工程材料1,2章作業(yè).doc

工程材料作業(yè)第一章1.常見的金屬晶體結(jié)構有哪些？答：常見金屬晶體結(jié)構：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格2.配位數(shù)和致密度可以用來說明哪些問題？答：用來說明晶體中原子排列的緊密程度。晶體中配位數(shù)和致密度越大，則晶體中原子排列越緊密。3.晶面指數(shù)和晶向指數(shù)有什么不同？答：晶向是指晶格中各種原子列的位向，用晶向指數(shù)來表示，確定晶向指數(shù)的方法和步驟如下： 選定任一結(jié)點作為空間坐標原點，通過坐標原點引一條平行所求晶向的直線； 求出該直線上任一點的三個坐標值、； 把這三個坐標值、按比例化為最小整數(shù)u、v、w，再將u、v、w不加標點寫入 內(nèi)，就得到晶向指數(shù)的一般形式uvw。；晶面是指通過晶體中原子中心的平面，用晶面指數(shù)來表示，就是用晶面（或者平面點陣）在三個晶軸上的截數(shù)的倒數(shù)的互質(zhì)整數(shù)比來標記。確定晶面指數(shù)的方法和步驟如下： 選定不在所求晶面上的晶格中的任一個結(jié)點為空間坐標原點，以晶格的三條棱邊為坐標軸，以晶格常數(shù)a、b、c分別作為相應坐標軸上的度量單位； 計算出所求晶面在各坐標軸上的截距，并取截距的倒數(shù)； 將這三個截距的倒數(shù)按比例化為最小整數(shù)h、k、l，再將h、k、l不加標點寫入( )內(nèi)，就得到晶面指數(shù)的一般形式（hkl）。如(100)、(010)、(111)、等。4.實際晶體中的點缺陷，線缺陷和面缺陷對金屬性能有何影響？答：如果金屬中無晶體缺陷時，通過理論計算具有極高的強度，隨著晶體中缺陷的增加，金屬的強度迅速下降，當缺陷增加到一定值后，金屬的強度又隨晶體缺陷的增加而增加。因此，無論點缺陷，線缺陷和面缺陷都會造成晶格崎變，從而使晶體強度增加，晶體缺陷破壞了晶體的完整性，使晶格畸變、能量增高、金屬的晶體性質(zhì)發(fā)生偏差，對金屬性能有較大的影響。同時晶體缺陷的存在還會增加金屬的電阻，降低金屬的抗腐蝕性能。5.產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金屬加工中有什么利弊？答：加工硬化的產(chǎn)生原因是，金屬在塑性變形時，晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯的纏結(jié)，使晶粒拉長、破碎和纖維化，產(chǎn)生許多細碎的亞晶粒。而亞晶粒隨著晶粒的拉賬而拉賬，同時晶粒破碎和位錯密度的提高使得金屬塑性和韌性下降而強度和硬度提高的的現(xiàn)象。加工硬化在一定程度上可以提高金屬強度和硬度；金屬的加工硬化現(xiàn)象會給金屬的進一步加工帶來困難，導致后續(xù)加工工藝困難，需退火處理。6.劃分冷加工和熱加工的主要條件是什么？答：結(jié)晶溫度。在再結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工是冷加工，在再結(jié)晶溫度以上的塑性變形加工是熱加工。7. 與冷加工比較，熱加工給金屬件帶來的益處有哪些？答：a.熱加工可使金屬中的氣孔、裂紋、疏松焊合，從而使其致密度得以提高。b.熱加工可使金屬中的枝晶和柱狀晶破碎細化，從而使其機械性能提高。c.