机械专业技术基础知识问答-一章.doc

一、 金属材料及热处理1-1 金属材料的性能包括哪些内容？答：金属材料性能包括四个方面： 机械性能； 物理性能，如相对密度、熔点、导热、导电及热胀冷缩等； 化学性能，如耐腐蚀、耐酸性及耐热性等； 工艺性能，即加工过程中便于成型的性能，如铸造、锻造及机械加工等性能。1-2 金属材料的机械性能包括哪些内容？答：机械性能包括弹性强度、屈服强度、抗拉强度、塑型、硬度、疲劳强度及冲击韧性等。 弹性强度（弹性极限e）：材料在外力作用下不产生永久变形所承受的最大应力。 e=（Pe为外力，F0为材料截面积） 屈服强度s：材料在外力作用下开始塑型变形的最小应力值。 s= 抗拉强度b：材料在外力作用下，产生大量塑性变形到拉断时所承受的最大应力值。 b= 疲劳强度：材料在一定的交变循环作用力下，仍不产生疲劳断裂的最大应力值。 塑性：材料在破断前的永久变形能力大小。它包括： 延伸率：=100% 断面收缩率：=100% 冲击韧性：试验机用一定重量的摆锤自一定高度自由落下，测得一次冲断时试样缺口处单位面积所消耗的功。k=，单位为Nm/cm2 硬度包括：布氏硬度（HB） 洛氏硬度（HRA、HRB、HRC） 维氏硬度（HV）1-3 什么叫晶格？金属的晶体结构有哪三种常见的金属晶格？答：晶格是表明晶体内部原子排列的规律，把每个原子看成一个点，把这些点用直线连接起来形成的空间格子。晶格中的每个点叫做结点。各个方位的原子平面角晶面。晶格的最小单元叫晶胞，它能代表整个晶格的原子排列规律。晶胞中各棱边的长度叫晶格常数，其大小以来度量(1=10-8cm)。各种金属晶格结构的差别，就在于晶格类型和晶格常数的不同。金属的晶体有各种不同的形式，最常见的有三种类型：体心立方体、面心立方晶格和密排六方晶格。（1） 体心立方晶格（图1-1a）：原子分布在立方体的各结点和中心处。属于这一类的金属有铬、钼、钨和-铁等。这类金属一般都具有相当大的强度和较好的塑性。（2） 面心立方晶格（图1-1b）：原子分布在立方体的各结点和各面的中心处。属于这一类的金属有铝、铜镍和-铁等。这类金属具有很好的塑性。（3） 密排六方晶格的晶胞（图1-1c）：在六方柱体的各个结点和上下底面中心处各有一个原子，还在上下两个六方面的中间有三个原子。属于这类晶格的金属有铍、镁、锌和镉等。 a） b） c）图1-1 金属晶格的形式a）体心立方体晶胞 b）面心立方晶胞 c）密排六方晶格 1-4 什么叫做加工硬化？加工硬化对金属有什么影响？答：金属组织形变愈大，晶粒的细碎程度愈大，亚晶粒的量愈多，位错密度便显著增大；同时，细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。因此，随着形变量的增加，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，即硬度和强度显著升高，塑性和韧性下降，产生所谓加工硬化现象。金属的加工硬化会给金属的进一步加工带来困难。例如钢板在冷轧过程中会愈轧愈硬，直到轧制不动。但它可以提高金属强度、硬度和耐磨性，特别是对于那些不能以热处理方法提高强度的纯金属和某些合金尤为重要。如冷拉高强度钢丝和冷卷弹簧等，主要就是利用冷加工变形来提高他们的强度和弹性极限；又如坦克和拖拉机的履带，破碎机的颚板以及铁路的道叉等，也都是利用加工硬化来提高他们的硬度和耐磨性的。1-5 变形金属中，随加热温度不同，大致可分为哪三个阶段？答：可以分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。回复是在加热温度较低时，仅因金属中的一些点缺陷和位错的迁移而引起的某些晶内的变化。这时因为原子活动能力不大，故金属的晶粒大小和形状尚无明显的变化。再结晶这一过程，实质上是一个新晶粒重新生核和成长的过程，不过通过重新生核和成长之后，晶粒的外形发生了变化，而晶格的形式并不发生变化，仍与旧晶粒的晶格形式相同。晶粒长大实质上是一个晶界位移的过程，如图1-2所示。即通过一个晶粒的边界向另一晶粒的迁移，把另一晶粒中的晶格位向逐步地改变，成为与这个晶粒相同的晶格位向，于是另一晶粒便逐步地被这一晶粒“吞并”，合并成为一个大晶粒。