大學(xué)《金屬與熱處理》(第二版)課后習(xí)題及答案解析第一章1.作圖表示出立方晶系（123）、（0-1-2）、（421）等晶面和[-102]、[-211]、[346]等晶向3.某晶體的原子位于正方晶格的節(jié)點(diǎn)上，其晶格常數(shù)a=b≠c，c=2/3a。今有一晶面在X、Y、Z坐標(biāo)軸上的截距分別是5個(gè)原子間距，2個(gè)原子間距和3個(gè)原子間距，求該晶面的晶面參數(shù)。解：設(shè)X方向的截距為5a，Y方向的截距為2a，則Z方向截距為3c=3X2a/3=2a，取截距的倒數(shù)，分別為1/5a，1/2a，1/2a化為最小簡(jiǎn)單整數(shù)分別為2,5,5故該晶面的晶面指數(shù)為（255）4.體心立方晶格的晶格常數(shù)為a，試求出（100）、（110）、（111）晶面的晶面間距，并指出面間距最大的晶面解：（100）面間距為a/2，（110）面間距為√2a/2，（111）面間距為√3a/3三個(gè)晶面晶面中面間距最大的晶面為（110）7.證明理想密排六方晶胞中的軸比c/a=1.633證明：理想密排六方晶格配位數(shù)為12，即晶胞上底面中心原子與其下面的3個(gè)位于晶胞內(nèi)的原子相切，成正四面體，如圖所示則OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a因△ABC是等邊三角形，所以有OC=2/3CE由于(BC)2=(CE)2+(BE)2則有(CD)2=(OC)2+(1/2c)2，即因此c/a=√8/3=1.6338.試證明面心立方晶格的八面體間隙半徑為r=0.414R解：面心立方八面體間隙半徑r=a/2-√2a/4=0.146a面心立方原子半徑R=√2a/4，則a=4R/√2，代入上式有R=0.146X4R/√2=0.414R9.a）設(shè)有一剛球模型，球的直徑不變，當(dāng)由面心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格時(shí)，試計(jì)算其體積膨脹。b）經(jīng)X射線測(cè)定，在912℃時(shí)γ-Fe的晶格常數(shù)為0.3633nm，α-Fe的晶格常數(shù)為0.2892nm，當(dāng)由γ-Fe轉(zhuǎn)化為α-Fe時(shí)，求其體積膨脹，并與a）比較，說(shuō)明其差別的原因。解：a）令面心立方晶格與體心立方晶格的體積及晶格常數(shù)分別為V面、V踢與a面、a體，鋼球的半徑為r，由晶體結(jié)構(gòu)可知，對(duì)于面心晶胞有4r=√2a面，a面=2√2/2r，V面=（a面）3=（2√2r）3對(duì)于體心晶胞有4r=√3a體，a體=4√3/3r，V體=（a體）3=（4√3/3r）3則由面心立方晶胞轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶胞的體積膨脹△V為△V=2×V體-V面=2.01r3B）按照晶格常數(shù)計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)變體積膨脹△V實(shí)，有△V實(shí)=2△V體-V面=2x(0.2892)3-(0.3633)3=0.000425nm3實(shí)際體積膨脹小于理論體積膨脹的原因在于由γ-Fe轉(zhuǎn)化為α-Fe時(shí),Fe原子的半徑發(fā)生了變化，原子半徑減小了。10.已知鐵和銅在室溫下的晶格常數(shù)分別為0.286nm和0.3607nm，求1cm3中鐵和銅的原子數(shù)。解：室溫下Fe為體心立方晶體結(jié)構(gòu)，一個(gè)晶胞中含2個(gè)Fe原子，Cu為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，一個(gè)晶胞中含有4個(gè)Cu原子1cm3=1021nm3令1cm3中含F(xiàn)e的原子數(shù)為NFe，含Cu的原子數(shù)為NCu，室溫下一個(gè)Fe的晶胞題解為VFe，一個(gè)Cu晶胞的體積為VCu，則NFe=1021/VFe=1021/(0.286)3=3.5x1018NCu=1021/VCu=1021/(0.3607)3=2.8X101811.一個(gè)位錯(cuò)環(huán)能不能各個(gè)部分都是螺型位錯(cuò)或者刃型位錯(cuò)，試說(shuō)明之。解：不能，看混合型位錯(cuò)13.試計(jì)算{110}晶面的原子密度和[111]晶向原子密度。解：以體心立方{110}晶面為例{110}晶面的面積S=ax√2a{110}晶面上計(jì)算面積S內(nèi)的原子數(shù)N=2則{110}晶面的原子密度為ρ=N/S=√2a-2[111]晶向的原子密度ρ=2/√3a15.有一正方形位錯(cuò)線，其柏式矢量如圖所示，試指出圖中各段線的性能，并指出任性位錯(cuò)額外串排原子面所在的位置。DCbABAD、BC段為刃型位錯(cuò)；DC、AB段為螺型位錯(cuò)AD段額外半原子面垂直直面向里BC段額外半原子面垂直直面向外第二章1.證明均勻形核時(shí)，形成臨界晶粒的ΔGk與其體積V之間的關(guān)系為ΔGk=V/2△Gv證明：由均勻形核體系自由能的變化（1）可知，形成半徑為rk的球狀臨界晶粒，自由度變化為（2）對(duì)（2）進(jìn)行微分處理，有(3)將（3）帶入（1），有（4）由于，即3V=rkS（5）將（5）帶入（4）中，則有2.如果臨界晶核是邊長(zhǎng)為a的正方形，試求其△Gk和a的關(guān)系。為什么形成立方晶核的△Gk比球形晶核要大？3.為什么金屬結(jié)晶時(shí)一定要有過(guò)冷度，影響過(guò)冷度的因素是什么，固態(tài)金屬融化時(shí)是否會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱，為什么？答：由熱力學(xué)可知，在某種條件下，結(jié)晶能否發(fā)生，取決于固相的自由度是否低于液相的自由度，即?G=GS-GL<0；只有當(dāng)溫度低于理論結(jié)晶溫度Tm時(shí)，固態(tài)金屬的自由能才低于液態(tài)金屬的自由能，液態(tài)金屬才能自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬，因此金屬結(jié)晶時(shí)一定要有過(guò)冷度。影響過(guò)冷度的因素：影響過(guò)冷度的因素：1）金屬的本性，金屬不同，過(guò)冷度大小不同；2）金屬的純度，金屬的純度越高，過(guò)冷度越大；3）冷卻速度，冷卻速度越大，過(guò)冷度越大。固態(tài)金屬熔化時(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱度。原因：由熱力學(xué)可知，在某種條件下，熔化能否發(fā)生，取決于液相自固態(tài)金屬熔化時(shí)會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱度。原因：由度是否低于固相的自由度，即?G=GL-GS<0；只有當(dāng)溫度高于理論結(jié)晶溫度Tm時(shí)，液態(tài)金屬的自由能才低于固態(tài)金屬的自由能，固態(tài)金屬才能自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)金屬，因此金屬熔化時(shí)一定要有過(guò)熱度。4.試比較均勻形核和非均勻形核的異同點(diǎn)。相同點(diǎn)：均勻形核與非均勻形核具有相同的臨界晶核半徑，非均勻形核的臨界形核功也等于三分之一.不同點(diǎn)：非均勻形核要克服的位壘比均勻形核的小得多，在相變的形核過(guò)程通常都是非均勻形核優(yōu)先進(jìn)行。核心總是傾向于以使其總的表面能和應(yīng)變能最小的方式形成，因而析出物的形狀是總應(yīng)變能和總表面能綜合影響的結(jié)果。5.說(shuō)明晶體成長(zhǎng)形狀與溫度梯度的關(guān)系（1）、在正的溫度梯度下生長(zhǎng)的界面形態(tài)：光滑界面結(jié)晶的晶體，若無(wú)其它因素干擾，大多可以成長(zhǎng)為以密排晶面為表面的晶體，具有規(guī)則的幾何外形。粗糙界面結(jié)構(gòu)的晶體，在正的溫度梯度下成長(zhǎng)時(shí)，其界面為平行于熔點(diǎn)等溫面的平直界面，與散熱方向垂直，從而使之具有平面狀的長(zhǎng)大形態(tài)，可將這種長(zhǎng)大方式叫做平面長(zhǎng)大方式。（2）、在負(fù)的溫度梯度下生長(zhǎng)的界面形態(tài)粗糙界面的晶體在負(fù)的溫度梯度下生長(zhǎng)成樹(shù)枝晶體。主干叫一次晶軸或一次晶枝。其它的叫二次晶或三次晶。對(duì)于光滑界面的物質(zhì)在負(fù)的溫度梯度下長(zhǎng)大時(shí)，如果杰克遜因子α不太大時(shí)可能生長(zhǎng)為樹(shù)枝晶，如果杰克遜因子α很大時(shí)，即使在負(fù)的溫度梯度下，仍有可能形成規(guī)則形狀的晶體。6.簡(jiǎn)述三晶區(qū)形成的原因及每個(gè)晶區(qū)的性能特點(diǎn)形成原因：1）表層細(xì)晶區(qū)：低溫模壁強(qiáng)烈地吸熱和散熱，使靠近模壁的薄層液體產(chǎn)生極大地過(guò)冷，形成原因形成原模壁又可作為非均勻形核的基底，在此一薄層液體中立即產(chǎn)生大量的晶核，并同時(shí)向各個(gè)方向生長(zhǎng)。晶核數(shù)目多，晶核很快彼此相遇，不能繼續(xù)生長(zhǎng)，在靠近模壁處形成薄層很細(xì)的等軸晶粒區(qū)。2）柱狀晶區(qū)：模壁溫度升高導(dǎo)致溫度梯度變得平緩；過(guò)冷度小，不能生成新晶核，但利于細(xì)晶區(qū)靠近液相的某些小晶粒長(zhǎng)大；遠(yuǎn)離界面的液態(tài)金屬過(guò)熱，不能形核；垂直于模壁方向散熱最快，晶體擇優(yōu)生長(zhǎng)。3）中心等軸晶區(qū)：柱狀晶長(zhǎng)到一定程度后，鑄錠中部開(kāi)始形核長(zhǎng)大---中部液體溫度大致是均勻的，每個(gè)晶粒的成長(zhǎng)在各方向上接近一致，形成等軸晶。性能特點(diǎn)：1）表層細(xì)晶區(qū)：組織致密，力學(xué)性能好；2）柱狀晶區(qū)：組織較致密，存在弱面，力學(xué)性能有方向性；3）中心等軸晶區(qū)：各晶粒枝杈搭接牢固，無(wú)弱面，力學(xué)性能無(wú)方向性。7.為了得到發(fā)達(dá)的柱狀晶區(qū)應(yīng)采用什么措施，為了得到發(fā)達(dá)的等軸晶區(qū)應(yīng)采取什么措施？其基本原理如何？答：為了得到發(fā)達(dá)的柱狀晶區(qū)應(yīng)采取的措施：1）控制鑄型的冷卻能力，采用導(dǎo)熱性好與熱容量大的鑄型為了得到發(fā)達(dá)的柱狀晶區(qū)應(yīng)采取的措施：材料，增大鑄型的厚度，降低鑄型的溫度。2）提高澆注溫度或澆注速度。3）提高熔化溫度?；驹恚夯驹恚?）鑄型冷卻能力越大，越有利于柱狀晶的生長(zhǎng)。2）提高澆注溫度或澆注速度，使溫度梯度增大，有利于柱狀晶的生長(zhǎng)。3）熔化溫度越高，液態(tài)金屬的過(guò)熱度越大，非金屬夾雜物溶解得越多，非均勻形核數(shù)目越少，減少了柱狀晶前沿液體中的形核的可能，有利于柱狀晶的生長(zhǎng)。為了得到發(fā)達(dá)的等軸晶區(qū)應(yīng)采取的措施：為了得到發(fā)達(dá)的等軸晶區(qū)應(yīng)采取的措施：1）控制鑄型的冷卻能力，采用導(dǎo)熱性差與熱容量小的鑄型材等軸晶區(qū)應(yīng)采取的措施料，增大鑄型的厚度，提高鑄型的溫度。2）降低澆注溫度或澆注速度。3）降低熔化溫度?；驹恚夯驹恚?）鑄型冷卻能力越小，越有利于中心等軸晶的生長(zhǎng)。