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《金属材料与热处理》 部分习题参考答案 1）完全弹性变形阶段：拉伸力在Fp 以下阶段（Op段）， 试样在受力时发生变形，在此阶段中拉伸力和伸长量成正比例关系，卸除拉伸力后变形能完 全恢复，该阶段为完全弹性变形阶段。 2）屈服阶段 当所加的拉伸力F超过Fe后，拉伸力不增大或变化不大，试样仍继续伸长，开始出现明显的塑性变形。曲线上出现平台或锯齿（曲线ess′段）， 3）均匀塑性变形阶段 在曲线的s′b段，拉伸力增大，伸长沿整个试样长度均匀进行，继而进入均匀塑性变形 阶段。同时随着塑性变形的不断增加，试样的变形抗力也逐渐增加，产生形变强化，这个阶 段是材料的强化阶段。 4）颈缩和断裂阶段 在曲线的最高点（b点），达到最大拉伸力Fb 时，试样再次产生不均匀的塑性变形，变形主要集中于试样的某一局部区域，该处横截面积急剧减小，结果就形成了所谓“缩颈”现象。随着缩颈处截面不断减小，承载能力不断下降，到k点时，试样发生断裂。 4.弹性极限在工程上的实际意义： 材料受到外力时，几乎所有的弹性元件在工作时都不允许产生微小的塑性变形，只允许在弹性范围内工作。制造这类工件的材料应以能保持弹性变形按正比例变化的最大抗力作为失效抗力指标。 屈服强度工程意义：屈服强度可以理解为金属材料开 始产生明显塑性变形的最小应力值，其实质是金属材料对初始塑性变形的抗力。屈服强度是工程技术上重要的力学性能指标之一，也是大多数工程构件和机器零件选材和设计的依据。传统的设计方法，对于韧性材料以屈服强度为标准。 抗拉强度工程意义：抗拉强度的物理意义是韧性材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。铸铁等脆性材料拉伸过程中一般不出现缩颈现象，抗拉强度就是材料的断裂强度。断裂是零件最严重的失效形式，所以，抗拉强度也是工程设计和选材的主要指标，特别是对脆性材料而言。 5.断后伸长率和断面收缩率的工程意义：根据断后伸长率和断面收缩率的相对大小，可以判断金属材料拉伸时是否形成缩颈。若材料的断后伸长率大于或等于断面收缩率，则该材料只有均匀变形而无缩颈现象，是低塑 性材料;反之，则有缩颈现象，是高塑性材料。 任何零件都要求材料具有一定的塑性。很显然，断后伸长率（δ）与断面收缩率（ψ）越大， 发生的塑性变形量越大，也就是材料的塑性越好。 塑性好的金属材料可以发生大量塑性变形而不破坏，便于通过各种压力加工方法（锻 造、轧制、冷冲压等）获得形状复杂的零件或构件。 综合训练——课题2 硬度 1.（略） 2. 见电子教案 3.（1）（8）HV；（2）RC；（3）（4）（6）HB （5）HV或HR 4. 在一定条件下，HB与HRC可以查表互换。其心算公式可大概记为：1HRC≈1/10HB 2）线缺陷形成位错对金属的机械性能影响很大，位错极少时，金属强度很高，位错密度越大，金属强度也会提高。 3）面缺陷晶界和亚晶界越多，晶粒越细，金属强度越高，金属塑变的能力越大，塑性越好。 总之， 随着三种晶体缺陷量的增加，材料的强度硬度增加。随着点、线缺陷量的增加，材料的塑性韧性下降，而随着面缺陷量的增加，塑性和韧性反而提高。 3.金属中常见的晶体结构有：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种。 综合训练——课题2 合金的相结构 1（略） 2.固溶体根据溶质在溶剂中所占据的位置不同分为：间隙固溶体和置换固溶体。 固溶体与化合物的区别是： 1） 固溶体的晶格结构保持了溶剂的晶格结构，化合物的晶格结构不同于任何一种组元。 2）化合物的硬度高而脆，熔点高，通常不做为主相，而作为强化相。 模块三 金属的结晶 综合训练——课题1 纯金属的结晶 1.纯金属结晶时出现的现象： 1）结晶在恒温下进行（结晶平台）； 2）有一定的过冷度。 2.金属形核的方式有：自发形核（均质形核）和非自发形核（异质形核）两种。 金属通常以非自发形核为主要形核方式。（需能量小） 晶粒的形态通常为树枝晶。 3.金属结晶的条件： 1）有一定的过冷度，过冷度不为零时结晶成为自发过程； 2）结构条件（结构起伏），有与固态金属相同原子排列的原子团体，此原子团在某一时刻存在，另一时刻可能消失，这种原子团成为结晶的基础； 3）能量条件，规则排列的原子团并不能都成为结晶的核心，只有尺寸大到一定程度才能成为核心，此时当原子团处于能量峰值就成为核心，当其处于低谷时就会融化。 4.影响晶粒大小的因素是形核率（N）和长大速度（G）。 形核率提高的比长大速度更快，即N/G增大时，晶粒更细小。 5.晶粒大小对金属力学性能的影响：晶粒越细小，金属材料的强度、硬度、塑性和韧性越高。 细化晶粒的原理： (1)晶粒细化，增加了晶界，位错移动变得困难，因此强度提高，从而硬度也提高； (2)塑性提高是因为晶粒细小了使其塑性变形量可分配给更多的