《金属学及热处理》_郭海华 习题及解答.docx

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1、习题1（第一章力学性能）1 .塑性指标在工程上有哪些实际意义？型性是指材料在破坏前所能产生的最大塑性变形旎力,也性好的材料可以旭利地进行锻压、轧阴等加工：在超教情况下不至突然断裂而提高了工作安全性.2 .提高金属材料的强度有什么实际工程意义？材料抵抗变形和破坏的能力称为强度,强度指标的具体含义是材料单位面枳上所旎承受力的能力，强度的提高，建味着在同样外力的情况下，材料的横嵌面积可以减小，Iti终可以节约材料，降低成本；同理，强变的提高,在相同横岐面枳的情况下，材料承受外力的能力提高了，可以用于要求更高、更重要的加工制造.3 .金,弧疲劳Wr裂fI哪些特点？防止金尿疲劳断裂的方法有哪些？在交变力

2、作用下，金属会发生疲劳断裂现象，材料抗疲劳断裂的能力称为疲劳强度，疲劳利度是指在交变力作用下.材料经无限次应力荷环而不断裂的的大应力值.这个最大应力值往往低于材料的屈服强度（如很多材料是其屈服强度的0.30.6倍），这说明交变力比静力具有更大的破坏性：其次疲劳断裂没有明显电性变形的过程突然断裂具有更大的危险性。防止措施有：合现选材，然少氧化、脱碳、裂纹、夹杂等缺陷；改善零件结构形状：减少开孔、挖槽、缺”等，尽展避免尖角和裁面突变，避免引起应力集中：降低零件表面粗糙度，应一景减少刀痕、第痕、擦伤、腐蚀等表面加工扭伤：采用各种表面强化处理如沙碳、沙躯、表面淬火喷丸和浪JK等在材料表面形成一定深度的

3、残余H加力.4,某厂购入一批40钢,按相关标准规定其力学性能指标应为：RAN340MPa.RmH54OMPa.Z45%.验收时.IR样将其制成心Iomm的试样做拉伸试验,测得双.4KN,M7.1KN,断后口.径流=Z3m,请计算相大力学性能，判断该批钢材是否合格.答：氏广9计算得该材料AU=400MPaSORn=-计算得该材料屈-600MPa*Z=务二区X1.oO%计算得该材料Z=46.7%(I)结晶过程如下：由图4-7：含碳依045%的钢为亚共析剂，合金在冷却至GS践之前，己结晶出全部的奥氏体(WC=O.45%).当冷到GS线上时,开始在A品界上析出F.并随温度的下降,I：量不断增多,A家不

4、断减少.F含磁及沿GP线变化，而剌余奥氏体碳含量则沿GS线变化”当温度至727C时，F的成分达到P点，剩余A含域到达S点发生共析转变，形成珠光体,此时.铜的组织就由先共析铁索体和珠光体组成.共折线温度以下.铁素体将析出三次海硬体.但其数限很少，可以忽略.故该合金的室温组织可以认为是铁素体与珠光体.(2)相和如妲组成物的占比1)姐织如成物的相对含地：组织：帙素体珠光体.铁素体含量用QF表示,珠光体含筮用Qr表示，室淑株素体含碳Ift为0.0008%：QF=(0.77-0.45)/(0.77-0.0008)11.6%Qp=1.-41.6%=58.4%2)相组成物的相对量铁碳合佥均由铁索体7卷碟体两

5、相组成，铁素体用QF发示，海碳体用QEIC表示，室温铁素体含碳最为0.0008%；QF=(6.69-0.45)/(6.69-0.0008)=93.3%Qm=I-93.3%=6.7%3、某钢材仓库积压了许多钢材(退火态)，由于钢材混杂，铜的化学成分未知，取其中一根经金相组织分析后,其组织为P中e3C.P占93%.试根据帙碳相图计算此钢材含碳量:大约是多少？由组织P+Fe3C,可知该钢属于过共析剂设其含碳处为戒，根据铁碳相图及杠杠定律：Qr=6.69-x)/(6.69-0.77)=93%解得xg1.2此钢材含碳量约为1.%。4 .简述钢的成分、室温平衡组织及力学性能之间的关系.立共析铜平衡组织为F

