机械工程材料第三章
《机械工程材料》复习习题及答案
第一章材料的性能1．1 名词解释δb δb δsδ0.2 δ-1 a k HB HRC1．2 填空题1．材料常用的塑性指标有(延伸率)和(断面收缩率)两种，其中用(延伸率)表示塑性更接近材料的真实变形。
2．检验淬火钢成品件的硬度一般用( 洛氏)硬度，检测退火件、正火件和调质件的硬度常用(布氏)硬度，检验氮化件和渗金属件的硬度采用(维氏)硬度试验。
3．材料的工艺性能是指( 铸造)性能、(锻造)性能、(焊接)性能、(切削加工)性能和(热处理)性能。
4．工程上常用金属材料的物理性能有( 熔点)、(密度)、（导电性）、(磁性)和(热膨胀性)等。
5．表征材料抵抗冲击载荷能力的性能指标是(冲击韧性ak )，其单位是( J/cm2 )。
1．3 简答题2．设计刚性好的零件，应根据何种指标选择材料?采用何种材料为宜?3．常用的硬度方法有哪几种?其应用范围如何?这些方法测出的硬度值能否进行比较?1．4 判断1．金属的熔点及凝固点是同一温度。
( 错)2．导热性差的金属，加热和冷却时会产生内外温度差。
导致内外不同的膨胀或收缩，使金属变形或开裂。
( 对)3．材料的强度高，其硬度就高，所以刚度大。
( 错)4．所有的金属都具有磁性，能被磁铁所吸引。
( 错)5．钢的铸造性比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。
( 错)1．5 选择填空1．在有关零件图图纸上，出现了几种硬度技术条件的标注方法，正确的标注是( D )。
(a)HBS650—700 (b)HBS＝250—300Kgf/mm2(c)HRCl5—20 (d) HRC 45—702．在设计拖拉机缸盖螺钉时应选用的强度指标是( a )。
(a) δb (b) δs(c) δ0.2(d) δp3．在作疲劳试验时，试样承受的载荷为( c )。
(a)静载荷(b)冲击载荷(c)交变载荷4．洛氏硬度C标尺使用的压头是( b )。
(a)淬硬钢球(b)金刚石圆锥体(c)硬质合金球5．表示金属密度、导热系数、导磁率的符号依次为( d )、( f )、( c )。
机械工程材料习题答案
第六章 钢的热处理
2、何谓本质细晶粒钢？本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细？
答： wC0.45%碳钢属于低碳钢，室温平衡组织为F+P，其中F和P相对含量分别为：
wF%0.77 0. 77 0.4542%
硬因度此和，伸该长碳率钢等的性硬能度指为标：符合加w合P法%则。 00..747558%
伸长率为：
H 4 5H PV P % H FV F % 1 8 0 5 8 % 8 4 2 % 1 0 4 .4 3 .3 6 1 0 7 .7 6
增加，材料硬度增加、塑性下降，强度在~ wC0.90% 时最高，之后下降。
因此，Rm（ σb）： wC0.20%< wC1.20%< wC0.77% HBW： wC0.20%< wC0.77%< wC1.20% A： wC1.20%< wC0.77%< wC0.20%
4、计算碳含量为wC0.20%的碳钢的在室温时珠光体和铁素体的相对含量。
B 将（ α+β ）II 视为一种组织构成项：
WαI=
W（α+β）II=
61.9-30 61.9-19 30-19 61.9-19
=74.36% =25.64%
WαI= W（α+β）II=
61.9-30 61.9-19 30-19 61.9-19
=74.36% =25.64%
则在（ α+β ）II中含有多少α和多少β相？
2、试述固溶强化、加工硬化和弥散强化的强化原理，并说明三者的区别。
答： 固溶强化：溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而位错运动时受到阻力增大。 弥散强化：金属化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶体为基体再有适量的金属间化合物均 匀细小弥散分布时，会提高合金的强度、硬度及耐磨性。这种用金属间化合物来强化合金的方式为 弥散强化。 加工强化：通过产生塑性变形来增大位错密度，从而增大位错运动阻力，引起塑性变形抗力的增加， 提高合金的强度和硬度。 区别：固溶强化和弥散强化都是利用合金的组成相来强化合金，固溶强化是通过产生晶格畸变，使 位错运动阻力增大来强化合金；弥散强化是利用金属化合物本身的高强度和硬度来强化合金；而加 工强化是通过力的作用产生塑性变形，增大位错密度以增大位错运动阻力来强化合金；三者相比， 通过固溶强化得到的强度、硬度最低，但塑性、韧性最好，加工强化得到的强度、硬度最高，但塑 韧性最差，弥散强化介于两者之间。
第3章 机械零件的强度(用)
汽车的齿轮和轴所承受的动载荷。
注意:在设计计算中，载荷又可分为名义载荷和计 算载荷，计算载荷等于载荷系数乘以名义载荷。
名义载荷： 根据机器在稳定和理想工作条件下的工作阻力，
按力学公式求出的载荷称为名义载荷. 计算载荷：
考虑机器在工作中载荷的变化和载荷在零件上
s
m rN
N
C (NC
N
ND)
