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第一章金属的晶体结构与结晶
1.解释下列名词金属键,晶体,点缺陷,线缺陷,面缺陷,亚晶粒,亚晶界,刃型位错,单晶体,多晶体,过冷度,自发形核,非自发形核,变质处理,变质剂,合金,组元,相图,固溶体,金属间化合物,固溶强化,弥散强化,间隙固溶体,置换固溶体答晶体内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体金属键由金属正离子和自由电子之间相互作用而结合的键点缺陷原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小,主要指空位间隙原子、置换原子等线缺陷原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大,而在其余两个方向上的尺寸很小如位错面缺陷原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大,而另一方向上的尺寸很小如晶界和亚晶界亚晶粒在多晶体的每一个晶粒内,晶格位向也并非完全一致,而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块,它们相互镶嵌而成晶粒,称亚晶粒亚晶界两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界刃型位错位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面,多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口,故称“刃型位错”单晶体如果一块晶体,其内部的晶格位向完全一致,则称这块晶体为单晶体时间内达到一定总变形量的应力值表示,例如Q1/10000和O1/100000分别代表经历10000小时和100000小时总变形量为1%的蠕变极限,又称为条件蠕变极限持久强度在给定的温度下和规定时间内,试样发生断裂的应力值,用符号Q(T,t)表示其中表示应力,单位为MPa;T为温度,单位为℃;t为时间,单位为h例如o(700,1000)=200MPa,表示材料在700℃时,持续时间为1000h,的持久强度为200MPa松弛稳定性材料在恒变形的条件下,随着时间的延长,弹性应力逐渐下降的现象称为应力松弛,材料抵抗应力松弛的能力称为松弛稳定性
2.Rt和Rr有什么不同答(略)
3.说明布氏、洛氏硬度试验原理布氏硬度试验有什么局限性?为什么?布氏硬度对直径为D的硬质合金球压头施加规定的试验力F,使压头压入试样表面,经规定的保持时间后,除去试验力F,在试样表面获得压痕,压痕深度为限测量压痕直径d,布氏硬度用试验力除以压痕表面积的商来计算洛氏硬度它是用压头(金刚石圆锥或淬火钢球)在载荷(包括预载荷和主载荷)作用下,压入材料的塑性变形浓度来表示的通常压入材料的深度越大,材料越软;压入的浓度越小,材料越硬布氏硬度试验操作较繁琐,对不同的材料需要更换压头直径D和载荷E压痕直径需要测量因压痕直径较大,一般不宜在成品件上直接进行检验
4.说明KI与KIC的区别分析影响断裂韧性KIC的因素工答KI是描述尖端应力场大小的力学参量,它与裂纹类型、物体的形状、大小以及外加应力等参数有关,与材料无关;而KIC是评定材料阻止裂纹失稳扩展能力的力学指标,它与裂纹本身的大小、形状无关,也和外加应力无关,是材料本身特性影响裂韧性KIC的因素有材料的成分、热处理及加工工艺等
5.典型疲劳端口的宏观特征是什么?如何从疲劳端口来判断疲劳源和裂纹扩展方向?答宏观特征是端口较光滑并分布有贝纹线(或海滩花样),又是还有裂纹扩展台阶贝纹线凹侧指向疲劳源,凸侧指向裂纹扩展方向
6.疲劳裂纹是如何形成和扩展的?根据疲劳裂纹形成和扩展的机理,分析延长机件疲劳寿命的途径答疲劳裂纹萌生的地方,多出现在机件表面,和缺口、裂纹、刀痕、蚀坑等缺陷相连若材料内部存在严重冶金缺陷(夹杂、缩孔、偏析、白点等),也会因为局部材料强度降低而在机件内部引发出疲劳源疲劳裂纹产生后,在交变应力的作用下继续扩展长大,形成裂纹扩展区
7.试述粘着磨损产生的条件、机理及防治措施答机理当工件表面某些接触点局部压力超过该处材料屈服强度发生粘合,随后又撕裂而产生的一种表面损伤条件摩擦副相对速度小、接触面氧化膜破坏、润滑条件差、接触应力大等防治措施选择互溶性小、粘着倾向小的材料,减小表面粗糙度,改善润滑条件等
8.什么叫蠕变?反映材料蠕变性能的指标有哪些?各表示什么意义?答金属在高温和低于屈服强度的应力作用下,材料塑性变形量随时间延续而增加的现象金属在高温和低于屈服强度的应力作用下,材料塑性变形量随时间延续而增加的现象指标
1、蠕变极限(产生规定蠕变的最大应力)、持久强度(一定温度和规定时间内不发生蠕变的最大应力)、松弛稳定性(材料抵抗应力松弛的能力)第四章二元合金相图
1.指出下列名词的主要区别1)共晶反应与共析反应答共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应;共析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应;间隙固溶体溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体,即间隙固溶体2)相组成物与组织组成物;答相组成物合金的基本组成相组织组成物合金显微组织中的独立组成部分
2.试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.答固溶强化溶质原子溶入后,要引起溶剂金属的晶格产生畸变,进而位错运动时受到阻力增大弥散强化金属化合物本身有很高的硬度,因此合金中以固溶体为基体再有适量的金属间化合物均匀细小弥散分布时,会提高合金的强度、硬度及耐磨性这种用金属间化合物来强化合金的方式为弥散强化加工强化通过产生塑性变形来增大位错密度,从而增大位错运动阻力,引起塑性变形抗力的增加,提高合金的强度和硬度区别固溶强化和弥散强化都是利用合金的组成相来强化合金,固溶强化是通过产生晶格畸变,使位错运动阻力增大来强化合金;弥散强化是利用金属化合物本身的高强度和硬度来强化合金;而加工强化是通过力的作用产生塑性变形,增大位错密度以增大位错运动阻力来强化合金;三者相比,通过固溶强化得到的强度、硬度最低,但塑性、韧性最好,加工强化得到的强度、硬度最高,但塑韧性最差,弥散强化介于两者之间
3.有形状、尺寸相同的两个Cu-Ni合金铸件,一个含90%Ni,另一个含50%Ni,铸后自然冷却,问哪个铸件的偏析较严重?答含50%Ni的Cu-Ni合金铸件偏析较严重在实际冷却过程中,由于冷速较快,使得先结晶部分含高熔点组元多,后结晶部分含低熔点组元多,因为含50%Ni的Cu-Ni合金铸件固相线与液相线范围比含90%Ni铸件宽,因此它所造成的化学成分不均匀现象要比含90%Ni的Cu-Ni合金铸件严重
4.依据Pb-Sn相图(见教材图4-5),说明含30%Sn的Pb-Sn合金在下列温度时组织中有哪些相,并求出相的相对量
