机械工程材料课后答案

机械⼯程材料课后答案
⼯程材料习题
<习题⼀>
1、抗拉强度：是材料在破断前所能承受的最⼤应⼒。

屈服强度：是材料开始产⽣明显塑性变形时的最低应⼒。

塑性：是指材料在载荷作⽤下，产⽣永久变形⽽不破坏的能⼒
韧性：材料变形时吸收变形⼒的能⼒
硬度：硬度是衡量材料软硬程度的指标，材料表⾯抵抗更硬物体压⼊的能⼒。

刚度：材料抵抗弹性变形的能⼒。

疲劳强度：经⽆限次循环⽽不发⽣疲劳破坏的最⼤应⼒。

冲击韧性：材料在冲击载荷作⽤下抵抗破坏的能⼒。

断裂韧性：材料抵抗裂纹扩展的能⼒。

2 、材料的弹性模量与塑性⽆关。

3 、四种不同材料的应⼒应变曲线，试⽐较抗拉强度，屈服强度，刚度和塑性。

由⼤到⼩的顺序，抗拉强度： 2 、 1 、 3 、 4 。

屈服强度： 1 、 3 、 2 、 4 。

刚度：1 、3 、2 、4 。

塑性：3 、2 、4 、1 。

4、常⽤的硬度测试⽅法有⼏种？这些⽅法测出的硬度值能否进⾏⽐较？
布⽒、洛⽒、维⽒和显微硬度。

由于各种硬度测试⽅法的原理不同，所以测出的硬度值不能直接进⾏⽐较。

5、以下⼯件应该采⽤何种硬度试验法测定其硬度？
（1）锉⼑：洛⽒或维⽒硬度（2）黄铜轴套：布⽒硬度（3）供应状态的各种碳钢钢材：布⽒硬度（4）硬质合⾦⼑⽚：洛⽒或维⽒硬度（5）耐磨⼯件的表⾯硬化层：显微硬度6、反映材料承受冲击载荷的性能指标是什么？不同条件下测得的这些指标能否进⾏⽐较？
怎样应⽤这些性能指标？
冲击功或冲击韧性。

由于冲击功或冲击韧性代表了在指定温度下，材料在缺⼝和冲击载荷共同作⽤下脆化的趋势及其程度，所以不同条件下测得的这种指标不能进⾏⽐较。

冲击韧性是⼀个对成分、组织、结构极敏感的参数，在冲击试验中很容易揭⽰出材料中的某些物理现象，如晶粒粗化、冷脆、热脆和回⽕脆性等，故⽬前常⽤冲击试验来检验冶炼、热处理以及各种加⼯⼯艺的质量。

此外，不同温度下的冲击试验可以测定材料的冷脆转变温度。

同时，冲击韧性对某些零件（如装甲板等）抵抗少数⼏次⼤能量冲击的设计有⼀定的参考意义。

7、疲劳破坏时怎样形成的？提⾼零件疲劳寿命的⽅法有哪些？
产⽣疲劳断裂的原因⼀般认为是由于在零件应⼒集中的部位或材料本⾝强度较低的部位，如原有裂纹、软点、脱碳、夹杂、⼑痕等缺陷，在交变应⼒的作⽤下产⽣了疲劳裂纹，随着应⼒循环周次的增加，疲劳裂纹不断扩展，使零件承受载荷的有效⾯积不断减⼩，当减⼩到不能承受外加载荷的作⽤时，零件即发⽣突然断裂。

可以通过以下途径来提⾼其疲劳抗⼒。

改善零件的结构形状以避免应⼒集中；提⾼零件表⾯加⼯光洁度；尽可能减少各种热处理缺陷(如脱碳、氧化、淬⽕裂纹等)；采⽤表⾯强化处理，如化学热处理、表⾯淬⽕、表⾯喷丸和表⾯滚压等强化处理，使零件表⾯产⽣残余压应⼒，从⽽能显著提⾼零件的疲劳抗⼒。

8、断裂韧性是表⽰材料何种性能的指标？为什么要在设计中要考虑这些指标？
断裂韧性表⽰材料抵抗裂纹扩展的能⼒。

断裂韧性的实⽤意义在于：只要测出材料的断裂韧性，⽤⽆损探伤法确定零件中实际存在的缺陷尺⼨，就可以判断零件在⼯作过程中有⽆脆性开裂的危险；测得断裂韧性和半裂纹
长度后,就可以确定材料的实际承载能⼒。

