的铸铁铸造性能好于钢，含碳量大于0.25%的比小于0.25%的钢铸造性能差。

综合训练——课题4 Fe-Fe3C相图的应用及局限性 1.答：（略）

2.答：钢的锻造温度一般应选在1000℃以上。

3.答：结晶温度范围窄：纯铁和碳含量较低的钢以及共晶白口铸铁和成分接近共晶成分的铁碳合金适合于铸造。

4.答：铁碳相图在热处理方面的应用：热处理的温度要依据铁碳相图； 铁碳相图在焊接方面的应用：含碳量低的钢焊接性能越好。 5.答：同课题3综合训练5题。

综合训练——课题5 合金元素对铁碳合金的影响 1. 判断题 （1）错误（2）错误 2.分析问答题

（1）答：钢中常含的杂质元素有硅、锰、硫、磷等。

硅:来自炼钢原料,强脱氧剂（有益元素），强化铁素体,提高钢的强度、 硬度，降低塑性和韧性；

锰:来自生铁和脱氧剂,具有一定的脱氧能力（有益元素），使铁素体强化； 硫:强化铁素体,热脆（有害元素） 磷: 强化铁素体,冷脆（有害元素）

（2）答：合金元素对钢性能的影响：固溶强化、弥散强化、提高钢的淬透性、提高回火稳定性、可造成二次硬化，使其热处理加热温度更高，保温时间更长。

（3）答：扩大奥氏体相区：Mn、Ni等合金元素；

缩小奥氏体相区：Cr、Mo、W、V、Ti、Si等。

（4）答：合金元素对铁碳合金相图的影响：改变A1线和A3线；使S、E点左移。

模块五 金属的塑性变形与再结晶

综合训练——课题1 金属的塑性变形 1.答：金属塑性变形的基本方式有滑移和孪生。

2.答：单晶体塑性变形原理：只有在切应力的作用下，才能产生塑性变形，切应力则使晶体产生弹性歪扭，并在超过滑移抗力时引起滑移面两侧的晶体发生相对滑移。当切应力较小时，晶格发生弹性歪扭，若去除外力，晶格弹性歪扭 也随之消失，晶体恢复到原始状态，即产生弹性变形;若切应力继续增大到超

过原子间结合力，则在某个晶面两侧的原子将发生相对滑移， 滑移的距离为原子间距的整数倍，此时，如果使切应力消失，晶格歪扭可以恢复，但已经滑移的原子不能恢复到变形前的位置，即产生塑性变形。如果切应力继续增大，其他晶面上的原子也产生滑移，从而使晶粒塑性变形继续下去。许多晶面上都发生滑移后就形成了单晶体的整体塑性变形。

通过孪生方式的变形，使孪生面两侧的晶体形成了镜面对称关系（镜面即孪生面）。整个晶体经变形后，只有孪晶带中的晶格位向发生了变化，而孪晶带两边外侧晶 体的晶格位向没发生变化，但相距一定距离，孪生与滑移的主要区别是:孪生变形时，孪晶带中相邻原子面的相对位移为原子间距的分数值，晶体位向发生 变化与未变形部分形成对称;而滑移变形时，滑移的距离是原子间距的整数倍，晶体的位向不发生变化。金属的塑性变形过程中，滑移和孪生往往是交替进行的，这样就可以获得较大的变形量。

多晶体塑性变形原理：多晶体塑性变形的基本方式仍然是滑移和孪生。但由于晶界的存在和每个晶粒中晶格位向的不同，多晶体的塑性变形要比单晶体复杂得多，表现出以下不同于单晶体的特点。1）一个有先后和不均匀的塑性变形过程；2）晶粒间位向差阻碍滑移；3）晶界阻碍位错运动。

3.答：当合金由多相混合物构成时，除了基本相变形之外，第二相的性质、形状、大小、数量和分布情况，在塑性变形中，也常起决定性的作用。

1)若合金内两相含量相差不大，且两相的变形性能相近，则合金的变形性能为两相的平均值。 2)若合金中的两相变形性能相差很大，其中一相塑性较好，故变形先在这塑性较好的相内进行；另一相硬而脆，难以变形。

因此，这第二相在室温下无显著变形，它主要是对基体变形起阻碍作用。 第二相阻碍变形的作用由于其形状、大小和分布不同而有很大差异。

(1)如果第二相连续网状分布在塑性相晶界上，这样塑性相的晶粒被脆相包围，使其变形能力无从发挥，晶界处的应力集中也难于松弛，合金的塑性将大大降低，经很少量变形就会在脆性相的网络处产生断裂。脆性相数量越多，网的连续性越严重，合金的塑性也越差，甚至强度也随之下降。

