【正文】 析加工硬化對金屬材料的強(qiáng)化作用？ 答： 隨著塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)密度不斷增加，因此位錯(cuò)在運(yùn)動時(shí)的相互交割、位錯(cuò)纏結(jié)加劇，使位錯(cuò)運(yùn)動的阻力增大，引起變形抗力的增加。這樣，金屬的塑性變形就變得困難，要繼續(xù) 8 變形就必須增大外力，因此提高了金屬的強(qiáng)度。 8．已知金屬鎢、鐵、鉛、錫的熔點(diǎn)分別為 3380℃、 1538℃、 327℃、 232℃，試計(jì)算這些金屬的最低再結(jié)晶溫度，并分析鎢和鐵在 1100℃下的加工、鉛和錫在室溫（ 20℃）下的加工各為何種加工？ 答： T 再 = 熔 ；鎢 T 再 =[*（ 3380+273） ]273=℃ 。 鐵 T 再 =[*（ 1538+273） ]273=℃ 。 鉛 T 再 =[*（ 327+273） ]273=33℃ 。 錫 T 再 =[*（ 232+273） ]273=71℃ .由于 鎢 T 再 為℃＞ 1100℃，因此屬于熱加工； 鐵 T 再 為 ℃＜ 1100℃，因此屬于冷加工； 鉛 T再 為 33℃ ＜ 20℃，屬于 冷 加工； 錫 T 再 為 71＜ 20℃，屬于 冷 加工。 9．在制造齒輪時(shí)，有時(shí)采用噴丸法（即將金屬丸噴射到零件表面上）使齒面得以強(qiáng)化。試分析強(qiáng)化原因。 答：高速金屬丸噴射到零件表面上， 使工件表面層產(chǎn)生塑性變形，形成一定厚度的加工硬化層，使齒面的強(qiáng)度、硬度升高。 10．用下述三種方法制成齒輪，哪種方法較為理想？為什么？ （ 1） 用厚鋼板切出圓餅再加工成齒輪。 （ 2） 用粗鋼棒切下圓餅再加工成齒輪。 （ 3） 由圓棒鍛成圓餅再加工成齒輪。 （ 4） 由圓棒用整體模鍛的方法制造。 答：本題從纖維組織分布的合理性去自行分析，分析過程最好通過畫圖說明。 第四 章 合金的結(jié)構(gòu)與二元狀態(tài)圖 1．解釋下列名詞： 合金，組元，相， 組織組成物， 相圖；固溶體，金屬間化合物，機(jī)械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶強(qiáng)化， 彌散強(qiáng)化 。 答：合金：通過熔煉 ，燒結(jié)或其它方法，將一種金屬元素同一種或幾種其它元素結(jié)合在一起所形成的具有金屬特性的新物質(zhì)，稱為合金。 組元：組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。 相：在金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分，均 9 稱之為相。 組織組成物：通常把能夠在顯微鏡下清楚地區(qū)別開，并具有一定形態(tài)特征的組成部分，稱為組織組成物。 相圖：用來表示合金系中各個(gè)合金的結(jié)晶過程的簡明圖解稱為相圖。 固溶體：合金的組元之間以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格結(jié)構(gòu)與組成合金的某一組元的相同，這種相稱為固溶體。 金屬間化合物： 合金的組元間發(fā)生相互作用形成的一種具有金屬性質(zhì)的新相，稱為金屬間化合物。它的晶體結(jié)構(gòu)不同于任一組元，用分子式來表示其組成。 機(jī)械混合物： 合金的組織由不同的相以不同的比例機(jī)械的混合在一起，稱機(jī)械混合物。 枝晶偏析：實(shí)際生產(chǎn)中，合金冷卻速度快，原子擴(kuò)散不充分，使得先結(jié)晶出來的固溶體合金含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶含低熔點(diǎn)組元較 多，這種在晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為枝晶偏析。 比重偏析： 比重偏析是由組成相與溶液之間的密度差別所引起的。