所以，断裂韧性为设计、⽆损伤探伤提供了定量的依据。

<习题⼆>
1、晶体：物质的质点（分⼦，原⼦或离⼦）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质的晶体
⾮晶体：是指组成物质的质点不呈空间有规则周期性排列的的固体。

晶格：表⽰晶体中原⼦排列形式的空间格⼦叫做晶格
晶胞：从晶格中确定⼀个最基本的⼏何单元来表达其排列形式的特征，组成晶格的这种最基本的⼏何单元。

叫做晶胞
晶格常数：晶胞的各边尺⼨a，b，c叫做晶格常数
致密度：致密度是指晶胞中原⼦所占体积与该晶胞体积之⽐。

晶⾯指数：表⽰晶⾯的符号叫做晶⾯指数
晶向指数：表⽰晶向的符号叫做晶向指数
晶体的各向异性：由于晶体中不同晶⾯和晶向上原⼦的密度不同，因此在晶体上不同晶⾯和晶向上原⼦结合⼒就不同，从⽽在不同晶⾯和晶向上显⽰出不同的性能。

点缺陷:是指在晶体中形成的空位和间隙原⼦
⾯缺陷:其特征是在⼀个⽅向尺⼨上很⼩，另外两个⽅向上扩展很⼤，也称⼆维缺陷，晶界、相界、孪晶界和堆垛层错都属于⾯缺陷。

线缺陷:晶格中⼀部分晶体相对另⼀部分晶体局部滑移，已滑移部分的交界线为位错线，即线缺陷。

亚晶界:相邻亚晶粒之间的界⾯称为亚晶界。

位错:晶格中⼀部分晶体相对于另⼀部分晶体的局部滑移。

已滑移部分和未滑移部分的交界线成为位错
亚晶粒：是实际⾦属晶体中，⼀个晶粒的内部，其晶格位向并不是像理想晶体那样完全⼀致，⽽是存在许多尺⼨更⼩，位向差也很⼩的⼩晶块，它们相互镶嵌成⼀颗晶粒，这些⼩晶块称为亚晶粒。

单晶体:当⼀块晶体内部位向完全⼀致时。

我们称这块晶体为单晶体
多晶体 :由许多彼此位向不同的晶粒组成的晶体结构成为多晶体
固溶体:当合⾦由液态结晶为固态时，组成元素间会像合⾦溶液那样相互溶解。

形成⼀种在某种元素的晶格结构中包含有其他元素原⼦的新相，成为固溶体
⾦属间化合物: 凡是由相当程度的⾦属键结合，并具有明显⾦属特性的化合物，成为⾦属化合物
固溶强化：通过溶⼊某种溶质元素形成固溶体⽽使⾦属的强度，硬度升⾼的现象叫做固溶强化
结合键:是指由原⼦结合成分⼦或固体的⽅式和结合⼒的⼤⼩，结合键分为化学键和物理键两⼤类，化学键包括⾦属键、离⼦键和共价键；物理键即范德华⼒。

2、⾦属键，离⼦键，共价键及分⼦键结合的材料其性能有何特点？
⾦属键，⼤量⾃由电⼦，良好导电导热性，⼜因⾦属键的饱和性⽆⽅向性，结构⾼度对，故有良好的延展性。

离⼦键，正负离⼦的较强电吸引，导致⾼硬度，⾼熔点，⾼脆性，因⽆⾃由电⼦，固态导电性差。

共价键，通过共⽤电⼦对实现搭桥联系，键能⾼，⾼硬度，⾼熔点，⾼介电性。

分⼦键，因其结合键能低，低熔点，低强度，⾼柔顺性。

3、常见的⾦属晶体结构有哪⼏种？它们的原⼦排列和晶格常数有什么特点？α-Fe，δ-Fe，Cr，V ，γ-Fe，Cu，Ni，Pb ，Mg，Zn各属何种晶体结构？
有体⼼⽴⽅，⾯⼼⽴⽅，密排六⽅三种，
体⼼⽴⽅晶格的晶胞通常只⽤⼀个晶格常数a表⽰，它的每个⾓上和晶胞中⼼都排列⼀个原⼦，⾯⼼⽴⽅晶格也只⽤⼀个晶格常数表⽰，它的每个⾓上和晶胞的六个⾯的中⼼都排列⼀个原⼦。

