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《机械工程材料》复习思考题答案 一
赵亚忠主编 西安电子科技大学出版社
第1章 工程材料性能及使用性能规定
1、名词解释:强度，硬度，弹性，塑性，韧性，韧脆转变温度。
答：强度是反映材料承力能力力学指标，普通指材料不发生塑性变形时承力能力，或是不发生断裂破坏时承力能力；
硬度是衡量材料软硬限度性能指标，反映了材料表面抵抗局部塑形变形能力；
弹性是材料受外力作用时产生变形，当外力去除时，变形随之消失，材料恢复到本来形状尺寸性能；
塑性是表征材料在静载荷作用下，断裂前发生永久变形能力指标；
韧性反映材料抵抗冲击载荷破坏或是交变载荷破坏能力。冲击韧性反映材料对冲击负荷抵抗能力，用材料冲击断裂时所能吸取能量与截面积比值表达；断裂韧性反映材料制止微裂纹失稳扩展能力。
韧脆转变温度是指对某些合金当温度低于某一温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态，此时温度为韧脆转变温度。
2、阐明如下符号含义及其单位。
①Rm；②Rel (R0．2)；③R-1；④A；⑤Z；⑥aK；⑦K I；⑧K I c；⑨
答：①Rm为抗拉强度，表达材料在拉断前所能承受最大应力，单位为MPa；
②Rel 表达屈服强度，是指材料在外力作用下开始产生塑性变形最低应力值。对于在σ－ε曲线上没有屈服平台材料，把使试样产生0.2%残存塑性变形量应力值规定为该材料条件屈服强度，用R0．2表达，单位为MPa；
③R-1表达疲劳强度，是指材料在无限次交变应力作用下而不发生疲劳断裂最大应力，单位为MPa；
④A表达断后伸长率，是指试样拉断后标距伸长量与原始标距长度比例，无量纲，%；
⑤Z表达指断面收缩率，是指试样拉断后缩颈处截面积最大缩减量与原始横截面积比例，无量纲，%；
⑥aK表达冲击韧度，是指材料在冲击载荷作用下抵抗变形和断裂能力，单位为J/cm2；
⑦K I表达应力场强度因子，它反映裂纹尖端应力场强弱，单位为MPa×ｍ1/2；
⑧K I c表达断裂韧性，是指应力场强度因子KI临界值，是反映材料抵抗裂纹失稳扩展能力力学性能指标，单位为MPa×ｍ1/2；
⑨表达持久强度，反映材料长期在高温应力作用下抵抗断裂能力。持久强度用在一定温度下，达到规定使用时间而不断裂最大应力来表达，单位为MPa 。
3、材料弹性模量E工程含义是什么？它和零件刚度有什么关系？
答：材料在弹性范畴内变形，其应力与应变比值称为弹性模量，即。E表达材料抵抗弹性变形能力，表征材料刚度，单位MPa。E值愈大，即材料刚度愈大，材料愈不容易产生弹性变形。E值大小重要取决于各种材料本性，反映了材料内部原子结合键强弱。
材料刚度E不等于零件刚度，由于零件刚度除了取决于材料刚度外，它还与受力形式及零件形状尺寸关于，可以通过增长零件截面积或变化截面形状来提高零件刚度。
4、既有原则圆柱形长、短拉伸试样各一根，原始直径d0=10mm，经拉伸实验测得其断后伸长率均为25%，求两试样拉断后标距长度。
答：对短试样，L0＝5d0＝5×10=50mm；对长试样，L0＝10d0=10×10＝100mm,
由断后伸长率公式A=（L1-L0）/L0×100%可知，
5.强度、塑性、冲击韧性指标在工程上各有哪些实际意义？
答:强度是反映材料承力能力力学指标，普通指材料不发生塑性变形时承力能力，或是不发生断裂破坏时承力能力；在工程上，零件所受应力在屈服强度之下，零件在使用过程中不会发生塑性变形；零件所受抗拉强度之下，零件在使用过程中不会断裂破坏。
塑性表征材料断裂前发生永久变形能力。较好材料才可以进行变形加工。塑性好材料，不易脆断，应用时安全性比较好；