2）降低澆注溫度或澆注速度，使溫度梯度減小，有利于等軸晶的生長(zhǎng)。3）熔化溫度越低，液態(tài)金屬的過(guò)熱度越小，非金屬夾雜物溶解得越少，非均勻形核數(shù)目越多，增加了柱狀晶前沿液體中的形核的可能，有利于等軸晶的生長(zhǎng)。第三章1.在正溫度梯度下，為什么純金屬凝固時(shí)不能呈樹(shù)枝狀生長(zhǎng)，而固溶體合金卻能呈樹(shù)枝狀成長(zhǎng)？純金屬凝固時(shí)，要獲得樹(shù)枝狀晶體，必需在負(fù)的溫度梯度下；在正的溫度梯度下，只能以平面狀長(zhǎng)大。而固溶體實(shí)際凝固時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生成分過(guò)冷，當(dāng)成分過(guò)冷區(qū)足夠大時(shí)，固溶體就會(huì)以樹(shù)枝狀長(zhǎng)大。2.何謂合金平衡相圖，相圖能給出任一條件下的合金顯微組織嗎？合金平衡相圖是研究合金的工具，是研究合金中成分、溫度、組織和性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，也是制定各種熱加工工藝的依據(jù)。其中二元合金相圖表示二元合金相圖表示在平衡狀態(tài)下，合金的組成相或組織狀態(tài)與溫度、成分、壓力之間關(guān)系的簡(jiǎn)明圖解。平衡狀態(tài)：合金的成分、質(zhì)量份數(shù)不再隨時(shí)間而變化的一種狀態(tài)。合金的極緩慢冷卻可近似認(rèn)為是平衡狀態(tài)。三元合金相圖是指獨(dú)立組分?jǐn)?shù)為3的體系，該體系最多可能有四個(gè)自由度，即溫度、壓力和兩個(gè)濃度項(xiàng)，用三維空間的立體模型已不足以表示這種相圖。若維持壓力不變，則自由度最多等于3，其相圖可用立體模型表示。若壓力、溫度同時(shí)固定，則自由度最多為2，可用平面圖來(lái)表示。通常在平面圖上用等邊三角形(有時(shí)也有用直角坐標(biāo)表示的)來(lái)表示各組分的濃度。不能，相圖只能給出合金在平衡條件下存在的合金顯微組織4.何謂成分過(guò)冷？成分過(guò)冷對(duì)固溶體結(jié)晶時(shí)晶體長(zhǎng)大方式和鑄錠組織有何影響？在固溶體合金凝固時(shí)，在正的溫度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差別，導(dǎo)致固液界面前沿的熔體的溫度低于實(shí)際液相線溫度，從而產(chǎn)生的過(guò)冷稱為成分過(guò)冷。這種過(guò)冷完全是由于界面前沿液相中的成分差別所引起的。溫度梯度增大，成分過(guò)冷減小。成分過(guò)冷必須具備兩個(gè)條件：第一是固~液界面前沿溶質(zhì)的富集而引起成分再分配；第二是固~液界面前方液相的實(shí)際溫度分布，或溫度分布梯度必須達(dá)到一定的值。對(duì)合金而言，其凝固過(guò)程同時(shí)伴隨著溶質(zhì)再分配，液體的成分始終處于變化當(dāng)中，液體中的溶質(zhì)成分的重新分配改變了相應(yīng)的固液平衡溫度，這種關(guān)系有合金的平衡相圖所規(guī)定。利用“成分過(guò)冷”判斷合金微觀的生長(zhǎng)過(guò)程。第四章1.分析分析ωc=0.2%,wc=0.6%,wc=1.2%的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻到室溫的轉(zhuǎn)變過(guò)程。ωc=0.2%:L---L+δ---δ→γ(1495度)---γ+L---γ----α+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C;(γ=A,α=F;下同)ωc=0.6%:L---γ+L---γ----α+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C;ωc=1.2%:L---γ+L---γ----Fe3C+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C;室溫下相組成物的相對(duì)含量:ωc=0.2%，滲碳體相對(duì)含量=(0.2-0.02)/6.67%,余量鐵素體ωc=0.6%，滲碳體相對(duì)含量=(0.6-0.02)/6.67%,余量鐵素體ωc=1.2%滲碳體相對(duì)含量=(1.2-0.02)/6.67%,余量鐵素體室溫下組織組成物的相對(duì)含量:ωc=0.2%，珠光體相對(duì)含量=(0.2-0.02)/0.77%,余量鐵素體ωc=0.6%，珠光體相對(duì)含量=(0.6-0.02)/0.77%,余量鐵素體ωc=1.2%,滲碳體相對(duì)含量=(1.2-0.77)/6.67%,余量珠光體2.分析ωc=3.5%、ωc=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過(guò)程，畫(huà)出冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變示意圖，并計(jì)算室溫下的組織組成物和相組成物。解：下圖表示ωc=3.5%%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過(guò)程：下圖表示ωc=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過(guò)程：3.計(jì)算鐵碳合金中二次滲碳體和三次滲碳體最大可能含量。答：鐵碳合金中二次滲碳體即Fe3CⅡ的最大可能含量產(chǎn)生在2.11%C的鐵碳合金中，因此（Fe3CⅡ）max=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）x100%=22.64%三次滲碳體即Fe3CⅢ的可能最大含量在0.0218%C的鐵碳合金中，因此（Fe3CⅢ）max（0.0218-0.006）/（6.69-0.006）x100%=0.24%4.分別計(jì)算萊氏體中共晶滲碳體、二次滲碳體、共析滲碳體的含量。解：在萊氏體中，F(xiàn)e3C共晶%=（4.3-2.11）/（6.69-2.11）*100%=47.8%Fe3CⅡ%=[（6.69-4.3）/（6.69-2.11）]*[（2.11-0.77）/（6.69-0.77）]*100%=11.8%Fe3C共析%=[（6.69-4.3）/（6.69-2.11）-11.8%]*[（0.77-0.0218）/（6.69-0.0218）]*100%=4.53%5.為了區(qū)分兩種弄混的鋼，工人分別將A、B兩塊碳素鋼試樣加熱至850℃保溫后緩冷，金相組織分別為：A試樣的先共析鐵素體面積為41.6%，珠光體面積為58.4%；B試樣的二次滲碳體面積為7.3%，珠光體面積為92.7%；設(shè)鐵素體和滲碳體的密度相同,鐵素體的含碳量為零，求A、B兩種碳素鋼的含碳量。解：這兩個(gè)試樣處理后都是得到的平衡態(tài)組織，首先判斷A試樣為亞共析鋼，根據(jù)相圖杠桿原理列出方程如下：(0.77-X)/(0.77-0.0218)=41.6%

這樣得到X=45.0%，大概是45鋼的成分范圍。同理B試樣為過(guò)共析鋼(6.69-X)/(6.69-0.77)=92.7%；X=1.2%，大概是T12鋼的范圍，當(dāng)然相應(yīng)地還可以利用杠桿的另外一端來(lái)求了。6.利用Fe-FeC3相圖說(shuō)明鐵碳合金的成分、組織和性能的關(guān)系。從相組成物的情況來(lái)看，鐵碳合金在室溫下的平衡組織均由鐵素體和滲碳體組成，當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為零時(shí)，合金全部由鐵素體所組成，隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鐵素體的量呈直線下降，到wc為6.69%時(shí)降為零，相反滲碳體則由零增至100%。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化不僅引起鐵素體和滲碳體相對(duì)量的變化，而且兩相相互組合的形態(tài)即合金的組織也將發(fā)生變化，這是由于成分的變化引起不同性質(zhì)的結(jié)晶過(guò)程，從而使相發(fā)生變化的結(jié)果，由圖3-35可見(jiàn)，隨碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鐵碳合金的組織變化順序?yàn)椋篎→F+Fe3CⅢ→F+P→P→P+Fe3CⅡ→P+Fe3CⅡ+Le→Le→Le+Fe3CⅠwc<0.0218%時(shí)的合金組織全部為鐵素體，wc=0.77%時(shí)全部為珠光體，wc=4.3%時(shí)全部為萊氏體，wc=6.69%時(shí)全部為滲碳體，在上述碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間則為組織組成物的混合物；而且，同一種組成相，由于生成條件不同，雖然相的本質(zhì)未變，但其形態(tài)會(huì)有很大的差異。如滲碳體，當(dāng)wc<0.0218%時(shí)，三次滲碳體從鐵素體中析出，沿晶界呈小片狀分布；經(jīng)共析反應(yīng)生成的共析滲碳體與鐵素體呈交替層片狀分布；從奧氏體中析出的二次滲體則以網(wǎng)狀分布于奧氏體的晶界；共晶滲碳體與奧氏體相關(guān)形成，在萊氏體中為連續(xù)的基體，比較粗大，有時(shí)呈魚(yú)骨狀；從液相中直接析出的一次滲碳體呈規(guī)則的長(zhǎng)條狀?？梢?jiàn)，成分的變化，不僅引起相的相對(duì)量的變化，而且引起組織的變化，從而對(duì)鐵碳合金的性能產(chǎn)生很大的影響。1)切削加工性能鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)切削加工性能有一定的影響。低碳鋼的平衡結(jié)晶組織中鐵素體較多，塑性、韌性很好，切削加工時(shí)產(chǎn)生的切削熱較大，容易黏刀，而且切屑不易折斷，影響表面粗糙度，因此，切削加工性能不好；高碳鋼中滲碳體較多，硬度較高，嚴(yán)重磨損刀具，切削性能也不好；中碳鋼中鐵素體與滲碳體的比例適當(dāng)，硬度與塑性也比較適中，切削加工性能較好。一般說(shuō)來(lái)，鋼的硬度在170～250HBW時(shí)切削加工性能較好。2)壓力加工性能金屬壓力加工性能的好壞主要與金屬的鍛造性有關(guān)。金屬的鍛造性是指金屬在壓力加工時(shí)能改變形狀而不產(chǎn)生裂紋的性能。鋼的鍛造性主要與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)及組織有關(guān)，低碳鋼的鍛造性較好，隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鍛造性逐漸變差。由于奧氏體具有良好的塑性，易于塑性變形，鋼加熱到高溫獲得單相奧氏體組織時(shí)可具有良好的鍛造性。白口鑄鐵無(wú)論在低溫或高溫，其組織都是以硬而脆的滲碳體為基體，鍛造性很差，不允許進(jìn)行壓力加工。3)鑄造性能隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鋼的結(jié)晶溫度間隔增大，先結(jié)晶形成的樹(shù)枝晶阻礙未結(jié)晶液體的流動(dòng)，流動(dòng)性變差。鑄鐵的流動(dòng)性要好于鋼，隨碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，亞共晶白口鐵的結(jié)晶溫度間隔縮小，流動(dòng)性隨之提高；過(guò)共晶白口鐵的流動(dòng)性則隨之降低；共晶白口鐵的結(jié)晶溫度最低，又是在恒溫下結(jié)晶，流動(dòng)性最好。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)鋼的收縮性也有影響，一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)澆注溫度一定時(shí)，隨著碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鋼液溫度與液相線溫度差增加，液態(tài)收縮增大；同時(shí)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，鋼的凝固溫度范圍變寬，凝固收縮增大，出現(xiàn)縮孔等鑄造缺陷的傾向增大。此外，鋼在結(jié)晶時(shí)的成分偏析也隨碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大。