密排六⽅晶格有两个晶格常数，⼀个是柱体的⾼度c，另⼀个是六边形的边长a，它的每个⾓上和下，下底⾯的中⼼都排列⼀个原⼦，另外在晶胞中⼼还有三个原⼦。

α-Fe，δ-Fe，Cr，V属体⼼，
γ-Fe，Cu，Ni，Pb属⾯⼼，
Mg，Zn属密排六⽅。

4、已知Fe的原⼦直径为2.54*10-10m，求Fe的晶格常数。

并计算1mm3Fe中的原⼦数。

由√3/4a=r有a=（2.54*10-10/2）/√3/4=2.933*10-10（m）故α-Fe的晶格常数为 2.933*10-10m。

1mm3中α-Fe的原⼦数
（1*10-3）3*2/（2.933*10-10）3 =7.927*1019个。

5、注意晶⾯指数与晶向指数的求法：晶⾯对各轴的截距，倒数，⽐例
晶向在原点引出，随意⼀点坐标，⽐例
6、画出⽴⽅晶格中（110）晶⾯与（111）晶⾯。

并画出在晶格中和（110）（111）晶
⾯上原⼦排列情况完全相同⽽空间位向不同的⼏个晶⾯。

7、为什么单晶体具有各向异性？⽽多晶体在⼀般情况下不显⽰各向异性？
这是因为单晶体在各个晶⾯和晶向上原⼦排列密度是有差异的，所以在晶体中不同晶⾯和晶向上原⼦结合⼒不同，从⽽在不同晶⾯和晶向上显⽰出晶体的各向异性。

⽽多晶体是由众多细⼩的晶粒所构成的集合体，各个晶粒的晶轴取向是随机分布的。

这样，通常测出多晶体的性能在各个⽅向上表⽰是不同晶粒的平均性能，所以不显⽰各向异性的。

8、试⽐较α-Fe与γ-Fe晶格的原⼦排列紧密程度和容碳能⼒。

α-Fe的原⼦排列密度为0.68，
γ-Fe的原⼦排列密度为0.74，
由于γ-Fe的晶格间隙较⼤，所以，γ-Fe的渗碳能⼒⼤于α-Fe。

9、⾦属的晶体结构由⾯⼼⽴⽅转变为体⼼⽴⽅时，其体积变化如何？为什么？
体积会膨胀，这是因为α-Fe的体⼼致密度⼩于γ-Fe。

10、实际⾦属晶体中存在那些晶体缺陷，对性能有什么影响？
有点缺陷（空位、间隙原⼦），是⾦属中原⼦扩散的主要⽅式之⼀，对热处理过程很重要
线缺陷（位错）⾦属晶体中的位错线往往⼤量存在，相互连接呈⽹状分布
⾯缺陷（晶界、亚晶界）会引起晶格能量的提⾼，并使⾦属的物理化学和机械性能发⽣显著地变化。

