（1）45、60、T12钢的室温平衡组织分别是什么?它们从高温也太平衡冷却到室温要经过哪些转变？ 45钢
室温平衡组织： 铁素体? + 珠光体P
冷却过程：匀晶转变L0.45→ L0.53+ δ，包晶转变L0.53 + δ → γ0.45，同素异晶转变γ0.45→ α + γ0.77，共析转变γ0.77 →
(α +Fe3C)。
60钢
室温平衡组织：铁素体? + 珠光体P
冷却过程：匀晶转变L0.60→ L0.53+ δ，包晶转变L0.53 + δ → γ0.60，同素异晶转变γ0.60→ α + γ0.77，共析转变γ0.77 →
(α +Fe3C)。
T12钢
室温平衡组织：珠光体P + 渗碳体Fe3C
冷却过程：过共析钢在液态到室温的冷却过程中，首先进行匀晶转变，形成单相固溶体γ；当温度到达ES线以下时，过
饱和的固溶体γ中析出渗碳体（二次渗碳体Fe3CII），奥氏体γ的成分变到共析点S(0.77%C)；共析转变γ0.77 → (α+Fe3C)，形成珠光体P。
（2）画出纯铁 45钢 T12钢的室温平衡组织，并标注其中的组织。
图3-3 45钢的室温平衡组织（铁素体? + 珠光体P）
图3-4 T12钢的室温平衡组织（珠光体P + 渗碳体Fe3C）
（3）计算室温下45钢 T12钢的平衡组织中相组成和组织组成物的相对量。
应用杠杆定律计算45钢中铁素体α和珠光体P的相对量，选择α +γ二相区，共析温度727oC。
0.77?0.45?42.77%0.77?0.02180.45?0.0218QP??57.23% 0.77?0.0218Q??T12钢的Qα=(2.11-1.2)/ (2.11-0.0218)=33.9% QP=1-33.9%=66.1%
（4）计算鉄碳合金中二次渗碳体和三次渗碳体最大的相对量。
WFe3CⅡ=(2.14-0.8)/(6.69-0.8)*100%=23% W Fe3CⅢ=0.02/6.69*100%=33%
二次渗碳体的最大百分含量为22.6%，三次渗碳体的最大百分含量为0.33% （5）应用相图解释下列现象：
①钢柳丁一般用低碳钢合成；
钢柳丁一般要求具有良好的塑性和韧性，所以钢柳丁一般要求用低碳钢合成。
②绑扎物件一般用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物时却用钢丝绳（60钢 65钢 70刚等组成）；
亚共析钢（碳的质量分数在0.0218%～0.77%）室温下的组织为铁素体加珠光体，低碳钢丝（碳的质量分数在0.0218%～0.25%）组织中铁素体的比例大，所以低碳钢丝塑性、韧性好，绑扎物件时，易于操作；而60钢、65钢、70钢等组织中珠光体的量多，所以强度，适于作起重机吊重物用的钢丝绳。 ③T8钢的强度高于T12钢的强度。
强度＞T12钢，因为强度是一个组织敏感量，当含碳量超过0.9%以后，二次渗碳体呈网状分布，将珠光体分割开，因此强
度下降。
3-6现有两种鉄碳合金，其中一种合金的显微组织中珠光体量占75%，铁素体量占25%；另一种合金的显微，组织中珠光体量占92%，二次渗碳体量占8%，这两种合金各属于哪一类合金？其含碳量各为多少？
答：第一种是亚共析钢，含碳量为0.0218%到0.77%之间，后面一种是过共析钢碳含量为0.77%到2.11%。
3-7现有形状 尺寸完全相同的4块平衡状态的鉄碳合金，他们的含碳量分别为w(C)=0.2%、w(C)=0.4%、 w(C)=1.2% 、w(C)=3.5%。根据你所学的知识，可用那些办法来区别他们？
答：第一种：根据金相实验铁碳相图来区别它们：含碳量分别为w(C)=0.2%的鉄碳合金金相中全部是单相的α相。而含碳量分别为w(C)=0.4%的鉄碳合金金相由α相和珠光体（P）相组成；而含碳量分别为w(C)=1.2%的鉄碳合金金相由珠光体（P）相和二次渗碳体组成；而含碳量分别为w(C)=3.5%的鉄碳合金金相主要由变态莱氏体（Ld’）相和一次渗碳体相组成。
第二种：随着含碳量的增加，铁碳合金的硬度随之增加，分别测试其硬度，按照其硬度大小可得其含碳量的大小。 3-8简述晶粒大小对金属力学性能的影响，并列举几种实际生产中细化铸造晶粒的方法。
