金属材料与热处理课后习题参考答案.doc
《金属材料与热处理课后习题参考答案.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《金属材料与热处理课后习题参考答案.doc(22页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、金属材料与热处理部分习题参考答案模块一 金属的力学性能 综合训练课题1 强度与塑性1。解释下列名词(略)2.说明下列力学性能指标的意义(略)3.低碳钢拉伸试验的基本过程: 低碳钢在拉伸力作用下的表现过程可分为弹性变形阶段、屈服阶段、均匀塑性变形阶段、缩颈(集中塑性变形阶段)和断裂阶段.1)完全弹性变形阶段:拉伸力在Fp 以下阶段(Op段), 试样在受力时发生变形,在此阶段中拉伸力和伸长量成正比例关系,卸除拉伸力后变形能完 全恢复,该阶段为完全弹性变形阶段。2)屈服阶段 当所加的拉伸力F超过Fe后,拉伸力不增大或变化不大,试样仍继续伸长,开始出现明显的塑性变形。曲线上出现平台或锯齿(曲线ess段
2、),3)均匀塑性变形阶段 在曲线的sb段,拉伸力增大,伸长沿整个试样长度均匀进行,继而进入均匀塑性变形 阶段。同时随着塑性变形的不断增加,试样的变形抗力也逐渐增加,产生形变强化,这个阶 段是材料的强化阶段。4)颈缩和断裂阶段 在曲线的最高点(b点),达到最大拉伸力Fb 时,试样再次产生不均匀的塑性变形,变形主要集中于试样的某一局部区域,该处横截面积急剧减小,结果就形成了所谓“缩颈”现象。随着缩颈处截面不断减小,承载能力不断下降,到k点时,试样发生断裂。 4。弹性极限在工程上的实际意义:材料受到外力时,几乎所有的弹性元件在工作时都不允许产生微小的塑性变形,只允许在弹性范围内工作。制造这类工件的材
3、料应以能保持弹性变形按正比例变化的最大抗力作为失效抗力指标。屈服强度工程意义:屈服强度可以理解为金属材料开 始产生明显塑性变形的最小应力值,其实质是金属材料对初始塑性变形的抗力.屈服强度是工程技术上重要的力学性能指标之一,也是大多数工程构件和机器零件选材和设计的依据。传统的设计方法,对于韧性材料以屈服强度为标准.抗拉强度工程意义:抗拉强度的物理意义是韧性材料抵抗大量均匀塑性变形的能力.铸铁等脆性材料拉伸过程中一般不出现缩颈现象,抗拉强度就是材料的断裂强度。断裂是零件最严重的失效形式,所以,抗拉强度也是工程设计和选材的主要指标,特别是对脆性材料而言.5。断后伸长率和断面收缩率的工程意义:根据断后
4、伸长率和断面收缩率的相对大小,可以判断金属材料拉伸时是否形成缩颈。若材料的断后伸长率大于或等于断面收缩率,则该材料只有均匀变形而无缩颈现象,是低塑 性材料;反之,则有缩颈现象,是高塑性材料。 任何零件都要求材料具有一定的塑性.很显然,断后伸长率()与断面收缩率()越大, 发生的塑性变形量越大,也就是材料的塑性越好。 塑性好的金属材料可以发生大量塑性变形而不破坏,便于通过各种压力加工方法(锻 造、轧制、冷冲压等)获得形状复杂的零件或构件。综合训练-课题2 硬度1.(略)2。 见电子教案3.(1)(8)HV;(2)RC;(3)(4)(6)HB (5)HV或HR 4。 在一定条件下,HB与HRC可以