⼀般来说，缺陷密度越⾼，位错滑移阻⼒越⼤，材料强度、硬度越⾼，塑性、韧性越低。

11、简述固溶体和⾦属间化合物在晶体结构与机械性能⽅⾯的区别。

固溶体形成的是⼀种在某种元素的晶格结构中包含有其他元素原⼦的新相，⾦属间化合物是由相当程度的⾦属间结合，并具有明显⾦属特性的化合物。

固溶体的强度韧性和塑性之间能有较好的配合，所以对综合机械性能要求较⾼的结构材料，⾦属化合物通常能提⾼合⾦的强度，硬度和耐磨性，会降低塑性和韧性。

12、固溶体可分为⼏种类型？形成固溶体后对合⾦的性能有什么影响？为什么？
两种。

置换型和间隙型。

形成固溶体后，由于溶质原⼦造成的晶格畸变，固溶体会产⽣所谓固溶强化现象，即强度、硬度上升，塑性、韧性下降。

电阻率逐渐升⾼，导电性逐渐下降，磁矫顽⼒升⾼等等。

固溶强化的产⽣是由于溶质原⼦融⼊后，要引起溶剂⾦属的晶格产⽣畸变，进⽽使位错移动时所收到的阻⼒增⼤的缘故。

13、⾦属间化合物有⼏种类型？它们在钢中起什么作⽤？
有正常价化合物（离⼦化合物、共价化合物），电⼦化合物和间隙化合物。

正常价化合物和电⼦化合物在合⾦中⼀般可作为强化相。

能提⾼钢的强度，硬度和耐磨性，但会降低塑性和韧性。

间隙化合物起细化晶粒的作⽤
14、⾼分⼦化合物在结构上有哪些特点？
1.⼀般⾼分⼦化合物的分⼦量都⼗分巨⼤，
2.。

⾼分⼦化合物的分⼦是由许许多多结构相
同的链节所组成。

3组成⾼分⼦链的所有原⼦之间的结合键都属共价键
15、陶瓷材料的主要键性有哪些？各有什么特点？
主要键型有离⼦键与共价键的混合键，构成陶瓷的的是晶相，玻璃相，⽓相
晶相：由某些固溶体或化合物组成，晶向常常不⽌⼀个，⽽是多相多晶体
玻璃相：⾮晶态的低熔点固体相
⽓相：陶瓷内孔隙中的⽓体
晶相分类及特点：氧化物的特点是较⼤的氧离⼦紧密堆积（如六⾓紧密堆积和⽴⽅紧密堆积），较⼩的正离⼦则填充它们的孔隙内。

数⽬相等的氧离⼦和⾦属离⼦组成的氧化物结构（如MgO，CaO等）属简单的⾯⼼⽴⽅晶格，当两种离⼦的数⽬不等时，则可形成其他类的晶体结构。

常见的含氧酸盐为硅酸盐，特点是不论何种硅酸盐，硅总是在四个氧离⼦形成的四⾯体的中⼼，形成（SiO4）四⾯体。

四⾯
体之间⼜都以共有顶点氧离⼦相互连接起来。

<习题三>
1、解释下列名词的涵义：
过冷度，晶核形核率N，⽣长速率G，凝固，结晶，⾃由能差△F；变质处理，变质剂；合⾦，组元，相，相图；机械混合物；枝晶偏析，⽐重偏析，相组成物，组织组成物；平衡状态，平衡相。

答：过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之间的温度差叫过冷度；
晶核形核率N：单位时间，单位体积液态⾦属中⽣成的晶核数⽬（晶核形核数⽬⁄s·mm3）；
⽣长速率G：表⽰晶核形成过程和晶体⽣长过程的快慢(单位时间内晶核长⼤的线长度mm⁄s）；
凝固：物质从液态到固态的转变过程统称为凝固；
结晶：通过凝固形成晶体结构，可称为结晶；
⾃由能：物质中能够⾃动向外界释放出其多余的或能够对外做功的这⼀部分能量叫做⾃由能；
⾃由能差△F；液体结晶时，其温度低于理论结晶温度，造成液体与晶体间的⾃由能差（△F=F液-F晶）
变质处理：在液态⾦属结晶前，加⼊⼀些细⼩的变质剂使⾦属结晶时的晶核形核率N 增加或⽣长速率G降低，这种细化晶粒的⽅法，称为变质处理；
变质剂：能够使物质变质的其它物质叫做变质剂
合⾦：合⾦是指由两种或两种以上的⾦属元素或⾦属与⾮⾦属元素经⼀定⽅法所组成的具有⾦属特性的物质；
组元：通常把组成合⾦的最简单、最基本、能够独⽴存在的物质称为组元；
相：指在没有外⼒作⽤下，物理、化学性质完全相同，成分相同的均匀物质的聚焦态。

相图：⽤来表⽰合⾦系中各个合⾦的结晶过程的简明图解称为相图，⼜称状态图或平衡图。

机械混合物：通过共晶或共析反应形成的混合物叫机械混合物。

枝晶偏析：固溶体的结晶⼀般是按树枝状⽅式成长的，这就使先结晶的枝⼲成分与后结晶的分枝成分不同，由于这种偏析呈树枝状分布，故⼜称枝晶偏析；
⽐重偏析：亚共晶或过共晶合⾦结晶时，若初晶的⽐重与剩余液相的⽐重相差很⼤时，则⽐重⼩的初晶将上浮，⽐重⼤的初晶将下沉。