图1-2 晶粒长大示意图1-6 如何区分金属的冷加工和热加工？热加工对金属组织和性能有何影响？答：从金属学的观点来看，热加工与冷加工的区分，应以金属的再结晶温度为界限，即凡在其再结晶温度以上的加工变形为热加工，反之在再结晶以下的加工变形为冷加工。热加工对金属组织和性能的影响主要有如下三方面：（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，可使铸态金属中的粗大枝晶和柱状晶粒破碎，从而使其晶粒细化，机械性能得以提高。（3） 通过热加工，可使铸态金属中的枝晶偏析和非金属夹杂的分布发生改变，使它们沿着变形的方向细碎拉长，形成所谓热加工“纤维组织”，从而使金属的机械性能具有明显的各向异性，纵向的强度、塑性和韧性显著大于横向。1-7 画出具有共析反应的二元合金相图。在分析二元合金相图时，应掌握哪些要点？答：具有共析反应的二元相图如图1-3所示。在分析二元合金相图时，应掌握：（1） 相图中每一点都代表某一成分的合金在某一温度下所处的状态，此点成为合金的表象点。（2） 在单相区中，合金由单相组成，相的成分即等于合金的成分，它由合金的表象点来决定。（3） 在两个单相区之间，必定存在一个两相区。该两相区中，合金处于两相平衡状态；此平衡相的成分，可通过合金表象点的水平线与两相区边界线的交点来决定，两相的相对质量运用杠杆定律来计算。（4） 在二元合金相图中，三相平衡共存表现为一条水平线三相平衡线。其图形特点及性质见表1-1。表1-1 三相平衡线的图形特征及性质序号反应名称图形特征反应式说明1共晶反应恒温下由一个液相L，同时结晶出两个成分不同的固相和的一种反应2共析反应恒温下由一个固相，同时结晶出两个成分不同的固相和的一种反应3包晶反应恒温下由液相L和一个固态相互作用，生成一种新的固相的一种反应 图1-3中，A和B代表两组元，C为共析点，dce为共析线，（1+2）是共析体。共析反应式为： 1-8 二元相图的杠杆定律的计算公式是如何表示的？以Cu-Ni合金为例加以说明。答：假设合金的总质量为1，液相的质量为QL，固相的质量为Q。 若已知Cu-Ni合金中含Ni量为，液相中的含Ni量为，固相中的含Ni量为，则可列方程： 解方程式得 或 或因而 1-9怎样分析图1-4的铁碳合金相图？答：在铁碳合金相图中，用字母标出的点都表示一定的特性（成分和温度），叫做特性点。各特性点的含义见表1-2。铁碳合金相图中，各条线表示铁碳合金内部组织发生转变的界线。主要线的含义如下：ABCD为液相线，此线以上的区域是液态区，液态合金冷却到此线时开始结晶。AHJECF为固相线，此以下合金为固体状态。三条平行线（HJB、ECF、PSK）表示三个恒温反应：（1）在1495（HJB水平线）发生包晶反应1-10 什么叫固溶体、见习固溶体和过冷度？答：这些都是指对合金而言。由两种或者两种以上的元素溶合在一起的复合体为合金。如铁碳合金主要由铁和碳原子组成；黄铜由铜和锌原子组成。组成合金独立的最基本的单元为组元。合金的组元在液态时互相溶解，凝固后形成的一种均匀结构物，叫固溶体。一种晶格中包含两种组元的原子，原子直径小的溶质原子，进入到原子打的溶剂原子的间隙中，叫做间隙固溶体。理论结晶温度T 与实际结晶温度T之差称过冷度，即T=T-T。不同的金属有不同的过冷度，同重金属的过冷度主要决定于冷却速度。1-11 什么叫奥氏体、铁素体、珠光体、渗碳体、马氏体？它们各有什么特征？答：碳在r-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，代号A。它有良好的塑性，绝大多数钢在高温压力加工时，要在奥氏体区进行。碳原子溶于-Fe中形成的间隙固溶体叫做铁素体，代号F。它具有体心立方晶格结构，室温时具有良好的塑性、韧性、硬度低（HB80）。珠光体是指含碳量0.77%的奥氏体。当冷却到727，由奥氏体同时析出渗碳体和铁素体组成的机械混合物。渗碳体是碳和铁以一定比例化合形成的金属化合物Fe3C。其硬度高（HB800），极脆，塑性几乎等于零，没有同素异构转变。由于冷却速度大于临界冷却速度，原子扩散缓慢，奥氏体便以无扩散的方式形成过饱和碳的固溶体，这种固溶体称为马氏体,代号M。马氏体组织的