《金屬學(xué)與熱處理》(第二版)課后習(xí)題答案2

1、第一章習(xí)題1作圖表示出立方晶系(1 2 3)、(0 -1 -2)、(4 2 1)等晶面和-1 0 2、-2 1 1、3 4 6等晶向解：面心立方八面體間隙半徑 r=a/2-V 2a/4=0.146a面心立方原子半徑 R=Z2a/4,則a=4R/V2代入上式有R=0.146X4R/ V2=0.414R10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211cm3=10 nm3令1cm3中含F(xiàn)e的原子數(shù)為N Fe,含Cu的原子數(shù)為N Cu

2、,室溫 下一個(gè)Fe的晶胞題解為V Fe, 一個(gè)Cu晶胞的體積為V cu,則N Fe=1021/V Fe=1021/(0.286)3=3.5x1018N cu=1021/V cu=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，因?yàn)槲诲e(cuò)環(huán)上各點(diǎn)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向是不一樣的，而柏 氏矢量的方向是確定的。15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。DACBAD、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習(xí)

3、題1證明均勻形核時(shí)，形成臨界晶粒的 Gk與其體積V之間的關(guān)系 為 G k = V/2 Gv證明：由均勻形核體系自由能的變化.審-（1）可知，形成半徑為rk的球狀臨界晶粒，自由度變化為4,、AG =Kr. A（j 十 G3 '（ 2）對(duì)（2）進(jìn)行微分處理，有4*d（AG）川一§ 叼"J <f（4nr/（y）血砒血0- 3U;AG x3 + 4ti7;gx2 ,即 b二 U 2 將（3）帶入（1），有AGt=-VAGv+S2 （ 4）V= Hr = 5由于，即3V=gS（ 5）將（5）帶入（4）中，則有3VVAGk=-VAGv+ AG, =AG,tiW丄2如果臨界

4、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？址明：AG=-VAGv+oS= - aAGa-a上式做徼分處理，WO=-3a2AGv+12a0.貝iJo=-aAGv4因此 AGk=-a；AGv-F占 aAGv 6a-g a5AGv當(dāng)形成球型晶核時(shí)AG=-Kr AG十4陽(yáng)匸則令巧=口"' +則3 '2AG/ =-nrG 十4打竺二=2血 加7323當(dāng)形成 立方晶核時(shí)AG =AG、4-6a2G * 則有c =勺°°' * 則斗合G = AG + 6aJ魚坐匚=丄/AG4 2 '液態(tài)金屆固匕（

5、7值就固定不變了，所以廳二，則有42口產(chǎn)2幾*代入AG = £ix AGr + 6a厲蟲"1 = +應(yīng)，色G，則AG； =4r/AG, > 乂7AG/ - 7D; AG ,所以AG； >AG3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二GS-GLvO;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

6、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-GSvO;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

7、.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

8、在負(fù)的溫度梯度下生長(zhǎng)成樹枝晶體。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a不太大時(shí)可能生長(zhǎng)為樹枝晶，如果杰克遜因子a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，加上型壁可以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

9、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)米用什么措施， 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)米取的措施：

10、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。 基本原理：基本原理：1） 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)米取的措施：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

11、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。基本原理： 基本原理：1）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)。第三章習(xí)題1在正溫度梯度下，為什么純金屬凝固時(shí)不能呈樹枝狀生長(zhǎng)，而固溶 體合金卻能呈樹枝狀成長(zhǎng)？純金屬凝固時(shí)，要獲得樹枝狀晶體，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

12、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，

13、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

14、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。第四章習(xí)題1分析分析3 c=02%,WC=06%,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。3 c=0.2%: L-L+ 8 - 8y （1495度）-丫 +L- 丫 a + 丫 丫 a （727 度）-a +Fe3C; （丫 =A, a =F;下同）3 c=0.6%: L- y +L- y -