熱加工可使金屬中的枝晶偏析、夾雜物和第二相等沿塑性變形方向被拉長，形成纖維組織的流線，使得金屬的力學性能具有方向性，使縱向的強度、塑性和韌性顯著大于橫向，進而提高零件的使用壽命。8.什么是異質(zhì)成核和均質(zhì)成核？他們對鑄件結(jié)晶和晶粒大小有什么影響？答：均質(zhì)形核依靠液態(tài)金屬本身在過冷條件下形成晶核（自發(fā)形核）；異質(zhì)形核金屬原子依附于固態(tài)雜質(zhì)微粒的表面形成晶核（非自發(fā)形核）；在實際生產(chǎn)過程中，異質(zhì)形核和均質(zhì)形核同時存在，但是異質(zhì)形核更為重要，往往起到了優(yōu)先和主導的作用。所以，實際金屬凝固結(jié)晶的過冷度T都不會超過20，而由于形成的晶粒越多，生成的晶粒就越細，故過冷度的大小會影響到晶粒的大小和粗細。所以，所以，均質(zhì)形核和異質(zhì)形核會阻礙晶粒的細化。9.何謂過冷度？它對冷卻速度和鑄件晶粒大小有什么影響？答：a.過冷度degree of under cooling 熔融金屬平衡狀態(tài)下的相變溫度與實際相變溫度的差值。純金屬的過冷度等于其熔點與實際結(jié)晶溫度的差值。b.冷卻速度越大，則過冷度也越大。過冷度增大，F(xiàn)大，結(jié)晶驅(qū)動力大，形核率和長大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N與G的比值，晶粒變細，但過冷度過大，對晶粒細化不利，結(jié)晶發(fā)生困難。10.進行細晶強化的措施有哪些？答：a.增加過冷度形核率N，長大速率G都隨過冷度T的增加而增大。T越大，NG越大。使單位體積中的晶粒數(shù)目越多，故晶粒越細化。b.變質(zhì)處理在液態(tài)金屬結(jié)晶前，加入一些細小的變質(zhì)劑，使結(jié)晶時的形核率N增加或降低長大速率G，這種方法稱為變質(zhì)處理。c.附加振動振動能使液態(tài)金屬在鑄模中運動，造成枝晶破碎，破碎的枝晶尖端又可起晶核作用。d.對于冷變形的金屬可以通過控制變形度，退火溫度來細化晶粒。11.鎮(zhèn)靜鋼錠和沸騰鋼錠的缺陷有哪些？答：鎮(zhèn)靜鋼的宏觀組織是由細晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、等軸晶區(qū)組成。此外，鎮(zhèn)靜鋼還有縮孔、疏松、氣泡、成分偏析等缺陷。沸騰鋼的疏松、氣泡、成分偏析等缺陷比鎮(zhèn)靜鋼嚴重，力學性質(zhì)也不如鎮(zhèn)靜鋼。12.固溶體與金屬間化合物在結(jié)構與性能上有什么主要差別？答：a.固溶體：在固態(tài)下，合金的組元相互溶解而形成的均勻固相。固溶體是指溶質(zhì)原子溶入金屬溶劑的晶格中所組成的合金相。兩組元在液態(tài)下互溶，固態(tài)也相互溶解，且形成均勻一致的物質(zhì)。形成固溶體時，含量大者為溶劑，含量少者為溶質(zhì)；溶劑的晶格即為固溶體的晶格。置換固溶體和間隙固溶體：間隙固溶體中的溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格的間隙之中；置換固溶體中的溶質(zhì)原子取代部分溶劑原子而占據(jù)晶格點位置。影響固溶體類型的主要因素是原子半徑、晶格類型和電化學特性。非金屬元素如碳、氮、氫、硼、氧等作為溶質(zhì)在合金中形成間隙固溶體。置換固溶體在溶質(zhì)原子直徑較大時形成正畸變（晶格常數(shù)增加），原子較小時形成負畸變（晶格常數(shù)減?。?