5、查表互换。其心算公式可大概记为:1HRC1/10HB,因此不能说甲比乙硬度高。综合训练-课题3 冲击韧性与疲劳极限1。 解释下列名词(略)2.(1)A k:冲击能量,即冲断试样所需要的能量,或试样变形和断裂所消耗的功,称为冲击能量。 (2)AkU:U形缺口试样的冲击能量。 (3)AkV:V形缺口试样的冲击能量 (4)ak:试样缺口处的横截面积S去除AkU和AkV,可得到材料的冲击韧度指标。(5)-1:材料的疲劳极限是在对称弯曲疲劳条件下测定的,对称弯曲疲劳极限。(6)r(N):规定循环周次不发生疲劳断裂的最大循环应力值,称为 条件疲劳极限,又称为疲劳强度。3。脆性大的材料:木材、陶瓷、玻璃。韧
6、性好的材料:低碳钢、铝合金、纯金属,橡胶.4.金属的疲劳:金属材料在受到交变应力或重复循环应力时往往在工作应力小于屈服强度的情况下突 然断裂,这种现象称为疲劳。疲劳断裂的特点:由于疲劳的应力比屈服强度低,所以不论是韧性材料还是脆性材料,在疲劳断裂前,均没有明显的塑性变形,它是在长期累积损伤过程中,经裂纹萌生和缓慢扩展到临界尺寸时突然发生的.由于断裂前没有明显的预兆,故疲劳断裂危险性极大。宏观断口一般可明显地分为三个区域,即疲劳源,疲劳裂纹扩展区和瞬间断裂区。疲劳源多在机件的表面处.模块二 金属的晶体结构 综合训练-课题1 金属的晶体结构1。(略)2. 金属实际晶体中存在点缺陷、线缺陷和面缺陷三
7、种晶体缺陷。这些缺陷对金属性能的影响如下:1)点缺陷造成局部晶格畸变,使金属的电阻率、屈服强度增加,密度发生变化。 2)线缺陷形成位错对金属的机械性能影响很大,位错极少时,金属强度很高,位错密度越大,金属强度也会提高。 3)面缺陷晶界和亚晶界越多,晶粒越细,金属强度越高,金属塑变的能力越大,塑性越好. 总之, 随着三种晶体缺陷量的增加,材料的强度硬度增加。随着点、线缺陷量的增加,材料的塑性韧性下降,而随着面缺陷量的增加,塑性和韧性反而提高。3.金属中常见的晶体结构有:体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。综合训练课题2 合金的相结构1(略)2。固溶体根据溶质在溶剂中所占据的位置不同分为
8、:间隙固溶体和置换固溶体.固溶体与化合物的区别是:1) 固溶体的晶格结构保持了溶剂的晶格结构,化合物的晶格结构不同于任何一种组元.2)化合物的硬度高而脆,熔点高,通常不做为主相,而作为强化相。模块三 金属的结晶 综合训练-课题1 纯金属的结晶1。纯金属结晶时出现的现象:1)结晶在恒温下进行(结晶平台);2)有一定的过冷度。2。金属形核的方式有:自发形核(均质形核)和非自发形核(异质形核)两种。金属通常以非自发形核为主要形核方式。(需能量小)晶粒的形态通常为树枝晶。3。金属结晶的条件: 1)有一定的过冷度,过冷度不为零时结晶成为自发过程;2)结构条件(结构起伏),有与固态金属相同原子排列的原子团
9、体,此原子团在某一时刻存在,另一时刻可能消失,这种原子团成为结晶的基础; 3)能量条件,规则排列的原子团并不能都成为结晶的核心,只有尺寸大到一定程度才能成为核心,此时当原子团处于能量峰值就成为核心,当其处于低谷时就会融化.4.影响晶粒大小的因素是形核率(N)和长大速度(G)。 形核率提高的比长大速度更快,即N/G增大时,晶粒更细小。5.晶粒大小对金属力学性能的影响:晶粒越细小,金属材料的强度、硬度、塑性和韧性越高。 细化晶粒的原理:(1)晶粒细化,增加了晶界,位错移动变得困难,因此强度提高,从而硬度也提高;(2)塑性提高是因为晶粒细小了使其塑性变形量可分配给更多的晶粒,从而可使金属承受更大的塑
