第一章

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

編輯切換為居中

3.某晶體的原子位于正方晶格的節(jié)點上，其晶格常數(shù)a=b≠c，c=2/3a。今有一晶面在X、Y、Z坐標(biāo)軸上的截距分別是5個原子間距，2個原子間距和3個原子間距，求該晶面的晶面參數(shù)。

解：設(shè)X方向的截距為5a，Y方向的截距為2a，則Z方向截距為3c=3X2a/3=2a，取截距的倒數(shù)，分別為

1/5a，1/2a，1/2a

化為最小簡單整數(shù)分別為2,5,5

故該晶面的晶面指數(shù)為（2 5 5）

4.體心立方晶格的晶格常數(shù)為a，試求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面間距，并指出面間距最大的晶面

解：（1 0 0）面間距為a/2，（1 1 0）面間距為√2a/2，（1 1 1）面間距為√3a/3

三個晶面晶面中面間距最大的晶面為（1 1 0）

7.證明理想密排六方晶胞中的軸比c/a=1.633

證明：理想密排六方晶格配位數(shù)為12，即晶胞上底面中心原子與其下面的3個位于晶胞內(nèi)的原子相切，成正四面體，如圖所示

則OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a

因△ABC是等邊三角形，所以有OC=2/3CE

由于(BC)2=(CE)2+(BE)2

則

有(CD)2=(OC)2+(1/2c)2，即

因此c/a=√8/3=1.633

8.試證明面心立方晶格的八面體間隙半徑為r=0.414R

解：面心立方八面體間隙半徑r=a/2-√2a/4=0.146a

面心立方原子半徑R=√2a/4，則a=4R/√2，代入上式有

R=0.146X4R/√2=0.414R

9.a）設(shè)有一剛球模型，球的直徑不變，當(dāng)由面心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格時，試計算其體積膨脹。b）經(jīng)X射線測定，在912℃時γ-Fe的晶格常數(shù)為0.3633nm，α-Fe的晶格常數(shù)為0.2892nm，當(dāng)由γ-Fe轉(zhuǎn)化為α-Fe時，求其體積膨脹，并與a）比較，說明其差別的原因。

解：a）令面心立方晶格與體心立方晶格的體積及晶格常數(shù)分別為V面、V踢與a面、a體，鋼球的半徑為r，由晶體結(jié)構(gòu)可知，對于面心晶胞有

4r=√2a面，a面=2√2/2r，V面=（a面）3=（2√2r）3

對于體心晶胞有

4r=√3a體，a體=4√3/3r，V體=（a體）3=（4√3/3r）3

則由面心立方晶胞轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶胞的體積膨脹△V為

△V=2×V體-V面=2.01r3

B）按照晶格常數(shù)計算實際轉(zhuǎn)變體積膨脹△V實，有

△V實=2△V體-V面=2x(0.2892)3-(0.3633)3=0.000425nm3

實際體積膨脹小于理論體積膨脹的原因在于由γ-Fe轉(zhuǎn)化為α-Fe時,Fe原子的半徑發(fā)生了變化，原子半徑減小了。

10.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)，一個晶胞中含2個Fe原子，Cu為面心立方晶體結(jié)構(gòu)， 一個晶胞中含有4個Cu原子

1cm3=1021nm3

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，室溫下一個Fe的晶胞題解為V Fe，一個Cu晶胞的體積為V Cu，則

N Fe=1021/V Fe=1021/(0.286)3=3.5x1018

N Cu=1021/V Cu=1021/(0.3607)3=2.8X1018

11.一個位錯環(huán)能不能各個部分都是螺型位錯或者刃型位錯，試說明之。

解：不能，看混合型位錯

13.試計算{110}晶面的原子密度和[111]晶向原子密度。

解：以體心立方 {110}晶面為例

{110}晶面的面積S=a x √2a

{110}晶面上計算面積S內(nèi)的原子數(shù)N=2

則{110}晶面的原子密度為ρ=N/S= √2a-2

[111]晶向的原子密度ρ=2/√3a

15.有一正方形位錯線，其柏式矢量如圖所示，試指出圖中各段線的性能，并指出任性位錯額外串排原子面所在的位置。

D C

b

A B

AD、BC段為刃型位錯；

DC、AB段為螺型位錯

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

1.證明均勻形核時，形成臨界晶粒的 ΔGk 與其體積 V 之間的關(guān)系為 ΔG k = V/2△Gv

證明：由均勻形核體系自由能的變化

（1）

可知，形成半徑為rk的球狀臨界晶粒，自由度變化為

（2）

對（2）進(jìn)行微分處理，有

(3)

將（3）帶入（1），有

（4）

由于

，即3V=rkS （5）

將（5）帶入（4）中，則有

2.如果臨界晶核是邊長為 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？

3.為什么金屬結(jié)晶時一定要有過冷度，影響過冷度的因素是什么，固態(tài)金屬融化時是否會出現(xiàn)過熱，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 =GS-GL<0；只有當(dāng)溫度低于理論結(jié)晶溫度 Tm 時，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)晶時一定要有過冷度。 影響過冷度的因素： 影響過冷度的因素：1）金屬的本性，金屬不同，過冷度大小不同；2）金屬的純度，金屬的純度越高， 過冷度越大；3）冷卻速度，冷卻速度越大，過冷度越大。 固態(tài)金屬熔化時會出現(xiàn)過熱度。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)金屬熔化時會出現(xiàn)過熱度。原因： 由度是否低于固相的自由度，即 ?G = GL-GS<0；只有當(dāng)溫度高于理論結(jié)晶溫度 Tm 時，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，因此金屬熔化時一定要有過熱度。

4.試比較均勻形核和非均勻形核的異同點。

相同點：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 .

不同點：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.說明晶體成長形狀與溫度梯度的關(guān)系

（1）、在正的溫度梯度下生長的界面形態(tài)：

光滑界面結(jié)晶的晶體，若無其它因素干擾，大多可以成長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時，其界面為平行于熔點等溫面的平直界面，與散熱方向垂直，從而使之具有平面狀的長大形態(tài)，可將這種長大方式叫做平面長大方式。

（2）、在負(fù)的溫度梯度下生長的界面形態(tài)粗糙界面的晶體在負(fù)的溫度梯度下生長成樹枝晶體。主干叫一次晶軸或一次晶枝。其它的叫二次晶或三次晶。對于光滑界面的物質(zhì)在負(fù)的溫度梯度下長大時，如果杰克遜因子α不太大時可能生長為樹枝晶，如果杰克遜因子α很大時，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.簡述三晶區(qū)形成的原因及每個晶區(qū)的性能特點

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)生極大地過冷， 形成原因 形成原 模壁又可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，并同時向各個方向生長。 晶核數(shù)目多，晶核很快彼此相遇，不能繼續(xù)生長，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)致溫度梯度變得平緩；過冷度小，不能生成新晶核，但利于細(xì)晶區(qū)靠近液 相的某些小晶粒長大；遠(yuǎn)離界面的液態(tài)金屬過熱，不能形核；垂直于模壁方向散熱最快，晶體擇優(yōu)生 長。

3）中心等軸晶區(qū)：柱狀晶長到一定程度后，鑄錠中部開始形核長大---中部液體溫度大致是均勻的，每個晶粒的成長在各方向上接近一致，形成等軸晶。

性能特點：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，無弱面，力學(xué)性能無方向性。

7.為了得到發(fā)達(dá)的柱狀晶區(qū)應(yīng)采用什么措施，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)采取的措施：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。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。3）熔化溫度越高，液態(tài)金屬的過熱度越大，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。

為了得到發(fā)達(dá)的等軸晶區(qū)應(yīng)采取的措施： 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。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。3）熔化溫度越低，液態(tài)金屬的過熱度越小，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。

第三章

1.在正溫度梯度下，為什么純金屬凝固時不能呈樹枝狀生長，而固溶體合金卻能呈樹枝狀成長？

純金屬凝固時，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，只能以平面狀長大。而固溶體實際凝固時，往往會產(chǎn)生成分過冷，當(dāng)成分過冷區(qū)足夠大時，固溶體就會以樹枝狀長大。

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)系的簡明圖解。平衡狀態(tài)：合金的成分、質(zhì)量份數(shù)不再隨時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立組分?jǐn)?shù)為3的體系，該體系最多可能有四個自由度，即溫度、壓力和兩個濃度項，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，則自由度最多等于3，其相圖可用立體模型表示。若壓力、溫度同時固定，則自由度最多為2，可用平面圖來表示。通常在平面圖上用等邊三角形(有時也有用直角坐標(biāo)表示的)來表示各組分的濃度。

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.何謂成分過冷？成分過冷對固溶體結(jié)晶時晶體長大方式和鑄錠組織有何影響？

在固溶體合金凝固時，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際液相線溫度，從而產(chǎn)生的過冷稱為成分過冷。

這種過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，成分過冷減小。 　　成分過冷必須具備兩個條件：第一是固~液界面前沿溶質(zhì)的富集而引起成分再分配；第二是固~液界面前方液相的實際溫度分布，或溫度分布梯度必須達(dá)到一定的值。

對合金而言，其凝固過程同時伴隨著溶質(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“成分過冷”判斷合金微觀的生長過程。

第四章

1.分析分析ωc=0.2%,wc=0.6%,wc=1.2%的鐵碳合金從液態(tài)平衡冷卻到室溫的轉(zhuǎn)變過程。

ωc=0.2%: L---L+δ---δ→γ(1495度)---γ+L---γ----α+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C; (γ=A,α=F;下同)

ωc=0.6%: L---γ+L---γ----α+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C;

ωc=1.2%: L---γ+L---γ----Fe3C+γ----γ→α(727度)---α+Fe3C;

室溫下相組成物的相對含量:

ωc=0.2%，滲碳體相對含量=(0.2-0.02)/6.67 %,余量鐵素體

ωc=0.6%，滲碳體相對含量=(0.6-0.02)/6.67 %,余量鐵素體

ωc=1.2% 滲碳體相對含量=(1.2-0.02)/6.67 %,余量鐵素體

室溫下組織組成物的相對含量:

ωc=0.2%，珠光體相對含量=(0.2-0.02)/0.77%,余量鐵素體

ωc=0.6%，珠光體相對含量=(0.6-0.02)/0.77 %,余量鐵素體

ωc=1.2%,滲碳體相對含量=(1.2-0.77)/6.67 %,余量珠光體

2.分析ωc=3.5%、ωc=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過程，畫出冷卻曲線和組織轉(zhuǎn)變示意圖，并計算室溫下的組織組成物和相組成物。

解：下圖表示ωc=3.5%%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過程：

下圖表示ωc=4.7%的鐵碳合金從液態(tài)到室溫的平衡結(jié)晶過程：

3.計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Fe3CⅡ的最大可能含量產(chǎn)生在2.11%C的鐵碳合金中，因此

（Fe3CⅡ）max=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）x100%=22.64%

三次滲碳體即Fe3CⅢ的可能最大含量在0.0218%C的鐵碳合金中，因此

（Fe3CⅢ）max（0.0218-0.006）/（6.69-0.006）x100%=0.24%

4.分別計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，

Fe3C共晶%=（4.3-2.11）/（6.69-2.11）*100%=47.8%

Fe3CⅡ%=[（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）/（6.69-0.0218）]*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 ℃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試樣為過共析鋼(6.69-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求了。

