机械工程材料
思考题参考答案
第章 金属晶体结构与结晶
1．解释列名词
点缺陷线缺陷面缺陷亚晶粒亚晶界刃型位错单晶体晶体
冷度自发形核非自发形核变质处理变质剂
答：点缺陷：原排列规则区域空间三向尺寸都主要指空位间隙原、置换原等
线缺陷：原排列规则区域空间向尺寸其余两向尺寸位错
面缺陷：原排列规则区域空间两向尺寸另向尺寸晶界亚晶界
亚晶粒：晶体每晶粒内晶格位向并非完全致存着许尺寸、位向差晶块相互镶嵌晶粒称亚晶粒
亚晶界：两相邻亚晶粒间边界称亚晶界
刃型位错：位错认晶格部晶体相于另部晶体局部滑移造滑移部与未滑移部交界线即位错线相滑移结半部半原面余半原面边缘像插入晶体刀刃口故称刃型位错
单晶体：块晶体其内部晶格位向完全致则称块晶体单晶体
晶体：由种晶粒组晶体结构称晶体
冷度：实际结晶温度与理论结晶温度差称冷度
自发形核：定条件液态金属直接产原呈规则排列结晶核
非自发形核：液态金属依附些未溶颗粒表面所形晶核
变质处理：液态金属结晶前特意加入某些难熔固态颗粒造量非自发晶核固态质点使结晶晶核数目增加提高形核率细化晶粒种处理即变质处理
变质剂：浇注前所加入难熔杂质称变质剂
2.见金属晶体结构哪几种α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、 Pb 、 Cr 、 V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构
答：见金属晶体结构：体立晶格、面立晶格、密排六晶格；
α－Fe、Cr、V属于体立晶格；
γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面立晶格；
Mg、Zn属于密排六晶格；
3.配位数致密度用说明哪些问题
答：用说明晶体原排列紧密程度晶体配位数致密度越则晶体原排列越紧密
4.晶面指数晶向指数同
答：晶向指晶格各种原列位向用晶向指数表示形式；晶面指晶格同位原面用晶面指数表示形式
5.实际晶体点缺陷线缺陷面缺陷金属性能何影响
答：金属晶体缺陷通理论计算具极高强度随着晶体缺陷增加金属强度迅速降缺陷增加定值金属强度随晶体缺陷增加增加论点缺陷线缺陷面缺陷都造晶格崎变使晶体强度增加同晶体缺陷存增加金属电阻降低金属抗腐蚀性能
6.何单晶体具各向异性晶体般情况显示各向异性
答：单晶体内各向原排列密度同造原间结合力同表现各向异性；晶体由单晶体所组各向力相互抵消平衡表现各向同性
7.冷度与冷却速度何关系金属结晶程何影响铸件晶粒何影响
答：①冷却速度越则冷度越②随着冷却速度增则晶体内形核率速度都加快加速结晶程进行冷速达定值则结晶程减慢原扩散能力减弱③冷度增ΔF结晶驱力形核率速度都且N增加比G增加快提高N与G比值晶粒变细冷度晶粒细化利结晶发困难
8.金属结晶基本规律晶核形率率受哪些素影响
答：①金属结晶基本规律形核核②受冷度影响随着冷度增晶核形率率都增形率增比率增快；同外难熔杂质及振搅拌增形核率
9.铸造产采用哪些措施控制晶粒产何应用变质处理
答：①采用：变质处理钢模铸造及砂模加冷铁加快冷却速度控制晶粒②变质处理：液态金属结晶前特意加入某些难熔固态颗粒造量非自发晶核固态质点使结晶晶核数目增加提高形核率细化晶粒③机械振、搅拌