(1)高于300℃;
(2)刚冷至183℃,共晶转变尚未开始;
(3)在183C,共晶转变完毕;
(4)冷至室温
5.己知A(熔点600℃)与B(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现要求1)作出A-B合金相图;2)分析20%A,45%A,80%A等合金的结晶过程,并确定室温下的组织组成物和相组成物的相对量答
(1)220%A合金如图
①:合金在1点以上全部为液相,当冷至1点时,开始从液相中析出a固溶体,至2点结束,2〜3点之间合金全部由a固溶体所组成,但当合金冷到3点以下,由于固溶体a的浓度超过了它的溶解度限度,于是从固溶体a中析出二次相A,因此最终显微组织a+An相组成物a+A A=90-80/90*100妒11%a=l-A%=89%45%A合金如图
②合金在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出a固溶体,此时液相线成分沿线BE变化,固相线成分沿BD线变化,当冷至2点时,液相线成分到达E点,发生共晶反应,形成A+a共晶体,合金自2点冷至室温过程中,自中析出二次相An,因而合金
②室温组织A II+a+A+a相组成物:A+a组织An=70-55/70*100%=21%a=l-An=79%A+a=70-55/70-40*100%=50%相A=90-55/90*100%=50%a=l-A%=50%80%A合金如图
③合金在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出A,此时液相线成分沿AE线变化,冷至2点时,液相线成分到达点,发生共晶反应,形成A+a共晶体,因而合金
③的室温组织A+A+a相组成物A+a组织A二40-20/40*100%=50%A+a=l-A%=50%相A=90-20/90*100%=78%a=l-A%=22%
6.某合金相图如图所示1试标注
①一
④空白区域中存在相的名称;2指出此相图包括哪几种转变类型;3说明合金I的平衡结晶过程及室温下的显微组织答⑴
①L+Y
②Y+P
③B+a+8@P+an2匀晶转变;共析转变
(3)合金
①在1点以上全部为液相,冷至1点时开始从液相中析出Y固溶体至2点结束,2〜3点之间合金全部由丫固溶体所组成,3点以下,开始从丫固溶体中析出a固溶体,冷至4点时合金全部由a固溶体所组成,4〜5之间全部由a固溶体所组成,冷到5点以下,由于a固溶体的浓度超过了它的溶解度限度,从a中析出第二相B固溶体,最终得到室稳下的显微组织a+Pn第五章铁碳合金
1.何谓铁素体(F),奥氏体(A),渗碳体(FesC),珠光体(P),莱氏体(Ld)它们的结构、组织形态、性能等各有何特点?答:铁素体(F)铁素体是碳在a-压中形成的间隙固溶体,为体心立方晶格由于碳在二-掇中的溶解度、很小,它的性能与纯铁相近塑性、韧性好,强度、硬度低它在钢中一般呈块状或片状奥氏体(A)奥氏体是碳在/一产,中形成的间隙固溶体,面心立方晶格因其晶格间隙尺寸较大,故碳在/一/e中的溶解度较大有很好的塑性渗碳体(FaC)铁和碳相互作用形成的具有复杂晶格的间隙化合物渗碳体具有很高的硬度,但塑性很差,延伸率接近于零在钢中以片状存在或网络状存在于晶界在莱氏体中为连续的基体,有时呈鱼骨状珠光体(P)由铁素体和渗碳体组成的机械混合物铁素体和渗碳体呈层片状珠光体有较高的强度和硬度,但塑性较差莱氏体(Ld)由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物在莱氏体中,渗碳体是连续分布的相,奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体基体上由于渗碳体很脆,所以莱氏体是塑性很差的组织
2.画出Fe-Fe3c相图,指出图中S、C、E、P、N、G及GS、SE、PQ、PSK各点、线的意义,并标出各相区的相组成物和组织组成物答C共晶点1148℃
4.30%C,在这一点上发生共晶转变,反应式LCOAE+尸色,当冷到1148℃时具有C点成分的液体中同时结晶出具有E点成分的奥氏体和渗碳体的两相混合物一一莱氏体(加).(4+厂6)E碳在/一/e中的最大溶解度点1148c
2.11%C G二一尸eo7-尸e同素异构转变点(A3)912℃0%C II碳在5-瓶中的最大溶解度为1495c
0.09%C J包晶转变点1495℃
0.17%C在这一点上发生包晶转变,反应式LB+8H=4当冷却到1495c时具有B点成分的液相与具有H点成分的固相3反应生成具有J点成分的固相Ao N/一尸co5-尸e同素异构转变点(A4)1394℃0%C P碳在二-瓦中的最大溶解度点
0.0218%C727℃S共析点727℃
0.77%C在这一点上发生共析转变,反应式A=々+在,当冷却到727℃时从具有S点成分的奥氏体中同时析出具有P点成分的铁素体和渗碳体的两相混合物一一珠光体P(Fp+Fe3c)ES线碳在奥氏体中的溶解度曲线,又称Acm温度线,随温度的降低,碳在奥化体中的溶解度减少,多余的碳以/色C形式析出,所以具有
0.77%〜
2.11%C的钢冷却到Acm线与PSK线之间时的组织A+Fe3Gl,从A中析出的Fe3c称为二次渗碳体GS线不同含碳量的奥氏体冷却时析出铁素体的开始线称A3线,GP线则是铁素体析出的终了线,所以GSP区的显微组织是F+Ao PQ线碳在铁素体中的溶解度曲线,随温度的降低,碳在铁素体中的溶解减少,多余的碳以/弓形式析出,从尸中析出的尸令称为三次渗碳体产GGII,由于铁素体含碳很少,析出的/%Gn很少,一般忽略,认为从727℃冷却到室温的显微组织不变PSK线共析转变线,在这条线上发生共析转变As O弓+FqC,产物(P)珠光体,含碳量在
0.02〜
6.69国的铁碳合金冷却到727c时都有共析转变发生
3.分析含碳量分别为
0.20与、
0.60%、
0.80%、
1.0%的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织.答
0.80%C:在1〜2点间合金按匀晶转变结晶出A,在2点结晶结束,全部转变为奥氏体冷到3点时(727C),在恒温下发生共析转变,转变结束时全部为珠光体P,珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体,当温度继续下降时,珠光体中铁素体溶碳量减少,其成分沿固溶度线PQ变化,析出三次渗碳体bgGii,它常与共析渗碳体长在一起,彼此分不出,且数量少,可忽略室温时组织Po
0.60%C合金在1〜2点间按匀晶转变结晶出A,在2点结晶结束,全部转变为奥氏体冷到3点时开始析出F,3-4点A成分沿GS线变化,铁素体成分沿GP线变化,当温度到4点时,奥氏体的成分达到S点成分(含碳
0.8%),便发生共析转变,形成珠光体,此时,原先析出的铁素体保持不变,称为先共析铁素体,其成分为
0.02%C,所以共析转变结束后,合金的组织为先共析铁素体和珠光体,当温度继续下降时,铁素体的溶碳量沿PQ线变化,析出三次渗碳体,同样/e3Gli量很少,可忽略所以含碳
