发布时间 : 星期四 文章金属学课后答案详细版 - 图文更新完毕开始阅读f856793a76eeaeaad0f33091
根据扩散方向是否与浓度梯度的方向相同可分为：下坡扩散、上坡扩散 根据扩散过程是否出现新相可分为：原子扩散、反应扩散
8-2 何为上坡扩散和下坡扩散？举例说明。 答：
下坡扩散：原子或分子沿浓度降低的方向进行扩散，使浓度趋于均匀化。比如铸件的均匀化退火、工件的表面渗碳过程均属于下坡扩散。
上坡扩散：原子或分子沿浓度升高的方向进行扩散，即由低浓度向高浓度方向扩散，使浓度趋于两极分化。例如奥氏体向珠光体转变过程中，碳原子从浓度较低的奥氏体中向浓度较高的渗碳体中扩散。
8-3 扩散系数的物理意义是什么？影响因素有哪些？
答：扩散系数的物理意义：浓度梯度为1时的扩散通量。D越大，扩散速度越快。 影响因素：
1、温度：扩散系数与温度呈指数关系，随温度升高，扩散系数急剧增大。
2、键能和晶体结构：键能高，扩散激活能大，扩散系数减小；不同的晶体结构具有不同的扩散系数：例如从晶体结构来考虑，碳原子在铁素体中的扩散系数比在奥氏体中的大。
3、固溶体类型：不同类型的固溶体，扩散激活能不同，间隙原子的扩散激活能比置换原子的小，扩散系数大。
4、晶体缺陷：晶体缺陷处，自由能较高，扩散激活能变小，扩散易于进行。
5、化学成分：当合金元素提高合金熔点，扩散系数减小；若降低合金熔点，扩散系数增加
8-4 固态合金中要发生扩散必须满足那些条件？为什么？ 答：
1、扩散需有驱动力。扩散过程都是在扩散驱动力的作用下进行的，如没有扩散驱动力，也就不能发生扩散。 2、扩散原子要固溶。扩散原子在基体中必须由一定的固溶度，形成固溶体，才能进行固态扩散。
3、温度要足够高。固态扩散是依靠原子热激活而进行的，温度越高，原子的热振动越激烈，原子被激活发生迁移的可能性就越大。
4、时间要足够长。原子在晶体中每跃迁一次最多只能移动0.3-0.5nm的距离，只有经过相当长的时间才能形成物质的宏观定向迁移。
8-5 铸造合金均匀化退火前的冷塑性变形对均匀化过程有和影响？是加速还是减缓？为什么？ 答：加速。
原因：铸造合金经非平衡结晶后，会出现不同程度的枝晶偏析。根据扩散第二定律可得知，铸锭均匀化退火所需时间与枝晶间距的平方成正比，与扩散系数成反比。所以在退火前对合金进行冷塑性变形可破碎枝晶，减小枝晶间距，缩短均匀化的时间。
8-6 略（扩散系数计算）
8-7 略（消除枝晶偏析时间计算）
8-8 可否用铅代替铅锡合金做对铁进行钎焊的材料，试分析说明之？ 答：不能。 原因：
因为钎焊过程只是钎料熔化，母材仍处於固体状态。因此要求钎料与母材不但液态时能互溶，固态时也必须互溶，依靠他们之间的互扩散形成牢固的金属结合。而铅是不固溶于铁的，因此如果以铅来做钎料，铁做母材，则铅是无法扩散到母材中的，无法起到钎焊的效果。
8-9 略
8-10 渗碳是将零件置于渗碳介质中使碳原子进入工件表面，然后以下坡扩散的方式使碳原子从表层向内部
扩散的热处理方法。试问：
1）温度高低对渗碳速度有何影响？
2）渗碳应在奥氏体中还是铁素体中进行？
3）空位密度、位错密度和晶粒大小对渗碳速度有何影响？ 答：
1）温度越高，渗碳速度越快。因为扩散系数随温度升高，急剧增大。
2）在奥氏体中进行。虽然碳在铁素体中的扩散系数比在奥氏体中大，但是当把钢加热至奥氏体时，一方面温度升高，扩散系数急剧增加；另一方面，奥氏体的溶碳能力急剧增大，可增加渗层深度。
3）空位密度和位错密度越多，渗碳速度越快。因为缺陷处能量较高，扩散激活能降低，增大扩散系数。晶粒越小，渗碳速度越快。因为晶粒越小，晶界面积越大，而原子沿晶界的扩散速度较快。 第七章 金属及合金的回复和再结晶
7-1 用冷拔铜丝线制作导线，冷拔之后应如何如理，为什么？ 答：
