高教版配东南大学工程材料习题参考答案

工程材料习题参考答案第一章.习题参考答案1-1、名词解释1、σb抗拉强度---金属材料在拉断前的最大应力，它表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。2、σs屈服强度----表示材料在外力作用下开始产生塑性变形的最低应力，表示材料抵抗微量塑性变形的能力。3、σ0.2屈服强度----试样产生0.2%残余应变时的应力值为该材料的条件屈服。4、δ伸长率----塑性的大小用伸长率δ表示。5、HBS布氏硬度---以300Kg的压力F将直径D的淬火钢球压入金属材料的表层，经过规定的保持载荷时间后，卸除载荷，即得到一直径为d的压痕。6、HRC洛氏硬度---是以120o的金刚石圆锥体压头加上一定的压力压入被测材料，根据压痕的深度来度量材料的软硬，压痕愈深，硬度愈低。7、σ﹣1（对称弯曲疲劳强度）---表示当应力循环对称时，光滑试样对称弯曲疲劳强度。8、K1C（断裂韧性）---应力强度因子的临界值。1-2、试分别讨论布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度适用及不适用于什么场合？1、布氏硬度适用于退火和正火态的黑色金属和有色金属工件，不适用于太薄、太硬（﹥450HB）的材料。2、洛氏硬度适用于检测较薄工件或表面较薄的硬化层的硬度，适用于淬火态的碳素钢和合金钢工件不适用于表面处理和化学热处理的工件。3、维氏硬度适用于零件表面薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度，不适用于退火和正火及整体淬火工件。第二章.习题参考答案2-1、名词解释1、晶体---指原子（原子团或离子）按一定的几何形状作有规律的重复排列的物体。2、2、非晶体---组成物质的原子是无规律、无次序地堆聚在一起的物体。3、单晶体---结晶方位完全一致的晶体。4、多晶体---由多晶粒组成的晶体结构。5、晶粒---每个小晶体具有不规则的颗粒状外形。2-2、何谓空间点阵、晶格、晶体结构和晶胞？常用金属的晶体结构是什么？划出其晶胞，并分别计算起原子半径、配位数和致密度？1、空间点阵---为了便于分析各种晶体中的原子排列及几何形状,通常把晶体中的原子假想为几何结点,并用直线从其中心连接起来,使之构成一个空间格子。2、晶格---这种表示晶体中原子排列形式的空间格子。3、晶胞---构成晶格的最基本的几何单元。4、4、常用金属的晶体结构有：体心立方晶格：1）、原子半径r=a43;2）、配位数＝83）、致密度致密度＝vnu＝23432×4/3πγ3/a3＝2×4/3π（31/2/4a）3/a3＝0﹒68面心立方晶格:1）、原子半径r=21/2/4a2）、配位数＝123）、致密度＝nu/v＝4×4/3πγ3/a3＝4×4/3π（21/2/4a）3/a3＝0﹒74密排六方晶格:1）、原子半径r=1/2a2）、配位数＝123）、致密度＝nu/v＝6×4/3πγ3/3a3×Sin600×C＝π/23/2＝0﹒742-3.何谓理想晶体和实际晶体?为什么单晶体呈各向异性而多晶体在大多数情况下没有各向异性现象?1、理想晶体----是原子按一定规则排列的单晶体，内部晶体方位完全一致，且完好无损的，具有各向异性。2．答：实际晶体为多晶体，由许多不同位向的小晶粒组成，且有许多晶体缺陷，如点缺陷（空位、溶质原子），线缺陷（位错），面缺陷（晶界等），具有伪各向同性。3、单晶体呈各向异性是由于单晶体在不同晶向上的原子密度不同，在不同方向上的原子结合力不同，因而其弹性模量也不同，显示出各向异性。5、多晶体在大多数情况下没有各向异性现象,因为多晶体是由大量彼此位向不同的晶粒组成，多晶体中各个晶粒的位向紊乱，其各向异性显示不出来，结果使多晶体呈现各向同性或称伪无向性。2-4、何谓同素异晶转变？试以铁为例说明之？答：同素异晶转变是一种金属具有两种或两种以上的晶体结构，把这种金属的不同晶体结构改变的现象。p18如铁在结晶之后继续冷却时，会发生结构的变化，从一种晶格转变为另一种晶格δ-Fe1394℃γ-Fe921℃α-Fe。