第二章 金属塑性变形与再结晶
1．解释列名词：
加工硬化、复、再结晶、热加工、冷加工
答：加工硬化：随着塑性变形增加金属强度、硬度迅速增加；塑性、韧性迅速降现象
复：消除金属加工硬化现象变形金属加热某温度使其组织性能发变化加热温度较低原能力金属晶粒形状没明显变化晶内发点缺陷消失及位错迁移等变化金属强度、硬度塑性等机械性能变化使内应力及电阻率等性能显著降低阶段复阶段
再结晶：加热较高温度原具较能力使晶粒外形始变化破碎拉晶粒变新等轴晶粒变形前晶粒形状相似晶格类型相同阶段称再结晶
热加工：金属加热再结晶温度定温度进行压力加工
冷加工：再结晶温度进行压力加工
2．产加工硬化原加工硬化金属加工利弊
答：①随着变形增加晶粒逐渐拉直至破碎使各晶粒都破碎细碎亚晶粒变形愈晶粒破碎程度愈使位错密度显著增加；同细碎亚晶粒随着晶粒拉拉随着变形量增加由于晶粒破碎位错密度增加金属塑性变形抗力迅速增即强度硬度显著提高塑性韧性降产所谓加工硬化现象②金属加工硬化现象给金属进步加工带困难钢板冷轧程越轧越硬致轧另面利用加工硬化现象提高金属强度硬度冷拔高强度钢丝利用冷加工变形产加工硬化提高钢丝强度加工硬化某些压力加工工艺能够实现重要素冷拉钢丝拉模孔部由于发加工硬化再继续变形使变形转移尚未拉模孔部钢丝才继续通模孔形
3．划冷加工热加工主要条件
答：主要再结晶温度再结晶温度进行压力加工冷加工产加工硬化现象；反热加工产加工硬化现象再结晶所消除
4．与冷加工比较热加工给金属件带益处哪些
答：（1）通热加工使铸态金属气孔焊合使其致密度提高
（2）通热加工使铸态金属枝晶柱状晶破碎使晶粒细化机械性能提高
（3）通热加工使铸态金属枝晶偏析非金属夹杂布发改变使沿着变形向细碎拉形热压力加工纤维组织（流线）使纵向强度、塑性韧性显著于横向合理利用热加工流线尽量使流线与零件工作承受拉应力向致与外加切应力或冲击力相垂直提高零件使用寿命
5．细晶粒钢强度高塑性韧性
答：晶界阻碍位错运各晶粒位向同互相约束阻碍晶粒变形金属晶粒愈细其晶界总面积愈每晶粒周围同取向晶粒数便愈塑性变形抗力愈金属晶粒愈细强度愈高同晶粒愈细金属单位体积晶粒数便越变形同变形量便散更晶粒发产较均匀变形致造局部应力集引起裂纹早产发展塑性韧性越
6．金属经冷塑性变形组织性能发变化
答：①晶粒沿变形向拉性能趋于各向异性纵向强度塑性远于横向等；②晶粒破碎位错密度增加产加工硬化即随着变形量增加强度硬度显著提高塑性韧性降；③织构现象产即随着变形发仅金属晶粒破碎拉且各晶粒晶格位向沿着变形向同发转转结金属每晶粒晶格位向趋于体致产织构现象；④冷压力加工程由于材料各部变形均匀或晶粒内各部各晶粒间变形均匀金属内部形残余内应力般情况都利引起零件尺寸稳定
7．析加工硬化金属材料强化作用
答：随着塑性变形进行位错密度断增加位错运相互交割、位错缠结加剧使位错运阻力增引起变形抗力增加金属塑性变形变困难要继续变形必须增外力提高金属强度
8．已知金属钨、铁、铅、锡熔点别3380℃、1538℃、327℃、232℃试计算些金属低再结晶温度并析钨铁1100℃加工、铅锡室温（20℃）加工各何种加工