冲击韧性反映金属材料对外来冲击负荷抵抗能力。
6.比较布氏、洛氏、维氏硬度测量原理及应用范畴。
答：①布氏硬度测量原理：用一定大小实验力F，把直径为D淬火钢球或硬质合金球压入被测金属表面，保持规定期间后卸除实验力，用读数显微镜测出压痕平均直径d，然后按公式求出布氏硬度HB值，或者依照d从已备好布氏硬度表中查出HB值。
布氏硬度应用范畴：布氏硬度测量办法合用于铸铁、非铁合金、各种退火及调质钢材，不适当测太硬、太小、太薄和表面不容许有较大压痕试样或工件。
②洛氏硬度通过直接测量压痕深度来拟定硬度值。洛氏硬度是用顶角为120°金刚石圆锥体或直径为1/16英寸（1.588mm）淬火钢球作压头。在主载荷F作用下将压头压入材料，测量压痕深度h。用公式计算硬度：。压痕深度越大，材料越软；压痕深度越小，材料越硬。
洛氏硬度应用范畴：洛氏硬度大多用做硬度较高材料测定，如淬火钢等。洛氏硬度测量范畴广，操作简便，压痕小；可测量成品，较薄工件。
③维氏硬度用顶角为136°金刚石四棱锥体作为压头，在一定载荷F作用下压入试样表面，保持一定期间后卸除载荷，在试样表面形成一底面为正方形四方形锥形压痕，测量压痕二对角线平均长度d，依照d算出压痕表面积S，以F/S作为维氏硬度值，并以HV表达。其计算公式为：
维氏硬度应用范畴：用来测量表面硬化层硬度、电镀层硬度、小件和薄片等硬度，还广泛用于材料研究中测量合金相硬度。
7.在下列材料或者零件上测量硬度，用何种硬度测试办法最适当？
锉刀 黄铜 弹簧 硬质合金刀片 ⑤淬火钢
答：①锉刀：洛氏硬度，维氏硬度；②黄铜：布氏硬度，维氏硬度；③弹簧：洛氏硬度；
④硬质合金刀片：维氏硬度，洛氏硬度 ⑤淬火钢：布氏硬度、洛氏硬度。
8.在零件设计时必要考虑力学性能指标有哪些？为什么？
答：在零件设计时必要考虑力学性能指标有：抗拉强度、屈服强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度、弹性模量等。
由于这些都是零件力学性能体现，反映了材料在受力后体现出来能力,例如抗拉强度反映材料抵抗破坏能力；屈服强度反映零件受力时不产生塑性变形应力水平。工程材料力学性能很重要，除特殊性能规定以外，在材料选用时重要考虑其力学性能。
9、工程材料有哪些物理性能和化学性能？
答：工程材料物理性能有：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等性能，它们都是材料固有属性； 材料化学性能是指材料与使用介质发生化学反映能力，常用化学性能涉及：耐腐蚀性、抗氧化性、热稳定性等。
10、什么是材料热膨胀性？
答：热膨胀性是指材料受热时体积发生胀大现象。热膨胀系数α是衡量热膨胀性指标。α表达固体在温度每升高1K时长度或体积发生相对变化量。
11、材料使用性能规定有哪些？谈谈如何拟定材料使用性能规定？
答：材料使用性能规定有：①力学性能规定；②使用温度规定；③耐腐蚀性能规定；④耐磨损性能规定等。
在拟定材料所需要具备性能及其指标时，重要从两个方面给以考虑：①零件负载状况；②材料使用环境。依照零件使用时受力种类和受力大小、工作温度、介质状况等来拟定对材料性能规定。大多数零件正常工作时所需要性能均有先例可循，能从有关《机械产品设计手册》中查到有关数据，少数零件性能规定及性能指标需要专门实验来测量。
12、如何评估材料高温性能规定？
答：在高温下，材料强度、硬度严重减少，加之高温氧化或高温腐蚀等因素，使材料性能急剧下降。因而在高温下使用零件，可依照材料高温持久强度、蠕变强度、或高温韧性，结合零件承力规定来选材。
13、工程材料为什么有耐腐蚀性能规定？
答：腐蚀危害极大，不但挥霍材料，还往往会带来停产、人身安全、和环境污染等事故；因而对工程材料有耐腐蚀性规定，并对零件进行腐蚀防护。
