【正文】 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。 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)。 變形強(qiáng)化（ 加工強(qiáng)化 ） ：通過(guò)產(chǎn)生塑性變形來(lái)增大位錯(cuò)密度，從而增大位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力，引起塑性變形抗力的增加，提高合金的強(qiáng)度和硬度。 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(duì)的 獨(dú)立 組 10 成 部分 。 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(huì)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 。 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(lái)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。 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。 組元：組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。 （ 4） 由圓棒用整體模鍛的方法制造。 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。 鉛 T 再 =[*（ 327+273） ]273=33℃ 。 7．分析加工硬化對(duì)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(dòng)時(shí)的相互交割、位錯(cuò)纏結(jié)加劇，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大，引起變形抗力的增加。因此， 金屬的晶粒愈細(xì)強(qiáng)度 愈高。 （ 3）通過(guò)熱加工，可使鑄 態(tài)金屬中的枝晶偏析和非金屬夾雜分布發(fā)生改變，使它們沿著變形的方向細(xì)碎拉長(zhǎng)，形成熱壓力加工“纖維組織”（流線），使縱向的強(qiáng)度、塑性和韌性顯著大于橫向。 3．劃分冷加工和熱加工的主要條件是什么？ 7 答：主要是再結(jié)晶溫度。 ② 金屬的加工硬化現(xiàn)象會(huì)給金屬的進(jìn)一步加工帶來(lái)困難，如鋼板在冷軋過(guò)程中會(huì)越軋?jiān)接?，以致最后軋不?dòng)。 變形強(qiáng)化：即利用加工硬化有利的一面：經(jīng)過(guò)一定塑性變形來(lái)增加金屬的強(qiáng)度、硬度的方法。和變形前的晶粒形狀相似，晶格類型相同，把這一階段稱為“再結(jié)晶”。在加熱溫度較低時(shí)，原子的活動(dòng)能力不大，這時(shí)金屬的晶粒大小和形狀沒(méi)有明顯的變化，只是在晶內(nèi)發(fā)生點(diǎn)缺陷的消失以及位錯(cuò)的遷移等變化，因此，這時(shí)金屬的強(qiáng)度、硬度和塑性等機(jī)械性能變化不大，而只是使內(nèi)應(yīng)力及電阻率等性能顯著降低。 高分子材料具有長(zhǎng)分子鏈構(gòu) ，分子鏈中的離子靠共價(jià)鍵結(jié)合，而分子鏈之間是靠分子鍵（包括氫鍵）結(jié)合，分子鍵屬于物理鍵（金屬鍵、共價(jià)鍵和離子鍵屬于化學(xué)鍵），其結(jié)合力比化學(xué)鍵小 1~2 個(gè)數(shù)量級(jí)，所以高分子材料的強(qiáng)度、硬度低 ， 彈性模量小 ； 由于長(zhǎng)分子鏈在外力作用下可以 伸直和卷曲，所以彈性變形量大。 ② 變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。 ③ 過(guò)冷度增大，Δ F 大，結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力大，形核率和長(zhǎng)大速度都大，且N 的增加比 G 增加得快，提高了 N 與 G 的比值，晶粒變細(xì)，但過(guò)冷度過(guò)大，對(duì)晶粒細(xì)化不利，結(jié)晶發(fā)生困難。同時(shí)晶體缺陷的存在還會(huì)增加金屬的電阻，降低金 屬的抗腐蝕性能。 變質(zhì)劑：在澆注前所加入的難熔雜質(zhì)稱為變質(zhì)劑。 過(guò)冷度：實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之差稱為過(guò)冷度?；撇糠峙c未滑移部分的交界線即為位錯(cuò)線。 面缺陷：原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間兩個(gè)方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小 。 第二 章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 1．解釋下列名詞 點(diǎn) 缺陷，線缺陷，面缺陷， 位錯(cuò)， 單晶體，多晶體，過(guò)冷度，自發(fā)形核，非自發(fā)形核，變質(zhì)處理，變質(zhì)劑 ，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（重結(jié)晶）。 5. 有一碳鋼制支架剛度不足，有人要用熱處理方法；有人要另選合金鋼；有人要改變零件載面形狀解決。特別適用于測(cè)量零件的表面淬硬層及經(jīng)過(guò)表面化學(xué)處理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精確。 布氏硬度 ： 布氏硬度 的使用上限是 HB450，適用于測(cè)定 硬度較低的金屬材料，如 退火、正火、調(diào) 質(zhì)鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。 （ 2）否，從圖中可以看出， 45 鋼與 35 鋼 的彈性模 量是相同的，即它們抵抗彈性變形的能力是相同的。 1 《 工程材料 》 復(fù)習(xí)思考題 參考 答案 06 級(jí)用 第一章 材料的性能 1. 如圖 1 所示，為五種材料的應(yīng)力 應(yīng)變曲線： a 45 鋼、 b鋁青銅、 c 35 鋼、 d硬鋁、 e 純銅。 2. 設(shè)計(jì)剛性好的零件，應(yīng)根據(jù)何種指標(biāo)選擇材料？采用何種材料為宜？ 答：應(yīng)根據(jù)彈性模量 E 的大小來(lái)選材，應(yīng)選擇 E 值大的材料，如陶瓷材料、黑色金屬材料等。 洛氏硬度 ： 是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的硬度測(cè)量的方法，因?yàn)椴僮骱?jiǎn)便、迅速，可以直接讀出硬度值， 缺點(diǎn) 是 因壓痕小，對(duì)材料有偏析及組織不均勻的情況，測(cè)量結(jié)果分離度大，再現(xiàn)性較差 。但是維氏硬度的試驗(yàn)操作較麻煩，一般在生產(chǎn)上很少使用，多用于實(shí)驗(yàn)室及科研方面。