毛概课后习题答案
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1-1、可否通过增加零件尺寸来提高其弹性模量。解:不能,弹性模量的大小主要取
决于材料的本性,除随温度升高而逐渐降
低外,其他强化材料的手段如热处理、冷热加工、合金化等对弹性模量的影响很小。
所以不能通过增大尺寸来提高弹性模
量。 1-2、工程上的伸长率与选取的样品长度有关,为什么?解:伸长率等于,当试
样(d)不变时,增加,则伸长率δ下降,只
有当/为常数时,不同材料的伸长率才有可比性。所以伸长率与样品长度有关。 1-3、
和两者有什么关系?在什么情况下两者相
等?解:为应力强度因子,为平面应变断裂韧度,为的一个临界值,当增加到一定
值时,裂纹便失稳扩展,材料发生断裂,
此时,两者相等。1-4、如何用材料的应力-应变曲线判断材料的韧性?解:所谓材料的韧性是指材料从变形到断裂整个过程所
吸收的能量,即拉伸曲线(应力-应变曲线)与横坐标所包围的面积。 2-1、从原子结构
上说明晶体与非晶体的区别。解:原子在
三维空间呈现规则排列的固体称为晶体,而原子在空间呈无序排列的固体称为非晶体。晶体长程有序,非晶体短程有序。 2-2、立方晶系中指数相同的晶面和晶向有什么关系?解:相互垂直。 2-4、合金一定是单相的吗?固溶体一定是单相的吗?解:合金不一定是单相的,也可以由多相组成,固溶体一定是单相的。 3-1、说明在液体结晶的过程中晶胚和晶核的关系。解:在业态经书中存在许多有序排列飞小原子团,这些小原子团或大或小,时聚时散,称为晶胚。在以上,由于液相自由能低,晶胚不会长大,而当液态金属冷却到以下后,经过孕育期,达到一定尺寸的晶胚将开始长大,这些能够连续长大的晶胚称为晶核。 3-2、固态非晶合金的晶化过程是否属于同素异构转变?为什么?解:不属于。同素异构是物质在固态下的晶格类型随温度变化而发生变化,而不是晶化过程。 3-3、根据匀晶转变相图分析产生枝晶偏析的原因。解:①枝晶偏析:在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内,成分不均匀的现象叫做枝晶偏析。②结合二元匀晶转变相图可知,枝晶偏析产生的原因是固溶体合金的结晶只有在“充分缓慢冷却”的条件下才能得到成分均匀的固溶体组织。然而在实际生产中,由于冷速较快,合金在结晶过程中,固相和液相中的原子来不及扩散,使得先结晶出的枝晶轴含有较多的高熔点元素,而后结晶的枝晶中含有较多低熔点元素。③冷速越快,液固相间距越大,枝晶偏析越严重。 3-4、结合相图分析含0.45% C、1.2% C和3.0% C的Fe-C合金在缓慢冷却过程中的转变及室温下的组织。解:①0.45% C: L→L+δ→L+δ+γ→L+γ→γ→γ+e→P+γ+α。室温组织:P+α②1.2%C:L→L+γ→γ+二次渗碳体→二次渗碳体。室温组织:P+二次渗碳体。③3.0%C:L→L+γ→L+γ+Le→γ+ Le+二次渗碳体→P+γ+二次渗碳体+一次渗碳体→Le’+二次渗碳体+P。室温组织:Le’+二次渗碳体+P。3-6、说明Fe-C合金中5种类型渗碳体的形成和形态特点。解:一次渗碳体:由液相直接析出,黑色的片层。二次渗碳体:含碳量超过0.7a7%的铁碳合金自1148℃冷却至727℃时,会从奥氏体中析出二次渗碳体。沿奥氏体晶界呈网状排列。三次渗碳体:铁碳合金自727℃向室温冷却的过程中,从铁素体析出的为三次渗碳体。不连续网状成片状分布于铁素体晶界。共晶渗碳体:共晶白口铸铁由液态冷却到1148℃是发生共晶反应,产生共晶奥氏体和共晶渗碳体。为白色基体。共析渗碳体:共析钢液体在发生共析转变时,由奥氏体相析出铁素体和共析渗碳体。为黑色的片层。 3-7、说明金属实际凝固时,铸锭的3中宏