0.40%的亚共析钢的室温组织为F+P
1.0%C合金在1〜2点间按匀晶转变结晶出奥氏体,2点结晶结束,合金为单相奥氏体,冷却到3点,开始从奥氏体中析出二次渗碳体/GGI沿奥氏体的晶界析出,呈网状分布,3-4间尸4cli不断析出,奥氏体成分沿ES线变化,当温度到达4点(727时,其含碳量降为
0.77%,在恒温下发生共析转变,形成珠光体,此时先析出的歹6„保持不变,称为先共析渗碳体,所以共析转变结束时的组织为先共析二次渗碳体和珠光体,忽略Cm o室温组织为二次渗碳体和珠光体
4.根据Fe-FeaC相图,计算:1)室温下,含碳
0.6%的钢中珠光体和铁素体各占多少;多晶体由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体二过冷度实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度自发形核在一定条件下,从液态金属中直接产生,原子呈规则排列的结晶核心非自发形核是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核变质处理在液态金属结晶前,特意加入某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增力口,从而提高了形核率,细化晶粒,这种处理方法即为变质处理变质剂在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂合金通过熔炼,烧结或其它方法,将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质,称为合金组元组成合金的最基本的、独立的物质称为组元相在金属或合金中,凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分,均称之为相相图用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图固溶体合金的组元之间以不同的比例混合,混合后形成的固相的晶格结构与组成合金的某一组元的相同,这种相称为固溶体金属间化合物合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相,称为金属间化合物它的晶体结构不同于任一组元,用分子式来表示其组成固溶强化通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象弥散强化合金中以固溶体为主再有适量的金属间化合物弥散分布,会提高合金的强度、硬度及耐磨性,这种强化方式为弥散强化置换固溶体溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体2室温下,含碳
1.2%的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少;3铁碳合金中,二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量答:1W,FO.6-
0.02/
0.8-
0.02*100%=74%Wa=l-74%=26%2WP=
2.14-
1.2/
2.14-
0.8*100%=70%%3c li=1-70%=30%3除3cl产⑵14-
0.8/
6.69-
0.8*100「23%W Fe3ciii=
0.02/
6.69*100%=33%
5.某工厂仓库积压了许多碳钢退火状态,由于钢材混杂,不知道钢的化学成分,现找出其中一根,经金相分析后,发现其组织为珠光体+铁素体,其中铁素体占80%,问此钢材的含碳量大约是多少?答由于组织为珠光体+铁素体,说明此钢为亚共析钢WI=80%=
0.8-Wc/
0.8-
0.02*100%Wc=
0.18%
6.对某退火碳素钢进行金相分析,其组织为珠光体+渗碳体网状,其中珠光体占93%,问此碳钢的含碳量大约为多少?答W„=93%=
2.14-W/⑵14-
0.8*100%=70%Wc=
0.89%
7.一块低碳钢,一块白口铁,它们形状大小一样,请说出有哪些简便方法把他们区分开来?答
1、撞击,听声音,声音脆亮的是白口铸铁;
2、两块材料平放,取一钢珠,从同一高度自由落下,看回弹高度,回弹高的为白口铸铁;回弹低的为低碳钢;
3、最简单的办法就是用钢铿,挫一挫,白口铸铁由于碳以化合物形式大量存在,比较硬,挫不动,打滑,低碳钢碳化物少,比较软,一挫就掉末
8.根据Fe-FesC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
0.5%的钢硬度高;答钢中随着含碳量的增加,渗碳体的含量增加,渗碳体是硬脆相,因此含碳量为
1.0%的钢比含碳量为
0.5%的钢硬度高2在室温下,含碳
0.8%的钢其强度比含碳
1.2%的钢高;答因为在钢中当含碳量超过
1.0与时,所析出的二次渗碳体在晶界形成连续的网络状,使钢的脆性增加,导致强度下降因此含碳
0.8%的钢其强度比含碳
1.2%的钢高3)在1100℃,含碳
0.4%的钢能进行锻造,含碳
4.0%的生铁不能锻造;答在1100℃时、含碳
0.4%的钢的组织为奥氏体,奥氏体的塑性很好,因此适合于锻造;含碳
4.0%的生铁的组织中含有大量的渗碳体,渗碳体的硬度很高,不适合于锻造4)绑轧物件一般用铁丝(镀锌低碳钢丝),而起重机吊重物却用钢丝绳(用
60、
65、
70、75等钢制成);答绑轧物件的性能要求有很好的韧性,因此选用低碳钢有很好的塑韧性,镀锌低碳钢丝;而起重机吊重物用钢丝绳除要求有一定的强度,还要有很高的弹性极限,而
60、
65、
70、75钢有高的强度和高的弹性极限这样在吊重物时不会断裂5)钳工锯T8,T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力,锯条容易磨钝;答T8,T10,T12属于碳素工具钢,含碳量为
0.8%,
1.0%,
1.2%,因而钢中渗碳体含量高,钢的硬度较高;而10,20钢为优质碳素结构钢,属于低碳钢,钢的硬度较低,因此钳工锯T8,T10,T12等钢料时比锯10,20钢费力,锯条容易磨钝6)钢适宜于通过压力加工成形,而铸铁适宜于通过铸造成形答因为钢的含碳量范围在
0.02%〜
2.14%之间,渗碳体含量较少,铁素体含量较多,而铁素体有较好的塑韧性,因而钢适宜于压力加工;而铸铁组织中含有大量以渗碳体为基体的莱氏体,渗碳体是硬脆相,因而铸铁适宜于通过铸造成形
9.从流动性、收缩性、和偏析倾向考虑,哪种成分的铁碳合金铸造性能最好?试分析碳含量为
0.45%的碳钢铸造性能如何答靠近共晶成分的铁碳合金
10.”高碳钢的质量比低碳钢好”这句话对吗?碳钢的质量好坏主要按什么标准确定?为什么?答按质量分类即含有杂质元素s、P的多少分类普通碳素钢SW
0.055%PW
0.045%优质碳素钢S、PW
0.035~
0.040%高级优质碳素钢SW
0.02~
0.03%;PW
0.03-
0.035%
11.说明下列材料的牌号的含义:Q235A.Q
275.
