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练习题及参考答案

第一章

1-1.晶体与非晶体的本质区别是什么？

单晶体为何有各向异性而实际金属表现为各向同性？

（1）晶体中的质点在空间作有规则的排列，而非晶体内部的质点排列不规则

（2）因为不同的晶面及晶向上，原子的排列情况不同，所以晶体表现为各向异性，

而实际金属是由很多方向各异的单晶体杂乱排列而成，所以整体表现为各向同性。

1-4.铜和铁室温下的晶格常数分别为0.286nm和0.3607nm，求1cm3铁和铜中的原子数。

1nm（nanometer）=10-9m=10A（angstrong）

铜的晶格常数＝0.286x10-7cm

铁的晶格常数＝0.3607x10-7cm

1cm3铜的原子数＝　x4　＝　1.71x

1cm3铁的原子数＝x2=4.26x

1-5.常见的金属晶体典型结构有哪几种？

α－Fe,γ－Fe,Cu,Al,Ni,Pb,Cr,V,Mo,Mg,Zn,W各属于何种晶体结构？

面心立方结构、体心立方结构、密排六方结构

γ－Fe,Cu,Al,Ni,Pb-面心立方结构

α－Fe,Cr,V,Mo,W-体心立方结构

Mg,Zn-密排六方结构

1作图表示立方晶系（211）、（）、（）、（）、（）、（236）晶面与[]、[]、[]、[]、[]、[13]晶向。

解：

如图所示。

（211）、（）、（）、（）、（）、（236）晶面：

（211）（）（）

1.2★作图表示立方晶系（211）、（）、（）、（）、（）、（236）晶面与[]、[]、[]、[]、[]、[13]晶向。

解：

如图所示。

（211）、（）、（）、（）、（）、（236）晶面：

（211）（）（）

（）（）（236）

[]、[]、[]、[]、[]、[123]晶向：

1.3★立方晶系中，{110}、{120}、{123}晶面族包括哪些晶面？

其中平行于X轴、Y轴、Z轴的晶面各为哪些?

