2、但是当工件表面残留一薄层压应力时，可以在服役时抵消一部分外加载荷，反而对使用寿命有利。 因此，研究这部分内应力可以降低其对金属材料的损害，甚至可以利用内应力来提高工件的使用寿命。
6-9 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。
脆性断裂：又称为低应力断裂，断裂前极少有或没有宏观塑性变形，但在局部区域仍存在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。 裂纹对材料断裂的影响：
当存在裂纹的材料受到外力作用时，会在裂纹尖端附近产生复杂的应力状态，并引起应力集中。 对于塑性材料，在外力作用下裂纹尖端区域的应力集中很快会超过材料的屈服极限，形成塑性变形区，微孔很容易在此变形区形成、扩大，并与裂纹连接，使裂纹失稳扩展，导致材料发生断裂。
对于脆性材料，其塑性较差，在裂纹尖端区域出现析出质点的几率很大，因此，一旦在裂纹尖端附近形成一个不大的塑性变形区后，此区的析出相质点附近就可能形成微孔并导致裂纹失稳扩展，直至断裂。此时整个裂纹界面的平均应力σc仍低于σ0.2，也就是说含裂纹的脆性材料往往表现出低应力断裂，但断裂源于微孔聚集方式，微观断口形貌仍具有韧窝特征。
6-10 何谓断裂韧度，它在机械设计中有何功用？ 答：
应力强度因子：材料中不可避免的存在裂纹，当含有裂纹的材料受外加应力σ作用时，裂纹尖端应力场的各应力分量中均有一个共同因子KI（KI=σ√πa，a为裂纹长度的一半），用KI表示裂纹尖端应力场的强弱，简称应力强度因子。 断裂韧度：当外加应力达到临界值σc时，裂纹开始失稳扩展，引起断裂，相应地KI值增加到临界值Kc，这个临界应力场强度因子Kc称为材料的断裂韧度，可以通过实验测得。
平面应变断裂韧度：对同一材料来说，Kc取决于材料的厚度：随着厚度的增加，Kc单调减小至一常数KIc，这时裂纹尖端区域处于平面应变状态，KIc称为平面应变断裂韧度。
在机械设计中的功用：
1、确定构件的安全性。根据探伤测定构件中的缺陷尺寸，在确定构件工作应力后，即可算出裂纹尖端应力强度因子KI。与构件材料的KIc相比，如果KI＜KIc，则构件安全，否则有脆断危险。
2、确定构件承载能力。根据探伤测出构件中最大裂纹尺寸，通过实验测得材料的KIc，就可由σc= KIc /√πa计算出断裂应力，从而确定构件的安全承载能力。
3、确定临界裂纹尺寸。若已知材料KIc的和构件的实际工作应力，则可根据ac=KIc2/πσc2
求出临界裂纹尺寸。如果探伤测定构件实际裂纹尺寸a＜2ac，则构件安全，否则有脆断危险。
第五章 三元合金相图
略
第四章 铁碳合金
4-1 分析Wc=0.2%，Wc=0.6%，Wc=1.2%，的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物及组织组成物的含量。 答：
1、 Wc=0.2%的转变过程及相组成物和组织组成物含量计算 转变过程：
1）液态合金冷却至液相线处，从液态合金中按匀晶转变析出δ铁素体，L≒δ，组织为液相+δ铁素体
2）液态合金冷却至包晶温点（1495℃），液相合金和δ铁素体发生包晶转变，形成奥氏体γ，L+δ≒γ，由于Wc=0.2%高于包晶点0.17%，因此组织为奥氏体加部分液相。
3）继续冷却，部分液相发生匀晶转变析出奥氏体γ，直至消耗完所有液相，全部转变为奥氏体组织。
4）当合金冷却至与铁素体先共析线相交时，从奥氏体中析出先共析铁素体α，组织为奥氏体+先共析铁素体
5）当合金冷却至共析温度时，奥氏体碳含量沿铁素体先共析线变化至共析点碳含量，发生共析转变γ≒α+Fe3C，此时组织为先共析铁素体+珠光体
6）继续冷却，先共析铁素体和珠光体中的铁素体都将析出三次渗碳体，但数量很少，可忽略不计。所以室温下的组织为：先共析铁素体+珠光体。 组织含量计算：
组织含量计算：Wα（先）=（0.77-0.2）/（0.77-0.0218）×100%≈76.2%，
Wp=1- Wα（先）≈23.8%
相含量计算：Wα=（6.69-0.2）/（6.69-0.0218）×100%≈97.3%，
W Fe3C= 1- Wα≈2.7%
2、 Wc=0.6%的转变过程及相组成物和组织组成物含量计算 转变过程：
1）液态合金冷却至液相线处，从液态合金处按匀晶转变析出奥氏体，L≒γ，组织为液相+奥氏体。
2）继续冷却，直至消耗完所有液相，全部转变为奥氏体组织。
4）当合金冷却至与铁素体先共析线相交时，从奥氏体中析出先共析铁素体α，组织为奥氏体+先共析铁素体
5）当合金冷却至共析温度（727℃）时，奥氏体碳含量沿铁素体先共析线变化至共析点，发生共析转变γ≒α+Fe3C，此时组织为先共析铁素体+珠光体 6）珠光体中的铁素体都将析出三次渗碳体，但数量很少，可忽略不计。所以室
温下的组织为：先共析二次渗碳体+珠光体 组织含量计算：
组织含量计算：Wα（先））=（0.77-0.6）/（0.77-0.0218）×100%≈22.7%，
Wp=1- Wα（先）≈77.3%
相含量计算：Wα=（6.69-0.6）/（6.69-0.0218）×100%≈91.3%，
