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正文內(nèi)容

工程材料復(fù)習(xí)題及答案(編輯修改稿)

2024-11-30 15:03 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ( A+α) %=1A%=50% 相: A%=( 9020) /90*100%=78% α%=1A%=22% 10.某合金相圖如圖所示。 1) 試標(biāo)注 ① — ④ 空白區(qū)域中存在相的名稱; 2) 指出此相圖包括哪幾種轉(zhuǎn)變類型; 3) 說(shuō)明合金 Ⅰ 的平衡結(jié)晶過(guò)程及室溫下的顯微組織。 答: (1)①: L+γ ② : γ +β ③ : β +(α+β )+ αⅡ ④ : β +αⅡ (2)勻晶轉(zhuǎn)變;共析轉(zhuǎn)變 (3)合金①在 1點(diǎn)以上全部為液相 ,冷至 1點(diǎn)時(shí)開(kāi)始從液相中 析出γ固溶體至 2點(diǎn)結(jié)束 ,2~ 3點(diǎn)之間合金全部由γ固溶體所組成 ,3 點(diǎn)以下 ,開(kāi)始從γ固溶體中析出 α 固溶體 ,冷至 4 14 點(diǎn) 結(jié)束 ,4~ 5之間全部由 α固溶體所組成 ,冷到 5點(diǎn)以下 ,由于 α固溶體的濃度超過(guò)了它的溶解度限度 ,從 α中析出第二相β固溶體 ,最終得到室穩(wěn)下的顯微組織 : α+β Ⅱ 11.有形狀 、 尺寸相同的兩個(gè) CuNi 合金鑄件,一個(gè)含 90% Ni ,另一個(gè)含 50% Ni,鑄后自然冷卻,問(wèn)哪個(gè)鑄件的偏析較嚴(yán)重? 答: 含 50% Ni 的 CuNi 合金鑄件偏析較嚴(yán)重 。在實(shí)際冷卻過(guò)程中,由于冷速較快,使得先結(jié)晶 部分含高熔 點(diǎn)組元多, 后結(jié)晶部分 含低熔點(diǎn)組元多,因?yàn)?含 50% Ni 的 CuNi 合金鑄件固相線與液相線范圍比 含 90% Ni 鑄件 寬,因此它所造成 的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象要比 含 90% Ni 的 CuNi 合金鑄件 嚴(yán)重。 第五 章 鐵碳合金 1.何謂金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?試畫(huà)出純鐵的結(jié)晶冷卻曲線和晶體結(jié)構(gòu)變化圖。 答:由于條件(溫度或壓力)變化引起金屬晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,稱同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 ( F) ,奧氏體( A),滲碳體( Fe3C),珠光體 ( P) ,萊氏體( Ld)? 它們的結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)、性能等各有何特點(diǎn)? 答:鐵素 體( F) : 鐵素體是碳在 Fe?? 中形成的間隙固溶體,為體心立方晶格。由于碳在 Fe?? 15 中的溶解度 `很小,它的性能與純鐵相近。塑性、韌性好,強(qiáng)度、硬度低。 它在鋼中一般呈塊狀或片狀。 奧氏體( A) :奧氏體是碳在 Fe?? 中形成的間隙固溶體,面心立方晶格。因其晶格間隙尺寸較大,故碳在 Fe?? 中的溶解度較大。有很好的塑性。 滲碳體( Fe3C) : 鐵和碳相互作用形成的具有復(fù)雜 晶格的間隙化合物。 滲碳體 具有很高的硬度,但塑性很差,延伸率接近于零。在鋼中以片狀 存在 或網(wǎng)絡(luò)狀存在于晶界。 在萊氏體 中為連續(xù)的基體,有時(shí)呈魚(yú)骨狀。 珠光體 ( P) :由鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片狀。 珠光體 有較高的強(qiáng)度和硬度,但塑性較差。 萊氏體( Ld) :由 奧氏體 和 滲碳體 組成的機(jī)械混合物。在 萊氏體 中, 滲碳體 是連續(xù)分布的相 ,奧氏體 呈顆粒狀分布在 滲碳體 基體上。由于 滲碳體 很脆,所以 萊氏體 是塑性很差的組織。 合金相圖有何作用? 在生產(chǎn)實(shí)踐中有何指導(dǎo)意義? 又有何局限性? 答: 1: 碳鋼和 鑄鐵都是鐵碳合金,是使用最廣泛的金屬材料。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。 ① 為選材提供成分依據(jù):CFeF 3? 