1、第一章6、实际金属晶体中存在哪些缺陷？它们对性能有什么影响？答：点缺陷：空位、间隙原子、异类原子。点缺陷造成局部晶格畸 变，使金属的电阻率、屈服强度增加，密度发生变化。线缺陷：位错。位错的存在极大地影响金属的机械性能。当金属为理想晶体或仅含极少量位错时，金属的屈服强度 s很高，当含有一定量的位错时，强度降低。当进行形变加工时，为错密度增加，s 将会增高。面缺陷：晶界、亚晶界。亚晶界由位错垂直排列成位错墙而构成。 亚晶界是晶粒内的一种面缺陷。在晶界、亚晶界或金属内部的其他界面上，原子的排列偏离平衡位置，晶格畸 变较大，位错密度较大（可达 1016m-2 以上）。原子 处于 较高的能量状态，原子的
2、活性较大，所以对金属中的许多过程的进行，具有极 为重要的作用。晶界和亚晶界均可提高金属的强度。晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越大，塑性越好。8、什么是固溶强化？造成固溶强化的原因是什么？ 答：形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高合金的强度和硬度。9、间隔固溶体和间隔相有什么不同？答：合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的，且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同
3、。第二章1、金属结晶的条件和动力是什么?答：液态金属结晶的条件是金属必须过冷，要有一定的过冷度。液体金属结晶的动力是金属在液态和固态之间存在的自由能差(F)。2、金属结晶的基本规律是什么?答：液态金属结晶是由生核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。液态金属结晶时，首先在液体中形成一些极微小的晶体(称为晶核)，然后再以它们为核心不断地长大。在这些晶体长大的同时，又出 现新的品核并逐渐长大，直至液体金属消失。3、在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施有哪些？答：（1） 提高液态金属的冷却速度，增大金属的 过冷度。 （2） 进行变质处理。在液态
4、金属中加入孕育剂或变质剂，增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大，以细化晶粒和改善组织。 （3） 在金属结晶的过程中采用机械振动、超声波振动等方法。 （4） 电磁搅拌。将正在结晶的金属置于一个交变的电磁场中，由于电磁感应现象，液态金属会翻滚起来，冲断正在结晶的树枝状晶体的晶枝，增加了结晶的核心，从而可细化晶粒。4、如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小。（1）金属模浇注与砂模浇注； （2）变质处理与不变质处 理； （3）铸成薄件与铸成厚件； （4）浇注时采用震动与不采用震动。答：（1）金属模浇注比砂模浇注，铸件晶粒小； （2）变质处理比不变质处理，铸件晶粒小；（3）铸成薄件比铸成厚件
5、，铸件晶粒小；（4）浇注时采用震动比不采用震动，铸件晶粒小。5、为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区?答：柱状是由外往里顺序结晶的，品质较致密。但柱状品的接触面由于常有非金属夹杂或低熔点杂质而为弱面，在热轧、 锻造时容易开裂，所以对于熔点高和杂质多的金届，例如铁、镍及其合金，不希望生成柱状晶。6、将 20kg 纯铜 与 30 kg 纯镍熔化后慢冷至如图 l6 温度 T1，求此时： 两相的化学成分；两相的质量比； 各相的 质量分数； 各相的质量。解：两相的化学成分 L 相成分：(Ni)；50 (Cu)50两相质量比：合金成分：(Ni)=80% (Cu)=20%二相的质量比：Q/Q=(60-50)/(8
