工程材料课后答案.docx

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工程材料课后答案

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1-5在下边几种状况下，该用什么方法来测试硬度？

写出硬度符号。

1〕检查锉刀、钻头成品硬度；〔2〕检查资料库中钢材硬度；〔3〕检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层；〔4〕黄铜轴套；〔5〕硬质

合金刀片；

〔1〕检查锉刀、钻头成品硬度采纳洛氏硬度试验来测定，硬度值符号

HRC。

〔2〕检查资料库中钢材硬度采纳布氏硬度试验来测定，硬度值符号

HBW。

3〕检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层硬度采纳洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。

〔4〕黄铜轴套硬度采纳布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。

〔5〕硬质合金刀片采纳洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。

2-4单晶体和多晶体有何差别？

为何单晶体拥有各向异性，多晶体拥有各项同性？

单晶体是由原子排诸位向或方式完整一致的晶格构成的；多晶体是由很

多个小的单晶体所构成的，每个晶粒的原子位向是不一样的。

因为单晶体

内各个方向上原子摆列密度不一样，造成原子间结协力不一样，因此表现出

各向异性；而多晶体是由好多个单晶体所构成，它在各个方向上的力相

互抵消均衡，因此表现各向同性。

2-5简述实质金属晶体和理想晶体在构造与性能上的主要差别。

理想晶体中原子完整为规那么摆列，实质金属晶体因为很多要素的影响，

使这些原子摆列遇到扰乱和损坏，内部老是存在大批缺点。

假如金属中

无晶体缺点时，经过理论计算拥有极高的强度，跟着晶体中缺点的增添，

金属的强度快速降落，当缺点增添到必定值后，金属的强度又随晶体缺

陷的增添而增添。

所以，不论点缺点，线缺点和面缺点都会造成晶格崎

变，进而使晶体强度增添。

同时晶体缺点的存在还会增添金属的电阻，

.

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降低金属的抗腐化性能。

2-6简述空隙固溶体和空隙化合物的异同点。

空隙固溶体和空隙化合物都是溶质原子嵌入晶格空隙形成的。

空隙固溶体的晶体构造与溶剂的构造相同，而空隙化合物的晶体构造不一样于构成它的任一组元，它是以分子式来表示其构成。

3-3常用的管路焊锡为成分w（Pb=50%）、w（Sn=50%）的Pb-Sn合金。

假定该合金以及慢速度冷却至室温，求合金显微组织中相构成物和组织组

成物的相对量。

.

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图3-1Pb-Sn合金相图图3-2w（Pb=50%）Pb-Sn合金室

温组织

由相图〔图3-1〕可知，成分为w（Pb=50%）、w（Sn=50%）的Pb-Sn合金〔亚共晶合金〕以慢速度冷却至室温时发生的结晶过程为：

先进行匀晶

转变（L→α）,匀晶转变节余的液相再进行共晶转变。

极慢冷却至室温后

形成的组织为先共晶固溶体α和共晶组织（α+β）。

因为α固溶体的溶解

度随温度变化较大，所以先共晶固溶体α中有点状βII析出〔图3-2〕。

相构成：

先共晶α相的相对量为：

1-〔〕/（61.9-19.2）=72.13%

共晶组织中的α相占所有合金的相对量：

45.5%*72.13%=32.82%共晶组织中的β相相对量为1-32.82%=67.18%

3-4请依据图剖析解答以下问题：

剖析合金1、2的均衡结晶过程，并会出冷却曲线；

说明室温下1、2的相和组织是什么，并计算相和组织的相对含量；

假如希望获得的组织为：

共晶组织和5%的?

初，求该合金的成分。

解〔1〕〔2〕：

合金的冷却曲线如图3-3所示。

.

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T

L

1L→α

2

α→β∏

3

t

0

图3-3合金I的冷却曲线

其结晶过程为：

1以上，合金处于液相；

1~2时，L→α，L和α的成分分别沿液相线和固相线变化，抵达

2时，

所有凝结完成；

2时，为单相α；

2~3时，α→β。

IIα→β室温下，I合金由两个相构成，即α和β相，其相对量为

Mα=（0.90-0.20）/（0.90-0.05）*100%=82%Mβ=1-Mα=18%

I合金的组织为α+β其II,相对量与构成物相同。

II合金的冷却曲线如图3-4所示。

.