应采取回复退火（去应力退火）处理：即将冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，并保温足够时间，然后缓慢冷却到室温的热处理工艺。
原因：铜丝冷拔属于再结晶温度以下的冷变形加工，冷塑性变形会使铜丝产生加工硬化和残留内应力，该残留内应力的存在容易导致铜丝在使用过程中断裂。因此，应当采用去应力退火使冷拔铜丝在基本上保持加工硬化的条件下降低其内应力（主要是第一类内应力），改善其塑性和韧性，提高其在使用过程的安全性。
7-2 一块厚纯金属板经冷弯并再结晶退火后，试画出截面上的显微组织示意图。
答：解答此题就是画出金属冷变形后晶粒回复、再结晶和晶粒长大过程示意图（可参考教材P195，图7-1）
7-3 已知W、Fe、Cu的熔点分别为3399℃、1538℃和1083℃，试估算其再结晶温度。 答：
再结晶温度：通常把经过严重冷变形（变形度在70%以上）的金属，在约1h的保温时间内能够完成超过95%再结晶转变量的温度作为再结晶温度。
1、金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在一经验关系式：T再≈δTm，对于工业纯金属来说：δ值为0.35-0.4，取0.4计算。
2、应当指出，为了消除冷塑性变形加工硬化现象，再结晶退火温度通常要比其最低再结晶温度高出100-200℃。
如上所述取T再=0.4Tm，可得： W再=3399×0.4=1359.6℃ Fe再=1538×0.4=615.2℃ Cu再=1083×0.4=433.2℃
7-4 说明以下概念的本质区别： 1、一次再结晶和二次在结晶。
2、再结晶时晶核长大和再结晶后的晶粒长大。 答：
1、 一次再结晶和二次在结晶。 定义
一次再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度，保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新的等轴晶粒，位错密度显著下降，性能发生显著变化恢复到冷变形前的水平，称为（一次）再结晶。它的实质是新的晶粒形核、长大的过程。
二次再结晶：经过剧烈冷变形的某些金属材料，在较高温度下退火时，会出现反常的晶粒长大现象，即少数晶粒具有特别大的长大能力，逐步吞食掉周围的小晶粒，其最终尺寸超过原始晶粒的几十倍或上百倍，比临界变形后的再结晶晶粒还要粗大得多，这个过程称为二次再结晶。二次再结晶并不是晶粒重新形核和长大的过程，它是以一次再结晶后的某些特殊晶粒作为基础而异常长大，严格来说它是特殊条件下的晶粒长大过程，并非是再结晶过程。 本质区别：是否有新的形核晶粒。
2、 再结晶时晶核长大和再结晶后的晶粒长大。 定义
再结晶晶核长大：是指再结晶晶核形成后长大至再结晶初始晶粒的过程。其长大驱动力是新晶粒与周围变形基体的畸变能差，促使晶核界面向畸变区域推进，界面移动的方向，也就是晶粒长大的方向总是远离界面曲率中心，直至所有畸变晶粒被新的无畸变晶粒代替。
再结晶后的晶粒长大：是指再结晶晶核长大成再结晶初始晶粒后，当温度继续升高或延长保温时间，晶粒仍然继续长大的过程。此时，晶粒长大的驱动力是晶粒长大前后总的界面能的差，界面移动的方向，也就是晶粒长大的方向都朝向晶界的曲率中心，直至晶界变成平面状，达到界面能最低的稳定状态。 本质区别：
1、 长大驱动力不同
2、 长大方向不同，即晶界的移动方向不同。
7-5 分析回复和再结晶阶段空位与位错的变化及其对性能的影响。 答：
回复阶段：
回复：是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前（即再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