；而間隙固溶體的晶格都形成正畸變。晶格畸變起到固溶強化的作用：增加位錯運動的阻力，滑移變形變困難，塑性和韌性下降，強度和硬度提高。b.金屬間化合物或中間相：組成合金的A、B兩組元除可以形成固溶體外，還有可能產(chǎn)生晶格類型和特性完全不同于任一組元的新固相。金屬間化合物或中間相：由組成合金的A、B兩組元產(chǎn)生的晶格類型和特性完全不同于任一組元的新固相，類型主要有正常價化合物、電子化合物、間隙化合物。正常價化合物：分子式嚴格遵守化合價規(guī)律的化合物，由電負性相差較大的兩種原子構成，可用明確的分子式表示，如MnS、ZnS、AlP等。正常價化合物的特點是脆性大、硬度高。電子化合物：不遵守化合價規(guī)律氮按一定電子濃度組成的化合物，電子濃度是化合物的價電子數(shù)與原子數(shù)之比。例如：CuZn，Cu價電子數(shù)1，Zn價電子數(shù)2，原子數(shù)2，(1+2)/23/2。電子化合物的特性是具有明顯的金屬特性、熔點和硬度較高、塑性較差，是有色合金中的重要強化相。間隙化合物：過渡金屬原子與原子半徑較小的非金屬元素碳、氮、氫、硼、氧等形成的化合物。當原子半徑之比（非/金）0.59時，形成具有簡單晶格的間隙化合物（間隙相），如W2C、TiC、TiN、CrN、ZrC、NbC等，可顯著提高合金的耐磨性、紅硬性和熱強性。當原子半徑之比（非/金）0.59時，形成具有復雜晶格的間隙化合物，如Fe3C（滲碳體）、Cr7C3、WC、Fe2B等。金屬間化合物一般具有硬度和熔點高、性脆的特性。工程中的合金常以固溶體為主，輔以金屬間化合物彌散分布，以提高合金的強度、硬度和耐磨性。這種強化方式稱為彌散強化或第二相質(zhì)點硬化，是合金鋼和有色金屬的重要強化手段。13、總結(jié)細晶強化、固溶強化和彌散強化的異同點。答：其共同點是都是通過一定的方法提高金屬的強度、韌性、塑性、耐磨性等方面。滿足使用要求。不同點是：1,固溶強化是通過固溶在晶格間的原子引起的畸變應力使錯位運動阻力增大來阻止位錯的運動. 2.細晶強化是通過晶體內(nèi)部的晶界來阻止位錯的運動 3,彌散強化一般是通過分散在金屬晶體內(nèi)部的硬質(zhì)相來阻止位錯的運動，利用金屬化合物本身的高強度和硬度來強化合金。14、二元合金相圖表達了合金的那些關系答：它表示在極緩慢的冷卻速度下合金狀態(tài)隨溫度和化學成分的變化關系，比如合金系中不同成分合金同溫度下由哪些平衡相(或組織)組成，以及合金相之間平衡關系的圖形。根據(jù)合金相圖，不僅可以看到不同成分的合金在室溫下平衡組織，而且還可以了解它以極緩慢冷卻速度冷卻到室溫所經(jīng)歷的各種相變過程，同時相圖還能預測合金性能的變化規(guī)律。15、在二元合金相圖中應用杠桿定律可以計算什么？答：杠桿定律可以用來計算處于兩相平衡的二元合金中每個相的質(zhì)量分數(shù)，它也可以用來估算二元合金在接近平衡狀態(tài)下，不同組織組成物的質(zhì)量分數(shù)。即計算合金相互平衡兩相的成分和相對含量、16、何謂勻晶反應、共晶反應和包晶反應？答：晶體材料從高溫液相冷卻下來的凝固轉(zhuǎn)變產(chǎn)物包括多相混合物晶體和單相固溶體兩種，其中由液相結(jié)晶出單相固溶體的過程稱為勻晶反應。包晶反應是在結(jié)晶過程先析出相進行到一定溫度后新產(chǎn)生的固相大多包圍在已有的舊固相周圍生成。在一定溫度 下，由一定成分的液相同時結(jié)晶出兩個成分和結(jié)構都不相同的新固相的轉(zhuǎn)變過程稱為共晶反應第二章 1什么是鐵素體、奧氏體和滲碳體，其性能有何特點和差異？