工程材料课后题答案.docx

第一章6、实际金属晶体中存在哪些缺陷?它们对性能有什么影响?答:点缺陷:空位、间隙原子、异类原子。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。线缺陷:位错。位错的存在极大地影响金属的机械性能。 当金属为理想晶体或仅含极少量位错时,金属的屈服强度 σs很高,当含有一定量的位错时,强度降低。当进行形变加工时,为错密度增加,σs将会增高。面缺陷:晶界、亚晶界。亚晶界由位错垂直排列成位错墙而构成。亚晶界是晶粒内的一种面缺陷。在晶界、亚晶界或金属内部的其他界面上,原子的排列偏离平衡位置, 晶格畸变较大,位错16-2密度较大(可达 10m以上)。原子处于较高的能量状态,原子的活性较大,所以对金属中的许多过程的进行,具有极为重要的作用。晶界和亚晶界均可提高金属的强度。晶界越多,晶粒越细,金属的塑性变形能力越大,塑性越好。8、什么是固溶强化?造成固溶强化的原因是什么?答:形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。固溶体随着溶质原子的溶入晶格发生畸变。 晶格畸变随溶质原子浓度的提高而增大。 晶格畸变增大位错运动的阻力,使金属的滑移变形变得更加困难,从而提高合金的强度和硬度。9、间隙固溶体和间隙相有什么不同?答:合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的, 且结构与组元之一相同的固相称为间隙固溶体。间隙固溶体中溶质原子进入溶剂晶格的间隙之中。 间隙固溶体的晶体结构与溶剂相同。间隙相是间隙化合物中的一种, 其晶体结构不同于组成它的任意元素的晶体结构, 一般是较大金属元素的原子占据晶格的结点位置, 半径较小的非金属元素的原子占据晶格的间隙位置,晶体结构简单,间隙相一般具有高熔点、高硬度,非常稳定,是合金的重要组成相。1、金属结晶的条件和动力是什么 ?第二章答:液态金属结晶的条件是金属必须过冷, 要有一定的过冷度。液体金属结晶的动力是金属在液态和固态之间存在的自由能差 (ΔF)。2、金属结晶的基本规律是什么 ?答:液态金属结晶是由生核和长大两个密切联系的基本过程来实现的。 液态金属结晶时,首先在液体中形成一些极微小的晶体 (称为晶核),然后再以它们为核心不断地长大。 在这些晶体长大的同时,又出现新的品核并逐渐长大,直至液体金属消失。3、在实际应用中,细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能,细化晶粒、提高金属材料使用性能的措施有哪些?答:(1)提高液态金属的冷却速度,增大金属的过冷度。 (2)进行变质处理。在液态金属中加入孕育剂或变质剂, 增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大, 以细化晶粒和改善组织。(3)在金属结晶的过程中采用机械振动、超声波振动等方法。 (4)电磁搅拌。将正在结晶的金属置于一个交变的电磁场中, 由于电磁感应现象,液态金属会翻滚起来, 冲断正在结晶的树枝状晶体的晶枝,增加了结晶的核心,从而可细化晶粒。4、如果其他条件相同,试比较在下列铸造条件下铸件晶粒的大小。(1)金属模浇注与砂模浇注; (2)变质处理与不变质处理; (3)铸成薄件与铸成厚件; (4)浇注时采用震动与不采用震动。答:(1)金属模浇注比砂模浇注, 铸件晶粒小;(2)变质处理比不变质处理, 铸件晶粒小;(3)铸成薄件比铸成厚件,铸件晶粒小; (4)浇注时采用震动比不采用震动,铸件晶粒小。5、为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区 ?答:柱状是由外往里顺序结晶的, 品质较致密。但柱状品的接触面由于常有非金属夹杂或低熔点杂质而为弱面,在热轧、锻造时容易开裂,所以对于熔点高和杂质多的金届,例如铁、镍及其合金,不希望生成柱状晶。6、将20kg纯铜与30kg纯镍熔化后慢冷至如图 l—6温度T1,求此时: ①两相的化学成分;②两相的质量比; ③各相的质量分数; ④各相的质量。解:①两相的化学成分 L相成分:ω(Ni);50% ω(Cu)=50%②两相质量比:合金成分:ω(Ni)=80% ω(Cu)=20%二相的质量比:Qα/Qβ=(60-50)/(80-60)=③各相的质量分数:二相的质量分数:ωα=(60-50)/(80-50)=%ωL=1-%=%④各相的质量:二相质量:Qα=(20十30)×%=(kg)QL==(kg)7、求碳质量分数为 %的质量为10kg的铁碳合金从液态缓慢冷却到共晶温度 (但尚未发生共晶反应)时所剩下的液体的碳质量分数及液体的质量。解:L中的碳质量分数:w(C)=%L中的质量分数:w(L)=(-)/(-)= %L的质量:QL=10×%=(kg)8、比较退火状态下的 45钢、T8钢、T12钢的硬度、强度和塑性的高低,简述原因。答:硬度:45钢最低,T8钢较高,T12钢最高。因为退火状态下的 45钢组织是铁素