《工程材料及成形工艺基础》习题答案项目2 金属的结构与组织.docx

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1、项目2习题答案1 .常见的晶格类型有哪些？答：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。2 .金属的结晶过程实质是什么？晶粒大小对金属力学性能有何影响？实际生产 中常用什么有效方法获得细晶粒？答：结晶，一般指金属自液态向固态过渡时晶体结构形成的过程，或者说原子从 不规则排列状态过渡到规则排列状态的过程。细晶粒金属具有较高的综合力学性能，即强度、硬度、塑性及韧性都比较好。 生产上对控制金属材料的晶粒大小相当重视，通过采用适当的方法获得细小晶粒 以提高材料的强度，这种强化金属材料的方法称为细晶强化。常用的细化晶粒方 法有增加过冷度、变质处理和振动处理三种。3 .简述纯铁的同素异构转变过程，并说明铁

2、元素的这一特性有什么意义。答：液态纯铁在1538c结晶为具有体心立方晶格的3-Fe,继续冷却到1394c时 发生同素异构转变，由体心立方晶格的3-Fe转变为面心立方晶格的y-Fe；继续 冷却到9120c时再次发生同素异构转变，面心立方晶格的y-Fe转变为体心立方 晶格的a-Fe,继续冷却，晶格类型不再发生变化。铁的同素异构转变是铁的重要特性，是钢和铸铁能通过热处理改变组织和性 能的前提。4 .写出铁碳合金中几类组织的名称、符号、存在温度区间和性能特点答：铁素体F(a-Fe), 727C-室温，塑性韧性好，强度硬度低；奥氏体A (y-Fe), 1538c-727,强度硬度不高，塑性韧性好；渗碳体

3、Fe3C, 1227C-室温，硬度高，脆性大，塑性和韧性几乎为零；珠光体P, 727-室温，综合力学性能好；莱氏体Ld, 1148c-727C,硬度高，脆性大,塑性和韧性几乎为零。5 .什么是钢的共析转变和共晶转变？转变的产物各是什么？写出它们的转变 式。答：共析反应一在一定的温度下，由一定成分的固相同时结晶出一定成分的另 727外两个固相的反应。共析转变：Ys-ap + FeQ,转变产物为p。共晶反应一在一定的温度下，由一定成分的液体同时结晶出一定成分的两个1148固相的反应。共晶转变：及一乙 + F/C,转变产物为Ld。6 .画出简化FeFe3c状态图，说明图中主要特性点、特性线的意义，填

4、出各相 区的相和组织。答：FeFe3c状态图见教材。表1 FeFe3c状态图特征点的意义特性点温度t/Wc含义A15380纯铁的熔点C11484.3%共晶点，LcLdD12276.69%渗碳体的熔点（计算值）E11482.11%碳在y-Fe中的最大溶解度点G9120纯铁的同素异晶转变点，a-Fe y-FeP7270.0218%碳在a-Fe中的最大溶解度点S7270.77%共析点，AsP表2 FeFe3c状态图特征线的意义特性 线名称含义ACD液相线此线以上为液相（L）,缓冷至AC线时开始结晶出奥氏体，缓冷至 CD线时开始结晶出渗碳体AECF固相线当液态合金缓冷至此线时全部结晶完毕，此线以下为固

5、相ECF共晶线凡WO2.11%的液态铁碳合金合金缓冷至此线都发生共晶转变，生成莱氏体（Ld） o共晶反应式为：LcLd（AE+Fe3C）PSK共析 线（Ai线）凡Wc0.0218%的铁碳合金缓冷至此线都发生共析转变，生成珠光 体（P）。共析反应式为：AsP（F+Fe3C）ESAcm线碳在y-Fe中的溶解度曲线，奥氏体中的含碳量随温度的降低沿ES 线从2.11%降低至0.77%（以析出渗碳体的方式降低含碳量）；缓慢 加热至此线时，所有渗碳体全部溶入奥氏体GS、3线凡WcvO.77%的铁碳合金缓冷至此线时，都从奥氏体中析出铁素 体；缓慢加热至此线时，铁素体全部转变为奥氏体PQ碳在a-Fe中的溶解度

