金属学与热处理课后答案(崔忠圻版)

第二章纯金属的结晶2-3 为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？答：（1）因为金属结晶时存在过冷现象，是为了满足结晶的热力学条件，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试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。

答;均匀形核是指：若液相中各区域出现新相晶核的几率是相同的；非均匀形核：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，非均匀形核比均匀形核要容易发生。

二者形核皆需要结构起伏，能量起伏，过冷度必须大于临界过冷度，晶胚的尺寸必须大于临界晶核半径。

2-5说明晶体成长形状与温度梯度的关系？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原因及每个晶区的性能特点？（1）表层细晶区形成原因：①型壁临近的金属液体产生极大过冷度满足形核的热力学条件；②型壁可以作为非均匀形核的基地。

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）柱状晶区的形成原因：①液态金属结晶前沿有适当的过冷度，满足形核要求；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，容易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，满足形核的要求；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提供形核功，不可以形核。

（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：因为温度梯度为正时，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，如果相比较多，成分复杂的时候，那么合金的平衡相图则不适用。

3-3有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的另外一个铸件的，铸后自然冷却。

凝固后哪一个铸件的偏析严重？为什么？找出消除偏析的措施。

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重，消除偏析方法：分为树枝偏析和区域偏析,树枝偏析可以通过锻造,再结晶,高温扩散和锻后热处理得到消除,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: 凝固时由于溶质再分配造成固液界面前沿溶质浓度变化，引起理论凝固温度的改变而在液固界面前液相内形成的过冷。

这种由固-液界面前方溶质再分配引起的过冷，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均匀。

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%；组织组成:相组成：（2）Wc=0.6%；组织组成：相组成:(3) Wc=1.2% 组织组成：Ⅱ相组成：本章的计算，求组织组成，相组成，都是利用的杆杆原理。

理清思绪，则非常简单。

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。

答：（1）Wc=3.5%，组织组成：Ⅱ相组成：(2) Wc=4.7%,, 组织组成：Ⅰ相组成：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;=ⅡⅢ4-5为了区别两种弄混的碳钢，工作人员分别截取了A、B两块式样，加热至后保温以极缓慢的冷却速度冷至室温，观察金相组织，结果如下：A，试样的先共析铁素体面积为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)x100%=41.6%,x=0.45%B,设含碳量为x，(x-0.77)/(6.69-0.77)x100%=7.3%,x=1.20216%4-7 相图有哪些应用，又有哪些局限性？答：（1）应用1，它是研究铁碳合金的重要工具，了解并掌握它，对钢铁材料的研究和应用，各种加工工艺的制定以及工艺废品产生原因的分析等各个方面都有指导意义。

2从某种意义上讲，铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、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为选材提供成分依据。

4，在锻造方面的应用：可以确定钢材在锻造时必须选择在奥氏体区的适当温度范围内进行，因为奥氏,体单相变形均匀，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，可根据铁碳合金相图分析低碳钢焊接接头的组织变化情况6在热处理方面的应用:根据铁碳合金相图拟订淬火、退火、正火等各种热处理加热规范，有着特别重要的意义。

（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晰概念。

（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，问应采用什么热处理工艺？答：采用“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）操作简单，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。

控制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，适宜形状复杂，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线？答：亚共析钢淬火温度：，，，过共析钢淬火温度：如果说是超过了线，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，点，则会出现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、淬硬性？影响钢的淬透性、淬硬性及淬透层深度的因素是什么？答：淬透性：指奥氏体化后的钢在淬火时，获得马氏体的能力。

也可说是钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。

淬硬性：钢在淬火后所能达到的最高的硬度，即硬化的能力。

淬透性与临界冷却速度有关，与淬火介质，以及本身的性质有关。

淬硬性与马氏体中含碳量有关，含碳量越高，淬硬性越好。

10-9何谓调制处理？回火索氏体比正火索氏体的力学性能为何较为优越？答：调制处理：淬火+高温回火。

回火索氏体是颗粒状的渗碳体分布在基体上面；正火索氏体是细片状的珠光体组织，可知，回火索氏体的组织要细小些，故在塑性、韧性、冲击值方面比正火索氏体好。

10-10为了减少淬火冷却过程中的变形和开裂，应当采取什么措施？答：再采取“回火“热处理工艺。

10-15，指出的45钢（退火状态）经下列温度加热并水冷所获得的组织：，，。

查阅教材，231页，图9-3，找到含碳量为4.5%的点，对应做垂线。

在不同温度范围观察出结果，得出结论则可解答。

答：，没有达到亚共析钢的淬火温度，故组织为铁素体+珠光体，，则有一部分的组织马氏体化，故最后组织为：M+铁素体，T，组织完全马氏体化，故最后的组织为：M（马氏体）。