7.Fe-FeC3相圖有哪些應(yīng)用，又有哪些局限性答：鐵—滲碳體相圖的應(yīng)用：1）在鋼鐵選材方法的應(yīng)用；2）在鑄造工藝方法的應(yīng)用；3）在熱鍛、熱軋、熱鍛工藝方法的應(yīng)用；4）在熱處理工藝方法的應(yīng)用。滲碳體相圖的局限性：1）只反映平衡相,而非組織；2）只反映鐵二元合金中相的平衡；3）不能用來(lái)分析非平衡條件下的問(wèn)題第五章1.試在A、B、C成分三角形中，標(biāo)出注下列合金的位置：1）ωC=10%，ωC=10%，其余為A；2）ωC=20%，ωC=15%，其余為A；3）ωC=30%，ωC=15%，其余為A；4）ωC=20%，ωC=30%，其余為A；5）ωC=40%，A和B組元的質(zhì)量比為1:4；6）ωA=30%，A和B組元的質(zhì)量比為2:3；解：6）設(shè)合金含B組元為WB，含C組元為WC，則WB/WC=2/3WB+WC=1?30%可求WB=42%，WC=28%。2.在成分三角形中標(biāo)注P（ωA=70%、ωB=20%、ωC=10%）；Q（ωA=30%、ωB=50%、ωC=20%）；N（ωA=30%、ωB=10%、ωC=60%）合金的位置，然后將5kgP合金、5kgQ合金和10kgN合金熔合在一起，試問(wèn)新合金的成分如何？解：設(shè)新合金的成分為ω新A、ω新B、ω新C，則有ω新A=(5×ωPA+5×ωQA+10×ωNA)/(5+5+10)=(5×70%+5×30%+10×30%)/20=40.0%;ω新B=(5×ωPA+5×ωQA+10×ωNA)/(5+5+10)=(5×20%+5×50%+10×10%)/20=22.5%;ω新C=(5×ωPA+5×ωQA+10×ωNA)/(5+5+10)=(5×10%+5×20%+10×60%)/20=37.5%;所以，新合金的成分為：ω新A=40.0%、ω新B=22.5%、ω新C=37.5%。第六章1.屈服載荷/N620252184148174273525φ角/（°）8372.56248.530.51765λ角/（°）25.5263466374.882.5τk8.688×1052.132×1062.922×1063.633×1063.088×106cosλcosφ0.1100.2700.3700.4600.391-0.2620.130計(jì)算方法τk=σs·cosλcosφ=F/Acosλcosφ4.試用多晶體的塑性變形過(guò)程說(shuō)明金屬晶粒越細(xì)強(qiáng)度越高、塑性越好的原因是什么？答：由Hall-Petch公式可知，屈服強(qiáng)度σs與晶粒直徑平方根的倒數(shù)dv2呈線性關(guān)系。在多晶體中，滑移能否從先塑性變形的晶粒轉(zhuǎn)移到相鄰晶粒主要取決于在已滑移晶粒晶界附近的位錯(cuò)塞積群所產(chǎn)生的應(yīng)力集中能否激發(fā)相鄰晶?；葡抵械奈诲e(cuò)源，使其開(kāi)動(dòng)起來(lái)，從而進(jìn)行協(xié)調(diào)性的多滑移。由τ=nτ0知，塞積位錯(cuò)數(shù)目n越大，應(yīng)力集中τ越大。位錯(cuò)數(shù)目n與引起塞積的晶界到位錯(cuò)源的距離成正比。晶粒越大，應(yīng)力集中越大，晶粒小，應(yīng)力集中小，在同樣外加應(yīng)力下，小晶粒需要在較大的外加應(yīng)力下才能使相鄰晶粒發(fā)生塑性變形。在同樣變形量下，晶粒細(xì)小，變形能分散在更多晶粒內(nèi)進(jìn)行，晶粒內(nèi)部和晶界附近應(yīng)變度相差較小，引起的應(yīng)力集中減小，材料在斷裂前能承受較大變形量，故具有較大的延伸率和斷面收縮率。另外，晶粒細(xì)小，晶界就曲折，不利于裂紋傳播，在斷裂過(guò)程中可吸收更多能量，表現(xiàn)出較高的韌性。6.滑移和孿生有何區(qū)別，試比較它們?cè)谒苄宰冃芜^(guò)程的作用。答：區(qū)別：1）滑移：一部分晶體沿滑移面相對(duì)于另一部分晶體作切變，切變時(shí)原子移動(dòng)的距離是滑移方向原區(qū)別：區(qū)別子間距的整數(shù)倍；孿生：一部分晶體沿孿生面相對(duì)于另一部分晶體作切變，切變時(shí)原子移動(dòng)的距離不是孿生方向原子間距的整數(shù)倍；2）滑移：滑移面兩邊晶體的位向不變；孿生：孿生面兩邊的晶體的位向不同，成鏡面對(duì)稱；3）滑移：滑移所造成的臺(tái)階經(jīng)拋光后，即使再浸蝕也不會(huì)重現(xiàn)；孿生：由于孿生改變了晶體取向，因此孿生經(jīng)拋光和浸蝕后仍能重現(xiàn)；4）滑移：滑移是一種不均勻的切變，它只集中在某些晶面上大量的進(jìn)行，而各滑移帶之間的晶體并未發(fā)生滑移；孿生：孿生是一種均勻的切變，即在切變區(qū)內(nèi)與孿生面平行的每一層原子面均相對(duì)于其毗鄰晶面沿孿生方向位移了一定的距離。作用：晶體塑性變形過(guò)程主要依靠滑移機(jī)制來(lái)完成的；孿生對(duì)塑性變形的貢獻(xiàn)比滑移小得多，但孿生改變了部分晶體的空間取向，使原來(lái)處于不利取向的滑移系轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌挠欣∠?，激發(fā)晶體滑移。7.試述金屬塑性變形后組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，闡明加工硬化在機(jī)械零構(gòu)件生產(chǎn)和服役過(guò)程中的重要試述金屬塑性變形后組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，意義。答：關(guān)系：隨著塑性變形程度的增加，位錯(cuò)密度不斷增大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增加，金屬的強(qiáng)度、硬度增加，而關(guān)系：關(guān)系塑性、韌性下降。重要意義：1）提高金屬材料的強(qiáng)度；2）是某些工件或半成品能夠加工成形的重要因素；3）提高零件或構(gòu)件在使用過(guò)程中的安全性。8.金屬材料經(jīng)塑性變形后為什么會(huì)保留殘留內(nèi)應(yīng)力？研究這部分殘留內(nèi)應(yīng)力有什么實(shí)際意義？金屬材料經(jīng)塑性變形后為什么會(huì)保留殘留內(nèi)應(yīng)力？研究這部分殘留內(nèi)應(yīng)力有什么實(shí)際意義？答：殘余內(nèi)應(yīng)力存在的原因1）塑性變形使金屬工件或材料各部分的變形不均勻，導(dǎo)致宏觀變形不均勻；2）塑性變形使晶?；騺喚ЯＷ冃尾痪鶆?，導(dǎo)致微觀內(nèi)應(yīng)力；3）塑性變形使金屬內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯(cuò)或空位，使點(diǎn)陣中的一部分原子偏離其平衡位置，導(dǎo)致點(diǎn)陣畸變內(nèi)應(yīng)力。實(shí)際意義：可以控制材料或工件的變形、開(kāi)裂、應(yīng)力腐蝕；可以利用殘留應(yīng)力提高工件的使用壽命。9.何謂脆性斷裂和塑性斷裂，若在材料中存在裂紋時(shí)，試述裂紋對(duì)脆性材料和塑性材料斷裂過(guò)程中的影響。答：塑性斷裂又稱為延性斷裂，斷裂前發(fā)生大量的宏觀塑性變形，斷裂時(shí)承受的工程應(yīng)力大于材料的屈服強(qiáng)度。在塑性和韌性好的金屬中，通常以穿晶方式發(fā)生塑性斷裂，在斷口附近會(huì)觀察到大齡的塑性變形痕跡，如縮頸。金屬脆性斷裂過(guò)程中，極少或沒(méi)有宏觀塑性變形，但在局部區(qū)域任然存在著一定的微觀塑性變形。斷裂時(shí)承受的工程應(yīng)力通常不超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，甚至低于按宏觀強(qiáng)度理論確定的許用應(yīng)力，因此又稱為低應(yīng)力斷裂。在塑性材料中，斷裂是胃口形成、擴(kuò)大和連接的過(guò)程，在打的應(yīng)力作用下，基體金屬產(chǎn)生塑性變形后，在基體和非金屬夾雜物、析出相粒子周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中，使界面拉開(kāi)，或使異相顆粒折斷形成微孔。微孔擴(kuò)大和鏈接也是基體金屬塑性變形的結(jié)果。當(dāng)微孔擴(kuò)大到一定的程度，相鄰微孔見(jiàn)的金屬產(chǎn)生較大的塑性變形后就發(fā)生微觀塑性失穩(wěn)，就像宏觀實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生縮頸一樣，此時(shí)微孔將迅速擴(kuò)大，直至細(xì)縮成一線，最后由于金屬與金屬件的連線太少，不足以承載而發(fā)生斷裂。脆性材料中，由于斷裂前既無(wú)宏觀塑性變形，又無(wú)其他預(yù)兆，并且一旦開(kāi)裂后，裂紋擴(kuò)展迅速，造成整體斷裂或河大的裂口，有時(shí)還產(chǎn)生很多碎片，容易導(dǎo)致嚴(yán)重事故。10.何謂斷裂韌度，它在機(jī)械設(shè)計(jì)中有何作用？答：在彈塑性條件下，當(dāng)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子增大到某一臨界值，裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展而導(dǎo)致材料斷裂，這個(gè)臨界或失穩(wěn)擴(kuò)展的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子即斷裂韌度。它反映了材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展即抵抗脆斷的能力，是材料的力學(xué)性能指標(biāo)。第七章1.用冷拔銅絲制成導(dǎo)線，冷拔之后應(yīng)如何處理，為什么？答：冷拔之后應(yīng)該進(jìn)行退火處理。因?yàn)槔浒问窃谠俳Y(jié)晶溫度以下進(jìn)行加工，因此會(huì)引起加工硬化，所以要通過(guò)回復(fù)再結(jié)晶，使金屬的強(qiáng)度和硬度下降，提高其塑性。2.一塊厚純金屬板經(jīng)冷彎并再結(jié)晶退火后，試畫(huà)出界面上的顯微組織示意圖。3.已知W、Fe、Cu的熔點(diǎn)分別為3399℃、1538℃和1083℃，試估算其再結(jié)晶溫度。解：T再=σTm，其中σ=0.35~0.4，取σ=0.4，則W、Fe、Cu的再結(jié)晶溫度分別為3399℃×0.4=1359.6℃、1538℃×0.4=615.2℃和1083℃×0.4=433.2℃4.說(shuō)明以下概念的本質(zhì)區(qū)別：1）一次再結(jié)晶和二次再結(jié)晶；2）再結(jié)晶時(shí)晶核長(zhǎng)大和再結(jié)晶后晶粒長(zhǎng)大。