练习题及参考答案.doc

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0.286 x 10-7cm铁的晶格常数0.3607 x 10-7cm1cm3铜的原子数x 41.71x 1cm3 铁的原子数x 2 = 4.26x1-5. 常见的金属晶体典型结构有哪几种？Fe, 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Fe, Cu, Al, Ni, Pb - 面心立方结构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？ 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； 奥氏体为面心立方晶格，铁素体为体心立方晶格； 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； 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。 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HBHV10HRC，HBHV6HS1-11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：Tr0.4Tm（Tr、Tm 绝对温度） W: Tr=0.4(3380+273)KTr =1461.2-273= 1188.21100 不发生 Fe: Tr=0.4(1538+273)KTr =724.4-273=451.41100 发生 Pb: Tr=0.4(327+273)KTr =240-273=-3320发生 Sn: Tr=0.4(232+273)K Tr =202-273= -7120发生33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： 合金的组成相及相的成分； 相的质量分数。答： 根据已知条件计算该合金成分的含Ni量为20kg/（2030）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%； 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%=1L%=65.4% 2-5. 示意画出图2.8中过共晶合（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。70温度22013时间其室温组织示意图如下LLL(c+e)+(c+e)（2）室温组织中组成相的质量分数: 由于室温由及相组成，其质量分数各为：% x 100%= 1-% = x 100%（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、二次相、共晶体（+），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%= x 100%室温：（+）% Ld%= x 100%, 共晶反应刚结束时：% = x 100%室温：% = x x 100% % = 1-（+）%-% = x x 100%26 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: 示意绘出相图，标出各线和各相区名称； 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BiSb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aa1a2b得到液相线，连接ab1b2b得到固相线，aa1a2b以上为L相区，ab1b2b 以下为相区，aa1a2b 和ab1b2b之间为L两相区这样，BiSb相图绘制完毕。 过40%成分点作铅垂线交液相线aa1a2b于a3点和固相线ab1b2b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% %=1L%=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？=300；刚冷到183共晶转变尚没开始；在183共晶转变正在进行中；共晶转变刚完，温度仍在 183时；冷却到室温时（20）。由下图所示 =300时：30的合金相当于合金，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。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：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。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：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：21997996130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% = 80x 20%+800x80% = 2243-3. 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=2.11+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共晶反应结束后，2.11重量1Fe3C%=52%-从1148到727过程中，从2.11中析出二次渗碳体Fe3C, 其析出的Fe3C量为：Fe3Cx 52% = 12%则，到727余下的0.77量为：0.7752%-12%=40%-到了727, 0.77通过如下的共析反应生成共析渗碳体：0.770.0218+Fe3C-在常温下，其共析渗碳体的含量为：Fe3C = x 40% = 4.6%3.6 同样形状的一块含碳量为0.15的碳钢和一块白口铸铁，不做成分化验，有什么方法区分它们？ 答：方法一：测量2块铁碳合金的硬度值，硬度大的为白口铸铁，小的为含碳量0.15%碳钢；方法二：做拉伸实验，塑性最好的为含碳量0.15%碳钢，另一个为白口铸铁。3-7. 用冷却曲线表示E点成份的铁碳合金平衡结晶过程，画出室温组织示意图，标上组织组成物，计算室温平衡组织中组成相和组织组成物的相对重量。