14、什么是工艺性能？材料工艺性能有哪些？
答：材料工艺性能是指材料应具备适应某种加工工艺办法能力。工艺性能好坏，决定了材料能否进行加工和如何进行加工，还会影响零件性能和零件制导致本。金属材料工艺性能涉及五大方面：
锻造性能：材料锻导致形时获得优良铸件能力。
压力加工性能：材料对压力加工成形适应能力。
焊接性能：材料对焊接加工适应性称为焊接性能，其体现了在拟定焊接办法和焊接工艺下，获得优质焊接接头难易限度。
切削性能：是指材料被刀具切削加工后成为合格零件难易限度。
热解决工艺性：反映材料热解决难易限度和产生热解决缺陷倾向大小。重要涉及：淬透性、回火稳定性、回火脆性、氧化脱碳倾向性和淬火变形开裂倾向性等。
第2章 晶体构造、结晶与相图
1.晶体中原子为什么能结合成长程有序有规律排列构造？
答：由双原子作用模型可知，固态金属中相邻原子间保持一定平衡距离。当大量原子结合成固体时，为了使固体具备最低能量以保持其稳定状态，又由于原子之间必要保持一定平衡距离，就使得晶体中原子结合成长程有序有规律排列构造。
2.阐明4种不同原子结合键结合方式。
答：不同原子结合键结合方式有四种，即：金属键、离子键、共价键和分子键，详细如下所示：
①金属原子最外层电子数目不超过4个，与原子核结合力较弱，容易脱离原子核束缚变成自由电子。失去外层电子金属原子成为正离子。在固态金属中，正离子按一定规律在空间排列，自由电子则在各离子之间自由地运动，形成所谓“电子气”，为整个金属共有。由于正离子和自由电子间正负电荷产生吸引力，使各种金属原子结合成金属晶体。金属原子这种结合方式称为金属键。
②电负性差别较大两种原子，通过电子得失变成正离子或负离子，靠正、负离子间库仑力作用而形成化学键，称为离子键。
③得失电子能力相近原子通过共用价电子对产生结合键称为共价键。
④在原子构造上形成稳定电子壳层元素，低温时可结合成固体。这些原子在结合过程中，没有电子得失、共有或公有化，价电子分布几乎不变，原子或分子之间结合力是很弱范德瓦尔斯力，这样结合键称为分子键。
3、名词解释：①晶格；②晶胞；⑧晶格常数；④致密度；⑤配位数；⑥晶面；⑦晶向；⑧单晶体；⑨多晶体；⑩晶粒；晶界；各向异性；同素异构。
答：①晶格：是用以描述晶体中原子排列规则空间格架，又称为空间点阵；
②晶胞：晶格中能代表原子排列规则，由至少数目原子构成几何单元；
③晶格常数：表达晶胞大小和形状参数，常以晶胞棱边长度a，b，c 及棱边夹角α，β，γ表达；
④致密度：指晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比，即；
⑤配位数：指晶体构造中与任一种原子近来邻、等距离原子数目。配位数越大，原子排列便越紧密；
⑥晶面：为了便于分析原子在某一平面上分布规律，把晶格中一系列原子所在平面称为晶面。
⑦晶向：是任何两个或各种原子所在直线所指方向；
⑧单晶体：只有一种晶粒一块晶体。
⑨多晶体：是由诸多具备相似排列方式但位向不一致小晶粒构成晶体。
⑩晶粒：结晶物质在生长过程中，由于受到外界空间限制，未能发育成具备规则形态晶体，而只是结晶成颗粒状，称；
晶界：构造相似而取向不同晶粒之间界面。
各向异性：由于不同晶向和不同晶面上原子密度不同，因此在不同方向上，晶体具备不同性能现象；
同素异构转变：在固态下随温度或压力变化,晶体由一种晶格转变为另一种晶格变化。
4、晶体与非晶体有何区别？
答：晶体中原子按一定规律重复排列，使晶体与非晶体在性能上存在明显不同。
一方面，晶体具备一定熔点，非晶体则没有。在熔点以上，晶体变成液体，处在非结晶状态；在熔点如下，液体变成晶体，处在结晶状态。从晶体至液体或从液体至晶体转变是突变。而非晶体没有固定熔点，随着温度升高，固态非晶体将逐渐变软，最后成为能明显流动液体。液体冷却时将逐渐稠化，最后变为固体。