D点以后(无限寿命区间):
s rN s r （N ND )
用N0及其相对应的疲劳极限σr来近
似代表ND和 σr∞,有：
s
m rN
N
s
m r
N0
C
s－N疲劳曲线
§3-1 材料的疲劳特性 疲劳曲线
２、 s－N疲劳曲线
有限寿命区间内循环次数N与
疲劳极限srN的关系为：
CＧ'直线的方程为：
s a s m s s
σ为试件受循环弯曲 应力时的材料常数，其值 由试验及下式决定：
s
2s 1 s 0 s0
对于碳钢，σ≈0.1~0.2，对于合金钢，σ≈0.2~0.3。
§3-2 机械零件的疲劳强度计算
1、零件的极限应力线图
如设弯曲疲劳极限的综合影响系数 Ｋσ ，且 s 1 ―材料对称循环弯曲疲劳极限
s rN s r
m
N0 N
KNsr
式中， N0为循环基数；
sr为与N0相对应的疲劳极限
s－N疲劳曲线
m为材料常数，值由材料试验确定。
疲劳曲线的意义
s rN
sr m
N0 N
KNsr
机械工程材料习题及参考解答
♦ 变质处理
机械工程材料 第三章 金属的结晶
♦ （二） 填空题
– 1． 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个 过程是 形核和 长大 。 – 2． 在金属学中，通常把金属从液态过渡为固体晶态的转变称 为 结 晶 ；而把金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变 称为 同素异构转变 。 – 3． 当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 促进形核，细化晶粒 。 – 4． 液态金属结晶时，结晶过程的推动力是 自由能差降低（△F） ， 阻力是 自由能增加 。 – 5． 能起非自发生核作用的杂质，必须符合 结构相似，尺寸相当 的原则。 – 6． 过冷度是指 理论结晶温度与实际结晶温度之差 ，其表示符 号为 △T 。 – 7． 过冷是结晶的 必要 条件。 – 8． 细化晶粒可以通过 增加过冷度 和 加变质剂 两种途径实现。 – 9． 典型铸锭结构的三个晶区分别为： 细晶区、柱状晶区和等轴晶区。
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
机械工程材料 第二章 金属的结构
♦ （二） 填空题
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
– 1． 同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性， 良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。 – 2． 晶体与非金属最根本的区别是 晶体内部的原子（或离子） 是按一定几何形状规则排列的，而非晶体则不是 。 – 3． 金属晶体中最主要的面缺陷是 晶界 和 亚晶界 。 – 4． 错位分两种，它们是刃型位错 和 螺旋位错，多余半原子面 是 刃型 位错所特有的。 0 1 2 – 5． 在立方晶系中，｛120｝晶面族包括 ( 20)、(1 0)、(12 )、 等 (1 2 0)、(1 2 0)、(1 2 0 )、(1 20 )、(120) – 6． 点缺陷 有 空位和 间隙原子 两种；面缺陷中存在大量 的 位错 。 4 2 – 7． γ-Fe、α-Fe的一个晶胞内的原子数分别为 和 。 – 8． 当原子在金属晶体中扩散时，它们在内、外表面上的扩散 速度较在体内的扩散速度 快得多。
机械基础教学课件配套课件顾淑群第3章机械工程材料
第3章 机械工程材料
3.1金属材料的性能
3.1.3 金属材料的力学性能
1.力学性能:金属材料在外力作用下所表现出来的性能称为力学性能。
： 2.载荷 金属材料在使用及加工中所受外力称为载荷。 ： 3.载荷分类 根据载荷作用性质的不同，可以分为静载荷、冲击载荷及疲劳载荷等三种。 ： 4.力学性能指标 强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.1 碳素钢
碳素钢：含碳质量分数小于2.11%而不含有特意加入合金元素的钢，称为碳素钢。
1.碳素钢的分类
（1）按钢的含碳质量分数分类
低碳钢
含碳质量分数Wc≤0.25%
中碳钢
含碳质量分数Wc=0.25~0.60%
高碳钢
含碳质量分数Wc≥0.6%
（2）按钢的质量分类
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.1 碳素钢
3.碳素工具钢 由于碳素结构钢要求高硬度和高耐磨性，故工具钢含碳质量分数都在0.7%以上，都是优 质钢和高级优质钢。 牌号：以汉语拼音字母“T”后面加阿拉伯数字表示，其数字表示钢中平均含碳质量分数的 千分之几。 例如T8表示含碳质量分数为0.80%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在牌号后 面标以字母A，如T12A表示平均含碳质量分数为1.20%的高级优质碳素工具钢 。 用途：主要用于制造刃具、模具、量具以及其他工具