6、-P,共析钢为全部P：过共析钢为P+Fe3C0组织不同，但均由F和FeSC两相构成，Rg碳含量增加,Fe3C6t增加.合金便度提高,电性和韧性下降：当碳含St小于M.随碳含ht增加，强度增高：当碳含量达1%后，由于FcsC数量多并沿晶界呈网状分布，使强度将随碳含量的增加而下降，5 .我用何种简便方法Ur将形状、大小相同的低碳钢与白口铸铁材料迅速别开？最简单的办法就是用钢维刀挫磨材料表面,白口带铁小于1.3C将,硬度高.挫害费力、打滑：低碳钢碳化物少.更软,有明显划痕和损伤.也可以用榔头分别敲击，声者比较清脆、悠长的是钢材，声音沉闷、出促的是铸铁,6,试应用铁/合金状态图知识卜列何甥：（1）为改

7、变钢的力学性能而进行热处理时,为何一定要加热到学淑度以上?而起走机起吊H物却用钢丝绳（用高（2）为何绑扎物体时皎用铁丝（用低碳钢制成硬例制成）？（3）tt1.E渊高碳钢料时为何比爆低碳钢料时费力，I1.IK条更易磨损？（4）为什么铸造介金常适用接近共品成分的合金,向梁性成形合佥常选用取相固溶体成分合金？（1）钢力学性能要发生大的变化，必须有相的改变,钢加热到AI温度以上才会引起相变。（2）根据碳钢性能变化总体趋势wc:FIR3Cf-Rm,HRCA,j.高碳期含碳量高.抗拉强度好,适合吊重：低碳网含硬敢低.里性好,易于弯曲变形适合搠扎.（3）高碳钢含碳设高，碳化物数豉多,现度高、耐磨性好：低喘钠

8、含喘靛低，高碳化物少，比较软。所以锯高碳钢料时更费力，锯条更容易磨损，（4）因为共晶成分结晶温度葩阳窄，铸造流动性好，易于铸造成型.而单相固溶体成分的合金，型性好,变形抗力小,易于加工成型.习题5（金属的塑性变形、再结晶与强化）I.简述金JW在受到定外力时,为何会发生滑移，其实质是什么?晶体滑移第一种途径是晶体的一部分相对于另一部分作整体滑动，称为刚性滑移。许多研究表明：刚性滑移所需外力很大.在实际金属存在很多晶体块陷的条件下,其滑移并非刚性潜移，而是通过位错运动实现的，阻同位错运动即可阻碍金属的玻性变形，从而使覆度提高。2 .何为加工硬化?产生加工硬化的鼠因是什么?加工硬化在金典加工中有什么

9、利弊?陶芾金属变形的的增加，金属的龙度、硬度升高，型性、物性卜降的现象称为加工硬化（或冷变形强化）.因型性变形时位错密度增加，位错间交互作刖增强,相互组结，对位错运动阻力增大：同时亚晶界的增多，均使覆度提高，实际生产中常通过冷轧、冷拔,利用加工坡化现象以提高钢材强咬.但当我们需要材料持续变形时，加工硬化现象又会使皿力挣续增大，如果再继续加大外力促使材料继续变形.将会使材料彻底丧失塑性,最终皆致腌断而报废，3 .金经冷里性变形后,组织和性能会发4：什么变化？（I）产生加工使化现象：（2）产生各向异性：纤维处织和织构的形成，都会使金属性能出现各向异性；（3）影响金瓜物理性能和化学性能：缎性变形使金

10、M晶格发生三变,变形储存的能量增大了原子的活动能力,分别使电阻、耐腐蚀性等发生改变。（4）产生残余内应力：由于各部分之间受力不均导致各部分变形不均匀，从而使各部分之间产生或残存相互作用的内应力。1.在室温下对铅板进行弯折,越弯越硬，而租隔一段时间后再进行弯折，1板又像最初一样柔软，这是为什么？开始对铅板进行弯折时.会首先发生加工硬化现象,材料强、硬改提高,感觉越弯越硬。由于铅的再结晶温度约32.6C,低于室温，因此，在室温下经梨性变形后，材料又会开始一个回更与再结晶过程。室温下对错进行折弯属于热加工，这种热理性变形引起的加工硬化过程和In1.复再结品引起的软化过程几乎同时存在，这时的回复和再结

11、晶是动态的，硬化效果可随着婚性变形立即产生，而软化过程需要一定的时间所以在和隔一段时间后，软化过程来才能将加工硬化观望完全消除，使铅板恢复最初的缎物性.5 .分析金属细化晶粒以后，不但强度高.而且阴性，韧性也好的原因。品界原子排列紊乱,品界有阻碣位错运动和晶体滑移的作用.晶粒愈细小,多品体的晶界总面枳愈大，其阻碍作用就愈大，期金属和合金的强度愈面i；同时，晶粒愈细小，位向分布增多，滑移的机会增多,可以分批滑移,使金属塑性提高：晶粒愈细小，在突然受我时.变形可迅速分散到更多的晶粒中，使受力更均匀，吸收更多的冲击功，韧性提高。因此，细化晶粒的同时提高佥属和合金的覆度和般性、制性。6 .在制造齿轮时

