机械工程材料课后习题答案 2

3．可锻铸铁：可锻铸铁是先将铁水浇注成白口铸铁,然

后经过石墨化退火,使游离渗碳体发生分解形成团絮状石墨的一种高强度灰口铸铁。

4．球墨铸铁：石墨呈球状分布在基体上的灰口铸铁称为球墨铸铁。 5．石墨化：铸铁中石墨的形成过程称为石墨化过程.根

据铁合金双重状态图,铸铁的石墨化过程可分为三个阶段.第一阶段,液相至共晶结晶阶段. 第二阶段,共晶至共析转变之间阶段. 第三阶段,共析转变阶段.

6．孕育铸铁：经过孕育处理，获得基体组织上分布细小

片状石墨的灰铸铁，称为孕育铸铁。

1）奥氏体：碳在γ-Fe中的一种间隙固溶体。合金奥氏体：溶在合金元素中的奥氏体。奥氏体钢：钢的组织为奥氏体的钢。

（ 2）铁素体：碳在α-Fe中的一种间隙固溶体。合金铁素体：溶在合金元素中的铁素体。铁素体钢：钢的组织为铁素体的钢。

（ 3）渗碳体即碳化三铁Fe 3 C。合金渗碳体：溶有合金元素的渗碳体，如(Fe、Cr) 3 C等。特殊碳化物：指稳定性特高的碳化物，如：WC等。 ．解释下列名词：

合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶强化，弥散强化。

答：合金：通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起

所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。

组元：组成合金的最基本的、独立的物质称为组元。

相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，

均称之为相。

相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图。

固溶体：合金的组元之间以不同的比例混合，混合后形成的固相的晶格结构与组成合金

的某一组元的相同，这种相称为固溶体。

金属间化合物：合金的组元间发生相互作用形成的一种具有金属性质的新相，称为金属

间化合物。它的晶体结构不同于任一组元，用分子式来表示其组成。

机械混合物：合金的组织由不同的相以不同的比例机械的混合在一起，称机械混合物。 枝晶偏析：实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体

合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较

多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。

比重偏析：比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。如果先共晶相与溶液

之间的密度差别较大，则在缓慢冷却条件下凝固时，先共晶相便会在液体中上浮或下沉，从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致，产生比重偏析。

固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象称为

固溶强化。

弥散强化：合金中以固溶体为主再有适量的金属间化合物弥散分布，会提高合金的强

度、硬度及耐磨性，这种强化方式为弥散强化。

2．指出下列名词的主要区别： 1）置换固溶体与间隙固溶体；

答：置换固溶体：溶质原子代替溶剂晶格结点上的一部分原子而组成的固溶体称置换固溶体。

间隙固溶体：溶质原子填充在溶剂晶格的间隙中形成的固溶体，即间隙固溶体。 2）相组成物与组织组成物； 相组成物：合金的基本组成相。

组织组成物：合金显微组织中的独立组成部分。

4．试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.

答：固溶强化：溶质原子溶入后，要引起溶剂金属的晶格产生畸变，进而位错运动时受到阻

力增大。

弥散强化：金属化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶体为基体再有适量的金属

间化合物均匀细小弥散分布时，会提高合金的强度、硬度及耐磨性。这种用金属间化合物来强化合金的方式为弥散强化。

加工强化：通过产生塑性变形来增大位错密度，从而增大位错运动阻力，引起塑性变形

抗力的增加，提高合金的强度和硬度。

答：共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出成分和晶格均不相同的

两种晶体的反应。

包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外一种固相的反应过程。 共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定

晶体结构的固相的反应。

共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成分的相，都处于三相平

衡状态。

不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是一种液相与一种固相在恒温下生

7.何谓碳素钢？何谓白口铁？两者的成分组织和性能有何差别？ 答：碳素钢：含有0.02%~2.14%C的铁碳合金。

白口铁：含大于2.14%C的铁碳合金。

碳素钢中亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成，其中珠光体中的渗碳体以细片状分布在铁素体基体上，随着含碳量的增加，珠光体的含量增加，则钢的强度、硬度增加，塑性、韧性降低。当含碳量达到0.8%时就是珠光体的性能。过共析钢组织由珠光体和二次渗碳体所组成，含碳量接近1.0%时，强度达到最大值，含碳量继续增加，强度下降。由于二次渗碳体在晶界形成连续的网络，导致钢的脆性增加。

