是碳在γ-Fe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γ-Fe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存在于晶界。在莱氏体中为连续的基体，有时呈鱼骨状。珠光体（P）：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。铁素体和渗碳体呈层片状。珠光体有较高的强度和硬度，但塑性较差。莱氏体（Le）：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。2.画出Fe-Fe3C相图，指出图中S、C、E、P、N、G及GS、SE、PQ、PSK各点、线的意义，并标出各相区的相组成物和组织组成物。答:A(1538℃)G(912℃)Q(600℃或室温)D(1227℃)F(1148℃)K(727℃)CESPT/℃Wc/%FeFe3C0.02180.772.114.36.69LL+AAFF+AA+Fe3CⅡP+Fe3CⅡPP+FF+Fe3CⅢA+Fe3CⅠA+Fe3CⅡ+LeP+Fe3CⅡ+Le′Le′LeLe+Fe3CⅠLe′+Fe3CⅠC：共晶点1148℃4.30%C，在这一点上发生共晶转变，反应式：CFeALcE3，当冷到1148℃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——莱氏体E：碳在Fe中的最大溶解度点1148℃2.11%CG：FeFe同素异构转变点（A3）912℃0%CH：碳在Fe中的最大溶解度为1495℃0.09%CJ：包晶转变点1495℃0.17%C在这一点上发生包晶转变，反应式：JHBAL当冷却到1495℃时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相δ反应生成具有J点成分的固相A。N：FeFe同素异构转变点（A4）1394℃0%CP：碳在Fe中的最大溶解度点0.0218%C727℃S：共析点727℃0.77%C在这一点上发生共析转变，反应式：cFeFAps3，当冷却到727℃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——珠光体ES线：碳在奥氏体中的溶解度曲线。GS与GP线：都是奥氏体与铁素体的相互转变线,加热转变时，GP线是铁素体向奥氏体转变的开始线，GS线是终了线；冷却转变时，GS线是奥氏体向铁素体转变的开始线，GP线是终了线。PQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线。PSK线：共析转变线，在这条线上发生共析转变CFeFAPS3，产物（P）珠光体，含碳量在0.0218%～6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生。3.简述Fe-Fe3C相图中三个基本反应：包晶反应,共晶反应及共析反应，写出反应式，标出含碳量及温度。答：共析反应：冷却到727℃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。γ0.77æ727F0.0218+Fe3C6.69包晶反应：冷却到1495℃时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相δ反应生成具有J点成分的固相A。L0.5+δ0.1æ1495γ0.16共晶反应：1148℃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æ1147γ2.11+Fe3C6.695.7.指出下列名词的主要区别：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CFe3称为二次渗碳体。三次渗碳体：从F中析出的CFe3称为三次渗碳体ⅢCFe3。共晶渗碳体：经共晶反应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：经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体。8.根据Fe-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：(0.6-0.0218)/(0.77-0.0218)*100%=77.3%Wα=1-77.3%=22.7%2）Wp：(6.69-1.2)/(6.69-0.77)*100%=92.7%WFe3CⅡ=1-92.7%=7.3%3）WFe3CⅡ：(2.11-0.77)/(6.69-0.77)*100%=23%WFe3CⅢ：（0.0218-0.0008）/（6.69-0.0008）*100%=0.3%11.根据Fe-Fe3C相图，说明产生下列现象的原因：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1100℃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：绑轧物件的材料性能要求有很好的韧性，低碳钢有很好的塑韧性，因此选用镀锌低碳钢丝；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、70、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钢的含碳量为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钢属于低碳钢，钢的硬度较低，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：因为钢的含碳量低，渗碳体含量较少，铁素体含量较多，而铁素体有较好的塑性、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，因而不能压力加工，铸铁接近共晶成分，熔点低，流动性好，适宜于通过铸造成形。15.指出下列各种钢的类别、符号、数字的含义、主要特点及用途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，Q255-D:屈服强度为255MPa的D级普通碳素结构钢，Q195、Q235含碳量低，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等钢结构，也可制造普通的铆钉、螺钉、螺母、垫圈、地脚螺栓、轴套、销轴等等，Q255钢强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接。通常轧制成型钢、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、表面要求耐磨、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，但韧性低，用于制造不受冲击的工具如量规、塞规、样板、锉刀、刮刀、精车刀。P691.解释下列名词：加工硬