组成，当碳质量分数为零时，合金全部由铁素体所组成，随着碳质量分数的增加，铁素体的量呈直线下降，到wc为6.69%时降为零，相反渗碳体则由零增至100%。
碳质量分数的变化不仅引起铁素体和渗碳体相对量的变化，而且两相相互组合的形态即合金的组织也将发生变化，这是由于成分的变化引起不同性质的结晶过程，从而使相发生变化的结果，由图3-35可见，随碳质量分数的增加，铁碳合金的组织变化顺序为：F→F+Fe3CⅢ→F+P→P→P+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ+Le→Le→Le+ Fe3CⅠ wc<0.0218%时的合金组织全部为铁素体，wc=0.77%时全部为珠光体，wc=4.3%时全部为莱氏体，wc=6.69%时全部为渗碳体，在上述碳质量分数之间则为组织组成物的混合物；而且，同一种组成相，由于生成条件不同，虽然相的本质未变，但其形态会有很大的差异。如渗碳体，当wc<0.0218% 时，三次渗碳体从铁素体中析出，沿晶界呈小片状分布；经共析反应生成的共析渗碳体与铁素体呈交替层片状分布；从奥氏体中析出的二次渗体则以网状分布于奥氏体的晶界；共晶渗碳体与奥氏体相关形成，在莱氏体中为连续的基体，比较粗大，有时呈鱼骨状；从液相中直接析出的一次渗碳体呈规则的长条状。可见，成分的变化，不仅引起相的相对量的变化，而且引起组织的变化，从而对铁碳合金的性能产生很大的影响。
1)切削加工性能
钢中碳质量分数对切削加工性能有一定的影响。低碳钢的平衡结晶组织中铁素体较多，塑性、韧性很好，切削加工时产生的切削热较大，容易黏刀，而且切屑不易折断，影响表面粗糙度，因此，切削加工性能不好；高碳钢中渗碳体较多，硬度较高，严重磨损刀具，切削性能也不好；中碳钢中铁素体与渗碳体的比例适当，硬度与塑性也比较适中，切削加工性能较好。一般说来，钢的硬度在170～250HBW时切削加工性能较好。
2)压力加工性能
金属压力加工性能的好坏主要与金属的锻造性有关。金属的锻造性是指金属在压力加工时能改变形状而不产生裂纹的性能。钢的锻造性主要与碳质量分数及组织有关，低碳钢的锻造性较好，随着碳质量分数的增加，锻造性逐渐变差。由于奥氏体具有良好的塑性，易于塑性变形，钢加热到高温获得单相奥氏体组织时可具有良好的锻造性。白口铸铁无论在低温或高温，其组织都是以硬而脆的渗碳体为基体，锻造性很差，不允许进行压力加工。
3)铸造性能
随着碳质量分数的增加，钢的结晶温度间隔增大，先结晶形成的树枝晶阻碍未结晶液体的流动，流动性变差。铸铁的流动性要好于钢，随碳质量分数的增加，亚共晶白口铁的结晶温度间隔缩小，流动性随之提高；过共晶白口铁的流动性则随之降低；共晶白口铁的结晶温度最低，又是在恒温下结晶，流动性最好。碳质量分数对钢的收缩性也有影响，一般说来，当浇注温度一定时，随着碳质量分数的增加，钢液温度与液相线温度差增加，液态收缩增大；同时，碳质量分数增加，钢的凝固温度范围变宽，凝固收缩增大，出现缩孔等铸造缺陷的倾向增大。此外，钢在结晶时的成分偏析也随碳质量分数的增加而增大。 7.Fe-FeC3相图有哪些应用，又有哪些局限性
答：铁—渗碳体相图的应用： 1）在钢铁选材方法的应用； 2）在铸造工艺方法的应用；
3）在热锻、热轧、热锻工艺方法的应用 ； 4）在热处理工艺方法的应用。 渗碳体相图的局限性 ：
1）只反映平衡相,而非组织；
2）只反映铁 二元合金中相的平衡； 3）不能用来分析非平衡条件下的问题
第五章习题
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=1?30% 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=40.0% ;
ω新B =(5×ωPA +5×ωQA +10×ωNA )/(5+5+10)=(5×20%+5×50%+10×10%)/20=22.5% ;
ω新C =(5×ωPA +5×ωQA +10×ωNA )/(5+5+10)=(5×10%+5×20%+10×60%)/20=37.5%;
所以，新合金的成分为：ω新A =40.0%、ω新B =22.5%、ω新C =37.5%。
第六习题
1. 屈服载荷/N φ角/（°） λ角/（°） τk 620 83 25.5 8.688×105 0.110 252 72.5 26 2.132×106 0.270 184 62 3 2.922×106 0.370 148 48.5 46 3.633×106 0.460 174 30.5 63 3.088×106 0.391 273 176 74.8 525 5 82.5 cosλcos-0.262 0.130 φ 计算方法τk=σs·cosλcosφ=F/A cosλcosφ 4. 试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强度越高、塑性越好的原因是什么？