空位和位错的变化及对性能的影响：
回复过程中，空位和位错发生运动，从而改变了他们的数量和组态。
低温回复时，主要涉及空位的运动。空位可以移至表面、晶界或位错处消失，也可以聚集形成空位对、空位群，还可以与间隙原子相互作用而消失，总之空位运动的结果使空位密度大大减小。电阻率对空位密度比较敏感，因此其数值会有显著下降。而力学性能对空位的变化不敏感，没有变化。
中温回复时，主要涉及位错的运动。由于位错滑移会导致同一滑移面上异号位错合并而相互抵消，位错密度略有下降，但降低幅度不大，力学性能变化不大。
高温回复时，主要涉及位错的运动。位错不但可以滑移、而且可以攀移，发生多边化，使错密度有所降低，降低系统部分内应力，从而使硬度、强度略有下降，塑性、韧性得到改善。
综上，回复过程可以使冷塑性变形的金属在基本保持加工硬化的状态下降低其内应力（主要是第一类内应力），减轻工件的翘曲和变形，降低电阻率，提高材料的耐蚀性并改善其塑性和韧性，提高工件使用时的安全性。
再结晶阶段：
再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度，保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新的等轴晶粒，位错密度显著下降，性能也发生显著变化并恢复到冷变形前的水平。 空位和位错的变化及对性能的影响：
再结晶阶段主要是位错发生滑移、攀移和多变化，新的无畸变晶粒形成，位错密度显著下降，因塑性变形而造成的内应力可完全被消除，促使硬度和强度显著下降，塑性和韧性得到明显提高。
7-6 何谓临界变形度？在工业生产中有何实际意义。 答：
临界变形度：金属在冷塑性变形时，当变形度达到某一数值（一般金属均在2%-10%范围内）时，再结晶后的晶粒变得特别粗大。这是由于此时的变形度不大，晶核长大线速度和形核率的比值很大，因此得到特别粗大的晶粒。把对应得到特别粗大晶粒的变形度称为临界变形度。
实际意义：通常，粗大的晶粒对金属的力学性能十分不能，降低力学性能指标，因此在实际生产时，应当避免在临界变形度范围内进行压力加工。但是，有时为了某种特殊目的，需要得到粗晶粒钢时，例如用于制造电机或变压器的硅钢来说，晶粒越粗大越好（磁滞损耗小，效应高），，可以利用这种现象，制取粗晶粒甚至单晶。
7-7 一块纯锡板被枪弹击穿，经再结晶退火后，弹孔周围的晶粒大小有何特征，并说明原因。 答：
弹孔周围晶粒大小特征：晶粒大小随距弹孔的距离产生梯度变化，即距离弹孔距离越近晶粒越细，距离越远晶粒越大，并且在某一距离处（变形量处于临界变形量范围内），出现特别粗大晶粒组织。 原因：
1、 锡板被枪弹击穿产生的弹孔相当于弹孔处产生了剧烈的冷塑性变形，且距离弹孔越近则变形越剧烈。 2、 对冷塑性变形的金属进行再结晶退火，则冷变形的晶粒必然要发生再结晶，且再结晶后的晶粒大小与变
形度密切相关，这是因为随着变形度的增加，形变储存能增加，再结晶驱动力增加，形核率N和晶粒长大线速度G同时增加，但G/N的比值减小，使再结晶的晶粒随变形度增加而变细。 3、 然而，当变形度在某一临界变形度范围内（一般金属在2%-10%范围内），由于变形度不大，G/N的比值
很大，使再结晶的晶粒特别粗大。
7-8 某厂对高锰钢制碎矿机颚板进行固溶处理时，经1100℃加热后，用冷拔钢丝绳吊挂，由起重吊车送往淬火水槽。行至途中，钢丝绳突然断裂。这条钢丝绳是新的，事先经过检查，并无瑕疵。试分析钢丝绳断裂原因。 答： 原因：
1、 按题中所述钢丝绳的质量没有问题，那么钢丝绳发生断裂则必然使是由于所吊颚板重力对钢丝绳产生的
应力超过了钢丝绳的抗拉强度造成的。在吊运过程中颚板对钢丝绳产生的应力没有变化，那么发生变化的则必然是钢丝绳的强度。