工程材料》複習思考題
1．解釋下列名詞
機械效能、強度、剛度、硬度、晶格、晶粒、位錯、晶界、金屬化合物、鐵素體、滲碳體、變形織構、熱處理、本質晶粒度、滲碳處理。
過冷度：實際結晶溫度與理論結晶溫度之差稱為過冷度。
非自發形核：是液態金屬依附在一些未溶顆粒表面所形成的晶核。
變質處理：在液態金屬結晶前，特意加入某些難熔固態顆粒，造成大量可以成為非自發晶核的固態質點，使結晶時的晶核數目大大增加，從而提高了形核率，細化晶粒，這種處理方法即為變質處理。
加工硬化：隨著塑性變形的增加，金屬的強度、硬度迅速增加；塑性、韌性迅速下降的現象。
再結晶：冷作金屬材料被加熱到較高的溫度時，原子具有較大的活動能力，使晶粒的外形開始變化，從破碎拉長的晶粒變成新的等軸晶粒，和變形前的晶粒形狀相似，晶格型別相同，把這一階段稱為「再結晶」。
冷加工：在再結晶溫度以下進行的壓力加工。
相：在金屬或合金中，凡成分相同、結構相同並與其它部分有介面分開的均勻組成部分，均稱之為相。
相圖：用來表示合金系中各個合金的結晶過程的簡明**稱為相圖。
固溶體：合金的組元之間以不同的比例混合，混合後形成的固相的晶格結構與組成合金的某一組元的相同，這種相稱為固溶體。
枝晶偏析：實際生產中，合金冷卻速度快，原子擴散不充分，使得先結晶出來的固溶體合金含高熔點組元較多，後結晶含低熔點組元較多，這種在晶粒內化學成分不均勻的現象稱為枝晶偏析。
比重偏析：比重偏析是由組成相與溶液之間的密度差別所引起的。如果先共晶相與溶液之間的密度差別較大，則在緩慢冷卻條件下凝固時，先共晶相便會在液體中上浮或下沉，從而導致結晶後鑄件上下部分的化學成分不一致，產生比重偏析。
固溶強化：通過溶入某種溶質元素形成固溶體而使金屬的強度、硬度公升高的現象稱為固溶強化。
瀰散強化：合金中以固溶體為主再加上適量的金屬間化合物瀰散分布，會提高合金的強度、硬度及耐磨性，這種強化方式為瀰散強化。
珠光體：鐵素體和滲碳體的機械混合物。
索氏體：在650～600℃溫度範圍內形成層片較細的珠光體。
屈氏體：在600～550℃溫度範圍內形成片層極細的珠光體。
貝氏體：過飽和的鐵素體和滲碳體組成的混合物。
馬氏體：碳在α-fe中的過飽和固溶體。
奧氏體: 碳在γ-fe中形成的間隙固溶體.
殘餘奧氏體：m轉變結束後剩餘的奧氏體。
退火：將工件加熱到臨界點以上或在臨界點以下某一溫度保溫一定時間後，以十分緩慢的冷卻速度（爐冷、坑冷、灰冷）進行冷卻的一種熱處理操作。
正火：將工件加熱到ac3或accm以上30～80℃，保溫後從爐中取出在空氣中冷卻。
淬火：將鋼件加熱到ac3或ac1以上30～50℃，保溫一定時間，然後快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體的一種操作。
回火：將淬火鋼重新加熱到a1點以下某一溫度，保溫一定時間後，冷卻到室溫的一種操作。
冷處理：把冷到室溫的淬火鋼繼續放到深冷劑中冷卻，以減少殘餘奧氏體的操作。
時效處理：為使二次淬火層的組織穩定，在110~150℃經過6~36小時的人工時效處理，以使組織穩定。
淬火臨界冷卻速度（vk）：淬火時獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度。
淬透性：鋼在淬火後獲得淬硬層深度大小的能力。
淬硬性：鋼在淬火後獲得馬氏體的最高硬度。
重結晶：由於溫度變化，引起晶體重新形核、長大，發生晶體結構的改變，稱為重結晶。