如果先共晶相與溶液之間的密度差別較大，則在緩慢冷卻條件下凝固時(shí) ，先共晶相便會在液體中上浮或下沉，從而導(dǎo)致結(jié)晶后鑄件上下部分的化學(xué)成分不一致，產(chǎn)生比重偏析。 固溶強(qiáng)化：通過溶入某種溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。 彌散強(qiáng)化 ： 合金中以固溶體為主再有適量的金屬間化合物彌散分布，會提高合金的強(qiáng)度、硬度及耐磨性 ，這種強(qiáng)化方式為 彌散強(qiáng)化 。 2．指出下列名詞的主要區(qū)別： 1）置換固溶體與間隙固溶體； 答： 置換固溶體：溶質(zhì)原子代替溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上的一部分原子而組成的固溶體稱置換固溶體。 間隙固溶體：溶質(zhì)原子填充在溶劑晶格的間隙中形成的固溶體，即間隙固溶體。 2）相組成物與組織組成物 ； 相組成物： 指 合金 組織中 的基本組成相。 組織組成物： 指 合金 顯微組織 中 能夠清楚地區(qū)別開，并具有一定形態(tài)特征、相對的 獨(dú)立 組 10 成 部分 。 3．下列元素在α Fe 中形成哪幾種固溶體 ? Si、 C、 N、 Cr、 Mn 答： Si、 Cr、 Mn 形成置換固溶體； C、 N 形成間隙固溶體。 4． 試述固溶強(qiáng)化、 變形強(qiáng)化（ 加工強(qiáng)化 ） 和彌散強(qiáng)化的強(qiáng)化原理 ,并說明三者的區(qū)別 . 答： 固溶強(qiáng)化 ： 溶質(zhì)原子溶入后，要引起溶劑金屬的晶格產(chǎn)生畸變，進(jìn)而位錯(cuò)運(yùn) 動時(shí)受到阻力增大，材料的強(qiáng)度提高。 彌散強(qiáng)化 ： 金屬化合物本身有很高的硬度 ，因此合金中以固溶體為 基體再有適量的金屬間化合物 均勻細(xì)小 彌散分布 時(shí) ，會提高合金的 硬度及耐磨性；金屬間化合物會增大位錯(cuò)運(yùn)動阻力，使合金的強(qiáng)度也提高、 這種用金屬間化合物來強(qiáng)化合金的方式為彌散強(qiáng)化。 變形強(qiáng)化（ 加工強(qiáng)化 ） ：通過產(chǎn)生塑性變形來增大位錯(cuò)密度，從而增大位錯(cuò)運(yùn)動阻力，引起塑性變形抗力的增加，提高合金的強(qiáng)度和硬度。 區(qū)別： 固溶強(qiáng)化和 彌散強(qiáng)化 都是利用合金的組成相來強(qiáng)化合金， 固溶強(qiáng)化是通過產(chǎn)生晶格畸變，使位錯(cuò)運(yùn)動阻力增大來強(qiáng)化合金；彌散強(qiáng)化是利用金屬化合物本身的高強(qiáng)度和硬度來強(qiáng)化合金； 而加工強(qiáng)化是通過力的作用產(chǎn) 生塑性變形，增大位錯(cuò)密度以增大位錯(cuò)運(yùn)動阻力來強(qiáng)化合金；三者相比，通過 固溶強(qiáng)化得到的強(qiáng)度、硬度最低，但塑性、韌性最好， 變形強(qiáng)化（ 加工強(qiáng)化 ） 得到的強(qiáng)度、硬度最高，但塑韌性最差，彌散強(qiáng)化介于兩者之間。 5．固溶體和金屬間化合物在結(jié)構(gòu)和性能上有什么主要差別？ 答：在結(jié)構(gòu)上：固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑的結(jié)構(gòu)相同，而金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)不同于組成它的任一組元，它是以分子式來表示其組成。 在性能上：形成固溶體和金屬間化合物都能強(qiáng)化合金，但固溶體的強(qiáng)度、硬度比金屬間化合物低，塑性、韌性比金屬間化合物好，也就是固溶體有更好 的綜合機(jī)械性能 ，固溶體在合金中主要充當(dāng)基體角色，占的比例大；而金屬間化合物充當(dāng)強(qiáng)化相角色，占的比例小。 11 6. 何謂共晶反應(yīng)和共析反應(yīng) ?試比較這二 種反應(yīng)的異同點(diǎn) . 