6.利用Fe-FeC3相圖說明鐵碳合金的成分、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，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)晶過程，從而使相發(fā)生變化的結(jié)果，由圖3-35可見，隨碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鐵碳合金的組織變化順序為：

F→F+Fe3CⅢ→F+P→P→P+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ+Le→Le→Le+ Fe3CⅠ

wc<0.0218%時的合金組織全部為鐵素體，wc=0.77%時全部為珠光體，wc=4.3%時全部為萊氏體，wc=6.69%時全部為滲碳體，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)會有很大的差異。如滲碳體，當(dāng)wc<0.0218% 時，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，有時呈魚骨狀；從液相中直接析出的一次滲碳體呈規(guī)則的長條狀?？梢姡煞值淖兓?，不僅引起相的相對量的變化，而且引起組織的變化，從而對鐵碳合金的性能產(chǎn)生很大的影響。

1)切削加工性能

鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對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，切削加工時產(chǎn)生的切削熱較大，容易黏刀，而且切屑不易折斷，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。一般說來，鋼的硬度在170～250HBW時切削加工性能較好。

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可具有良好的鍛造性。白口鑄鐵無論在低溫或高溫，其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，流動性變差。鑄鐵的流動性要好于鋼，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，流動性隨之提高；過共晶白口鐵的流動性則隨之降低；共晶白口鐵的結(jié)晶溫度最低，又是在恒溫下結(jié)晶，流動性最好。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對鋼的收縮性也有影響，一般說來，當(dāng)澆注溫度一定時，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，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—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）不能用來分析非平衡條件下的問題

第五章

1.試在 A、B、C 成分三角形中，標(biāo)出注下列合金的位置：

1）ωC=10%，ωC=10%，其余為 A；

2）ωC=20%，ωC=15%，其余為 A；

3）ωC=30%，ωC=15%，其余為 A；

4）ωC=20%，ωC=30%，其余為 A；

5）ωC=40%，A和B組元的質(zhì)量比為1:4；

6）ωA=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，則 WB/WC=2/3 WB+WC=1?30% 可求 WB=42%，WC=28%。

2.在成分三角形中標(biāo)注 P （ωA=70%、ωB=20%、ωC=10%）；Q（ωA=30%、ωB=50%、ωC=20%）；N（ωA=30%、ωB=10%、ωC=60%）合金的位置，然后將5kgP合金、5kgQ合金和10kgN合金熔合在一起，試問新合金 的成分如何？

解：設(shè)新合金的成分為 ω新A、ω新B、 ω新C ，則有

ω新A =(5×ωPA +5×ωQA +10×ωNA)/(5+5+10)=(5×70%+5×30%+10×30%)/20=40.0% ;

ω新B =(5×ωPA +5×ωQA +10×ωNA )/(5+5+10)=(5×20%+5×50%+10×10%)/20=22.5% ;

ω新C =(5×ωPA +5×ωQA +10×ωNA )/(5+5+10)=(5×10%+5×20%+10×60%)/20=37.5%;

所以，新合金的成分為：ω新A =40.0%、ω新B =22.5%、ω新C =37.5%。

第六章

1.

屈服載荷/N

620

252

184

148

174

273

525

φ角/（°）

83

72.5

62

48.5

30.5

176

5

λ角/（°）

25.5

26

3

46

63

74.8

82.5

τk

8.688×105

2.132×106

2.922×106

3.633×106

3.088×106

cosλcosφ

0.110

0.270

0.370

0.460

0.391

-0.262

0.130

計算方法τk=σs·cosλcosφ=F/A cosλcosφ

4. 試用多晶體的塑性變形過程說明金屬晶粒越細(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σs 與晶粒直徑平方根的倒數(shù) d v2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源，使其開動起來，從而進(jìn)行協(xié)調(diào)性的多滑移。 由τ=nτ0知，塞積位錯數(shù)目n越大，應(yīng)力集中τ越大。位錯數(shù)目n與引起塞積的晶界到位錯源的距離成正比。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。另外，晶粒 細(xì)小，晶界就曲折，不利于裂紋傳播，在斷裂過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，試比較它們在塑性變形過程的作用。

答：區(qū)別：

1）滑移：一部分晶體沿滑移面相對于另一部分晶體作切變，切變時原子移動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于另一部分晶體作切變，切變時原子移動的距離不是 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，成鏡面對稱；

3）滑移：滑移所造成的臺階經(jīng)拋光后，即使再浸蝕也不會重現(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：晶體塑性變形過程主要依靠滑移機(jī)制來完成的；孿生對塑性變形的貢獻(xiàn)比滑移小得多，但孿生改 變了部分晶體的空間取向，使原來處于不利取向的滑移系轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌挠欣∠颍ぐl(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，位錯密度不斷增大，位錯運動阻力增加，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)件在使用過程中的安全性。

8.金屬材料經(jīng)塑性變形后為什么會保留殘留內(nèi)應(yīng)力？研究這部分殘留內(nèi)應(yīng)力有什么實際意義？ 金屬材料經(jīng)塑性變形后為什么會保留殘留內(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?；騺喚ЯＷ冃尾痪鶆颍瑢?dǎo)致微觀內(nèi)應(yīng)力；

3）塑性變形使金屬內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯或空位，使點陣中的一部分原子偏離其平衡位置，導(dǎo)致點陣畸變 內(nèi)應(yīng)力。

實際意義：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，試述裂紋對脆性材料和塑性材料斷裂過程中的影響。

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，在斷口附近會觀察到大齡的塑性變形痕跡，如縮頸。

金屬脆性斷裂過程中，極少或沒有宏觀塑性變形，但在局部區(qū)域任然存在著一定的微觀塑性變形。斷裂時承受的工程應(yīng)力通常不超過材料的屈服強(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。

在塑性材料中，斷裂是胃口形成、擴(kuò)大和連接的過程，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)，就像宏觀實驗產(chǎn)生縮頸一樣，此時微孔將迅速擴(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，由于斷裂前既無宏觀塑性變形，又無其他預(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)計中有何作用？

答：在彈塑性條件下，當(dāng)應(yīng)力場強(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，這個臨界或失穩(wěn)擴(kuò)展的應(yīng)力場強(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

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。因為冷拔是在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行加工，因此會引起加工硬化，所以要通過回復(fù)再結(jié)晶，使金屬的強(qiáng)度和硬度下降，提高其塑性。

2.一塊厚純金屬板經(jīng)冷彎并再結(jié)晶退火后，試畫出界面上的顯微組織示意圖。

3.已知W、Fe、Cu的熔點分別為3399℃、1538℃和1083℃，試估算其再結(jié)晶溫度。

解：T再=σTm，其中σ=0.35~0.4，取σ =0.4，則W、Fe、Cu的再結(jié)晶溫度分別為3399℃×0.4=1 359.6℃、1538℃×0.4=615.2℃和1083℃×0.4=433.2℃

4.說明以下概念的本質(zhì)區(qū)別：

1）一次再結(jié)晶和二次再結(jié)晶；

2）再結(jié)晶時晶核長大和再結(jié)晶后晶粒長大。

解：1）再結(jié)晶：當(dāng)退火溫度足夠高、時間足夠長時，在變形金屬或合金的顯微組織中，產(chǎn)生無應(yīng)變的新晶粒──再結(jié)晶核心。新晶粒不斷長大，直至原來的變形組織完全消失,金屬或合金的性能也發(fā)生顯著變化,這一過程稱為再結(jié)晶。過程的驅(qū)動力也是來自殘存的形變貯能。與金屬中的固態(tài)相變類似，再結(jié)晶也有轉(zhuǎn)變孕育期，但再結(jié)晶前后，金屬的點陣類型無變化。

再結(jié)晶完成后，正常的晶粒應(yīng)是均勻的、連續(xù)的。但在某些情況下，晶粒的長大只是少數(shù)晶粒突發(fā)性地、迅速地粗化，使晶粒之間的尺寸差別越來越大。這種不正常的晶粒長大稱為晶粒的反常長大。這種晶粒的不均勻長大就好像在再結(jié)晶后均勻細(xì)小的等軸晶粒中又重新發(fā)生了再結(jié)晶，所以稱為二次再結(jié)晶。其發(fā)生的基本條件是正常晶粒長大過程被分散相粒子、織構(gòu)或表面熱蝕等所強(qiáng)烈阻礙，當(dāng)一次再結(jié)晶組織被繼續(xù)加熱時，上述阻礙因素一旦被消除，少數(shù)特殊晶界將迅速遷移，導(dǎo)致少數(shù)晶粒變大，而大晶粒界面通常是凹向外側(cè)的，因此在晶界能的驅(qū)動下，大晶粒將繼續(xù)長大，直至相互接觸形成二次再結(jié)晶組織。二次再結(jié)晶為非形核過程，不產(chǎn)生新晶核，而是以一次再結(jié)晶后的某些特殊晶粒作為基礎(chǔ)而長大的。

5.分析回復(fù)和再結(jié)晶階段空位與位錯的變化及其對性能的影響。

答：回復(fù)可分為低溫回復(fù)，中溫回復(fù)以及高溫回復(fù)。低溫回復(fù)階段主要是空位濃度明顯降低。原因： 低溫回復(fù)階段主要是空位濃度明顯降低。中溫回復(fù)階段由于位錯運動會導(dǎo)致異號位錯合并而相互抵消， 此階段由于位錯運動會導(dǎo)致異號位錯合并而相互抵消，位錯 密度有所降低，但降幅不大。所以力學(xué)性能只有很少恢復(fù)。 密度有所降低，但降幅不大。所以力學(xué)性能只有很少恢復(fù)。高溫回復(fù)的主要機(jī)制為多邊化。 多邊化 由于同號刃型位錯的塞積而導(dǎo)致晶體點陣彎曲， 由于同號刃型位錯塞積而導(dǎo)致晶體點陣彎曲，在退火過程中 通過刃型位錯的攀移和滑移， 通過刃型位錯的攀移和滑移，使同號刃型位錯沿垂直于滑移面的方向排列成小角度的亞晶界。此過程稱為多邊（形）化。 多晶體金屬塑性變形時， 多晶體金屬塑性變形時， 金屬塑性變形時滑移通常是在許多互相交 截的滑移面上進(jìn)行， 截的滑移面上進(jìn)行，產(chǎn)生由纏結(jié)位錯構(gòu)成的胞狀組織。因此，多邊化后不僅 所形成的亞晶粒小得多， 而且許多亞晶界是由位錯網(wǎng)組成的。

對性能影響：去除殘余應(yīng)力，使冷變形的金屬件在基本保持應(yīng)變硬化狀態(tài)的條件下，降低其內(nèi)應(yīng)力，以免變形或開裂， 保持應(yīng)變硬化狀態(tài)的條件下，降低其內(nèi)應(yīng)力，以免變形或開裂， 并改善工件的耐蝕性。 并改善工件的耐蝕性。