第3章 机械工程材料
3.2 常用金属材料
3.2.2 合金钢
（3）机械制造用钢 ①合金渗碳钢：指用于制造渗碳零件的钢。 合金渗碳钢的含碳质量分数WC=0.10～0.25%，加入合金元素主要有铬（WCr＜2%）、镍 （WNi＜4%）、锰（WMn＜2%）等，经过渗碳后，再进行淬火+低温回火，从而达到表面 高硬度、高耐磨性和心部高强度并有足够韧性。20CrMnTi是应用最广泛的合金渗碳钢。 ②合金调质钢 合金调质钢：一般指经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的合金结构钢，合金调质钢的 基本性能是具有良好的综合力学性能。合金调质钢的含碳质量分数一般在0.25~0.50%之间， 主加合金元素有铬、镍、锰、硅等，以增加淬透性，同时还能起固溶强化作用。 用途：用于制造重载作用下同时承受冲击载荷作用的一些重要零件。一般的热处理方法是淬 火后高温回火，如果除要求材料具有良好的综合力学性能外还要求表面层有良好的耐磨性， 对调质处理零件还要进行表面淬火及低温回火处理。
机械设计课件03第三章
计算安全系数及疲劳强度条件为：
a. AOJ区域内：smin为负值； b. GIC区域内：按静强度计算；
Sca
ss s lim s s S s s max s a s m
c. OJGI区域内：疲劳极限
s max 2s 1 ( Ks s )s min Sca S s max ( Ks s )(2s a s min )
r
s min s max
-1＜r＜1(r≠0)
非对称循环应力
r = -1 对称循环应力
r =0 脉动循环应力
r =1 静应力
§3-1 材料的疲劳特性
二、 s －N疲劳曲线(r一定)
AB段：静应力强度 ，N≤ 103 BC段：低周疲劳（应变疲劳）， 103 ≤ N≤ 104 ，N ， σmax CD段:有限寿命疲劳，N> 104
ks 1 1
各系数查取见附表
§3-2 机械零件的疲劳强度计算
二、单向稳定变应力时的疲劳强度计算 强度计算式： S s lim s max S ca
计算步骤：
机械零件的疲劳强度计算2
s
s max
求得危险截面的 smax及s
min
据此计算出sm及sa
标出M(sm ,sa )（或N） 根据应力变化规律找到对应的 极限应力值 由强度计算式求出sca
式中ρ1和ρ2 分别为两零件初始接触线处的曲率半径, 其中 正号用于外接触，负号用于内接触。 注意：接触变应力是一个脉动循环变应力
思考题：3-9 3-13 作 业： 3-18 3-20 3-21
四、双向稳定变应力时的疲劳强度计算
当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力sa 和ta时， 由实验得出的极限应力关系式为：
机械工程材料第三章复习题(合金的结晶和合金化原理)-选择和判断
第三章复习题（合金的结晶和合金化原理）1、由于物质中热能（Q）或成分(C)不均匀所引起的宏观和微观迁移现象统称为扩散现象。
2、在研究空间内温度或浓度不随时间而变化的扩散称为稳态扩散。
3、在研究空间内温度或浓度随时间而变化的扩散称为非稳态扩散。
4、单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散通量与温度或浓度梯度成正比，这一规律称为扩散第一定律。
5、不属于恒温转变的是合金液相结晶成一个固相。
6、由一个液相同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。
7、由一个液相和一个固相反应生成另外一种固相的转变称为包晶转变。
8、由共晶转变得到的两相混合组织称为共晶组织。
9、某合金结晶时先发生L→a，然后又发生L+a→b，完成结晶后只有b相，则该合金称为包晶合金。
10、不属于恒温转变的是合金液相结晶成一个固相。
11、由一个液相同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。
12、由一个液相和一个固相反应生成另外一种固相的转变称为包晶转变。
13、由共晶转变得到的两相混合组织称为共晶组织。
14、某合金结晶时先发生L→a，然后又发生L+a→b，完成结晶后只有b相，则该合金称为包晶合金。
15、在只有固态下发生的相变称为固态相变。
16、固溶体随温度降低，溶解度减小，多余的溶质原子形成另一种固溶体或化合物的过程称为脱溶沉淀。
17、由一个固相同时转变成两种成分不同但晶体结构相同且与母相晶体结构也相同的转变称为调幅分解。
18、由一个固相同时转变成两种固相的转变称为共析转变。
19、由两个固相转变成一种固相的转变称为包析转变。
20、原子扩散的结果使成分更均匀或形成新的相。
我的答案：√21、温度越高，扩散系数越小，扩散速度越慢。
我的答案：×22、渗碳温度越高，渗碳速度越快。
我的答案：√23、气氛碳势小于工件表面含碳量时气氛中的碳原子向工件内扩散。
我的答案：×24、工件表面与介质之间的换热系数越大，则工件加热或冷却速度越快，工件内的温度梯度也越大。
机械工程材料(第二版)课后习题答案
