工程材料及成形技术艾云龙课后答案.docx

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工程材料及成形技术根底课后习题参考答案

　　第一章金属的晶体构造与结晶

　　1．解释以下名词

　　点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。

　　答：

点缺陷：

原子排列不规那么的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。

　　线缺陷：

原子排列的不规那么区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。

如位错。

　　面缺陷：

原子排列不规那么的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。

如晶界和亚晶界。

　　亚晶粒：

在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。

　　亚晶界：

两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。

　　刃型位错：

位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的部分滑移而造成。

滑移部分与未滑移部分的交界限即为位错线。

如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好似插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。

　　单晶体：

如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，那么称这块晶体为单晶体。

　　多晶体：

由多种晶粒组成的晶体构造称为“多晶体”。

　　过冷度：

实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。

　　自发形核：

在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规那么排列的结晶核心。

　　非自发形核：

是液态金属依附在一些未溶颗粒外表所形成的晶核。

　　变质处理：

在液态金属结晶前，特意参加某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。

　　变质剂：

在浇注前所参加的难熔杂质称为变质剂。

　　2.常见的金属晶体构造有哪几种？

α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体构造？

　　答：

常见金属晶体构造：

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；

　　3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？

　　答：

用来说明晶体中原子排列的严密程度。

晶体中配位数和致密度越大，那么晶体中原子排列越严密。

　　4.晶面指数和晶向指数有什么不同？

　　答：

晶向是指晶格中各种原子列的位向，用晶向指数来表示，形式为uvw；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示，形式为hkl。

　　5.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：

如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，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，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，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。

　　6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？

答：

因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。

　　7.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，那么过冷度也越大。

②随着冷却速度的增大，那么晶体内形

　　核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进展，但当冷速到达一定值以后那么结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。

③过冷度增大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G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。

　　8.金属结晶的根本规律是什么？

晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？

　　答：

①金属结晶的根本规律是形核和核长大。

②受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。

　　9.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采用的方法：

变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。

②变质处理：

在液态金属结晶前，特意参加某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。

③机械振动、搅拌。

　　第二章金属的塑性变形与再结晶

　　1．解释以下名词：

　　加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。

　　答：

加工硬化：

随着塑性变形的增加，金属的强度、硬度迅速增加；塑性、韧性迅速下降的现象。

　　回复：

为了消除金属的加工硬化现象，将变形金属加热到某一温度，以使其组织和性能发生变化。

在加热温度较低时，原子的活动能力不大，这时金属的晶粒大小和形状没有明显的变化，只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移等变化，因此，这时金属的强度、硬度和塑性等机械性能变化不大，而只是使内应力及电阻率等性能显著降低。

此阶段为回复阶段。

　　再结晶：

被加热到较高的温度时，原子也具有较大的活动能力，使晶粒的外形开始变化。

从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒。

和变形前的晶粒形状相似，晶格类型相同，把这一阶段称为“再结晶”。

　　热加工：

将金属加热到再结晶温度以上一定温度进展压力加工。

冷加工：

在再结晶温度以下进展的压力加工。

　　2．产生加工硬化的原因是什么？

加工硬化在金属加工中有什么利弊？

　　答：

①随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成

　　细碎的亚晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。

因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降产生所谓“加工硬化”现象。

②金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。

另一方面人们可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提高钢丝的强度的。

加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。

如冷拉钢丝拉过模孔的部分，由于发生了加工硬化，不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部分，这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。

　　3．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？

　　答：

主要是再结晶温度。

在再结晶温度以下进展的压力加工为冷加工，产生加

　　工硬化现象；反之为热加工，产生的加工硬化现象被再结晶所消除。

　　4．与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？

　　答：

（1）通过热加工，可使铸态金属中的气孔焊合，从而使其致密度得以提高。

（2）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶和柱状晶破碎，从而使晶粒细化，机械性能提高。

　　（3）通过热加工，可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂分布发生改变，使它们沿着变形的方向细碎拉长，形成热压力加工“纤维组织”（流线），使纵向的强度、塑性和韧性显著大于横向。

如果合理利用热加工流线，尽量使流线与零件工作时承受的最大拉应力方向一致，而与外加切应力或冲击力相垂直，可提高零件使用寿命。

　　第一章

　　1-1由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标在工程上这些指标是如何定义的答:

强度和韧性.强度（σb）材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度;塑性（δ）材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力.强度指标里主要测的是:

弹性极限,屈服点,抗拉强度等.塑性指标里主要测的是:

伸长率,断面收缩率.

