金属学与热处理课后答案

其次章纯金属的结晶

2-3为什么金属结晶时肯定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时

是否会消失过热？为什么？

答：(1)由于金属结晶时存在过冷现象，是为了满意结晶的热力学条件，过冷度越大，

固、液两项的自由能差越大，相变驱动力越大。

(2)过冷度随金属的纯度不同和本性不同，以及冷却速度的差异可以再很大范围内变

化。金属不同，过冷度也不同；金属的纯度越高，则过冷度越大；冷却速度越大，过

冷度越大，反之，越小。

(3)会，当液态金属的自由能低于固态时,这时实际结晶温度高于理论结晶温度%

,此时，固态金属才能自发的转变为液态金属，称为过热。

2-4试比较匀称形核与非匀称形核的异同点。

答;匀称形核是指：若液相中各区域消失新相晶核的几率是相同的；非匀称形核：液态

金属中存在微小的固相杂质质点，液态金属与型壁相接触，晶核可以优先依附现成的

固体表面形核。在实际的中，非匀称形核比匀称形核要简洁发生。二者形核皆需要结

构起伏，能量起伏，过冷度必需大于临界过冷度，晶胚的尺寸必需大于临界晶核半径。

2-5说明晶体成长外形与温度梯度的关系？

答;正温度梯度下以平面状态的长大形态，服温度梯度下以树枝状长大。

2-6简述铸锭三晶区形成的缘由及每个晶区的性能特点？

(1)表层细晶区形成缘由：①型壁接近的金属液体产生极大过冷度满意形核的热

力学条件；②型壁可以作为非匀称形核的基地。该晶区特点：组织细密，力学

性能较好，但该晶区较薄，一般没有多大的实际意义。

(2)柱状晶区的形成缘由：①液态金属结晶前沿有适当的过冷度，满意形核要求；

②垂直于型壁方向散热最快，晶体向相反的方向生长；③外因是散热的方向性；

④内因是晶体晶体生长的各向异性。该晶区的特点：相互平行的柱状晶接触面

及相邻垂直的柱状晶区的交界面较为脆弱，并常聚集着易熔杂质和非金属夹杂

物，使铸锭在热压力加工时，简洁沿着这些脆弱面开裂，组织比较致密。

(3)中心等轴晶区形成特定：①中心液体达到过冷，加上杂质元素的作用，满意形

核的要求；②散热失去方向性，晶核自由生长，长大速度差不多，长成等轴区。

该晶区的特点：裂纹不易扩展，不存在明显的若面，各晶粒取向不同，性能无

方向性，但分枝较多。显微缩孔较多，组织不够致密，对性能影响不多，一般

铸件要求得到发达的中兴等轴晶区。

2-8,(1)错，只补偿了表面能的2/3。

(2)错，只有足够的能量起伏供应形核功,不行以形核。

(3)错，负温度梯度，才以树枝状的方式生长。

第三章.二元合金的相结构与结晶

3-1在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状生长，而固溶体合金却能呈树

枝状成长？

答：由于温度梯度为正时，由溶质在固溶体界面前沿液相的富集而引起的成分过冷，

溶质组员重新分布，形成溶质的浓度梯度，将对固溶体合金的晶体形态产生极大的影

响，产生树枝状的形态，而纯金属结晶时没有成分过冷的现象，因此在正温度梯度时，

没有树枝状的形态产生。

3-2何谓合金的平衡相图，相图能给出任一条件下合金的显微组织组织吗？

答：合金的组成相或组织状态与温度、成分、压力之间的关系的图解；

不能，假如相比较多，成分简单的时候，那么合金的平衡相图则不适用。

3-3有两个外形、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的Ww=90%,此外一个

铸件的WNI=50%,铸后自然冷却。凝固后哪一个铸件的偏析严峻？为什么？找出消

退偏析的措施。

答：查图，书上70页，图3-11,50%对应的固相线与液相线的垂直高度差大于90%

所对应的固相线与液相线的垂直高度差，因此，50%所对应的铸件的偏析严峻，

消退偏析方法：分为树枝偏析和区域偏析，树枝偏析可以通过锻造,再结晶，高温集中和

锻后热处理得到消退，区域偏析只能通过锻造来减轻其影响,使夹杂物分散，并将显微孔

隙和疏松锻合.