6、曲线，铁素体中的含碳量随温度的降低沿PQ 线从 0.0218%降至 0.0008%7.根据含碳量和室温组织的不同，铁碳合金可分为那几类？其中钢和白口铸铁 又分别可分为几类？写出它们的含碳量范围和室温组织。答：见下表铁碳合金类别化学成分Wc室温平衡组织工业纯铁0-0.0218%F FesCm钢共析钢0.77%P亚共析钢0.0218%0.77%F+P过共析钢0.77% 2.11%P+Fe3cli白口铸铁共晶白口铸铁4.3%Ldr亚共品白口铸铁2.11% 4.3%P+Fe3C n+ Ld过共晶白口铸铁4.3% 6.69%Ld，+Fe3cl.什么是二次渗碳体？在什么温度区间产生？过共析钢平衡组织中的渗

7、碳体是 什么样的形状？它会对钢的性能产生什么影响？答:从奥氏体中析出渗碳体称为二次渗碳体Fe3Cn；在1148c至室温温度区间 内产生；二次渗碳体一般以网状形式沿奥氏体晶界分布，会对降低钢的力学性.试分析含碳量对钢力学性能的影响。答：铁碳合金的力学性能决定于铁素体与渗碳体的相对量及它们的相对分布状 况。当含碳量wc0.9%时，随含碳量的继续增加，硬度仍然增加，由于钢中的 二次渗碳体沿晶界析出并形成完整的网络，导致钢的脆性增加，强度开始明显 下降，塑性、韧性继续降低。(1)(2) 造；(3) 高；(4)钢钾钉一般用低碳钢制造;8 .根据铁碳相图，将下列成分铁碳合金在给定温度下的组织填入表26内。

8、表2-5不同温度含碳量铁碳合金的组织11.根据Fe-FejC合金相图，解释下列现象:碳的质量分 数温度/显微组织温度/显微组织0.25800A+F1000A0.77400P800A0.9700P+ Fe3Cn1000A2.51000A+Fe3cli +Ld1200L+A4.31000Ld1200L在1100C时，wc=0.4%的钢能进行锻造，而wc=4.0%的铸铁不能进行锻 在室温下，wc=0.8%的钢比wc=0.4%的钢硬度高、比wc=L2%的强度 绑扎物件一般用铁丝(镀锌低碳钢丝)，而起重机吊重物时都用钢丝绳(60 钢(wc=0.6%) 65 钢、70 钢制成);钢料比(5)钳工锯削 70

9、 (wc=0.7%)、T10 (wc=L0%)、T12 (wc=L2%)锯削10 (wc=0.l%)、20 (wc=0.2%)钢料费力，且锯条易磨钝。答：(1)低碳钢塑性韧性好。(2)在1100时，wc=0.4%的钢的组织是A, A塑性韧性好，能进行锻造;而vvc=4.0%的铸铁的组织中含有Ld, Ld塑性和韧性几乎为零，不能进行锻造。(3)含碳量越高，硬度越高，故wc=0.8%的钢比wc=0.4%的钢硬度高；当含碳 量超过0.9%,组织中有Fe3cli沿晶界析出，导致钢的强度下降，故wc=0.8%的钢 比wc=L2%的强度高。(4)绑扎物件一般用铁丝，铁丝的塑性韧性好；起重机吊重物时都用钢丝绳， 钢丝绳材料为高碳钢强度高。(5) 70 (wc=0.7%)、T10 (wc=L0%)、T12 (wc=1.2%)属于高碳钢，组织为 P+ Fe3cII，硬度高，锯条易磨钝；10 (wc=0.l%)、20 (wc=0.2%)属于低碳钢,组织 为 F+Po