解：1）再結(jié)晶：當(dāng)退火溫度足夠高、時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，在變形金屬或合金的顯微組織中，產(chǎn)生無(wú)應(yīng)變的新晶粒──再結(jié)晶核心。新晶粒不斷長(zhǎng)大，直至原來(lái)的變形組織完全消失,金屬或合金的性能也發(fā)生顯著變化,這一過(guò)程稱為再結(jié)晶。過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力也是來(lái)自殘存的形變貯能。與金屬中的固態(tài)相變類似，再結(jié)晶也有轉(zhuǎn)變?cè)杏?，但再結(jié)晶前后，金屬的點(diǎn)陣類型無(wú)變化。再結(jié)晶完成后，正常的晶粒應(yīng)是均勻的、連續(xù)的。但在某些情況下，晶粒的長(zhǎng)大只是少數(shù)晶粒突發(fā)性地、迅速地粗化，使晶粒之間的尺寸差別越來(lái)越大。這種不正常的晶粒長(zhǎng)大稱為晶粒的反常長(zhǎng)大。這種晶粒的不均勻長(zhǎng)大就好像在再結(jié)晶后均勻細(xì)小的等軸晶粒中又重新發(fā)生了再結(jié)晶，所以稱為二次再結(jié)晶。其發(fā)生的基本條件是正常晶粒長(zhǎng)大過(guò)程被分散相粒子、織構(gòu)或表面熱蝕等所強(qiáng)烈阻礙，當(dāng)一次再結(jié)晶組織被繼續(xù)加熱時(shí)，上述阻礙因素一旦被消除，少數(shù)特殊晶界將迅速遷移，導(dǎo)致少數(shù)晶粒變大，而大晶粒界面通常是凹向外側(cè)的，因此在晶界能的驅(qū)動(dòng)下，大晶粒將繼續(xù)長(zhǎng)大，直至相互接觸形成二次再結(jié)晶組織。二次再結(jié)晶為非形核過(guò)程，不產(chǎn)生新晶核，而是以一次再結(jié)晶后的某些特殊晶粒作為基礎(chǔ)而長(zhǎng)大的。5.分析回復(fù)和再結(jié)晶階段空位與位錯(cuò)的變化及其對(duì)性能的影響。答：回復(fù)可分為低溫回復(fù)，中溫回復(fù)以及高溫回復(fù)。低溫回復(fù)階段主要是空位濃度明顯降低。原因：低溫回復(fù)階段主要是空位濃度明顯降低。中溫回復(fù)階段由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致異號(hào)位錯(cuò)合并而相互抵消，此階段由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致異號(hào)位錯(cuò)合并而相互抵消，位錯(cuò)密度有所降低，但降幅不大。所以力學(xué)性能只有很少恢復(fù)。密度有所降低，但降幅不大。所以力學(xué)性能只有很少恢復(fù)。高溫回復(fù)的主要機(jī)制為多邊化。多邊化由于同號(hào)刃型位錯(cuò)的塞積而導(dǎo)致晶體點(diǎn)陣彎曲，由于同號(hào)刃型位錯(cuò)塞積而導(dǎo)致晶體點(diǎn)陣彎曲，在退火過(guò)程中通過(guò)刃型位錯(cuò)的攀移和滑移，通過(guò)刃型位錯(cuò)的攀移和滑移，使同號(hào)刃型位錯(cuò)沿垂直于滑移面的方向排列成小角度的亞晶界。此過(guò)程稱為多邊（形）化。多晶體金屬塑性變形時(shí)，多晶體金屬塑性變形時(shí)，金屬塑性變形時(shí)滑移通常是在許多互相交截的滑移面上進(jìn)行，截的滑移面上進(jìn)行，產(chǎn)生由纏結(jié)位錯(cuò)構(gòu)成的胞狀組織。因此，多邊化后不僅所形成的亞晶粒小得多，而且許多亞晶界是由位錯(cuò)網(wǎng)組成的。對(duì)性能影響：去除殘余應(yīng)力，使冷變形的金屬件在基本保持應(yīng)變硬化狀態(tài)的條件下，降低其內(nèi)應(yīng)力，以免變形或開(kāi)裂，保持應(yīng)變硬化狀態(tài)的條件下，降低其內(nèi)應(yīng)力，以免變形或開(kāi)裂，并改善工件的耐蝕性。并改善工件的耐蝕性。再結(jié)晶是一種形核和長(zhǎng)大的過(guò)程，靠原子的擴(kuò)散進(jìn)行。冷變形金屬加熱時(shí)組織與性能最顯著的變化就是在再結(jié)晶階段發(fā)生的。特點(diǎn)：1）、組織發(fā)生變化，由冷變形的伸長(zhǎng)晶粒變?yōu)樾碌牡容S晶粒；2）、力學(xué)性能發(fā)生急劇變化，強(qiáng)度、硬度急劇下降，應(yīng)變硬化全部消除，恢復(fù)到變形前的狀態(tài)3）、變形儲(chǔ)能在再結(jié)晶過(guò)程中全部釋放。三類應(yīng)力（點(diǎn)陣畸變）、變形儲(chǔ)能在再結(jié)晶過(guò)程中全部釋放。對(duì)性能影響：強(qiáng)度迅速下降，強(qiáng)度迅速下降，塑性迅速升高。冷變形金屬在加熱過(guò)程中性能隨溫度升高而變化，冷變形金屬在加熱過(guò)程中性能隨溫度升高而變化，在再結(jié)晶階段發(fā)生突變。6.何謂臨界變形度，在工業(yè)生產(chǎn)中有何意義。再結(jié)晶后的晶粒大小與冷變形時(shí)的變形程度有一定關(guān)系，在某個(gè)變形程度時(shí)再結(jié)晶后得到的晶粒特別粗大，對(duì)應(yīng)的冷變形程度稱為臨界變形度粗大的經(jīng)歷對(duì)金屬的力學(xué)性能十分不利，故在壓力加工時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免在臨界變形程度范圍內(nèi)進(jìn)行加工，一面再結(jié)晶后產(chǎn)生粗晶。此外，在鍛造零件時(shí)，如鍛造工藝或鍛模設(shè)計(jì)不當(dāng)，局部區(qū)域的變形量可能在臨界變形度范圍內(nèi)，則退貨后造成局部粗晶區(qū)，時(shí)零件在這些部位遭到破壞。7.一塊純錫板被槍彈擊穿，經(jīng)再結(jié)晶退火后，大孔周圍的晶粒大小有何特征，并說(shuō)明原因。答：晶粒異常長(zhǎng)大，因?yàn)槭茏訌棑舸┖?，大孔周圍產(chǎn)生了較大的變形度，由于變形度對(duì)再結(jié)晶晶粒大小有著重大影響，而且在受擊穿空洞的周圍其變形度呈現(xiàn)梯度變化，因此當(dāng)變形度達(dá)到某一數(shù)值的時(shí)候，就會(huì)得到特別粗大的晶粒了。10.金屬材料在熱加工時(shí)為了獲得較小的晶粒組織，應(yīng)該注意什么問(wèn)題？答：應(yīng)該注意其變形度避開(kāi)金屬材料的臨界變形度；提高再結(jié)晶退火溫度；盡量使原始晶粒尺寸較細(xì)；一般采用含有較多合金元素或雜志的金屬材料，這樣不僅增加變形金屬的儲(chǔ)存能，還能阻礙晶界的運(yùn)動(dòng)，從而起到細(xì)化晶粒的作用。11.為了獲得較小的晶粒組織，應(yīng)該根據(jù)什么原則制定塑性變形以及退火工藝？答：在熱軋或鍛造過(guò)程中：在熱軋或鍛造過(guò)程中：1)控制變形度；控制變形度；控制變形度2)控制熱軋或鍛造溫度?？刂茻彳埢蝈懺鞙囟??？刂茻彳埢蝈懺鞙囟燃?xì)化晶粒方法在熱處理過(guò)程中：控制加熱和冷卻工藝參數(shù),控制加熱和冷卻工藝參數(shù)利用相變重結(jié)晶來(lái)細(xì)化晶粒。重結(jié)晶來(lái)細(xì)化晶粒。對(duì)冷變形后退火態(tài)使用的合金：1)控制變形度；控制變形度；控制變形度2)控制再結(jié)晶退火溫度和時(shí)間?？刂圃俳Y(jié)晶退火溫度和時(shí)間?？刂圃俳Y(jié)晶退火溫度和時(shí)間第八章1.何謂擴(kuò)散，固態(tài)擴(kuò)散有哪些種類？答：擴(kuò)散是物質(zhì)中原子（或分子）的遷移現(xiàn)象，是物質(zhì)傳輸?shù)囊环N方式。固態(tài)擴(kuò)散根據(jù)擴(kuò)散過(guò)程是否發(fā)生濃度變化可以分為自擴(kuò)散和異擴(kuò)散；根據(jù)擴(kuò)散是否與濃度梯度的方向相同可分為上坡擴(kuò)散和下坡擴(kuò)散；根據(jù)擴(kuò)散過(guò)程是否出現(xiàn)新相可分為原子擴(kuò)散和反應(yīng)擴(kuò)散。2.何謂上坡擴(kuò)散和下坡擴(kuò)散?試舉幾個(gè)實(shí)例說(shuō)明之。上坡擴(kuò)散是沿著濃度升高的方向進(jìn)行擴(kuò)散，即由低濃度向高濃度方向擴(kuò)散，使?jié)舛劝l(fā)生兩級(jí)分化。例如奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，碳原子由濃度較低的奧氏體向濃度較高的滲碳體擴(kuò)散，就是上坡擴(kuò)散。下坡擴(kuò)散就是沿著濃度降低的方向進(jìn)行的擴(kuò)散，使?jié)舛融呌诰鶆蚧玷T件的均勻化退火、滲碳等過(guò)程都是下坡擴(kuò)散。3.擴(kuò)散系數(shù)的物理意義是什么?影響因素有哪些？擴(kuò)散系數(shù)D=D0e(-Q/RT)，其物理意義相當(dāng)于濃度梯度為1時(shí)的擴(kuò)散通量，D的值越大，則擴(kuò)散越快。影響因素：4.固態(tài)金屬中要發(fā)生擴(kuò)散必須滿足哪些條件。固態(tài)金屬要發(fā)生擴(kuò)散，必須滿足：1）擴(kuò)散要有驅(qū)動(dòng)力2）擴(kuò)散原子要固溶3）溫度要足夠高4）時(shí)間要足夠長(zhǎng)5.鑄造合金均勻化退火前的冷塑性變形對(duì)均勻化過(guò)程有何影響?是加速還是減緩?為什么。塑性變形有細(xì)化晶粒的作用，使均勻擴(kuò)散原子遷移的距離縮短，所以應(yīng)該是加速，因?yàn)?）內(nèi)能提高；2）粗大的枝晶被打碎，擴(kuò)散距離縮短，擴(kuò)散過(guò)程加快。.6.已知銅在鋁中的擴(kuò)散常數(shù)D0＝0.84×10-5m2／s，Q＝136×103J／mol，試計(jì)算在477℃和497℃時(shí)銅在鋁中的擴(kuò)散系數(shù)。解：由擴(kuò)散系數(shù)D=D0e(-Q/RT)及已知條件D0＝0.84×10-5m2／s，Q＝136×103J／mol帶入到擴(kuò)散系數(shù)公式中，可得D1=D0e(-Q/RT)=0.84×10-5×e-136×10^3/[8.31×(477+273)]=2.8022×

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-15m2／sD2=D0e(-Q/RT)=0.84×10-5×e-136×10^3/[8.31×(497+273)]=4.9391

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-15m2／s故在477℃和497℃時(shí)銅在鋁中的擴(kuò)散系數(shù)分別為2.8022×

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-15m2／s和4.9391