10、性变形量; (3)韧性提高是因为晶粒细小了,裂纹扩展的路程变长了,消耗的功就变大了,即冲击能量就提高了,韧性便提高了. 细化晶粒的措施 (1)提高过冷度;(2)变质处理;(3)附加震动、搅拌.6. 同素异晶转变:金属在固态下随温度的改变,由一种晶格转变为 另一种晶格的现象称为同素异晶转变。 同素异晶转变与金属的结晶相同点:1) 过程都包括形核与长大两过程2) 且都在恒温下进行3) 同时都是相变。 不同点:同素异晶转变是固态下的相变;而纯金属的结晶是液态向固态转变的相变.综合训练课题2 合金的结晶 1.(1)B (2)B (3)B 2. (1)L+x x+ + +x (2)x和的同素异晶转变;共
11、晶转变 (3)合金的平衡结晶过程:当温度在1点以上为液态金属;当温度下降到1点时,有x固溶体晶核出现,随着温度的下降L相的量不断减少,固溶体x的量不断增加,当温度降到2点,全部为x固溶体;温度在23之间是单相x固溶体;温度下降到3点,固溶体x开始向转变,温度继续下降,x的量不断减少,的量不断增加,当温度降到4点全部转变为固溶体;温度在4-5之间是单相固溶体;当温度下降到5点,固溶体中的B组元达到饱和,温度低于5点,从固溶体中析出,温度不断下降的量不断增多,固溶体的量不断减少。合金到室温下的组织为+.3。共晶组织的形态有:层片状、点状、放射状、 针状、螺旋状等。金属界面通常为 粗糙界面,亚金属和
12、非金属通常为光滑界面,所以,金属 -金属型的两相共晶组织大多为层片 状或棒状,金属 非金属型的两相共晶组织大多为树枝状、针片状或骨骼状等.初晶的形态:如果是固溶体,一般的形态呈树枝状(包含组织的卵形相),若是亚金属和非金属(如Sb、Bi、Si等)或化合物(如Fe3C等),则一般具有较规则的外形.4.在相图中三相水平线处:在转变前后相和组织能用杠杆定律来计算,转变过程中不能.转变前后的相是两相,转变过程中为3相,杠杆定律只适用于两相区。5。 Si量为56。5%的MgSi合金为共晶合金,计算共晶前相的相为单相L,含量为100%;共晶前组织的L组织,量为100%。共晶后的相Mg2Si和Si两相,其相
13、对含量为:W(Mg2Si)=(10056。2)/(10036.8)100%=69.3%W(Si)=1- W(Mg2Si)=1-69.3=31.7%共晶后组织为(Mg2Si+Si) ,量为100%.6. 若要铸造某一工件,其所用合金材料的组元已确定,其组元含量确定方法:先找到此合金相图,然后再找出相图中固液相线距离较小的合金,即为铸造用合金.7.设中B的最大溶解度为x,共晶合金成分为y,则 (25x)/(y25%)=26(2/ 3)/73(1/3) (1) (50-x)/(y-50%)=60/40 (2)由式(1)、(2)得:x=3。7%,y=80.9中B的最大溶解度为96。3% 因此参考相图为
14、:模块四 铁碳合金 综合训练-课题1 铁碳合金的基本相与铁碳合金相图1。名词解释 (略)2。选择题(1)A (2)C,A3.判断题(1) (2) (3)4.分析问答题(1)略(2)铁碳合金的基本相有名称定义晶格结构碳含量性能F碳在Fe中形成的间隙固溶体体心立方溶碳能力低.727最大,wc=0。0218;室温时, wc=0.0008与纯铁相似,强度硬度低,塑性韧性好。=3050A碳在Fe中形成的间隙固溶体面心立方727时,wc=0。77%,1148时最大, w c=2。11%强度硬度不高,塑性韧性良好,=4060Fe3C铁与碳生成的金属化合物复杂晶格结构wc=6.69硬度很高,约800HBW,塑