另一方面，晶体性能，如强度、弹性模量、导电性、热膨胀性等在不同方向上不同，即晶体具备各向异性，而非晶体则各向同性。
此外，许多天然晶体具备规则几何外形，表面间保持一定角度，具备一定对称性，例如天然金刚石、结晶盐、水晶等，而非晶体则没有规则几何外形。
5、分别画出体心立方、面心立方和密排六方晶格晶胞构造。
答：体心立方、面心立方和密排六方晶格晶胞构造如下：
（a）体心立方晶胞 （b）面心立方晶胞 （c）密排六方构造晶胞
6、阐明位错密度对材料力学性能影响。
答:材料中如果没有位错，那么它将具备极高接近理论值强度。当前采用某些特殊办法制造出几乎不含位错晶体，即直径约为0.2～0.2um、长度为2～10 mm晶须，其抗拉强度高达13400MPa。然而，普通工程材料中总是具有一定量位错，使材料力学性能大幅度减少。在位错密度达1010～1012m－2时，材料强度最低，如退火纯铁位错密度在此范畴，其抗拉强度低于300MPa。
其后，随着位错密度增大，位错之间交互作用和互相制约，增长了位错运动阻力，可以提高金属强度。例如采用冷塑性变形、合金化、热解决等办法使金属位错密度大大提高，材料力学性能不断升高
7、金属常用晶格类型有哪几种？如何计算每种晶胞中原子数？
答:最典型、最常用金属晶体构造为体心立方、面心立方和密排六方构造。晶胞原子数是指在一种晶胞中所包括原子数目。晶体可看为是由晶胞堆砌而成，立方晶系晶胞顶点处原子为8个晶胞所共有，面上原子为2个晶胞所共有，只有心部原子才完全为本晶胞所有。同理六方晶系结点处晶胞为6个晶胞所共有。
因而，按下述办法计算晶胞中原子数：
体心立方晶格
面心立方晶格
密排六方晶格
8、画出体心立方、面心立方晶格中原子排列最密晶面和晶向，并写出其相应指数。
答：
9.在立方晶格中，如果晶面指数和晶向指数数值相似，那么该晶面与晶向间，例如(111)与[111]，(110)与[110]等，存在着什么关系？
答：在立方晶系中，指数相似晶向与晶面是互相垂直。［1 1 1］⊥（1 1 1），［1 1 0］⊥（1 1 0）。
10、已知银原子半径为O.144 nm，求其晶格常数。
答：由于银是面心立方构造，银晶格常数为：
。
11、实际金属晶体构造中存在哪些缺陷？每种缺陷详细形式如何？
答：按晶体缺陷几何形态不同，可以分为三大类：点缺陷、线缺陷和面缺陷。常用点缺陷是空位、间隙原子和置换原子；线缺陷重要是指各种类型位错，位错中最简朴、最基本类型有刃型位错和螺型位错两种；晶体面缺陷重要指晶界、亚晶界、相界、晶体外表面等。
12、为什么单晶体具备各向异性，而多晶体材料不体现出各向异性？
答：单晶体具备各向异性，是由于单晶体不同晶面和不同晶向上原子排列状况不同，原子间距不同，原子间作用强弱也不同，不同方向宏观性能就不同。
多晶体不体现出各向异性。在多晶体中，各个晶粒位向都是散乱无序，虽然每个晶粒自身都是各向异性，但是在每个方向上均有各种不同位向晶粒，它们各向异性互相抵消，使多晶体体现为宏观各向同性。
13、名词解释：①凝固；②结晶；③过冷度；④合金；⑤相；⑥组织；⑦固溶体；⑧金属化合物；⑨相图。
答：①凝固：是物质从液态转变为固态过程；
②结晶：如果凝固后固体是原子呈规则排列晶体，则将这一过程称为结晶。
③过冷度：实际液体结晶温度T1总是低于理论结晶温度，这种现象称为过冷。实际结晶温度T1与理论结晶温度T0之差，称为过冷度；
④合金：是由一种金属元素与此外一种或各种元素构成具备金属性质材料；
⑤相：指金属或合金中具备相似化学成分，相似晶体构造并以界面互相分开各个均匀构成某些；
⑥组织：是合金均匀构成某些，它表达相构成、相形态和分布，以及表达由不同相构成均匀混合物构成、形态、分布等组合特性。
