工程材料练习(2)09参

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《相图和碳钢》

一、填空题

1．共晶反应的特征是  具有一定成分的液体（Le）在一定温度（共晶温度）下同时结晶两种成分的固溶体（ɑm +βn），其反应式为  Le →（ɑm +βn） 。

2．共析反应的特征是  具有一定成分的固溶体（γe）在一定温度（共析温度）下同时析出两种成分的固溶体（ɑm +βn），其反应式为  γe →（ɑm +βn） 。

3．接近共晶成分的合金，其  铸造  性能较好；但要进行压力加工的合金常选用  固溶体   的合金。

4．在生产中，若要将钢进行轨制或锻压时，必须加热至 奥氏体  相区。

5．在退火状态的碳素工具钢中，T8钢比T12钢的硬度  低  ，强度  高  。

6．奥氏体是 碳 在  γ-Fe 的间隙固溶体，它的晶体结构是  面心立方晶格  。

7．铁素体是 碳 在  α-Fe 的间隙固溶体，它的晶体结构是  体心立方晶格  。

8．珠光体是 铁素体 和  渗碳体   的机械混合物。   

9．碳钢按相图分为  共析钢  、 亚共析钢 、 过共析钢 。

10．铁碳合金的室温显微组织由  固溶体 和 金属间化合物  两种基本相组成。

二、判断题

1．共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。                                       （ × ）

2．铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金。                                          （ √ ）

3．合金中凡成分相同、晶体结构相同，并有界面与其他部分分开的均匀组成部分叫做相。      （ × ）

4．在铁碳合金中，只有共析成分点的合金在结晶时才能发生共析反应。                      （ × ）

5．退火碳钢的硬度与强度随ω（C）的增高而不断增高。                                   （ × ）

6．钢材的切削加工性随ω（C）增加而变差。                                             （ × ）

7．碳钢进行热压力加工时都要加热到奥氏体区。                                          （ √ ）

8．钢铆钉一般用低碳钢制成。                                                          （ √ ）

9．钳工锯T10、T12钢料时比锯10、20钢费力，且锯条容易磨钝。                          （ √ ）

10．钢适宜于通过压力加工成形，而铸铁适宜于通过铸造成形。                             （ √ ）

三、选择题

1．二元合金中，共晶成分的合金（   A    ）。

   A、铸造性能好    B、锻造性能好    C、焊接性能好     D、热处理性能好

2．铁素体的机械性能特点是具有良好的（  C   ）。

   A、硬度与强度    B、综合机械性能   C、塑性和韧性  D、切削性和铸造性

3．建筑用钢筋宜选用（  A   ）。

   A、低碳钢     B、中碳钢     C、高碳钢     D、工具钢

4．装配工使用的锉刀宜选用（   C   ）。

   A、低碳钢     B、中碳钢     C、高碳钢     D、过共晶白口铁

5．在下述钢铁中，切削性能较好的是（   B    ）。

   A、工业纯铁     B、45       C、白口铸铁      D、T12A

四、问答题

1．根据铁碳相图，说明产生下列现象的原因：

（1）在1100℃，ω（C）=0.4%，的钢能进行锻造，而ω（ω）=4.0%的生铁则不能锻造；

答：在1100℃，ω（C）=0.4%钢的组织为单相奥氏体，塑性较好，适合锻造，而ω（ω）=4.0%生铁的组织为奥氏体加莱氏体，塑性较差，不适宜锻造。

（2）绑扎物件一般采低碳钢丝，而起重机吊重物时则采用ω（C）=0.60~0.75%的钢丝绳；

答：绑扎物件铁丝要求塑性好，因此应选择含铁素体多的低碳钢制造；而起重机吊重物用的钢丝绳要求承受较大的载荷的同时，又应具有一定的韧性，防止冲击断裂，因此采用ω（C）=0.60~0.75%的钢；

（3）用做汽车挡板的材料与用做锉刀的材料为什么不同。

答：用做汽车挡板的材料要求塑性好，便于压力加工成型，因此，应选择含铁素体多的低碳钢制造；而用做锉刀的材料要求硬度高，保证耐磨性能，因此，采用ω（C）=1.2%的高碳钢制造；

2．根据Fe-Fe3C相图，从相和组织上解释以下现象：

（1）T8钢比40钢的强度、硬度高，塑性、韧性差。

答：由于T8的含碳量（0.8%C）比40钢（（0.4%C）含碳量高，其铁素体含量低，渗碳体含量高，因此，T8钢比40钢的硬度高，而塑性、韧性差；又由于T8钢中含珠光体量高，因此，其强度比40钢的强度高。

（2）T12钢比T8钢的硬度高，但强度反而低。

答：这是由于T12钢中的Fe3CⅡ连成网状，导致晶界强度下降，而T8钢中的Fe3CⅡ呈短杆状，起第二相强化作用。

五、计算题

按铁碳合金相图分类，40和T12A为何种钢？试分析它们的结晶过程，并计算其相组成物和组织组成物的相对量？

答：1）按铁碳合金相图分类，40钢为亚共析钢，T12A为过共析钢；

2）结晶过程：

40钢的结晶过程                                 T12A的结晶过程

     3）40钢的相组成物和组织组成物的相对量：

    （1）40钢的相组成物：F和Fe3C。

QF ==94%     QFe3C = 1-QF=1-94%=6%

（2）40钢的组织组成物：F和P。

QF ==48.1%     QP= 1-QF=1-48.1% =51.9%

4）40钢的相组成物和组织组成物的相对量：

    （1）T12A钢的相组成物：F和Fe3C。

QF ==82.1%     QFe3C = 1-QF=1-82.1% =17.9%

（2）T12A钢的组织组成物：P和Fe3CⅡ。

QP ==92.7%     QFe3CⅡ= 1-QP=1-92.7% =7.3%

《金属的塑性变形》

一、试分析汽车半轴在模锻成形过程中，其组织和机械性能有何变化？

答:微裂纹、气孔等焊合，材料致密度提高；碳化物被破碎和基体晶粒发生再结晶被细化；杂质分布均匀，偏析减少）；杂质或第二相沿金属流变方向分布，形成纤维组织。

因此，机械性能全面提高，且具有明显的方向性，沿纤维方向的性能高于横纤维方向的性能。

二、试分析汽车车身在压力成形过程中，其组织和机械性能有何变化？

1）组织结构变化：

 (1) 形成纤维组织：金属经塑性变形时，沿着变形方向晶粒被拉长,形成纤维组织。

 (2) 形成形变织构：在变形量很大时，金属中各晶粒的取向趋于一致的组织叫形变织构。

 (3) 晶粒碎化：晶粒尺寸10-2→10-4 或10-6 cm；亚结构细化。

(4) 位错密度随着变形量的增加。

3）机械性能的变化：

(1) 呈现明显的各向异性：由于形成了纤维组织和变形织构。

(2) 产生加工硬化：随着变形量的增加，位错密度升高，导致位错缠结和定轧，对位错的滑移产生巨大的阻碍作用，可使金属的变形抗力显著升高。

（3）产生大量残余应力。

三、什么是回复和再结晶？简述它们的主要作用？

1)回复是指是指冷变形后的金属在加热温度较低时，发生组织和性能变化的过程,其主要作用是保留加工硬化,消除内应力,稳定工件尺寸,防止工件变形；

2）再结晶是指冷变形后的金属在加热温度较高时，在变形组织的基体上产生新的无畸变的晶核，并迅速长大形成等轴晶粒的过程，其主要作用是消除加工硬化,改善塑性，以便进下一步压力加工和切削加工。