答：T再=0.4T熔；钨T再=[0.4*（3380+273）]-273=1188.2℃; 铁T再=[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℃.由于钨T再1188.2℃＞1100℃属于热加工；铁T再451.4℃＜1100℃属于冷加工；铅T再-33℃＜20℃属于冷加工；锡T再-71＜20℃属于冷加工
9．制造齿轮采用喷丸（即金属丸喷射零件表面）使齿面强化试析强化原
答：高速金属丸喷射零件表面使工件表面层产塑性变形形定厚度加工硬化层使齿面强度、硬度升高
第三章 合金结构与二元状态图
1．解释列名词：
合金组元相相图；固溶体金属间化合物机械混合物；枝晶偏析比重偏析；固溶强化弥散强化
答：合金：通熔炼烧结或其种金属元素同种或几种其元素结合起所形具金属特性新物质称合金
组元：组合金基本、独立物质称组元
相：金属或合金凡相同、结构相同并与其部界面均匀组部均称相
相图：用表示合金系各合金结晶程简明图解称相图
固溶体：合金组元间同比例混合混合形固相晶格结构与组合金某组元相同种相称固溶体
金属间化合物：合金组元间发相互作用形种具金属性质新相称金属间化合物晶体结构同于任组元用式表示其组
机械混合物：合金组织由同相同比例机械混合起称机械混合物
枝晶偏析：实际产合金冷却速度快原扩散充使先结晶固溶体合金含高熔点组元较结晶含低熔点组元较
种晶粒内化均匀现象称枝晶偏析
比重偏析：比重偏析由组相与溶液间密度差别所引起先共晶相与溶液间密度差别较则缓慢冷却条件凝固先共晶相便液体浮或沉导致结晶铸件部化致产比重偏析
固溶强化：通溶入某种溶质元素形固溶体使金属强度、硬度升高现象称固溶强化
弥散强化：合金固溶体主再适量金属间化合物弥散布提高合金强度、硬度及耐磨性种强化式弥散强化
2．指列名词主要区别：
1）置换固溶体与间隙固溶体；
答：置换固溶体：溶质原代替溶剂晶格结点部原组固溶体称置换固溶体
间隙固溶体：溶质原填充溶剂晶格间隙形固溶体即间隙固溶体
2）相组物与组织组物；
相组物：合金基本组相
组织组物：合金显微组织独立组部
3．列元素α-Fe 形哪几种固溶体?
Si、C、N、Cr、Mn
答：Si、Cr、Mn形置换固溶体；C、N形间隙固溶体
4．试述固溶强化、加工强化弥散强化强化原理,并说明三者区别.
答：固溶强化：溶质原溶入要引起溶剂金属晶格产畸变进位错运受阻力增
弥散强化：金属化合物本身高硬度合金固溶体基体再适量金属间化合物均匀细弥散布提高合金强度、硬度及耐磨性种用金属间化合物强化合金式弥散强化
加工强化：通产塑性变形增位错密度增位错运阻力引起塑性变形抗力增加提高合金强度硬度
区别：固溶强化弥散强化都利用合金组相强化合金固溶强化通产晶格畸变使位错运阻力增强化合金；弥散强化利用金属化合物本身高强度硬度强化合金；加工强化通力作用产塑性变形增位错密度增位错运阻力强化合金；三者相比通固溶强化强度、硬度低塑性、韧性加工强化强度、硬度高塑韧性差弥散强化介于两者间
5．固溶体金属间化合物结构性能主要差别
答：结构：固溶体晶体结构与溶剂结构相同金属间化合物晶体结构同于组任组元式表示其组
性能：形固溶体金属间化合物都能强化合金固溶体强度、硬度比金属间化合物低塑性、韧性比金属间化合物固溶体更综合机械性能
6. 何谓共晶反应、包晶反应共析反应?试比较三种反应异同点.