⑦固溶体：指合金组元在固态下互相溶解，形成一种组元晶格中具有其他组元原子新晶体；
⑧金属化合物：由不同原子形成具备金属性质一种新相，其晶格类型不同于任一组元，其构成普通可用分子式来表达；
⑨相图：表达平衡条件下合金成分、温度与合金相（或组织）之间关系图形。
14、熔体能否凝固为晶体重要取决于何种因素？
答：熔体能否凝固为晶体重要取决于熔融液体成分和熔融液体冷却速度。熔体凝固时，在过冷度非常大状况下熔体温度非常低，原子扩散能力减少，形核率和长大率均减少为零，此时熔体不能凝固为晶体。
15、液态金属结晶时为什么必要过冷？
答：液态凝固时必要要有一定过冷度，过冷度越大凝固点驱动力也越大；并不是只要低于理论凝固温度任何温度液态转变为固态过程就能发生，液相形成固相晶核，必要达到一临界过冷度。
16、过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶后晶粒大小有何影响？
答：冷却速度越大，过冷度越大。
随着过冷度增大，形核率和长大率都增大。由于形核率增大比较快，故过冷度越大，结晶后金属晶粒愈细小。
17、在实际生产中，常采用哪些办法控制晶粒大小？
答：在工业生产中，除了用增大过冷度办法来细化晶粒外，还采用在合金中加入孕育剂或变质剂，增长晶核数量或者阻碍晶粒长大来细化晶粒。采用机械振动、超声波振动、电磁振动等办法，使金属液产生相对运动，从而使枝晶受到冲击而破碎，也能增长晶核数目，细化晶粒。
18、固态合金中相是如何分类？相与显微组织有何区别和联系？
答：依照相晶格与否与某一组元晶格相似，合金相分为固溶体、金属化合物。
相是指金属或合金中具备相似化学成分，相似晶体构造并以界面互相分开各个均匀构成某些；组织是合金均匀构成某些，有些相自身就是组织，有些各种固溶体或金属化合物构成均匀混合物也是组织，它们满足化学成分固定、构造固定、有界面与其他组织分开等规定，在光学显微镜下独立存在等特性。
19、阐明固溶体与金属化合物晶体构造特点并指出两者在性能上差别。
答：在构造上：固溶体晶体构造与溶剂构造相似，而金属间化合物晶体构造不同于构成它任一组元，它是以分子式来表达其构成。
在性能上：形成固溶体和金属间化合物都能强化合金，但固溶体强度、硬度比金属间化合物低，塑性、韧性比金属间化合物好，也就是固溶体有更好综合机械性能。
20、二元合金相图表达了合金哪些关系？有哪些实际意义？
答：二元合金相图表达了平衡状态下合金系中合金成分、温度、合金相之间关系。
依照二元合金相图，可以懂得不同成分合金在室温下平衡组织，可以懂得合金冷却时发生相变，并能预测合金性能变化规律。
21、什么是共晶反映？什么是共析反映？什么是匀晶反映？试写出相应反映式。
答：共晶反映：从某种成分固定合金溶液中，在一定恒温下同步结晶出两种成分和构造都不同固相反映,即：；
共析反映：由一种固相在恒温下同步转变成两种新固相反映，可以表达为：；
匀晶反映：从液态中析出固溶体反映，反映式：。
22、何谓合金组织构成物及相构成物？指出WSn=30％Pb—Sn合金在183℃下所有结晶完毕后组织构成物及相构成物，并运用杠杆定律分别计算这两类构成物质量分数。
答：合金组织构成物是指构成合金是哪些组织,合金相组织物是构成合金是哪些相。
Pb－Sn合金组织构成物相图
WSn=30％Pb—Sn合金在183℃下所有结晶完毕后组织构成物为α+（α﹢β），其相构成物为α和β；
组织构成物质量分数：
组织构成物质量分数：
23、简述共晶合金、亚共晶合金、过共晶合金结晶过程。
答：见课本。
24、依照H2O-NaCl相图，下雪天为尽快化掉道路上积雪，为什么采用在道路上加盐办法，如何加盐最有效？