晶粒大小对金属力学性能和工艺性能有很大影响。在一般情况下，晶粒愈细小，金属的强度、塑性、韧性及抗疲劳能力愈好，所以，细化晶粒是强化金属材料的最重要途径之一。为了细化铸件晶粒以改善其性能，常采用以下方法：增加过冷度；进行变质处理（孕育处理）；振动和搅拌。
3-9说明金属实际凝固时，铸锭的3种宏观组织的形成机制。
金属铸锭凝固时，由于表面和中心的结晶条件不同，其结构是不均匀的，整个体积中明显的分为三种晶粒状态区域：细等轴晶区、柱状晶区和粗等轴晶区。（1）液体金属注入锭模时，由于锭模温度不高，传热快，外层金属受到激冷，过冷度大，生成大量的晶核。同时模壁也能起非自发晶核作用。结果，在金属的表层形成一层厚度不大、晶粒很细的细晶区。（2）细晶区形成的同时，锭模温度升高，液体金属的冷却速度降低，过冷度减小，生核速率降低，但此时长大的速度受到的影响较小，结晶过程进行的方式主要是，优先长大方向与散热最快方向的反方向一致的晶核向液体内部平行长大，结果形成柱状晶区。（3）随着柱状晶区的发展，液体金属的冷却速度很快降低，过冷度大大减小，温度差不断降低，趋于均匀化，散热逐渐失去方向性，所以在某个时候，剩余液体中被推来的杂质及从柱状晶上被冲下来的晶枝碎块，可能成为晶核，向各个方向均匀长大，最后形成粗大的等轴晶区。
4-1为什么室温下金属的晶粒越细，强度硬度越高，塑性与韧性也越好？
晶界是阻碍位错运动的，而各晶粒位向不同，互相约束，也阻碍晶粒的变形。因此，金属的晶粒愈细，其晶界总面积愈大，每个晶粒周围不同取向的晶粒数便愈多，对塑性变形的抗力也愈大。因此，金属的晶粒愈细强度愈高。同时晶粒愈细，金属单位体积中的晶粒数便越多，变形时同样的变形量便可分散在更多的晶粒中发生，产生较均匀的变形，而不致造成局部的应力集中，引起裂纹的过早产生和发展。因此，塑性，韧性也越好。
4-2用手来回玩着一根铁丝时，开始感觉省劲，后来逐渐感觉有些费劲，最后铁丝被折断，试解释该过程演变的原因。 不断来回折的过程使铁丝产生了塑性变形，开始时发生的是可恢复的弹性变形，后来发生的是永久变形，故铁丝会发生断裂，这个过程中铁丝发生了形变强化，当变形量很大时，金属出现各向异性；第二，不断折的过程中产生了位错塞积，使铁丝的屈服强度增大。
4-3什么是加工硬化？其产生的原因是什么？加工硬化在工程上带来哪些利弊？
金属在再结晶温度以下进行塑性变形，变形后硬度、强度升高，塑性、韧性降低的现象称为应变硬化，或加工硬化。 原因：（1）位错密度剧增；（2）晶粒破碎，晶界增多，造成晶界强化；（3）吸收、存储部分变形能，有残余应力存在。 金属的加工硬化现象会给金属的进一步加工带来困难，如钢板在冷轧过程中会越轧越硬，以致最后轧不动。另一方面人们可以利用加工硬化现象，来提高金属强度和硬度，如冷拔高强度钢丝就是利用冷加工变形产生的加工硬化来提高钢丝的强度的。加工硬化也是某些压力加工工艺能够实现的重要因素。如冷拉钢丝拉过模孔的部分，由于发生了加工硬化，不再继续变形而使变形转移到尚未拉过模孔的部分，这样钢丝才可以继续通过模孔而成形。 4-4冷变形对金属组织和性能有何影响？
①晶粒沿变形方向拉长，性能趋于各向异性，如纵向的强度和塑性远大于横向等；②晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化，即随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降；③织构现象的产生，即随着变形的发生，不仅金属中的晶粒会被破碎拉长，而且各晶粒的晶格位向也会沿着变形的方向同时发生转动，转动结果金属中每个晶粒的晶格位向趋于大体一致，产生织构现象；④冷压力加工过程中由于材料各部分的变形不均匀或晶粒内各部分和各晶粒间的变形不均匀，金属内部会形成残余的内应力，这在一般情况下都是不利的，会引起零件尺寸不稳定。 4-5金属在冷塑性变形过程中产生哪几种残余应力？残余应力对材料产生哪些影响？
金属在冷塑性变形过程中会产生残余压应力和残余拉应力。残余应力会导致工件或材料在实际应用过程中产生开裂、变形、扭曲等，应该予以退火处理消除之。
4-6用冷拔铜丝做导线，冷拔后应如何处理？为什么？