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T

L

L→β初

，

2L→α+β

2

α→β∏

t

0

II图3-4合金II的冷却曲线其结晶过程以下：

JJ以上，合金处于平均的液相；

KK1~2时，进行匀晶转变L→β初；

LL2时，两相均衡共存，L0.50==β；

MM2~2，时，节余液相发生共晶反应：

L0.50==α0.20+β

NN2~3时，发生脱溶转变，α→β∏

OO室温下，II合金由两个相构成，即α相和β相，其相对量为：

PPMα=（0.90-0.80）/（0.90-0.05）*100%=12%Mβ=1-Mα=88%

QQ合金的组织为：

β初+〔α+β〕共晶；组织构成物的相对量为：

.

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mβ初=（0.80-0.50）/（0.90-0.50）*100%=75%m〔α+〕β共晶=1-

mβ初=25%

解（3）：

设合金的成分为wB=x，由题意知：

mβ初=（x-0.50）/（0.90-0.50）*100%=5%所以，即该合金成分为wB=0.52.

3-5画出相图，标出相区及各主重点的成分和温度，并回复以下问题：

1〕45、60、T12钢的室温均衡组织分别是什么?

它们从高温也太均衡冷却到室温要经过哪些转变？

45钢

室温均衡组织：

铁素体

+珠光体P

冷却过程：

匀晶转变→L0.53+

δ，包晶转变

+δ→γ0.，45

同素异晶转变γ→α+γ，共析转变γ

→（α+Fe3C）。

60钢

室温均衡组织：

铁素体

+

珠光体P

冷却过程：

匀晶转变→L0.53+

δ，包晶转变

+δ→γ0.，60

同素异晶转变γ→α+γ，共析转变γ

→（α+Fe3C）。

T12钢

室温均衡组织：

珠光体

P+渗碳体Fe3C

冷却过程：

过共析钢在液态到室温的冷却过程中，第一进行匀晶

转变，形成单相固溶体γ；当温度抵达ES线以下时，过饱和的固溶体γ

中析出渗碳体〔二次渗碳体

Fe3CII〕，奥氏体γ的成分变到共析点

S（0.77%C）；共析转变γ→（α+Fe3C），形成珠光体P。

〔2〕画出纯铁45钢T12钢的室温均衡组织，并标明此中的组织。

.

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图3-345钢的室温均衡组织〔铁素体+珠光体P〕

.

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图3-4T12钢的室温均衡组织〔珠光体P+渗碳体Fe3C〕

3〕计算室温下45钢T12钢的均衡组织中相构成和组织构成物的相对量。

应用杠杆定律计算45钢中铁素体α和珠光体P的相对量，选择α+γ二相区，共析温度727oC。

Q

42.77%

QP57.23%

T12钢的Qα=（2.11-1.2）/（2.11-0.0218）=33.9%

QP=1-33.9%=66.1%

〔4〕计算鉄碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大的相对量。

WFe3CⅡ=（2.14-0.8）/（6.69-0.8）*100%=23%

WFe3CⅢ=0.02/6.69*100%=33%

二次渗碳体的最大百分含量为22.6%，三次渗碳体的最大百分含量为

0.33%

5〕应用相图解说以下现象：

①钢柳丁一般用低碳钢合成；

钢柳丁一般要求拥有优秀的塑性和韧性，所以钢柳丁一般要求用低碳钢合成。

②绑扎物品一般用铁丝〔镀锌低碳钢丝〕，而起重机吊重物时却用钢丝绳〔60钢65钢70刚等构成〕；

亚共析钢〔碳的质量分数在0.0218%～0.77%〕室温下的组织为铁

素体加珠光体，低碳钢丝〔碳的质量分数在0.0218%～0.25%〕组织中

铁素体的比率大，所以低碳钢丝塑性、韧性好，绑扎物品时，易于操作；

而60钢、65钢、70钢等组织中珠光体的量多，所以强度，适于作起重

.

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机吊重物用的钢丝绳。

③T8钢的强度高于T12钢的强度。

强度＞T12钢，因为强度是一个组织敏感量，当含碳量超出

0.9%此后，

二次渗碳体呈网状散布，将珠光体切割开，所以强度降落。

3-6现有两种鉄碳合金，此中一种合金的显微组织中珠光体量占

75%，

铁素体量占

25%；另一种合金的显微，组织中珠光体量占

92%，二次

渗碳体量占

8%，这两种合金各属于哪一类合金？

其含碳量各为多少？

答：

第一种是亚共析钢，含碳量为

0.0218%到0.77%之间，后边一种是

过共析钢碳含量为0.77%到2.11%。

3-7现有形状

尺寸完整相同的4

块均衡状态的鉄碳合金，他们的含碳量

分别为w（C）=0.2%、w（C）=0.4%、w（C）=1.2%、w（C）=3.5%。

依据你所学的知识，可用那些方法来差别他们？

答：

第一种：

依据金相实验铁碳相图来差别它们：

含碳量分别为

w（C）=0.2%的鉄碳合金金相中所有是单相的α相。

而含碳量分别为

w（C）=0.4%的鉄碳合金金相由α相和珠光体〔P〕相构成；而含碳量分别为w（C）=1.2%的鉄碳合金金相由珠光体〔P〕相和二次渗碳体构成；而含碳量分别为w（C）=3.5%的鉄碳合金金相主要由变态莱氏体〔Ld’〕相和一次渗碳体相构成。