答： 共晶反應(yīng) ： 指一定成分的液體合金，在一定溫度下，同時(shí)結(jié)晶出成分和晶格均不相同的兩種晶體的反應(yīng)。 共析反應(yīng) ： 由特定成分的單相固態(tài)合金，在恒定的溫度下，分解成兩個(gè)新的，具有一定晶體結(jié)構(gòu)的固相的反應(yīng)。 共同點(diǎn)：反應(yīng)都是在恒溫下發(fā)生， 反應(yīng)物和產(chǎn)物都是具有特定成分的相，都處于三相平衡狀態(tài)。 不同點(diǎn)：共晶反應(yīng)是一種液相在恒溫下生 成兩種固相的反應(yīng)；共析反應(yīng)是一 種固相在恒溫下生成兩種固相的反應(yīng) 。 7．二元合金相圖表達(dá)了合金的哪些關(guān)系？ 答： 二元合金相圖表達(dá)了合金的狀態(tài)與溫度和成分之間的關(guān)系。 8．在二元合金相圖中應(yīng)用杠桿定律可以計(jì)算什么？ 杠桿定律的支點(diǎn)和兩個(gè)端點(diǎn)如何確定？ 答：應(yīng)用杠桿定律可以計(jì)算合金 相互平衡兩 相的成分和相對質(zhì)量比例，支點(diǎn)是合金的成分，兩個(gè)端點(diǎn)待求兩個(gè)相的成分。應(yīng)注意只能用在兩相區(qū)。 9. 已知 A（熔點(diǎn) 600℃ ）與 B(500℃ ) 在液態(tài)無限互溶；在固態(tài) 300℃ 時(shí) A 溶于 B 的最大溶解度為 30% ， 室溫時(shí)為 10%， 但 B 不溶于 A；在 300℃ 時(shí)，含 40% B 的液 態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)。 現(xiàn)要求： 1） 作出 AB 合金相圖； 2） 分析 20% A,45%A,80%A 等合金的結(jié)晶過程，并確定室溫下的組織組成物和相組成物的相對量。 答：（ 1） 12 （ 2） 20%A 合金如圖①： 合金在 1 點(diǎn)以上全部為液相，當(dāng)冷至 1 點(diǎn)時(shí)，開始從液相中析出 α固溶體，至 2 點(diǎn)結(jié)束，2～ 3 點(diǎn)之間合金全部由 α固溶體所組成，但當(dāng)合金冷到 3 點(diǎn)以下，由于固溶體 α的濃度超過了它的溶解度限度，于是從固溶體 α 中析出二次相 A，因此最終顯微組織： α+AⅡ 相組成物 : α+A A%=（ 9080/90） *100%=11% α%=1A%=89% 45%A 合金如圖②： 合金在 1 點(diǎn)以上全部為液相，冷至 1 點(diǎn)時(shí)開始從液相中析出 α固溶體，此時(shí)液相線成分沿線 BE 變化，固相線成分沿 BD 線變化，當(dāng)冷至 2 點(diǎn)時(shí)， 液 相線成分到達(dá) E 點(diǎn)，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成 （ A+α） 共晶體，合金自 2 點(diǎn)冷至室溫過程中，自 α固溶體 中析出二次相 AⅡ ，因而合金 ② 室溫組織： AⅡ +α+(A+α) 相組成物 :A+α 組織： （ A+α） %=（ 7055） /(7040） *100%=50% AⅡ %={（ 5540） /（ 7040） }*{20/90}*100%=11% 13 Α%={（ 5540） /（ 7040） }*{70/90}*100%=39% 或 α=50%11%=39% 相： A%=（ 9055） /90*100%=39% α%=1A%=61% 80%A 合金如圖③： 合金在 1 點(diǎn)以上全部為液相，冷至 1 點(diǎn)時(shí)開始從液相中析出 A，此時(shí)液相線成分沿 AE線變化，冷至 2 點(diǎn)時(shí)，液相線成分到達(dá)點(diǎn)，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成 (A+α)共晶體，因而合金 ③ 的室溫組織： A+ (A+α) 相組成物： A+α 組織： A%=（ 4020） /40*100%=50%