工程材料課后題答案

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1、第一章6、實(shí)際金屬晶體中存在哪些缺陷？它們對(duì)性能有什么影響？答：點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、異類(lèi)原子。點(diǎn)缺陷造成局部晶格畸變，使金屬的電阻率、屈服強(qiáng)度增加，密度發(fā)生變化。線缺陷：位錯(cuò)。位錯(cuò)的存在極大地影響金屬的機(jī)械性能。當(dāng)金屬為理想晶體或僅含極少量位錯(cuò)時(shí)，金屬的屈服強(qiáng)度σs很高，當(dāng)含有一定量的位錯(cuò)時(shí)，強(qiáng)度降低。當(dāng)進(jìn)行形變加工時(shí)，為錯(cuò)密度增加，σs將會(huì)增高。面缺陷：晶界、亞晶界。亞晶界由位錯(cuò)垂直排列成位錯(cuò)墻而構(gòu)成。亞晶界是晶粒內(nèi)的一種面缺陷。在晶界、亞晶界或金屬內(nèi)部的其他界面上，原子的排列偏離平衡位置，晶格畸變較大，位錯(cuò)密度較大（可達(dá)1016m

2、-2以上）。原子處于較高的能量狀態(tài)，原子的活性較大，所以對(duì)金屬中的許多過(guò)程的進(jìn)行，具有極為重要的作用。晶界和亞晶界均可提高金屬的強(qiáng)度。晶界越多，晶粒越細(xì)，金屬的塑性變形能力越大，塑性越好。8、什么是固溶強(qiáng)化？造成固溶強(qiáng)化的原因是什么？答：形成固溶體使金屬?gòu)?qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱(chēng)為固溶強(qiáng)化。固溶體隨著溶質(zhì)原子的溶入晶格發(fā)生畸變。晶格畸變隨溶質(zhì)原子濃度的提高而增大。晶格畸變?cè)龃笪诲e(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。9、間隙固溶體和間隙相有什么不同？答：合金組元通過(guò)溶解形成一種成分和性能均勻的，且結(jié)構(gòu)與組元之一相

3、同的固相稱(chēng)為間隙固溶體。間隙固溶體中溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙之中。間隙固溶體的晶體結(jié)構(gòu)與溶劑相同。間隙相是間隙化合物中的一種，其晶體結(jié)構(gòu)不同于組成它的任意元素的晶體結(jié)構(gòu)，一般是較大金屬元素的原子占據(jù)晶格的結(jié)點(diǎn)位置，半徑較小的非金屬元素的原子占據(jù)晶格的間隙位置，晶體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，間隙相一般具有高熔點(diǎn)、高硬度，非常穩(wěn)定，是合金的重要組成相。第二章1、金屬結(jié)晶的條件和動(dòng)力是什么?答：液態(tài)金屬結(jié)晶的條件是金屬必須過(guò)冷，要有一定的過(guò)冷度。液體金屬結(jié)晶的動(dòng)力是金屬在液態(tài)和固態(tài)之間存在的自由能差(ΔF)。2、金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么?答：液態(tài)金屬結(jié)晶是由

4、生核和長(zhǎng)大兩個(gè)密切聯(lián)系的基本過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。液態(tài)金屬結(jié)晶時(shí)，首先在液體中形成一些極微小的晶體(稱(chēng)為晶核)，然后再以它們?yōu)楹诵牟粩嗟亻L(zhǎng)大。在這些晶體長(zhǎng)大的同時(shí)，又出現(xiàn)新的品核并逐漸長(zhǎng)大，直至液體金屬消失。3、在實(shí)際應(yīng)用中，細(xì)晶粒金屬材料往往具有較好的常溫力學(xué)性能，細(xì)化晶粒、提高金屬材料使用性能的措施有哪些？答：（1）提高液態(tài)金屬的冷卻速度，增大金屬的過(guò)冷度。（2）進(jìn)行變質(zhì)處理。在液態(tài)金屬中加入孕育劑或變質(zhì)劑，增加晶核的數(shù)量或者阻礙晶核的長(zhǎng)大，以細(xì)化晶粒和改善組織。（3）在金屬結(jié)晶的過(guò)程中采用機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)等方法。（4）電磁攪拌。將正在結(jié)

5、晶的金屬置于一個(gè)交變的電磁場(chǎng)中，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，液態(tài)金屬會(huì)翻滾起來(lái)，沖斷正在結(jié)晶的樹(shù)枝狀晶體的晶枝，增加了結(jié)晶的核心，從而可細(xì)化晶粒。4、如果其他條件相同，試比較在下列鑄造條件下鑄件晶粒的大小。（1）金屬模澆注與砂模澆注；（2）變質(zhì)處理與不變質(zhì)處理；（3）鑄成薄件與鑄成厚件；（4）澆注時(shí)采用震動(dòng)與不采用震動(dòng)。答：（1）金屬模澆注比砂模澆注，鑄件晶粒??；（2）變質(zhì)處理比不變質(zhì)處理，鑄件晶粒??；（3）鑄成薄件比鑄成厚件，鑄件晶粒?。唬?）澆注時(shí)采用震動(dòng)比不采用震動(dòng)，鑄件晶粒小。5、為什么鋼錠希望盡量減少柱狀晶區(qū)?答：柱狀是由外往里順序結(jié)晶的

6、，品質(zhì)較致密。但柱狀品的接觸面由于常有非金屬夾雜或低熔點(diǎn)雜質(zhì)而為弱面，在熱軋、鍛造時(shí)容易開(kāi)裂，所以對(duì)于熔點(diǎn)高和雜質(zhì)多的金屆，例如鐵、鎳及其合金，不希望生成柱狀晶。6、將20kg純銅與30kg純鎳熔化后慢冷至如圖l—6溫度T1，求此時(shí)：①兩相的化學(xué)成分；②兩相的質(zhì)量比；③各相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；④各相的質(zhì)量。解：①兩相的化學(xué)成分L相成分：ω(Ni)；50％ω(Cu)＝50％②兩相質(zhì)量比：合金成分：ω(Ni)=80%ω(Cu)=20%二相的質(zhì)量比：Qα/Qβ=(60-50)/(80-60)=0.5③各相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：二相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：ωα=（60-50）

7、/（80-50）=33.3%ωL=1-33.3%=66.7%④各相的質(zhì)量：二相質(zhì)量：Qα＝(20十30)×33.3％＝16.65(kg)QL＝50一16.65＝33.35(kg)7、求碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5％的質(zhì)量為10kg的鐵碳合金從液態(tài)緩慢冷卻到共晶溫度(但尚未發(fā)生共晶反應(yīng))時(shí)所剩下的液體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)及液體的質(zhì)量。解：L中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：w(C)＝4.3％L中的質(zhì)量分?jǐn)?shù):w(L)=(3.5-2.11)/(4.3-2.11)=63.5％L的質(zhì)量：QL＝10×63.5％＝6.35(kg)8、比較退火狀態(tài)下的45鋼、T8鋼、T12鋼的硬度、強(qiáng)度和

8、塑性的高低，簡(jiǎn)述原因。答：硬度：45鋼最低，T8鋼較高，T12鋼最高。因?yàn)橥嘶馉顟B(tài)下的45鋼組織是鐵素體+珠光體，T8鋼組織是珠光體，T12鋼組織是珠光體+二次滲碳體。因?yàn)殍F素體硬度低，因此4