相圖描述了鐵碳合金的組織隨含碳量的變化規(guī)律,合金的性能決定于合金的組織,這樣根據(jù)零件的性能要求來(lái)選擇不同成分的鐵碳合金 。例如,各種工程鋼制結(jié)構(gòu)件要求塑性和韌性好,因此選用含碳量低的鋼材;各種機(jī)器零件需要塑性、韌性、強(qiáng)度都較好的鋼材,應(yīng)選用含碳 量適中的中碳鋼;工具用材要求硬度高、耐磨,應(yīng)選用含碳量高的鋼種 ;白口鑄鐵硬度、高脆性大、不能切削加工,也不能鍛造和難于焊接,但有良好的鑄造性能,所以主要作為灰口鑄鐵的原材料。 ② 為制定熱加工工藝提供依據(jù):對(duì)鑄造,根據(jù)相圖可以找出不同成分的鋼或鑄鐵的熔點(diǎn),確定鑄造溫度;根據(jù)相圖上液相線和固相線間距離估計(jì)鑄造性能的好壞。對(duì)于鍛造:根據(jù)相圖可以確定鍛造溫度。對(duì)焊接:根據(jù)相圖來(lái)分析碳鋼焊縫組織,并用適當(dāng)熱處理方法來(lái)減輕或消除組織不均勻性;對(duì)熱處理: CFeF 3? 16 相圖更為重要,如退火、正 火、淬火的加熱溫度都要參考鐵碳相圖加以選擇。 2: ① 由于鐵碳相圖是以無(wú)限緩慢加熱和冷卻的速度得到的, 其組織是平衡組織, 而在實(shí)際加熱和冷卻通常都 比較快, 鋼的實(shí)際組織與狀態(tài)圖上的組織就有區(qū)別。 ②鐵碳相圖只反映鐵碳二元合金中相的平衡狀態(tài),實(shí)際生產(chǎn)中用的鋼鐵材料,除了鐵和碳外,往往還含有其它組元,此時(shí)鐵碳相圖形狀將發(fā)生變化。 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。 答 : S:共析點(diǎn) 727℃ %C 在這一點(diǎn)上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變,反應(yīng)式: cFeFA ps 3?? ,當(dāng)冷卻到 727℃時(shí)從具有 S點(diǎn)成分的奧氏體中同時(shí)析出具有 P點(diǎn)成分的鐵素體和滲碳體的兩相混合物 —— 珠光體 P( cFeFp 3? ) C:共晶點(diǎn) 1148℃ %C,在這一點(diǎn)上發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變,反應(yīng)式: CFeALc E 3?? ,當(dāng)冷到 1148℃時(shí)具有 C點(diǎn)成分的液體中同時(shí)結(jié)晶出具有 E點(diǎn)成分的奧氏體和滲碳體的兩 17 相混合物 —— 萊氏體 ? ? ? ?CFeALe E 3?? E: 碳在 Fe?? 中的最大溶解度點(diǎn) 1148℃ %C ES 線:碳在奧氏體中的溶解度曲線,又稱 Acm 溫度線,隨溫度的降低,碳在奧化體中的溶解度減少,多余的碳以 CFe3 形式析出,所以具有 %~ %C 的鋼冷卻到Acm 線與 PSK 線之間時(shí)的組織 ⅡCFeA 3? ,從 A 中析出的 CFe3 稱為二次滲碳體 ,以 ⅡCFe3 表示 。 GS 線 :不同含碳量的奧氏體冷卻時(shí)析出鐵素體的開(kāi)始線稱 A3 線, GP 線則是鐵素體析出的終了線,所以 GSP 區(qū)的顯微組織是 AF? 。 PSK 線:共析轉(zhuǎn)變線,在這條線上發(fā)生共析轉(zhuǎn)變 CFeFA PS 3?? ,產(chǎn)物( P)珠光體,含碳量在 ~ %的鐵碳合金冷卻到 727℃時(shí)都有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生。 FeFe3C 相圖中 二 個(gè)基本反應(yīng): 共晶反應(yīng) 和 共析反應(yīng),寫(xiě)出反應(yīng)式,標(biāo)出含碳量及溫度。 答: 共析反應(yīng) : 冷卻到 727℃時(shí) 具有 S 點(diǎn)成分的奧氏體中同時(shí)析出具有 P 點(diǎn)成分 的鐵素體和滲碳體的兩相混合物。 γ ?? ?? 230。727 + 共晶反應(yīng) : 1148℃時(shí)具有 C 點(diǎn)成分的液體中同時(shí)結(jié)晶出具有 E 點(diǎn)成分的奧氏體和滲碳體的兩相混合物。 ?? ?? 230。1147 γ + ?何謂白口鐵??jī)烧叩某煞纸M織和性能有何差別? 答:碳素鋼:含有 %~%C 的鐵碳合金。 白口鐵:含大于 %C 的鐵碳合金。 碳素鋼中 亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成,其中珠光體中的 滲 碳體以細(xì)片狀分布在鐵素體基體上, 隨著含碳量的增加, 珠光體的含量增加,則鋼的 強(qiáng)度、硬度增加,塑性、韌性降低。