机械工程材料课后题答案

P24：1、名词解释1）相——材料中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一组织结构，并于其它部分有界面分开的均匀组成部分。

•相组分——组成合金的相。

如铁碳合金是由α相Fe3C和组成的。

名词解释.1•组织——直接用肉眼观察到的，或借助于放大镜、显微镜观察到的材料内部的晶粒或相的集合状态（微观形貌图像）。

•组织组分——组成合金显微组织的独立部分，它可以是单相，也可以是复相。

如铁碳合金中的亚共析组织，就是由铁素体和珠光体两相组成。

名词解释.22）单晶体——内部原子具有规则排列的理想单一晶体。

•多晶体——由许多晶格位向不同小晶粒组成的实际晶体。

名词解释.33）晶格——为了更清楚的表明原子在空间排列的规律性，把晶体中原子进一步抽象为几何“点”，用一些假想的空间直线按一定规律把这些“点”连接起来，所构成的三维空间构架。

•晶胞——晶体中反映晶体特征的最基本的几何单元。

名词解释.4•晶格常数——表征晶胞特征的参数，如立方晶胞中的三条棱边的长度a、b、c，及三条棱边之间的夹角α、β、γ。

4)晶界——多晶体中不同晶格位向的小晶粒之间的分界面。

•亚晶界——亚晶粒之间的交界。

名词解释.55）位错——晶体中二维尺度很小，而第三维尺度较大的缺陷。

•位错密度——单位体积中所包含的位错线的总长度或穿过单位截面积的位错线数目。

名词解释.66）组元——组成材料最基本的独立物质。

•固溶体——溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的均一的、保持溶剂晶体结构的结晶相。

•金属化合物——由相当程度的金属键结合形成具有金属特性的化合物。

名词解释.77）各向异性——晶体内部不同的晶面和晶向上，原子的密度不同，相互之间的作用力不同，晶体在不同的方向上表现出了不同的性能。

•同素异晶转变——随着外界条件（温度和压力）的变化，物质在固态时所发生的晶体结构的转变。

画出立方晶系的下列晶面与晶向画出下列晶向P24：13、说明晶体缺陷的类型、主要内容，以及对性能的影响 答：1）点缺陷——晶体内在三维方向上尺度都很小的缺陷。

• 主要有晶格空位、间隙原子和置换原子。

• 点缺陷会使晶格扭曲，造成晶格畸变，使材料的电阻率增大，强度提高。

2）线缺陷——晶体中二维尺度很小，而第三维尺度较大的缺陷。

• 它主要是在晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。

其主要形式为刃形位错和螺形位错。

• 线缺陷对材料性能的影响比点缺陷更大，生产中常用增加位错密度的措施来提高材料的强度，但塑性也会随之降低。

3）面缺陷——晶体中一维尺度很小而其它二维尺度很大的缺陷。

• 主要是指晶界和亚晶界。

画出立方晶系的下列晶面与晶向））（011 ）（231）• 由于晶界和亚晶界处原子处于不规则排列，晶格处于畸变状态，阻碍了金属的塑性变形，提高了材料的强度和硬度。

• 晶粒越细小，晶界就越多 ，对塑性变形的阻碍作用就越大，强度、硬度就越高，塑性、韧性会越好。

P57：2、说明金属结晶的充分与必要条件各是什么？ 答：金属结晶的充分条件是液态金属内部原子在短距离微小范围内呈现短程有序排列，并不断变动，不断形成，又不断消失，产生结构起伏；• 金属结晶的必要条件是“过冷”，其实际结晶温度总是低于理论结晶温度。

P58：3、金属结晶的基本规律、决定因素、控制措施是什么？答：金属结晶的基本规律是一个不断形成晶核和晶核不断长大的连续过程。

• 决定金属结晶后晶粒度的主要因素是形核的数目和晶核长大的速率。

具体控制晶粒度的方法有：（1）控制过冷度；（2）化学变质处理；（3）增加液体的流动，通过机械、搅拌、电磁、超声波处理等，促进形核并破碎枝晶。

P55：13解：(1)、合金成分wB=50%①、Q α=（75%－50%）/（75%－15%）×100％=58.33％Q （α＋β)=（50%－15%）/（75%－15%）×100％＝41.67％ ②、Q α=（95%－50%）/（95%－15%）×100％=56.25％Q β=（50%－15%）/（95%－15%）×100％=43.75％ 13题图(2)、设合金的成分为xQ β初晶= (95%－x)/(95%－75%)×100％=50％ 或Q （α＋β）共晶=(x －75%)/(95%－75%)×100％=50％ 解之得 x=85％ P56：15解：1）QF=(0.77%-0.6%)/(0.77%-0.0008%)×100％=22.1% QP=(0.6%-0.0008%)/(0.77%-0.0008%)×100％=77.9%13题图AB 157595α＋LL+αL+β50X2）QP=(6.69%-1.2%)/(6.69%-0.77%)×100％=92.7%QFe3c Ⅱ=(1.2%-0.77%)/(6.69%-0.77%)×100％=7.3%图2-19 Fe —Fe3C 相图3）QFe3c Ⅱ=(2.11%-0.77%)/(6.69%-0.77%)×100％=22.6% QFe3c Ⅲ=(0.0218%-0.0008%)/(6.69%-0.0008%)×100％=0.314% 4）设钢的含碳量为xQP=(6.69%-x)/(6.69%-0.77%)×100％=93% 解之得 x=1.1844% ≈1.18%5）QF=(6.69%-0.77%)/(6.69%-0.0008%)×100％=88.5%QFe3c=(0.77%-0.0008%)/(6.69%-0.0008%)×100％=11.5% P56：17答：1）含碳量越高，F 含量越少，Fe3C 含量越多，故硬度越高。