2－1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？－Fe、－Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、Zn各属何种结构？答：常见晶体结构有3种：⑴体心立方：－Fe、Cr、V⑵面心立方：－Fe、Al、Cu、Ni⑶密排六方：Mg、Zn2---7为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。
第三章作业3－2 如果其它条件相同，试比较在下列铸造条件下，所得铸件晶粒的大小；⑴金属模浇注与砂模浇注；⑵高温浇注与低温浇注；⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件；⑷浇注时采用振动与不采用振动；⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。
答：晶粒大小：⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4－4 在常温下为什么细晶粒金属强度高，且塑性、韧性也好？试用多晶体塑性变形的特点予以解释。
答：晶粒细小而均匀，不仅常温下强度较高，而且塑性和韧性也较好，即强韧性好。
原因是：（1）强度高：Hall-Petch公式。
晶界越多，越难滑移。
（2）塑性好：晶粒越多，变形均匀而分散，减少应力集中。
（3）韧性好：晶粒越细，晶界越曲折，裂纹越不易传播。
4－6 生产中加工长的精密细杠（或轴）时，常在半精加工后，将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15天，然后再精加工。
试解释这样做的目的及其原因？答：这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来，是细长工件的一种存放形式吊个7天，让工件释放应力的时间，轴越粗放的时间越长。
4－8 钨在1000℃变形加工，锡在室温下变形加工，请说明它们是热加工还是冷加工（钨熔点是3410℃，锡熔点是232℃）？答：W、Sn的最低再结晶温度分别为:TR(W) =（0.4～0.5)×(3410+273)－273 =（1200～1568）(℃)＞1000℃TR(Sn) =（0.4～0.5)×(232+273)－273 =（-71～-20）(℃) ＜25℃所以W在1000℃时为冷加工，Sn在室温下为热加工4－9 用下列三种方法制造齿轮，哪一种比较理想？为什么？（1）用厚钢板切出圆饼，再加工成齿轮；（2）由粗钢棒切下圆饼，再加工成齿轮；（3）由圆棒锻成圆饼，再加工成齿轮。
机械基础(陈长生)03机械工程材料及其选用PPT课件
一、强度和塑性 （1）强度：材料抵抗变形和断裂的能力
比例极限 p
弹性极限 e 屈服点 s 抗拉强度 b
（2）塑性 材料断裂前塑性变形的能力
•伸长率(延伸率) d
l1l10% 0
l
•断面收缩率ψ
AA110% 0
A
δ < 2 ~ 5% 属脆性材科
δ ≈ 5 ~ 10% 属韧性材料
δ > 10%
（1）回火的目的 回火的目的是减少内应力；稳定 组织，使工件形状、尺寸稳定；调整组织，消除脆性，以 获得工件所需要的使用性能。
（2）回火的方法及应用 1）低温回火（150℃～250℃） 回火后的硬度一般为 58～64HRC。低温回火一般用于表面要求高硬度、高耐磨 的工件，如刀具、量具、冷作模具、滚动轴承、渗碳件、 表面淬火件等。 2）中温回火（350℃～500℃） 中温回火后的硬度为 35～50HRC。中温回火一般用于要求弹性高、有足够韧性 的工件，如弹簧、弹性元件及热锻模具等。 3）高温回火（500℃～650℃）（调质） 高温回火后 的硬度一般为220～330HBS。通常将淬火加高温回火相结 合的热处理称为调质处理，调质处理广泛用于汽车、拖拉 机、机床等重要的结构零件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类 。
（2）淬火方法及其应用 为了保证钢淬火后得到马氏体， 同时又防止产生变形和开裂，应选择合适的淬火方法。常 用淬火方法如图3-13所示，图中MS是指马氏体开始转变温 度（约为230oC）。
①单液淬火 ②双液淬火 ③分级淬火 ④等温淬火
3．钢的回火 将淬火钢重新加热到A1以下某一温度 ，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺，称为回 火。它是紧接淬火的热处理工序。
2．钢的淬火 淬火是将钢件加热到相变点Ac3或Ac1以 上30～50℃,保温一定时间，然后快速冷却，获得马氏体 （或贝氏体）组织的热处理工艺。淬火是强化钢铁零件最 重要的热处理方法。
机械工程材料习题及参考解答
中 南 大 学 机 电 工 程 学 院
– 3． 在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学 性能，试从过冷度对结晶基本过程的影响，分析细化晶粒、提 高金属材料使用性能的措施。 –解：由于过冷度越大，晶粒越细，因而能增加过冷度的 措施均有利于细化晶粒，主要是增加冷却速度。
