材料科学基础答案2

第四章

4. 画图并叙述形变过程中位错增殖的机制。

答：课本P341-342 F-R 增殖机制

5. 位错具有较高的能量，因此它是不稳定的，除了位错之间能发生交互作用外，还常发生位错反应。请判断下列位错反应能否进行：

（1）]111[3

]211[6]110[2a a a →+- （2）]111[2

]111[6]112[3a a a →+ 答：从几何条件和能量条件两方面来分析。

（1） 几何条件：反应后][3]21[6]110[2a a a =+-，与反应前一致，满足几何条件

能量条件：反应前 32)12)1(6())1(012(2222222222

a a a

b =++-+-++=∑ 反应后 323))1(113(2222222

a a a

b <=-++=∑ 此反应既满足能量条件有满足几何条件，故可以进行。

（2）几何条件：反应后]111[2]111[6]112[3a a a =+，与反应前一致，满足几何条件

能量条件：反应前 43))1(116()2113(2222222222

a a a

b =-+++++=∑ 反应后 反应前==++=∑43)1112(2

22222

a a

b 此反应不满足能量条件，只满足几何条件，故不能进行。

第五章

1. 下图所示为经简化了的铁碳合金相图：

（1）请在图中空白区域标出各相区的相(写在圆括号内)；

（2） 写出A 、G 、S 、P 、C 、E 点各自代表的意义；

（3） 写出GS 线、ES 线、PSK 线代表的含义；

（4） 分析w c ＝0.77％（虚线①）的铁—碳合金从液态平衡冷却至室温的结晶过

程，并计算室温时两相的相对含量；分析wc ＝4.30％（虚线②）的铁—

碳合金从液态平衡冷却至室温的结晶过程。

答案：

（2）A ：纯铁熔点

G ：Fe Fe -⇔-γα同素异构转变点（A3）

S ：共析点

P ：碳在Fe -α中的最大溶解度点

C ：共晶点

E ：碳在Fe -γ中的最大溶解度点

（3）

ES 线：碳在奥氏体中的溶解度曲线，又称Acm 温度线。

GS 线：不同含碳量的奥氏体冷却时析出铁素体的开始线，或加热时铁素体全部溶入奥氏体的终了线，又称A3线。

PSK 线：共析转变线，在这条线上发生共析转变C Fe F A P S 3+⇔，产物（P ）珠光体，含碳量在0.02～6.69%的铁碳合金冷却到727℃时都有共析转变发生。

（4）

①

（课本P181）

W Fe3C =(0.77-0.0218)/(6.69-0.0218)*100%=11.22% W

F

=1-77.28%=89.78%

②

（课本P183）

第六章

1.试述铸锭的典型组织特点及形成原因？

答：

铸锭的典型组织特点为表层为细晶区，中心为等轴晶区，这两个晶区之间为柱状晶区。

形成的原因为，表面散热最快，过冷度最大，所以晶粒细小；心部各个方向上热量散失速度基本相同，故为等轴晶粒；在这两个晶区之间，热量沿垂直于铸模壁的方向散失最快，所以晶粒为柱状晶粒（晶粒在热量散失最快的方向上长得最快）。

2.根据凝固理论，试讨论在凝固过程中细化晶粒的基本途径有哪些？

答：根据凝固理论可知，在凝固过程中决定晶粒度的因素有形核率（N）和长大速度（G），且N/G越大，晶粒愈细小。因此我们可以从以下几点着手：

（1）增加过冷度：ΔT↑→N/G↑→晶粒愈细小，可以采用降低铸造温度的方法增加过冷度。

（2）提高冷却速度：冷却速度↑→ΔT↑→N/G↑→晶粒愈细小。可以采用用金属型铸造代替砂型的方法提高冷却速度。

（3）变质处理：变质处理是在液态金属结晶前，加入一些细小高熔点的物质，促使非自发形核的方法。如钢中加入Ti、V、Al，这种方法易实现、效果明显、最常用。

（4）振动，搅拌方法：破碎作用→提高形核率。

第七章

1. 简述固态相变的一般特点。

答：（1）相变阻力大。相变阻力多出了应变能一项且扩散困难。

（2）新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系。沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。

（3）惯习现象：新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。

（4）母相晶体缺陷促进相变。缺陷处晶格畸变、自由能高，促进形核及相变。（5）易出现过渡相。因为固态相变阻力大，直接转变困难→协调性中间产物（过渡相）。

2.常用的热处理工艺有哪些?试列举出四种常用热处理工艺在机械制造中的目的或作用。

答：常见的热处理工艺有正火，退火，固溶，时效，淬火，回火，退火，渗碳，渗氮，调质，球化，钎焊等。

①正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。

②退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20―40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。

③固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。

④时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。

⑤固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型。

⑥时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度。

⑦淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。

⑧回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。

⑨钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。

第八章

1. 解释冷变形金属加热时回复、再结晶及晶粒长大的过程及特点。

答：冷变形金属加热时，各自特点如下：

(1)回复过程的特征

①回复过程组织不发生变化，仍保持变形状态伸长的晶粒。

②回复过程使变形引起的宏观一类应力全部消除，微观二类应力大部分消除。

③回复过程中一般力学性能变化不大，硬度高，某些物理性能有较大变化，电阻率显著降低。

④变形储能在回复阶段部分释放，强度仅稍有降低，密度增大。

(2)再结晶过程的特征

①组织发生变化，由冷变形的伸长晶粒变为新的等轴晶粒。

②力学性能发生急剧变化，强度、硬度急剧降低，塑性提高，恢复至变形前的状