答：由相图可知，在0℃之上，在盐含量不大于饱和溶解度时，盐溶解于水中形成盐水溶液。当温度低于0℃时，道路上所下雪为固体，在冰雪中加入一定量盐，会使某些冰雪转变为盐水，整个组织变为“冰+盐水”。当温度低于-21℃时，无论在雪中加入多少盐，“冰雪+盐”均是固体混合物，虽然在-21℃之上存在盐水，在-21℃之下时也会凝固成“冰雪+盐”。
“冰雪+盐水”这种混合物具备一定流动性，清除成本相称低。因而，下雪天可采用在道路上加盐办法来尽快化掉道路上积雪。从相图中可知，在雪中加入5%盐，可使-2.5℃雪化为盐水，因而冬天在道路上加盐，只在天气温度稍低于0℃时候才有效。如气温比较低，需要加入大量盐才行，成本高并且污染环境。
25、解释如下名词：①铁素体；②奥氏体；③渗碳体；④珠光体；⑤莱氏体；⑥二次渗碳体。
答：①铁素体：碳固溶于α－Fe中形成间隙固溶体，用F或α表达；
②奥氏体：碳固溶于γ－Fe中形成间隙固溶体，用A或γ表达；
③渗碳体：铁和碳形成具备复杂晶体构造间隙化合物，以Fe3C表达；
④珠光体：铁素体和渗碳体交替排列片层状机械混合物，用P表达；
⑤莱氏体：奥氏体和渗碳体构成机械混合物，惯用符号Ld表达；
⑥二次渗碳体：凡含碳量不不大于0.77％奥氏体，自1148℃冷却到727℃过程中，都将析出渗碳体，普通称为二次渗碳体，以Fe3CII表达。
26、阐明纯铁同素异构转变及其意义。
答:在固态下，同一元素晶体由一种晶格转变为另一种晶格过程，称为同素异构转变。纯铁在1538℃时由液态结晶为体心立方晶格δ－Fe。继续冷却至1394℃时，发生同素异构转变，δ－Fe转变为面心立方晶格γ－Fe。当温度继续冷却到912℃时，由面心立方晶格γ－Fe转变为体心立方晶格α－Fe。再继续冷却，纯铁晶格类型不再发生变化。δ－Fe、γ－Fe、α－Fe是铁同素异构体。纯铁同素异构转变使钢铁材料可以通过热解决来变化组织，从而提高性能。
27、铁碳合金基本相和组织有哪些？各用什么符号表达？分别论述其定义及基本性能。
答：铁碳合金在固态下基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体三个基本相和珠光体、莱氏体两种机械混合物。
铁素体为碳固溶于α－Fe中形成间隙固溶体，用F或α表达，铁素体力学性能接近于纯铁，其强度和硬度很低，具备良好塑性和韧性；
奥氏体为碳固溶于γ－Fe中形成间隙固溶体，用A或γ表达，奥氏体力学性能大概为：抗拉强度Rm＝400～800MPa，延伸率A=40～50%。奥氏体硬度不高，易于塑性变形；
渗碳体为铁和碳形成具备复杂晶体构造间隙化合物，分子式为Fe3C，渗碳体硬度很高，脆性大，塑性和韧性几乎为零，其力学性能为：抗拉强度Rm＝30MPa，延伸率A=0，断面收缩率Z=0，冲击韧度αk=0，硬度为800HB；
珠光体是铁素体和渗碳体交替排列片层状组织，属于机械混合物，用P表达。珠光体强度和硬度高，有一定塑性，其力学性能大体为：抗拉强度Rm＝750～900MPa，延伸率A=20～25%，冲击韧度αk=24～32J/cm2，硬度为180～280HBS；
莱氏体是奥氏体和渗碳体机械混合物，惯用符号Ld表达。莱氏体是渗碳体基体上分布着奥氏体组织，其硬度很高，脆性大，耐磨性能好。
28、绘出Fe－Fe3C相图，论述各特性点、各特性线名称及含义，并标出各相区相和组织构成物。
答:绘制Fe－Fe3C相图如下，相图上特性点和特性线等含义见课本。
29、为什么Fe—Fe3C相图中碳质量分数不大于6.69％？
答:当Wc＞6.69%时，铁碳合金又硬又脆没有应用价值，因而铁碳合金相图只有Wc≤6.69%这一某些。
30、简述Fe—Fe3C相图中共晶反映与共析反映，写出反映式，标出反映温度及反映先后含碳量。