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-15m2／s。8.可否用鉛代替鉛錫合金作對(duì)鐵進(jìn)行釬焊的材料，試分析說(shuō)明之。答：不能，因?yàn)殄a在鐵中的擴(kuò)散速度要比鉛快得多，因此用鉛錫合金作為釬焊材料，有助于保證焊接接頭的強(qiáng)度，若用鉛代替，則鉛在鐵中的擴(kuò)散速率較低，異擴(kuò)散速度較慢，因此將使焊接接頭性能大大降低。10.滲碳是將零件置于滲碳介質(zhì)中使碳原子進(jìn)入工件表面，然后以下坡擴(kuò)散的方式使碳原子從表層向內(nèi)部擴(kuò)散的熱處理方法。試問(wèn)：(1)溫度高低對(duì)滲碳速度有何影響?(2)滲碳應(yīng)當(dāng)在r-Fe中進(jìn)行還是應(yīng)當(dāng)在α-Fe中進(jìn)行?(3)空位密度、位錯(cuò)密度和晶粒大小對(duì)滲碳速度有何影響？答：1）溫度高時(shí)滲碳速度加快。溫度是影響擴(kuò)散系數(shù)的最主要因素。隨著溫度的升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。這是由于溫度越高，則原子的振動(dòng)能越大，因此借助于能量起伏而越過(guò)勢(shì)壘進(jìn)行遷移的原子幾率越大。此外，溫度升高，金屬內(nèi)部的空位濃度提高，這也有利于擴(kuò)散。2）應(yīng)當(dāng)在γ-Fe中進(jìn)行。盡管碳原子在α-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)比在γ-Fe中的大，可是滲碳溫度仍選在奧氏體區(qū)域。其原因一方面是由于奧氏體的溶碳能力遠(yuǎn)比鐵素體大，可以獲得較大的滲層深度；另一方面是考慮到溫度的影響，溫度提高，擴(kuò)散系數(shù)也將大大增加。3）在位錯(cuò)、空位等缺陷處的原子比完整晶格處的原子擴(kuò)散容易得多。原子沿晶界擴(kuò)散比晶內(nèi)快。因此，空位密度、位錯(cuò)密度越大，晶粒越小，則滲碳速度越快。只靠信念雖然可以做出奇跡，但這只是表面。意志，不錯(cuò)，意志越堅(jiān)強(qiáng)，工作越能完成。有志者，事竟成，破釜沉舟，百二秦關(guān)終屬楚；苦心人，天不負(fù)，臥薪嘗膽，三千越甲可吞吳。 蒲松齡朝為田舍郎，暮登天子堂。將相本無(wú)種，男兒當(dāng)自強(qiáng)。 《神童詩(shī)》自小多才學(xué)，平生志氣高。別人懷寶劍，我有筆和刀。 《神童詩(shī)》身如逆流船，心比鐵石堅(jiān)。望父全兒志，至死不怕難。 （明）李時(shí)珍天下無(wú)難事，有志者成之；天下無(wú)易事，有恒者得之。 書(shū)摘金屬學(xué)與熱處理總結(jié)一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)重點(diǎn)內(nèi)容：面心立方、體心立方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、致密度、原子半徑，八面體、四面體間隙個(gè)數(shù)；晶向指數(shù)、晶面指數(shù)的標(biāo)定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性?；緝?nèi)容：密排六方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、致密度、原子半徑，密排面上原子的堆垛順序、晶胞、晶格、金屬鍵的概念。晶體的特征、晶體中的空間點(diǎn)陣。晶格類型 晶胞中的原子數(shù) 原子半徑 配位數(shù) 致密度體心立方 2 8 68%面心立方 4 12 74%密排六方 6 12 74%晶格類型 fcc(A1) bcc(A2) hcp(A3)間隙類型 正四面體 正八面體 四面體 扁八面體 四面體 正八面體間隙個(gè)數(shù) 8 4 12 6 12 6原子半徑rA 間隙半徑rB 晶胞：在晶格中選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元，用來(lái)分析原子排列的規(guī)律性，這個(gè)最小的幾何單元稱為晶胞。金屬鍵：失去外層價(jià)電子的正離子與彌漫其間的自由電子的靜電作用而結(jié)合起來(lái)，這種結(jié)合方式稱為金屬鍵。位錯(cuò)：晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯(cuò)動(dòng)的一種特殊結(jié)構(gòu)組態(tài)。位錯(cuò)的柏氏矢量具有的一些特性：①用位錯(cuò)的柏氏矢量可以判斷位錯(cuò)的類型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量與回路起點(diǎn)及回路途徑無(wú)關(guān)；③位錯(cuò)的柏氏矢量個(gè)部分均相同。刃型位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。晶界具有的一些特性：①晶界的能量較高，具有自發(fā)長(zhǎng)大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢(shì)；②原子在晶界上的擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點(diǎn)較低；③相變時(shí)新相優(yōu)先在晶界出形核；④晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蝕和氧化；⑥常溫下晶界可以阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度。二、純金屬的結(jié)晶重點(diǎn)內(nèi)容：均勻形核時(shí)過(guò)冷度與臨界晶核半徑、臨界形核功之間的關(guān)系；細(xì)化晶粒的方法，鑄錠三晶區(qū)的形成機(jī)制。基本內(nèi)容：結(jié)晶過(guò)程、阻力、動(dòng)力，過(guò)冷度、變質(zhì)處理的概念。鑄錠的缺陷；結(jié)晶的熱力學(xué)條件和結(jié)構(gòu)條件，非均勻形核的臨界晶核半徑、臨界形核功。相起伏：液態(tài)金屬中，時(shí)聚時(shí)散，起伏不定，不斷變化著的近程規(guī)則排列的原子集團(tuán)。過(guò)冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差稱為過(guò)冷度。變質(zhì)處理：在澆鑄前往液態(tài)金屬中加入形核劑，促使形成大量的非均勻晶核，以細(xì)化晶粒的方法。過(guò)冷度與液態(tài)金屬結(jié)晶的關(guān)系：液態(tài)金屬結(jié)晶的過(guò)程是形核與晶核的長(zhǎng)大過(guò)程。從熱力學(xué)的角度上看，沒(méi)有過(guò)冷度結(jié)晶就沒(méi)有趨動(dòng)力。根據(jù)可知當(dāng)過(guò)冷度為零時(shí)臨界晶核半徑Rk為無(wú)窮大，臨界形核功（）也為無(wú)窮大。臨界晶核半徑Rk與臨界形核功為無(wú)窮大時(shí)，無(wú)法形核，所以液態(tài)金屬不能結(jié)晶。晶體的長(zhǎng)大也需要過(guò)冷度，所以液態(tài)金屬結(jié)晶需要過(guò)冷度。細(xì)化晶粒的方法：增加過(guò)冷度、變質(zhì)處理、振動(dòng)與攪拌。鑄錠三個(gè)晶區(qū)的形成機(jī)理：表面細(xì)晶區(qū)：當(dāng)高溫液體倒入鑄模后，結(jié)晶先從模壁開(kāi)始，靠近模壁一層的液體產(chǎn)生極大的過(guò)冷，加上模壁可以作為非均質(zhì)形核的基底，因此在此薄層中立即形成大量的晶核，并同時(shí)向各個(gè)方向生長(zhǎng)，形成表面細(xì)晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：在表面細(xì)晶區(qū)形成的同時(shí)，鑄模溫度迅速升高，液態(tài)金屬冷卻速度減慢，結(jié)晶前沿過(guò)冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散熱最快，因而晶體沿相反方向生長(zhǎng)成柱狀晶。中心等軸晶區(qū)：隨著柱狀晶的生長(zhǎng)，中心部位的液體實(shí)際溫度分布區(qū)域平緩，由于溶質(zhì)原子的重新分配，在固液界面前沿出現(xiàn)成分過(guò)冷，成分過(guò)冷區(qū)的擴(kuò)大，促使新的晶核形成長(zhǎng)大形成等軸晶。由于液體的流動(dòng)使表面層細(xì)晶一部分卷入液體之中或柱狀晶的枝晶被沖刷脫落而進(jìn)入前沿的液體中作為非自發(fā)生核的籽晶。三、二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶重點(diǎn)內(nèi)容：杠桿定律、相律及應(yīng)用。基本內(nèi)容：相、勻晶、共晶、包晶相圖的結(jié)晶過(guò)程及不同成分合金在室溫下的顯微組織。合金、成分過(guò)冷；非平衡結(jié)晶及枝晶偏析的基本概念。相律：f=c–p+1其中，f為自由度數(shù)，c為組元數(shù)，p為相數(shù)。偽共晶：在不平衡結(jié)晶條件下，成分在共晶點(diǎn)附近的亞共晶或過(guò)共晶合金也可能得到全部共晶組織，這種共晶組織稱為偽共晶。合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)、或用其它方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。合金相：在合金中，通過(guò)組成元素（組元）原子間的相互作用，形成具有相同晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，并以明確界面分開(kāi)的成分均一組成部分稱為合金相。四、鐵碳合金重點(diǎn)內(nèi)容：鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及室溫下的平衡組織，組織組成物及相組成物的計(jì)算?；緝?nèi)容：鐵素體與奧氏體、二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)、三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變。鋼的含碳量對(duì)平衡組織及性能的影響；二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體相對(duì)量的計(jì)算；五種滲碳體的來(lái)源及形態(tài)。奧氏體與鐵素體的異同點(diǎn)：相同點(diǎn)：都是鐵與碳形成的間隙固溶體；強(qiáng)度硬度低，塑性韌性高。不同點(diǎn)：鐵素體為體心結(jié)構(gòu)，奧氏體面心結(jié)構(gòu)；鐵素體最高含碳量為0.0218%，奧氏體最高含碳量為2.11%，鐵素體是由奧氏體直接轉(zhuǎn)變或由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變得到，奧氏體是由包晶或由液相直接析出的；存在的溫度區(qū)間不同。二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)。相同點(diǎn)：都是滲碳體，成份、結(jié)構(gòu)、性能都相同。不同點(diǎn)：來(lái)源不同，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉(zhuǎn)變得到的；形態(tài)不同二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳體成片狀；對(duì)性能的影響不同，片狀的強(qiáng)化基體，提高強(qiáng)度，網(wǎng)狀降低強(qiáng)度。成分、組織與機(jī)械性能之間的關(guān)系：如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為F＋P，F(xiàn)的強(qiáng)度低，塑性、韌性好，與F相比P強(qiáng)度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增加，F(xiàn)量減少，P量增加（組織組成物的相對(duì)量可用杠桿定律計(jì)算）。