解：

{120}晶面族包括的晶面图示如下。

{110}晶面族包括的晶面为：

平行于X轴的晶面：

（011）,　（01）

平行于Y轴的晶面：

（101）,　（10）

平行于Z轴的晶面：

（110），（10）

{120}晶面族包括的晶面为：

平行于Z轴的晶面有：

、、、

平行于Y轴的晶面有：

、、、

平行于X轴的晶面有：

、、、

{123}晶面族包括的晶面，其中任何一个晶面也不平行于X轴、Y轴、Z轴。

、、、；

、、、；

、、、；

、、、；

、、、；

、、、；

1.12★发动机曲轴毛坯的加工方法为锻造，试问锻造前为什么要将坯料加热？

⑴加热的目的是为了得到单一的奥氏体组织，不加热为铁素体组织；

⑵奥氏体为面心立方晶格，铁素体为体心立方晶格；

⑶奥氏体比铁素体塑性好，原因是塑性变形的实质是滑移，而滑移容易与否决定于滑移系，

尤其决定于滑移方向；

⑷奥氏体和铁素体都有12个滑移系，而滑移方向，奥氏体为3个，铁素体为2个。

⑸所以加热比不加热塑性好。

1-15.简述滑移和孪生的区别？

1）变形距离－滑移的距离是原子间距的整数倍，而孪晶带中相邻原子面的相对位移是原子间距的分数倍。

2）变形方向－滑移时晶体位向不变，而孪晶位向发生变化，　与未变形部分形成镜面对称。

3）所需临界切应力－孪生比滑移大得多

4）变形速度－孪生的变形速度比滑移大得多，接近声速。

5）变形量－孪生变形量小（＜10%

6）变形种类－面心立方结构一般不发生孪生，而易滑移。

密排六方结构易发生孪生变形。

1-10.试说明布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的应用范围及相互关系

布氏硬度用于低硬度材料硬度测定

洛氏硬度用于高硬度材料硬度测定

维氏硬度一般用于实验室精密硬度测定

HB≈HV≈10HRC，　HB≈HV≈6HS

1-11★试分析钨（熔点3380℃）和铁（熔点1538℃）在1100℃变形，铅（熔点323℃）和锡（熔点232℃）在室温（20℃）变形，能否发生加工硬化现象？

答：

加工硬化－金属发生塑性变形时，随变形程度的增大，其强度和硬度显著提高而塑性和韧性明显下降的现象称为加工硬化。

（物理实质）金属发生塑性变形时,位错密度增加,位错间的交互作用增强，相互缠结,造成位错运动阻力的增大,引起塑性变形抗力提高。

另一方面由于晶粒破碎细化，使强度得以提高。

消除加工硬化的措施是再结晶退火。

判断塑性变形后的金属是否产生加工硬化依据：

变形温度如果高于金属的再结晶温度，则塑性变形产生的加工硬化被随后的再结晶过程所消除，因此塑性变形后不产生加工硬化现象。

（强调：

实际应用过程中由于实际塑性变形过程较快，而且金属的再结晶过程是通过原子实现的，如果加热温度较低，加工硬化现象就不能被随后的再结晶过程消除，因此热加工温度要远高于再结晶温度，才能使塑性变形后的金属不显加工硬化现象）

钨和铁在1100℃变形以及铅和锡在20℃能否发生加工硬化现象，必须首先计算出它们的最低再结晶温度：

Tr≈0.4Tm（Tr、Tm绝对温度）

W:

Tr=0.4×（3380+273）K

Tr=1461.2-273=1188.2℃＞1100℃不发生

Fe:

Tr=0.4×（1538+273）K

Tr=724.4-273=451.4℃＜1100℃发生

Pb:

Tr=0.4×（327+273）K

Tr=240-273=-33℃＜20℃　发生

Sn:

Tr=0.4×（232+273）K

Tr=202-273=-71℃＜20℃　发生

第二章

2-2.合金相图反映一些什么关系？

　应用时要注意哪些方面的问题？

合金相图反映了合金系中合金状态、温度、成份之间的关系。

合金相图是在极其缓慢加热或冷却条件下（平衡状态）测定的，而实际生产条件下合金的加热冷却都很快（满足不了平衡条件），应用时要注意的问题：

（1）注意在非平衡状态可能出现的相及组织。

（2）相图只给出合金在平衡状态下存在的相、相的成份及相对量，并不能反映相的形状、大小、分布。

（3）二元相图只反映二元系合金的相平衡关系，它未反映加入其它元素后对二元系相图的影响。

2-4.★30纯铜与20纯镍熔化后慢冷至125O℃，利用图2.3的相图，确定：

⑴合金的组成相及相的成分；⑵相的质量分数。

答：

⑴根据已知条件计算该合金成分的含Ni量为　20kg/（20＋30）kg=40%，然后在图中1250℃处绘一水平线交液相线和固相线两点，过此两点作铅垂线得知此温度下该合金组成相为L、，测量得其成分分别为23%和49%；

⑵利用杠杆定律可计算出质量分数分别为：

L%=（（49%－40%）/（49%－23%））×100%=34.6%

%=1－L%=65.4%

2-5.★示意画出图2.8中过共晶合Ⅳ（假定Wsn=70%）平衡结晶过程的冷却曲线。

画出室温平衡组织示意图，并在相图中标出组织组成物。

计算室温组织中组成相的质量分数及各种组织组成物的质量分数。

（2）室温组织中组成相的质量分数:

由于室温由α及β相组成，其质量分数各为：

α%　＝　x100%

β%=1-α%=x100%

（3）室温组织中组织组成物的质量分数（二次应用杠杆定律）:

由于室温组织组成物为　：

初生相β、二次相αⅡ、共晶体（α+β），

各组织组成物的质量分数分别为：

刚冷却到共晶温度（没有发生共晶反应）

Ld%=x100%

室温：

（α+β）%　＝Ld%=x100%,

共晶反应刚结束时：

　β%=x100%

室温：

αⅡ%=xx100%

β%=1-（α+β）%-αⅡ%=xx100%

2．6★题目见教材44页

2.6铋（）熔点为271.5℃，锑（）熔点为630.7℃，两组元液态和固态均无限互溶。

缓冷时50％的合金在520℃开始析出成分为87％的固相，80％的合金在400℃时开始析出64％的固相,由以上条件:

