工程材料作业

工程材料作业（1）答案

1、下列各种工件应该采用何种硬度实验方法来测定其硬度？

2、锉刀：HRC，黄铜轴套：HB、HRB供应状态的各种非合金钢材：HB、HRB硬质合金刀片：HV、耐磨工件的表面硬化层：HV（HRA）、调质态的机床主轴：HB、HRB、（HRC）

2、已知Cu的原子直径为2.56A，求Cu的晶格常数a，并计算1mm3Cu中的原子数。

Cu是f.c.c，r=√2/4a，r=2.56A/2=1.28A；a=4r/√2=2/√2×2.56=3.62A

依据1个晶胞（a3：3.623，单位A）中有4个Cu原子，1mm3的原子数？

a3：4=1mm3：x，注意单位换算，x=4/ a3，x=4/3.623=8.4×1019

3、已知金属Ａ（熔点６００℃）与金属Ｂ（熔点５００℃）在液态无限互溶；在固态３００℃时Ａ溶于Ｂ的最大溶解度为３０％，室温时为１０％，但Ｂ不溶于Ａ；在３００℃时，含４０％Ｂ的液态合金发生共晶反应。求：

①作出Ａ－Ｂ合金相图：

请用尺子等工具，标出横纵座标系，相图各区域名称，规范作图

②写出共晶反应式。

３００℃

L４０％B ＝（α３０％A＋Ａ）

③分析２０％Ａ，４５％Ａ，８０％Ａ等合金的结晶过程，用结晶表达式表达。

２０％Ａ：L→L+α→α→α+A

４５％Ａ：L→L+α→α+（α３０％A＋Ａ）→α+（α３０％A＋Ａ）+A

８０％Ａ：L→L+A→A+（α３０％A＋Ａ）

４．一个二元共晶反应如下：Ｌ（７５％B）←→α（１５％Ｂ）＋β（９５％Ｂ）

（１）计算含５０％Ｂ的合金完全凝固时

①初晶α与共晶（α＋β）的重量百分数。属于亚共晶组织Wα初晶%=（75-50）/（75-15）=5/12=0.42

×100%=42%

W共晶%=100%-42%=58%

②α相和β相的重量百分数。Wα%=（95-50）/（95-15）=9/16=0.56×100%=56% Wβ%=100%-56%=44%

③共晶体中的α相和β相的重量百分数。共晶体58%，其中的α相

W共晶α%=58%×（（95-75）/（95-15））%=58%×25%=14.5%

或：W共晶：58%与Wβ%：44%之差：14%。

W共晶β%=58%×75%=43.5%

（２）若显微组织中，测出初晶β相与（α＋β）共晶各占一半，求该合金的成分。

属于过共晶组织

β/（α＋β）=1=（X-75）/（95-X） 95-X=X-75，95+75=2X，X=85。

５．有形状，尺寸相同的两个Ｃｕ－Ｎｉ合金铸件，一个含Ｎｉ９０％，另一个含Ｎｉ５０％，铸件自然冷却，问哪个铸件的偏析严重，为什么？

三大因素影响成份偏析:

（1）液相线与固相线的水平距离即成份间隔，即液相线与固相线之间的垂直距离和水平距离愈大则先后结晶的各层固体之间的成份差异愈大，因而枝晶偏析程度愈大。

（2）溶质原子的扩散能力有关，如结晶温度高，原子扩散系数高，扩散能力强，偏析小。

（3）冷却速度，冷却速度快，原子来不及扩散，偏析严重。但是若冷速极快，对小体积铸件来说就可能把液体过冷到接近固相线了，结晶出来的合金就很接近合金的原成份，偏析反而小了。

由铜镍相图可知，50%Ni合金的结晶温度区间（范围）大于90%Ni合金，90%Ni合金结晶温度高。因此，在铸件自然冷却过程中，结晶温度范围大的合金，成份变化大（成份间隔大），结晶温度低的，偏析严重。