再結(jié)晶是一種形核和長大的過程，靠原子的擴(kuò)散進(jìn)行。 冷變形金屬加熱時組織與性能最顯著的變化就是在再結(jié)晶階段發(fā)生的。特點： 1）、組織發(fā)生變化，由冷變形的伸長晶粒變?yōu)樾碌牡容S晶粒； 2）、力學(xué)性能發(fā)生急劇變化，強(qiáng)度、硬度急劇下降， 應(yīng)變硬化全部消除，恢復(fù)到變形前的狀態(tài)3）、變形儲能在再結(jié)晶過程中全部釋放。三類應(yīng)力（點陣畸變） 、變形儲能在再結(jié)晶過程中全部釋放。

對性能影響： 強(qiáng)度迅速下降， 強(qiáng)度迅速下降，塑性迅速升高。冷變形金屬在加熱過程中性能隨溫度升高而變化， 冷變形金屬在加熱過程中性能隨溫度升高而變化，在再結(jié)晶階段發(fā)生突變。

6.何謂臨界變形度，在工業(yè)生產(chǎn)中有何意義。

再結(jié)晶后的晶粒大小與冷變形時的變形程度有一定關(guān)系，在某個變形程度時再結(jié)晶后得到的晶粒特別粗大，對應(yīng)的冷變形程度稱為臨界變形度

粗大的經(jīng)歷對金屬的力學(xué)性能十分不利，故在壓力加工時，應(yīng)當(dāng)避免在臨界變形程度范圍內(nèi)進(jìn)行加工，一面再結(jié)晶后產(chǎn)生粗晶。此外，在鍛造零件時，如鍛造工藝或鍛模設(shè)計不當(dāng)，局部區(qū)域的變形量可能在臨界變形度范圍內(nèi)，則退貨后造成局部粗晶區(qū)，時零件在這些部位遭到破壞。

7.一塊純錫板被槍彈擊穿，經(jīng)再結(jié)晶退火后，大孔周圍的晶粒大小有何特征，并說明原因。

答：晶粒異常長大，因為受子彈擊穿后，大孔周圍產(chǎn)生了較大的變形度，由于變形度對再結(jié)晶晶粒大小有著重大影響，而且在受擊穿空洞的周圍其變形度呈現(xiàn)梯度變化，因此當(dāng)變形度達(dá)到某一數(shù)值的時候，就會得到特別粗大的晶粒了。

10.金屬材料在熱加工時為了獲得較小的晶粒組織，應(yīng)該注意什么問題？

答：應(yīng)該注意其變形度避開金屬材料的臨界變形度；提高再結(jié)晶退火溫度；盡量使原始晶粒尺寸較細(xì)；一般采用含有較多合金元素或雜志的金屬材料，這樣不僅增加變形金屬的儲存能，還能阻礙晶界的運動，從而起到細(xì)化晶粒的作用。

11.為了獲得較小的晶粒組織，應(yīng)該根據(jù)什么原則制定塑性變形以及退火工藝？

答：在熱軋或鍛造過程中： 在熱軋或鍛造過程中： 1)控制變形度； 控制變形度； 控制變形度 2)控制熱軋或鍛造溫度。 控制熱軋或鍛造溫度。 控制熱軋或鍛造溫度 細(xì)化晶粒方法

在熱處理過程中： 控制加熱和冷卻工藝參數(shù), 控制加熱和冷卻工藝參數(shù) 利用相變 重結(jié)晶來細(xì)化晶粒。 重結(jié)晶來細(xì)化晶粒。

對冷變形后退火態(tài)使用的合金： 1)控制變形度； 控制變形度； 控制變形度 2)控制再結(jié)晶退火溫度和時間。 控制再結(jié)晶退火溫度和時間。 控制再結(jié)晶退火溫度和時間

第八章

1.何謂擴(kuò)散，固態(tài)擴(kuò)散有哪些種類？

答：擴(kuò)散是物質(zhì)中原子（或分子）的遷移現(xiàn)象，是物質(zhì)傳輸?shù)囊环N方式。

固態(tài)擴(kuò)散根據(jù)擴(kuò)散過程是否發(fā)生濃度變化可以分為自擴(kuò)散和異擴(kuò)散；根據(jù)擴(kuò)散是否與濃度梯度的方向相同可分為上坡擴(kuò)散和下坡擴(kuò)散；根據(jù)擴(kuò)散過程是否出現(xiàn)新相可分為原子擴(kuò)散和反應(yīng)擴(kuò)散。

2.何謂上坡擴(kuò)散和下坡擴(kuò)散?試舉幾個實例說明之。

上坡擴(kuò)散是沿著濃度升高的方向進(jìn)行擴(kuò)散，即由低濃度向高濃度方向擴(kuò)散，使?jié)舛劝l(fā)生兩級分化。例如奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的過程中，碳原子由濃度較低的奧氏體向濃度較高的滲碳體擴(kuò)散，就是上坡擴(kuò)散。

下坡擴(kuò)散就是沿著濃度降低的方向進(jìn)行的擴(kuò)散，使?jié)舛融呌诰鶆蚧?，例如鑄件的均勻化退火、滲碳等過程都是下坡擴(kuò)散。

3.擴(kuò)散系數(shù)的物理意義是什么?影響因素有哪些？

擴(kuò)散系數(shù)D=D0e(-Q/RT)，其物理意義相當(dāng)于濃度梯度為1時的擴(kuò)散通量，D的值越大，則擴(kuò)散越快。

影響因素：

4.固態(tài)金屬中要發(fā)生擴(kuò)散必須滿足哪些條件。

固態(tài)金屬要發(fā)生擴(kuò)散，必須滿足：

1）擴(kuò)散要有驅(qū)動力

2）擴(kuò)散原子要固溶

3）溫度要足夠高

4）時間要足夠長

5.鑄造合金均勻化退火前的冷塑性變形對均勻化過程有何影響?是加速還是減緩? 為什么。

塑性變形有細(xì)化晶粒的作用，使均勻擴(kuò)散原子遷移的距離縮短，所以應(yīng)該是加速， 因為1）內(nèi)能提高；2）粗大的枝晶被打碎，擴(kuò)散距離縮短，擴(kuò)散過程加快。.

6.已知銅在鋁中的擴(kuò)散常數(shù) D0＝0.84×10-5m2／s，Q＝136×103J／mol，試計算在 477℃和 497℃時銅在鋁中的擴(kuò)散系數(shù)。

解：由擴(kuò)散系數(shù)D=D0e(-Q/RT)及已知條件D0＝0.84×10-5m2／s，Q＝136×103J／mol帶入到擴(kuò)散系數(shù)公式中，可得

D1=D0e(-Q/RT)= 0.84×10-5×e-136 ×10^3/[8.31×(477+273)] = 2.8022× 10 -15m2／s

D2=D0e(-Q/RT)= 0.84×10-5×e-136 ×10^3/[8.31×(497+273)] = 4.9391 × 10 -15m2／s

故在477℃和 497℃時銅在鋁中的擴(kuò)散系數(shù)分別為2.8022× 10 -15m2／s和4.9391 × 10 -15m2／s。

8.可否用鉛代替鉛錫合金作對鐵進(jìn)行釬焊的材料，試分析說明之。

答：不能，因為錫在鐵中的擴(kuò)散速度要比鉛快得多，因此用鉛錫合金作為釬焊材料，有助于保證焊接接頭的強(qiáng)度，若用鉛代替，則鉛在鐵中的擴(kuò)散速率較低，異擴(kuò)散速度較慢，因此將使焊接接頭性能大大降低。

10.滲碳是將零件置于滲碳介質(zhì)中使碳原子進(jìn)入工件表面，然后以下坡擴(kuò)散的方式使碳原子從表層向內(nèi)部擴(kuò)散的熱處理方法。試問： (1) 溫度高低對滲碳速度有何影響? (2) 滲碳應(yīng)當(dāng)在 r-Fe 中進(jìn)行還是應(yīng)當(dāng)在 α-Fe 中進(jìn)行? (3) 空位密度、位錯密度和晶粒大小對滲碳速度有何影響？

答：1）溫度高時滲碳速度加快。

溫度是影響擴(kuò)散系數(shù)的最主要因素。隨著溫度的升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。這是由于溫度越高，則原子的振動能越大，因此借助于能量起伏而越過勢壘進(jìn)行遷移的原子幾率越大。此外，溫度升高，金屬內(nèi)部的空位濃度提高，這也有利于擴(kuò)散。

2）應(yīng)當(dāng)在γ-Fe中進(jìn)行。

盡管碳原子在α-Fe中的擴(kuò)散系數(shù)比在γ-Fe中的大，可是滲碳溫度仍選在奧氏體區(qū)域。其原因一方面是由于奧氏體的溶碳能力遠(yuǎn)比鐵素體大，可以獲得較大的滲層深度；另一方面是考慮到溫度的影響，溫度提高，擴(kuò)散系數(shù)也將大大增加。

3）在位錯、空位等缺陷處的原子比完整晶格處的原子擴(kuò)散容易得多。原子沿晶界擴(kuò)散比晶內(nèi)快。因此，空位密度、位錯密度越大，晶粒越小，則滲碳速度越快。

只靠信念雖然可以做出奇跡，但這只是表面。意志，不錯，意志越堅強(qiáng)，工作越能完成。

有志者，事竟成，破釜沉舟，百二秦關(guān)終屬楚；苦心人，天不負(fù)，臥薪嘗膽，三千越甲可吞吳。 蒲松齡

朝為田舍郎，暮登天子堂。將相本無種，男兒當(dāng)自強(qiáng)。 《神童詩》

自小多才學(xué)，平生志氣高。別人懷寶劍，我有筆和刀。 《神童詩》

身如逆流船，心比鐵石堅。望父全兒志，至死不怕難。 （明）李時珍

天下無難事，有志者成之；天下無易事，有恒者得之。 書摘

金屬學(xué)與熱處理總結(jié)

一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

重點內(nèi)容： 面心立方、體心立方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、致密度、原子半徑，八面體、四面體間隙個數(shù)；晶向指數(shù)、晶面指數(shù)的標(biāo)定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。

基本內(nèi)容：密排六方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、致密度、原子半徑，密排面上原子的堆垛順序、晶胞、晶格、金屬鍵的概念。晶體的特征、晶體中的空間點陣。

晶格類型 晶胞中的原子數(shù) 原子半徑 配位數(shù) 致密度

體心立方 2 8 68%

面心立方 4 12 74%

密排六方 6 12 74%

晶格類型 fcc(A1) bcc(A2) hcp(A3)

間隙類型 正四面體 正八面體 四面體 扁八面體 四面體 正八面體

間隙個數(shù) 8 4 12 6 12 6

原子半徑rA

間隙半徑rB

晶胞：在晶格中選取一個能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元，用來分析原子排列的規(guī)律性，這個最小的幾何單元稱為晶胞。

金屬鍵：失去外層價電子的正離子與彌漫其間的自由電子的靜電作用而結(jié)合起來，這種結(jié)合方式稱為金屬鍵。

位錯：晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯動的一種特殊結(jié)構(gòu)組態(tài)。

位錯的柏氏矢量具有的一些特性：

①用位錯的柏氏矢量可以判斷位錯的類型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量與回路起點及回路途徑無關(guān)；③位錯的柏氏矢量個部分均相同。