6、0-60)=0.5各相的质量分数二相的质量分数： （）=（60-50）/（80-50）=33.3%（L）=1-33.3%=66.7%各相的质量。二相质量：Q (20 十 30)33.316.65(kg)QL50 一 16.6533.35(kg)7、求碳质量分数为 3.5的质量为 10kg 的铁碳合金从液态缓慢冷却到共晶温度(但尚未发生共晶反应) 时所剩下的液体的碳质量分数及液体的质量。解：L 中的碳质量分数：w(C)4.3L 中的 质量分数: w (L)=(3.5-2.11)/(4.3-2.11)=63.5L 的质 量：Q L1063.5 6.35(kg)8、比较退火状态下的 45 钢、 T8
7、 钢、T12 钢的硬度、强度和塑性的高低，简述原因。答：硬度：45 钢最低，T8 钢较 高，T12 钢最高。因 为 退火状态下的 45 钢组织是铁素体+珠光体，T8 钢组织是珠光体，T12 钢组织是珠光体+二次渗碳体。因为铁素体硬度低，因此 45 钢硬度最低。因为二次渗碳体硬度高，因此 T12 钢硬度最高。强度：因为铁素体强度低，因此 45 钢强度最低。T8 钢组织是珠光体， 强度最高。T12 钢中含有脆性的网状二次渗碳体，隔断了珠光体之间的结合，所以 T12钢的强度比 T8 钢要低。但 T12 钢中网状二次渗碳体不多，强度降低不大，因此T12 钢 的强度比 45 钢强度要高。塑性：因为铁素体
8、塑性好，因此 45 钢塑性最好。T12 钢中含有脆性的网状二次渗碳体，因此 T12 钢塑性最差。 T8 钢无二次渗碳体，所以 T8 钢塑性较高。9、同样形状的两块铁碳合金，其中一块石退火状态的 15 钢，一 块是白口铸铁，用什么简便方法可迅速区分它们？ 答：因为退火状态的 15 钢硬度很低，白口铸铁硬度很高。因此可以用下列方法迅速区分：（1）两块材料互相敲打一下，有印痕的是退火状态的 15 钢，没有印痕的是白口铸铁。（2）用锉刀锉两块材料，容易锉掉的是退火状态的 15 钢，不容易锉掉的是白口铸铁。（3）用硬度计测试，硬度低的是退火状态的 15 钢，硬度高的是白口铸铁。10、为什么碳钢进行热锻、
9、热轧时都要加热到奥氏体区？ 答：因为奥氏体是面心立方晶格，其滑移变形能力大，钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏体区内进行。11、下列零件或工具用何种碳钢制造：手锯钢条、普通螺钉、 车床主轴。答：手锯锯条用 T10 钢制造。 普通螺钉用 Q195 钢、 Q215 钢制造。 车床主轴用 45 钢制造。12、为什么细晶粒钢强度高，塑性、韧性也好？答：多晶体中，由于晶界上原子排列不很规则，阻碍位错的运动，使 变形抗力增大。金属晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属的 强 度就越大。多晶体中每个晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向（称晶粒处于软位向
10、），另一些晶粒的滑移面和滑移方向与最大切应力方向相差较大（称晶粒处于硬位向）。在发生滑移时，软位向晶粒先开始。当位错在晶界受阻逐渐堆积时，其他晶粒发生滑移。因此多晶体变形时晶粒分批地逐步地变形， 变形分散在材料各 处。晶粒越 细，金属的变形越分散，减少了应力集中，推迟 裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发 生较大的塑性变形，从而使金属的塑性提高。由于细晶粒金属的强度较高、塑性较好，所以断裂时需要消耗较大的功，因而韧性也较好。因此细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。13、与单晶体的塑性变形相比较， 说明多晶体塑性变形的特点。答： 多晶体中，由于晶界上原子排列不很规则，阻碍位错的运动，使变形