⑴示意绘出相图，标出各线和各相区名称；

⑵由相图确定=40％合金的开始结晶和结晶终了温度，并求出它在400℃时的平衡相成分和相的质量分数。

解答：

1）根据已知条件“两组元液态和固态均无限互溶”可知Bi—Sb合金系冷却时发生匀晶反应，构成匀晶相图

先建立横坐标为含Sb%,纵坐标为温度的坐标系；

根据第一个已知条件“缓冷时WBi=50%的合金在520℃时开始

析出成分为WSb=87%的固相”在坐标系中纵坐标为520℃处绘出一条水平线与成分分别为50%和87%的两条铅垂线相交于两点，第一点a1为液相线上的点，第二点b1为固相线上的点；同理根据第二个已知条件“WBi=80%的合金在400℃时开始析出WSb=64%的固相”得到两点a2、b2；

在含Sb为0%的坐标轴上绘出Bi的熔点271.5℃为b点，在含Sb为100%的纵坐标轴上绘出Sb的熔点630.7℃为a点，连接a—a1—a2—b得到液相线，连接a—b1—b2—b得到固相线，a—a1—a2—b以上为L相区，a—b1—b2—b以下为相区，a—a1—a2—b和a—b1—b2—b之间为L＋两相区这样，Bi—Sb相图绘制完毕。

过40%成分点作铅垂线交液相线a—a1—a2—b于a3点和固相线a—b1—b2—b于b3点，过a3、b3作水平线交纵轴得到含Sb40%合金的开始结晶温度约为490℃，结晶终了温度约为325℃。

根据相图得到其在400℃时的平衡相成分为：

L相为20%，相为64%；

利用杠杆定律可计算出质量分数为：

L%=（（64%－40%）/（64%－20%））×100%=54.5%

%=1－L%=45.5%

2.7★若合金相图（图2.8）中、、、、点的合金成分分别是等于2％、19％、61％、97％和99％。

问在下列温度（）时，30％的合金显微组织中有哪些相组成物和组织组成物？

它们的相对质量百分数是否可用杠杆定律计算？

是多少？

⑴=300℃；⑵刚冷到183℃共晶转变尚没开始；⑶在183℃共晶转变正在进行中；⑷共晶转变刚完，温度仍在183℃时；⑸冷却到室温时（20℃）。

由下图所示

⑴=300℃时：

30％的合金相当于合金Ⅲ，因其与=300℃的水平线的交点处于液相区，因此该合金只有100%的液相。

⑵刚冷到183℃共晶转变尚没开始时：

合金由两相组成，

可用杠杆定律计算如下：

⑶在183℃共晶转变正在进行中：

相组成物：

三相共存；组织组成物：

L+；不能用杠杆定律计算其相对质量百分数。

⑷共晶转变刚完，温度仍在183℃时：

相组成物：

和两相，其相对质量百分数用杠杆定律计算如下：

组织组成物：

，其相对质量百分数用杠杆定律计算如下：

⑸冷却到室温时（20℃）：

相：

和两相，其相组成物的相对质量百分数用杠杆定律计算如下：

组织组成物：

，其相对质量百分数用杠杆定律计算如下：

共晶温度（未发生共晶反应前）：

室温：

第三章

3-1.对某一个碳钢（平稳压状态）进行相分析得知其组成相为80%F和20%Fe3C，求此钢成份及硬度。

设此钢成份为　a,则　＝20%，　则a=1.34,则此钢成份为：

含碳量1.34%

硬度HBS=80xF%+800xFe3C%=80x20%+800x80%=224

3-3.★计算低温莱氏体Le’中共晶渗碳体、Fe3C共析渗碳体的含量。

根据Fe-Fe3C合金相图可知，成份为4.3%C的液体冷到1148℃时发生如下的共晶反应：

L4.3=γ2.11+Fe3C

根据杠杆原理，低温莱氏体Le’的共晶渗碳体量为：

Fe3C=x100%=48%

1148℃共