所以對(duì)于亞共析鋼，隨含碳量的增加，強(qiáng)度硬度升高，而塑性、韌性下降五、三元合金相圖重點(diǎn)內(nèi)容：固態(tài)下無(wú)溶解度三元共晶相圖投影圖中不同區(qū)、線的結(jié)晶過(guò)程、室溫組織?；緝?nèi)容：固態(tài)下無(wú)溶解度三元共晶相圖投影圖中任意點(diǎn)的組織并計(jì)算其相對(duì)量。三元合金相圖的成分表示法；直線法則、杠桿定律、重心法則。六、金屬及合金的塑性變形與斷裂重點(diǎn)內(nèi)容：體心與面心結(jié)構(gòu)的滑移系；金屬塑性變形后的組織與性能?；緝?nèi)容：固溶體強(qiáng)化機(jī)理與強(qiáng)化規(guī)律、第二相的強(qiáng)化機(jī)理。霍爾——配奇關(guān)系式；單晶體塑性變形的方式、滑移的本質(zhì)。塑性變形的方式：以滑移和孿晶為主?；疲壕w的一部分沿著一定的晶面和晶向相對(duì)另一部分作相對(duì)的滑動(dòng)?；频谋举|(zhì)是位錯(cuò)的移動(dòng)。體心結(jié)構(gòu)的滑移系個(gè)數(shù)為12，滑移面：{110}，方向<111>。面心結(jié)構(gòu)的滑移系個(gè)數(shù)為12，滑移面：{111}，方向<110>。金屬塑性變形后的組織與性能：顯微組織出現(xiàn)纖維組織，雜質(zhì)沿變形方向拉長(zhǎng)為細(xì)帶狀或粉碎成鏈狀，光學(xué)顯微鏡分辨不清晶粒和雜質(zhì)。亞結(jié)構(gòu)細(xì)化，出現(xiàn)形變織構(gòu)。性能：材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降；比電阻增加，導(dǎo)電系數(shù)和電阻溫度系數(shù)下降，抗腐蝕能力降低等。七、金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶重點(diǎn)內(nèi)容：金屬的熱加工的作用；變形金屬加熱時(shí)顯微組織的變化、性能的變化，儲(chǔ)存能的變化。基本內(nèi)容：回復(fù)、再結(jié)的概念、變形金屬加熱時(shí)儲(chǔ)存能的變化。再結(jié)晶后的晶粒尺寸；影響再結(jié)晶的主要因素性能的變化規(guī)律。變形金屬加熱時(shí)顯微組織的變化、性能的變化：隨溫度的升高，金屬的硬度和強(qiáng)度下降，塑性和韌性提高。電阻率不斷下降，密度升高。金屬的抗腐蝕能力提高，內(nèi)應(yīng)力下降。再結(jié)晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在原來(lái)的變形組織中重新產(chǎn)生了無(wú)畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化，并恢復(fù)到完全軟化狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程稱之為再結(jié)晶。熱加工的主要作用（或目的）是：①把鋼材加工成所需要的各種形狀，如棒材、板材、線材等；②能明顯的改善鑄錠中的組織缺陷，如氣泡焊合，縮松壓實(shí)，使金屬材料的致密度增加；③使粗大的柱狀晶變細(xì)，合金鋼中大塊狀碳化物初晶打碎并使其均勻分布；④減輕或消除成分偏析，均勻化學(xué)成分等。使材料的性能得到明顯的改善。影響再結(jié)晶的主要因素：①再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時(shí)間一定時(shí)），再結(jié)晶后的晶粒越粗大；②冷變形量：一般冷變形量越大，完成再結(jié)晶的溫度越低，變形量達(dá)到一定程度后，完成再結(jié)晶的溫度趨于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越細(xì)，再結(jié)晶晶粒也越細(xì)；④微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子，一般均起細(xì)化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再結(jié)晶，彌散分布的細(xì)小的第二相粒子不利于再結(jié)晶；⑥形變溫度，形變溫度越高，再結(jié)晶溫度越高，晶粒粗化；⑦加熱速度，加熱速度過(guò)快或過(guò)慢，都可能使再結(jié)晶溫度升高。塑性變形后的金屬隨加熱溫度的升高會(huì)發(fā)生的一些變化：顯微組織經(jīng)過(guò)回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段由破碎的或纖維組織轉(zhuǎn)變成等軸晶粒，亞晶尺寸增大；儲(chǔ)存能降低，內(nèi)應(yīng)力松弛或被消除；各種結(jié)構(gòu)缺陷減少；強(qiáng)度、硬度降低，塑性、韌度提高；電阻下降，應(yīng)力腐蝕傾向顯著減小。八、擴(kuò)散重點(diǎn)內(nèi)容：影響擴(kuò)散的因素；擴(kuò)散第一定律表達(dá)式?；緝?nèi)容：擴(kuò)散激活能、擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力?？驴线_(dá)爾效應(yīng)，擴(kuò)散第二定律表達(dá)式?？驴线_(dá)爾效應(yīng)：由置換互溶原子因相對(duì)擴(kuò)散速度不同而引起標(biāo)記移動(dòng)的不均衡擴(kuò)散現(xiàn)象稱為柯肯達(dá)爾效應(yīng)。影響擴(kuò)散的因素：①溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越大；②晶體結(jié)構(gòu)：體心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)大于面心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)；③固溶體類型：間隙原子的擴(kuò)散速度大于置換原子的擴(kuò)散速度；④晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴(kuò)散速度越快；⑤化學(xué)成分：有些元素可以加快原子的擴(kuò)散速度，有些可以減慢擴(kuò)散速度。擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：其中，J為擴(kuò)散流量；D為擴(kuò)散系數(shù)；為濃度梯度。擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度，阻力為擴(kuò)散激活能九、鋼的熱處理原理重點(diǎn)內(nèi)容：冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、B、M）的特征、性能特點(diǎn)、熱處理的概念?；緝?nèi)容：等溫、連續(xù)C-曲線。奧氏體化的四個(gè)過(guò)程；碳鋼回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能特點(diǎn)。熱處理：將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，并在該溫度下保持一段時(shí)間，然后以一定的速度冷卻下來(lái)，讓其獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)和性能的一種熱加工工藝。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、B、M）的特征、性能特點(diǎn)：片狀P體，片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性、韌性也越好；粒狀P體，F(xiàn)e3C顆粒越細(xì)小，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高。第二相的數(shù)量越多，對(duì)塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強(qiáng)度高，塑性、韌性差；上貝氏體為羽毛狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，位錯(cuò)密度高于上貝氏體，綜合機(jī)械性能好；低碳馬氏體為板條狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，具有良好的綜合機(jī)械性能；高碳馬氏體為片狀，亞結(jié)構(gòu)為孿晶，強(qiáng)度硬度高，塑性和韌性差。等溫、連續(xù)C-曲線。十、鋼的熱處理工藝重點(diǎn)內(nèi)容：退火、正火的目的和工藝方法；淬火和回火的目的和工藝方法?；緝?nèi)容：淬透性、淬硬性、熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、回火脆性、回火穩(wěn)定性、過(guò)冷奧氏體的概念。淬火加熱缺陷及其防止措施。熱應(yīng)力：工件在加熱(或冷卻)時(shí)，由于不同部位的溫度差異，導(dǎo)致熱脹(或冷縮)的不一致所引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。組織應(yīng)力：由于工件不同部位組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)性而引起的內(nèi)應(yīng)力。淬透性：是表征鋼材淬火時(shí)獲得馬氏體的能力的特性?？捎残裕褐复愠神R氏體可能得到的硬度?；鼗鸱€(wěn)定性：淬火鋼對(duì)回火時(shí)發(fā)生軟化過(guò)程的抵抗能力?；鼗鸫嘈裕轰撛谝欢ǖ臏囟确秶鷥?nèi)回火時(shí)，其沖擊韌性顯著下降，這種脆化現(xiàn)象叫做鋼的回火脆性。過(guò)冷奧氏體：在臨界溫度以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體稱為過(guò)冷奧氏體。退火的目的：均勻鋼的化學(xué)成分及組織；細(xì)化晶粒；調(diào)整硬度，改善鋼的成形及切削加工性能；消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化；為淬火做好組織準(zhǔn)備。正火的目的：改善鋼的切削加工性能；細(xì)化晶粒，消除熱加工缺陷；消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火；提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。十一、工業(yè)用鋼重點(diǎn)內(nèi)容：材料強(qiáng)化方法；鋼的分類和編號(hào)?；緝?nèi)容：常用合金元素在鋼中的主要作用。材料韌化的方法、鋼的化學(xué)成分、金相組織熱處理工藝和機(jī)械性能之間的關(guān)系。合金鋼：在碳鋼的基礎(chǔ)上有意地加入一種或幾種合金元素，使其使用性能和工藝性能得以提高的以鐵為基的合金即為合金鋼。金屬學(xué)與熱處理習(xí)題及參考解一、論述四種強(qiáng)化的強(qiáng)化機(jī)理、強(qiáng)化規(guī)律及強(qiáng)化方法。1、形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化：隨變形程度的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象叫形變強(qiáng)化或加工硬化。