刃型位錯的柏氏矢量與位錯線垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。

晶界具有的一些特性：

①晶界的能量較高，具有自發(fā)長大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢；②原子在晶界上的擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點較低；③相變時新相優(yōu)先在晶界出形核；④晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蝕和氧化；⑥常溫下晶界可以阻止位錯的運動，提高材料的強(qiáng)度。

二、純金屬的結(jié)晶

重點內(nèi)容：均勻形核時過冷度與臨界晶核半徑、臨界形核功之間的關(guān)系；細(xì)化晶粒的方法，鑄錠三晶區(qū)的形成機(jī)制。

基本內(nèi)容：結(jié)晶過程、阻力、動力，過冷度、變質(zhì)處理的概念。鑄錠的缺陷；結(jié)晶的熱力學(xué)條件和結(jié)構(gòu)條件，非均勻形核的臨界晶核半徑、臨界形核功。

相起伏：液態(tài)金屬中，時聚時散，起伏不定，不斷變化著的近程規(guī)則排列的原子集團(tuán)。

過冷度：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差稱為過冷度。

變質(zhì)處理：在澆鑄前往液態(tài)金屬中加入形核劑，促使形成大量的非均勻晶核，以細(xì)化晶粒的方法。

過冷度與液態(tài)金屬結(jié)晶的關(guān)系：液態(tài)金屬結(jié)晶的過程是形核與晶核的長大過程。從熱力學(xué)的角度上看，沒有過冷度結(jié)晶就沒有趨動力。根據(jù) 可知當(dāng)過冷度為零時臨界晶核半徑Rk為無窮大，臨界形核功（）也為無窮大。臨界晶核半徑Rk與臨界形核功為無窮大時，無法形核，所以液態(tài)金屬不能結(jié)晶。晶體的長大也需要過冷度，所以液態(tài)金屬結(jié)晶需要過冷度。

細(xì)化晶粒的方法：增加過冷度、變質(zhì)處理、振動與攪拌。

鑄錠三個晶區(qū)的形成機(jī)理：表面細(xì)晶區(qū)：當(dāng)高溫液體倒入鑄模后，結(jié)晶先從模壁開始，靠近模壁一層的液體產(chǎn)生極大的過冷，加上模壁可以作為非均質(zhì)形核的基底，因此在此薄層中立即形成大量的晶核，并同時向各個方向生長，形成表面細(xì)晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：在表面細(xì)晶區(qū)形成的同時，鑄模溫度迅速升高，液態(tài)金屬冷卻速度減慢，結(jié)晶前沿過冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散熱最快，因而晶體沿相反方向生長成柱狀晶。中心等軸晶區(qū)：隨著柱狀晶的生長，中心部位的液體實際溫度分布區(qū)域平緩，由于溶質(zhì)原子的重新分配，在固液界面前沿出現(xiàn)成分過冷，成分過冷區(qū)的擴(kuò)大，促使新的晶核形成長大形成等軸晶。由于液體的流動使表面層細(xì)晶一部分卷入液體之中或柱狀晶的枝晶被沖刷脫落而進(jìn)入前沿的液體中作為非自發(fā)生核的籽晶。

三、二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

重點內(nèi)容：杠桿定律、相律及應(yīng)用。

基本內(nèi)容：相、勻晶、共晶、包晶相圖的結(jié)晶過程及不同成分合金在室溫下的顯微組織。合金、成分過冷；非平衡結(jié)晶及枝晶偏析的基本概念。

相律：f = c – p + 1其中，f 為 自由度數(shù)，c為 組元數(shù)，p為 相數(shù)。

偽共晶：在不平衡結(jié)晶條件下，成分在共晶點附近的亞共晶或過共晶合金也可能得到全部共晶組織，這種共晶組織稱為偽共晶。

合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)、或用其它方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。

合金相：在合金中，通過組成元素（組元）原子間的相互作用，形成具有相同晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，并以明確界面分開的成分均一組成部分稱為合金相。

四、鐵碳合金

重點內(nèi)容：鐵碳合金的結(jié)晶過程及室溫下的平衡組織，組織組成物及相組成物的計算。

基本內(nèi)容：鐵素體與奧氏體、二次滲碳體與共析滲碳體的異同點、三個恒溫轉(zhuǎn)變。

鋼的含碳量對平衡組織及性能的影響；二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體相對量的計算；五種滲碳體的來源及形態(tài)。

奧氏體與鐵素體的異同點：

相同點：都是鐵與碳形成的間隙固溶體；強(qiáng)度硬度低，塑性韌性高。

不同點：鐵素體為體心結(jié)構(gòu)，奧氏體面心結(jié)構(gòu)；鐵素體最高含碳量為0.0218%， 奧氏體最高含碳量為2.11%，鐵素體是由奧氏體直接轉(zhuǎn)變或由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變得到，奧氏體是由包晶或由液相直接析出的；存在的溫度區(qū)間不同。

二次滲碳體與共析滲碳體的異同點。

相同點：都是滲碳體，成份、結(jié)構(gòu)、性能都相同。

不同點：來源不同，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉(zhuǎn)變得到的；形態(tài)不同二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳體成片狀；對性能的影響不同，片狀的強(qiáng)化基體，提高強(qiáng)度，網(wǎng)狀降低強(qiáng)度。

成分、組織與機(jī)械性能之間的關(guān)系：如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為F＋P，F(xiàn)的強(qiáng)度低，塑性、韌性好，與F相比P強(qiáng)度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增加，F(xiàn)量減少，P量增加（組織組成物的相對量可用杠桿定律計算）。所以對于亞共析鋼，隨含碳量的增加，強(qiáng)度硬度升高，而塑性、韌性下降

五、三元合金相圖

重點內(nèi)容：固態(tài)下無溶解度三元共晶相圖投影圖中不同區(qū)、線的結(jié)晶過程、室溫組織。

基本內(nèi)容：固態(tài)下無溶解度三元共晶相圖投影圖中任意點的組織并計算其相對量。

三元合金相圖的成分表示法；直線法則、杠桿定律、重心法則。

六、金屬及合金的塑性變形與斷裂

重點內(nèi)容：體心與面心結(jié)構(gòu)的滑移系；金屬塑性變形后的組織與性能。

基本內(nèi)容：固溶體強(qiáng)化機(jī)理與強(qiáng)化規(guī)律、第二相的強(qiáng)化機(jī)理?；魻枴淦骊P(guān)系式；單晶體塑性變形的方式、滑移的本質(zhì)。

塑性變形的方式：以滑移和孿晶為主。

滑移：晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對另一部分作相對的滑動?；频谋举|(zhì)是位錯的移動。

體心結(jié)構(gòu)的滑移系個數(shù)為12，滑移面：{110}，方向<111>。面心結(jié)構(gòu)的滑移系個數(shù)為12，滑移面：{111}，方向<110>。

金屬塑性變形后的組織與性能 ：顯微組織出現(xiàn)纖維組織，雜質(zhì)沿變形方向拉長為細(xì)帶狀或粉碎成鏈狀，光學(xué)顯微鏡分辨不清晶粒和雜質(zhì)。亞結(jié)構(gòu)細(xì)化，出現(xiàn)形變織構(gòu)。性能：材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降；比電阻增加，導(dǎo)電系數(shù)和電阻溫度系數(shù)下降，抗腐蝕能力降低等。

七、金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶

重點內(nèi)容：金屬的熱加工的作用；變形金屬加熱時顯微組織的變化、性能的變化，儲存能的變化。

基本內(nèi)容：回復(fù)、再結(jié)的概念、變形金屬加熱時儲存能的變化。再結(jié)晶后的晶粒尺寸；影響再結(jié)晶的主要因素性能的變化規(guī)律。

變形金屬加熱時顯微組織的變化、性能的變化：隨溫度的升高，金屬的硬度和強(qiáng)度下降，塑性和韌性提高。電阻率不斷下降，密度升高。金屬的抗腐蝕能力提高，內(nèi)應(yīng)力下降。

再結(jié)晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在原來的變形組織中重新產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化，并恢復(fù)到完全軟化狀態(tài)，這個過程稱之為再結(jié)晶。

熱加工的主要作用（或目的）是：①把鋼材加工成所需要的各種形狀，如棒材、板材、線材等；②能明顯的改善鑄錠中的組織缺陷，如氣泡焊合，縮松壓實，使金屬材料的致密度增加；③使粗大的柱狀晶變細(xì)，合金鋼中大塊狀碳化物初晶打碎并使其均勻分布；④減輕或消除成分偏析，均勻化學(xué)成分等。使材料的性能得到明顯的改善。

影響再結(jié)晶的主要因素：①再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時間一定時），再結(jié)晶后的晶粒越粗大；②冷變形量：一般冷變形量越大，完成再結(jié)晶的溫度越低，變形量達(dá)到一定程度后，完成再結(jié)晶的溫度趨于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越細(xì)，再結(jié)晶晶粒也越細(xì)；④微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子，一般均起細(xì)化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再結(jié)晶，彌散分布的細(xì)小的第二相粒子不利于再結(jié)晶；⑥形變溫度，形變溫度越高，再結(jié)晶溫度越高，晶粒粗化；⑦加熱速度，加熱速度過快或過慢，都可能使再結(jié)晶溫度升高。

塑性變形后的金屬隨加熱溫度的升高會發(fā)生的一些變化：

顯微組織經(jīng)過回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大三個階段由破碎的或纖維組織轉(zhuǎn)變成等軸晶粒，亞晶尺寸增大；儲存能降低，內(nèi)應(yīng)力松弛或被消除；各種結(jié)構(gòu)缺陷減少；強(qiáng)度、硬度降低，塑性、韌度提高；電阻下降，應(yīng)力腐蝕傾向顯著減小。

八、擴(kuò)散

重點內(nèi)容：影響擴(kuò)散的因素；擴(kuò)散第一定律表達(dá)式。

基本內(nèi)容：擴(kuò)散激活能、擴(kuò)散的驅(qū)動力?？驴线_(dá)爾效應(yīng)，擴(kuò)散第二定律表達(dá)式。

柯肯達(dá)爾效應(yīng)：由置換互溶原子因相對擴(kuò)散速度不同而引起標(biāo)記移動的不均衡擴(kuò)散現(xiàn)象稱為柯肯達(dá)爾效應(yīng)。

影響擴(kuò)散的因素：

①溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越大；

② 晶體結(jié)構(gòu)：體心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)大于面心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)；

③ 固溶體類型：間隙原子的擴(kuò)散速度大于置換原子的擴(kuò)散速度；

④ 晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴(kuò)散速度越快；

⑤ 化學(xué)成分：有些元素可以加快原子的擴(kuò)散速度，有些可以減慢擴(kuò)散速度。

擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：

其中，J為擴(kuò)散流量；D為擴(kuò)散系數(shù)；為濃度梯度。

擴(kuò)散的驅(qū)動力為化學(xué)位梯度，阻力為擴(kuò)散激活能

九、鋼的熱處理原理

重點內(nèi)容：冷卻時轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、B、M）的特征、性能特點、熱處理的概念。

