金属材料组织与性能的控制2
金属材料组织和性能的关系
金属材料组织和性能的关系力学性能是金属材料在承受外来载荷时所表达出来的性能，下面是的一篇探究金属材料组织和性能关系的，欢迎阅读查看。
金属材料一般是指纯金属和具有金属特征的合金材料。
金属材料大致可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要就是指钢铁产品，众所周知这也是目前我国工业化生产过程中最普遍和重要的金属材料。
相比黑色金属，有色金属在我国因其含量较少且加工难度相对而言比较大，使用范围就有所局限，所以它只会用于特殊零件的生产。
金属材料种类众多，性能各异，由此看来，在机械加工的过程中要根据实际需要选择适宜的金属材料和加工工艺，就需要我们尽可能多地掌握金属材料的组织和性能及两者之间的关系。
使用性能，顾名思义就是金属材料在应用过程中所展现出来的性能，主要包含力学性能、物理性能和化学性能，使用性能直接决定了金属材料的应用环境和使用寿命。
1.1金属材料组织与力学性能之间的关系力学性能是金属材料在承受外来载荷时所表达出来的性能。
就拿最常接触的铁碳合金来说它有5种根本组织，分别为铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。
铁素体强度和硬度低，塑性和韧性好;奥氏体塑性好，适合压力加工，强度和硬度比较高;渗碳体是铁和碳所组成的金属化合物，硬度高、脆性大;珠光体是铁素体和渗碳体组成的其力学性能介于两者之间;莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的，其硬度高、塑性差。
可见不同的材料组织在性能上会有明显差异，碳含量低，它的强度和硬度就低，可是其塑性和韧性却相反。
随着碳含量的增加，材料组织中珠光体的量变多，也就使得钢的强度和硬度增加，当然塑性和韧性就会有所降低。
总的来说，不管是通过上述方法还是采用冷拉拔或热处理等方法改变金属材料的组织，都会使得原材料展现出与之前完全不同的性能。
1.2金属材料组织与物理性能之间的关系不同的金属材料是有其使用范围的，它会在不同的条件下表现出不同的物理性能，比方钢在1538。
C时会由固体状态向液体状态转变。
导热性是金属材料重要的物理性能，金属材料导热性比非金属好，金属中导热性最好的莫过于银，但在实际生产中我们会选择性价比更高的铜或铝来做原材料。
工程材料第二版习题解答
第一章材料的结构与性能一、材料的性能（一）名词解释弹性变形：去掉外力后，变形立即恢复的变形为弹性变形。
塑性变形：当外力去除后不能够恢复的变形称为塑性变形。
冲击韧性：材料抵抗冲击载荷而不变形的能力称为冲击韧性。
疲劳强度：当应力低于一定值时，式样可经受无限次周期循环而不破坏，此应力值称为材料的疲劳强度。
σ为抗拉强度，材料发生应变后，应力应变曲线中应力达到的最大值。
bσ为屈服强度，材料发生塑性变形时的应力值。
sδ为塑性变形的伸长率，是材料塑性变形的指标之一。
HB：布氏硬度HRC：洛氏硬度，压头为120°金刚石圆锥体。
（二）填空题1 屈服强度、抗拉强度、疲劳强度2 伸长率和断面收缩率，断面收缩率3 摆锤式一次冲击试验和小能量多次冲击试验， U型缺口试样和V型缺口试样4 洛氏硬度，布氏硬度，维氏硬度。
5 铸造、锻造、切削加工、焊接、热处理性能。
（三）选择题1 b2 c3 b4 d f a （四）是非题 1 对 2 对 3错 4错（五）综合题 1 最大载荷为2805.021038.5πσ⨯=F b断面收缩率%10010810010⨯-=-=A A A ϕ 2 此题缺条件，应给出弹性模量为20500MP,并且在弹性变形范围内。
利用虎克定律 320℃时的电阻率为13.0130℃时的电阻率为18.01二、材料的结合方式 （一）名词解释结合键：组成物质的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力称为结合键，主要有共价键、离子键、金属键、分子键。
晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
非晶体：是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。
近程有序：在很小的范围内(一般为几个原子间距)存在着有序性。
（二）填空题1 四，共价键、离子键、金属键、分子键。
2 共价键和分子键，共价键，分子键。
3 强。
4 强。
（三）选择题1 a2 b3 a（四）是非题1 错2 错3 对4 错（五）综合题1晶体的主要特点：○1结构有序；○2物理性质表现为各向异性；○3有固定的熔点；○4在一定条件下有规则的几何外形。
金属材料的微观组织与性能演变分析
金属材料的微观组织与性能演变分析金属材料是现代工业中使用最广泛的一类材料之一，其应用范围广泛，涉及到机械、电子、航空、交通、建筑等多个领域。