观组织的形成机制。解:铸锭的宏观组织
由表层细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区3
个晶区组成。①表层细晶区:当高温的液
体金属被浇注到铸型中时,液体金属首先
与铸型的模壁接触,一般来说,铸型的温
度较低,产生很大的过冷度,形成大量晶
核,再加上模壁的非均匀形核作用,在铸
锭表面形成一层厚度较薄、晶粒很细的等
轴晶区。②柱状晶区:表层细晶区形成以
后,由于液态金属的加热及凝固时结晶潜
热的放出,使得模壁的温度逐渐升高,冷
却速度下降,结晶前沿过冷度减小,难以
形成新的结晶核心,结晶只能通过已有晶
体的继续生长来进行。由于散热方向垂直
于模壁,因此晶体沿着与散热方向相反的
方向择优生长而形成柱状晶区。③中心等
轴晶区:当柱状晶区长大到一定程度,由
于冷却速度进一步下降及结晶潜热的不断
放出,使结晶前沿的温度梯度消失,导致
柱状晶的长大停止。当心部液体全部冷却
至实际结晶温度一下时,以杂志和被冲下
的晶枝碎片为结晶核心均匀长大,形成粗
大的等轴晶区。 4-1、为什么室温下金属的
晶粒越细,强度、硬度越高,塑型、韧性
也越好?
解:因为金属的晶粒越细,晶界总面积越
大,位错障碍越多,需要协调的具有不同
位向的晶粒越多,金属塑性变形的抗力越
高。从而导致金属强度和硬度越高;金属
的晶粒越细,单位体积内晶粒数目越多,
同时参与变形的晶粒数目也越多,变形越
均匀,推迟了裂纹的形成于扩展使得在断
裂前发生了较大的塑性变形,在强度和塑
型同时增加的情况下,其塑型和韧性越
好。4-2、黄铜铸件上的数码不慎搓掉如何
识别数码?解:用加热使它再结晶的方法
可以使原来的数码再呈现。因为打字时会
使铸件打字处产生塑性变形,有预变形存
在,通过加热再结晶可使晶粒恢复到预变
形之前的状态,使之显现出数码。 4-3、金
属铸件的晶粒往往粗大,能否通过再结晶
退火来细化其晶粒?为什么?解:不能,
因为铸件没有产生预变形,故不能采用再
结晶的方法。 4-4、铜只是通过冷加工及随
后加热来细化晶粒,而铁则不需要冷加工,
只需加热到一定温度便可使晶粒细化,为
什么?解:因为铜不存在同素异构的现象,
加热时晶体的结构不发生变形,所以采用
冷加工破碎晶粒,产生预变形,从而来消
除应力,而铁存在同素异构的现象,固态
变相组织要比晶粒组织细,因此只需加热
到一定温度便能使晶粒细化。 4-5、下列齿
轮饼坯的加工方法中,哪种方法正确?为
什么?(1)从热轧厚钢板上切下圆饼;(2)
从热轧粗钢棒上切下圆饼;(3)由热轧钢
棒镦成圆饼。解:选择由热轧钢棒镦成圆
饼,因为这样可以控制铜的纤维素的走向
与受力方向一致。中间退火会细化晶粒,产
生预变形,使强度和硬度提升,消除应力,选
取的温度应该小于再结晶温度。 4-9、用冷
拔高碳钢丝缠绕螺旋弹簧,最后要进行何
热处理,原因是?解:进行去应力退火,冷
拔过程中产生很大应力,退火保证弹簧不会
由于应力不确定而恢复原形,同时对弹簧的
定型处理可以保证弹簧的弹力。4-10、反
复弯折退火钢丝时,会感到越弯越硬,最
后断裂,为什么?解:反复弯折会使晶粒
变细,因而硬度提高,同时产生应力,使塑性
降低,从而会被折断。
5-3、判断下列说法正误,并说明原因。解:
1.马氏体是硬而脆的相。错,马氏体是硬的
相,渗碳体才是脆的相;2.过冷奥氏体的冷
却速度大于Vk时,则冷速越大,所得马氏体
的硬度越高。错,马氏体硬度取决于含碳
量,与冷却速度无关。 3.钢中的合金元素含
碳量越高,其淬火后的硬度也越高。错,合金
元素对淬透性的影响大,但对硬度影响小 4.