基本內(nèi)容：等溫、連續(xù)C-曲線。奧氏體化的四個過程；碳鋼回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能特點。

熱處理：將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，并在該溫度下保持一段時間，然后以一定的速度冷卻下來，讓其獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)和性能的一種熱加工工藝。

轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、B、M）的特征、性能特點：片狀P體，片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性、韌性也越好；粒狀P體，F(xiàn)e3C顆粒越細(xì)小，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高。第二相的數(shù)量越多，對塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強(qiáng)度高，塑性、韌性差；上貝氏體為羽毛狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯，位錯密度高于上貝氏體，綜合機(jī)械性能好；低碳馬氏體為板條狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯，具有良好的綜合機(jī)械性能；高碳馬氏體為片狀，亞結(jié)構(gòu)為孿晶，強(qiáng)度硬度高，塑性和韌性差。

等溫、連續(xù)C-曲線。

十、鋼的熱處理工藝

重點內(nèi)容：退火、正火的目的和工藝方法； 淬火和回火的目的和工藝方法。

基本內(nèi)容：淬透性、淬硬性、熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、回火脆性、回火穩(wěn)定性、過冷奧氏體的概念。淬火加熱缺陷及其防止措施。

熱應(yīng)力：工件在加熱(或冷卻)時，由于不同部位的溫度差異，導(dǎo)致熱脹(或冷縮)的不一致所引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。

組織應(yīng)力：由于工件不同部位組織轉(zhuǎn)變不同時性而引起的內(nèi)應(yīng)力。

淬透性：是表征鋼材淬火時獲得馬氏體的能力的特性。

可硬性：指淬成馬氏體可能得到的硬度。

回火穩(wěn)定性：淬火鋼對回火時發(fā)生軟化過程的抵抗能力。

回火脆性：鋼在一定的溫度范圍內(nèi)回火時，其沖擊韌性顯著下降，這種脆化現(xiàn)象叫做鋼的回火脆性。

過冷奧氏體：在臨界溫度以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體稱為過冷奧氏體。

退火的目的：均勻鋼的化學(xué)成分及組織；細(xì)化晶粒；調(diào)整硬度，改善鋼的成形及切削加工性能；消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化；為淬火做好組織準(zhǔn)備。

正火的目的：改善鋼的切削加工性能；細(xì)化晶粒，消除熱加工缺陷；消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火；提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。

十一、工業(yè)用鋼

重點內(nèi)容：材料強(qiáng)化方法；鋼的分類和編號。

基本內(nèi)容：常用合金元素在鋼中的主要作用。材料韌化的方法、鋼的化學(xué)成分、金相組織熱處理工藝和機(jī)械性能之間的關(guān)系。

合金鋼：在碳鋼的基礎(chǔ)上有意地加入一種或幾種合金元素，使其使用性能和工藝性能得以提高的以鐵為基的合金即為合金鋼。

金屬學(xué)與熱處理習(xí)題及參考解

一、論述四種強(qiáng)化的強(qiáng)化機(jī)理、強(qiáng)化規(guī)律及強(qiáng)化方法。

1、形變強(qiáng)化

形變強(qiáng)化：隨變形程度的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象叫形變強(qiáng)化或加工硬化。

機(jī)理：隨塑性變形的進(jìn)行，位錯密度不斷增加，因此位錯在運動時的相互交割加劇，結(jié)果即產(chǎn)生固定的割階、位錯纏結(jié)等障礙，使位錯運動的阻力增大，引起變形抗力增加，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高金屬的強(qiáng)度。

規(guī)律：變形程度增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降，位錯密度不斷增加，根據(jù)公式Δσ=αbGρ1/2 ，可知強(qiáng)度與位錯密度（ρ）的二分之一次方成正比，位錯的柏氏矢量（b）越大強(qiáng)化效果越顯著。

方法：冷變形（擠壓、滾壓、噴丸等）。

形變強(qiáng)化的實際意義（利與弊）：形變強(qiáng)化是強(qiáng)化金屬的有效方法，對一些不能用熱處理強(qiáng)化的材料可以用形變強(qiáng)化的方法提高材料的強(qiáng)度，可使強(qiáng)度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金屬均勻變形，使工件或半成品的成形成為可能，如冷拔鋼絲、零件的沖壓成形等；形變強(qiáng)化還可提高零件或構(gòu)件在使用過程中的安全性，零件的某些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中或過載現(xiàn)象時，使該處產(chǎn)生塑性變形，因加工硬化使過載部位的變形停止從而提高了安全性。另一方面形變強(qiáng)化也給材料生產(chǎn)和使用帶來麻煩，變形使強(qiáng)度升高、塑性降低，給繼續(xù)變形帶來困難，中間需要進(jìn)行再結(jié)晶退火，增加生產(chǎn)成本。

2、固溶強(qiáng)化

隨溶質(zhì)原子含量的增加，固溶體的強(qiáng)度硬度升高，塑性韌性下降的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。強(qiáng)化機(jī)理：一是溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)生畸變，對滑移面上運動的位錯有阻礙作用；二是位錯線上偏聚的溶質(zhì)原子形成的柯氏氣團(tuán)對位錯起釘扎作用，增加了位錯運動的阻力；三是溶質(zhì)原子在層錯區(qū)的偏聚阻礙擴(kuò)展位錯的運動。所有阻止位錯運動，增加位錯移動阻力的因素都可使強(qiáng)度提高。

固溶強(qiáng)化規(guī)律：①在固溶體溶解度范圍內(nèi)，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，則強(qiáng)化作用越大；②溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差越大，強(qiáng)化效果越顯著；③形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素的強(qiáng)化作用大于形成置換固溶體的元素；④溶質(zhì)原子與溶劑原子的價電子數(shù)差越大，則強(qiáng)化作用越大。

方法：合金化，即加入合金元素。

3、第二相強(qiáng)化

鋼中第二相的形態(tài)主要有三種，即網(wǎng)狀、片狀和粒狀。

①網(wǎng)狀特別是沿晶界析出的連續(xù)網(wǎng)狀Fe3C，降低的鋼機(jī)械性能，塑性、韌性急劇下降，強(qiáng)度也隨之下降；

②第二相為片狀分布時，片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性、韌性也越好。符合σs=σ0＋KS0-1/2的規(guī)律，S0 片層間距。

③第二相為粒狀分布時，顆粒越細(xì)小，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高，符合的規(guī)律，λ粒子之間的平均距離。第二相的數(shù)量越多，對塑性的危害越大；

④片狀與粒狀相比，片狀強(qiáng)度高，塑性、韌性差；

⑤沿晶界析出時，不論什么形態(tài)都降低晶界強(qiáng)度，使鋼的機(jī)械性能下降。

第二相無論是片狀還是粒狀都阻止位錯的移動。

方法：合金化，即加入合金元素，通過熱處理或變形改變第二相的形態(tài)及分布。

4、細(xì)晶強(qiáng)化

細(xì)晶強(qiáng)化：隨晶粒尺寸的減小，材料的強(qiáng)度硬度升高，塑性、韌性也得到改善的現(xiàn)象稱為細(xì)晶強(qiáng)化。

細(xì)化晶粒不但可以提高強(qiáng)度又可改善鋼的塑性和韌性，是一種較好的強(qiáng)化材料的方法。

機(jī)理：晶粒越細(xì)小，位錯塞集群中位錯個數(shù)（n）越小，根據(jù)，應(yīng)力集中越小，所以材料的強(qiáng)度越高。

細(xì)晶強(qiáng)化的強(qiáng)化規(guī)律：晶界越多，晶粒越細(xì)，根據(jù)霍爾-配奇關(guān)系式σs=σ0＋Kd-1/2 晶粒的平均直（d）越小，材料的屈服強(qiáng)度（σs）越高。

細(xì)化晶粒的方法：結(jié)晶過程中可以通過增加過冷度，變質(zhì)處理，振動及攪拌的方法增加形核率細(xì)化晶粒。對于冷變形的金屬可以通過控制變形度、退火溫度來細(xì)化晶粒。可以通過正火、退火的熱處理方法細(xì)化晶粒；在鋼中加入強(qiáng)碳化物物形成元素。

二、改善塑性和韌性的機(jī)理

晶粒越細(xì)小，晶粒內(nèi)部和晶界附近的應(yīng)變度差越小，變形越均勻，因應(yīng)力集中引起的開裂的機(jī)會也越小。晶粒越細(xì)小，應(yīng)力集中越小，不易產(chǎn)生裂紋；晶界越多，易使裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生變化，裂紋不易傳播，所以韌性就好。

提高或改善金屬材料韌性的途徑：① 盡量減少鋼中第二相的數(shù)量；② 提高基體組織的塑性；③ 提高組織的均勻性；④ 加入Ni及細(xì)化晶粒的元素；⑤ 防止雜質(zhì)在晶界偏聚及第二相沿晶界析出。

三、Fe—Fe3C相圖，結(jié)晶過程分析及計算

1.分析含碳0.53～0.77％的鐵碳合金的結(jié)晶過程，并畫出結(jié)晶示意圖。

①點之上為液相L；①點開始L→γ；②點結(jié)晶完畢；②～③點之間為單相γ；

③點開始γ→α轉(zhuǎn)變；④點開始γ→ P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為α+ P。

結(jié)晶示意圖：

2.計算室溫下亞共析鋼（含碳量為）的組織組成物的相對量。

組織組成物為α、P，相對量為：

或

3.分析含碳0.77～2.11％的鐵碳合金的結(jié)晶過程。

①點之上為液相L；①點開始L→γ；①～②之間為L+γ；②點結(jié)晶完畢；②～③點之間為單相γ；③點開始γ→Fe3C轉(zhuǎn)變；④點開始γ→ P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為P + Fe3C。

結(jié)晶過程示意圖。

4.計算室溫下過共析鋼（含碳量為）的組織組成物的相對量。

組織組成物為P、Fe3CⅡ，相對量為：

或

5.分析共析鋼的結(jié)晶過程，并畫出結(jié)晶示意圖。

①點之上為液相L；①點開始L→γ；②點結(jié)晶完畢；②～③點之間為單相γ；③點γ→ P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為P。

結(jié)晶示意圖：

6.計算含碳3.0%鐵碳合金室溫下組織組成物及相組成物的相對量。

含碳3.0%的亞共晶白口鐵室溫下組織組成物為P、Fe3CⅡ，相對量為：

相組成物為F、Fe3C，相對量為：

7.相圖中共有幾種滲碳體？說出各自的來源及形態(tài)。

相圖中共有五種滲碳體: Fe3CⅠ、Fe3CⅡ 、Fe3CⅢ 、Fe3C共析、Fe3C共晶 ；

Fe3CⅠ：由液相析出，形態(tài)連續(xù)分布（基體）； Fe3CⅡ：由奧氏體中析出，形態(tài)網(wǎng)狀分布； Fe3CⅢ：由鐵素體中析出，形態(tài)網(wǎng)狀、短棒狀、粒狀分布在鐵素體的晶界上；Fe3C共析：奧氏體共析轉(zhuǎn)變得到，片狀；Fe3C共晶：液相共晶轉(zhuǎn)變得到，粗大的條狀。