15、性和韧性几乎为零.(3)答:绑扎物件需要的强度较低,低碳钢丝可满足要求;起重机吊重物的钢丝绳需要高强度,需含碳量较高的钢因此需60、65、70钢制成。综合训练课题2 典型铁碳合金的冷却过程及组织转变根据铁碳合金相图,回答问题:1.答:热轧和锻造需要材料的塑性良好,而当钢加热到1000以上才能得到塑性良好的奥氏体组织。2.答:在1100时碳含量为0.4%的钢的组织为A组织,塑性良好适合于锻造;含碳量为4.2%的铸铁在1100时组织为A+渗碳体,渗碳体是硬而脆的组织,锻造时易开裂因此不适合锻造。3。答:45钢在600时组织为F+P,750时组织为F+A,900时组织为A组织.4.答:70钢和T10
16、钢属于高碳钢,硬度很高,20钢和30钢含碳量比70钢和T10钢低很多,因此硬度也低很多,锯条70钢和T10钢时易磨钝.5.答:略(见课本75-77页)综合训练课题3 碳含量对铁碳合金平衡组织和性能的影响 1.答:1)随着, HBS 、b;、 Ak ;由于钢在室温下有F 和 Fe3C两相组成,F软而韧,Fe3C硬而脆,随 Wc, F量,Fe3C.2) Wc =0。9时,b达到最高;Wc0。9时,随 Wc,b;由于 Fe3C成网状,使b,因此,工业用钢的含碳量一般不超过1。3%。2.答:见1题的2)3。答:亚共析钢和亚共晶白口铸铁的相组成都为F 和Fe3C两相; 亚共析钢的组织为F+P 亚共晶白口
17、铸铁的组织为P+ Fe3C+Ld。4。答:方法一 硬度由高到低Wc = 4。5%,Wc =2。0%, Wc =0。2% 方法二 金相组织不同Wc =0。2为F+P Wc =2。0%为P+ Fe3C Wc = 4。5%为Ld+ 一次Fe3C5。答:合金的固液相线间距越小,铸造性能越好,钢的结晶温度范围不为零,且含碳量大于0。25的比小于0。25%的钢结晶温度宽;而含碳量为4。3%的铸铁结晶温度是恒温,结晶温度差为零,因此含碳量为4.3%的铸铁铸造性能好于钢,含碳量大于0.25的比小于0.25的钢铸造性能差.综合训练课题4 Fe-Fe3C相图的应用及局限性1.答:(略)2.答:钢的锻造温度一般应选
18、在1000以上.3。答:结晶温度范围窄:纯铁和碳含量较低的钢以及共晶白口铸铁和成分接近共晶成分的铁碳合金适合于铸造。4.答:铁碳相图在热处理方面的应用:热处理的温度要依据铁碳相图; 铁碳相图在焊接方面的应用:含碳量低的钢焊接性能越好。5。答:同课题3综合训练5题.综合训练-课题5 合金元素对铁碳合金的影响1. 判断题 (1)错误(2)错误2。分析问答题(1)答:钢中常含的杂质元素有硅、锰、硫、磷等。硅:来自炼钢原料,强脱氧剂(有益元素),强化铁素体,提高钢的强度、硬度,降低塑性和韧性;锰:来自生铁和脱氧剂,具有一定的脱氧能力(有益元素),使铁素体强化; 硫:强化铁素体,热脆(有害元素)磷: 强
19、化铁素体,冷脆(有害元素)(2)答:合金元素对钢性能的影响:固溶强化、弥散强化、提高钢的淬透性、提高回火稳定性、可造成二次硬化,使其热处理加热温度更高,保温时间更长.(3)答:扩大奥氏体相区:Mn、Ni等合金元素;缩小奥氏体相区:Cr、Mo、W、V、Ti、Si等。(4)答:合金元素对铁碳合金相图的影响:改变A1线和A3线;使S、E点左移。模块五 金属的塑性变形与再结晶综合训练课题1 金属的塑性变形1。答:金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生。2。答:单晶体塑性变形原理:只有在切应力的作用下,才能产生塑性变形,切应力则使晶体产生弹性歪扭,并在超过滑移抗力时引起滑移面两侧的晶体发生相对滑移。当切应力
