《金属学和热处理》崔忠圻[第二版]课后答案解析[完整版] - 图文 下载本文

相含量计算: Wα={()/()}×WL’d ×100%

≈%,

W Fe3C= 1- Wα≈%

4-3 计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量。 答:

二次渗碳体最大含量:

1、 我们知道二次渗碳体是从奥氏体中析出的,随奥氏体的含量增多,二次渗碳体的含量增多。

2、 而且二次渗碳体的含量随着奥氏体中的碳含量增加而增大

3、 所以根据铁碳相图,当铁碳合金中的碳含量为%可以或多最多的奥氏体含量以及最大的奥氏体含碳量,也就是所可以得到最多的二次渗碳体含量。 其含量=()/()×100%≈% 三次渗碳体最大含量:

1、 我们知道三次渗碳体是从铁素体中析出的,所以必然随着铁素体的含量增多而增多。

2、 而且要析出渗碳体必须要足够的碳含量,所以铁素体中的碳含量越多,越容易析出三次渗碳体。

3、 根据铁碳相图,当铁碳合金中的碳含量为%时,可以获得最多的铁素体含量。 其含量=×100%≈%

4-4 分别计算莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体的含量。 答:

共晶渗碳体含量:

W Fe3C(晶)=()/()×100%≈%,W A=1- W Fe3C(共)≈% 二次渗碳体含量:

W Fe3CⅡ=()/()×W A×100%≈% 共析渗碳体含量:

W Fe3C(析)={()/()}×(W A - W Fe3CⅡ)×100%≈%

4-5 为了区分两种弄混的碳钢,工作人员分别截取了A、B两块试样,加热至850℃保温后以极慢的速度冷却至室温,观察金相组织,结果如下: A试样的先共析铁素体面积为%,珠光体的面积为%。 B试样的二次渗碳体的面积为%,珠光体的面积为%。

设铁素体和渗碳体的密度相同,铁素体中的含碳量为零,试求A、B两种碳钢含碳量。 答:

对于A试样:设A含碳量为X%,由题述知先共析铁素体含量为%可以得到 %={()/}×100%,得出X≈,所以A中含碳量为%。

对于A试样:设B含碳量为Y%,由题述知二次渗碳体含量为%可以得到 %={()/ ×100%,得出Y≈,所以B中含碳量为%。

4-6 利用铁碳相图说明铁碳合金的成分、组织和性能之间的关系。 答:

成分和组织之间的关系:

1、 从相组成的角度,不论成分如何变化,铁碳合金在室温下的平衡组织都是由 铁素体和渗碳体两相组成。

2、 当碳含量为零,铁碳合金全部由铁素体组成,随着碳含量的增加铁素体的含量呈直线下降,直到碳含量为%时,铁素体含量为零,渗碳体含量则由零增至100%。

3、 含碳量的变化还会引起组织的变化。随着成分的变化,将会引起不同性质的结晶和相变过程,从而得到不同的组织。随着含碳量的增加,铁碳合金的组织变化顺序为:

F→F+P→P→P+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ+L’d→L’d→L’d+ Fe3CⅠ

(F代表铁素体,P代表珠光体,L’d代表低温莱氏体)

组织和性能之间的关系:

铁素体相是软韧相、渗碳体相是硬脆相。珠光体由铁素体和渗碳体组成,渗碳体以细片状分散地分布在铁素体基体上,起强化作用,所以珠光体的强度、硬度较高,但塑性和韧性较差。

1、 在亚共析钢中,随着含碳量增加,珠光体增多,则强度、硬度升高,而塑性和韧性下降。

2、 在过共析钢中,随着含碳量增加,二次渗碳体含量增多,则强度、硬度升高,当碳含量增加至接近1%时,其强度达到最高值。碳含量继续增加,二次渗碳体将会在原奥氏体晶界形成连续的网状,降低晶界的强度,使钢的脆性大大增加,韧性急剧下降。

3、 在白口铁中,随着碳含量的增加,渗碳体的含量增多,硬度增加,铁碳合金的塑、韧性单调下降,当组织中出现以渗碳体为基体的低温莱氏体时,塑、韧性降低至接近于零,且脆性很大,强度很低。

4、 铁碳合金的硬度对组织组成物或组成相的形态不十分的敏感,其大小主要取决于组成相的数量和硬度。随着碳含量增加,高硬度的渗碳体增多,铁碳合金的硬度呈直线升高。

5、 低碳钢铁素体含量较多,塑韧性好,切削加工产生的切削热大,容易粘刀,而且切屑不易折断,切削加工性能不好。高碳钢渗碳体含量多,硬度高,严重磨损刀具,切削加工性能不好。中碳钢,铁素体和渗碳体比例适当,硬度和塑性适中,切削加工性能好。