8.計算室溫下含碳量為合金相組成物的相對量。

相組成物為α、Fe3C，相對量為：

9.Fe3C?的相對量：

當(dāng)x=6.69時Fe3C? 含量最高，最高百分量為：

10.過共析鋼中Fe3CⅡ 的相對量：

當(dāng)x=2.11時Fe3CⅡ含量最高，最高百分量為：

11.Fe3CⅢ 的相對量計算：

當(dāng)x=0.0218時Fe3CⅢ含量最高，最高百分量為：

12.共析滲碳體的相對百分量為：

13.共晶滲碳體的相對百分量為：

14.說出奧氏體與鐵素體的異同點。

相同點：都是鐵與碳形成的間隙固溶體；強(qiáng)度硬度低，塑性韌性高。

不同點：鐵素體為體心結(jié)構(gòu)，奧氏體面心結(jié)構(gòu)；鐵素體最高含碳量為0.0218%， 奧氏體最高含碳量為2.11%，鐵素體是由奧氏體直接轉(zhuǎn)變或由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變得到，奧氏體是由包晶或由液相直接析出的；存在的溫度區(qū)間不同。

15.說出二次滲碳體與共析滲碳體的異同點。

相同點：都是滲碳體，成份、結(jié)構(gòu)、性能都相同。

不同點：來源不同，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉(zhuǎn)變得到的；形態(tài)不同二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳體成片狀；對性能的影響不同，片狀的強(qiáng)化基體，提高強(qiáng)度，網(wǎng)狀降低強(qiáng)度。

16.舉例說明成分、組織與機(jī)械性能之間的關(guān)系

如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為F＋P，F(xiàn)的強(qiáng)度低，塑性、韌性好，與F相比P強(qiáng)度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增加，F(xiàn)量減少，P量增加（組織組成物的相對量可用杠桿定律計算）。所以對于亞共析鋼，隨含碳量的增加，強(qiáng)度硬度升高，而塑性、韌性下降。

17.說明三個恒溫轉(zhuǎn)變，畫出轉(zhuǎn)變特征圖

包晶轉(zhuǎn)變(LB＋δHγJ)含碳量0.09％～0.53％范圍的鐵碳合金，于HJB水平線(1495℃)均將通過包晶轉(zhuǎn)變，形成單相奧氏體。

共晶轉(zhuǎn)變(LCγE＋Fe3C)含碳放2.11％一6.69％范圍的鐵碳合金，于ECF平線上(1148℃)均將通過共晶轉(zhuǎn)變，形成奧氏體和滲碳體兩相混合的共晶體，稱為菜氏體(Ld)。

共析轉(zhuǎn)變(γS αP＋Fe3C)；含碳雖超過0．02％的鐵碳合金，于PSK水平線上(727℃)均將通過共析轉(zhuǎn)變，形成鐵素體和滲碳體兩相混合的共析體，稱為珠光體（P）。

轉(zhuǎn)變特征圖

包晶轉(zhuǎn)變：

共晶轉(zhuǎn)變：

共析轉(zhuǎn)變：

各點成分為（C%）：B：0.53 ；H：0.09；J：0.17；C：4.3；E：2.11 S：0.77；P：0.0218。

18.說出Fe -Fe3C相圖中室溫下的顯微組織

工業(yè)純鐵(<0.0218％C)室溫組織：α

亞共析鋼（0.0218％～0.77％C）室溫組織： P＋α；

共析鋼：0.77％C；室溫組織：P

過共析鋼：0.77％～2.11％C室溫組織：P＋ Fe3CⅡ

亞共晶白口鐵：2.11％～4.30％C；室溫組織：

共晶白口鐵：4.30％C；室溫組織：

過共晶白口鐵：4.30％～6.69％C。室溫組織：

四、晶面指數(shù)與晶向指數(shù)

1）、標(biāo)出圖①、圖②中晶面的晶面指數(shù)及圖③中所示晶向(AB，OC)的晶向指數(shù)。

Z Z Z

C

Y Y A O B Y

X X X

① ② ③

① ： ②：（012）

AB： OC：[101]

2）、標(biāo)出圖①、圖②中晶面的晶面指數(shù)及圖③中所示晶向(AC，OB )的晶向指數(shù)。

Z Z C Z

Y Y A O Y

X X X B

① ② ③

①： ②：（112）

AC： OB：[120]

3）、畫出下列指數(shù)的晶向或晶面

（111） （0 21） [1 1 0]

Z Z Z

（021）

Y Y Y

X

（111） （110） X X [110]

[001]

五、固態(tài)下互不溶解的三元共晶相圖的投影圖如圖所示。

1.說出圖中各點（M、N、P、E）室溫下的顯微組織。

M：B＋（B＋C）＋（A＋B＋C）； N：（A＋B） ＋（A＋B＋C）；

P：C＋（A＋B＋C）； E：（A＋B＋C）。

2.求出E點合金室溫下組織組成物的相對量和相組成物的相對量。

E點合金室溫下組織組成物的相對量（A＋B＋C）為100%

相組成物的相對量為：

WA=Ea/Aa×100%

WB=Eb/Bb×100%

WC=Ec/Cc×100%

A E1 c B% B

· N

A% E· ·M C%

b K E2

E3 ·P a

C

3.分析M點合金的結(jié)晶過程。

先從液相中結(jié)晶出B組元，當(dāng)液相成分為K時，發(fā)生二元共晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為（B＋C），當(dāng)液相成分為E時，發(fā)生三元共晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為（A＋B＋C）。室溫下的顯微組織為：B＋（B＋C）＋（A＋B＋C）。

六、固態(tài)下互不溶解的三元共晶相圖的投影圖如圖所示。

A e1 B% B

A% E ·

e3 e2

C%

C

1.確定出E點合金A、B、C三個組元的化學(xué)成分。

2.計算E點合金組織組成物的相對量

3.計算E點合金相組成物的相對量

4.E點合金的化學(xué)成分與相組成物相對量之間有什么關(guān)系？為什么？

A b D e1 B% B

A% E · c

F H

e3 a e2

C%

C

1、 A、B、C三個組元的化學(xué)成分為：A=Ca% ，B=Ab% ，C=Bc%

2、E點合金組織組成物的相對量為：W(A＋B＋C)=100%

3、E點合金相組成物的相對量為：，，

4、E點合金的化學(xué)成分與相組成物相對量是相等的，即：Ca=EH/AH，Ab=EF/BF，

Bc=ED/CD。因為三個組元在固態(tài)下互不溶解，都已純金屬的形成存在，所以三個相（A、B、C）的相對量就應(yīng)該等于其各自的化學(xué)成分。

七、鍛造或軋制的作用是什么？為什么鍛造或軋制的溫度選擇在高溫的奧氏體區(qū)？

鍛造或軋制的作用是：把材料加工成形，通過鍛造或軋制使鑄錠中的組織缺陷得到明顯的改善，如氣泡焊合，縮松壓實，使金屬材料的致密度增加；粗大的柱狀晶變細(xì)；合金鋼中大塊狀碳化物初晶打碎并較均勻分布；使成分均勻，使材料的性能得到明顯的改善。

奧氏體穩(wěn)定存在是在高溫區(qū)，溫度升高材料的強(qiáng)度、硬度下降，塑性韌性升高，有利于變形；奧氏體為面心結(jié)構(gòu)，塑性比其它結(jié)構(gòu)好，塑性好，有利于變形；奧氏體為單相組織，單相組織的強(qiáng)度低，塑性韌性好，有利于變形；變形為材料的硬化過程，變形金屬高溫下發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，消除加工硬化，即為動態(tài)回復(fù)再結(jié)晶，適合大變形量的變形。

八、什么是柯肯達(dá)爾效應(yīng)？如何解釋柯肯達(dá)爾效應(yīng)？

由置換互溶原子因相對擴(kuò)散速度不同而引起標(biāo)記移動的不均衡擴(kuò)散現(xiàn)象稱為柯肯達(dá)爾效應(yīng)。

Cu Ni

分析表明Ni向左側(cè)擴(kuò)散過來的原子數(shù)目大于Cu向右側(cè)擴(kuò)散過來的原子數(shù)目，且Ni的原子半徑大于Cu的原子半徑。過剩的Ni的原子使左側(cè)的點陣膨脹，而右邊原子減少的地方將發(fā)生點陣收縮，其結(jié)果必然導(dǎo)致界面向右側(cè)漂移。

九、影響擴(kuò)散的因素有哪些？

①溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越大；

② 晶體結(jié)構(gòu)：體心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)大于面心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)；

③ 固溶體類型：間隙原子的擴(kuò)散速度大于置換原子的擴(kuò)散速度；

④ 晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴(kuò)散速度越快；

⑤ 化學(xué)成分：有些元素可以加快原子的擴(kuò)散速度，有些可以減慢擴(kuò)散速度。

十、寫出擴(kuò)散第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說出各符號的意義。

擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：

其中，J為擴(kuò)散流量；D為擴(kuò)散系數(shù)；為濃度梯度。

擴(kuò)散的驅(qū)動力為化學(xué)位梯度，阻力為擴(kuò)散激活能

十一、寫出擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說出各符號的意義及影響因素。

擴(kuò)散系數(shù)D可用下式表示：

式中，D0為擴(kuò)散常數(shù)，Q為擴(kuò)散激活能，R為氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。由式上式可以看出，擴(kuò)散系數(shù)D與溫度呈指數(shù)關(guān)系，溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。

十二、固態(tài)金屬擴(kuò)散的條件是什么？

①溫度要足夠高，溫度越高原子熱振動越激烈原子被激活而進(jìn)行遷移的幾率越大；②時間要足夠長，只有經(jīng)過相當(dāng)長的時間才能造成物質(zhì)的宏觀遷移；③擴(kuò)散原子要固溶，擴(kuò)散原子能夠溶入基體晶格形成固溶體才能進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散；④擴(kuò)散要有驅(qū)動力，沒有動力擴(kuò)散無法進(jìn)行，擴(kuò)散的驅(qū)動力為化學(xué)位梯度。

十三、為什么晶體的滑移通常在密排晶面并沿密排晶向進(jìn)行？

晶體滑移的實質(zhì)是位錯在滑移面上運動的結(jié)果，位錯運動的點陣阻力為：，位錯運動的點陣阻力越小，位錯運動越容易，從公式中可以看出，ｄ值越大、ｂ值越小，位錯運動的點陣阻力越小。ｄ為晶面間距，密排面的晶面間距最大；ｂ為柏氏矢量，密排方向的柏氏矢量最小。所以，晶體的滑移通常在密排晶面并沿密排晶向進(jìn)行。

十四、晶界具有哪些特性？

①晶界的能量較高，具有自發(fā)長大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢；②原子在晶界上的擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點較低；③相變時新相優(yōu)先在晶界出形核；④晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蝕和氧化；⑥常溫下晶界可以阻止位錯的運動，提高材料的強(qiáng)度。

十五、簡述位錯與塑性、強(qiáng)度之間的關(guān)系。

位錯：晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯動的一種特殊結(jié)構(gòu)組態(tài)。

晶體塑性變形的方式有滑移和孿晶，多數(shù)都以滑移方式進(jìn)行?；频谋举|(zhì)就是位錯在滑移面上的運動，大量位錯滑移的結(jié)果造成了晶體的宏觀塑性變形。