機(jī)理：隨塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)密度不斷增加，因此位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互交割加劇，結(jié)果即產(chǎn)生固定的割階、位錯(cuò)纏結(jié)等障礙，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大，引起變形抗力增加，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高金屬的強(qiáng)度。規(guī)律：變形程度增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降，位錯(cuò)密度不斷增加，根據(jù)公式Δσ=αbGρ1/2，可知強(qiáng)度與位錯(cuò)密度（ρ）的二分之一次方成正比，位錯(cuò)的柏氏矢量（b）越大強(qiáng)化效果越顯著。方法：冷變形（擠壓、滾壓、噴丸等）。形變強(qiáng)化的實(shí)際意義（利與弊）：形變強(qiáng)化是強(qiáng)化金屬的有效方法，對(duì)一些不能用熱處理強(qiáng)化的材料可以用形變強(qiáng)化的方法提高材料的強(qiáng)度，可使強(qiáng)度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金屬均勻變形，使工件或半成品的成形成為可能，如冷拔鋼絲、零件的沖壓成形等；形變強(qiáng)化還可提高零件或構(gòu)件在使用過(guò)程中的安全性，零件的某些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中或過(guò)載現(xiàn)象時(shí)，使該處產(chǎn)生塑性變形，因加工硬化使過(guò)載部位的變形停止從而提高了安全性。另一方面形變強(qiáng)化也給材料生產(chǎn)和使用帶來(lái)麻煩，變形使強(qiáng)度升高、塑性降低，給繼續(xù)變形帶來(lái)困難，中間需要進(jìn)行再結(jié)晶退火，增加生產(chǎn)成本。2、固溶強(qiáng)化隨溶質(zhì)原子含量的增加，固溶體的強(qiáng)度硬度升高，塑性韌性下降的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。強(qiáng)化機(jī)理：一是溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)生畸變，對(duì)滑移面上運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)有阻礙作用；二是位錯(cuò)線上偏聚的溶質(zhì)原子形成的柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力；三是溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)的偏聚阻礙擴(kuò)展位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。所有阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加位錯(cuò)移動(dòng)阻力的因素都可使強(qiáng)度提高。固溶強(qiáng)化規(guī)律：①在固溶體溶解度范圍內(nèi)，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，則強(qiáng)化作用越大；②溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差越大，強(qiáng)化效果越顯著；③形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素的強(qiáng)化作用大于形成置換固溶體的元素；④溶質(zhì)原子與溶劑原子的價(jià)電子數(shù)差越大，則強(qiáng)化作用越大。方法：合金化，即加入合金元素。3、第二相強(qiáng)化鋼中第二相的形態(tài)主要有三種，即網(wǎng)狀、片狀和粒狀。①網(wǎng)狀特別是沿晶界析出的連續(xù)網(wǎng)狀Fe3C，降低的鋼機(jī)械性能，塑性、韌性急劇下降，強(qiáng)度也隨之下降；②第二相為片狀分布時(shí)，片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性、韌性也越好。符合σs=σ0＋KS0-1/2的規(guī)律，S0片層間距。③第二相為粒狀分布時(shí)，顆粒越細(xì)小，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高，符合的規(guī)律，λ粒子之間的平均距離。第二相的數(shù)量越多，對(duì)塑性的危害越大；④片狀與粒狀相比，片狀強(qiáng)度高，塑性、韌性差；⑤沿晶界析出時(shí)，不論什么形態(tài)都降低晶界強(qiáng)度，使鋼的機(jī)械性能下降。第二相無(wú)論是片狀還是粒狀都阻止位錯(cuò)的移動(dòng)。方法：合金化，即加入合金元素，通過(guò)熱處理或變形改變第二相的形態(tài)及分布。4、細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化：隨晶粒尺寸的減小，材料的強(qiáng)度硬度升高，塑性、韌性也得到改善的現(xiàn)象稱為細(xì)晶強(qiáng)化。細(xì)化晶粒不但可以提高強(qiáng)度又可改善鋼的塑性和韌性，是一種較好的強(qiáng)化材料的方法。機(jī)理：晶粒越細(xì)小，位錯(cuò)塞集群中位錯(cuò)個(gè)數(shù)（n）越小，根據(jù)，應(yīng)力集中越小，所以材料的強(qiáng)度越高。細(xì)晶強(qiáng)化的強(qiáng)化規(guī)律：晶界越多，晶粒越細(xì)，根據(jù)霍爾-配奇關(guān)系式σs=σ0＋Kd-1/2晶粒的平均直（d）越小，材料的屈服強(qiáng)度（σs）越高。細(xì)化晶粒的方法：結(jié)晶過(guò)程中可以通過(guò)增加過(guò)冷度，變質(zhì)處理，振動(dòng)及攪拌的方法增加形核率細(xì)化晶粒。對(duì)于冷變形的金屬可以通過(guò)控制變形度、退火溫度來(lái)細(xì)化晶粒。可以通過(guò)正火、退火的熱處理方法細(xì)化晶粒；在鋼中加入強(qiáng)碳化物物形成元素。二、改善塑性和韌性的機(jī)理晶粒越細(xì)小，晶粒內(nèi)部和晶界附近的應(yīng)變度差越小，變形越均勻，因應(yīng)力集中引起的開(kāi)裂的機(jī)會(huì)也越小。晶粒越細(xì)小，應(yīng)力集中越小，不易產(chǎn)生裂紋；晶界越多，易使裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生變化，裂紋不易傳播，所以韌性就好。提高或改善金屬材料韌性的途徑：①盡量減少鋼中第二相的數(shù)量；②提高基體組織的塑性；③提高組織的均勻性；④加入Ni及細(xì)化晶粒的元素；⑤防止雜質(zhì)在晶界偏聚及第二相沿晶界析出。三、Fe—Fe3C相圖，結(jié)晶過(guò)程分析及計(jì)算1.分析含碳0.53～0.77％的鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程，并畫(huà)出結(jié)晶示意圖。①點(diǎn)之上為液相L；①點(diǎn)開(kāi)始L→γ；②點(diǎn)結(jié)晶完畢；②～③點(diǎn)之間為單相γ；③點(diǎn)開(kāi)始γ→α轉(zhuǎn)變；④點(diǎn)開(kāi)始γ→P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為α+P。結(jié)晶示意圖：2.計(jì)算室溫下亞共析鋼（含碳量為）的組織組成物的相對(duì)量。組織組成物為α、P，相對(duì)量為：或3.分析含碳0.77～2.11％的鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程。①點(diǎn)之上為液相L；①點(diǎn)開(kāi)始L→γ；①～②之間為L(zhǎng)+γ；②點(diǎn)結(jié)晶完畢；②～③點(diǎn)之間為單相γ；③點(diǎn)開(kāi)始γ→Fe3C轉(zhuǎn)變；④點(diǎn)開(kāi)始γ→P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為P+Fe3C。結(jié)晶過(guò)程示意圖。4.計(jì)算室溫下過(guò)共析鋼（含碳量為）的組織組成物的相對(duì)量。組織組成物為P、Fe3CⅡ，相對(duì)量為：或5.分析共析鋼的結(jié)晶過(guò)程，并畫(huà)出結(jié)晶示意圖。①點(diǎn)之上為液相L；①點(diǎn)開(kāi)始L→γ；②點(diǎn)結(jié)晶完畢；②～③點(diǎn)之間為單相γ；③點(diǎn)γ→P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為P。結(jié)晶示意圖：6.計(jì)算含碳3.0%鐵碳合金室溫下組織組成物及相組成物的相對(duì)量。含碳3.0%的亞共晶白口鐵室溫下組織組成物為P、Fe3CⅡ，相對(duì)量為：相組成物為F、Fe3C，相對(duì)量為：7.相圖中共有幾種滲碳體？說(shuō)出各自的來(lái)源及形態(tài)。相圖中共有五種滲碳體:Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ、Fe3C共析、Fe3C共晶；Fe3CⅠ：由液相析出，形態(tài)連續(xù)分布（基體）；Fe3CⅡ：由奧氏體中析出，形態(tài)網(wǎng)狀分布；Fe3CⅢ：由鐵素體中析出，形態(tài)網(wǎng)狀、短棒狀、粒狀分布在鐵素體的晶界上；Fe3C共析：奧氏體共析轉(zhuǎn)變得到，片狀；Fe3C共晶：液相共晶轉(zhuǎn)變得到，粗大的條狀。8.計(jì)算室溫下含碳量為合金相組成物的相對(duì)量。相組成物為α、Fe3C，相對(duì)量為：9.Fe3C?的相對(duì)量：當(dāng)x=6.69時(shí)Fe3C?含量最高，最高百分量為：10.過(guò)共析鋼中Fe3CⅡ的相對(duì)量：當(dāng)x=2.11時(shí)Fe3CⅡ含量最高，最高百分量為：11.Fe3CⅢ的相對(duì)量計(jì)算：當(dāng)x=0.0218時(shí)Fe3CⅢ含量最高，最高百分量為：12.共析滲碳體的相對(duì)百分量為：13.共晶滲碳體的相對(duì)百分量為：14.說(shuō)出奧氏體與鐵素體的異同點(diǎn)。相同點(diǎn)：都是鐵與碳形成的間隙固溶體；強(qiáng)度硬度低，塑性韌性高。不同點(diǎn)：鐵素體為體心結(jié)構(gòu)，奧氏體面心結(jié)構(gòu)；鐵素體最高含碳量為0.0218%，奧氏體最高含碳量為2.11%，鐵素體是由奧氏體直接轉(zhuǎn)變或由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變得到，奧氏體是由包晶或由液相直接析出的；存在的溫度區(qū)間不同。15.說(shuō)出二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)。相同點(diǎn)：都是滲碳體，成份、結(jié)構(gòu)、性能都相同。