答：①共晶反映在1148℃，具备共晶成分（Wc＝4.3％）液相发生共晶转变，从液相中同步结晶出含碳量为2.11％奥氏体和渗碳体两个新相，反映式如下：
②共析反映
在727℃，具备共析成分（Wc＝0.77％）奥氏体发生共析转变，从奥氏体中同步析出铁素体（Wc＝0.0218％）和渗碳体两个新相，其转变式为： 。
31、用杠杆定律分别计算共析钢共析转变、共晶白口铸铁共晶转变刚完毕时，相构成物质量分数。
答：共析钢室温组织是单一珠光体，珠光体中铁素体与渗碳体含量可用杠杆定律计算：
共晶白口铸铁在室温组织为低温莱氏体，用杠杆定律计算共晶白口铸铁初生莱氏体中奥氏体与渗碳体含量如下：
32、分析Wc＝0.3%、Wc＝1.0%铁碳合金从液态冷却到室温转变过程，用组织示意图阐明各阶段组织，并分别计算室温下相构成物及组织构成物相对含量。
答：①Wc＝0.3%钢从液态冷却到室温组织转变过程参照课本，其室温组织是F+P，各组织含量为：
由于合金相构成为F+Fe3C，其含量为：
②Wc＝1.0%钢从液态冷却到室温组织转变过程参照课本，其室温组织是P+Fe3CII，其组织含量分别为：
由于合金相构成为F+Fe3C，其含量为：
33、分析Wc＝3.5%、Wc＝5.0%铁碳合金从液态冷却到室温转变过程，用组织示意图阐明各阶段组织，并分别计算室温下组织构成物相对含量。
答：①Wc＝3.5%白口铁从液态冷却到室温组织转变过程参照课本，其室温组织是P+Fe3CII+L′d，用杠杆定律计算此白口铸铁初生莱氏体中奥氏体与渗碳体含量如下：
②Wc＝5.0%白口铁从液态冷却到室温组织转变过程参照课本，其室温组织为Fe3CI+L′d，组织中白色条状物为一次渗碳体，别的某些为低温莱氏体。用杠杆定律计算此白口铸铁初生莱氏体中奥氏体与渗碳体含量如下：
34、写出各类碳钢和白口铸铁室温下平衡组织。
答：共析钢室温组织是单一珠光体，亚共析钢室温组织是铁素体和珠光体，过共析钢室温组织由珠光体P和沿晶界呈网状分布二次渗碳体（Fe3CII）构成；
共晶白口铸铁室温组织是低温莱氏体组；亚共晶白口铸铁在室温组织是由珠光体+二次渗碳体+低温莱氏体构成；过共晶白口铸铁室温组织为低温莱氏体+一次渗碳体。
35、阐明Fe—Fe3C相图在工业生产中作用。
答：Fe－Fe3C相图阐明了铁碳合金成分、组织随温度变化规律，为对的选材和制定热加工工艺提供了根据。
①在选材方面应用
运用铁碳合金相图，便于依照工件工作环境和性能规定来选取钢铁材料。
若需要塑性、韧性高材料，应选用低碳钢(含碳量为0.10%～0.25%)；需要强度、塑性及韧性都较好材料，应选用中碳钢(含碳量为0.25%～0.60%)；当规定硬度高、耐磨性好材料时，应选用高碳钢(含碳量为0.60%～1.3%)。普通低碳钢和中碳钢重要用来制造机器零件或建筑构造，高碳钢重要用来制造各种加工工具。
白口铸铁具备很高硬度和脆性，抗磨损能力较好，可用来制造需要耐磨而不受冲击载荷工件，如拨丝模、球磨机磨球等。
②在制定热加工工艺方面应用
铁碳合金相图阐明了碳钢和白口铁各种相变温度和相变过程，是拟定铁碳合金热加工温度和控制热加工组织重要根据。例如，锻造时根据铁碳相图制定熔化温度和浇注温度；锻造、热轧等塑性变形时，根据铁碳相图制定开始加工温度和终了加工温度；热解决时，根据铁碳相图制定加热温度并控制和调节组织。
36、简述铁碳合金含碳量与合金性能关系。
答：含碳量对铁碳合金性能影响如下图所示。
铁碳合金性能与含碳量关系
铁碳合金硬度随渗碳体由0增长到100%而呈直线关系增大，由铁素体硬度（约80HB）增大到所有为渗碳体时硬度（约800HB）。合金塑性和韧性随铁素体量不断减少而持续下降，到白口铸铁时，断后伸长率和断面收缩率接近于零。