金属材料的性能是取决于其微观组织的，因此，对于金属材料的微观组织与性能演变的分析至关重要。
一、金属材料的微观组织金属材料的微观组织包括晶体结构、晶粒大小、晶粒形状、晶界及缺陷等。
其中，晶体结构是金属材料微观组织的最基本组成部分。
晶体结构的类型有多种，包括体心立方结构、面心立方结构和简单立方结构等。
这些结构的不同会对金属材料的性能产生影响。
晶粒大小是指金属材料中晶粒的尺寸大小。
晶粒的大小会影响金属材料的塑性和韧性。
一般来说，晶粒大小越小，金属材料的韧性会越好。
晶粒形状也会对金属材料的性能产生影响。
例如，方形晶粒的金属材料在某些方面具有更好的韧性和延展性。
晶界是晶体之间的边界。
晶界的存在会对金属材料的性能产生影响。
如果晶界包含太多的缺陷，金属材料的塑性和韧性就会降低。
另一方面，晶界也可以增加金属材料的硬度和强度。
缺陷是指金属材料中的缺陷和错误，例如裂缝、夹杂和脆断等。
这些缺陷会影响金属材料的塑性和韧性，并降低其强度和硬度。
二、金属材料的性能演变金属材料的性能演变是指在使用过程中，由于外部应力和环境变化，金属材料的微观组织和性能发生变化的过程。
性能演变的过程是一个复杂的过程，涉及到多种因素。
塑性变形是金属材料在外部力作用下的一种变形方式。
在工程应用中，金属材料的塑性变形是一种非常重要的变形方式。
塑性变形过程中，金属材料的晶粒会发生滑移和屈曲。
这些变化会导致晶界的移动和位错的形成，并影响晶界的性质。
疲劳变形是金属材料在反复加载下的变形过程。
在疲劳变形过程中，金属材料的组织会发生微观级别的变化，从而导致金属材料的性能发生变化。
一般来说，疲劳变形会导致金属材料的硬度和强度降低，同时增加塑性和韧性。
蠕变是金属材料在长时间高温和高应力下的变形过程。
在蠕变过程中，金属材料的微观组织会发生相当大的变化，最终导致金属材料形状的失真和破坏。
热处理工艺对于金属材料组织与性能的影响
热处理工艺对于金属材料组织与性能的影响随着工业发展的步伐，金属材料作为工业生产的基础材料，在各个领域中发挥着不可替代的作用。
而热处理工艺作为提高材料性能的一种重要方法，也越来越受到人们的关注。
本文将对于热处理工艺对于金属材料组织与性能的影响进行探讨。
一、热处理工艺对于金属材料组织的影响热处理工艺可以通过控制温度和时间的方式，使金属材料在高温状态下经历一系列相变和组织变化，从而改变其原有的组织结构。
具体而言，热处理工艺对于金属材料组织的影响主要表现在以下几个方面。
1. 晶粒尺寸的变化晶粒尺寸是金属材料组织结构中的重要参数，它可以直接影响到材料的物理和力学性质。
热处理工艺可以通过晶界的特性改变晶体尺寸，从而控制晶粒的尺寸。
例如，高温下快速冷却可以促进晶粒的细化，而长时间保温则有利于晶粒的长大。
2. 组织结构的变化金属材料的组织结构除了晶粒尺寸外，还包括晶界分布、相的含量和分布等多个方面。
热处理工艺可以通过控制温度和时间的方式，使材料经历相应的相变和组织变化，从而得到不同的组织结构。
例如，热处理可以促进晶界的清晰化，在不同的温度下调节相的比例，从而得到具有不同性质的材料。
3. 残余应力的消除在金属加工过程中，会产生大量的残余应力，这些应力会对材料的物理和力学性质产生影响。
热处理工艺可以通过改变材料的组织结构，促进残余应力的释放和消除，从而提高材料的性能和寿命。
二、热处理工艺对于金属材料性能的影响热处理工艺可以通过改变材料的组织结构，从而影响材料的物理和力学性质。
具体而言，热处理工艺对于金属材料性能的影响主要表现在以下几个方面。
1. 强度和硬度热处理可以使金属材料得到更为细致和均匀的组织结构，从而提高其硬度和强度。
例如，通过快速冷却可以促进晶粒细化，增强材料的塑性和韧性，同时也可以提高材料的屈服强度和硬度。
2. 韧性和延展性金属材料的韧性和延展性与其晶界分布和相的含量有很大关系，热处理可以通过调节晶界的特性和改变相的比例，从而提高材料的韧性和延展性。
第3次课 2-1金属材料组织与结构2-2高分子材料的结构与性能
2．实际金属的晶体缺陷
由于结晶条件、压力加下、原子热运动等原因，在实际晶体巾还存在着大量的缺陷。这些缺陷对金属的性能将发生显著的影响。我们把实际金属中原子排列的不完整性称为晶体缺陷。晶体缺陷按其几何形态可以分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。
高分子材料有许多金属材料所不具备的优点，近几十年来，高分子材料不仅在品种上，而且在数量上都有突飞猛进的发展。现在，高分子材料不但在人们日常生活、国民经济各行业中得到广泛应用，而且在人造血管、人造皮肤及大容量、高速度信息传播等高新技术领域也正发挥着越来越大的作用。
和金属材料一样，要想学习高分子材料的性能，我们首先必须了解它们的内部结构。
课题序号
.3.