这种由于⽐重不同⽽引起的偏析，称为⽐重偏析或区域偏析；
相组成物：有三种，铁素体，奥⽒体，渗碳体；
组织：通常把在镜像显微镜下观察到的具有某种形貌或形态特征的部分，称为组织；
组织组成物：由相组成物组成的物质，也可以是单⼀相够成。

平衡状态物质达到的⼀种稳定的状态。

：
平衡相：指在合⾦系中，达到平衡状态时，相对质量和相的浓度不再改变的参与或相变过程的各相。

2、技术结晶的基本规律是什么？晶核的形核率和⽣长速率受到哪些因素的影响？
答：⾦属洁净的基本规律是形核与长⼤。

受到过冷度的影响，随着过冷度的增⼤，晶核的形核率和成长率都增⼤，但形成率的增长率⽐成长率的增长快；同时外来难溶杂质以及振动和搅拌的⽅法也会增⼤形核率。

3、在铸造⽣产中，采取哪些措施控制晶粒⼤⼩？如果其他条件相同，试⽐较在下列铸造条件下，铸件晶粒的⼤⼩。

（1）、⾦属模浇注和砂模浇注；
（2）、⾼温浇注与低温浇注；
（3）。

浇注时采⽤震动与不采⽤震动；
答：铸造⽣产中，控制晶粒⼤⼩的措施有：1）、增加过冷度，2）、孕育处理（变质处理），3）、附加振动等。

（1）⾦属模铸件晶粒⼩，
（2）低温浇注的晶粒⼩，
（3）采⽤振动的晶粒⼩。

4、何谓共晶反应、包晶反应和共析反应？试⽐较三种反应的异同点。

答：共晶反应：指⼀定成分的液体合⾦，在⼀定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。

包晶反应：指⼀定成分的固相与⼀定成分的液相作⽤，形成另⼀种固相的反应过程。

共析反应：有特定成分的单相固态合⾦，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有⼀定晶体结构的固相反应。

共同点：反应都是在恒温下发⽣，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相平衡状态。

不同点：共晶反应是⼀种液相在恒温下⽣成两种固相的反应；共析是⼀种固相在恒温下⽣成两种固相的反应；⽽包晶反应是⼀种液相与⼀种固相在恒温下⽣成另⼀种固相的反应。

5 、现有A 、B 两元素组成如图所⽰的⼆元匀晶相图，试分析以下⼏种说法是否正确? 为什么?
（l ）形成⼆元匀晶相图的 A 和 B 两个组元的晶格类型可以不同，但原⼦⼤⼩⼀定要相等。

（2 ）K 合⾦结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含 B 量总是⾼于原液相中含 B 量。

（3 ）溶体合⾦按匀晶相图进⾏结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分都不相同，故在平衡状态下固溶体的成分是不均匀的。

答：（1）错
（2）对：在同⼀温度下做温度线，分别与固液相交于⼀点，过交点，做垂直线可以看出与固相线交点处B含量冥想⾼于另⼀点。

（3）错：虽然结晶出来成份不同，但平衡液体中成份是平衡的。

6、分析部分Mg-Cu 相图( 如图所⽰) ：
(1) 填⼊各区域的组织组成物和相组成物，在各区域中是否会有纯 Mg 相存在 ? 为什么 ?
(2) 求出 30%Cu 合⾦冷却到 500 ℃、 400 ℃时各相的成分和重量百分⽐。

(3) 画出 30%Cu 合⾦⾃液相冷到室温的冷却曲线，并注明各阶段的相与相变过程。

答：（1）不会，应为Mg 与Gu 发⽣化学反应
（2）
（3）
7 、⼆元匀晶相图、共晶相图与合⾦的机械性能、物理性能和⼯艺性能存在什么关系 ? 答：
8 、为什么铸造合⾦常选⽤接近共晶成分的合⾦？为什么要进⾏压⼒加⼯的合⾦常选⽤单相固溶体成分的合⾦?
答：①因为共晶体在恒温下进⾏结晶，同时熔点⼜最低，具有较好的流动性，在结晶时易形成集中缩孔，铸件的致密度好，所以常选⽤接近共晶成份的合⾦。