哪種方法 合理？為什么？ 答：改變零件載面形狀的方法合理 。 答： 點(diǎn)缺陷：原子排列不規(guī)則的區(qū)域在空間三個(gè)方向尺寸都很小，主要指空 位 間隙原子、置換原子等。如晶界和亞晶界。如果相對(duì)滑移的結(jié)果上半部分多出一半，多余半原子面的邊緣好像插入晶體中的一把刀的刃口，故稱“刃型位錯(cuò)”。 自發(fā)形核：在一定條件下，從液態(tài)金屬中直接產(chǎn)生，原子呈規(guī)則 排列的結(jié)晶核心。 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（重結(jié)晶）：金屬的晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化而改變的現(xiàn)象。 ，而多晶體在一般情況下不顯示出各向異性？ 答：因?yàn)閱尉w內(nèi)各個(gè)方向上原子排列密度不同，造成原子間結(jié)合力不同，因而表現(xiàn)出各向異性；而多晶體是由很多個(gè)單晶體所組成，它在各個(gè)方向上的力相互抵消平衡，因而表現(xiàn)各向同性。 ？晶核的形成率和成長(zhǎng)率受到哪些因素的影響？ 答： ① 金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是形核和 晶 核 按樹枝狀 長(zhǎng)大。 ③機(jī)械振動(dòng)、攪拌。 第三 章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶 1．解釋下列名詞： 加工硬化、回復(fù)、再結(jié)晶、熱加工、冷加工 ，纖維組織，變形強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化。此階段為回復(fù)階段。 熱加工： 將金屬加熱 到再結(jié)晶溫度以上一定溫度進(jìn)行 的 壓力加工。 細(xì)晶強(qiáng)化：通過(guò)細(xì)化晶粒達(dá)到提高金屬材料的強(qiáng)度、硬度迅速、塑性、韌性的方法。另一方面人們可以利用加工硬化現(xiàn)象，來(lái)提高金屬?gòu)?qiáng)度和硬度，如冷拔高強(qiáng)度鋼絲就是利用冷加工變形產(chǎn)生的加工硬化來(lái)提高鋼絲的強(qiáng)度的。在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的壓力加工為冷加 工，產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象；反之為熱加工，產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象被再結(jié)晶及時(shí) 消除。如果合理利用熱加工流線，盡量使流線與零件工作時(shí)承受的最大拉應(yīng)力方向一致，而與外加切應(yīng)力或沖擊力相垂直，可提高零件使用壽命。同時(shí)晶粒愈細(xì)，金屬單位體積中的晶粒數(shù)便越多，變形時(shí)同樣的變形量 便 可分散在更多的晶粒中發(fā)生，產(chǎn)生較均勻的變形，而不致造成局部的應(yīng)力集中，引起裂紋的過(guò)早產(chǎn)生和發(fā)展。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。 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。 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。 答：本題從纖維組織分布的合理性去自行分析，分析過(guò)程最好通過(guò)畫圖說(shuō)明。 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。 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。 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。 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。 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。 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(lái)強(qiáng)化合金， 固溶強(qiáng)化是通過(guò)產(chǎn)生晶格畸變，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大來(lái)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(lái)強(qiáng)化合金； 而加工強(qiáng)化是通過(guò)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(dòng)阻力來(lái)強(qiáng)化合金；三者相比，通過(guò) 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。 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)。 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(duì)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。 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(guò)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(guò)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% （ A+α） %=1A%=50% 相： A%=（ 9020） /90*100%=78% α%=1A%=22% 10．某合金相圖如圖所示。 第五 章 鐵碳合金 1．何謂金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變？試畫出純鐵的結(jié)晶冷卻曲線和晶體結(jié)構(gòu)變化圖。塑性、韌性好，強(qiáng)度、硬度低。有很好的塑性。 在萊氏體 中為連續(xù)的基體，有時(shí)呈魚骨狀。 萊氏體（ Ld） ：由 奧氏體 和 滲碳體 組成的機(jī)械混合物。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的重要工具，了解與掌握鐵碳合金相圖，對(duì)于鋼鐵材料的研究和使用，各種熱加工工藝的制訂以及工藝廢品原因的分析等方面都有 巨大的 實(shí)際 指導(dǎo)意義。對(duì)于鍛造：根據(jù)相圖可以確定鍛造溫度。 FeFe3C 相圖，指出圖中 S 、 C 、 E 、 P、 G 及 GS 、 SE 、 PSK 各點(diǎn) 、 線的意義，并標(biāo)出各相區(qū)的相組成物和組織組成物。 FeFe3C 相圖中 二 個(gè)基本反應(yīng)： 共晶反應(yīng) 和 共析反應(yīng)，寫出反應(yīng)式，標(biāo)出含碳量及溫度。 ?? ?? 230。當(dāng)含碳量