答：共晶反应：指定液体合金定温度同结晶晶格均相同两种晶体反应
包晶反应：指定固相与定液相作用形另外种固相反应程
共析反应：由特定单相固态合金恒定温度解两新具定晶体结构固相反应
共同点：反应都恒温发反应物产物都具特定相都处于三相平衡状态
同点：共晶反应种液相恒温两种固相反应；共析反应种固相恒温两种固相反应；包晶反应种液相与种固相恒温另种固相反应
7．二元合金相图表达合金哪些关系
答：二元合金相图表达合金状态与温度间关系
8．二元合金相图应用杠杆定律计算
答：应用杠杆定律计算合金相互平衡两相相含量
9. 已知A（熔点 600℃）与B(500℃) 液态限互溶；固态 300℃A溶于 B 溶解度 30% 室温10%B溶于A； 300℃含 40% B 液态合金发共晶反应现要求：
1）作A-B 合金相图；
2）析 20% A,45%A,80%A 等合金结晶程并确定室温组织组物相组物相量
答：（1）
（2）20%A合金图①：
合金1点全部液相冷至1点始液相析α固溶体至2点结束2～3点间合金全部由α固溶体所组合金冷3点由于固溶体α浓度超溶解度限度于固溶体α析二相A终显微组织：α+AⅡ
相组物: α+A
A=（90-80/90）*100%=11% α=1-A%=89%
45%A合金图②：
合金1点全部液相冷至1点始液相析α固溶体液相线沿线BE变化固相线沿BD线变化冷至2点液相线达E点发共晶反应形（A+α）共晶体合金自2点冷至室温程自析二相AⅡ合金②室温组织：
AⅡ+α+(A+α) 相组物:A+α
组织：AⅡ=（70-55）/70*100%=21% α=1- AⅡ=79%
A+α=（70-55）/(70-40）*100%=50%
相：A=（90-55）/90*100%=50% α=1-A%=50%
80%A合金图③：
合金1点全部液相冷至1点始液相析A液相线沿AE线变化冷至2点液相线达点发共晶反应形(A+α)共晶体合金③室温组织：A+ (A+α)
相组物：A+α
组织：A=（40-20）/40*100%=50% A+α=1-A%=50%
相： A=（90-20）/90*100%=78% α=1-A%=22%
10．某合金相图图所示
1）试标注①—④空白区域存相名称；
2）指相图包括哪几种转变类型；
3）说明合金Ⅰ平衡结晶程及室温显微组织
答：(1)①：L+γ ②: γ+β ③: β+(α+β) ④: β+αⅡ
(2)匀晶转变；共析转变
(3)合金①1点全部液相,冷至1点始液相析γ固溶体至2点结束,2～3点间合金全部由γ固溶体所组,3点,始γ固溶体析α固溶体,冷至4点合金全部由α固溶体所组,4～5间全部由α固溶体所组,冷5点,由于α固溶体浓度超溶解度限度,α析第二相β固溶体,终室稳显微组织: α+βⅡ
11．形状、尺寸相同两 Cu-Ni 合金铸件含 90% Ni 另含 50% Ni,铸自冷却问哪铸件偏析较严重
答：含 50% NiCu-Ni 合金铸件偏析较严重实际冷却程由于冷速较快使先结晶部含高熔点组元结晶部含低熔点组元含 50% NiCu-Ni 合金铸件固相线与液相线范围比含 90% Ni铸件宽所造化均匀现象要比含 90% NiCu-Ni 合金铸件严重
第四章 铁碳合金
1．何谓金属同素异构转变试画纯铁结晶冷却曲线晶体结构变化图
答：由于条件（温度或压力）变化引起金属晶体结构转变称同素异构转变
2．γ-Fe α- Fe 比容同块质量定铁发（γ-Fe →α-Fe ）转变其体积何变化
答：γ-Feα- Fe原排列紧密程度同γ-Fe致密度74%,α- Fe致密度68%块质量定铁发（γ-Fe →α-Fe ）转变体积发膨胀
3.何谓铁素体（F）,奥氏体（A）渗碳体（Fe3C）珠光体（P）,莱氏体（Ld）结构、组织形态、性能等各何特点
答：铁素体（F）：铁素体碳形间隙固溶体体立晶格由于碳溶解度`性能与纯铁相近塑性、韧性强度、硬度低钢般呈块状或片状
奥氏体（A）：奥氏体碳形间隙固溶体面立晶格其晶格间隙尺寸较故碳溶解度较塑性
渗碳体（Fe3C）：铁碳相互作用形具复杂晶格间隙化合物渗碳体具高硬度塑性差延伸率接近于零钢片状存或网络状存于晶界莱氏体连续基体呈鱼骨状
珠光体（P）：由铁素体渗碳体组机械混合物铁素体渗碳体呈层片状珠光体较高强度硬度塑性较差
莱氏体（Ld）：由奥氏体渗碳体组机械混合物莱氏体渗碳体连续布相奥氏体呈颗粒状布渗碳体基体由于渗碳体脆所莱氏体塑性差组织
4.Fe-Fe3C合金相图何作用产实践何指导意义何局限性
答：①碳钢铸铁都铁碳合金使用广泛金属材料铁碳合金相图研究铁碳合金重要工具解与掌握铁碳合金相图于钢铁材料研究使用各种热加工工艺
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