②因为单相固溶体通过选择适当的组成元素和适量的组成关系，可以是合⾦获得较纯⾦属⾼得多的强度和硬度，并保持较⾼的塑性和韧性，具有良好的压⼒加⼯性能。

9 、已知组元A （熔点700 ℃）与B （熔点600 ℃）在液态⽆限互溶；在固态400 ℃时 A 溶于 B 中的最⼤溶解度为20% ，室温时为10% ，⽽ B 却不溶于 A ；在400 ℃时，含30%B 的液态合全发⽣共晶反应，现要求：
(1) 绘制A-B 合⾦相图，并标注各区域的相组成物和组织组成物；
(2) 分析15%A 、50%A 、80%A 合⾦的结晶过程，并确定室温下相组成物及组织组成物的对量；
<习题四>
1、解释下列名词
⼀次渗碳体：由液相中直接析出来的渗碳体
⼆次渗碳体：从A中析出的Fe3C称为⼆次渗碳体
三次渗碳体：从F中析出的Fe3C称为三次渗碳体
共晶渗碳体：经共晶反应形成的渗碳体即莱⽒体中的渗碳体
共析渗碳体：经共析反应形成的渗碳体即珠光体中的渗碳体
铁素体：碳在a-Fe中形成的间隙固溶体
奥⽒体：碳在y-Fe中形成的间隙固溶体
珠光体：由铁素体和渗碳体组成的共析混合物
莱⽒体：Ld是由奥⽒体和渗碳体组成的共晶混合物
Ld’(P+Fe3Cii+Fe3C)是树枝状的珠光体分布在共晶渗碳体的基体上
热脆：S在钢中以FeS形式存在，FeS会与Fe形成低熔点共晶，当钢材在1000-1200压⼒加⼯时，会沿着这些低熔点共晶体的边界开裂，钢材将变得极脆，这种脆性现象称为热脆冷脆：P使室温下的钢的塑性、韧性急剧下降，并使钢的脆性转化、温度有所升⾼。

使钢变脆，称为冷脆
2简述Fe3C相图中的三个基本反应：包晶反应、共晶反应及共析反应，写出反应式，注出含碳量和温度。

共析反应：冷却到-727℃时具有S点成分的奥⽒体中同时折出具有P点，成分的铁素体和渗碳体的两相混合物
r0.77→(727℃)F0.0218+Fe3C6.69
包晶反应：冷却到1495℃时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相δ反应⽣成具有J 点成分的固相A
L0.77+δ0.09→（1495℃）r0.16
共晶反应：1148℃时具有C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥⽒体和渗碳体的两相混合物
L4.3→（1148℃）r2.11+Fe3C6.69
3、画出Fe-Fe 3 C 相图，并进⾏以下分析：
(1) 标注出相图中各区域的组织组成物和相组成物；
(2) 分析0.4%C 亚共析钢的结晶过程及其在室温下组织组成物与相组成物的相对重量；(2)
4 、现有两种铁碳合⾦( 退⽕状态) ；其中⼀种合⾦的显微组织为珠光体占80% ，铁素体占20% ；另⼀种合⾦的显微组织为珠光体占94% ，⼆次渗碳体占6% ，问这两种合⾦各属于那⼀类合⾦? 其含碳量各为多少?
5 、根据Fe-Fe 3 C 相图；计算：
(1) 室温下，含碳0.6% 的钢中铁素体和珠光体各占多少?
(2) 室温下，含碳1.2% 的钢中珠光体和⼆次渗碳体各占。

