機械材料複習提綱
一、 思考題
1、常見的金屬晶體結構有哪幾種？試畫出晶胞簡圖，說明其晶格常數特點。
2、畫出下列立方晶系的晶面及晶向。
（100）、（110）、（111）及【100】、【110】、【111】
3、位錯的定義是什麼？了解三種基本位錯的模型及特點。
位錯：晶體中已滑移與未滑移的邊界線。螺型位錯、刃型位錯、混合位錯
4、何為晶體缺陷？金屬中存在哪些晶體缺陷？
晶體缺陷：在實際晶體中，總是不可避免地存在著一些原子偏離規則排列的不完整性區域，分為點缺陷、線缺陷、面缺陷。
5、結晶的熱力學條件是什麼？ 結晶的熱力學條件是：具有一定的過冷度
6、晶粒大小對金屬力學效能有何影響？怎樣控制鑄件晶粒大小？實際生產中常用什麼有效方法獲得細晶粒？
細晶粒金屬具有較高的綜合力學效能，即強度、硬度、產塑性及韌性都比較好。因此，生產上對控制金屬材料的晶粒大小相當重視，如採取必要的措施來細化晶粒。一般工業上廣泛採用變質處理的方法——加入形合劑，以細化晶粒。
方法：增加過冷度、變質處理、振動
7、簡述鑄錠的典型組織及缺陷。
鑄錠的典型組織：表層細晶區；柱狀晶區；中心等軸晶區
缺陷：縮孔；氣孔；夾雜物
8、為什麼金屬晶粒越細，強度越高，塑性與韌性也愈好？
由於晶界上存在這晶格畸變，阻礙位錯的運動，因為在室溫下對金屬材料的塑性變形其阻礙作用，在巨集觀上表現為使金屬材料具有更高的強度和硬度，顯然，晶粒越細，金屬材料的強度和硬度越高。同樣，晶粒越細，裂紋傳播（擴充套件）所消耗的能量越多，裂紋在不同位向的晶粒中傳播越困難，金屬的斷裂韌性越好。
9、金屬經塑性變形後會造成哪幾種殘餘內應力？ 巨集觀內應力、微觀內應力、點陣畸變
10、再結晶後的晶粒大小主要取決於什麼因素？
（1）加熱溫度與時間：加熱溫度越高，時間越長，晶粒就越大
（2）變形度：臨界變形度以下，只有部分晶粒破碎，而另一部分則不變形，此時晶粒不均勻長大，大晶粒吞併小晶粒，所以晶粒粗化；當變形量超過臨界變形度後，隨著變形量的增加，晶粒破碎的程度越大，再結晶後的晶粒越細。
（3）原始晶粒尺寸和均勻度：當變形度一定時，原始材料的晶粒度越均勻，則再結晶後的晶粒越細。
（4）合金元素及雜質：一方面增加變形金屬的儲存能，一方面阻礙晶界的運動，一般起細化晶粒的作用
11、試分析鋼材在熱變形加工（如鍛造時），為什麼不出現硬化現象？
由於熱加工是在高於再結晶溫度以上的塑性變形過程，所以因塑性變形引起的硬化過程和回覆再結晶軟化兩個相反過程幾乎同時存在，這時的回覆再結晶是邊加工便發生的，因此不存在加工硬化現象。
12、指出鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體的符號、定義及特點。
鐵素體：α 碳在α-fe中形成的固溶體，強度和硬度低，而塑性和韌性好。
奧氏體：γ 碳在γ-fe中形成的固溶體，強度硬度較低，而塑性韌性較高。
滲碳體：鐵與碳的穩定化合物，fe3c，硬度高，但脆性大，塑性差。
珠光體：共析轉變的產物，片層狀的滲碳體與鐵素體的機械混合物，用p表示，珠光體有較高的綜合機械效能
萊氏體：ld γ和fe3c的混合物。脆性的,硬度高,耐磨性好
13、隨含碳量的增加，滲碳體的數量、分布、形態如何變化？
隨著含碳量的增加，三次滲碳體沿鐵素體晶界呈片狀析出，降低鐵的塑性和韌性；二次滲碳體呈網狀或針狀分布，一次滲碳體呈長條狀。
14、加熱時，共析鋼奧氏體的形成經歷哪幾個基本過程？
奧氏體形核；奧氏體長大；殘餘奧氏體的溶解；奧氏體成分的均勻化
15、珠光體、貝氏體、馬氏體組織各有哪幾種基本型別？它們在形成條件、組織形態和效能方面有何特點？
珠光體：（珠光體、索氏體、託氏體）鐵素體和滲碳體的片層機械混合物，三者之間並無本質區別，片層越薄，強度和硬度越高，塑性和韌性也略有改善。
貝氏體：上貝氏體550~350℃，呈羽毛狀，鐵素體片較寬，碳化物較粗且不均勻地分布在鐵素體條間，所以它的脆性較大，強度較低、下貝氏體350~ms黑針狀，針狀的鐵素體有較高的過飽和度，其亞結構是高密度位錯，同時細小的碳化物均勻地，高度瀰散低分布在鐵素體片內，因此它除了具有較高的強度和硬度外，還具有良好的塑性和韌性。
馬氏體：板條馬氏體，呈細長的扁棒狀，存在高密度位錯，碳量低，形成溫度高，會產生「自回火」現象，碳化物析出均勻，具有高硬度還具有良好的塑性和韌性；針狀馬氏體呈針狀，存在大量孿晶，硬度高，但脆性大
16、何為淬火臨界冷卻速度vk？vk的大小受什麼因素影響？
臨界冷卻速度：獲得全部馬氏體組織的最小冷卻速度