20.45Mn.T8A.ZG200-400答Q235-A普通碳素结构钢,屈服强度为235MPa的A级钢Q275普通碳素结构钢,屈服强度为235MPa020含碳量为
0.2%的优质碳素结构钢45Mn含碳量
0.45,Mn铺含量较高
0.7~1T8A含碳量为
0.8%的高级优质碳素工具钢ZG200-400屈服强度200和抗拉强度400的铸造碳钢第六章钢的热处理
1.解释下列名词1)奥氏体的起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度;答
(1)起始晶粒度是指在临界温度以上,奥氏体形成刚刚完成,其晶粒边界刚刚接触时的晶粒大小
(2)实际晶粒度是指在某一具体的热处理加热条件下所得到的晶粒尺寸
(3)本质晶粒度根据标准试验方法,在930±10℃保温足够时间(3-8小时)后测定的钢中晶粒的大小2)珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体;答珠光体铁素体和渗碳体的机械混合物索氏体在650〜600℃温度范围内形成层片较细的珠光体屈氏体在600〜550℃温度范围内形成片层极细的珠光体贝氏体过饱和的铁素体和渗碳体组成的混合物马氏体碳在a-Fe中的过饱和固溶体3)奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体;答奥氏体碳在/一/,中形成的间隙固溶体.过冷奥氏体处于临界点以下的不稳定的将要发生分解的奥氏体称为过冷奥氏体残余奥氏体M转变结束后剩余的奥氏体4)退火、正火、淬火、回火、冷处理、时效处理(尺寸稳定处理);答退火将工件加热到临界点以上或在临界点以下某一温度保温一定时间后,以十分缓慢的冷却速度(炉冷、坑冷、灰冷)进行冷却的一种操作正火将工件加热到儿3或1以上30〜80℃,保温后从炉中取出在空气中冷却淬火将钢件加热到Ac或Ac1以上30〜50C,保温一定时间,然后快速冷却(一般为油冷或水冷),从而得马氏体的一种操作回火将淬火钢重新加热到4点以下的某一温度,保温一定时间后,冷却到室温的一种操作冷处理把冷到室温的淬火钢继续放到深冷剂中冷却,以减少残余奥氏体的操作时效处理为使二次淬火层的组织稳定,在110150℃经过
6、36小时的人工时效处理,以使组织稳定5)淬火临界冷却速度(V)淬透性,淬硬性;答淬火临界冷却速度(Vk)淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度淬透性钢在淬火后获得淬硬层深度大小的能力淬硬性钢在淬火后获得马氏体的最高硬度6)再结晶、重结晶;答再结晶金属材料加热到较高的温度时,原子具有较大的活动能力,使晶粒的外形开始变化从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒和变形前的晶粒形状相似,晶格类型相同,把这一阶段称为“再结晶”重结晶由于温度变化,引起晶体重新形核、长大,发生晶体结构的改变,称为重结晶7)调质处理、变质处理答调质处理淬火后的高温回火变质处理在液态金属结晶前,特意加入某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增加,从而提高了形核率,细化晶粒
2.何谓本质细晶粒钢?本质细晶粒钢的奥氏体晶粒是否一定比本质粗晶粒钢的细?答
(1)本质细晶粒钢加热到临界点以上直到930℃,随温度升高,晶粒长大速度很缓慢,称本质细晶粒钢
(2)不一定本质晶粒度只代表钢在加热时奥氏体晶粒长大倾向的大小本质粗晶粒钢在较低加热温度下可获得细晶粒,而本质细晶粒钢若在较高温度下加热也会得到粗晶粒
3.说明共析钢C曲线各个区,各条线的物理意义,并指出影响C曲线形状和位置的主要因素答过冷奥氏体等温转变曲线说明1)由过冷奥氏体开始转变点连接起来的曲线称为转变开始线;由转变终了点连接起来的曲线称为转变终了线A।线以右转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区;A1线以下,转变终了线以右和Ms点以上的区域为转变产物区;在转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体和转变产物共存区2过冷奥氏体在各个温度等温转变时,都要经过一段孕育期它以转变开始线与纵坐标之间的水平距离来表示对共析碳钢来说,转变开始线在550℃出现拐弯,该处被称为C曲线的鼻尖,它所对应的温度称为鼻温3共析碳钢的过冷奥氏体在三个不同温度区间,可发生三种不同的转变:在C曲线鼻尖以上部分,即AI~55C之间过冷奥氏体发生珠光体转变,转变产物是珠光体,故又称珠光体转变;在C曲线鼻尖以下部分,即55℃〜Ms之间,过冷奥氏体发生贝氏体转变,转变产物是贝氏体,故又称贝氏体转变;在Ms点:以下,过冷奥氏体发生马氏体转变,转变产物是马氏体,故又称马氏体转变亚共析和过共析钢的等温转变C曲线,与共析钢的不同是,亚共析钢的C曲线上多一条代表析出铁素体的线过共析钢的C曲线上多一条代表二次渗碳体的析出线影响C曲线形状和位置的主要因素有凡是提高奥氏体稳定性的因素,都使孕育期延长,转变减慢,因而使C曲线右移■反之,使C曲线左移碳钢c曲线的位置与钢的含碳量有关,在亚共析钢中,随着含碳量的增加,钢的C曲线位置右移在过共析钢中,随着含碳量的增加,c曲线乂向左移除此之外,钢的奥氏体化温度愈高,保温时间愈长,奥氏体晶粒愈粗大,则C曲线的位置愈右移
4.试比较共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与连续转变曲线的异同点答首先连续冷却转变曲线与等温转变曲线临界冷却速度不同其次连续冷却转变曲线位于等温转变曲线的右下侧,且没有C曲线的下部分,即共析钢在连续冷却转变时,得不到贝氏体组织这是因为共析钢贝氏体转变的孕育期很长,当过冷奥氏体连续冷却通过贝氏体转变区内尚未发生转变时就已过冷到此点而发生马氏体转变,所以不出现贝氏体转变
5.淬火临界冷却速度Vk的大小受哪些因素影响?它与钢的淬透性有何关系?答1化学成分的影响亚共析钢中随着含碳量的增加,C曲线右移,过冷奥氏体稳定性增加,则Vk减小,过共析钢中随着含碳量的增力口,C曲线左移,过冷奥氏体稳定性减小,则Vk增大;合金元素中,除Co和A