多少?
(3) 铁碳含⾦中，⼆次渗碳体和三次渗碳体的最⼤百分含量。

6 、现有形状尺⼨完全相同的四块平衡状态的铁碳合⾦，它们分别为0.20%C ；0.4%C ；
1.2%C ；3.5%C 合⾦。

根据所学知识，可有哪些⽅法来区别它们?、
可以⾦相法区分。

⼀是看有⽆莱⽒体或⽯墨组织，有即为3.5%C的铁碳合⾦。

⼆是看有⽆⼆次渗碳体，有即为1.2%C的过共析钢。

剩下的两种合⾦只要⽐较珠光体的数量即可，多者为0.4%C少者为0.2%C的合⾦。

7根据Fe-Fe 3 C 相图，说明产⽣下列现象的原因：
(1)含碳量为1.0% 的钢⽐含碳量为0.5% 的钢硬度⾼；。

(2)低温莱⽒体的塑性⽐珠光体的塑性差；
(3)在l100 ℃，含碳0.4% 的钢能进⾏锻造，含碳4.0% 的⽣铁不能锻造；
(4)钢锭在950 ～1100 ℃正常温度下轧制，有时会造成锭坯开裂；
(5) ⼀般要把钢材加热到⾼温( 约1000 ～1250 ℃) 下进⾏热轧或锻造；
(6)钢铆钉⼀般⽤低碳钢制成；
(7) 绑扎物件⼀般⽤铁丝( 镀锌低碳钢丝) ，⽽起重机吊重物却⽤60 、65 、70 、75 等钢制成的钢丝绳；
(8)钳⼯锯T8 、T10 、T12 等钢料时⽐锯10 、20 钢费⼒，锯条易磨钝；
(9) 钢适宜于通过压⼒加⼯成形，⽽铸铁适宜于通过铸造成形。

（1）因为渗碳体的体积分数⼤，材料就硬；
（2）低温莱⽒体中有⼤量共晶渗碳体，故材料的差；
（3）0.4%C的钢在1100℃时为单相奥⽒体，塑性好，故可锻造。

⽽4.0%C的⽣铁在1100℃时为⾼温莱⽒体，有共晶渗碳体，故不可锻造。

（4）这是因为有时因冶⾦质量不⾼，钢中留有低熔点的三元硫共晶在晶界上分布。

在950～1100℃时，硫共晶会熔化，形成所谓“热脆”现象。

（5）对低碳钢⽽⾔，确是如此。

这样可以保证是在单相奥⽒体相区内进⾏压⼒加⼯。

（6）塑性好。

（7）钢丝中碳量越⾼，钢丝的强度就越⼤（在共析成分以下）。

（8）T8，T10，T12是⼯具钢，材料中有⼤量⼆次渗碳体，故难锯。

（9）铸铁因其成分接近共晶点，有良好的流动性，故适合铸造；⽽钢因其基体相为α.Fe （铁素体），塑性好，且⾼温下可转变为奥⽒体，塑性更好，故适合压⼒加⼯。

8 钢中常存的杂质元素有哪些，对钢的性能有何影响？
主要有Si，Mn，P，S等.
Si是有益于提⾼钢的铁素体的强度，主要是固溶强化。

Mn也是有益于提⾼钢的铁素体的强度，主要是固溶强化和形成合⾦渗碳体。

P提⾼钢的冷脆转变温度范围，不利于钢的韧性。

S主要是引起钢的热脆性，这是因为S会在钢中形成低熔点三元硫共晶。

9 在平衡条件下，45 钢、T 8 钢和T12 钢的强度、硬度、塑性和韧性哪个⼤，哪个⼩，变化规律是什么，原因何在？
强度：T8>T12>45#，碳素钢中以珠光体的综合机械性能为最好，强度最好，T8钢中珠光体的体积分数最⼤，其次为T12和45#钢；
硬度：T12>T8>45#，碳素钢中以渗碳体相的硬度为最⾼，T12钢中渗碳体的体积分数最⼤，其次为T8和45#钢。

塑性：45#> T8> T12，碳素钢中以铁素体相的塑性最好，45#钢中铁素体的体积分数最⼤，其次为T8钢和T12钢。

10 指出下列各类钢的类别、主要特点及⽤途：
(1)A3 ；(2)45 ；(3)T12A
（1）普通碳素结构钢对杂质元素控制不严，⽤于各种热轧型材和要求不⾼的机械结构。

（2）优质碳素结构钢对杂质元素控制严格，⽤于制造⼀般的机械零件。

（3）⾼级优质碳素⼯具钢对杂质元素控制⾮常严格，⽤于制造⼀般形状简单且速度不⾼的⼯具和刃具。

11 名称晶体结构的特征采⽤符号含碳量（%）
铁素体体⼼⽴⽅晶格 F 0.008-0.0218
奥⽒体⾯⼼⽴⽅晶格 A 0.77-2.11
渗碳体复杂的晶体结构 Fe3C 6.69
显微组织的特征机械性能其它
碳溶在α-Fe中间隙固溶体良好的塑性良好的导磁性能
碳溶在γ-Fe中的间隙固溶体塑性好，变形抗⼒⼩⽆磁性
复杂结构的间隙固溶体硬度⾼，塑性和冲击韧性差亚稳定的化合物
<习题五>
1、（1）滑移：所谓滑移是晶体的⼀部分相对于另⼀部分沿⼀定晶⾯发⽣相对的滑动。