12、有时采用喷丸法（将金属丸啧射到零件表面）使齿面强化.试分析强化原IS-喷丸法就是将高速的金属舛丸喷射到工件表面，撞击金属,使之产生一定量的理性变形而发生加工饿化以提高金属强度.同时表面残氽肝应力,还可有效提高零件的疲劳抗力。经喷丸处理后的零件其使用寿命可提高5倍以上.7 .用一冷拉纲丝邳吊装一大型工件入炉，井随工件一起加热到1000,加热完毕再次吊装该工件时,钢丝绳发生断裂,试分析其J因.吊装用的冷拔钢丝绳是将其索氏体化后经冷拔制成,利用加工硬化效应提高其演度的（Ifc=O.8%,强度可达300。MPa）.当放在100（TC炉中加热时.钢弹绳将奥氏体化,在随炉冷却或出炉空冷过程中，钢丝绳组织将

13、变为珠光体类组织，其强度降为100oMPa左右，铜丝绳抗拉龙度显著降低，导致吊重时断裂.习题6（钢的热处理）1 .本麻细晶松钢的奥氏体晶粒是否一定比本就粗晶粒钢的细，为什么？不一定.本质晶粒度表示A品枝长大的颈向.本质细晶粒钢足指制在特定的加热条件下，A晶粒不容易长大；而本质粗晶粒钢则相反。但当超过规定的温度，阻止A晶粒长大的碳化物也溶解后，本质细晶粒钢的A品粒并不一定比本质用品粒钢的细。2 .低碳钢板硬位低，可否用淬火方法提高其硬度？用什么办法能显著提高其现度？低搂剂不宜用淬火方法获得商硬度，因为搬含浆低，淬火后的低碳马氏体硬度不是很高：可通过冷阴性变形产生的加工便化效应来提高侵度：还可采用

14、溶碳淬火低温回火的方法，提高表面硬度.3 .20钢采用表面淬火是否合适？为什么？45铜进行涔吸处理是否合适？为什么？20刖采用表面泮火不合适.20制碳含量太低,表面淬火后硬度提高不大：45纲进行渗碳处理不合适，因为45例的砂含累为中碳，会M悔渗碳速度，且经淬火-低温回火后，零件心部的演度有余，而韧性不足，满足不了零件表硬心韧的性能需求。1.为什么亚共析钢热处理时快速加热并适当保温可提高其J服强度和冲击物度？可使加热时所形成的A晶粒细小且均匀，在附后冷却转变得到的组织也细小均匀，获得细品强化,使屈服强度和冲击切度同时提高.5.热轧空冷的45钢,加织为什么能细化？拄轧是在奥氏体区间内进行的热塑性变

15、形，其淑度高于钢的再结晶温度，热轧后随即发生再结晶,控制好终札制度、冷速等因素即可获得晶粒细小的奥氏体：之后再经空冷（正火），使奥氏体转变为祖钮较为细小的索氏体（三）。6,分析图6-36的实验曲线中硬哎地碳含量变化的原因，图中曲线1为亚扶析钢加热到Ac3以上，过共析上加热到ACm以上淬火后,陶钢中碳含员的用加钢的硬度变化曲线：曲线2为亚共析钢加热到Ac3以上，过共析钢加热到RCI以上淬火后,随钢中碳含量的增加制的硬废变化曲线：曲线3表示也碇含此增加,4氏体快度的变化曲线.3条也我呈现的整体越势是：马氏体发度随碳量增机而显著升高,但当碳含量趣过0.6%时，硬度增长Q势下降。这是因为含碳叱超过0.6%后，残余奥氏体量也随之增加的原因。3条面我.中正共折钠部分加热温度都是高于Ac3以上，因此成度曲也一致。过共折铺邮分因浮火备件不同出现息异：面线I是过其析徊而于ACCm加热淬火时的情况，因碳化物大缺溶入奥氏体中使MS点下降.残余臾氏体量增多,导致淬火制的硬度下降.由我2是社共析纲加热温度介于ACCm和Ae1.之间时，因碳化物溶入奥氏体更少，Ms点温或相对更而，残余奥氏体琏也更少，因此淬火铜最终硬度随破含用的变化不大，也战3采用光全洋火并进行冷处理，便奥氏业几乎金部转化为马氏体时所茨芥的最高比度。这个硬度但在一政情况下是用以达到的。图6-36硬度