12.5%以外的所有合金元素,都增大过冷奥氏体稳定性,使C曲线右移,则Vk减小2一定尺寸的工件在某介质中淬火,其淬透层的深度与工件截面各点的冷却速度有关如果工件截面中心的冷速高于Vk,工件就会淬透然而工件淬火时表面冷速最大,心部冷速最小,由表面至心部冷速逐渐降低只有冷速大于Vk的工件外层部分才能得到马氏体因此,国越小,钢的淬透层越深,淬透性越好
6.将两mm的T8钢加热至760℃并保温足够时间,问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织珠光体,索氏体,屈氏体,上贝氏体,下贝氏体,屈氏体+马氏体,马氏体+少量残余奥氏体;在C曲线上描出工艺曲线示意图答1珠光体冷却至线“550C范围内等温停留一段时间,再冷却下来得到珠光体组织索氏体冷却至650〜600C温度范围内等温停留一段时间,再冷却下来得到索光体组织屈氏体冷却至600〜550℃温度范围内等温停留一段时间,再冷却下来得到屈氏体组织上贝氏体冷却至600〜350℃温度范围内等温停留一段时间,再冷却下来得到上贝氏体组织下贝氏体冷却至350℃〜Ms温度范围内等温停留一段时间,再冷却下来得到下贝氏体组织屈氏体+马氏体以大于获得马氏体组织的最小冷却速度并小于获得珠光体组织的最大冷却速度连续冷却,获得屈氏体+马氏体马氏体+少量残余奥氏体以大于获得马氏体组织的最小冷却速度冷却获得马氏体+少量残余奥氏体
7.确定下列钢件的退火方法,并指出退火目的及退火后的组织1经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度;答再结晶退火目的使变形晶粒重新转变为等轴晶粒,以消除加工硬化现象,降低了硬度,消除内应力细化晶粒,均匀组织,消除内应力,降低硬度以消除加工硬化现象组织等轴晶的大量铁素体和少量珠光体2ZG35的铸造齿轮答完全退火经铸造后的齿轮存在晶粒粗大并不均匀现象,且存在残余内应力因此退火目的细化晶粒,均匀组织,消除内应力,降低硬度,改善切削加工性组织晶粒均匀细小的铁素体和珠光体3)锻造过热后的60钢锻坯;答完全退火由于锻造过热后组织晶粒剧烈粗化并分布不均匀,且存在残余内应力因此退火目的细化晶粒,均匀组织,消除内应力,降低硬度,改善切削加工性组织晶粒均匀细小的少量铁素体和大量珠光体4)具有片状渗碳体的T12钢坯;答球化退火由于T12钢坯里的渗碳体呈片状,因此不仅硬度高,难以切削加工,而且增大钢的脆性,容易产生淬火变形及开裂通过球化退火,使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体,以降低硬度,均匀组织、改善切削加工性组织粒状珠光体和球状渗碳体
8.说明45钢试样(
①10mm)经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织700℃,760℃,840℃,1100℃o答700℃因为它没有达到相变温度,因此没有发生相变,组织为铁素体和珠光体760℃它的加热温度在Aci〜Acs之间,因此组织为铁素体、马氏体和少量残余奥氏体840℃它的加热温度在AC3以上,加热时全部转变为奥氏体,冷却后的组织为马氏体和少量残余奥氏体1100℃因它的加热温度过高,加热时奥氏体晶粒粗化,淬火后得到粗片状马氏体和少量残余奥氏体
9.有两个含碳量为
1.2%的碳钢薄试样,分别加热到780C和860℃并保温相同时间,使之达到平衡状态,然后以大于L的冷却速度至室温试问
(1)哪个温度加热淬火后马氏体晶粒较粗大?答;因为860℃加热温度高,加热时形成的奥氏体晶粒粗大,冷却后得到的马氏体晶粒较粗大2哪个温度加热淬火后马氏体含碳量较多?答;因为加热温度860℃已经超过了A-,此时碳化物全部溶于奥氏体中,奥氏体中含碳量增加,而奥氏体向马氏体转变是非扩散型转变,所以冷却后马氏体含碳量较多3哪个温度加热淬火后残余奥氏体较多?答因为加热温度860℃已经超过了Ag,此时碳化物全部溶于奥氏体中,使奥氏体中含碳量增加,降低钢的Ms和M点,淬火后残余奥氏体增多4哪个温度加热淬火后未溶碳化物较少?答因为加热温度860C己经超过了A“m,此时碳化物全部溶于奥氏体中,因此加热淬火后未溶碳化物较少5你认为哪个温度加热淬火后合适?为什么?答780c加热淬火后合适因为含碳量为
1.2%的碳钢属于过共析钢,过共析碳钢淬火加热温度Aci+30〜50℃,而780℃在这个温度范围内,这时淬火后的组织为均匀而细小的马氏体和颗粒状渗碳体及残余奥氏体的混合组织,使钢具有高的强度、硬度和耐磨性,而且也具有较好的韧性
10.淬透性与淬硬层深度两者有何联系和区别?影响钢淬透性的因素有哪些?影响钢制零件淬硬层深度的因素有哪些?答淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层的能力不同的钢在同样的条件下淬硬层深不同,说明不同的钢淬透性不同,淬硬层较深的钢淬透性较好淬硬性是指钢以大于临界冷却速度冷却时,获得的马氏体组织所能达到的最高硬度钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量,即取决于淬火前奥氏体的含碳量影响淬透性的因素
①化学成分间隙固溶体若干溶质质点嵌入固相溶剂质点的间隙中而构成的固溶体
2.常见的金属晶体结构有哪几种?a-Fe、y-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg.Zn各属何种晶体结构?答常见金属晶体结构体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格;Q-Fe、Cr V属于体心立方晶格;Y-Fe、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方品格;Mg、Zn属于密排六方晶格;
3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题?答用来说明晶体中原子排列的紧密程度晶体中配位数和致密度越大,则晶体中原子排列越紧密
4.晶面指数和晶向指数有什么不同?答晶向是指晶格中各种原子列的位向,用晶向指数来表示,形式为[〃1对;晶面是指晶格中不同方位上的原子面,用晶面指数来表示,形式为hkl.