2-5、在实际晶体中存在着哪几类缺陷？答：在实际晶体中存在着：1.点缺陷（空位、溶质原子）2、线缺陷（位错：刃型位错和螺型位错）3、面缺陷（晶界、亚晶界等）2-10、为什么金属结晶时一定要有过冷度？冷却速度与过冷度的关系是什么？答：在平衡温度处，液体与晶体处于动平衡状态，此时，液体的结晶速度与晶体的熔化速度相等。也就是当金属处于平衡温度时，金属不能进行有效的结晶过程。要使结晶进行，则必须将液体冷至低于平衡温度。晶体总是在过冷的情况下结晶的，因此过冷是金属结晶的必要条件，所以，金属结晶时一定要有过冷度。冷却速度与过冷度的关系是冷却速度愈大，过冷度也愈大。2-13、晶粒大小对金属性能有何影响？细化晶粒方法有哪些？答：在一般情况下,晶粒愈小,则金属的强度.塑性和韧性愈好.细化晶粒是提高金属性能的重要途径之一，晶粒愈细，强度和硬度愈高，同时塑性韧性愈好。细化晶粒方法有：增大过冷度；2.变质处理；3.附加振动或搅动等方法；第三章.习题参考答案3-1、塑性变形的基本方式有几种？塑性变形的的物理本质是什么？答：塑性变形的基本方式有：滑移和孪生。塑性变形的的物理本质：滑移和孪生共同产生的塑性变形。滑移是晶体的一部分相对另一部分做整体刚性移动。孪生是在切应力的作用下，晶体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面（孪生面）产生一定角度的切变3-2、为什么金属的实际强度要比理论强度低得多？详细说明之。答：这是因为实际金属晶体存在着各种晶体缺陷，如点缺陷、线缺陷和面缺陷。3-4、加热对冷变形金属的组织和性能有何影响？答：当对变形金属进行加热时，其组织和性能将发生回复、再结晶和晶粒长大的变化过程。回复阶段:变形金属的强度.硬度与塑性等变化不大,但内应力.电阻等明显降低.3-7.怎样区分冷加工和热加工？为什么锻件比铸件的力学性能好？热加工会造成哪些组织缺陷？答：金属的冷加工和热加工的界限是以金属的再结晶温度来区分的。锻件：经过热塑性变形把粗大的柱状晶和枝晶击碎并形成等柱细晶组织，改善力学性能。还可将铸态金属中的疏松、气孔、微裂纹，经热塑性变形被压实或焊合，从而使组织致密，性能提高。所以，锻件比铸件的力学性能好。热加工会造成纤维组织缺陷：经热塑性变形后，金属中的非金属夹杂物沿着变形的流动方向破碎和拉长，并沿着被拉的金属晶粒的界面分布，形成纤维组织（流线），使金属的性能具有明显的各向异性。再结晶后:变形组织.性能完全消失,而硬度.强度显著下降,塑性韧性明显提高,内应力基本消除,金属恢复到变形前的性能.再结晶后如果形成粗大的晶粒,使金属的力学性能显著降低.3-8．共析钢珠光体组成相F和Fe3C相对量(重要补充)F＝QKKS×100%＝(6.69－0.77)/6.69×100%＝88%，Fe3C＝1－88%＝12%第四章、二元合金4-1、名词解释1、置换固溶体---是指溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体。2、间隙固溶体---溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。3、正常价化合物---是指符合一般化合物的原子价规律的化合物,它们是由在周期表上相距较远.电化学性相差较大的元素组成。4、电子化合物---是第一族或过渡族元素与第Ⅱ至第Ⅴ族元素形成的化合物,它们不遵循原子价规律,但是有一定的电子浓度。5、间隙化合物--由过渡族金属元素与原子半径较小的C.N.H.B等非金属元素形成的化合物。6、渗碳体---是钢铁中一种最重要的具有复杂结构的间隙化合物，碳原子直径与铁原子直径之比为0.61。P35渗碳体---C与Fe的化合物。7、合金渗碳体---渗碳体具有复杂的斜方晶格，其中铁原子可以部分地被其他金属原子所置换，形成以渗碳体为基的固溶体。P368、相图---是一种简明的示意图，它清楚地表明了合金系中各种相的平衡条件以及相与相之间的关系。9、共晶转变---成分为E点的液相Le同时结晶出两种成分和结构都不相同的固相αM＋βN这种转变称为共晶转变。