位錯滑移的結(jié)果造成了晶體的宏觀塑性變形，使材料發(fā)生屈服，位錯越容易滑移，強(qiáng)度越低，因此增加位錯移動的阻力，可以提高材料的強(qiáng)度。溶質(zhì)原子造成晶格畸變還可以與位錯相互作用形成柯氏氣團(tuán)，都增加位錯移動的摩擦阻力，使強(qiáng)度提高。晶界、相界可以阻止位錯的滑移，提高材料的強(qiáng)度。所以細(xì)化晶粒、第二相彌散分布可以提高強(qiáng)度。

十六、論述鋼的滲碳通常在奧氏體區(qū)（930～950℃）進(jìn)行，而且時間較長的原因。

雖然碳原子在α-Fe比γ-Fe中擴(kuò)散系數(shù)大（１分），但鋼的滲碳通常在奧氏體區(qū)進(jìn)行，因為可以獲得較大的滲層深度。因為：①根據(jù)，，溫度（T）越高，擴(kuò)散系數(shù)（D）越大，擴(kuò)散速度越快，溫度越高原子熱振動越激烈，原子被激活而進(jìn)行遷移的幾率越大，擴(kuò)散速度越快；②溫度高，奧氏體的溶碳能力大，1148℃時最大值可達(dá)2.11%，遠(yuǎn)比鐵素體(727℃，0.0218%)大，③鋼表面碳濃度高，濃度梯度大，擴(kuò)散速度越快；④時間要足夠長，只有經(jīng)過相當(dāng)長的時間才能造成碳原子的宏觀遷移；

十七、與滑移相比孿晶有什么特點？

①孿晶是一部分晶體沿孿晶面對另一部分晶體做切變，切變時原子移動的距離不是孿晶方向原子間距的整數(shù)倍；②孿晶面兩邊晶體的位相不同，成鏡面對稱；③由于孿晶改變了晶體的取向，因此孿經(jīng)晶拋光后仍能重現(xiàn)；④孿晶是一種均勻的切變。

十八、影響再結(jié)晶的主要因素有哪些？

①再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時間一定時），再結(jié)晶后的晶粒越粗大；②冷變形量：一般冷變形量越大，完成再結(jié)晶的溫度越低，變形量達(dá)到一定程度后，完成再結(jié)晶的溫度趨于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越細(xì)，再結(jié)晶晶粒也越細(xì)；④微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子，一般均起細(xì)化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再結(jié)晶，彌散分布的細(xì)小的第二相粒子不利于再結(jié)晶；⑥形變溫度，形變溫度越高，再結(jié)晶溫度越高，晶粒粗化；⑦加熱速度，加熱速度過快或過慢，都可能使再結(jié)晶溫度升高。

十九、論述間隙原子、置換原子、位錯、晶界對材料力學(xué)性能的影響。

間隙原子、置換原子與位錯相互作用形成柯氏氣團(tuán)，柯氏氣團(tuán)增加位錯移動的阻力；溶質(zhì)原子造成晶格畸變，增加位錯移動的摩擦阻力，使強(qiáng)度提高，這就是固溶強(qiáng)化的機(jī)理。晶界越多，晶粒越細(xì)，根據(jù)霍爾—配奇關(guān)系式σs=σ0＋Kd-1/2 晶粒的平均直徑d越小，材料的屈服強(qiáng)度σs越高。晶粒越細(xì)小，晶粒內(nèi)部和晶界附近的應(yīng)變度差越小變形越均勻，因應(yīng)力集中引起的開裂的機(jī)會也越小，塑性越好。晶粒越細(xì)小，應(yīng)力集中越小，不易產(chǎn)生裂紋，晶界越多，易使裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生變化，裂紋不易傳播，所以韌性就好。

位錯密度越高，則位錯運動時越易發(fā)生相互交割，形成割階，造成位錯纏結(jié)等位錯運動的障礙，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高金屬的強(qiáng)度。根據(jù)公式?σ=abGρ1/2 ，位錯密度（ρ）越大，強(qiáng)化效果越顯著。

二十、什么是再結(jié)晶溫度？影響再結(jié)晶溫度的因素有哪些？

再結(jié)晶溫度：經(jīng)過嚴(yán)重冷變形(變形度在70％以上)的金屬，在約1小時的保溫時間內(nèi)能夠完成再結(jié)晶(>95％轉(zhuǎn)變量)的溫度。再結(jié)晶溫度并不是一個物理常數(shù)，這是因為再結(jié)晶前后的晶格類型不變，化學(xué)成分不變，所以再結(jié)晶不是相變。

影響再結(jié)晶溫度的因素：純度越高T再越低；變形度越大T再越低；加熱速度越小T再越高。

二十一、塑性變形后的金屬隨加熱溫度的升高會發(fā)生的一些變化：

顯微組織經(jīng)過回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大三個階段由破碎的或纖維組織轉(zhuǎn)變成等軸晶粒，亞晶尺寸增大；儲存能降低，內(nèi)應(yīng)力松弛或被消除；各種結(jié)構(gòu)缺陷減少；強(qiáng)度、硬度降低，塑性、韌度提高；電阻下降，應(yīng)力腐蝕傾向顯著減小。

二十二、什么是晶面間距？計算低指數(shù)晶面的晶面間距。

晶面間距（d）：兩個平行晶面之間的垂直距離。通常，低指數(shù)的晶面間距較大，而高指數(shù)晶面間距較小。晶面間距越大，則該晶面上原子排列越密集。

對于簡單立方點陣 dhkl=a·(h2＋k2＋l2)－1/2

fcc : ,,

bcc:,

二十三、什么是過冷度？為什么金屬結(jié)晶一定要有過冷度？

過冷度：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差稱為過冷度。

液態(tài)金屬結(jié)晶的過程是形核與晶核的長大過程。從熱力學(xué)的角度上看，沒有過冷度結(jié)晶就沒有趨動力。根據(jù) 可知當(dāng)過冷度為零時臨界晶核半徑Rk為無窮大，臨界形核功（）也為無窮大。臨界晶核半徑Rk與臨界形核功為無窮大時，無法形核，所以液態(tài)金屬不能結(jié)晶。晶體的長大也需要過冷度，所以液態(tài)金屬結(jié)晶需要過冷度。

二十四、簡述鑄錠三個晶區(qū)的形成機(jī)理。

表面細(xì)晶區(qū)：當(dāng)高溫液體倒入鑄模后，結(jié)晶先從模壁開始，靠近模壁一層的液體產(chǎn)生極大的過冷，加上模壁可以作為非均質(zhì)形核的基底，因此在此薄層中立即形成大量的晶核，并同時向各個方向生長，形成表面細(xì)晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：在表面細(xì)晶區(qū)形成的同時，鑄模溫度迅速升高，液態(tài)金屬冷卻速度減慢，結(jié)晶前沿過冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散熱最快，因而晶體沿相反方向生長成柱狀晶。中心等軸晶區(qū)：隨著柱狀晶的生長，中心部位的液體實際溫度分布區(qū)域平緩，由于溶質(zhì)原子的重新分配，在固液界面前沿出現(xiàn)成分過冷，成分過冷區(qū)的擴(kuò)大，促使新的晶核形成長大形成等軸晶。由于液體的流動使表面層細(xì)晶一部分卷入液體之中或柱狀晶的枝晶被沖刷脫落而進(jìn)入前沿的液體中作為非自發(fā)生核的籽晶。

二十五、影響置換固溶體溶解度的因素有哪些？

1、原子尺寸因素：尺寸差越小溶解度越大。

2、負(fù)電性因素：在形成固溶體的情況下，溶解度隨負(fù)電性差的減小而增大。

3、電子濃度因素：電子濃度越小，越易形成無限固溶體。

4、晶體結(jié)構(gòu)因素：晶格類型相同溶解度較大。

二十六、退火與正火的目的是什么？

退火的目的：均勻鋼的化學(xué)成分及組織；細(xì)化晶粒；調(diào)整硬度，改善鋼的成形及切削加工性能；消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化；為淬火做好組織準(zhǔn)備。

正火的目的：改善鋼的切削加工性能；細(xì)化晶粒，消除熱加工缺陷；消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火；提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。

二十七、固溶體與金屬化合物有何異同點？

相同點：都具有金屬的特性；

不同點：結(jié)構(gòu)不同，固溶體的結(jié)構(gòu)與溶劑的相同，金屬化合物的結(jié)構(gòu)不同于任一組元；鍵合方式不同，固溶體為金屬鍵，金屬化合物為金屬鍵、共價鍵、離子鍵混合鍵；性能不同，固溶體的塑性好、強(qiáng)度、硬度低，金屬化合物，硬度高、熔點高、脆性大；在材料中的作用不同固溶體多為材料的基體，金屬化合物為強(qiáng)化相。

二十八、合金元素Cr、Mn、Ni、強(qiáng)碳化物形成元素在鋼中的主要作用是什么？

Cr在鋼中的主要作用有：溶入基體，提高淬透性，固溶強(qiáng)化；形成第二相提高強(qiáng)度、硬度；含量超過13%時提高耐腐蝕性；在表面形成致密的氧化膜，提高抗氧化能力。Cr促進(jìn)第二類回火脆性的發(fā)生。

Mn在鋼中的主要作用有：溶入基體，提高淬透性，固溶強(qiáng)化；形成第二相提高強(qiáng)度、硬度；含量超過13%時形成奧氏體鋼，提高耐磨性；消除硫的有害作用。Mn促進(jìn)第二類回火脆性的發(fā)生，促進(jìn)奧氏體晶粒的長大。

Ni在鋼中的主要作用有：溶入基體，提高淬透性，固溶強(qiáng)化；擴(kuò)大奧氏體區(qū)，提高鋼的韌性，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度。

強(qiáng)碳化物形成元素（Ti、Nb、Zr，V）的主要作用有：形成碳化物提高硬度、強(qiáng)度、耐磨性，提高回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒，防止晶間腐蝕。

二十九、論述鋼材在熱處理過程中出現(xiàn)脆化現(xiàn)象的主要原因及解決方法。

答：①過共析鋼奧氏體化后冷卻速度較慢出現(xiàn)網(wǎng)狀二次滲碳體時，使鋼的脆性增加，脆性的網(wǎng)狀二次滲碳體在空間上把塑性相分割開，使其變形能力無從發(fā)揮。解決方法，重新加熱正火，增加冷卻速度，抑制脆性相的析出。②淬火馬氏體在低溫回火時會出現(xiàn)第一類回火脆性，高溫回火時有第二類回火脆性，第一類回火脆性不可避免，第二類回火脆性，可重新加熱到原來的回火溫度，然后快冷恢復(fù)韌性。③工件等溫淬火時出現(xiàn)上貝氏體時韌性降低，重新奧氏體化后降低等溫溫度得到下貝氏體可以解解。④奧氏體化溫度過高，晶粒粗大韌性降低。如：過共析鋼淬火溫度偏高，晶粒粗大，獲得粗大的片狀馬氏體時，韌性降低；奧氏體晶粒粗大，出現(xiàn)魏氏組織時脆性增加。通過細(xì)化晶?？梢越鉀Q。