机械工程材料 第三章 金属的结晶
机械工程材料 第二章 金属的结构
（四） 选择正确答案
– 1． 正的电阻温度系数的含义是： a．随温度升高导电性增大；b．随温度降低电阻降低；c．随 √ 温度增高电阻减小。 – 2． 晶体中的位错属于： a．体缺陷；b．面缺陷；c．线缺陷；d．点缺陷。 √ – 3． 亚晶界是由： a．点缺陷堆积而成；b．位错垂直排列成位错墙而构成； √ c．晶界间的相互作用构成。 – 4． 在面心立方晶格中，原子密度最大的晶向是： a．<100>；b．<110>；c．<111>。 √ – 5． 在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面是： a．｛100｝；b．｛110｝；c．｛111｝。 √ – 6． α-Fe和γ-Fe分别属于什么晶格类型： a．面心立方和体心立方；b．体心立方和面心立方；c．均 √ 为面心立方d．均为体心立方。
机械工程材料 第二章 金属的结构
（三） 是非题
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– 1． 因为单晶体是各乡异性的，所以实际应用的金属材料在 各个方向上的性能也是不相同的。 （×） – 2． 金属多晶体是由许多结晶方向相同的单晶体组成的。 （×） – 3． 因为面心立方晶格的配位数大于体心立方晶格的配位数， 所以面心立方晶格比体心立方晶格更致密。 （√） – 4． 在立方晶系中，（123）晶面与[12]晶向垂直。 （√） – 5． 在立方晶系中，（111）与（11）是相互平行的两个晶面。 （×） – 6． 在立方晶系中，（123）晶面与（12）晶面属同一晶面族。 – 7． 在立方晶系中，原子密度最大的晶面间的距离也最大。 （√） – 8． 在金属晶体中，当存在原子浓度梯度时，原子向各个方 （×） 向都具有相同的跃迁几率。 – 9． 因为固态金属的扩散系数比液态金属的扩散系数小得多， （√） 所以固态下的扩散比液态下的慢得多。 （×） – 10．金属理想晶体的强度比实际晶体的强度稍强一些。 – 11．晶体缺陷的共同之处是它们都能引起晶格畸变。 （√）
机械工程材料-思考与练习题答案
能
10. 金属再结晶后的晶粒大小与（ ）和（ ）有关。预先变形度；再结晶温度
11. 工业金属不能在（ ）变形度进行变形，否则再结晶后的晶粒（ ），使机械性能（ ）。
２-10％临界；粗大；降低
12. 铸钢锭经过热轧后，粗大的晶粒会（ ），缩松、气孔等缺陷会（ ），并且还会出现
（
）组织。细化；焊合；流线或纤维
晶粒细化
16. 金属热加工纤维组织是（ ）呈纤维状，此种组织的机械性能呈现（ ）。夹杂物及枝晶
偏析；方向性
17. 钢的锻造温度高于（
）温度，故属于（ ）加工。再结晶；热
18. 材料的弹性模量愈高，其刚度愈（ ）。刚度（ ）通过热处理改变；材料一定时，可通
过（ ）和（
）的方法来提高零件的刚度。高；不能；增加零件的横截面积；
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A，去应力退火 B，再结晶退火 C，完全退火 D，重结晶退火
3. 实测的晶体滑移需要的临界分切应力值比理论计算的小，这说明晶体滑移机制是（ ）。B
A，滑移面的刚性移动 B，位错在滑移面上运动 C，空位、间隙原子迁移 D，晶界迁移
A，属于热加工 B，属于冷加工 C，不是热加工或冷加工 D，无法确定
7. 晶体滑移总是沿着（ ）晶面和晶向进行。A
A，原子密度最大的 B，与外力成 45 度的 C，任意的 D，原子密度最小的
8. 为了提高零件的机械性能，通常将热轧圆钢中的流线（纤维组织）通过（
）。C
A，热处理消除 B，切削来切断 C，锻造使其分布合理 D，锻造来消除
相作用。∨ 5. 金属化合物以细小颗粒或片状均匀分布在固溶体中会使强度提高，化合物愈细小、分布愈均
机械工程材料 第三章 材料的凝固.答案
具有共晶成分的合金称共晶合金。在共晶线上，凡
成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金，位于共
晶点以右的合
金称过共晶合
A
金。 凡具有共晶线
成分的合金液
L+
B
C
D
体冷却到共晶
温度时都将发
生共晶反应。
⑵ 合金的结晶过程 ① 含Sn量小于C点合金(Ⅰ合金)的结晶过程
在3点以前为匀晶转变，结晶出单相 固溶体，这种
根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。
Fe-C二元相图
三元相图
一、二元相图的建立
几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是 热分析法。
二元相图的建立步骤为：[以Cu-Ni合金(白铜)为例] 1. 配制不同成分的合金，测出各合金的冷却曲线，