应进行退火处理，由于温度升高原子的能动性增加，即原子的扩散能力提高，而回复阶段只是消除了由于冷加工应变能产生的残余内应力，大部分应变能仍然存在，变形的晶粒仍未恢复原状。所以，随着保温时间加长，新的晶粒核心便开始形成并长大成小的等轴晶粒，这就是再结晶的开始。随着保温时间的加长或温度的升高，再结晶部分愈来愈多，直到原来的晶粒全部被新的小晶粒所代替。进一步保温或升温，新晶粒尺寸开始增大，这就是晶粒长大现象。 4-7金属再结晶温度受那些因素的影响？能否通过再结晶退火来消除粗大铸造组织，为什么？ （1）温度：加热温度越高，再结晶速度越快，产生一定体积分数的再结晶组织需要的时间越短。 （2）变形程度：变形程度越大，储能越多，再结晶驱动力越大，因此变形程度越大，再结晶速度越快。
（3）材料的纯度：微量的溶质原子对再结晶影响巨大。溶质或杂质原子偏聚在位错和晶界处，对位错的运动和晶界的迁移起阻碍作用，因此不利于再结晶，使再结晶温度升高。
（4）原始晶粒尺寸：其他条件相同时，原始晶粒越细，冷变形抗力越大，变形后储存能越多，再结晶温度越低；同样变形度，原始晶粒越细，晶界总面积越大，可供再结晶形核的地方越多，形核率高，再结晶速度快。 （5）第二相粒子：粒子较粗大，间距较远——促进再结晶，粒子细小，间距小——阻碍再结晶。 4-8热变形对金属组织和性能有何影响？钢材在热加工（如锻造时）为什么不产生加工硬化现象？
金属与合金在再结晶温度以上进行的塑性变形，称为热变形或热加工。
（1）改善铸造组织缺陷：铸造组织往往含有缩松、气孔等缺陷，热变形时被压合消除；铸态组织(晶粒)粗大，通过变形和再结晶变成细小的等轴晶；改善铸态组织中的成分偏析，提高成分均匀性。以上这些都对提高力学性能有利。因此，材料经热变形后，虽然没有应变硬化，但力学性能明显提高。
（2）形成纤维组织，出现各向异性：由于铸态组织中的夹杂物多分布在晶界处，热变形时被拉长或打碎成为链状，都是沿变形方向呈纤维状分布。这些夹杂物很稳定，再结晶时仍能保留下来，纤维组织使材料呈现各向异性。 （3）带状组织的形成：带状组织也使材料具有各向异性，并且破坏材料的切削性能，应避免和消除。
（4）热变形后的晶粒变化：终止热变形时的温度、总变形量和热变形后的冷却速度，决定了热变形后晶粒的大小。合理控制这些因素，就可以得到细小的晶粒，从而获得高的力学性能。采用低的终止变形温度，大的变形量，快的冷却速度，可以得到细小的晶粒。
4-9 在室温下对铅板进行弯折，越弯越硬。随后如果在室温放置一段时间后再进行弯折，铅板又像最初一样柔软，这是什么原因？（已知铅的熔点为328℃）
小于再结晶温度的加工称为冷加工；大于再结晶温度的加工称为热加工。
热加工也有加工硬化现象，但由于处于再结晶温度以上，硬化的同时发生了再结晶而使材料软化，即消除了加工硬化现象，故热加工最终结果，材料并不存在加工硬化。经计算：T铅再＝－33℃ 所以，室温下弯折属于热加工，消除了加工硬化。 5-1说明亚共析钢、共析钢、过共析钢奥氏体化的过程。
把实际加热时发生的相变临界温度用Ac1、Ac3、Accm表示，而冷却时的临界温度用Ar1、Ar3、Arcm表示。
共析钢加热时组织转变。在实际加热条件下，当温度达到或以上时，珠光体转变为奥氏体。奥氏体的形成是通过形核与晶核长大来实现的，其基本过程可分为四步。（1）奥氏体形核。奥氏体晶核首先在铁素体相界面处形成。（2）奥氏体长大。形成的奥氏体晶核依靠Fe、C原子的扩散，同时向铁素体和渗碳体两个方向长大，直至铁素体消失。（3）残余渗碳体溶解。在奥氏体形成的过程中，铁素体首先消失，残余的渗碳体随着加热和保温时间的延长，不断溶入奥氏体，直到全部消失。（4）奥氏体成分的均匀化。刚形成的奥氏体其中碳浓度是不均匀的，在原渗碳体处C的质量分数较高，而原铁素体处C的质量分数较低，只有在继续加热和保温过程中，通过C原子的扩散，才能使奥氏体中C的质量分数趋于均匀，形成成分较为均匀的奥氏体。
亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢的相似，不同的是，在室温下它们的平衡组织中除珠光体外，还有先共析相存在，当它们被加热到Ac1以上时，首先是其中的珠光体转变为奥氏体（这一过程与共析钢相同），而此时还有先共析相（铁素