3-4何谓成分过冷？成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组织有何影响?

答：成分过冷:凝固时由于溶质再安排造成固液界面前沿溶质浓度变化，引起理论凝固

温度的转变而在液固界面前液相内形成的过冷。这种由固-液界面前方溶质再安排引起

的过冷，称为成分过冷。

对晶体长大方式的影响:无成分过冷时，晶体为平面状生长;成分过冷稍有增大时，呈胞

状生长;成分过冷更大时，是树枝状生长。

对铸锭组织的影响:产生成分偏析，导致组织化学成分不匀称。

第四章铁碳合金

4-1分析Wc=0.2%、Wc=0.6%、Wc=1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变

过程用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分析计算室温下的相组成及组织

组成的含量。

答：(1)Wc=0.2%；金只组成Wa=0.祟;*100%=76.2%

100%

Wp*=238%相碗：Wa=x100%=97%

0.2一0.0008

WX100%=3%

^c=6.6^0,0008

100%

(2)Wc=0.6%；组织g：Wtt=0；言黑8*=22.8%

0.6-0.0218

WP=0.77-0.0218X100%=79-2%

相组成:W。=螳嬴1。。％=91%

WFe3c=1-91%=9%

(3)Wc=1.2%组织组成：WFe3C]|=短箸X100%=7.3%

6.69—1.2

WP=6^077100%=92-7%

相组成：W=669T2x100%=82.07%

a6.69-0.0008

1.2-0.0008

WX100%=1793%

^c-6.69-0,0008-

本章的计算，求组织组成,相组成，都是采用的杆杆原理。理清思绪，则特别简洁。

知道共析钢，共晶铁二者的不同含碳量的组织组成、相组成。理清思路。

4-2,分析Wc=3.5%、Wc=4.7%的铁碳合金从液态到室温的平均结晶过程，画出冷却

曲线和组织转变示意图，并计算室温下的组织组成和相组成。

4335

答：(1)Wc=3.5%,较只组成：Wv=--x100%=36.5%

?4.3—2.11

3.5-2.11

W/d=x100%=63.5%

+3—Z.ll

4.3-3.52.11-0.7

W=————x——~~——x100%=8.7%

Feq3CcH4.3—2.116.69-0.77

相组成：Wa=黑氤X100%=47.7%

3.5-0.0008

WF，C=6.69-。.。。。8乂I。。％=523%

(2)Wc=4.7%〃组织名麻：W|小=&6I7*100%=83.3%

Lu6.69—4.3

47-43

WFe3c「菽F、100%=16.7%

相组成：Wa=^W'100%=29.7%

4.7-0.0008

WX10%=73%

^c-6,6^0,0008°°-

4-3计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大可能含量。

答：最大可能含量；WcX100%=22.64%

Fe30||o.O7-u.//

0.0218

W,=/“X100%=0.33%

仲Fe，c6.69

4-5为了区分两种弄混的碳钢，工作人员分别截取了A、B两块式样，加热至850%

后保温以极缓慢的冷却速度冷至室温，观看金相组织，结果如下：

A,试样的先共析铁素风光积为41.6%,珠光体的面积为58.4%。

B,试样的二次渗碳体的面积为7.3%，珠光体的面积为92.7%。

设铁素体和渗碳体的密度相同，铁素体中的含碳量为零，试求A、B两种碳钢的含碳量。