找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）。 2. 将临界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 3. 将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应
1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两次 晶体结构变化，其变化为：
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方 结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
2、固态转变的特点 ⑴形核一般在某些特定部
相图被两条线分为三 个相区，液相线以上 为液相区L ，固相线以 下为 固溶体区，两 条线之间为两相共存 的两相区（L+ ）。
L
液相线 L
+
固相线
Cu
成分（wt%Ni）
Ni
A portion of the copper-nickel phase diagram for which compositions and phase amounts are determined at point B
机械工程材料课后习题参考答案
机械工程材料思考题参考答案第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。
线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。
如位错。
面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。
如晶界和亚晶界。
亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。
亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。
滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。
如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。
单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。
多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。
3第三章--材料的凝固ppt课件(全)
溶体转变线
温N
度
J A+
L D
相区标注
L+A AE
C L+ Fe3C F
组织组成物标注 G
A+ Fe3C
A+
Le
复相组织组成物：
F
珠光体P(F+ Fe3C)
A+F S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Le Le+ Fe3CⅠ K
P P
F+ Fe3C
P+
Le’
莱氏体Le(A+ Fe3C)
QP+F Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ+Le’ Le’+ Fe3CⅠ
混合物，称作莱氏体，用Le 表示。为蜂窝状。以Fe3C为 基，性能硬而脆。
莱氏体
PSK：共析线
S ⇄FP+ Fe3C 共析转变的产物是与
Fe3C的机械混合物, 称 作珠光体，用P表示。
L+δ
δ+
L+
+
L+ Fe3C + Fe3C
F+ Fe3C
扫描电镜形貌 珠光体(光镜)
珠光体的组织特点是 两相呈片层相间分布, 性能介于两相之间。 PSK线又称A1线 。
Q
不易分辨。室温组织为P.
珠光体
共析钢的结晶过程
㈢ 亚共析钢的结晶过程 0.09~0.53%C亚共析钢
冷却时发生包晶反应。
Ⅲ
A
H
B
J
以0.45%C的钢为例 合金在 4 点以前通过匀
晶→包晶→匀晶反应全
部转变为。到4点，由
G S
P
+Fe3C
工程材料及机械制造基础-3-金属的晶体结构及结晶
第三章 金属的晶体结构与结晶
海洋科学与技术学院 贾 非
Dalian University of Technology
12:39
主要内容
金属的晶体结构 晶体的概念 常见的金属晶格 晶体结构的致密度
实际金属的结构 多晶体结构 晶格缺陷
金属的结晶 金属的结晶过程 金属的同素异构转变 金属铸锭的组织特点
• 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半 个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原 子面的边缘就是刃型位错。
• 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 • 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。
• 位错密度：单位体积内所包 含的位错线总长度。
= S/V(cm/cm3或1/cm2)
12:39
金属的晶体结构
立方晶系常见的晶面为：
{100} : (100)、(010)、(001)