5.为何单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示出各向异性?答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
6.实际金属中存在哪几种缺陷,它们对金属的力学性能有何影响?答实际晶体中的点缺陷,线缺陷和面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,金属的强度乂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C曲线距纵坐标愈远,淬火的临界冷却速度愈小,则钢的淬透性愈好对于碳钢,钢中含碳量愈接近共析成分,其c曲线愈靠右,临界冷却速度愈小,则淬透性愈好,即亚共析钢的淬透性随含碳量增加而增大,过共析钢的淬透性随含碳量增加而减小除C和A
102.5%)以外的大多数合金元素都使C曲线右移,使钢的淬透性增加,因此合金钢的淬透性比碳钢好
②奥氏体化温度温度愈高,晶粒愈粗,未溶第二相愈少,淬透性愈好
11.化学热处理包括哪几个基本过程?常用的化学热处理方法有哪儿种?答化学热处理是把钢制工件放置于某种介质中,通过加热和保温,使化学介质中某些元素渗入到工件表层,从而改变表层的化学成分,使心部与表层具有不同的组织与机械性能化学热处理的过程1分解化学介质要首先分解出具有活性的原子;2吸收工件表面吸收活性原子而形成固溶体或化合物;3扩散被工件吸收的活性原子,从表面想内扩散形成一定厚度的扩散层常用的化学热处理方法有渗碳、氮化、碳氮共渗、氮碳共渗
12.选择下列零件的热处理方法,并编写简明的工艺路线(各零件均选用锻造毛坯,并且钢材具有足够的淬透性)
(1)某机床变速箱齿轮(模数m=4),要求齿面耐磨,心部强度和韧性要求不高,材料选用45钢;
(2)某机床主轴,要求有良好的综合机械性能,轴径部分要求耐磨(HRC50-55),材料选用45钢;
(3)镶床镶杆,在重载荷下工作,精度要求极高,并在滑动轴承中运转,要求馍杆表面有极高的硬度,心部有较高的综合机械性能,材料选用38CrMoALAo答
(1)下料一锻造一正火一粗加工一精加工一局部表面淬火+低温回火一精磨一成品
(2)下料一锻造一正火一粗加工一调质-精加工一局部表面淬火+低温回火一精磨f成品
(3)下料一锻造一退火一粗加工一调质一精加工一氮化一研磨一成品
13.某型号柴油机的凸轮轴,要求凸轮表面有高的硬度(IIRO50),而心部具有良好的韧性(Ak40J),原采用45钢调质处理再在凸轮表面进行高频淬火,最后低温回火,现因工厂库存的45钢已用完,只剩15钢,拟用15钢代替试说明
(1)原45钢各热处理工序的作用;
(2)改用15钢后,应按原热处理工序进行能否满足性能要求?为什么?
(3)改用15钢后,为达到所要求的性能,在心部强度足够的前提下采用何种热处理工艺?答
(1)正火处理可细化组织,调整硬度,改善切削加工性;调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度;局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性
(2)不能改用15钢后按原热处理工序会造成心部较软,表面硬,会造成表面脱落
(3)渗碳第七章铸铁
1.铸铁分为哪几类?其最基本的区别是什么?分分类类说明方名这种铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式存在,其断口呈暗灰色,有一定的力学性能和良好的被切削性能,普遍应用于工业中按白白口铸铁是组织中完全没有或几乎完全没有石墨的一种断口铁碳合金,其断口呈白亮色,硬而脆,不能进行切削加工,口铸很少在工业上直接用来制作机械零件由于其具有很高的颜铁表面硬度和耐磨性,又称激冷铸铁或冷硬铸铁色麻口麻口铸铁是介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁,其断铸口呈灰白相间的麻点状,性能不好,极少应用铁普通是指不含任何合金元素的铸铁,如灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等按铸化铁合学是在普通铸铁内加入一些合金元素,用以提高某些特殊性金能而配制的一种高级铸铁如各种耐蚀、耐热、耐磨的特铸成殊性能铸铁铁分按普生通这种铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式产灰存在,其断口呈暗灰色,有一定的力学性能和良好的被切方铸削性能,普遍应用于工业中法铁和孕这是在灰铸铁基础上,采用“变质处理”而成,又称变质铸组育铁其强度、塑性和韧性均比一般灰铸铁好得多,组织也织铸较均匀主要用于制造力学性能要求较高,而截面尺寸变性铁化较大的大型铸件叱可可锻铸铁是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火而成,比灰铸铁分锻具有较高的韧性,又称韧性铸铁它并不可以锻造,常用来制造承铸受冲击载荷的铸件铁球简称球铁它是通过在浇铸前往铁液中加入一定量的球化墨剂和墨化剂,以促进呈球状石墨结晶而获得的它和钢相铸比,除塑性、韧性稍低外,其他性能均接近,是兼有钢和铁铸铁优点的优良材料,在机械工程上应用广泛
2.白口铸铁、灰口铸铁和钢,这三者的成分、组织和性能有何主要区别?答碳钢是指含碳量
0.02%〜
2.14%的铁碳合金,铸铁是指大于
2.14%的铁碳合金与钢相比,铸铁中含碳及含硅量较高比碳钢含有较多硫、磷等杂质元素钢的组织为铁素体+珠光体、珠光体、珠光体十二次渗碳体;钢的组织为珠光体十二次渗碳体+莱氏体、莱氏体、一次渗碳体+莱氏体钢中低碳钢塑性韧性较好、强度和硬度较低,良好的焊接性能和冷成型性能;中碳钢有优良的综合机械性能;高碳钢塑性韧性较低,但强度和硬度较高、耐磨性较好以上钢均可进行锻造和轧制,并可经过热处理改变其组织,进而极大的提高其性能白口铸铁组织中存在着共晶莱氏体,性能硬而脆,很难切削加工,但其耐磨性好,铸造性能优良灰铸铁组织中碳全部或大部分以片状石墨形式存在,断口呈暗灰色其铸造性能、切削加工性、减摩性、消震性能良好,缺口敏感性较低
3.化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响?答(化学成分1)碳和硅碳和硅是强烈促进石墨化元素,铸铁中碳和硅的含量越高,就越容易充分进行石墨化由于共晶成分的铸铁具有最佳的铸造性能因此,将灰铸铁的碳当量均配制到4%左右2)镐镭是阻止石墨化的元素,但钵与硫化合成硫化镭,减弱了硫的有害作用,结果又间接促进石墨化的作用故铸铁中有适量的镒是必要的3)硫硫是强烈阻碍石墨化的元素,它不仅强烈地促使白口化,而且还会降低铸铁的流动性和力学性能,所以硫是有害元素,必须严格控制其含量
(2)冷却速度生产实践证明,在同一成分的铸铁件中,其表面和薄壁部分易出现白口组织,而内部和厚壁处则容易进行石墨化由此可见,冷却速度对石墨化的影响很大冷却速度越慢,原子扩散时间充分,也就越有利于石墨化的进行冷却速度主要决定于浇注温度、铸件壁厚和铸型材料4)磷磷是弱促进石墨化的元素,同时能提高铁液的流动性,但磷的含量过高会增加铸铁的脆性,使铸铁在冷却过程中易开裂,、所以也应严格控制其含量