本质细晶粒钢的晶粒总是比本质粗晶粒钢
的晶粒细。错,晶粒的大小与加热温度和保
温时间有关.本质细晶粒钢只是加热时长大
的趋向比本质粗晶粒钢小,但不代表本身比
本质粗晶粒钢的晶粒细。 5.同种钢材在同
样的加热条件下,总是水冷的比油冷的淬透
性好,小件的比大件的淬透性好。错,钢的
淬透性取决于其临界冷却速度,与工件尺寸
和冷却介质无关。 5-4、生产中常把加热到
淬火温度的钳工扁铲的刃部蘸入水中急冷
后,出水停留一会,再整体投入水中冷却,两
次水冷的作用及水冷后的组织。解:刃部
入水急冷淬火,得马氏体,出水停留一段时
间为回火得回火马氏体,再整体入水,抑制
继续回火,保留回火组织。 5-5、用20钢进
行表面淬火和用45钢进行渗碳处理是否合
适?为什么?解:20钢不适合表面淬火,
含碳量低会降低硬度和耐磨性;45钢不适
合渗碳处理,碳含量足够,渗碳使低碳钢工
件表面获得较高碳浓度。5-6、钢经表面淬
火或渗碳后,表层的残余应力是拉应力还是
压应力?原因?解:压应力,因表面低温,
收缩后心部的高温区产生塑性变形,冷却后
内部部分弹性变形恢复。 5-7、一批45钢
零件进行热处理时,不慎将淬火件和调质
件弄混,如何区分开?为什么?解:用锯
片试锯,淬火件比调质件难锯,因为淬火后
工件硬度提高,二调质会降低硬度。 5-8、将
两个T12钢小试样分别加热到780℃和
860℃,保温后以大于的速度冷却至室温,试
回答问题,并说明原因。解:1.哪个温度淬
火后马氏体晶粒粗大?860,温度越高,奥氏
体晶粒成长越快;2.哪个淬火后残余奥氏体
量多?860,温度高,奥氏体含碳量高,转化
充分,冷却时奥氏体越多;3.哪个淬火后末溶
碳化物量多?780,溶碳能力较小;4.哪个淬
火适合?780,因淬火加热温度以得到均匀
细小奥氏体为原则,以便淬火后获得细小马
氏体组织,高温下奥氏体易长大形成粗大奥
氏体组织,故780加热好。5-9、分别用45
钢和15钢制造机床齿轮,要求齿表面具有
高的硬度和耐磨性,心部具有良好的韧性.
安排工艺路线,热处理工序目的及使用状态
下的组织。解: 45:下料,锻造,退火(调整硬
度),机加工,调质(得到颗粒状渗碳体),精加
工,表面淬火加低温回火(加强强度和韧性),
精加工,表层回火马氏体,心部回火索氏
体;15:下料,锻造,正火(调整硬度),机加工,渗
碳(提高表面硬度耐磨性),淬火加回火(加强
强度和韧性),磨削,表层回火马氏体碳化物,
心部回火索氏体。6-1、钢的质量为什么以
磷,硫的含量来划分?解:磷对钢有固化作
用,降低塑性韧性,产生冷脆现象;硫在加热
时会使钢发生热脆现象,对钢质量影响很
大。6-2、什么是合金钢?与碳钢相比合金
钢有哪些优点?为什么? 解:指为了提高钢
的性能,在碳钢基础上有意加入一定量的合
金元素所获得的铁基合金;强度高,塑性韧
性好,焊接性好,冷热压力加工性能好,耐腐
蚀性好,因为加入了金属成分。 6-3、加入钢
中的合金元素的作用,举例。解:Cr含量高,
不锈钢,含量低,提高强度;Mn提高耐磨性,
细化晶粒;根据加入的元素可提高强度,韧
性,耐磨性,耐腐蚀性,加工性能,机械性能。