調質處理：淬火後的高溫回火。
2.常見的金屬晶體結構有哪幾種？α-fe 、γ- fe、mg各屬何種晶體結構？
答：常見金屬晶體結構：體心立方晶格、麵心立方晶格、密排六方晶格；α－fe屬於體心立方晶格；γ－fe屬於麵心立方晶格；mg屬於密排六方晶格；
3.實際晶體中的點缺陷，線缺陷和面缺陷對金屬效能有何影響？
答：如果金屬中無晶體缺陷時，通過理論計算具有極高的強度，隨著晶體中缺陷的增加，金屬的強度迅速下降，當缺陷增加到一定值後，金屬的強度又隨晶體缺陷的增加而增加。因此，無論點缺陷，線缺陷和面缺陷都會造成晶格崎變，從而使晶體強度增加。
同時晶體缺陷還會增加金屬的電阻，降低抗腐蝕效能。
4.過冷度與冷卻速度有何關係？它對金屬結晶過程有何影響？對鑄件晶粒大小有何影響？
答：①冷卻速度越大，則過冷度也越大。②隨著冷卻速度的增大，晶體內形核率和長大速度都加快，加速結晶過程的進行，但當冷速達到一定值以後則結晶過程將減慢，因為這時原子的擴散能力減弱。
③過冷度增大，結晶驅動力大，形核率和長大速度都大，且n的增加比g增加得快，提高了n與g的比值，晶粒變細，但過冷度過大，結晶發生困難。
5.金屬結晶的基本規律是什麼？晶核的形成率和成長率受到哪些因素的影響？
答：①金屬結晶的基本規律是形核和核長大。②受到過冷度的影響，隨著過冷度的增大，晶核的形成率和成長率都增大，但形成率的增長比成長率的增長快；同時外來難熔雜質以及振動和攪拌的方法也會增大形核率。
6.在鑄造生產中，採用哪些措施控制晶粒大小？在生產中如何應用變質處理？
答：①採用的方法：變質處理，鋼模鑄造以及在砂模中加冷鐵以加快冷卻速度的方法來控制晶粒大小。
②變質處理：在液態金屬結晶前，特意加入某些難熔固態顆粒，造成大量可以成為非自發晶核的固態質點，使結晶時的晶核數目大大增加，從而提高了形核率，細化晶粒。③機械振動、攪拌。
7．產生加工硬化的原因是什麼？
答：隨著變形的增加，晶粒逐漸被拉長，直至破碎，這樣使各晶粒都破碎成細碎的亞晶粒，變形愈大，晶粒破碎的程度愈大，使位錯密度顯著增加；同時細碎的亞晶粒也隨著晶粒的拉長而被拉長。因此，隨著變形量增加，由於晶粒破碎和位錯密度增加，金屬的塑性變形抗力將迅速增大，強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降，產生所謂「加工硬化」現象。
8．與冷加工比較，熱加工給金屬件帶來的益處有哪些？
答：（1）通過熱加工，可使鑄態金屬中的氣孔焊合，使其致密度得以提高。（2）通過熱加工，可使鑄態金屬中的枝晶和柱狀晶破碎，使晶粒細化，機械效能提高。
（3）通過熱加工，可使鑄態金屬中的枝晶偏析和非金屬夾雜分布發生改變，使它們沿著變形的方向細碎拉長，形成熱壓力加工「纖維組織」（流線），使縱向的強度、塑性和韌性顯著大於橫向。如果合理利用熱加工流線，盡量使流線與零件工作時承受的最大拉應力方向一致，而與外加切應力或衝擊力相垂直，可提高零件使用壽命。
9．為什麼細晶粒鋼強度高，塑性，韌性也好？
答：晶界是阻礙位錯運動的，而各晶粒位向不同，互相約束，也阻礙晶粒的變形。因此，金屬的晶粒愈細，其晶界總面積愈大，每個晶粒周圍不同取向的晶粒數便愈多，對塑性變形的抗力也愈大。
因此，金屬的晶粒愈細強度愈高。同時晶粒愈細，金屬單位體積中的晶粒數便越多，變形時同樣的變形量便可分散在更多的晶粒中發生，產生較均勻的變形，而不致造成區域性的應力集中，引起裂紋的過早產生和發展。因此，塑性，韌性也越好。