4.试述石墨形态对铸铁性能的影响答灰铸铁中石墨呈片状,片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零,存在石墨地方就相当于存在孔洞、微裂纹,它不仅破坏了基体的连续性,减少了基体受力有效面积,而且在石墨片尖端处形成应为集中,使材料形成脆性断裂石墨片的数量越多,尺寸越粗大,分布越不均匀,铸铁的抗拉强度和塑性就越低由于灰铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性主要取决于基体,石墨存在对其影响不大故灰铸铁的抗压强度一般是抗拉强度的3-4倍球墨铸铁中石墨呈球状,所以对金属基体的割裂作用较小,使得基体比较连续,在拉伸时引起应力集中的现象明显下降,从而使基体强度利用率从灰铸铁的30%〜50%提高到70%〜90%,这就使球墨铸铁的抗拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁,而且可以与相应组织的铸钢相比可锻铸铁中石墨呈团絮状与灰铸铁相比对金属基体的割裂作用较小,可锻铸铁具有较高的力学性能,尤其是塑性与韧性有明显的提高第八章有色金属及其合金
1.解释下列名词1)固溶处理,时效强化2)纯铜,黄铜,青铜答固溶处理指将合金加热到高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺时效强化合金元素经固溶处理后,获得过饱和固溶体在随后的室温放置或低温加热保温时,第二相从过饱和固溶体中析出,引起强度,硬度以及物理和化学性能的显著变化,这一过程被称为时效强化纯铜就是含铜量最高的铜,含量为
99.7〜
99.95%;黄铜黄铜是由铜和锌所组成的合金如果只是由铜、锌组成的黄铜就叫作普通黄铜青铜青铜原指铜锡合金,后除黄铜、白铜以外的铜合金均称青铜
2.不同铝合金可通过哪些途径达到强化目的?答铸造铝硅合金可通过变质处理达到强化的目的能热处理强化的变形铝合金可利用时效强化(固溶处理后时效处理)达到强化目的
3.何谓硅铝明?它属于哪一类铝合金?为什么硅铝明具有良好的铸造性能?在变质处理前后其组织及性能有何变化?这类铝合金主要用在何处?答铝硅铸造合金又称为硅铝明,由于含硅量为17%附近的硅铝明为共晶成分合金,具有优良的铸造性能在铸造缓冷后,其组织主要是共晶体(a十Si),其中硅晶体是硬化相,并呈粗大针状,会严重降低合金的力学性能,为了改善铝硅合金性能,可在浇注前往液体合金中加入含钠的变质剂,纳能促进硅形核,并阻碍其晶体氏犬,使硅晶体成为极细粒状均匀分布在铝基体上钠还能使相图中共晶点向右下方移动,使变质后形成亚共晶组织变质后铝合金的力学性能显著提高铸造铝硅合金一般用来制造质轻、耐蚀、形状复杂及有一定力学性能的铸件,如发动机缸体、手提电动或风动工具(手电钻)以及仪表外壳同时加入镁、铜的铝硅系合金(如ZL108),在变质处理后还可进行固溶处理+时效,使其具有较好耐热性和耐磨性,是制造内燃机活塞的材料
4.黄铜能否进行时效强化?一般采用何种强化方式?答(略)
5.锡青铜的主要特点是什么?答它耐蚀、耐磨,有较好的力学性能和工艺性能,并能很好地焊接和钎焊,冲击时不产生火花分为加工锡青铜和铸造锡青铜
6.钛合金分为哪几类?性能上有何特点?答分类钛合金,B钛合金,a+B钛合金性能强度高,热强度高,抗蚀性好,低温性能好,化学活性大,导热系数小、弹性模量小
7.金属结晶的基本规律是什么?工业生产中采用哪些措施细化晶粒?答
①金属结晶的基本规律是形核和核长大
②
1、增加过冷度
2、变质处理
3、振动处理第二章金属的塑性变形与再结晶
1.解释下列名词滑移、滑移面、滑移线、加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工、滑移、滑移面、形变织构、临界变形温度、超塑性答滑移滑移是指在切应力的作用下,晶体的一部分沿一定晶面和晶向,相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态滑移面又称滑移反映面glide reflectionplane,是将晶体结构的图形看成是晶格无限图形时的复合微观对称要素之一滑移线材料在屈服时,试样表面出现的线纹称为滑移线加工硬化随着塑性变形的增加,金属的强度、硬度迅速增加;塑性、韧性迅速下降的现象回复为了消除金属的加工硬化现象,将变形金属加热到某一温度,以使其组织和性能发生变化在加热温度较低时,原子的活动能力不大,这时金属的晶粒大小和形状没有明显的变化,只是在晶内发生点缺陷的消失以及位错的迁移等变化,因此,这时金属的强度、硬度和塑性等机械性能变化不大,而只是使内应力及电阻率等性能显著降低此阶段为回复阶段再结晶被加热到较高的温度时,原子也具有较大的活动能力,使晶粒的外形开始变化从破碎拉长的晶粒变成新的等轴晶粒和变形前的晶粒形状相似,晶格类型相同,把这一阶段称为“再结晶热加工将金属加热到再结晶温度以上一定温度进行压力加工冷加工在再结晶温度以下进行的压力加工形变织构金属经冷拔或者冷轧等加工变形时,不同位相的晶粒随着变形程度的增加,在进行滑移的同时其滑移系还发生转动当变形达到一定程度后,各晶粒的取向基本一致,此过程称为择优取向多晶体金属形变后具有择优取向的晶体结构,称为形变织构临界变形温度当变形度达到某一数值(一般金属均在2%-10%范围内)时,再结晶后的晶粒变得特别粗大通常把对应于得到特别粗大晶粒的变形度成为临界变形度超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下,呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象
2.指出下列名词的主要区别
(1)弹性变形与塑性变形弹性变形为可逆变形,其数值大小与外力成正比,其比例系数称为弹性模量,材料在弹性变形范围内,弹性模量为常数弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标,弹性模量愈大,材料愈不易变形,弹性模量是结构设计的重要参数塑性变形为不可逆变形
(2)韧性断裂与塑性断裂若断裂前发生了较明显的塑性变形,这样的断裂称为韧性断裂若断裂前未发生较明显的塑性变形,这样的断裂称为脆性断裂;韧性断裂是指断裂过程分几个阶段,并且每个阶段都有一定的表现特征,脆性断裂是指没有任何征兆及表现就突然断裂
(3)热加工与冷加工再结晶温度以上的加工过程为热加工,而在再结晶温度以下的加工过程为冷加工
(4)去应力退火与再结晶退火将工件加热至较低温度,保温一定时间后冷却,使工件发生回复,从而消除残余内应力的工艺称为去应力退火;而再结晶退火就是将经过冷变形加工的工件加热至再结晶温度以上,保温一定时间后冷却,使工件发生再结晶,从而消除加工硬化的工艺5重结晶、再结晶与二次结晶:重结晶就是将晶体溶于溶剂以后,又重新从溶液中结晶的过程,又称再结晶;而二次结晶是指结晶后期发生在初晶结构下不完善的部位,或是发生在初始结晶残留下的非晶区内的结晶现象
3.塑性变形的实质是什么?它对金属的组织与性能有何影响?答金属塑性变形的实质是晶粒内部、晶粒间产生滑移和晶粒发生转动在常温和低温下,单晶体的塑性变形主要是通过滑移、挛生等方式进行的它对金属的组织与性能的影响是内部晶体结构被破坏,产生大量位错宏观表现为产生很多微小的断裂纹韧性和硬度同时降低
4.多晶体塑性变形与单晶体塑性变形有何异同?答单晶体产生塑性变形,只与其晶体内部位错滑移有关;除非在微尺度下,塑性变形会转变为由位错形核主导;多晶体不仅需要考虑晶粒内部的位错滑移,还要考虑晶粒之间的变形协调,即要考虑晶间变形
5.为什么常温下晶粒越细小,不仅强度、硬度越高,而且塑性、韧性也好?答这是因为,晶粒愈细,单位体积内的晶粒数就愈多,变形时同样的变形量可分散到更多的晶粒中发生,以产生比较均匀的变形,这样因局部应力集中而引起材料开裂的几率较小,使材料在断裂前就有可能承受较大的塑性变形,得到较大的伸长率、断面收缩率和具有较高的冲击载荷抗力
6.用冷拔铜丝制作导线,冷拔后如何处理?