當(dāng)含碳量 達(dá)到 %時(shí)就是珠光體的性能。過(guò)共析鋼組織由珠光體和二次滲碳體所組成,含碳量接近 %時(shí), 強(qiáng)度達(dá)到最大值, 含碳量繼續(xù)增加,強(qiáng)度下降。 由于二次滲碳體 在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò) ,導(dǎo)致鋼的 脆性增加 。 18 白口鐵中 由于其組織中存在大量的 以 滲碳體 為基體的萊氏體(鋼中無(wú)這種組織) , 因此 具有很高的硬度和脆性,難以切削加工。 、共析鋼和過(guò)共析鋼的組織有何特點(diǎn)和異同點(diǎn)。 答:亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所 組成。其中鐵素體呈塊狀。珠光體中鐵素體與滲碳體呈片狀分布。共析鋼的組織由珠光體所組成 。過(guò)共析鋼的組織由珠光體和 二次滲碳體所組成,其中 二次滲碳體 分布 在晶界 ,當(dāng)其含量多時(shí)將 形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀。 共同點(diǎn):鋼的組織中都含有珠光體。不同點(diǎn):亞共析鋼的組織是鐵素體和珠光體,共析鋼的組織是珠光體,過(guò)共析鋼的組織是珠光體和 二次滲碳體。 % 、 % 、 % 、 % 的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至室溫時(shí)的結(jié)晶過(guò)程和室溫組織 . 答: %C:在 1~2 點(diǎn)間合金按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出 A, 在 2 點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束,全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷到3 點(diǎn)時(shí)( 727℃ ),在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)全部為珠光體 P,珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體,當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí),珠光體中鐵素體溶碳量減少,其成分沿固溶度線 PQ 變化,析出三次滲碳體 ⅢCFe3 ,它常與共析滲碳體長(zhǎng)在一起,彼此分不出,且數(shù)量少,可忽略。 室溫時(shí)組織 P。 % C: 合金在 1~2 點(diǎn)間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出 A,在 2 點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束,全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷到3 點(diǎn)時(shí)開(kāi)始析出 F, 34 點(diǎn) A 成分沿 GS 線變化,鐵素體成分沿 GP 線變化,當(dāng)溫度到 4 點(diǎn)時(shí),奧氏體的成分達(dá)到 S 點(diǎn)成分(含碳 %),便發(fā)生共析轉(zhuǎn)變,形成珠光體,此時(shí),原先析出的鐵素體保持不變,稱為先共析鐵素體,其成分為 %C,所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后,合金的組織為先共析鐵素體和珠光體,當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí),鐵素體的溶碳量沿 PQ 線變化,析出三次滲碳體,同樣 ⅢCFe3 量很少,可忽略。 所以含碳 %的亞共析鋼的室溫組織為: F+P % C: 合金在 1~2 點(diǎn)間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出奧氏體, 2 點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束,合金為單相奧氏體,冷卻到 3 點(diǎn),開(kāi)始從奧氏體中析出二次滲碳體 ⅡCFe3 , ⅡCFe3 沿奧氏體的晶界析出, 19 呈網(wǎng)狀分布, 34 間 ⅡCFe3 不斷析出,奧氏體成分沿 ES 線變化,當(dāng)溫度到達(dá) 4 點(diǎn)( 727℃ )時(shí),其含碳量降為 %,在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變,形成珠光體,此時(shí)先析出的 ⅡCFe3 保持不變,稱為先共析滲碳體,所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)的組織為先共析二次滲碳體和珠光體,忽略 ⅢCFe3 。 