　　1-2

　　1-3锉刀:

HRC黄铜轴套:

HB供应状态的各种非合金钢钢材：

HB硬质合金刀片：

HRA,HV耐磨工件的外表硬化层：

HV

　　调质态的机床主轴：

HRC铸铁机床床身：

HB铝合金半成品：

HB1-4HRC=10HBS,90HRB=210HBS,HV=HBS

　　800HV>45HRC>240HBS>90HRB

　　1-7

　　材料在加工制造中表现出的性能，显示了加工制造的难易程度。

包括铸造性，锻造性，切削加工性，热处理性。

　　第二章

　　2-2答:

因为γ-Fe为面心立方晶格,一个晶胞含4个原子,致密度为0.74;γ-Fe冷却到912°C后转变为α-Fe后，变成体心立方晶格，一个晶胞含2个原子，致密度为0.68，尽管γ-Fe的晶格常数大于α-Fe的晶格常数，但多的体积部分抵不上因原子排列不同γ-Fe变成α-Fe体积增大的部分，故γ-Fe冷却到912℃后转变为α-Fe时体积反而增大。

2-3.答：

（1）过冷度理论结晶温度与实际结晶温度只差。

（2）冷速越快那么过冷度越大，同理，冷速越小那么过冷度越小

　　（3）过冷度越大那么晶粒越小，同理，过冷度越小那么晶粒越大。

过冷度增大，结晶驱动力越大，形核率和长大速度都大，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。

　　2-4：

　　答：

（1）在一般情况下，晶粒越小，其强度塑性韧性也越高。

（2）因为晶粒越小那么晶界形成就越多，产生晶体缺陷，在晶界处晶格处于畸变状态，故晶界能量高因此晶粒的大小对金属的力学性能有影响。

　　（3）在凝固阶段晶粒细化的途径有以下三种：

　　①提高结晶时的冷却速度增加过冷度

　　②进展变质处理处理：

在液态金属浇筑前人工后参加少量的变质剂，从而形成大量非自发结晶核心而得到细晶粒组织。

　　③在液态金属结晶时采用机械振动，超声波振动，电磁搅拌等。

　　2-5

　　答：

（1）固溶体是溶质原子溶于溶剂晶格中而保持溶剂晶格类型的合金相。

（2）固溶体中溶剂由于溶质原子的溶入造成固溶体晶格产生畸变，使合金的强度与硬度提高，而塑性与韧性略有下降。

　　（3）通过溶入原子，使合金强度与硬度提高的方法称之为固溶强化。

2-6答

（1）金属化合物是指合金组元之间相互作用形成具有金属特征的物质;

（2）金属化合物的晶格类型和性能不同与组元,具有熔点高,硬度高,脆性大的特点.他在合金中能提高其硬度强度,但降低其塑性韧性.

　　（3）如果金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体的根本相上,那么将使合金的轻度硬度耐磨性明显提高,这一现象称弥散强化.

　　2-10

　　看落在单相区还是双相区,假设是单相区,就是本身的质量分数,假设是双相区利用杠杆定理看）1）0.4%:

1400℃0.4%;1100℃0.4%;800℃0.45%

　　2）0.77%:

1400℃0.77%;1100℃0.77%;800℃0.77%

　　3）1.2%:

1400℃0.77%;1100℃1.20%；800℃1.0%

　　2-12

　　答：

1）含碳越多，渗碳体越多，因而表现的比0.4%的刚硬度高。

含碳超过0.9%时，析出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状，使得刚脆性增加，硬度下降，因而比1.2%的强度高。

　　2）铆钉的使用场合要求有一定的强度，但是最重要的要求是有一定的塑性，所以需要少量渗碳体以保持铆钉有足够的强度，保存大部分铁素体以保持铆钉的塑性，因此，铆钉就必须选择低碳钢来制造。

　　3）因为铁丝含碳量低，所以塑性好，易变性适用于绑扎。

同理钢丝绳强度高，耐磨性好，弹性好适应于吊重物。

　　4）含碳量0.4%的钢在1000摄氏度时处于奥氏体区，奥氏体是面心立方构造，晶体滑移系比较多，容易发生塑性变形，适于锻造。

含碳量4%生铁在1000摄氏度时候属于硬而脆的物质，塑性变形能力很差，因而不能进展锻造。

5）T8,T10,T12是碳素工具钢，含碳量分别为0.8%，1.0%，1.2%，因而钢中渗碳体含量高，钢的硬度较高，退火状态下的布氏硬度大于300；而10,20钢为优质碳素构造钢，属