《工程材料》课后习题答案

1-5在下面几种情况下，该用什么方法来测试硬度？写出硬度符号。（1）检查锉刀、钻头成品硬度；（2）检查材料库中钢材硬度；（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层；（4）黄铜轴套；（5）硬质合金刀片；

（1）检查锉刀、钻头成品硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。

（2）检查材料库中钢材硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。

（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。

（4）黄铜轴套硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。（5）硬质合金刀片采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。

2-4单晶体和多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，多晶体具有各项同性？

单晶体是由原子排列位向或方式完全一致的晶格组成的；多晶体是由很多个小的单晶体所组成的，每个晶粒的原子位向是不同的。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。

2-5简述实际金属晶体和理想晶体在结构与性能上的主要差异。

理想晶体中原子完全为规则排列，实际金属晶体由于许多因素的影响，使这些原子排列受到干扰和破坏，内部总是存在大量缺陷。如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，

降低金属的抗腐蚀性能。

2-6简述间隙固溶体和间隙化合物的异同点。

间隙固溶体和间隙化合物都是溶质原子嵌入晶格间隙形成的。间隙固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而间隙化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。

3-3常用的管路焊锡为成分w(Pb=50%)、w(Sn=50%) 的Pb-Sn合金。若该合金以及慢速度冷却至室温，求合金显微组织中相组成物和组织组成物的相对量。

图3-1 Pb-Sn合金相图图3-2 w(Pb=50%)Pb-Sn合金室温组织

由相图（图3-1）可知，成分为w(Pb=50%)、w(Sn=50%) 的Pb-Sn合金（亚共晶合金）以慢速度冷却至室温时发生的结晶过程为：先进行匀晶转变(L→α), 匀晶转变剩余的液相再进行共晶转变。极慢冷却至室温后形成的组织为先共晶固溶体α和共晶组织(α+β)。由于α固溶体的溶解度随温度变化较大，所以先共晶固溶体α中有点状βII析出（图3-2）。相组成：先共晶α相的相对量为：1-（50-19.2）/(61.9-19.2)=72.13%

共晶组织中的α相占全部合金的相对量：45.5%*72.13%=32.82%

共晶组织中的β相相对量为1-32.82%=67.18%

3-4请根据图3.44分析解答下列问题：

分析合金1、2的平衡结晶过程，并会出冷却曲线；

说明室温下1、2的相和组织是什么，并计算相和组织的相对含量；

如果希望得到的组织为：共晶组织和5%的ß初，求该合金的成分。

解（1）（2）：合金的冷却曲线如图3-3所示。

图3-3 合金I 的冷却曲线

其结晶过程为：

1以上，合金处于液相；

1~2时，L→α，L 和α的成分分别沿液相线和固相线变化，到达2时，

全部凝固完毕；

2时，为单相α；

2~3时，α→βII 。α→β室温下，I 合金由两个相组成，即α和β相，其

相对量为

Mα=(0.90-0.20)/(0.90-0.05)*100%=82% Mβ=1- Mα=18%

I 合金的组织为α+βII,其相对量与组成物相同。

II 合金的冷却曲线如图3-4所示。

图3-4 合金II的冷却曲线

其结晶过程如下：

1以上，合金处于均匀的液相；

1~2时，进行匀晶转变L→β初；

2时，两相平衡共存，L0.50==β0.90；

2~2，时，剩余液相发生共晶反应：L0.50==α0.20+β0.90

2~3时，发生脱溶转变，α→β∏

室温下，II合金由两个相组成，即α相和β相，其相对量为：

Mα=(0.90-0.80)/(0.90-0.05)*100%=12% Mβ=1- Mα=88% II合金的组织为：β初+（α+β）共晶；组织组成物的相对量为：

mβ初=(0.80-0.50)/(0.90-0.50)*100%=75% m（α+β）共晶=1- mβ初=25%

解(3)：设合金的成分为wB=x，由题意知：

mβ初=(x-0.50)/(0.90-0.50)*100%=5%

所以x=0.52，即该合金成分为wB=0.52.

3-5画出相图，标出相区及各主要点的成分和温度，并回答下列问题：（1）45、60、T12钢的室温平衡组织分别是什么?它们从高温也太平衡冷却到室温要经过哪些转变？

45钢室温平衡组织：铁素体 + 珠光体P

冷却过程：匀晶转变L0.45→ L0.53+ δ，包晶转变L0.53 + δ → γ0.45，同素异晶转变γ0.45→ α + γ0.77，共析转变γ0.77 → (α +Fe3C)。

60钢室温平衡组织：铁素体 + 珠光体P

冷却过程：匀晶转变L0.60→ L0.53+ δ，包晶转变L0.53 + δ → γ0.60，同素异晶转变γ0.60→α + γ0.77，共析转变γ0.77 → (α +Fe3C)。

T12钢室温平衡组织：珠光体P + 渗碳体Fe3C

冷却过程：过共析钢在液态到室温的冷却过程中，首先进行匀晶转变，形成单相固溶体γ；当温度到达ES线以下时，过饱和的固溶体γ中析出渗碳体（二次渗碳体Fe3CII），奥氏体γ的成分变到共析点S(0.77%C)；共析转变γ0.77 → (α+Fe3C)，形成珠光体P。

（2）画出纯铁45钢T12钢的室温平衡组织，并标注其中的组织。