{110} : (110)、(101)、(011)、(110)、(1 01)、(011)
{111} : (111)、(111)、(111)、(111)
12:39
{110}
Z
（011）
（110） （011） （101）
• 金属的位错密度为104~1012/cm2
• 位错对性能的影响：金属的 塑性变形主要由位错运动引 起，因此阻碍位错运动是强 化金属的主要途径。
• 减少或增加位错密度都可以 提高金属的强度。
金属晶须
退火态 (105-108/cm2)
加工硬化态 (1011-1012/cm2)
实际金属的结构
电子显微镜下的位错
大学_机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)课后答案下载
机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)课后答案下载机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)内容简介第3版前言第2版前言第1版前言绪论一、材料的分类及其在工程技术中的应用二、材料的发展及材料科学的形成三、本课程的目的、任务和学习方法第一章金属材料的.力学性能第一节强度、刚度、弹性及塑性一、拉伸曲线与应力.应变曲线二、刚度和弹性三、强度四、塑性第二节硬度一、布氏硬度二、洛氏硬度三、维氏硬度第三节冲击韧性一、冲击试验方法与原理二、冲击试验的应用第四节断裂韧度一、裂纹扩展的基本形式二、应力场强度因子K1三、断裂韧度K1C及其应用第五节疲劳一、疲劳现象二、疲劳曲线与疲劳极限三、提高疲劳极限的途径四、其他疲劳习题与思考题第二章金属与合金的晶体结构第一节晶体的基本知识一、晶体与非晶体二、晶格、晶胞和晶格常数第二节金属的晶体结构一、金属的特性和金属键二、金属中常见的晶格三、晶体结构的致密度四、晶面与晶向第三节合金的晶体结构一、合金的基本概念二、合金的相结构第四节实际金属的晶体结构一、多晶体与亚组织二、晶体的缺陷习题与思考题第三章金属与合金的结晶第一节纯金属的结晶一、纯金属的冷却曲线和过冷现象二、纯金属的结晶过程三、金属结晶后的晶粒大小四、金属的同素异构转变第二节合金的结晶一、二元合金相图的基本知识二、二元匀晶相图三、二元共晶相图四、合金性能与相图间的关系习题与思考题第四章铁碳合金相图第一节铁碳合金的基本相一、铁素体二、奥氏体三、渗碳体第二节铁-渗碳体相图分析一、上半部分图形——由液态变为固态的一、次结晶(912℃以上部分)二、下半部分图形——固态下的相变三、铁一渗碳体相图中各点、线含义的小结四、铁一渗碳体相图中铁碳合金的分类第三节典型铁碳合金的结晶过程及其组织……第五章钢的热处理第六章金属的塑性变形及再结晶第七章钢第八章铸铁第九章有色金属及粉末冶金材料第十章高分子材料、陶瓷材料及复合材料第十一章机械制造中零件材料的选择附录参考文献机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)目录本书为普通高等教育“十一五”__规划教材，曾荣获第三届高等学校机电类专业优秀教材二等奖。
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第2章材料的制备与相图
Materials Manufacture
and Phase Diagrams
2.1材料的制备过程
2.2二元相图的基本类型
2.3典型二元相图的应用-Fe・C相图分析
2.4凝固与结晶理论的应用
2.1材料的制备过程冶炼一
2-1-1材料凝固与结晶的条件
(1)熔融液体的粘度(内因) --------------- 是材料内部结合键性质和结构情况的宏观表征，其大小表示了液体中发生相对运动的难易程度。
* 聚合物粘度大，不易结晶；金属粘度小，一般为金属晶体
* (2)冷却速度(外因) ---- 冷速越大，则在勰聽黠磁品雳得越低'
* 冷速大，金属扩散能力降低，不易结晶，得到非晶合金。
2.1.2金属材料的制
备1 •金属的冶炼
2 •纯金属的结晶规律
*（1）液态金属的结构特点（结晶的充分条件）液态金属中存在
短程有序
结构起伏
（相起伏）
过冷度的影响因素冷速f A7? 不同冷速下的冷却曲线示意图
自由能与温度的关系曲线
金属结晶的
能量条件
(3)纯金属结晶的普遍规律不断形成晶
核与晶核不断长大的连续过程
形核的方式:
①自发形核以液态金属中的结构起伏为基础
晶核长大方式鬱*①平面方式长大"飞②以树枝晶方式长大为主
厂 1 ------ —P
金属铢锭的组织示意图
2.2二元相图的基本类型
有关相图的基本概念:
*合金状态一定条件下合金有哪几个相组成*相变*临
界点相变的温度*相图反映在平衡条件下，合金的状
态同温度、
成分之间关系的图形。
涿2.2.1相图的建立
厂* * 热分析法建立CmNi二元合金相图的过程
妾3.2几种不同成分的Cu・Ni合佥
用热分析出建立Cu・Ni相
图
B
2
O
S
60 80 100
Ni
(a)冷却曲线(b)测定的相图
222匀晶相图
*特点：两组元在液态、固态下均可以任意比例互溶（无限固溶体）