15、a + 丫丫 a （727 度）-a +Fe3C;3 c=1.2%: L 丫 +L 丫 Fe3C+ 丫 丫 a （727 度）a +Fe3C;室溫下相組成物的相對(duì)含量：3 c=0.2%，滲碳體相對(duì)含量=（0.2-0.02）/6.67 %，余量鐵素體3 c=0.6%，滲碳體相對(duì)含量=（0.6-0.02）/6.67 %，余量鐵素體3 c=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：3 c=0.2%，珠光體相對(duì)含量=（0.2-0.02）/0.77%,余量鐵素體3 c=0.6%，珠光體相對(duì)含量=(0.6-0.02)/0.77 %，余量鐵素體3 c=

16、1.2%,滲碳體相對(duì)含量=(1.2-0.77)/6.67 %，余量珠光體2分析3 c=3.5%、3 c=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過(guò) 程，畫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。液相氐解：下圖表示3 c=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3 c=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FesCn的最大可能含量產(chǎn)生在2.11%C的鐵碳合金中，因此(FesCn) max二(2.11-0.77) / (6.69-0.77) x100%=22.64%三次滲碳體

17、即FqC皿的可能最大含量在0.0218%C的鐵碳合金中， 因此(FqC皿)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%FesCn %= (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) /(6.6

18、9-0.0218) *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 C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(6.6

19、9-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

20、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t F+FoQt F+P P P+ FesCuT P+ FesCu+LeT LeLe+ Fe3。wcv0.0218%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)wcv0.0218%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

21、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* 廠i*&WftK A a u « «過(guò)建害a錚鐵對(duì)鐵碳合金的性能產(chǎn)生很大的影響分的變化，不僅引起相的相對(duì)量的變化，而且引起組織的變化，從而OXQlt0.77l-ll須*!申W « A M氏殊4ft fMW*S tl M « it 建害 口 ！鐵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 尢容易黏刀，而且切屑不易折

22、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 170250HBW寸 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

23、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 之提咼；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)

24、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：鐵一滲碳體相圖的應(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)題第五章習(xí)題1試在A、B、c成分三角形中，標(biāo)出注下列合金的位置:1)3 c = 10% ,3 c = 10% ,其余為A ；2)3 c=20%,3 c=15% ,其余為A ；3)3 c=30% ,3 c = 15% ,其余為A ；4)3 c=20% ,3

25、 c=30% ,其余為A ；5) 3 c=40% , A和B組元的質(zhì)量比為1:4;6) 3 a=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,貝卩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 (3 A=70%、3 B=20%、3 C=10% ); Q(3 A=30%、3 B=50%、3 C=20% ); N(3 A=30%、3 B=10%、3 C=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 3新A、3新B、3新

26、C ,則有3 新A =(5 X 3 PA +5X 3 Qa +10X 3 Na)/(5+5+10)=(5 x 70%+5X 30%+10X 30%)/20=40.0% ;3 新 B =(5 x 3 PA +5 x 3 Qa +10 X 3 Na )/(5+5+10)=(5 x 20%+5 x50%+10X 10%)/20=22.5% ;3 新 C =(5 x 3 PA +5 X3 Qa +10 x 3 Na )/(5+5+10)=(5 x 10%+5 x20%+10X 60%)/20=37.5%;所以，新合金的成分為：3新A =40.0%、3新B =22.5%、3新C =37.5%。第六習(xí)題1

27、.屈服載荷/N620252184148174273525u角/ (°)8372.56248.530.51765入角/ (°)25.5263466374.882.5T k8.688X1052.132X1062.922X1063.633X1063.088X106cos 入 co,u；0.1100.2700.3700.4600.391-0.2620.130計(jì)算方法 t k= c s cos 入 cu=F/A cos 入 cos4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c s與晶粒直徑平方根的 倒數(shù)d v

28、2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)相鄰晶粒滑移系中的位錯(cuò)源，使其開動(dòng)起 來(lái)，從而進(jìn)行協(xié)調(diào)性的多滑移。由t二rr知，塞積位錯(cuò)數(shù)目n越大,應(yīng)力集中二越大。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

29、。 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

30、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

31、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）塑性變形使晶粒或亞晶粒變形不均勻，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

32、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

33、。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，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)。第七章習(xí)題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塊厚純金屬板經(jīng)