，答：A,设含碳量为x,则有：(0.77-x)/(0.77-0.0218)xl00%=41.6%,x=0.45%

B,设含碳量为X,(x-0.77)/(6.69-0.77)xl00%=7.3%,x=1.20226%

4-7Fe-Fe3c相图有哪些应用，又有哪些局限性？

答：(1)应用

1,它是讨论铁碳合金的重要工具，了解并把握它，对钢铁材料的讨论和应用，各种加

工工艺的制定以及工艺废品产生缘由的分析等各个方面都有指导意义。

2从某种意义上讲，铁碳合金相图是讨论铁碳合金的工具，是讨论碳钢和铸铁

成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。

3为选材供应成分依据。

4,在锻造方面的应用：可以确定钢材在锻造时必需选择在奥氏体区的适当温

度范围内进行，由于奥氏，体单相变形匀称，强度较低，塑性较好，便于塑性变形

5在焊接方面的应用:焊接时从焊缝到母材各区域的加热温度是不同的，可依据

铁碳合金相图分析低碳钢焊接接头的组织变化状况

6在热处理方面的应用:依据铁碳合金相图拟订淬火、退火、正火等各种热处理

加热法律规范，有着特殊重要的意义。

(2)局限性：

1与实际的生产的温度有偏差，某些参数在其中不能找到。

第九章钢的热处理原理

9-2,何谓奥氏体晶粒度？说明奥氏体晶粒度大小对钢的性能的影响？

答；(1)晶粒度是指晶粒大小的量度,当以单位面积内晶粒个数或每个晶粒的平均面

积与平均直径来描述晶粒大小时，可以建立晶粒大小的清楚概念。

(2)细小的奥氏体晶粒可使钢在冷却后获得细小的室温组织，从而具有优良的综合力

学性能。

9-8简述碳钢的回火转变和回火组织？

答：(1)马氏体中碳的偏聚

(2)马氏体的分解

(3)残余奥氏体的转变

(4)碳化物的转变

(5)渗碳体的聚集长大，和a相回复，在结晶。

9-9比较珠光体、索氏体、托氏体和回火珠光体、回火索氏体、回火托氏体的组织和性

能？

答：(1)珠光体、索氏体、托氏体都是属于珠光体类的组织，都是铁素体和渗碳体组

成的片层相间的机械混合物，差别仅仅是片间距粗细不同，三者的片间距一次减小。

珠光体的硬度与断裂强度与片间距成正比关系，塑性与片间距成反比。

(2)回火珠光体、回火索氏体、回火托氏体，三者的成分均相同，都是a基体，渗碳

体颗粒分布在上面的组织。但是由于渗碳体粗细程度依次降低，材料的强度、韧性也

随之增加。

第十章钢的热处理工艺

10-3,在生产中为了提高亚共析钢的强度，常用的方法是提高亚共析钢中珠光体的含

量，问应采纳什么热处理工艺？

答：采纳"正火"工艺

10-4淬火的目的是什么？淬火方法有几种？比较几种淬火方法的优缺点？

答：有四种淬火的方法。（1）单液淬火法，（2）双液淬火法，（3）分级淬火，（4）

等温淬火。

各自优缺点，（1）操作简洁，只适用于小尺寸的工件，对尺寸较大的工件，易产生变

形和开裂。

（2）有利于防止变形和开裂，尺寸较大碳素钢也适用。掌握在水中的淬火时间是难点，

过段或者过长都对工件有影响。

（3）温度可以取略低于Ms点的温度,适用于尺寸大工件。

（4）显著减小工件变形和开裂，只适用于尺寸小的工件，相宜外形简单，尺寸要求精

密工具和机器零件。

10-5,试简述亚共析钢和过共析钢淬火温度的选择原则。为什么过共析钢淬火加热温

度不能超过AQm线?

答：亚共析钢淬火温度：过共析钢淬火温度：

AC3+30~50℃,,,AC1+30~50℃

假如说是超过了Acem线，碳化物将全部融入过共析钢中的奥氏体，使奥氏体中的含碳

量增加。从而降低了钢的Ms,Mf点，则会消失淬火后残余奥氏体增加的想象，降低过

共析钢的硬度和耐磨性。

10-16何谓钢的淬透性、淬硬