合金强度对组织形态很敏感，随含碳量增长，亚共析钢中珠光体增多而铁素体减少，钢强度不断增大。但当含碳量超过共析成分之后，由于二次渗碳体沿晶界浮现，合金强度增高变慢，到Wc=0.9%时，二次渗碳体沿晶界形成完整网，合金强度迅速减少。其后随着含碳量进一步增长，合金强度不断下降。到莱氏体基体时抗拉强度始终处在低水平，趋于20～30MPa。
37、金属塑性变形重要方式是什么？
答：金属塑性变形重要方式是：滑移、孪生、晶界滑移等。
38、什么是滑移系？滑移系对金属塑性有何影响？体心立方、面心立方、密排六方金属，哪种金属塑性变形能力最强？
答：一种滑移面与其上一种滑移方向构成一种滑移系。滑移系越多，金属发生滑移变形也许性越大，塑性就越好。面心立方晶格塑性最佳。滑移方向对滑移所起作用比滑移面大，因此面心立方晶格金属比体心立方晶格金属塑性更好。
39、试比较下列三种金属：α－Fe、Al、Mg晶体塑性好坏，并阐明因素。
答：滑移系越多， 金属发生滑移也许性越大， 塑性就越好。滑移方向对滑移所起作用比滑移面大，因此面心立方晶格金属Al比体心立方晶格金属α－Fe塑性更好。具备密排六方构造Mg金属，由于滑移系少，塑性较差。因而，Mg、α－Fe、Al塑性依次变好。
40、晶体孪生变形与滑移变形有何区别？为什么在普通塑性变形条件下，锌中易浮现孪晶，纯铁中易浮现滑移带？
答：滑移和孪生均是晶体在切应力作用下变形方式。但孪生变形条件更严格某些，它规定孪生先后晶体以孪生面为对称面，也规定有适当切应力。由于孪生变形较滑移变形一次移动原子较多，故其临界切应力远高于滑移所需切应力。在滑移变形难于进行时，才会产生孪生变形。
具备密排六方构造锌金属，由于滑移系少，在不利于滑移取向时，常以孪生变形方式进行塑性变形。而具备面心立方晶格或是体心立方晶格纯铁金属滑移系多，只有在低温或冲击载荷下才发生孪生变形。
41、为什么室温下钢晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性也越好？
答：金属晶粒越细，晶界总面积越大，需要协调具备不同位向晶粒越多，其塑性变形抗力便越大，体现出强度越高。此外金属晶粒越细，参加滑移晶粒数目也越多，塑性变形由更多晶粒分散承担，不致导致局部应力集中，从而推迟了裂纹产生，使断裂前发生塑性变形量增大，体现出塑性提高。在强度和塑性同步提高状况下，金属在断裂前要消耗较大量功，因而其韧性也比较好。
42、什么是加工硬化？有何实际意义？
答：随着塑性变形限度增长，金属强度、硬度上升，塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化，又称形变强化。
加工硬化可作为强化金属一种手段，特别是对那些不产生相变，不能通过热解决强化金属材料，如某些非铁金属及其合金、奥氏体合金钢等。此外，形变强化也经常在零件短时过载时，提供一定限度安全保证。例如发电机护环，某些冷冲模具凹模环等等，就是运用冷塑性变形产生形变强化，在零件内部产生与其所受工作应力方向相反预应力，以达到强化金属提高工件寿命目。
43、阐明冷加工后金属在回答与再结晶两个阶段中组织及性能变化。
答：冷加工后金属具备被拉长或被压扁了晶粒，晶粒内存在大量位错、空位、间隙原子等晶体缺陷。回答加热温度不高，原子扩散能力不大，只是晶粒内部位错、空位、间隙原子等晶体缺陷通过移动、复合而大大减少，在光学显微组织上观测不到回答变化。此时材料强度和硬度只略有减少，塑性有一定提高，但残存应力则大大减少。
再结晶时，在原先亚晶界上位错汇集处，形成了新位错密度低结晶核心，并不断长大为稳定等轴晶粒。稳定晶体缺陷少等轴晶粒完全取代被拉长及破碎旧晶粒，使合金性能发生明显变化，恢复到完全软化状态。
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