11、抗力增大。金属晶粒越细，品界越多，变形抗力越大，金属的强度就越大。 多晶体中每个晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方向( 称晶粒处于软位向)，另一些晶粒的滑移面和滑移方向与最大切应力方向相差较大(称晶粒处于硬位向)。在发生滑移时，软位向晶粒先开始。当位错在晶界受阻逐渐堆积时，其他晶粒发生滑移。因此多晶体变形时晶粒分批地逐步地变形，变形分散在材料各处。晶粒越 细，金属的变形越分散，减少了应力集中，推迟裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形，因此使金属的塑性提高。14、金属塑性变形后组织和性能会有什么变化?答：金属发生塑性变形后，晶粒发生变形，沿形 变方向被
12、拉长或压扁。当 变形量很大时，晶粒变成细条状( 拉伸时)，金属中的夹杂物也被拉长，形成纤维组织。金属经大的塑性变形时，由于位错的密度增大和发生交互作用，大量位错堆积在局部地区，并相互缠结，形成不均匀的分布，使晶粒分化成许多位向略有不同的小晶块，而在晶粒内产生亚晶粒。金属塑性变形到很大程度(70以上)时，由于晶粒发生转动，使备品粒的位向趋近于一致，形成特殊的择优取向， 这种有序化的结构叫做形变织构。金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高。塑性和韧性明显下降。这种现象称 为加工硬化，也叫形 变强 化。另外，由于 纤维组织和形变织构的形成，使金属的性能产生各向异性。15、在图 1
13、7 所示的晶面、晶向中，哪些是滑移面?哪些是滑移方向?图中情况能否构成滑移系?答：(a)FCC：(101) 晶面不是滑移面，110 晶向是滑移方向，但两者不能构成滑移系。(b)FCC：(111)晶面是滑移面，其上的110晶向也是滑移方向，两者能构成滑移系。(c)BCC：(111)晶面不是滑移面，其上的101 晶向不是滑移方向，两者不能构成滑移系。(d)BCC：(110)晶面是滑移面，晶向也是滑移方向，但不在(110)晶面上，故两者不能构成滑移系。16、用低碳钢钢板冷冲压成形的零件，冲压后发现各部位的硬度不同，为什么?答：主要是由于冷冲压成形时，钢板形成零件的不同部位所需发生的塑性变形量不同，因
14、而加工硬化程度不同所造成。17、已知金属钨、铅的熔点分别为 3380和 327，试计算它们的最低再结晶温度，并分析钨在 9000C 加丁、铅在室温加丁时各为何种加工?答：金属的最低再结晶温度为：T 再 (0.350.4)T 熔点对金属钨：T 熔点 273 十 33803653KT 再 (0.350.4)T 熔点 l 279146l K1006l188在 900对金属 钨进行加工，略低于其最低再结晶温度，应属冷加工。对金属铅：T 熔点 273 十 327600 KT 再 (0.350.4)T 熔点 210240 K6333 在室温(如 23)对金属铅进行加工，明 显高于其最低再结晶温度的上限33
15、 ，应属热加工。18、何谓临界变形度?分析造成临界变形度的原因。答：塑性变形后的金属再进行加热发生再结晶，再结晶后晶粒大小与预先变形度有关。使品粒发生异常长大的预先变形度称做临界变形度。 金属变形度很小时，因不足以引起再结晶，晶粒不变。当变形度达到 210时，金属中少数晶粒变形，变形分布很不均匀，所以再结晶时生成的晶核少，晶粒大小相差极大，非常有利于晶粒发生吞并过程而很快长大，结果得到极粗大的晶粒。19、在制造齿轮时，有时采用喷丸处理(将金属丸喷 射到零件表面上)，使齿面得以强化。试分析强化原因。答：喷丸处理时，大量的微细金属丸被喷射到零件表面上，使零件表层发生一定的塑性变形，因而对零件表面产
16、生了加工硬化效应，同时也在表面形成残余压应力，有助于提高零件的疲劳强度。20、再结晶和重结晶有何不同？答：再结晶是指冷变形（冷加工）的金属加热到最低再结晶温度以上，通过原子扩散，使被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新形核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶，同时消除加工硬化现象，使金属的 强度和硬度、塑性和韧性恢复至变形前的水平。对钢而言，再结晶温度低于共析温度 727，因此不会发生晶体结构类型的转变。有些金属在固态下，存在两种或两种以上的晶格形式，如铁、 钴、钛等。这类金属在冷却或加热过程中，其晶格形式会发生变化。金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变，也叫
