工程材料作业.docx
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工程材料作业
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,所以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,所以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=0.286x10-7cm
铁的晶格常数=0.3607x10-7cm
1cm3铜的原子数=
x4 = 1.71x
1cm3铁的原子数=
x2=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), (0
1)
平行于Y轴的晶面:
(101), (10
)
平行于Z轴的晶面:
(110),(1
0)
{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。
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、
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、
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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通过原子实现的,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。
(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% =
x100%
β%=1-α%=
x100%
(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%=
x100%
室温:
(α+β)% =Ld%=
x100%,
共晶反应刚结束时:
β%=
x100%
室温:
αⅡ%=
x
x100%
β%=1-(α+β)%-αⅡ%=
x
x100%
(注:
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)
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