白口铁中由于其组织中存在大量的渗碳体，具有很高的硬度和脆性，难以切削加工。

8.亚共析钢、共析钢和过共析钢的组织有何特点和异同点。

答：亚共析钢的组织由铁素体和珠光体所组成。其中铁素体呈块状。珠光体中

铁素体与渗碳体呈片状分布。共析钢的组织由珠光体所组成。过共析钢的组织由珠光体和二次渗碳体所组成，其中二次渗碳体在晶界形成连续的网络状。

共同点：钢的组织中都含有珠光体。不同点：亚共析钢的组织是铁素体和

珠光体，共析钢的组织是珠光体，过共析钢的组织是珠光体和二次渗碳体。

9 在平衡条件下， 45 钢、 T 8 钢和 T12 钢的强度、硬度、塑性和韧性哪个大，哪个小，变化规律是什么，原因何在？

强度：T8>T12>45，碳素钢中以珠光体的综合机械性能为最好，强度最好，T8钢中珠光体的体积分数最大，其次为T12和45钢；

硬度：T12>T8>45，碳素钢中以渗碳体相的硬度为最高，T12钢中渗碳体的体积分数最大，其次为T8和45钢。

塑性：45> T8> T12，碳素钢中以铁素体相的塑性最好，45钢中铁素体的体积分数最大，其次为T8钢和T12钢。

6、说明共析碳钢C曲线各个区、各条线的物理意义，并指出影响C曲线形状和位置的主要

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因素。

共析钢C曲线中，过冷奥氏体开始转变点的连线称为转变开始线；过冷奥氏体转变结束点的连线称为转变结束线。水平线A1表示奥氏体与珠光体的平衡温度。在A1线以上是奥氏体稳定存在的区域，A1线以下，转变开始线以左是过冷奥氏体区，转变结束线以右是转变产物区，转变开始线和结束线之间是过冷奥氏体和转变产物共存区。

影响C曲线形状和位置的主要因素有：（1）碳的影响。在亚共析钢中，随含碳量增加，C曲线向右移动；在过共析钢中，随含碳量的增加，C曲线则向右移动。（2）合金元素的影响：除钴外，所有的合金元素使C曲线位置右移，碳化物形成元素含量较多时，不仅影响C曲线位置，还会改变C曲线的形状。（3）加热温度和保温时间的影响：随着加热温度的提高和保温时间的延长，C曲线右移。

11、淬火的目的是什么？亚共析钢和过共析钢淬火加热温度应如何选择？ 淬火的目的是为了获得马氏体或贝氏体组织。提高钢的机械性能。

为了防止奥氏体晶粒粗化，一般淬火温度不宜太高，只允许超出临界点30-50℃。亚共析钢的淬火加热温度是Ac3+30-50℃。过共析钢的淬火温度是Ac1+30-50℃。 12

、

冷

却

后

组

织 加热后组织

700℃： 珠光体+铁素体 珠光体+铁素体

760℃： 马氏体+铁素体 奥氏体+铁素体

840℃： 马氏体+残余奥氏体 马氏体+奥氏体

11．根据 Fe-Fe3C 相图，计算：

1）室温下，含碳 0.6% 的钢中珠光体和铁素体各占多少； 2）室温下，含碳 1.2% 的钢中珠光体和二次渗碳体各占多少； 3）铁碳合金中，二次渗碳体和三次渗碳体的最大百分含量。 答：1）Wp=(0.6-0.02)/(0.8-0.02)*100%=74% Wα=1-74%=26%

2）Wp=(2.14-1.2)/(2.14-0.8)*100%=70% WFe3CⅡ=1-70%=30% 3）WFe3CⅡ=(2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23% W Fe3CⅢ=0.02/6.69*100%=33%

12.将￠5mm的T8钢加热至760℃并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：珠光体，索氏体，屈氏体，上贝氏体，下贝氏体，屈氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体；在C曲线上描出工艺曲线示意图。

答：(1)珠光体：冷却至线~550℃范围内等温停留一段时间，再冷却下来得到珠

光体组织。

索氏体：冷却至650～600℃温度范围内等温停留一段时间，再冷却下来