Cu-Ni> Cu-Au> Au-Ag> Fe・Ci•等*1•相图分析
* •特性点•特性线•相区•基本相
2.固溶体合金的平衡结晶过程分析
吉Cu・Ni“的显微恥示盘图
倒2-11 C u - N i含全显微姐织V- m ill叱战态>
固溶体合金的平衡结晶规律
(与纯金属相比)
* (1)变温结晶* (2)在结晶过程中，两平衡相
的成分
和相对百分含量是不断变化的。
液相的
成分沿着液相线变化，固相的成分沿着固相线变化；此间
的任一温度瞬时，都
III
可应用杠杆定律计算液固两相的相对百分含
量。
3.杠杆定律
及其应用
内容表述:在合金相图的两相
区内，若温度一定，则该温度
下两平衡相的成分及两平
衡相的相对量是一定的，且两相相对量之比等于各自
相距较远的线段之比。
适用条件:
仅适用于两相区，用来
求两个平衡相的化学成分和相对百分含量。
概念：不平衡条件下，先结晶出的固4•不平衡结晶枝晶偏析
溶体和后结晶出的固溶体成分不同，
这种在一个晶粒内出现的成分不均匀
现象称为枝晶偏析。
*消除办法:扩散退火（均匀化退火）
2.2.3共晶相图
形成条件:固态为有限固溶体, 发生共晶反
应。
* 1.相图分析
* （1）共晶相图的形成
（讥=Q功曲池⑹（二"匀删变⑹为I川b）“血川制阍
（2）相区与基本
（3）特性线与特性
相
点MEN水平线——共晶线（三相
区）
L E^^a M^N
2 •典型合金的平衡结晶过程
* (1)有限固溶体合金I * (2)共晶成分的合金II *(3)亚共晶成分合金IU *(4)过共晶成分合金IV
(1)有限固嫁体合全I
(1)有限固嫁体合全I
杠杆定律的应用
在kth温度下，计
算
a和卩II的百分
含量
(2丿共晶成分的合佥n
共晶合金的冷却曲线及室温下的组织
C3J亚共晶成分合金TH
* 亚共晶合金的冷却曲线及组织
C3J亚共晶成分合全IU
!，1八亦（迪讨袪詬m：ii） C）打帯川］（艺过匕計的汀瞪）初晶的截取位置及相应的组织形貌
(4)过共晶成分的合佥
时间7
* 过共晶合金的冷却曲线及组织
以相组分形式填写的相图
3.两种填写相图的方法
汕II；：＞：：- 10
w co 71J 30
90 乩I
* 标明组织组分的铅•锡合金相图
2. 2.4包晶相图的特征
Fe・C相图包晶部
4.包晶相图的特征
2. 2.5具有稳定化合物的相图
心10 丁；刃I1) 口
2. 2.6具有共析反应的相图
M.2.7二元合金相图与性能之间的关系才r ・1 •合金的使用性能与相图的关系
I I II i _ J 1i I
-兰上二二m 査亠<上二
一7 h •Y
兰: ~ ；-- I I
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Z p A ] £' 二* I.
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合金的性能与相图的关系
合金铸造性能与相图的关系
'二•丿• I •• a
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「■—-A 飞
2•合金的工艺性能与相图的关系
务预习
A L - =
*准备“2・3铁碳合金相图分析”
八*内容的课堂讨论
X 一*
*
*
参见“学习指导” P16~17中的课堂讨论（铁碳合金相图）提纲进行充分准备。
2.3铁琰合全相图分析
3 S.U > 5 6.0 re/-
:5
W ：三次；》口忖；<
1>
：>A«
C ；
5
铁碳相图讨论总结
\相、相组分、组织、组织组分的关系
1相二相组分（相组成物）
2组织是由相组成的
3组织组分一定是组织，但组织不一定等于组织组分, 组织二各组织组分总和
、含碳量对铁碳合金平衡组织与能的影响
(1)对平衡组织的影响
(2)对力学性能的影响
Wc不同，F和FesC的相对量不同;
FesC的形态不同，导致性能不同
离温组织
变化規律
\亚共析盍过共折 \高温
固£呈奥氏体
■ \
r rx
\离温固杰呈奥氏体
\ :
工业纯铁I
F
白呼泱
亚共晶过共晶
固态具有莱氏体组分—
—A L+FesG
I* -
A+Fc?C|] Ld Fe£[+Ld FesC的形态对性能的影响:
A +
Fe^Cu
FejCi +S
P屮jC旷Ld
变化规律
相组成
相对*
A+F _
F+P \ ~
违*心H
F
组织组分
相组成
共析FesC呈片状——T强度、硬度J塑性、韧性
Fe3C n呈网状——| J强度、塑性、韧性
共晶FesC为连续基体——f硬度J强度、塑性、韧性
2.4凝固与结晶理论的应用
2.4.1铸态晶粒度的控制
晶粒度:晶粒大小用晶粒的平均面积或平均直径来表示晶粒度对性能的影响——细晶强化晶粒度的影响因素
形核率（N） N ?晶粒细化长大
速度（G） GJ晶粒细化
N/G］则晶粒细化
控制晶粒度的方法:
1•控制过冷度
AT T N/G T 低温浇注金属型代替砂型水冷铸铁局部加冷铁2•化学变质处理
3•增强液体流动法
2・4・2定向凝固技术
3
图6-27铸锭的三个晶区示意图
1一细晶区2―柱状晶区3—中心等轴晶IX
/
铸
模
下移I水冷底盘/
加
热
器
液体金
属。