室溫組織為二次滲碳體 和珠光體。 10.指出下列名詞的主要區(qū)別: 1)一次滲碳體、二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體 ; 答:一次滲碳體:由液相中直接析出來(lái)的滲碳體稱為一次滲碳體 ,用 Fe3CⅠ 表示 。 二次滲碳體:從 A 中析出的 CFe3 稱為二次滲碳體 ,用 Fe3CⅡ 表示 。 三次滲碳體:從 F 中析出的 CFe3 稱為三次滲碳體 ⅢCFe3 。 三次滲碳體通常可以忽略。 共晶滲碳體:經(jīng)共 晶反應(yīng)生成的 滲碳體即 萊氏體 中 作為基體 的滲碳體稱為共晶滲碳體。 共析滲碳體:經(jīng)共析反應(yīng)生成的 滲碳體即珠光體中的 片層狀 滲碳體稱為共析滲碳體。 2) 熱脆與冷脆。 答:熱脆: S 在鋼中以 FeS 形成存在, FeS 會(huì)與 Fe 形成低熔點(diǎn)共晶,當(dāng)鋼材在 1000℃ ~1200℃壓力加工時(shí), 會(huì)沿著這些 低熔點(diǎn)共晶體的邊界開(kāi)裂 ,鋼材將變得極脆,這種脆性現(xiàn)象稱為熱脆。 冷脆: P 使室溫下的鋼的塑性、韌性急劇降低,并使鋼的脆性轉(zhuǎn)化溫度有所升高,使鋼變脆,這種現(xiàn)象稱為“冷脆”。 10. 根據(jù) FeFe3C 相圖,計(jì)算: 1) 室溫下,含碳 % 的鋼中珠光體和鐵素體各占多少; 2)室溫下,含碳 % 的鋼中珠光體和二次滲碳體各占多少; 3)鐵碳合金中,二次滲碳體 的最大百分含量。 答: 1) P%=()/()*100%=74% F%=174%=26% 2 ) P%=()/()*100%=93% Fe3C Ⅱ %=193%=7% 或 Fe3C 20 Ⅱ %=()/()*100%=7% 3) Fe3CⅡ %=()/()*100%=23% 11.某工廠倉(cāng)庫(kù)積壓了許多碳鋼(退火狀態(tài)),由于鋼材混雜,不知道鋼的化學(xué)成分,現(xiàn)找出其中一根,經(jīng)金相分析后,發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體 +鐵素體,其中鐵素體占 50% ,問(wèn)此鋼材的含碳量大約是多少? 答: 由于 組織為珠光體 +鐵素體 ,說(shuō)明此鋼為亞共析鋼。 設(shè)成分為 X,則 F%=50%=()/()*100% X=,即 含碳量大約 是 % 12.對(duì)某退火碳素鋼進(jìn)行金相分析,其組織為珠光體 +滲碳體(網(wǎng)狀),其中珠光體占 96% ,問(wèn)此碳鋼的含碳量大約為多少? 答 : Wp=96% =( X)/()*100% X= 13.根據(jù) FeFe3C 相圖,說(shuō)明產(chǎn)生下列現(xiàn)象的原因: 1)含碳量為 % 的鋼比含碳量為 % 的鋼硬度高; 答:鋼中隨著含碳量的增加,滲碳體的含量增加,滲碳體 是硬脆相,因此 含碳量為 % 的鋼比含碳量為 % 的鋼硬度高 。 2)在室溫下,含碳 % 的鋼其強(qiáng)度比含碳 % 的鋼高; 答:因?yàn)樵阡撝挟?dāng)含碳量超過(guò) %時(shí),所析出的 二次滲碳體 在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)狀,使鋼的脆性增加,導(dǎo)致強(qiáng)度 下降。因此 含碳 % 的鋼其強(qiáng)度比含碳 % 的鋼高 。 3)在 1100℃ ,含碳 % 的鋼能進(jìn)行鍛造,含碳 % 的生鐵不能鍛造; 答: 在 1100℃時(shí), 含碳 % 的鋼 的組織為奧氏體,奧氏體的塑性很好,因此適合于鍛造; 含碳 % 的生鐵 的組織中含有大量的 萊氏體 , 萊氏體 中 以連續(xù)的 滲碳體 為 基體 ,滲碳體的硬度很高,不適合于鍛造。 4)綁軋物件一般用鐵絲(鍍鋅低碳鋼絲),而起重機(jī)吊重物卻用鋼絲繩(用 60 、 65 、 70 、 75 等鋼制成); 答: 為了便于 綁軋 ,要求有很好的塑性 ,因 此 應(yīng) 選用 塑性很好
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