1、原子处于较高的能量状态,原子的活性较大,所以对金属中的许多过程的进行,具有极为重要的作用。晶界和亚晶界均可提高金属的强度。晶界越多,晶粒越细,金属的塑性变形能力越大,塑性越好。8、什么是固溶强化?造成固溶强化的原因是什么? 形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。晶格畸变增大位错运动的阻力,使金属的滑移变形变得更加困难,从而提高合金的强度和硬度。9、间隔固溶体和间隔相有什么不同?合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的,且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。间隙固溶体
2、的晶体结构与溶剂相同。第二章1、金属结晶的条件和动力是什么?液态金属结晶的条件是金属必须过冷,要有一定的过冷度。液体金属结晶的动力是金属在液态和固态之间存在的自由能差(F)。2、金属结晶的基本规律是什么?液态金属结晶是由生核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。液态金属结晶时,首先在液体中形成一些极微小的晶体(称为晶核),然后再以它们为核心不断地长大。在这些晶体长大的同时,又出现新的品核并逐渐长大,直至液体金属消失。3、在实际应用中,细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能,细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施有哪些?(1) 提高液态金属的冷却速度,增大金属的过冷度。 (2) 进行变质处理。在
3、液态金属中加入孕育剂或变质剂,增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大,以细化晶粒和改善组织。(3) 在金属结晶的过程中采用机械振动、超声波振动等方法。 (4) 电磁搅拌。将正在结晶的金属置于一个交变的电磁场中,由于电磁感应现象,液态金属会翻滚起来,冲断正在结晶的树枝状晶体的晶枝,增加了结晶的核心,从而可细化晶粒。4、如果其他条件相同,试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小。(1)金属模浇注与砂模浇注; (2)变质处理与不变质处理; (3)铸成薄件与铸成厚件; (4)浇注时采用震动与不采用震动。(1)金属模浇注比砂模浇注,铸件晶粒小; (2)变质处理比不变质处理,铸件晶粒小;(3)铸成薄件比铸成厚件,铸
4、件晶粒小;(4)浇注时采用震动比不采用震动,铸件晶粒小。5、为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区?柱状是由外往里顺序结晶的,品质较致密。但柱状品的接触面由于常有非金属夹杂或低熔点杂质而为弱面,在热轧、锻造时容易开裂,所以对于熔点高和杂质多的金届,例如铁、镍及其合金,不希望生成柱状晶。6、将20kg纯铜与30 kg纯镍熔化后慢冷至如图l6温度T1,求此时: 两相的化学成分;两相的质量比; 各相的质量分数; 各相的质量。解:两相的化学成分L相成分:(Ni);50 (Cu)50两相质量比:合金成分:(Ni)=80% (Cu)=20% 二相的质量比:Q/Q=(60-50)/(80-60)=0.5各相的质量分
5、数二相的质量分数:()=(60-50)/(80-50)=33.3% (L)=1-33.3%=66.7%各相的质量。 二相质量:Q(20十30)33.316.65(kg)QL50一16.6533.35(kg)7、求碳质量分数为3.5的质量为10kg的铁碳合金从液态缓慢冷却到共晶温度(但尚未发生共晶反应)时所剩下的液体的碳质量分数及液体的质量。L中的碳质量分数:w(C)4.3L中的质量分数: w (L)=(3.5-2.11)/(4.3-2.11)=63.5L的质量:QL1063.56.35(kg)8、比较退火状态下的45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低,简述原因。硬度:45钢最低,T8
6、钢较高,T12钢最高。因为退火状态下的45钢组织是铁素体+珠光体,T8钢组织是珠光体,T12钢组织是珠光体+二次渗碳体。因为铁素体硬度低,因此45钢硬度最低。因为二次渗碳体硬度高,因此T12钢硬度最高。 强度:因为铁素体强度低,因此45钢强度最低。T8钢组织是珠光体,强度最高。T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体,隔断了珠光体之间的结合,所以T12钢的强度比T8钢要低。但T12钢中网状二次渗碳体不多,强度降低不大,因此T12钢的强度比45钢强度要高。 塑性:因为铁素体塑性好,因此45钢塑性最好。T12钢中含有脆性的网状二次渗碳体,因此T12钢塑性最差。T8钢无二次渗碳体,所以T8钢塑性较高。9、
7、同样形状的两块铁碳合金,其中一块石退火状态的15钢,一块是白口铸铁,用什么简便方法可迅速区分它们?因为退火状态的15钢硬度很低,白口铸铁硬度很高。因此可以用下列方法迅速区分:(1)两块材料互相敲打一下,有印痕的是退火状态的15钢,没有印痕的是白口铸铁。(2)用锉刀锉两块材料,容易锉掉的是退火状态的15钢,不容易锉掉的是白口铸铁。(3)用硬度计测试,硬度低的是退火状态的15钢,硬度高的是白口铸铁。10、为什么碳钢进行热锻、热轧时都要加热到奥氏体区?因为奥氏体是面心立方晶格,其滑移变形能力大,钢处于奥氏体状态时强度较低,塑性较好,因此锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。11、下列零件或工具用何种碳钢