答：鐵素體（用F或者表示） 碳溶于-Fe中形成的體心立方晶格的間隙固溶體，金相顯微鏡下為多邊形晶粒。鐵素體中碳的溶解度很小，在室溫中時小于0.008%，在727。C時也只有0.0218%。鐵素體的強度和硬度低、塑性好，力學性能與純鐵相似。鐵素體在770。C以下具有磁性。奧氏體（用A或者表示） 碳溶于-Fe中形成的面心立方晶格的間隙固溶體，金相顯微鏡下為規(guī)則的多邊形晶粒。奧氏體中碳的溶解度很大，在727。C時有0.77%，1148。C時溶解度最大，達到2.11%。奧氏體的強度和硬度不高，塑性好，容易壓力加工。奧氏體沒有磁性。滲碳體 即是Fe3C相，含碳量為6.69%，它是一種復雜鐵碳間隙化合物。滲碳體的硬度很高，強度極低，脆性非常大，對鐵碳合金的力學性能有很大影響。2什么是萊氏體和珠光體，其性能和組織有何特點？共晶反應的產(chǎn)物是奧氏體與滲碳體的共晶混合物，稱萊氏體，用Le表示。由奧氏體和滲碳體組成的機械混合物。在萊氏體中，滲碳體是連續(xù)分布的相，奧氏體呈顆粒狀分布在滲碳體基體上。由于滲碳體很脆，所以萊氏體是塑性很差的組織。共析反應的產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的共析混合物，稱珠光體，用P表示。由鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。鐵素體和滲碳體呈層片狀。珠光體有較高的強度和硬度，但塑性較差。3Fe-Fe3C合金相圖有何作用？（1）可作為鋼鐵選材的成分依據(jù)工程設計中對服役的金屬材料有不同的要求。相圖描述了鐵碳合金的組織隨含碳量的變化規(guī)律，合金的性能決定于合金的組織，這樣根據(jù)零件的性能要求來選擇不同成分的鐵碳合金（2）作為鋼鐵熱加工（鑄、鍛、熱處理）的工藝依據(jù)鑄鐵工藝可以根據(jù)Fe-Fe3C合金相圖確定不同成分材料的熔點，制定澆注溫度和工藝；根據(jù)相圖液相線和固相線之間的距離估計鑄件質(zhì)量，距離越小，鑄造性能越好。鍛造工藝可以根據(jù)Fe-Fe3C合金相圖去頂鍛造溫度。（3）對制定熱處理（例如退火、正火、淬火等）的依據(jù)4亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的組織有何特點和異同點？亞共析鋼的組織由鐵素體和珠光體所組成。其中鐵素體呈塊狀。珠光體中鐵素體與滲碳體呈片狀分布。共析鋼的組織由珠光體所組成。過共析鋼的組織由珠光體和二次滲碳體所組成，其中二次滲碳體在晶界形成連續(xù)的網(wǎng)絡狀。共同點：鋼的組織中都含有珠光體。不同點：亞共析鋼的組織是鐵素體和珠光體，共析鋼的組織是珠光體，過共析鋼的組織是珠光體和二次滲碳體。5.一種鋼材中含有15%珠光體和85%鐵素體，請計算鋼中的含碳量，并確定它是亞共析鋼還是過共析鋼。解：由杠桿定律得：W=85%=(0.77-WC)/(0.77-0.02)*100%解得：WC=0.1325%所以根據(jù)此含碳量得此鋼為亞共析鋼。6.一種鋼材中含有88%珠光體和12%二次滲碳體，請計算鋼中的含量，并確定它是亞共析鋼還是過共析鋼。解：由杠桿定律有：Wp=88%=(2.11-WC)/(2.11-0.77)*100%解得：WC=0.9308%所以根據(jù)含碳量得此鋼為過共析鋼。7.計算Fe-1.4%C合金在700下各個相及其組分的數(shù)量成分。解：含碳量為1.4%的合金屬于過共