(2)如果脆性的第二相呈层片状分布时，则对塑性变形的危害比较小，特别是层片越细小，合金的力学性能越高。

(3)若第二相以颗粒状尤其以弥散质点均匀分布在基体上，则使位错或其他缺陷的运动受到更大的阻碍，可显著提高合金的强度。第二相质点弥散度越大，合金的强度越高。

4.答：塑性变形对组织结构的影响1）晶粒被拉长2）形成亚结构（3）形成变形织构（择优取向）。 5. 加工硬化晶界处大量堆积的位错，均会阻碍位错的运动，使金属塑性变 形抗力增大，强度和硬度显著提高。随着变形程度增加，金属强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象。

有利：1）可利用冷变形强化来强化金属，提高其强度、硬度和耐磨性。

尤其是对于不能经过热处理强化的金属更为重要。

2）使金属变形趋于均匀。

3）冷变形强化可提高构件在使用过程中的安全性。 不利：使进一步塑性变形更困难。

6.答：残余应力有（1）宏观内应力（第一类内应力）

（2）晶间内应力（第二类内应力） （3）晶格畸变内应力（第三类内应力）

作用范围依次变小。

综合训练——课题2 冷变形金属在加热时的变化

1.答：当加热温度较低时原子活动能力较弱，金属的显微组织没有明显变化，力学性能变化也不大，但残留应力显著降低，其物理和化学性能也基本恢复到变形前的情况，称这一阶段为回复或恢复。 特点：残留应力显著降低。

2.答：当继续加热升温时，原子活动能力增大，金属的显微组织发生明显的变化，破碎的、被拉长或被压扁的晶粒变成均匀细小的等轴晶粒，这一变化过程也是通过形核和晶核长大方式进行的，故称再结晶。

特点：消除了加工硬化。

再结晶后的晶粒大小的影响因素有1)加热温度的影响；2)预先冷变形度的影响。

综合训练——课题3 金属的热变形加工 1.答：从金属学观点以再结晶温度为区分。

热变形加工的优点：

（1）金属变形抗力低，消耗能量少。 （2）金属塑性升高，产生断裂的倾向减小。 （3）相对于冷变形加工不易产生织构。

（4）在生产过程中，不需要像冷加工那样的中间退火，从而可使生产工序简化，生产效益提高。

缺点：

（1）对薄或细的轧件保温困难。对这些件目前仍采用冷变形加工（如冷轧、冷拉）的方法； （2）加工工件的表面不如冷变形加工时光洁，尺寸也不够精确； （3）加工后金属材料的强度、硬度不及冷变形加工；

（4）对有些金属不宜进行热变形加工。例如当钢中含有较多的FeS时，会产生“热脆”，容易使晶间破坏，引起金属的断裂，所以不适合热变形加工。

2.答：热变形加工时组织的变化： （1）使金属组织致密；

（2）使晶粒细化，夹杂物破碎； （3）形成纤维组织； （4）形成带状组织。

模块六 钢的热处理

综合训练——课题1 热处理基本原理

1. 答：钢的热处理是将钢件在一定的介质中加热到一定的温度并保温一定的时间，然后冷却，以期改变其整体或者表面组织，从而获得所需要的组织结构与性能的一种热加工工艺。

通过热处理可消除上一工艺过程所产生的金属材料内部组织结构上的某些缺陷，改善切削性能，还可进一步提高金属材料的性能，充分发挥材料性能的潜力，延长机器零件的使用寿命。

2.略 3.略

4.答：奥氏体化的过程 1）形核；2）长大；3）残余渗碳体溶解；4）奥氏体成分均匀化。 影响奥氏体形成速度的因素：

1）加热温度和保温时间的影响。温度的作用最为显著。随着温度的提高，奥氏体形成速度越快，在较低温度下长时间保 温和较高温度下短时间保温都可以得到相同的奥氏体状态；

2）原始组织的影响，原始组织越细小，相界面越多，形核率越高，奥氏体形成速度越快； 3）成分的影响，当Wc=0.77%时，铁素体和渗碳体的相界面最多，奥氏体化速度最快；在含有合金元素的钢中除了碳的均匀化之外，还有合金元素的均匀化过程，因此变慢。

5.答：起始晶粒度对生产实际指导意义不大；本质晶粒度说明了钢在奥氏体化时晶粒长大倾向，生产中选择了本质细晶粒钢，其实际加热温度和保温时间可适当放宽，否则要严格控制；实际晶粒度直接决定了热处理后钢的晶粒大小，直接决定了热处理后的组织与性能。

影响奥氏体晶粒大小的因素：

（1）加热温度和保温时间 加热温度越高，保温时间越长，因此奥氏体晶粒越粗大。

（2）加热速度 加热速度越快，奥氏体实际形成温度越高，形核率提高，由于时间短晶粒来不及长大，可获得细小的起始晶粒。

（3）化学成分 在一定的含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的提高，碳在奥氏体中的扩散速度以及铁的自扩散速度均增加，奥氏体晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定量时，由于形成二次渗碳体，