6、 低碳钢铁素体含量较多,塑韧性好,可锻性好;高碳钢渗碳体含量多,硬度高,可锻性变差。

4-7 铁碳相图有哪些应用,又有哪些局限性。 答: 应用:

2、 由铁碳相图可以计算出不同成分的铁碳合金其组成相的相对含量。 3、 由铁碳相图还可以反映不同成分铁碳合金的结晶和相变特性。

4、 由铁碳相图可大致判断不同成分铁碳合金的力学性能和物理性能。

5、 由铁碳相图可大致判断不同成分铁碳合金的铸造性能、可锻性和切削加工性等工艺性能。 局限性:

1、 铁碳相图反映的是在平衡条件下相的平衡,而不是组织的平衡。相图只能给出铁碳合金在平衡条件下相的类别、相的成分及其相对含量,并不能表示相的形状、大小和分布,即不能给出铁碳合金的组织状态。

2、 铁碳相图给出的仅仅是平衡状态下的情况,而平衡状态只有在非常缓慢加热和冷却,或者在给定温度长期保温的情况下才能得到,与实际的生产条件不是完全的相符合。

3、 铁碳相图只反映铁、碳二元系合金相的平衡关系,而实际生产中所使用的铁碳合金中往往加入其他元素,此时必须要考虑其他元素对相图的影响,尤其当其他元素含量较高时,相图中的平衡关系会发生重大变化,甚至完全不能适用。

第五章

1.试在 A、B、C 成分三角形中,标出注下列合金的位置: 1)ωC=10%,ωC=10%,其余为 A; 2)ωC=20%,ωC=15%,其余为 A; 3)ωC=30%,ωC=15%,其余为 A; 4)ωC=20%,ωC=30%,其余为 A; 5)ωC=40%,A和B组元的质量比为1:4; 6)ωA=30%,A和B组元的质量比为2:3;

解:6)设合金含 B 组元为 WB,含 C 组元为 WC,则 WB/WC=2/3 WB+WC=130% 可求 WB=42%,WC=28%。

2.在成分三角形中标注 P (ωA=70%、ωB=20%、ωC=10%);Q(ωA=30%、ωB=50%、ωC=20%);N(ωA=30%、ωB=10%、ωC=60%)合金的位置,然后将5kgP合金、5kgQ合金和10kgN合金熔合在一起,试问新合金 的成分如何 解:设新合金的成分为 ω新A、ω新B、 ω新C ,则有

ω新A =(5×ωPA +5×ωQA +10×ωNA)/(5+5+10)=(5×70%+5×30%+10×30%)/20=% ; ω新B =(5×ωPA +5×ωQA +10×ωNA )/(5+5+10)=(5×20%+5×50%+10×10%)/20=% ;

ω新C =(5×ωPA +5×ωQA +10×ωNA )/(5+5+10)=(5×10%+5×20%+10×60%)/20=%; 所以,新合金的成分为:ω新A =%、ω新B =%、ω新C =%。

第六章 金属及合金的塑性变形和断裂

6-1 锌单晶体试样截面积A=,经拉伸试验测定的有关数据如下表: 620 252 184 148 174 273 屈服载荷/N φ角(°) λ角(°) τk(Mpa) cosλcosφ σs(Mpa) 83 26 62 38 46 63 176 525 5 1) 根据以上数据求出临界分切应力τk并填入上表 2) 求出屈服载荷下的取向因子,作出取向因子和屈服应力的关系曲线,说

明取向因子对屈服应力的影响。

答: 1) 需临界临界分切应力的计算公式:τk=σs cosφcosλ,σs为屈服强度=屈服

载荷/截面积

需要注意的是:在拉伸试验时,滑移面受大小相等,方向相反的一对轴向力的作用。当载荷与法线夹角φ为钝角时,则按φ的补角做余弦计算。

2) cosφcosλ称作取向因子,由表中σs和cosφcosλ的数值可以看出,随着取

向因子的增大,屈服应力逐渐减小。cosφcosλ的最大值是φ、λ均为45度时,数值为,此时σs为最小值,金属最易发生滑移,这种取向称为软取向。当外力与滑移面平行(φ=90°)或垂直(λ=90°)时,cosφcosλ为0,则无论τk数值如何,σs均为无穷大,表示晶体在此情况下根本无法滑移,这种取向称为硬取向。

6-2 画出铜晶体的一个晶胞,在晶胞上指出: 1)发生滑移的一个滑移面

2)在这一晶面上发生滑移的一个方向

3)滑移面上的原子密度与{001}等其他晶面相比有何差别 4)沿滑移方向的原子间距与其他方向有何差别。 答:

解答此题首先要知道铜在室温时的晶体结构是面心立方。 1) 发生滑移的滑移面通常是晶体的密排面,也就是原子密度最大的晶面。在面

心立方晶格中的密排面是{111}晶面。