W Fe3C= 1- Wα≈8.7%
3、 Wc=1.2%的转变过程及相组成物和组织组成物含量计算 转变过程：
1）液态合金冷却至液相线处，从液态合金处按匀晶转变析出奥氏体，L≒γ，组织为液相+奥氏体。
2）继续冷却，直至消耗完所有液相，全部转变为奥氏体组织。
3）当合金冷却至与渗碳体先共析线（碳在奥氏体中的溶解度曲线）相交时，从奥氏体中析出先共析二次渗碳体，组织为奥氏体+先共析二次渗碳体
4）当温度冷却至共析温度（727℃）时，奥氏体碳含量沿溶解度曲线变化至共析点碳含量，发生共析转变γ≒α+Fe3C，组织为珠光体+先共析二次渗碳体 5）珠光体中的铁素体都将析出三次渗碳体，但数量很少，可忽略不计。所以室温下的组织为：先共析二次渗碳体+珠光体 组织含量计算：
组织含量计算：W Fe3C（先）=（1.2-0.77）/（6.69-0.77）×100%≈7.3%，
Wp=1- W Fe3C（先）≈92.7%
相含量计算：Wα=（6.69-1.2）/（6.69-0.0218）×100%≈82.3%，
W Fe3C= 1- Wα≈16.7%
4-2 分析Wc=3.5%，Wc=4.7%的铁碳合金从液态到室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和相组成物。 答：
1、Wc=3.5%的转变过程及相组成物和组织组成物含量计算 转变过程：
1）液态合金冷却至液相线处，从液态合金中按匀晶转变析出奥氏体，L≒γ，组织为液相合金+奥氏体。
2）当合金温度冷却至共晶温度（1127℃）时，液相合金中的含碳量变化至共晶点，液相合金发生共晶转变L≒γ+Fe3C，组织为共晶莱氏体Ld+奥氏体。 3）温度继续降低，匀晶奥氏体和莱氏体中的奥氏体将析出二次渗碳体。所以组织为：奥氏体+莱氏体+二次渗碳体。 4）当温度降低至共析温度（727℃），奥氏体中的碳含量变化值共析点，发生共析转变形成珠光体，γ≒α+Fe3C，组织为珠光体（低温莱氏体L’d）+二次渗碳体。
5）继续冷却，珠光体中的铁素体将会析出按此渗碳，但数量很少，可以忽略不计。所以室温下的组织为：珠光体（低温莱氏体L’d）+渗碳体（二次渗碳体+共晶渗碳体）。 组织含量计算：
组织含量计算：W Fe3CⅡ={（2.11-0.77）/（6.69-0.77）}×
{（6.69-3.5）/（6.69-2.11）}×100%
≈19.2%
W Fe3C（共）={（4.3-2.11）/（6.69-2.11）}×
{（3.5-2.11）/（4.3-2.11）}×100% ≈30.6%
WL’d=1- W Fe3C（共）-W Fe3CⅡ=≈50.2%
相含量计算： Wα={（6.69-0.77）/（6.69-0.0218）}×WL’d ×100%
≈44.6%，
W Fe3C= 1- Wα≈55.4%
2、Wc=4.7%的转变过程及相组成物和组织组成物含量计算 转变过程：
1）液态合金冷却至液相线处，从液态合金中按匀晶转变析出粗大的渗碳体，称为一次渗碳体，L≒Fe3CⅠ，组织为液相合金+ Fe3CⅠ。
2）当合金温度冷却至共晶温度（1127℃）时，液相合金中的含碳量变化至共晶点，液相合金发生共晶转变L≒γ+Fe3C，组织为共晶莱氏体Ld+ Fe3CⅠ。 3）温度继续降低， 共晶莱氏体中的奥氏体将析出二次渗碳体，组织为：莱氏体+ 一次渗碳体+二次渗碳体。 4）当温度降低至共析温度（727℃），共晶莱氏体中奥氏体中的碳含量变化至共析点，发生共析转变形成珠光体，γ≒α+Fe3C，此时组织为：珠光体（低温莱氏体L’d）+ 一次渗碳体+二次渗碳体。
5）继续冷却，珠光体中的铁素体将会析出三次渗碳体，但数量很少，可以忽略不计。所以室温下的组织为：珠光体（低温莱氏体L’d）+ 渗碳体（一次渗碳体+二次渗碳体+共晶渗碳体）。 组织含量计算：
组织含量计算：WL’d={（6.69-2.11）/（6.69-0.77）}×
{（6.69-4.7）/（6.69-2.11）}×100% ≈33.5%
W Fe3C =1- WL’d≈66.5%
相含量计算： Wα={（6.69-0.77）/（6.69-0.0218）}×WL’d ×100%
≈29.7%，
W Fe3C= 1- Wα≈80.3%
4-3 计算铁碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大可能含量。 答：
二次渗碳体最大含量：
1、我们知道二次渗碳体是从奥氏体中析出的，随奥氏体的含量增多，二次渗碳体的含量增多。
2、而且二次渗碳体的含量随着奥氏体中的碳含量增加而增大
3、所以根据铁碳相图，当铁碳合金中的碳含量为2.11%可以或多最多的奥氏体含量以及最大的奥氏体含碳量，也就是所可以得到最多的二次渗碳体含量。 其含量=（2.11-0.77）/（6.69-0.77）×100%≈22.6% 三次渗碳体最大含量：
1、我们知道三次渗碳体是从铁素体中析出的，所以必然随着铁素体的含量增多而增多。
2、而且要析出渗碳体必须要足够的碳含量，所以铁素体中的碳含量越多，越容
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