授课日期
2010年月日
授课班级
Z0924
授课形式
讲授
授课时数
2
授课章节
名称
-2-1金属材料组织与结构2-2高分子材料的结构与性能-
教学目标
1、了解金属材料的组织结构与作用；
2、了解高分子材料组织与性能；
教学重点
金属材料的组织结构与作用
教学难点
高分子材料的组织
教具学具
挂图三张
课后作业
P47 1、2、3、4、10、13
（2）形态
大分子链呈现不同的几何形状。主要有线型、支化型和体型三类，
（3）空间构型
大分子链空间构型是指大分子链原子或原子团在空间的排列方式，即链结构。
2．大分子链的构象及柔性
聚合物大分子链也在不停地运动，这种运动是由单键内旋转引起的。这种由于单键内旋转所产生的大分子链的空间形象称为大分子链的构象。
金属材料组织和性能的控制
熔化前不分解; 也不发生其它化学反应
如:MgSi合金能形成稳定化合物Mg2Si MgSi合金相图属于含有稳定化合物的相图
把稳定化合物看成独
立的组元; 相图分成几
个简单相图
MgSi相图可分为
MgMg2Si和Mg2SiSi 两个相图分析
含有稳定化合物的相图
2 2 2 合金的性能与相图的关系
合金的性能取决于它的成分和组织 相图则可反映不同成分的合金在室温 时的平衡组织 因此; 具有平衡组织的合金的性能与相 图之间存在着一定的对应关系
图中的每一点表示 一定成分的合金在一 定温度时的稳定相状 态
铜镍二元合金相图
2 2 1 二元合金的结晶
一 发生匀晶反应的合金的结晶
1 结晶过程
匀晶反应： L→α固溶体
CuNi FeCr AuAg合金具有匀晶相图
●单相区
La相a1：c 液线相为;液C相u和线N; 该i形
成线的以液上溶合体金;处于液相;
几种碳钢的钢号和碳质量分数
类型 钢号 碳质量分数 /%
亚共析钢
20
45
60
0 20 0 45 0 60
共析钢 T8 0 80
过共析钢 T10 T12 1 00 1 20
2 FeFe3C相图中重要的线
●水平线HNB :包晶反应线 发生●水包平晶线反E应CF :共晶反应线 发 生●共水晶平反线应PSK :共析反应线 发生共析反应 亦称A1线
●GS线 A中开始析出F临界温度线; 称A3线 ●ES线 碳在A中的固溶线;叫Acm线 从A中析出 Fe●3PCQ;叫线二次是渗碳碳在体F中Fe固3C溶II线亦是是AF中中开开始始析析出出FFee33CCIIIII的
在两相区;温度一定时; 两相的质量符合杠杆
工程材料2.1纯金属的结晶(清华出版社-朱张校编)
绝大多数纯金属 (如铜,铝,银 如铜, 等)的冷却曲线 纯铜的冷却曲线
t
液体金属在结晶时的温度-时间曲线——冷却曲线 液体金属在结晶时的温度-时间曲线 温度 曲线 冷却曲线
5
(1) ab—液态逐渐冷却 ) (2) bc—温度低于理论结晶温度 )
过冷现象
过冷度
T = T0 Tn
t
(3)cd—正在结晶 )
固态相变 形核和长大 过冷度较大
钛,锡,钴,锰等金属也存在 同素异构转变. 同素异构转变.