影響因素：化學成分和奧氏體化條件的影響
17、試述退火、正火、淬火、回火的目的，熟悉它們在零件加工工藝路線中的位置。
退火：細化晶粒，提高力學效能；改善切削加工型；消除殘餘內應力；為最終熱處理作準備。
正火：預先熱處理，獲得合適硬度，改善切削加工型；消除過共析鋼的網狀二次滲碳體；消除魏氏組織，細化晶粒，消除內應力；為最終熱處理作準備。
淬火：與回火配合，賦予工件最終使用效能。
回火：降低脆性，減少內應力；獲得最終使用效能；穩定工件尺寸；改善切削加工效能。
18、常用的淬火方法有哪幾種，說明他們的主要特點和應用範圍。
（1）單介質淬火——碳鋼、合金鋼，操作簡單，易實現機械化
（2）雙介質淬火——淬火條件理想，單操作複雜
（3）分級淬火——減小內應力，降低了變形和開裂的傾向，但只適用於小尺寸工件
（4）等溫淬火——具有良好的綜合力學效能，多用於形狀複雜和要求高的小零件
（5）區域性淬火——要求區域性硬化的工件
（6）冷處理——硬而耐磨的精密零件
19、寫出下列零件的加工工藝路線、各熱處理工序的作用及所獲組織。
（1）45鋼工具機主軸，要求整體綜合力學效能良好。
（2）20crmnti鋼製拖拉機變速齒輪。
熱處理工藝： 預先熱處理（正火或完全退火）-----淬火+回火---------高頻淬火
改善切削加工效能，為後續熱處理做好組織準備
索氏體+少量鐵素體或珠光體+少量鐵素體
獲得綜合的力學效能，回火索氏體+少量鐵素體
提高表明硬度，表層：回火馬氏體+心部回火索氏體
20、試比較碳鋼及合金鋼的效能、用途及優缺點。
碳鋼——**低廉，容易加工；但淬透性低，回火穩定性差，基本相軟弱，因而應用受到限制（主要用於製造各種結構件和機器零件）
合金鋼——高的強度及韌性，較高的屈強比，高的淬透性和回火穩定性，良好的抗氧化能力和低溫衝擊韌度，高的耐磨性及特殊的電磁效能（用於製造橋梁、車輛、鍋爐、油罐、建築結構和化工容器等）
21、那些屬於碳化物形成元素？一般強碳化物形成元素對鋼的回火穩定性有何影響？
mn、cr、w、mo、v、ti、nb等為碳化物形成元素，強碳化物形成元素，由於對碳原子的擴散產生阻礙作用，使馬氏體的分解速度減慢，即增加回火抗力，提高回火穩定性。
22、合金元素在鋼中的作用如何？常用的合金元素有哪些？
（1）合金元素對鋼中基本相的影響形成固溶體、形成碳化物
（2）合金元素對相圖的影響
擴大奧氏體區——ni、mn、co、c、n、cu
縮小奧氏體區——cr、v、mo、ti、al、si、b、nb、ta
（3）合金元素對熱處理過程的影響
（4）合金元素對加熱轉變的影響
除co外，當me→γ時，
1. 使「c曲線」右移，淬透性↑
2. 甚至使「c曲線」分離，或只有p轉變，或只有b轉變。
除co、al外，大部分合金元素使ms↓。凡使ms降低的合金元素，均使鋼淬火後殘餘奧氏體量a』↑。
23、機械零件選材應主要考慮哪些基本原則？
1、材料的力學效能 2、材料的工藝效能 3、材料的經濟性
二、 填空題
1、晶胞中原子排列的緊密程度，可以用致密度和配位數兩個引數來衡量。
2、常見的金屬晶格型別有體心立方 、 麵心立方 、 密排六方三種，這三種金屬晶格中， 麵心立方 、 密排六方晶格的原子排列是最緊密的。
3、刃型位錯的柏氏向量與位錯線互相垂直 ，螺型位錯的柏氏向量與位錯線互相平行 。
4、與理想晶體比較，實際金屬的晶體結構是多晶體晶體，而且存在缺陷 。
5、晶格常數為a的麵心立方晶胞，其原子數為 4 ，原子半徑為 √2/4a ，配位數為 12 ，致密度為 0.74 。
6、金屬結晶時的冷卻速度越快 ，結晶後的晶粒越小 ，其強度越高 ，塑性和韌性高 。
7、對晶核的形成和長大來說， 過冷度是驅動力， 過冷是必須條件。
8、變形金屬在加熱時，會發生回覆 、 再結晶和晶粒長大三個階段的變化。
9、熱加工「纖維組織」使金屬力學效能具有明顯各向異性，縱向的強度、塑性、韌性優於橫向。
10、按溶質原子在溶劑晶格中所處位置不同，可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體兩類。
11、二元合金相圖中，最多可有 3 相平衡共存，在相圖中表現為直線
12、工業純鐵的含碳量為 <0.0218 ，室溫平衡組織為鐵素體+三次滲碳體 。
13、一鋼試樣，在室溫平衡組織中，珠光體佔60%，鐵素體佔40%，該鋼的含碳量為 。
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