工程材料作业（2）答案

1.何谓铁素体，奥氏体，渗碳体，珠光体和莱氏体，它们的结构，组织形态，性能等各有

何特点？（最好列表总结）

序号名称结构组织形态性能

01 铁素体F b．b．c 不规则多边形晶粒强度低，硬度低，塑性良好

02 奥氏体A f．c．c 多边形晶粒（高温组织）强度低，硬度低塑性良好

03 渗碳体Fe3C 复杂晶格片状，网状，球状，

硬、脆

基体，长条状

04 珠光体P F+Fe3C F+Fe3C片状相间有一定强度和塑性，硬度适中

05 莱氏体Ld P+Fe3C Fe3C为基体其上分布P 硬度高脆性大

2.分析含碳量为0.3%，1.3%，

3.0%和5.0%的铁碳合金的结晶过程和室温组织。

含碳量结晶过程表达式室温组织

0.3% A →A+F →(A剩余→P) ＋F F＋P

1.3% A →A+CmII →(A剩余→P) + CmII P+CmII

3.0% L →L+A →Ld+A →A+CmII+Ld →P+CmII+Ld’P+CmII+Ld’

3.指出下列名词的主要区别：

序号名称特点及区别

01 一次渗碳体从液体中析出，呈长条状。

02 二次渗碳体从奥氏体中析出，呈网状

03 三次渗碳体从铁素体中析出，呈小片状

04 共晶渗碳体液体的共晶产物，呈基体。

05 共析渗碳体奥氏体共析产物，与铁素体片状相间分布

4.写出铁碳合金的共晶反应式和共析反应式。

名称结晶过程表达式室温组织

共析 A 0.77%→（727℃）P（F0.02%+Fe3C6.69%）P

共晶L4.3%→（1148℃）Ld(A2.11%+Cm6.69%) →Ld’(P+Cm)（室温）Ld ，Ld’

5.根据铁碳相图：

①分析0.6%C的钢室温下的组织，并计算其相对量。

室温下的组织：F+P

F%=（0.77-0.6）/（0.77-0.02）%=0.17/0.75%=23%

P%=100%-23%=77%

②分析1.2%C的钢室温下的相组成，并计算其相对量。

室温下的相组成：F+Fe3C

F%=（6.69-1.2）/（6.69-0.20）%=5.49/6.67%=82.3%

Fe3C%=100%-82.3%=17.6%

③计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体的最大含量。

二次渗碳体从奥氏体析出，最大溶解度2.11%，最小溶解度0.77%

Fe3C%=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）%=1.34/5.92%=22.6%

三次渗碳体从铁素体中析出，最大溶解度为0.02%，最小溶解度0.0008%（0）

Fe3C%=（0.02-0.0008）/（6.69-0.0008）%=0.02/6.69%=0.3%

6．对某退火碳素钢进行金相分析，其组织为珠光体+网状渗碳体，其中珠光体占93%，问此钢的含碳量大约为多少？

组织为珠光体+网状渗碳体，所以为过共析钢

P%=93%=（6.69-X）/（6.69-0.77）%，X%=1.19%=1.2%

7．依据铁碳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0.4%的钢硬度高。

含碳量为1.0%的钢，含碳量越高，Fe3C的量越多，钢的硬度越高。

②在室温下，退火的含碳0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢高。

退火的含碳0.8%的钢组织为p，而含碳量1.2%的钢组织为P+网状Fe3C，脆性大。钢的强度是组织敏感，因此，含碳0.8%的钢其强度比含碳量1.2%的钢高。

③变态莱氏体的塑性比珠光体的塑性差。

变态莱氏体的组织是珠光体+渗碳体，其中渗碳体脆性大且是基体形式分布，而珠光体的组织是铁素体和渗碳体，且渗碳体是分布在铁素体的条间，因此低温莱氏体的塑性差。

④在1100℃，含碳0.4%的钢可以进行锻造，含碳4.0%的生铁不能锻造。

在1100℃时，含碳0.4%的钢处在单相奥氏体区，奥氏体面心立方晶格，塑性好适合于压力加工。含碳

4.0%的生铁汉渗碳体多脆性大不能锻造。

⑤钢铆钉一般用低碳钢制成

低碳钢的铁素体含量多，塑性好，适合制成铆钉。

⑥绑扎物件一般采用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机起吊重物时都用钢丝绳（60或65钢制成）

绑扎物件一般受力不大，主要目的是捆绑结实，所以采用铁丝即可。而起重机起吊重物时承受较大载荷，尤其是受较大拉力，因此，需要采用强度较高且有一定塑韧性的钢材，采用60或65钢，含碳量较高，属于中高碳，强度有保证，但又较70以上高碳钢塑韧性好。

⑦锯切T8，T10钢料比10，20钢费力，锯条容易磨损。

T8，T10钢料的含碳量高，渗碳体多，硬度高，而10，20钢含碳量低，铁素体多硬度

低，因此锯切T8，T10钢料比10，20钢费力，锯条容易磨损。

⑧钢适合压力加工，而铸铁适合铸造成型。