不同點(diǎn)：來(lái)源不同，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉(zhuǎn)變得到的；形態(tài)不同二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳體成片狀；對(duì)性能的影響不同，片狀的強(qiáng)化基體，提高強(qiáng)度，網(wǎng)狀降低強(qiáng)度。16.舉例說(shuō)明成分、組織與機(jī)械性能之間的關(guān)系如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為F＋P，F(xiàn)的強(qiáng)度低，塑性、韌性好，與F相比P強(qiáng)度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增加，F(xiàn)量減少，P量增加（組織組成物的相對(duì)量可用杠桿定律計(jì)算）。所以對(duì)于亞共析鋼，隨含碳量的增加，強(qiáng)度硬度升高，而塑性、韌性下降。17.說(shuō)明三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變，畫(huà)出轉(zhuǎn)變特征圖包晶轉(zhuǎn)變(LB＋δHγJ)含碳量0.09％～0.53％范圍的鐵碳合金，于HJB水平線(1495℃)均將通過(guò)包晶轉(zhuǎn)變，形成單相奧氏體。共晶轉(zhuǎn)變(LCγE＋Fe3C)含碳放2.11％一6.69％范圍的鐵碳合金，于ECF平線上(1148℃)均將通過(guò)共晶轉(zhuǎn)變，形成奧氏體和滲碳體兩相混合的共晶體，稱為菜氏體(Ld)。共析轉(zhuǎn)變(γSαP＋Fe3C)；含碳雖超過(guò)0．02％的鐵碳合金，于PSK水平線上(727℃)均將通過(guò)共析轉(zhuǎn)變，形成鐵素體和滲碳體兩相混合的共析體，稱為珠光體（P）。轉(zhuǎn)變特征圖包晶轉(zhuǎn)變：共晶轉(zhuǎn)變：共析轉(zhuǎn)變：各點(diǎn)成分為（C%）：B：0.53；H：0.09；J：0.17；C：4.3；E：2.11S：0.77；P：0.0218。18.說(shuō)出Fe-Fe3C相圖中室溫下的顯微組織工業(yè)純鐵(<0.0218％C)室溫組織：α亞共析鋼（0.0218％～0.77％C）室溫組織：P＋α；共析鋼：0.77％C；室溫組織：P過(guò)共析鋼：0.77％～2.11％C室溫組織：P＋Fe3CⅡ亞共晶白口鐵：2.11％～4.30％C；室溫組織：共晶白口鐵：4.30％C；室溫組織：過(guò)共晶白口鐵：4.30％～6.69％C。室溫組織：四、晶面指數(shù)與晶向指數(shù)1）、標(biāo)出圖①、圖②中晶面的晶面指數(shù)及圖③中所示晶向(AB，OC)的晶向指數(shù)。ZZZCYYAOBYXXX①②③①：②：（012）AB：OC：[101]2）、標(biāo)出圖①、圖②中晶面的晶面指數(shù)及圖③中所示晶向(AC，OB)的晶向指數(shù)。ZZCZYYAOYXXXB①②③①：②：（112）AC：OB：[120]3）、畫(huà)出下列指數(shù)的晶向或晶面（111）（021）[110]ZZZ（021）YYYX（111）（110）XX[110][001]五、固態(tài)下互不溶解的三元共晶相圖的投影圖如圖所示。1.說(shuō)出圖中各點(diǎn)（M、N、P、E）室溫下的顯微組織。M：B＋（B＋C）＋（A＋B＋C）；N：（A＋B）＋（A＋B＋C）；P：C＋（A＋B＋C）；E：（A＋B＋C）。2.求出E點(diǎn)合金室溫下組織組成物的相對(duì)量和相組成物的相對(duì)量。E點(diǎn)合金室溫下組織組成物的相對(duì)量（A＋B＋C）為100%相組成物的相對(duì)量為：WA=Ea/Aa×100%WB=Eb/Bb×100%WC=Ec/Cc×100%AE1cB%B·NA%E··MC%bKE2E3·PaC3.分析M點(diǎn)合金的結(jié)晶過(guò)程。先從液相中結(jié)晶出B組元，當(dāng)液相成分為K時(shí)，發(fā)生二元共晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為（B＋C），當(dāng)液相成分為E時(shí)，發(fā)生三元共晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為（A＋B＋C）。室溫下的顯微組織為：B＋（B＋C）＋（A＋B＋C）。六、固態(tài)下互不溶解的三元共晶相圖的投影圖如圖所示。Ae1B%BA%E·e3e2C%C1.確定出E點(diǎn)合金A、B、C三個(gè)組元的化學(xué)成分。2.計(jì)算E點(diǎn)合金組織組成物的相對(duì)量3.計(jì)算E點(diǎn)合金相組成物的相對(duì)量4.E點(diǎn)合金的化學(xué)成分與相組成物相對(duì)量之間有什么關(guān)系？為什么？AbDe1B%BA%E·cFHe3ae2C%C1、A、B、C三個(gè)組元的化學(xué)成分為：A=Ca%，B=Ab%，C=Bc%2、E點(diǎn)合金組織組成物的相對(duì)量為：W(A＋B＋C)=100%3、E點(diǎn)合金相組成物的相對(duì)量為：，，4、E點(diǎn)合金的化學(xué)成分與相組成物相對(duì)量是相等的，即：Ca=EH/AH，Ab=EF/BF，Bc=ED/CD。因?yàn)槿齻€(gè)組元在固態(tài)下互不溶解，都已純金屬的形成存在，所以三個(gè)相（A、B、C）的相對(duì)量就應(yīng)該等于其各自的化學(xué)成分。七、鍛造或軋制的作用是什么？為什么鍛造或軋制的溫度選擇在高溫的奧氏體區(qū)？鍛造或軋制的作用是：把材料加工成形，通過(guò)鍛造或軋制使鑄錠中的組織缺陷得到明顯的改善，如氣泡焊合，縮松壓實(shí)，使金屬材料的致密度增加；粗大的柱狀晶變細(xì)；合金鋼中大塊狀碳化物初晶打碎并較均勻分布；使成分均勻，使材料的性能得到明顯的改善。奧氏體穩(wěn)定存在是在高溫區(qū)，溫度升高材料的強(qiáng)度、硬度下降，塑性韌性升高，有利于變形；奧氏體為面心結(jié)構(gòu)，塑性比其它結(jié)構(gòu)好，塑性好，有利于變形；奧氏體為單相組織，單相組織的強(qiáng)度低，塑性韌性好，有利于變形；變形為材料的硬化過(guò)程，變形金屬高溫下發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，消除加工硬化，即為動(dòng)態(tài)回復(fù)再結(jié)晶，適合大變形量的變形。八、什么是柯肯達(dá)爾效應(yīng)？如何解釋柯肯達(dá)爾效應(yīng)？由置換互溶原子因相對(duì)擴(kuò)散速度不同而引起標(biāo)記移動(dòng)的不均衡擴(kuò)散現(xiàn)象稱為柯肯達(dá)爾效應(yīng)。CuNi分析表明Ni向左側(cè)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的原子數(shù)目大于Cu向右側(cè)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的原子數(shù)目，且Ni的原子半徑大于Cu的原子半徑。過(guò)剩的Ni的原子使左側(cè)的點(diǎn)陣膨脹，而右邊原子減少的地方將發(fā)生點(diǎn)陣收縮，其結(jié)果必然導(dǎo)致界面向右側(cè)漂移。九、影響擴(kuò)散的因素有哪些？①溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越大；②晶體結(jié)構(gòu)：體心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)大于面心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)；③固溶體類型：間隙原子的擴(kuò)散速度大于置換原子的擴(kuò)散速度；④晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴(kuò)散速度越快；⑤化學(xué)成分：有些元素可以加快原子的擴(kuò)散速度，有些可以減慢擴(kuò)散速度。十、寫(xiě)出擴(kuò)散第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說(shuō)出各符號(hào)的意義。擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：其中，J為擴(kuò)散流量；D為擴(kuò)散系數(shù)；為濃度梯度。擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度，阻力為擴(kuò)散激活能十一、寫(xiě)出擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說(shuō)出各符號(hào)的意義及影響因素。擴(kuò)散系數(shù)D可用下式表示：式中，D0為擴(kuò)散常數(shù)，Q為擴(kuò)散激活能，R為氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。由式上式可以看出，擴(kuò)散系數(shù)D與溫度呈指數(shù)關(guān)系，溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。十二、固態(tài)金屬擴(kuò)散的條件是什么？①溫度要足夠高，溫度越高原子熱振動(dòng)越激烈原子被激活而進(jìn)行遷移的幾率越大；②時(shí)間要足夠長(zhǎng)，只有經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能造成物質(zhì)的宏觀遷移；③擴(kuò)散原子要固溶，擴(kuò)散原子能夠溶入基體晶格形成固溶體才能進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散；④擴(kuò)散要有驅(qū)動(dòng)力，沒(méi)有動(dòng)力擴(kuò)散無(wú)法進(jìn)行，擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度。十三、為什么晶體的滑移通常在密排晶面并沿密排晶向進(jìn)行？晶體滑移的實(shí)質(zhì)是位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻力為：，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻力越小，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)越容易，從公式中可以看出，ｄ值越大、ｂ值越小，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻力越小。ｄ為晶面間距，密排面的晶面間距最大；ｂ為柏氏矢量，密排方向的柏氏矢量最小。所以，晶體的滑移通常在密排晶面并沿密排晶向進(jìn)行。十四、晶界具有哪些特性？①晶界的能量較高，具有自發(fā)長(zhǎng)大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢(shì)；②原子在晶界上的擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點(diǎn)較低；③相變時(shí)新相優(yōu)先在晶界出形核；④晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蝕和氧化；⑥常溫下晶界可以阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度。十五、簡(jiǎn)述位錯(cuò)與塑性、強(qiáng)度之間的關(guān)系。