答：由 Hall-Petch 公式可知，屈服强度σs 与晶粒直径平方根的倒数 d v2呈线性关系。 在多晶体中，滑移能否从先塑性变形的晶粒转移到相邻晶粒主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的位错塞 积群所产生的应力集中能否激发相邻晶粒滑移系中的位错源，使其开动起来，从而进行协调性的多滑移。 由τ=nτ0知，塞积位错数目n越大，应力集中τ越大。位错数目n与引起塞积的晶界到位错源的距离成正比。晶粒越大，应力集中越大，晶粒小，应力集中小，在同样外加应力下，小晶粒需要在较大的外加应 力下才能使相邻晶粒发生塑性变形。 在同样变形量下，晶粒细小，变形能分散在更多晶粒内进行，晶粒内部和晶界附近应变度相差较小，引 起的应力集中减小，材料在断裂前能承受较大变形量，故具有较大的延伸率和断面收缩率。另外，晶粒 细小，晶界就曲折，不利于裂纹传播，在断裂过程中可吸收更多能量，表现出较高的韧性。
6.滑移和孪生有何区别，试比较它们在塑性变形过程的作用。
答： 1）滑移：一部分晶体沿滑移面相对于另一部分晶体作切变，切变时原子移动的距离是滑移方向原子间距的整数倍；孪生：一部分晶体沿孪生面相对于另一部分晶体作切变，切变时原子移动的距离不是 孪生方向原子间距的整数倍； 2）滑移面两边晶体的位向不变；孪生面两边的晶体的位向不同，成镜面对称； 3）滑移所造成的台阶经抛光后，即使再浸蚀也不会重现；由于孪生改变 了晶体取向，因此孪生经抛光和浸蚀后仍能重现；
4）滑移是一种不均匀的切变,它只集中在某些 晶面上大量的进行，而各滑移带之间的晶体并未发生滑移；孪生是一种均匀的切变，即在切变区内与孪生面平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿孪生方向位移了一定的距离。 作用：晶体塑性变形过程主要依靠滑移机制来完成的；孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多，但孪生改 变了部分晶体的空间取向，使原来处于不利取向的滑移系转变为新的有利取向，激发晶体滑移。
7.试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系，阐明加工硬化在机械零构件生产和服役过程中的重要 试述金属塑性变形后组织结构与性能之间的关系， 意义。
答：关系：
随着塑性变形程度的增加，位错密度不断增大，位错运动阻力增加，金属
的强度、硬度增加，而 关系： 关系 塑性、韧性下降。
重要意义：1）提高金属材料的强度；
2）是某些工件或半成品能够加工成形的重要因素； 3）提高零件或 构件在使用过程中的安全性。
8.金属材料经塑性变形后为什么会保留残留内应力？研究这部分残留内应力有什么实际意义？
答： 残余内应力存在的原因 1）塑性变形使金属工件或材料各部分的变形不均匀，导致宏观变形不均匀； 2）塑性变形使晶粒或亚晶粒变形不均匀，导致微观内应力；
3）塑性变形使金属内部产生大量的位错或空位，使点阵中的一部分原子偏离其平衡位置，导致点阵畸变 内应力。
实际意义：可以控制材料或工件的变形、开裂、应力腐蚀；可以利用残留应力提高工件的使用寿命。
9.何谓脆性断裂和塑性断裂，若在材料中存在裂纹时，试述裂纹对脆性材料和塑性材料断裂过程中的影响。
答：塑性断裂又称为延性断裂，断裂前发生大量的宏观塑性变形，断裂时承受的工程应力大于材料的屈服强度。在塑性和韧性好的金属中，通常以穿晶方式发生塑性断裂，在断口附近会观察到大龄的塑性变形痕迹，如缩颈。
金属脆性断裂过程中，极少或没有宏观塑性变形，但在局部区域任然存在着一定的微观塑性变形。断裂时承受的工程应力通常不超过材料的屈服强度，甚至低于按宏观强度理论确定的许用应力，因此又称为低应力断裂。
在塑性材料中，断裂是胃口形成、扩大和连接的过程，在打的应力作用下，基体金属产生塑性变形后，在基体和非金属夹杂物、析出相粒子周围产生应力集中，使界面拉开，或使异相颗粒折断形成微孔。微孔扩大和链接也是基体金属塑性变形的结果。当微孔扩大到一定的程度，相邻微孔见的金属产生较大的塑性变形后就发生微观塑性失稳，就像宏观实验产生缩颈一样，此时微孔将迅速扩大，直至细缩成一线，最后由于金属与金属件的连线太少，不足以承载而发生断裂。
脆性材料中，由于断裂前既无宏观塑性变形，又无其他预兆，并且一旦开裂后，裂纹扩展迅速，造成整体断裂或河大的裂口，有时还产生很多碎片，容易导致严重事故。
10.何谓断裂韧度，它在机械设计中有何作用？
答：在弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，这个临界或失稳扩展的应力场强度因子即断裂韧度。它反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆断的能力，是材料的力学性能指标。
第七章习题
1.用冷拔铜丝制成导线，冷拔之后应如何处理，为什么？
答：冷拔之后应该进行退火处理。因为冷拔是在再结晶温度以下进行加工，因此会引起加工硬化，所以要通过回复再结晶，使金属的强度和硬度下降，提高
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