7.已知金属鸨、铁、铅、锡的熔点分别为3380℃、1538C、327C、232℃,试计算这些金属的最低再结晶温度,并分析鸨和铁在1100C下的加工、铅和锡在室温20C下的加工各为何种加工?答T再=
0.4T培;鸨T产[
0.4*3380+273卜273=
1188.2℃;铁T产[
0.4*1538+273]-273=
451.4℃;铅T再=[
0.4*327+273]-273=-33℃;锡T再=[
0.4*232+273]-273=-71℃.
8.为了获得细小的晶粒组织,应根据什么原则制定塑性变形及退火工艺?
9.一冷拉钢丝绳吊装一大型工件入炉并随工件一起加热到1000℃加热完毕当吊出工件时钢丝绳发生断裂分析其原因答冷拉钢丝绳在吊装某大型工件进行热处理时,加热严重,其温度大于钢的再结晶温度甚至更高,故在吊装工件出炉时,钢丝绳由于发生了再结晶退火甚至重结晶,组织由原索氏体变为F+P而且晶粒粗大甚至过热组织,导致冷拉钢丝绳强度下降,所以会突然发生断裂
10.说明产生下列现象的原因
(1)滑移面和滑移方向是原子排列密度最大的晶面和晶向;答这是因为在晶体的原子密度最大的晶面上,原子间结合力最强,而面与面之间的间距最大,即相互平行的密排晶面之间的原子结合力最弱,相对滑移的阻力最小,因而最容易滑移
(2)晶界处滑移阻力最大;答晶界上原子排列较乱,点阵畸变严重,杂质原子也容易在晶界偏聚,而且晶界两侧的晶粒取向不同,滑移方向和滑移面互不一致,因此,滑移要从一个晶粒滑移到下一个晶粒相当困难
(3)实际测得的晶体滑移所需临界切应力比理论计算的数值小得多;答理论计算是假定滑移面两侧原子发生整体移动,其临界分切应力值大,但实际晶体滑移是位错的运动、并不需正排原子一齐移动,而仅位错附近少数原子作短距离移动,故而所需要的临界分切应力要小得多
(4)Zn、a-Fe Al的塑性不同,若由大到小顺序排列的话,Ala-Fe ZnAl为FCC,a-Fe为BCC,其滑移系数目均为12,但Al的滑移方向数为
3、且滑移面的原子密度大,所以塑性最好;-Fe的滑移方向数为2,滑移面的原子密度次之,故塑性稍次之;Zn系HCP,滑移系数目为3,故而塑性最差第三章材料的力学性能
1.解释下列名词抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率、超塑性、上屈服强度、下屈服强度、断裂总伸长率、超塑性、规定总延伸强度、规定残余延伸强度、耐磨性、接触疲劳、蠕变、解理断裂、韧脆转变温度、断裂韧性、疲劳贝纹线、磨损、粘着磨损、磨粒磨损、蠕变极限、持久强度、松弛稳定性答抗拉强度材料在拉伸断裂前所能够承受的最大拉应力断后伸长率指金属材料受外力(拉力)作用断裂时,试棒伸长的长度与原来长度的百分比断面收缩率材料的塑性指标之一材料受拉力断裂时断面缩小,断面缩小的面积与原面积之比值叫断面收缩率,以中表示单位为%断裂总伸长率试样在拉断时的位移值与原长的比值以百分比表示(%)上屈服强度、下屈服强度当应力超过弹性极限后,进入屈服阶段后,变形增加较快,此时除了产生弹性变形外,还产生部分塑性变形当应力达到B点后,塑性应变急剧增加,应力应变出现微小波动,这种现象称为屈服这一阶段的最大、最小应力分别称为下屈服点和上屈服点脆性断裂金属材料受力后没有发生明显的塑性变形就突然发生的断裂超塑性超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下,呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象规定总延伸强度总延伸率等于规定的引伸计标距百分率时的应力规定残余延伸强度卸除应力后残余延伸率等于规定的引伸计标距百分率时对应的应力称为规定残余延伸度耐磨性材料在一定摩擦条件下抵抗磨损的能力,以磨损率的倒数来评定接触疲劳材料、零件、构件在循环接触应力作用下,产生局部永久性累积损伤,经一定的循环次数后,接触表面产生麻点,浅层或深层剥落的过程蠕变金属在高温和低于屈服强度的应力作用下,材料塑性变形量随时间延续而增加的现象解理断裂解理断裂是在正应力作用产生的一种穿晶断裂,即断裂面沿一定的晶面(即解理面)分离韧脆转变温度对体心立方晶体金属及合金或者某些密排六方晶体金属及合金当温度低于某一温度时,材料由韧性状态转变为脆性状态,此时的温度为韧脆转变温度断裂韧性表征材料阻止裂纹扩展的能力,是度量材料的韧性好坏的一个定量指标在加载速度和温度一定的条件下,对某种材料而言它是一个常数疲劳贝纹线疲劳断裂的工件中由于交变应力使裂纹扩展,在裂纹源和瞬断区之间形成像贝壳表面的同心圆弧线,裂纹前沿线弧状台阶痕迹,像•簇以疲劳源为圆心的平行弧线磨损物体表面相对运动时工作表面物质损失或产生残余变形的现象粘着磨损粘着磨损又称咬合磨损,它是指滑动摩擦时摩擦副接触面局部发生金属粘着,在随后相对滑动中粘着处被破坏,有金属屑粒从零件表面被拉拽下来或零件表面被擦伤的一种磨损形式磨粒磨损由外界硬质颗粒或硬表面的微峰在摩擦副对偶表面相对运动过程中引起表面擦伤与表面材料脱落的现象,称为磨粒磨损其特征是在摩擦副对偶表面沿滑动方向形成划痕蠕变极限是表示材料抵抗蠕变能力大小的指标,一般用规定温度下和规定。