10．金屬經冷塑性變形後，組織和效能發生什麼變化？
答：①晶粒沿變形方向拉長，效能趨於各向異性，如縱向的強度和塑性遠大於橫向等；②晶粒破碎，位錯密度增加，產生加工硬化，即隨著變形量的增加，強度和硬度顯著提高，而塑性和韌性下降；③織構現象的產生，即隨著變形的發生，不僅金屬中的晶粒會被破碎拉長，而且各晶粒的晶格位向也會沿著變形的方向同時發生轉動，轉動結果金屬中每個晶粒的晶格位向趨於大體一致，產生織構現象；④冷壓力加工過程中由於材料各部分的變形不均勻或晶粒內各部分和各晶粒間的變形不均勻，金屬內部會形成殘餘的內應力，這在一般情況下都是不利的，會引起零件尺寸不穩定
11．分析加工硬化對金屬材料的強化作用？
答：隨著塑性變形的進行，位錯密度不斷增加，因此位錯在運動時的相互交割、位錯纏結加劇，使位錯運動的阻力增大，引起變形抗力的增加。這樣，金屬的塑性變形就變得困難，要繼續變形就必須增大外力，因此提高了金屬的強度。
12．已知金屬鎢、鐵、鉛、錫的熔點分別為3380℃、1538℃、327℃、232℃，試計算這些金屬的最低再結晶溫度，並分析鎢和鐵在1100℃下的加工、鉛和錫在室溫（20℃）下的加工各為何種加工？
答：t再=0.4t熔（k）；
wt再=[0.4*(3380+273)]-273=1188.2℃＞1100℃; 1100℃下加工屬於冷加工
fet再=[0.4*(1538+273)]-273=451.4℃＜1100℃; 1100℃下加工屬於熱加工
pbt再=[0.4*(327+273)]-273=-33℃＜20℃; 20℃下加工屬於熱加工
snt再=[0.4*（232+273）]-273=-71℃＜20℃; 20℃下加工屬於熱加工。
13．在製造齒輪時，有時採用噴丸法（即將金屬丸噴射到零件表面上）使齒面得以強化。試分析強化原因。
答：高速金屬丸噴射到零件表面上，使工件表面層產生塑性變形，形成一定厚度的加工硬化層，使齒面的強度、硬度公升高。
14．試述固溶強化、加工強化和瀰散強化的強化原理,並說明三者的區別.
答：固溶強化：溶質原子溶入後，要引起溶劑金屬的晶格產生畸變，進而位錯運動時受到阻力增大。
瀰散強化：金屬化合物本身有很高的硬度，因此合金中以固溶體為基體再有適量的金屬間化合物均勻細小瀰散分布時，會提高合金的強度、硬度及耐磨性。這種用金屬間化合物來強化合金的方式為瀰散強化。
加工強化：通過產生塑性變形來增大位錯密度，從而增大位錯運動阻力，引起塑性變形抗力的增加，提高合金的強度和硬度。
區別：固溶強化和瀰散強化都是利用合金的組成相來強化合金，固溶強化是通過產生晶格畸變，使位錯運動阻力增大來強化合金；瀰散強化是利用金屬化合物本身的高強度和硬度來強化合金；而加工強化是通過力的作用產生塑性變形，增大位錯密度以增大位錯運動阻力來強化合金；三者相比，通過固溶強化得到的強度、硬度最低，但塑性、韌性最好，加工強化得到的強度、硬度最高，但塑韌性最差，瀰散強化介於兩者之間。
16.鐵素體（f）,奧氏體（a），滲碳體（fe3c），珠光體（p）,萊氏體（ld）的結構、組織形態、效能等各有何特點？
答：鐵素體（f）：鐵素體是碳在α-fe中形成的間隙固溶體，體心立方晶格。效能與純鐵相近，塑性、韌性好，強度、硬度低。它在鋼中一般呈塊狀或片狀。
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