工程材料作业样本.doc

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1. 晶体与非晶体的本质区别是什么? 单晶体为何有各向异性而实际金属表现为各向同性?

( 1) 晶体中的质点在空间作有规则的排列, 而非晶体内部的质点排列不规则
( 2) 因为不同的晶面及晶向上, 原子的排列情况不同, 因此晶体表现为各向异性,
而实际金属是由很多方向各异的单晶体杂乱排列而成, 因此整体表现为各向同性。

2. 铜和铁室温下的晶格常数分别为0.286nm和0.3607nm, 求1cm3铁和铜中的原子数。
1nm (nanometer)=10-9m=10A (angstrong)
铜的晶格常数＝0286 x 10-7cm
铁的晶格常数＝0.3607 x 10-7cm
1cm3铜的原子数＝　x 4　＝　1.71x
1cm3 铁的原子数＝x 2 = 4.26x
3. 常见的金属晶体典型结构有哪几种? α－Fe, γ－Fe, Cu, Al, Ni, Pb, Cr, V, Mo, Mg, Zn, W各属于何种晶体结构?
面心立方结构、 体心立方结构、 密排六方结构
γ－Fe, Cu, Al, Ni, Pb - 面心立方结构
α－Fe, Cr, V, Mo, W - 体心立方结构
Mg, Zn - 密排六方结构

4 立方晶系中, {110}、 {120}、 {123}晶面族包括哪些晶面? 其中平行于X轴、 Y轴、 Z轴的晶面各为哪些?
解: {120}晶面族包括的晶面图示如下。

{110}晶面族包括的晶面为:
平行于X轴的晶面: (011),　(01)
平行于Y轴的晶面: (101),　(10)
平行于Z轴的晶面: ( 110) , (10)
{120}晶面族包括的晶面为:
平行于Z轴的晶面有: 、 、 、
平行于Y轴的晶面有: 、 、 、
平行于X轴的晶面有: 、 、 、
{123}晶面族包括的晶面, 其中任何一个晶面也不平行于X轴、 Y轴、 Z轴。
、 、 、 ;
、 、 、 ;
、 、 、
、 、 、 ;
、 、 、 ;
、 、 、 ;

6. 试说明布氏硬度、 洛氏硬度、 维氏硬度的应用范围及相互关系
布氏硬度用于低硬度材料硬度测定
洛氏硬度用于高硬度材料硬度测定
维氏硬度一般用于实验室精密硬度测定
HB≈HV≈10HRC, 　HB≈HV≈6HS

7★试分析钨( 熔点3380℃) 和铁( 熔点1538℃) 在1100℃变形, 铅( 熔点323℃) 和锡( 熔点232℃) 在室温( 20℃) 变形, 能否发生加工硬化现象?
答:
加工硬化－金属发生塑性变形时, 随变形程度的增大, 其强度和硬度显著提高而塑性和韧性明显下降的现象称为加工硬化。( 物理实质) 金属发生塑性变形时, 位错密度增加, 位错间的交互作用增强, 相互缠结, 造成位错运动阻力的增大, 引起塑性变形抗力提高。另一方面由于晶粒破碎细化, 使强度得以提高。消除加工硬化的措施是再结晶退火。
判断塑性变形后的金属是否产生加工硬化依据: 变形温度如果高于金属的再结晶温度, 则塑性变形产生的加工硬化被随后的再结晶过程所消除, 因此塑性变形后不产生加工硬化现象。
( 强调: 实际应用过程中由于实际塑性变形过程较快, 而且金属的再结晶过程是经过原子实现的, 如果加热温度较低, 加工硬化现象就不能被随后的再结晶过程消除, 因此热加工温度要远高于再结晶温度 才能使塑性变形后的金属不显加工硬化现象)
钨和铁在1100℃变形以及铅和锡在20℃能否发生加工硬化现象, 必须首先计算出它们的最低再结晶温度: Tr≈0.4Tm( Tr、 Tm 绝对温度)
W: Tr=0.4×(3380+273)K
Tr =1461.2-273= 1188.2℃＞1100℃发生
Fe: Tr=0.4×(1538+273)K
Tr =724.4-273=451.4℃＜1100℃ 不发生
Pb: Tr=0.4×(327+273)K
Tr =240-273=-33℃＜20℃　不发生
Sn: Tr=0.4×(232+273)K
Tr =202-273= -71℃＜20℃　不发生

1. 30纯铜与20纯镍熔化后慢冷至125O℃, 利用图2.3的相图, 确定:
⑴ 合金的组成相及相的成分; ⑵ 相的质量分数。
答: ⑴ 根据已知条件计算该合金成分的含Ni量为　20kg/( 20＋30) kg=40%, 然后在图中1250℃处绘一水平线交液相线和固相线两点, 过此两点作铅垂线得知此温度下该合金组成相为L、 , 测量得其成分分别为23%和49%;
⑵ 利用杠杆定律可计算出质量分数分别为:
L%=((49%－40%)/(49%－23%))×100%=34.6%
%=1－L%=65.4%

2. 示意画出图2.8中过共晶合Ⅳ( 假定Wsn=70%) 平衡结晶过程的冷却曲线。画出室温平衡组织示意图, 并在相图中标出组织组成物。计算室温组织中组成相的质量分数及各种组织组成物的质量分数。
70
β→αⅡ
温度

2
2’‘’‘
0
1
3
时间
其室温组织示意图如下
L→β
L
L
β
β
(αc+βe)
β+αⅡ
(αc+βe)

( 2) 室温组织中组成相的质量分数:
由于室温由α及β相组成, 其质量分数各为:
α%　＝　 x 100%
β%= 1-α% = x 100%
( 3) 室温组织中组织组成物的质量分数( 二次应用杠杆定律) :
由于室温组织组成物为　: 初生相β、 二次相αⅡ、 共晶体( α+β) ,
各组织组成物的质量分数分别为:
刚冷却到共晶温度( 没有发生共晶反应)

Ld%= x 100%
室温: ( α+β) %　＝ Ld%= x 100%,
共晶反应刚结束时: 　β% = x 100%
室温: αⅡ% = x x 100%
β% = 1-( α+β) %-αⅡ% = x x 100%