17
第一节
纯金属的结晶
一,纯金属的结晶 二,同素异构转变 三,细化铸态金属晶粒的措施 四,铸锭的结构 五,单晶的制取
18
三,细化铸态金属晶粒的措施
1,晶粒度 ,
晶粒度表示晶粒的 晶粒度表示晶粒的 大小, 大小,可用晶粒的平 均面积或平均直径来 表示. 表示. 晶粒度号越大晶粒 晶粒度号越大晶粒 越大 越细
28
第二节 合金的结晶
2.2.1 二元合金的结晶 2.2.2 合金的性能与相图的关系 2.2.3 铁碳合金的结晶 铁碳合金相图课堂讨论
29
温度, 纯金属:冷却曲线,状态(相)—温度,时间 温度 合金:相图,状态( 温度, 合金:相图,状态(相)—温度,成分 温度 相图(状态图, 相图(状态图,平衡 图):表示合金系中合 金的状态与温度,成分 金的状态与温度, 温度 间的关系的图解. 间的关系的图解. 图中的每一点表示一 定成分的合金在一定 温度时的稳定相状态
7
为什么金属结晶时一定要有过冷度(存在过冷现象)? 为什么金属结晶时一定要有过冷度(存在过冷现象) 热力学第二定律表明,在等温等压的条件下, 热力学第二定律表明,在等温等压的条件下,物质系统 是自发地从自由能高的状态向自由能较低的状态转变. 是自发地从自由能高的状态向自由能较低的状态转变. 相的自由能随温度的升高而降低 dG=dG=-SdT+VdP 结晶为等压过程, 结晶为等压过程,即dP=0
第二章 4.5.6.7金属的结构和结晶
包晶转变： 铂-银合金包晶相图
Ld + c e
T,C
T,C
L
f
Pt
L+
e
L
d L+
c
L+ L+
+
Ag%
g
Ag
+ Ⅱ
t
1）相图分析 单相区：L, ,β
L L+ L+ +
二相区：L+, L+, +
三相区：L++ （水平
线PDC）
(+ )
冷却曲线 t
X3合金结晶过程分析 （亚共晶合金） T,C
T,C L L+(+ )+
183
L+
c
L
d
1
L+
e
2
L+
(+ )+
+
Pb X3
(+ )+ + Ⅱ
Sn
t
标注了组织组成物的相图
2.5包晶相图
两组元液态无限互溶，固态有限互溶，并发生包晶 转变；这样的合金系相图称为包晶相图。
+
Sn%
共晶转变分析
T,C
Pb
L+
c
L
d
L+
e
共晶反应线 表示从c点到e点 范围的合金，在 该温度上都要发 生不同程度上的 共晶反应。
共晶点 表示d点成分的合 Sn 金冷却到此温度 上发生完全的共 晶转变。
+ Ld c
工程材料习题与辅导第五版答案
(9) 一块纯铁在 912℃发生 Fe → Fe 转变时，体积将( 收缩
(10) 珠光体的本质是( 铁素体与渗碳体机械混合物 )。 (11) 在铁碳合金室温平衡组织中，含 Fe3CⅡ最多的合金成分点为( 2.11%C )，含 Le′最多的 合金成分点为( 4.3%C )。 (12) 用显微镜观察某亚共析钢，若估算其中的珠光体体积分数为 80%，则此钢的碳的质量 分数为( 0.62%C )。 (13) 钢在常温下的变形加工称为( 冷 )加工，而铅在常温下的变形加工称为( 热 )加工 (14) 造成加工硬化的根本原因是( 位错运动受阻,引起塑性变形抗力增加 )。 (15) 滑移的本质是( 位错的运动 )。 (16) 变形金属的最低再结晶温度与熔点的关系是( T 再=(0.35~0.4)T 熔 )。 (17) 再结晶后晶粒度的大小主要取决于( 加热温度 )和( 预先变形度 )。 (18)在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体和屈氏体的主要相同点是( F+Fe3C 的两相混合 物 ),不同点是 （ 屈氏体的片层间距小 ） 。 (19) 用光学显微镜观察，上贝氏体呈( 羽毛 )状，下贝氏体呈( 黑色针状 )状。 (20) 马氏体的显微组织形态主要有（ 板条状 ） 、 （ 针状 ）两种。其中（ 板条马氏体 ） 的 韧性较好。 (21)钢的淬透性越高，则其 C 曲线的位置越（ 靠右 ）,说明临界冷却速度越（ 小 ） (22)马氏体是一种( 铁 )磁相，在磁场中呈现磁性；而奥氏体是一种( 顺 )磁相，在磁 场中无磁性。 (23) 球化退火加温温度略高于 Ac1,以便保留较多的（ 未溶碳化物粒子 ）或较大的奥氏体 中的（ 碳浓度分布不均匀 ） ，促 进球状碳化物的形成。 (24)球化退火的主要目的是（ 降低硬度 ）,它主要适用于（ 过共析钢 ）钢。 (25) 亚共析钢的正常淬火温度范围是( AC3 以上 30+50℃ )，过共析钢的正常淬火温度范 围是（ AC1 以上 30+50℃ ） 。 (26) 淬火钢进行回火的目的是( 消除应力 )，回火温度越高，钢的强度与硬度越( 低 )。 (27) 合金元素中，碳化物形成元素有( Mo，W，V，Nb，Ti )。 (28) 促进晶粒长大的合金元素有( Mn，P，B )。 （29) 除( Co )、( Al )外，几乎所有的合金元素都使 Ms、Mf,点下降，因此淬火后相同碳质量 分数的合金钢与碳钢相比，残余奥氏体（ 多 ） ，使钢的硬度（下降） 。 （30）一些含有合金元素（ Mn，Cr，Ni ）的合金钢，容易产生第二类回火脆性，为了消除 第二类回火脆性，可采用( 快冷 )和( 加入 Mo 元素 )。
工程材料-习题1
习题一材料的结构与性能（二）填空题1．金属晶体中最主要的面缺陷是___晶界____。
2．γ-Fe、α-Fe的一个晶胞内的原子数分别为__4_、___2_。
（三）选择题1．晶体中的位错属于____ c ___。
a．体缺陷b．面缺陷c．线缺陷d．点缺陷2．两组元组成固溶体，则固溶体的结构____ a ___。
a．与溶剂相同b．与溶剂、溶质都不相同c．与溶质相同d．是两组元各自结构的混合3．间隙固溶体与间隙化合物的___ d ______。
a．结构相同，性能不同b．结构不同，性能相同c．结构相同，性能也相同d．结构和性能都不相同（四）是非题1．金属多晶体是由许多结晶方向相同的多晶体组成。
×2．形成间隙固溶体的两个元素可形成无限固溶体。
×3．间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。
√三、金属材料的性能（二）填空题1．材料常用的塑性指标有____断后伸长率(δ)___和_断面收缩率(ψ)______两种，2．检测淬火钢成品件的硬度一般用__HRC_____硬度，检测退火件、正火件和调质件的硬度常用__HRB_____硬度。
3．材料的工艺性能是指_铸造性能______、_锻压性能______、_焊接性能______、_切削加工性能______、_热处理工艺性能______。
（三）选择题1．在作疲劳试验时，试样承受的载荷为__ c ____。
a．静载荷b．冲击载荷c．交变载荷2．洛氏硬度C标尺使用的压头是___ b ___。
a．淬硬钢球b．金刚石圆锥体c．硬质合金球（四）是非题1．材料的强度高，其硬度就高，所以刚度大。
×2．碳的质量分数越高，焊接性能越差。
√3．钢的铸造性能比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。
×第二章金属材料的组织与性能的控制二、填空题1．结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的。
这两个过程是__形核___ 和__长大___ 。
2．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是_促使非自发形核(细化晶粒)____ 。
金属材料组织和性能之间的关系
金属材料组织和性能之间的关系金属材料是工程领域中常用的一种材料类型，具有优良的机械性能和工艺性能，广泛应用于航空航天、汽车制造、机械制造等领域。
金属材料的性能与其组织密切相关，不同的金属组织会对材料的性能产生不同的影响。
本文将从金属材料的组织和性能之间的关系进行探讨，希望能够对读者有所帮助。
一、金属材料的组织类型金属材料的组织可以分为晶粒组织、晶间组织和析出物组织等几种类型。
1. 晶粒组织晶粒是金属材料的最基本结构单元，晶粒组织是由相同晶格方向的晶粒所构成的。