2）WC=0.77%的钢是共析钢，组织为片层壮的珠光体；WC=1.2%的钢属于过共析钢，组织为P+Fe3C Ⅱ网状，故强度低。

3）低温莱氏体组织为白色的Fe3C 基体上分布着条块状的P 组织，故塑性差。

4）40钢在1100℃为单相A 组织，塑性好故可锻造；而WC=4.0%的生铁在1100℃为奥氏体＋莱氏体组织，脆性大故不能锻造。

5）钢在1100~1250℃为单相A 组织，塑性好，故可进行热轧或锻造。

6）钢铆钉要求好的塑性，故需用低碳钢制造。

7）T8、T10、T12钢中Fe3C 的含量比10、20钢高，强度和硬度高，故锯切费力，锯条易磨损。

8）捆丝要求好的塑性，故用低碳钢；吊物用钢丝要求高的强度，故用(60、65、70)钢丝。

0.02184.302.110.771227F+ Fe δ 0 5 10 15 20 30 401500 1400 13001200 11001000 900700100 温度 t /0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0 2.5 Wc%6.69图2-19 Fe —Fe 3C 相图P78：2答：弹性极限ζe——材料试样产生最大弹性变形时的最大应力，ζe＝Pe/Fo（Mpa）。

屈服极限ζs——材料试样产生屈服时的最低应力，ζs＝Ps/Fo（Mpa）。

抗拉强度ζb——材料试样断裂前所承受的最大应力，ζb＝Pb/Fo（Mpa）。

疲劳强度ζ-1——材料经受无数次应力循环而不产生破坏时的应力值。

延伸率δ——材料试样断裂后标距长度的相对伸长量，δ＝（l1-l0）/ l0×100%断面收缩率ψ——材料式样断裂后截面的相对收缩值，ψ＝（F0-F1）/ F0×100%冲击韧度a k——材料单位面积的冲击吸收功。

a k＝A k/F（kJ/m2或J/cm2）P79：12答：图a)fcc晶格（101）不是滑移面，[110]是滑移方向，不构成滑移系。

图b) fcc晶格(111)是滑移面，[110]是滑移方向，构成滑移系。

P79：12答：图a)fcc晶格（101）不是滑移面，[110]是滑移方向，不构成滑移系。

图b) fcc晶格(111)是滑移面，[110]是滑移方向，构成滑移系。

a）fcc b）fccP79：13答：不能。

再结晶退火是指对冷变形加工硬化的金属加热到再结晶退火温度以上，其破碎、被拉长或压扁的晶粒变为新的均匀、细小的等轴晶粒，性能恢复到变形以前的状态。

金属铸件没有进行冷变形，故也就不存在所谓的再结晶退火。

金属铸件可通过退火来细化晶粒。

P141：2答：1）错。

钢冷却时的组织主要取决于冷却速度和等温温度。

2）错。

高碳钢可预先进行球化退火，而低碳钢只能进行正火。

3）错。

钢的实际晶粒度主要取决于钢的加热温度、加热速度、保温时间和钢的本质。

4）错。

钢淬火形成马氏体的硬度主要取决于钢的含碳量。

5）错。

合金元素的加入主要提高了钢的淬透性和回火稳定性，对硬度影响不大。

6）错。

是指钢在规定的淬火条件下，获得淬透层深度的能力，是钢的本质属性。

图c)bcc 晶格(111)不是滑移面，[101]不是滑移方向，不构成滑移系。

图d)bcc 晶格（001）是滑移面，[111]是滑移方向，不构成滑移系。

d ）bccc ）bcc图2-19 Fe —Fe3C 相图P142：10答：马氏体的本质是碳在α－Fe 中过饱和的固溶体。

• 其组织有（低碳）板条状马氏体，显微镜下呈板条状，其亚结构主要是高密度位错；（高碳）针片状马氏体，显微镜下呈针叶状或双凸透镜状，其亚结构主要含有大量孪晶。

• 低碳板条状马氏体不仅具有高的强度，还具有良好的韧性；高碳针片状马氏体具有高硬度，但韧性很差。

• 马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量。

P142：160.02184.302.110.771227F+ Fe δ 0 5 10 15 20 30 401500 1400 13001200 11001000 900700100 温度 t /0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0 2.5 W c%6.69图2-19 Fe —Fe 3C 相图P143：171）马氏体M是A以>Vk的速度快速冷却到Ms线以下，转变为碳在α－Fe中过饱和的固溶体。

组织形态分为低碳板条状马氏体和高碳针片状马氏体，低碳板条状马氏体不仅具有高的强度，还具有良好的韧性；高碳针片状马氏体具有高硬度，但韧性很差。

回火马氏体M回是马氏体低温回火得到过饱和度极低的M基体上分布ε－碳化物的组织。

具有较高的硬度和耐磨性，淬火应力基本消除。

2）索氏体S是过冷奥氏体在650～600℃等温冷却获得的细片层状F+P复相组织。

具有强度、硬度较低，塑性、韧性较好的性能。

回火索氏体S回是马氏体高温回火得到多边形的F基体上分布着大颗粒状渗碳体组织。

具有强度、硬度比较高，塑性、韧性比较好的综合力学性能。

3）托氏体T是过冷奥氏体在600～550℃等温冷却获得的极细片层状F+P复相组织。