第二种：

跟着含碳量的增添，铁碳合金的硬度随之增添，分别测试其硬度，依据其硬度大小可得其含碳量的大小。

3-8简述晶粒大小对金属力学性能的影响，并列举几种实质生产中细化锻造晶粒的方法。

晶粒大小对金属力学性能和工艺性能有很大影响。

在一般状况下，晶粒

愈渺小，金属的强度、塑性、韧性及抗疲惫能力愈好，所以，细化晶粒

是加强金属资料的最重要门路之一。

为了细化铸件晶粒以改良其性能，

常采纳以下方法：

增添过冷度；进行变质办理〔孕育办理〕；振动和搅

.

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拌。

3-9说明金真实质凝结时，铸锭的3种宏观组织的形成体制。

金属铸锭凝结时，因为表面和中心的结晶条件不一样，其构造是不平均的，

整个体积中显然的分为三种晶粒状态地区：

细等轴晶区、柱状晶区和粗等轴晶区。

〔1〕液体金属注入锭模时，因为锭模温度不高，传热快，外

层金属遇到激冷，过冷度大，生成大批的晶核。

同时模壁也能起非自觉

晶核作用。

结果，在金属的表层形成一层厚度不大、晶粒很细的细晶区。

2〕细晶区形成的同时，锭模温度高升，液体金属的冷却速度降低，过冷度减小，生核速率降低，但此时长大的速度遇到的影响较小，结晶过程进行的方式主假如，优先长大方向与散热最快方向的反方向一致的

晶核向液体内部平行长大，结果形成柱状晶区。

〔3〕跟着柱状晶区的展开，液体金属的冷却速度很快降低，过冷度大大减小，温度差不停降低，趋于平均化，散热渐渐失掉方向性，所以在某个时候，节余液体中被推

来的杂质及从柱状晶上被冲下来的晶枝碎块，可能成为晶核，向各个方向平均长大，最后形成粗大的等轴晶区。

5-3过冷奥氏体在不一样温度等温转变时，可获得哪些转变产物？

试列表比较他们的组织和性能。

依据等温温度不一样，其转变产物有珠光体型和贝氏体型两种。

高温转变

Ac1～650℃珠光体P粗片状铁素体与渗碳体混淆物HRC<25；

650～600℃索氏体S600倍光学金相显微镜下才能分辨的细片状珠光体HRC为25～35；

600～550℃托氏体T在光学金相显微镜下已没法分辨的极细片

状珠光体HRC为35～40；

中温转变

550～350℃上贝氏体B上羽毛状组织HRC40～45；

.

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350℃～Ms下贝氏体B下黑色针状或称竹叶状组织HRC45～

55；

5-4什么是Vk？

其主要影响要素有哪些？

Vk是指淬火临界冷却速度。

其主要受化学成分的影响：

亚共析钢中随

着含碳量的增添，C曲线右移，过冷奥氏体稳固性增添，那么Vk减小，

过共析钢中跟着含碳量的增添，C曲线左移，过冷奥氏体稳固性减小，

那么Vk增大；合金元素中，除Co和Al（>2.5%）之外的所有合金元素，都

增大过冷奥氏体稳固性，使C曲线右移，那么Vk减小。

5-5什么是马氏体？

其组织形态和性能取决于什么要素？

马氏体转变有何特色？

马氏体最先是在钢〔中、高碳钢〕中发现的：

将钢加热到必定温度〔形成奥氏体〕后经快速冷却〔淬火〕，获得的能使钢变硬、加强的一种淬

火组织。

其组织形态和性能取决于资料和淬快速率。

马氏体相变属于一种广义的位移型无扩散相变，以切变位移为其特色，

新旧相成分不变。

相变特色是：

①新相与母相之间有必定的位向关系。

比如Fe-C合金的体心四方马氏

体〔M〕与面心立方奥氏体（γ）──碳在γ-Fe中的固溶体──间有

.