三十、20CrMnTi 、40CrNiMo、60Si2Mn、T12屬于哪類鋼？含碳量為多少？鋼中合金元素的主要作用是什么？淬火加熱溫度范圍是多少？常采用的熱處理工藝是什么？最終的組織是什么？性能如何？

20CrMnTi為滲碳鋼，含碳量為0.2%，最終熱處理工藝是淬火加低溫回火，得到回火馬氏體，表面為高碳馬氏體（滲碳后），強(qiáng)度、硬度高，耐磨性好；心部低碳馬氏體（淬透）強(qiáng)韌性好。Mn與Cr 提高淬透性，強(qiáng)化基體，Ti阻止奧氏體晶粒長大，細(xì)化晶粒。

40CrNiMo為調(diào)質(zhì)鋼，含碳量為0.4%，最終熱處理工藝是淬火加高溫回火，得到回火索氏體，具有良好的綜合機(jī)械性能，Cr、Ni提高淬透性，強(qiáng)化基體，Ni提高鋼的韌性，Mo細(xì)化晶粒，抑制第二類回火脆性。

60Si2Mn為彈簧鋼，含碳量為0.6%，最終熱處理工藝是淬火加中溫回火，得到回火托氏體（或回火屈氏體），具有很高的彈性極限，Si、Mn提高淬透性，強(qiáng)化基體，Si提高回火穩(wěn)定性。

T12鋼為碳素工具鋼鋼，含碳量為1.2%，最終熱處理工藝是淬火加低溫回火，得到回火馬氏體＋粒狀Fe3C＋殘余奧氏體（γ'），強(qiáng)度硬度高、耐磨性高，塑性、韌性差。

三十一、計算體心立與面心立方方結(jié)構(gòu)滑移面的原子密度及滑移方向上的線密度。

體心立方結(jié)構(gòu)的滑移面為{110}，面密度

滑移方向為＜111＞，線密度

面心立方結(jié)構(gòu)的滑移面為{111}，面密度

滑移方向為＜110＞，線密度

三十二、比較下貝氏體與高碳馬氏體的主要不同點

①顯微組織特征不同，下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，高碳馬氏體為片狀；②亞結(jié)構(gòu)不同，下貝氏體亞結(jié)構(gòu)為位錯，高碳馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為孿晶；③性能特點不同，下貝氏體具有良好的綜合機(jī)械性能，高碳馬氏體強(qiáng)度硬度高，塑性和韌性差；④相變特點不同，下貝氏體為半擴(kuò)散型相變，高碳馬氏體非擴(kuò)散型相變。⑤下貝氏體為復(fù)相組織，高碳馬氏體為單相組織。

三十三、過共析鋼淬火加熱溫度為什么不超過Accm？

過共析鋼淬火加熱溫度為AC1＋30～50℃。加熱溫度超過Accm時，溫度高，容易發(fā)生氧化、脫碳；奧氏體晶粒容易粗大，淬火后馬氏體粗大，產(chǎn)生顯微裂紋，強(qiáng)度下降；滲碳體全部溶解，失去耐磨相，奧氏體中的含碳量高，淬火后殘余奧氏體量多，硬度降低、強(qiáng)度降低。

三十四、亞共析鋼正火與退火相比哪個硬度高?為什么?

正火后硬度高。正火與退火相比，正火的珠光體是在較大的過冷度下得到的，因而對亞共析鋼來說，析出的先共析鐵素體較少，珠光體數(shù)量較多(偽共析)，珠光體片間距較小。此外由于轉(zhuǎn)變溫度較低，珠光體成核率較大，因而珠光體團(tuán)的尺寸較小。

三十五、用T12鋼（鍛后緩冷）做一切削工具，工藝過程為：正火→球化退火→機(jī)加工成形→淬火→低溫回火。各熱處理工藝的目的是什么？得到什么組織？各種組織具有什么性能。

①正火：消除網(wǎng)狀的二次滲碳體，同時改善鍛造組織、消除鍛造應(yīng)力，得到片狀的珠光體，片狀的珠光體硬度較高，塑性韌性較差。

②球化退火：將片狀的珠光體變成粒狀珠光體，降低硬度，便于機(jī)械加工；組織為粒狀珠光體，這種組織塑性韌性較好，強(qiáng)度硬度較低。

③淬火：提高硬度、強(qiáng)度和耐磨性；組織為馬氏體＋粒狀碳化物＋殘余奧氏體；這種組織具有高強(qiáng)度高硬度，塑性韌性差。

④低溫回火：減少或消除淬火應(yīng)力，提高塑形和韌性；組織為回火馬氏體＋粒狀碳化物＋殘余奧氏體?；鼗鸾M織有一定的塑性韌性，強(qiáng)度、硬度高，耐磨性高。

三十六、什么是淬火？目的是什么？具體工藝有哪些？簡述淬火加熱溫度的確定原則。

把鋼加熱到臨界點（Ac1或Ac3）以上保溫并隨之以大于臨界冷卻速度（Vc)冷卻，以得到介穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝方法稱為淬火。

淬火目的：提高工具、滲碳零件和其它高強(qiáng)度耐磨機(jī)器零件等的硬度、強(qiáng)度和耐磨性；結(jié)構(gòu)鋼通過淬火和回火之后獲得良好的綜合機(jī)械性能；此外，還有很少數(shù)的一部分工件是為了改善鋼的物理和化學(xué)性能。如提高磁鋼的磁性，不銹鋼淬火以消除第二相，從而改善其耐蝕性等。

具體工藝有：單液淬火法；中斷淬火法(雙淬火介質(zhì)淬火法)；噴射淬火法；分級淬火法；等溫淬火法。

淬火加熱溫度，主要根據(jù)鋼的相變點來確定。對亞共析鋼，一般選用淬火加熱溫度為Ac3＋(30～50℃)，過共析鋼則為Ac1＋(30～50℃) ，合金鋼一般比碳鋼加熱溫度高。確定淬火加熱溫度時，尚應(yīng)考慮工件的形狀、尺寸、原始組織、加熱速度、冷卻介質(zhì)和冷卻方式等因素。在工件尺寸大、加熱速度快的情況下，淬火溫度可選得高一些。另外，加熱速度快，起始晶粒細(xì)，也允許采用較高加熱溫度。

三十七、某車床主軸（45鋼）加工路線為：

下料→鍛造→正火→機(jī)械加工→淬火（淬透）→高溫回火→花鍵高頻表面淬火→低溫回火→半精磨→人工時效→精磨。正火、淬火、高溫回火、人工時效的目的是什么？花鍵高頻表面淬火、低溫回火的目的是什么？表面和心部的組織是什么？

正火處理是為了得到合適的硬度，以便切削加工，同時改善鍛造組織，消除鍛造應(yīng)力。淬火是為了得到高強(qiáng)度的馬氏體組織，高溫回火是為了得到回火索氏體，淬火＋高溫回火稱為調(diào)質(zhì)，目的是為使主軸得到良好的綜合力學(xué)性能。人工時效主要是為了消除粗磨削加工時產(chǎn)生的殘余應(yīng)力?；ㄦI部分用高頻淬火后低溫回火是為了得到回火馬氏體，增加耐磨性。表面為回火馬氏體，心部為回火索氏體組織。

三十八、什么是退火？目的是什么？具體工藝有哪些？正火、退火工藝 選用的原則是什么？

將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定時間，然后緩慢冷卻以達(dá)到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱為退火。

退火的目的在于均勻化學(xué)成分、改善機(jī)械性能及工藝性能、消除或減少內(nèi)應(yīng)力，并為零件最終熱處理準(zhǔn)備合適的內(nèi)部組織。

具體工藝有：擴(kuò)散退火、完全退火、不完全退火、球化退火、再結(jié)晶退火和消除應(yīng)力退火。

三十九、正火、退火工藝選用的原則是什么？

含0．25％C以下的鋼，在沒有其它熱處理工序時，可用正火來提高強(qiáng)度。對滲碳鋼，用正火消除鍛造缺陷及提高切削加工性能。對含碳0．25～0．50％的鋼，一般采用正火。對含碳0．50～0．75％的鋼，一般采用完全退火。含碳0．75～1．0％的鋼，用來制造彈簧時采用完全退火作預(yù)備熱處理，用來制造刀具時則采用球化退火。含碳大于1．0％的鋼用于制造工具，均采用球化退火作預(yù)備熱處理。

四十、說出低碳鋼（15、20）、中碳鋼（40、45）、共析鋼（T8）獲得良好綜合力學(xué)性能的最終熱處理工藝及組織。

低碳鋼：淬火加低溫回火，組織為回火馬氏體。中碳鋼：淬火加高溫回火，組織為回火索氏體。共析鋼：等溫淬火，組織為下貝氏體。

四十一、比較回火索氏體與索氏體的主要異同點。

相同點：都是鐵素體與滲碳體的機(jī)械的機(jī)械混合物。

不同點：①滲碳體的形態(tài)不同，回火索氏體的滲碳體的形態(tài)為顆粒狀，索氏體的滲碳體的形態(tài)為片狀；②來源不同，回火索氏體是淬火馬氏體分解的到的，索氏體是奧氏體直接分解得到的；③性能特點不同，回火索氏體具有良好的綜合機(jī)械性能，索氏體的抗拉強(qiáng)度高；韌性比回火索氏體低。

四十二 、珠光體、貝氏體、馬氏體的特征、性能特點是什么？

片狀P體，片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性、韌性也越好；粒狀P體，F(xiàn)e3C顆粒越細(xì)小，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高。第二相的數(shù)量越多，對塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強(qiáng)度高，塑性、韌性差；上貝氏體為羽毛狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯，位錯密度高于上貝氏體，綜合機(jī)械性能好；低碳馬氏體為板條狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯，具有良好的綜合機(jī)械性能；高碳馬氏體為片狀，亞結(jié)構(gòu)為孿晶，強(qiáng)度硬度高，塑性和韌性差。

四十三、W18Cr4V是什么鋼？主要性能特點是什么？合金元素在鋼中的主要作用是什么？為什么此鋼淬火加熱的奧氏體化溫度（1280±5℃）非常高？回火工藝是什么？最終組織是什么？

W18Cr4V是高速鋼，主要性能特點是具有很高的紅硬性，高硬度、高耐磨性和高的淬透性。

合金元素在鋼中的主要作用是：①提高淬透性。②形成高硬度碳化物，在回火時彌散析出，產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)，顯著提高鋼的紅硬性、硬度和耐磨性。③Cr能提高鋼的抗氧化、脫碳和抗腐蝕能力。

目的是讓鋼中的碳化物形成元素W、Cr、V更多地溶解到奧氏體中，充分發(fā)揮碳和合金元素的作用，淬火后獲得高碳、高合金的馬氏體，回火時以合金碳化物形式析出，從而保證高速鋼獲得高的淬透性、淬硬性和紅硬性。退火狀態(tài)下這些合金元素大部分存在于合金碳化物中，而這些合金碳化物的穩(wěn)定性很高，需要加熱到很高的溫度，才能使其向奧氏體中大量溶解。

回火工藝是：560℃三次回火，每次1小時。