10、共析转变---从一个固相中同时析出成分和晶体结构完全不同两种新相的转变过程。11、杠杆定律---QlQa＝KXXK，可见液、固两相的相对量的关系，如同力学中的杠杆定律，称此式为杠杆定律。12、晶内偏析---在一个晶粒内化学成分不均匀的现象。13、比重偏析---因比重不同而造成化学成分不均匀的现象。14、包晶偏析---由于包晶转变不能充分进行而产生化学成分不均匀的现象。15、组织组成物---在显微镜下能清楚地区别一定形态特征的组成部分,该组成部分称为组织组成物。第五章、铁碳合金5-1、名词解释1、铁素体---C在α﹣Fe中的固溶体。用F或α表示。2、奥氏体---C在γ﹣Fe中的间隙固溶体。用A或γ表示。3、珠光体---共析转变产物是铁素体F和渗碳体Fe3C的机械混合物.用符号P表示。4、Fe3CⅡ---含碳量﹥0.77%的合金，在1148℃冷却到727℃的过程中，合金沿γ晶界析出的Fe3C，呈网状分布。5、Fe3CⅢ--一般铁碳合金由727℃冷却到室温时，将由铁素体析出渗碳体.6、Fe3C--对于过共晶白口铁，当合金冷却至1148℃时，开始从液相中结晶出先共晶渗碳体.7、Ac1。Ac3、Acm----是碳钢在极缓慢地加热或冷却时的转变温度.5-3、试计算珠光体中相组成物中的百分比？F＝S‘K‘/QK‘×100%＝(6.69－0.77)/6.69×100%＝88%Fe3C＝QS’/QK’×100%＝12%.5-5、在碳钢中Mn以何种形式存在？对钢的性能有何影响？答：1、Mn的大部分溶于铁素体中，形成置换固溶体，使铁素体强化。2、一部分Mn溶入Fe3C中，形成合金渗碳体(FeMn)3C。3、Mn使珠光体含量增加，细化珠光体，提高钢的强度。5-6、在碳钢中Si以何种形式存在？对钢的性能有何影响？答：1、大部分Si能溶于铁素体中，使铁素体强化，使钢σb增加.HB.增加δ下降.aK下降。2、少部分Si存在于硅酸盐夹杂中。5-7、碳钢中的P、S对钢的性能有何影响？答：P是一种有害元素，会使钢产生冷脆。S是在炼钢时由矿石、燃料带进钢中，S不溶于铁，而以FeS的形式存在，FeS与Fe生成低熔点（985℃）的共晶体（二元共晶），FeS、FeO和Fe还生成低熔点（944℃）的三元共晶体,会使钢产生热脆.第六章6-1、奥氏体的形成过程可分为哪几个阶段？影响奥氏体形成过程的因素有哪些？答：奥氏体的形成过程可分为：1、奥氏体晶核的形成与长大2、残余渗碳体的溶解3、奥氏体的均匀化影响奥氏体形成过程的因素有：1）、加热温度2）、加热速度3）、原始组织4）、碳及合金元素6-3、过冷奥氏体的转变产物有哪几种类型？比较这几种转变类型的异同点。答：1、过冷奥氏体的转变产物有三种类型：珠光体转变；贝氏体转变；马氏体转变1、过冷奥氏体转变类型相同点：在转变过程中要发生晶格的重构，通过形核和长大来完成。3、过冷奥氏体转变类型不同点：1）、珠光体转变是扩散型转变。2）、贝氏体转变时只发生碳原子的扩散，铁原子不扩散，贝氏体转变是半扩散型转变。3）、马氏体转变是无扩散型转变。6-4、钢材的退火、正火、淬火、回火应用在什么场合？热处理后形成的组织是什么？答：3、热处理后形成的组织和应用1）、退火p72完全退火组织：F＋P组织应用：亚共析钢和合金钢铸、锻件球化退火组织：球化体或球状珠光体.应用：过共析钢或合金工具钢去应力退火应用：组织未发生改变.铸件、锻件、焊接件、冷冲压件2）、正火正火组织：索氏体组织应用:低碳钢、低碳合金钢3）、淬火淬火组织：马氏体应用：碳钢、合金钢零件6-5、淬透性与淬透层深度、淬硬性有哪些区别？影响淬透性因素有哪些？答：1、淬透性与淬透层深度、淬硬性的区别：淬透性是钢在淬火时获得马氏体的能力，它是钢材本身固有的属性。淬透性的好坏与含碳量和合金元素有关。淬硬性是钢淬火后，马氏体所能达到的最高硬度。淬硬性主要取决于加热时溶入奥氏体中的含碳量，而合金元素没有明显的影响。淬透层深度是淬火工件表面至半马氏体区（马氏体与非马氏体组织各占一半的地方）距离。影响淬透性因素有：临界冷却速度Vk。影响临界冷却速度的因素:钢的化学成分,特别是合金元素及含量。6-6、化学热