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，

.

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。

②相界面是确立的晶面，称为惯习面。

比如含碳量为～的

Fe-C合金的惯习面是

.

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。

惯习面在相变

过程中不畸变不转动〔即所谓不变平面〕。

③转变区因为形成马氏体发生切变，所以在平的样品表面上会出现浮

凸。

④马氏体形态呈片状或条状，内有亚构造，常常是孪晶。

⑤是一级相变，拥有成核成长过程。

⑥晶体长大速率接近声速

.

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⑦相改动力学有两类：

a.变温转变，成核率很大，马氏体形成数目不过温度的函数，不依靠于时间。

b.等温转变，成核率〔或孕育期〕依靠于温度,拥有“C〞字形动力学曲线。

变温转变可视为很快的阶梯式的等温转变；而等温转变如仅考虑转变后期马氏体的极限量那么相同知足变温转变的动力学方程。

⑧转变的不完整性。

因为多半钢的Mf〔马氏体转变结束的温度点〕在室温以下，所以钢冷却到室温时仍有局部未转变的奥氏体存在，称之为节余奥氏体〔Ar〕，随碳含量的增添，Ar也随之增添。

一般钢经过淬火后要经过深冷办理来减少Ar的量。

5-7生产中常把加热到淬火温度的钳工扁铲的刃部款入水中急冷片晌

后，出水逗留一段时间，在整体投入水中冷却。

说明两次水冷的作用及水冷后的组织。

.

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分级淬火的目的是使工件内部温度趋于一致，减少在后续冷却过程中的

内应力及变形和开裂偏向。

淬火后产生马氏体组织。

5-8对一批45钢部件进行热办理时，不慎将淬火件和调质件弄混，怎样经过最简单的方法将他们划分开？

为何？

淬火加高温回火的热办理过程称为调质办理，调质办理后的钢件拥有优

良的综协力学性能，强度和韧性均好于直接淬火部件，微观组织也更细化；所以能够测硬度、进行冲击试验、察看微观组织来进行划分，调质工件的硬度更大，韧性更好，微观晶粒更细化。

5-9将两个12钢小试样分别加热到780和860，保温后以大于的速度冷却至室温，试问：

哪个温度淬火后马氏体晶粒粗大？

因为860℃加热温度高，加热时形成的奥氏体晶粒粗大，冷却后获得的马氏体晶粒较粗大。

哪个温度淬火后参加奥氏体多？

因为加热温度860℃已经超出了Accm，此时碳化物所有溶于奥氏体

中，使奥氏体中含碳量增添，降低钢的Ms和Mf点，淬火后节余奥氏体增加。

哪个温度淬火后未溶碳化物量多？

因为加热温度860℃已经超出了Accm，此时碳化物所有溶于奥氏体中，

所以加热淬火后未溶碳化物较少。

哪个温度淬火适合？

为何？

780℃加热淬火后适合。

因为含碳量为1.2%的碳钢属于过共析钢，过共析碳钢淬火加热温度Ac1+〔30～50℃〕，而780℃在这个温度范围内，

这时淬火后的组织为平均而渺小的马氏体和颗粒状渗碳体及节余奥氏

体的混淆组织，使钢拥有高的强度、硬度和耐磨性，并且也拥有较好的

韧性。

5-13在硬度相同条件下，为何经调质办理的工件比正火后的工件拥有

.

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较好的力学性能？

答：

因为正火获得的索氏体中的渗碳体是片状的，而调质办理获得的索

氏体索氏体中的渗碳体是粒状的，粒状渗碳体阻挡断裂过程的展开比片

状渗碳体有益。

5-14用T12〔碳素工具钢〕钢制造的丝锥，其成品硬度要求为〉60HRC，加工工艺过程为：

轧制-热办理1-机加工-热办理2-机加工。

写出个热办理工序的名称及作用；

热办理1：

第一次热办理是去应力退火，因为轧制的过程产生加工硬化，

同时有应力存在，为了免除后边加工过程中因为应力开释致使产品变形

或许应力集中止裂。

热办理2第二次热办理是刃部的低温淬火和低温回火。

淬火的作用是提

高其硬度。

回火是降低脆性还有开释淬火产生的应力

制定最后热办理的工艺标准〔加热温度冷却介质〕。

第一次热办理是去应力退火：

升温到500℃-650℃，保温后随炉冷

却。

第二次热办理是刃部的低温淬火和低温回火：

温度高升到

300-500℃，用油或熔融的碱或盐做为淬火介质。

而后在150~250°C保

温1-3小时。

.