孪⽣：晶体的⼀部分相对于另⼀部分沿着⼀定的晶⾯ (孪⽣⾯)产⽣⼀定⾓度的切变(即转动)，这种变形⽅式叫做“孪⽣”。

（2）再结晶：变形⾦属加热到较⾼温度时，原⼦具有较强的活动能⼒，有可能在破碎的亚晶界处重新形核和长⼤，使原来破碎拉长的晶粒变成新的、内部缺陷较少的等轴晶粒。

这⼀过程，使晶粒的外形发⽣了变化，⽽晶格的类型⽆任何改变，故称为“再结晶”。

⼆次再结晶：通常再结晶后获得细⽽均匀的等轴状晶粒。

如果温度继续升⾼或保温较长时间后，少数晶粒会吞并周围许多晶粒⽽急剧长⼤，形成极粗的晶粒，为了与通常晶粒的正常长⼤相区别，把这种现象称为“⼆次再结晶”。

再结晶温度：变形⾦属开始进⾏再结晶的最低温度称为⾦属的再结晶温度。

（3）热加⼯：凡在再结晶温度以上的加⼯过程称为热加⼯。

冷加⼯：凡在再结晶温度以下的加⼯过程称为冷加⼯。

（4）加⼯硬化：晶粒破碎和位错密度增加，使⾦属的强度和硬度提⾼，塑性和韧性下降，产⽣了所谓加⼯硬化(或冷作硬化)现象。

（5）回复：加热温度较低时，变形⾦属中的⼀些点缺陷和位错，在某些晶内发⽣迁移变化的过程，称为回复。

（6）再结晶：变形⾦属加热到较⾼温度时，原⼦具有较强的活动能⼒，有可能在破碎的亚晶界处重新形核和长⼤，使原来破碎拉长的晶粒变成新的、内部缺陷较少的等轴晶粒。

这⼀过程，使晶粒的外形发⽣了变化，⽽晶格的类型⽆任何改变，故称为“再结晶”。

（7）织构：当⾦属变形量达到⼀定值(70～90％以上)时，⾦属中的每个晶粒的位向都趋于⼤体⼀致，这种现象称为“织构”现象，或称“择优取向”。

2、⼀般条件下进⾏塑性变形时，为什么在锌、镁中易出现孪晶？⽽在纯铜中易产⽣滑移带？因为锌、镁属于密排六⽅晶格，纯铜属于⾯⼼⽴⽅晶格。

孪⽣变形仅在滑移系较少⽽不易产⽣滑移的密排六⽅⾦属 (如Mg、Zn、Cd等)中易于发⽣，⽽⾯⼼⽴⽅晶格⾦属（如Al、Cu 等）中由于滑移系较多，故易产⽣滑移。

3、⽤⼿来回弯折⼀根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，最后铁丝被弯断。

试解释过程演变的原因？
弯折⼀根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感到有些费劲，是由于在外⼒的作⽤下，铁丝随着外形的变化，其内部组织也要发⽣变化，晶粒破碎和位错密度增加，使⾦属的强度和硬度提⾼，塑性和韧性下降，产⽣了所谓加⼯硬化 (或冷作硬化)现象，⾦属的加⼯硬化，给进⼀步加⼯带来困难，所以后来逐渐感到有些费劲。

再进⼀步变形时，由于⾦属的强度和硬度提⾼，塑性和韧性下降，很快铁丝就因为疲劳⽽发⽣断裂。

4、为什么细晶粒钢强度⾼，塑性，韧性也好？
⾦属的晶粒粗细，对其机械性能的影响是很⼤的。

晶粒愈细，晶界总⾯积愈⼤，每个晶粒周
围不同位向的晶粒数愈多。

因此，塑性变形抗⼒也愈⼤。

另外，晶粒的愈细，不仅使强度增⾼，⽽且也增加其塑性和韧性。

因为晶粒愈细，⾦属单位体积中的晶粒数愈多，变形可以分散在更多的晶粒内进⾏，各晶粒滑移量的总和增⼤，故塑性好。

同。