P233014时间其室温组织示意图如下LLFe3C0.770.0218+Fe3C温度Fe3C+PFe3C室温平衡组织中，组成相的相对量：%x100% = 68.7% Fe3C% = 1-% =31.3% - -组织组成物的相对重量：Fe3C% = x 100% = 22.6% P% = 1- Fe3C% = 77.3%第四章4-2. 说明共析钢C曲线各个区、各条线的物理意义，并指出影响C曲线形状和位置的主要因素。物理意义self study 影响C曲线形状和位置的主要因素奥氏体的成份及奥氏体化条件1） 奥氏体成份：（1） 碳含量影响：对亚共析钢，随碳含量增加，C曲线右移对过共析钢，随碳含量增加，C曲线左移（2） 合金元素影响：除Co外，所有合金元素使C曲线右移。2） 奥氏体化条件：（1） 加热温度：随着加热温度的升高，C曲线右移（2） 加热时间：随着加热时间的增加，使C曲线右移4-6. 简述各种淬火方法及其适用范围。1) 单介质淬火法：适用于形状简单、变形要求不高的件。2）双介质淬火法：适用于形状复杂件3）分级淬火法：适用于形状复杂、截面不均匀的小件。4）等温淬火法：适用于形状复杂、精度要求高的小件。4-7. 马氏体的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？本质：碳在-Fe中的过饱和固溶体硬度高：是因为在八面体间隙中过饱和固溶的碳原子使晶格发生严重的畸变，使其固溶强度增高，另外，淬火产生的大量的位错及孪生变形，造成极大的位错强化效果，最终使其硬度很高。引起脆性：过饱和固溶体，使位错移动困难，硬度增高，脆性加大。4.10共析钢加热到相变点以上，用图4.20所示的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？a 单介质（水）淬火，马氏体和残余奥氏体b分级淬火，马氏体和残余奥氏体c油中淬火，屈氏体、马氏体、残余奥氏体d等温淬火，下贝氏体e正火，索氏体或屈氏体f退火，珠光体g等温退火，珠光体4-11. 12钢加热到以上，用图4.21所示各种方法冷却，分析其所得到的组织。(a) 马氏体+残余奥氏体 +二次渗碳体(b) 下贝氏体+马氏体+残余奥氏体+二次渗碳体(c) 下贝氏体+二次渗碳体4-13. 确定下列钢件的退火方法，并指出退火目的及退火后的组织：经冷轧后的15钢板，要求降低硬度；35的铸造齿轮； 锻造过热的60钢锻坯； 再结晶退火，降低硬度到合适值，组织为F+P 扩散退火，消除存在化学成分和组织不均匀，组织为F+P 完全退火，细化晶粒，F+P4.15 指出下列工件的淬火及回火温度，并说出回火后获得的组织。45钢小轴（要求综合机械性能好）；60钢弹簧；12钢锉刀。淬火温度：+ 3050回火温度：500650(高温回火)回火后组织：回火索氏体淬火温度：+ 3050回火温度：350500(中温回火) 回火后组织：回火屈氏体淬火温度：+ 3050回火温度：150250(低温回火)回火后组织：回火马氏体+二次渗碳体+残余奥氏体4.16 用10钢制造形状简单的车刀，其工艺路线为：锻造热处理机加工热处理磨加工。写出其中热处理工序的名称及作用。制定最终热处理（即磨加工前的热处理）的工艺规范，并指出车刀在使用状态下的显微组织和大致硬度。球化退火，降低硬度，改善切削加工性能，并为以后的淬火作组织准备。780淬火150250回火(淬火+低温回火)，显微组织为回火马氏体+二次渗碳体+残余奥氏体，大致硬度为5864第五章教材例题5-5. 请安排用20Cr钢制造齿轮的工艺路线，并指出其热处理特点。锻造预热处理加工齿形非渗碳部位镀铜保护最终热处理喷丸磨齿预热处理：采用正火处理，目的（1）通过快冷（空冷），增加珠光体量并减小珠光体片间距，以增加加工性能。（2）改善锻造时的过热组织，使之细化。最终热处理：渗碳预冷直接淬火低温回火目的：渗碳淬火的目的是为了通过齿轮表面渗碳，使其表面硬度高、耐磨好而芯部仍保持高韧性。514. 指明下列钢号属于哪一类钢？大致的含碳量和化学成份？常用的热处理方法？主要用途？15, T8, 20CrMnTi, 40Cr, 65Mn, GCr15, W18Cr4V, CrWMn, 1Cr18Ni9Ti, 1CrMoV, 12CrMoV, 5CrMnMo, 9SiCr.15: 优质碳素结构钢，0.15%C，一般轧制后使用，不另外热处理，用于制作冲压件及焊接件。T8: 碳素工具钢，0.8%C, 淬火低温回火，hammer, 冲头20CrMnTi: 渗碳钢，0.2%C，Cr, Mn, Ti含量各1.5%，渗碳淬火低温回火，Gear40Cr: 调质钢，0.4%C, 含铬量1.5%，调质处理，曲轴及各种轴类65Mn: 弹簧钢，0.65%C, 含锰量1.5%, 淬火中温回火，各种弹簧GCr15: 滚珠轴承钢，0.951.1%C, 含铬量1.5%, 预先热处理采用球化退火最终热处理采用Ac1+30-50淬火低温回火，滚动轴承的内外圈及滚珠。W18Cr4V: 高合金刃具钢, 0.7-0.8%C, W, Cr, V的含量各为17.5-18.4%, 3.5-4.4%, 1.5%. 淬火3次高温回火，刃具、量具CrWMn: 低合金刃具钢, 含碳量=0.90-1.05%, Cr、W、Mn含量各小于1.5%, 预先热处理球化退火 最终热处理淬火低温回火9SiCr: 低合金刃具钢, 0.9%C, Si及Cr都小于1.5%，预先热处理球化退火最终热处理淬火低温回火Cr12MoV: 冷作模具钢, 1.45-1.70%C, Cr含量为11.5-12.4%, Mo及V含量各小于1.5%,预先热处理球化退火最终热处理淬火低温回火5CrMnMo: 热作模具钢, 0.5%C, Cr、Mn、Mo含量各小于1.5%, 预先热处理(完全)退火 最终热处理淬火中温或高温回火，以得到回火T, 或 回火 S。1、在立方晶系中，120晶面族共有（ ）个，其中平行于y轴的晶面是（ ）、（ ）、（ ）及（ ）。2、生产上细化铸态金属晶粒的主要措施有（ ）、（ ）等。3、常见的金属晶体结构类型是（ ）、（ ）和（ ）。铜的晶体结构是（ ），它的致密度为（ ）。4、实际晶体强度远远低于理论强度的原因，是由于实际晶体中存在大量的（ ）。5、金属的塑性变形方式主要是滑移，它只能在（ ）应力作用下才能发生，并且是通过滑移面上的（ ）运动而造成的。6、根据金属学的观点，冷、热加工的区分应以金属的（ ）为界限。7、属于珠光体类型的组织有三种，它们的机械性能是有差别的，其原因是（ ）。8、某小零件本应用T12钢制造，但错用了45钢，淬火沿用了T12钢的工艺，则淬火后组织为（ ），硬度偏（ ）。9、通常利用（ ）淬火获得下贝氏体组织。