工程材料課后題答案

1、第一章第一章6、實(shí)際金屬晶體中存在哪些缺陷？它們對性能有什么影響？答：點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子、異類原子。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。位錯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時，金屬的屈服強(qiáng)度σs很高，當(dāng)含有一定量的位錯時，強(qiáng)度降低。當(dāng)進(jìn)行形變加工時，為錯密度增加，σs將會增高。面缺陷：晶界、亞晶界。亞晶界由位錯垂直排列成位錯墻而構(gòu)成。亞晶界是晶粒內(nèi)的一種面

2、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，位錯密度較大（可達(dá)1016m2以上）。原子處于較高的能量狀態(tài)，原子的活性較大，所以對金屬中的許多過程的進(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：形成固溶體使金屬強(qiáng)度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強(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

3、變隨溶質(zhì)原子濃度的提高而增大。晶格畸變增大位錯運(yùn)動的阻力，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)與組元之一相同的固相稱為間隙固溶體。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

4、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。第二章第二章1、金屬結(jié)晶的條件和動力是什么答：液態(tài)金屬結(jié)晶的條件是金屬必須過冷，要有一定的過冷度。液體金屬結(jié)晶的動力是金屬在液態(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)晶是由生核和長大兩個密切聯(lián)系的基本過程來實(shí)現(xiàn)的。液態(tài)金屬結(jié)晶時，首先在液體中形成一些極微小的晶體(稱為晶核)，然后再以它們

5、為核心不斷地長大。在這些晶體長大的同時，又出現(xiàn)新的品核并逐漸長大，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大，以細(xì)化晶粒和改善組織。（3）在金屬結(jié)晶的過程中采用機(jī)械振動、超聲波振動等方法。（4）電磁攪拌。塑性：因?yàn)殍F素體塑性

6、好，因此45鋼塑性最好。T12鋼中含有脆性的網(wǎng)狀二次滲碳體，因此T12鋼塑性最差。T8鋼無二次滲碳體，所以T8鋼塑性較高。9、同樣形狀的兩塊鐵碳合金，其中一塊石退火狀態(tài)的15鋼，一塊是白口鑄鐵，用什么簡便方法可迅速區(qū)分它們？答：因?yàn)橥嘶馉顟B(tài)的15鋼硬度很低，白口鑄鐵硬度很高。因此可以用下列方法迅速區(qū)分：（1）兩塊材料互相敲打一下，有印痕的是退火狀態(tài)的15鋼，沒有印痕的是白口鑄鐵。（2）用銼刀銼兩塊材料，容易銼掉的是退火狀態(tài)的15鋼，不容

7、易銼掉的是白口鑄鐵。（3）用硬度計(jì)測試，硬度低的是退火狀態(tài)的15鋼，硬度高的是白口鑄鐵。10、為什么碳鋼進(jìn)行熱鍛、熱軋時都要加熱到奧氏體區(qū)？答：因?yàn)閵W氏體是面心立方晶格，其滑移變形能力大，鋼處于奧氏體狀態(tài)時強(qiáng)度較低，塑性較好，因此鍛造或軋制選在單相奧氏體區(qū)內(nèi)進(jìn)行。11、下列零件或工具用何種碳鋼制造：手鋸鋼條、普通螺釘、車床主軸。答：手鋸鋸條用T10鋼制造。普通螺釘用Q195鋼、Q215鋼制造。車床主軸用45鋼制造。12、為什么細(xì)晶粒鋼強(qiáng)

8、度高，塑性、韌性也好？答：多晶體中，由于晶界上原子排列不很規(guī)則，阻礙位錯的運(yùn)動，使變形抗力增大。金屬晶粒越細(xì)，晶界越多，變形抗力越大，金屬的強(qiáng)度就越大。多晶體中每個晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切應(yīng)力方向（稱晶粒處于軟位向），另一些晶粒的滑移面和滑移方向與最大切應(yīng)力方向相差較大（稱晶粒處于硬位向）。在發(fā)生滑移時，軟位向晶粒先開始。當(dāng)位錯在晶界受阻逐漸堆積時，其他晶粒發(fā)生滑移。因此多晶體變形時晶粒分批地逐步地變形，變

9、形分散在材料各處。晶粒越細(xì)，金屬的變形越分散，減少了應(yīng)力集中，推遲裂紋的形成和發(fā)展，使金屬在斷裂之前可發(fā)生較大的塑性變形，從而使金屬的塑性提高。由于細(xì)晶粒金屬的強(qiáng)度較高、塑性較好，所以斷裂時需要消耗較大的功，因而韌性也較好。因此細(xì)晶強(qiáng)化是金屬的一種很重要的強(qiáng)韌化手段。13、與單晶體的塑性變形相比較，說明多晶體塑性變形的特點(diǎn)。答：①多晶體中，由于晶界上原子排列不很規(guī)則，阻礙位錯的運(yùn)動，使變形抗力增大。金屬晶粒越細(xì)，品界越多，變形抗力越大，

10、金屬的強(qiáng)度就越大。②多晶體中每個晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切應(yīng)力方向(稱晶粒處于軟位向)，另一些晶粒的滑移面和滑移方向與最大切應(yīng)力方向相差較大(稱晶粒處于硬位向)。在發(fā)生滑移時，軟位向晶粒先開始。當(dāng)位錯在晶界受阻逐漸堆積時，其他晶粒發(fā)生滑移。因此多晶體變形時晶粒分批地逐步地變形，變形分散在材料各處。晶粒越細(xì)，金屬的變形越分散，減少了應(yīng)力集中，推遲裂紋的形成和發(fā)展，使金屬在斷裂之前可發(fā)生較大的塑性變形，因此使金屬