20、较小时,晶格发生弹性歪扭,若去除外力,晶格弹性歪扭 也随之消失,晶体恢复到原始状态,即产生弹性变形;若切应力继续增大到超过原子间结合力,则在某个晶面两侧的原子将发生相对滑移, 滑移的距离为原子间距的整数倍,此时,如果使切应力消失,晶格歪扭可以恢复,但已经滑移的原子不能恢复到变形前的位置,即产生塑性变形。如果切应力继续增大,其他晶面上的原子也产生滑移,从而使晶粒塑性变形继续下去。许多晶面上都发生滑移后就形成了单晶体的整体塑性变形。通过孪生方式的变形,使孪生面两侧的晶体形成了镜面对称关系(镜面即孪生面)。整个晶体经变形后,只有孪晶带中的晶格位向发生了变化,而孪晶带两边外侧晶 体的晶格位向没发生变化
21、,但相距一定距离,孪生与滑移的主要区别是:孪生变形时,孪晶带中相邻原子面的相对位移为原子间距的分数值,晶体位向发生 变化与未变形部分形成对称;而滑移变形时,滑移的距离是原子间距的整数倍,晶体的位向不发生变化。金属的塑性变形过程中,滑移和孪生往往是交替进行的,这样就可以获得较大的变形量.多晶体塑性变形原理:多晶体塑性变形的基本方式仍然是滑移和孪生。但由于晶界的存在和每个晶粒中晶格位向的不同,多晶体的塑性变形要比单晶体复杂得多,表现出以下不同于单晶体的特点。1)一个有先后和不均匀的塑性变形过程;2)晶粒间位向差阻碍滑移;3)晶界阻碍位错运动。3.答:当合金由多相混合物构成时,除了基本相变形之外,第
22、二相的性质、形状、大小、数量和分布情况,在塑性变形中,也常起决定性的作用。1)若合金内两相含量相差不大,且两相的变形性能相近,则合金的变形性能为两相的平均值。2)若合金中的两相变形性能相差很大,其中一相塑性较好,故变形先在这塑性较好的相内进行;另一相硬而脆,难以变形。因此,这第二相在室温下无显著变形,它主要是对基体变形起阻碍作用.第二相阻碍变形的作用由于其形状、大小和分布不同而有很大差异.(1)如果第二相连续网状分布在塑性相晶界上,这样塑性相的晶粒被脆相包围,使其变形能力无从发挥,晶界处的应力集中也难于松弛,合金的塑性将大大降低,经很少量变形就会在脆性相的网络处产生断裂。脆性相数量越多,网的连
23、续性越严重,合金的塑性也越差,甚至强度也随之下降。(2)如果脆性的第二相呈层片状分布时,则对塑性变形的危害比较小,特别是层片越细小,合金的力学性能越高。(3)若第二相以颗粒状尤其以弥散质点均匀分布在基体上,则使位错或其他缺陷的运动受到更大的阻碍,可显著提高合金的强度。第二相质点弥散度越大,合金的强度越高。4。答:塑性变形对组织结构的影响1)晶粒被拉长2)形成亚结构(3)形成变形织构(择优取向)。5. 加工硬化晶界处大量堆积的位错,均会阻碍位错的运动,使金属塑性变 形抗力增大,强度和硬度显著提高。随着变形程度增加,金属强度和硬度升高,塑性和韧性下降的现象。有利:1)可利用冷变形强化来强化金属,提
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 金属材料 热处理 课后 习题 参考答案
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【a199****6536】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【a199****6536】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。