8、制造:手锯钢条、普通螺钉、车床主轴。手锯锯条用T10钢制造。 普通螺钉用Q195钢、 Q215钢制造。 车床主轴用45钢制造。12、为什么细晶粒钢强度高,塑性、韧性也好?多晶体中,由于晶界上原子排列不很规则,阻碍位错的运动,使变形抗力增大。金属晶粒越细,晶界越多,变形抗力越大,金属的强度就越大。多晶体中每个晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向(称晶粒处于软位向),另一些晶粒的滑移面和滑移方向与最大切应力方向相差较大(称晶粒处于硬位向)。在发生滑移时,软位向晶粒先开始。当位错在晶界受阻逐渐堆积时,其他晶粒发生滑移。因此多晶体变形时晶粒分批地逐步地变形,变形分散在材料各处
9、。晶粒越细,金属的变形越分散,减少了应力集中,推迟裂纹的形成和发展,使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形,从而使金属的塑性提高。 由于细晶粒金属的强度较高、塑性较好,所以断裂时需要消耗较大的功,因而韧性也较好。因此细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。13、与单晶体的塑性变形相比较,说明多晶体塑性变形的特点。 多晶体中,由于晶界上原子排列不很规则,阻碍位错的运动,使变形抗力增大。金属晶粒越细,品界越多,变形抗力越大,金属的强度就越大。 多晶体中每个晶粒位向不一致。晶粒越细,金属的变形越分散,减少了应力集中,推迟裂纹的形成和发展,使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形,因此使金属的塑性提高。14
10、、金属塑性变形后组织和性能会有什么变化?金属发生塑性变形后,晶粒发生变形,沿形变方向被拉长或压扁。当变形量很大时,晶粒变成细条状(拉伸时),金属中的夹杂物也被拉长,形成纤维组织。金属经大的塑性变形时,由于位错的密度增大和发生交互作用,大量位错堆积在局部地区,并相互缠结,形成不均匀的分布,使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块,而在晶粒内产生亚晶粒。金属塑性变形到很大程度(70以上)时,由于晶粒发生转动,使备品粒的位向趋近于一致,形成特殊的择优取向,这种有序化的结构叫做形变织构。金属发生塑性变形,随变形度的增大,金属的强度和硬度显著提高。塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化,也叫形变强化。另外
11、,由于纤维组织和形变织构的形成,使金属的性能产生各向异性。15、在图17所示的晶面、晶向中,哪些是滑移面?哪些是滑移方向?图中情况能否构成滑移系?(a)FCC:(101) 晶面不是滑移面,110晶向是滑移方向,但两者不能构成滑移系。 (b)FCC:(111)晶面是滑移面,其上的110晶向也是滑移方向,两者能构成滑移系。 (c)BCC:(111)晶面不是滑移面,其上的101晶向不是滑移方向,两者不能构成滑移系。(d)BCC:(110)晶面是滑移面,晶向也是滑移方向,但不在(110)晶面上,故两者不能构成滑移系。16、用低碳钢钢板冷冲压成形的零件,冲压后发现各部位的硬度不同,为什么?主要是由于冷冲
12、压成形时,钢板形成零件的不同部位所需发生的塑性变形量不同,因而加工硬化程度不同所造成。17、已知金属钨、铅的熔点分别为3380和327,试计算它们的最低再结晶温度,并分析钨在9000C加丁、铅在室温加丁时各为何种加工?金属的最低再结晶温度为:T再(0.350.4)T熔点对金属钨:T熔点273十33803653KT再(0.350.4)T熔点l 279146l K1006l188在900对金属钨进行加工,略低于其最低再结晶温度,应属冷加工。对金属铅:T熔点273十327600 KT再(0.350.4)T熔点210240 K6333在室温(如23)对金属铅进行加工,明显高于其最低再结晶温度的上限33
13、,应属热加工。18、何谓临界变形度?分析造成临界变形度的原因。塑性变形后的金属再进行加热发生再结晶,再结晶后晶粒大小与预先变形度有关。使品粒发生异常长大的预先变形度称做临界变形度。 金属变形度很小时,因不足以引起再结晶,晶粒不变。当变形度达到210时,金属中少数晶粒变形,变形分布很不均匀,所以再结晶时生成的晶核少,晶粒大小相差极大,非常有利于晶粒发生吞并过程而很快长大,结果得到极粗大的晶粒。19、在制造齿轮时,有时采用喷丸处理(将金属丸喷射到零件表面上),使齿面得以强化。试分析强化原因。喷丸处理时,大量的微细金属丸被喷射到零件表面上,使零件表层发生一定的塑性变形,因而对零件表面产生了加工硬化效
14、应,同时也在表面形成残余压应力,有助于提高零件的疲劳强度。20、再结晶和重结晶有何不同?再结晶是指冷变形(冷加工)的金属加热到最低再结晶温度以上,通过原子扩散,使被拉长(或压扁)、破碎的晶粒通过重新形核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶,同时消除加工硬化现象,使金属的强度和硬度、塑性和韧性恢复至变形前的水平。对钢而言,再结晶温度低于共析温度727,因此不会发生晶体结构类型的转变。 有些金属在固态下,存在两种或两种以上的晶格形式,如铁、钴、钛等。这类金属在冷却或加热过程中,其晶格形式会发生变化。金属在固态下随温度的改变,由一种晶格转变为另一种晶格的现象,称为同素异构转变,也叫做重结晶。重结晶也是一个通过原子扩散进行的形核、长大过程,但同时发生晶格结构类型的转变。21、热轧空冷的45钢钢材在重新加热到超过临界点后再空冷下来时,组织为什么能细化?
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