17、做重结晶。重 结晶也是一个通过原子扩散进行的形核、长大过程，但同时发生晶格结构类型的转变。21、热轧空冷的 45 钢钢材在重新加热到超过临界点后再空冷下来时，组织为什么能细化?答：热轧空冷的 45 钢在室温时组织为铁素体十索氏体。重新加热到临界点以上，组织转变为奥氏体。奥氏体在铁素体和渗碳体的界面处形核。由于索氏体中铁素体、渗碳体的层片细、薄，因此奥氏体形核数目多，奥氏体晶粒细小。奥氏体再空冷下来时，细小的奥氏体晶粒通过重结晶又转变成铁素体十索氏体，此时的组织就比热轧空冷的 45 钢组织细，达到细化和均匀组织的目的。23、试述马氏体转变的基本特点。答：过冷 A 转变为马氏体是低温转变过程，转变
18、温度在 MSM f，之间，其基本特点如下：（1）过冷 A 转变为马氏体是一种非扩散型转变。铁和碳原子都不进行扩散。马氏体就是碳 -Fe中的过饱和固溶体。过饱和碳使 -Fe的晶格发生很大畸变，产生很强的固溶强化。（2）马氏体的形成速度很快。奥氏体冷却到 MS 以下后，无孕育期，瞬时转变为马氏体。（3）马氏体转变是不彻底的。总要残留少量奥氏体。奥氏体中的碳质量分数越高，则 MS、Mf 和越低，残余 A 质量分数越高。 MS、Mf 越低，残余 A 质量分数越高。（4）马氏体形成时体积膨胀，在钢中造成很大的内应力，严重时导致开裂。24、试比较索氏体和回火索氏体、马氏体和回火马氏体之间的形成条件、 组织
19、形态与性能上的主要区别。答：索氏体是钢的过冷奥氏体在高温转变温度(620左右)等温转变或在正火条件下形成的主要组织。索氏体为层片状组织，即片状渗碳体平行分布在铁素体基体上。回火索氏体是钢经调质处理(淬火+高温回火)后形成的，淬火马氏体在高温回火条件下过饱和的碳原子全部脱溶析出为粒状渗碳体、自身转变为铁索体，即回火索氏体是细小的粒状渗碳体弥散的分布在铁素体基体上。由于粒状渗碳体比片状渗碳体对于阻止断裂过程的发展有利，所以在碳及合金元素质量分数相同时，索氏体和回火索氏体两者硬度相近，但是回火索氏体的强度、 韧性、塑性要好得多。马氏体是钢淬火后的主要组织，低碳马氏体为板条状、高碳马氏体为针状。马氏体
20、存在有内应力，容易产生变形和开裂。 马氏体是不稳定的，在工作中会 发生分解，导致零件尺寸发生变化。高碳 马氏体硬而脆，韧性很低。回火马氏体是淬火马氏体经低温回火形成的。回火马氏体由极细的 碳化物和低过饱和度的固溶体组成，低碳回火马氏体是暗板条状，高碳回火马氏体是黑针状。回火马氏体和马氏体相比，内应力小、韧性提高，同 时保持了 马氏体的高硬度和高耐磨性。25、马氏体的本质是什么？它的硬度为什么很高？ 为什么高碳马氏体的脆性大？答：马氏体的本质：马氏体是碳在 -Fe中的过饱和固溶体。由于过饱和的间隙碳原子造成晶格的严重畸变，形成强烈的应力场并与位错发生强烈的交互作用产生固溶强化。马氏体转变时在晶体
21、内造成晶格缺陷密度很高的亚结构（板条状马氏体的高密度位错，片状马氏体的微细孪晶）阻碍位错运动，提高了马氏体的硬度（马氏体相变强化）。 马氏体形成后，碳及合金元素向位错或其他缺陷扩散偏聚析出，钉扎位错，使位 错难以运动（马氏体时效强化）。因此马氏体的硬度很高。高碳马氏体由于碳的过饱和度大，晶格严重畸变，淬火应力大，同 时存在孪晶结构和高密度显微裂纹，所以脆性大，塑性、韧性极差。26、为什么钢件淬火后一般不直接使用。需要 进行回火?答：钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，必须将其加热到Acl 以下的某一温度，保温一定时间进行回火处理。这是因为：第一，淬火后得到的是性能很脆的马氏体组织，并存在内应力，容易 产生变形和开裂；第二，淬火 马