晶粒的大小和形状对金属材料的性能影响很大，通常情况下，晶粒越小材料的强度和韧性就越高。
晶粒的形状也会影响材料的加工性能和抗蠕变性能。
2. 晶间组织晶间组织是晶粒间的结合部分，包括晶粒边界、晶粒内部和晶粒角点。
晶间组织对材料的变形、断裂和晶粒长大过程有很大影响，晶间组织稳定性的差异会导致材料的晶粒长大速率不同，从而影响材料的性能。
3. 析出物组织在金属材料中，随着合金元素的固溶度降低和温度条件变化，固溶体中的溶质元素会析出成颗粒状、纤维状或板状的固溶物。
析出物对金属材料的硬度、强度和耐热性能有很大影响，因此控制析出物的形态和分布对于改善金属材料的性能至关重要。
二、金属材料的性能与组织的关系金属材料的性能与其组织之间存在着密切的关系，各种组织因素对金属材料的性能有着不同的影响。
1. 强度和硬度晶粒的尺寸和形状对材料的强度和硬度有着直接的影响。
一般来说，晶粒越小，材料的强度和硬度就越高。
这是由于小晶粒的位错堆积障碍作用更加有效，使得材料的位移阻力增大，从而提高了材料的强度和硬度。
析出物的形态和分布也对材料的硬度和强度有显著的影响。
良好的析出物组织能够有效地阻碍位错的移动和增殖，从而提高材料的强度和硬度。
2. 塑性金属材料的塑性主要取决于晶间组织的稳定性和变形机制。
晶间组织稳定性差的材料，易发生显著的晶粒长大，从而使材料的屈服点和抗变形能力减弱。
而晶间组织稳定性好的材料，能够有效地抑制晶粒的长大，使其具有较好的变形能力。
材料成形金属学第8章材料的组织性能控制
材料成形金属学第8章材料的组织性能控制材料成形金属学是研究金属材料的成形过程和成形后的组织性能的一门学科。
材料的组织性能对于金属材料的工程应用至关重要，因为它直接影响材料的强度、韧性、塑性、硬度等机械性能，在材料的选择、设计和制造过程中具有重要意义。
在材料成形金属学的第八章中，主要研究材料的组织性能控制，即通过控制材料的组织结构来改善其性能。
一、材料成形过程中的组织变化材料的成形过程中会发生一系列的组织变化，其中最重要的是晶粒细化、凝固组织和析出物的形成。
晶粒细化是通过对材料进行热处理或变形加工来实现的，在晶粒细化过程中，材料的晶粒尺寸会减小，晶界面积增加，从而提高材料的强度。
凝固组织是指材料在凝固过程中形成的组织结构，它对材料的力学性能和耐蚀性能有着重要影响。
析出物是指在材料中形成的第二相，它影响材料的强度和韧性。
二、组织性能的控制方法1.热处理热处理是通过控制材料的加热和冷却过程来改变材料的组织结构和性能的方法。
常见的热处理方法包括退火、固溶处理、时效处理等。
通过热处理可以调节材料的晶粒细化、凝固组织和析出物的形成，从而改善材料的强度、韧性和耐腐蚀性能。
2.变形加工变形加工是通过对材料进行塑性变形来改变其组织结构和性能的方法。
常见的变形加工方法包括冷轧、热轧、挤压、拉伸等。
通过变形加工可以实现材料的晶粒细化、晶粒定向和析出物的形变，从而提高材料的强度和韧性。
3.化学处理化学处理是通过在材料表面形成一层化学膜来改变材料的组织结构和性能的方法。
常见的化学处理方法包括电镀、镀膜、喷涂等。
化学处理可以改善材料的耐腐蚀性能、耐磨性和耐高温性能。
三、组织性能控制的应用组织性能控制在金属材料的设计和制造过程中具有重要意义。
通过合理的组织性能控制可以实现材料对不同工况下的力学、热学和化学性能的要求。
例如，在航空航天工业中，需要制造高强度、高韧性和耐高温的材料，可以通过合适的热处理和变形加工来实现。
在汽车工业中，需要制造具有良好耐腐蚀性和耐磨性的材料，可以通过化学处理来实现。
工程材料练习题
工程材料习题第1章材料的结构与性能1.1金属材料的结构与组织（一）解释名词晶格、晶胞、晶粒、亚晶粒、晶界、晶体的各向异性、空位、刃型位错；合金、组元、相、组织、组织组成物、中间相、化合物；固溶体、间隙固溶体、置换固溶体、有限固溶体、无限固溶体；金属化合物、正常价化合物及其特点，电子化合物及其特点，间隙化合物、间隙相及其特点；强度、硬度、塑性、韧性。
（二）填空题2．金属晶体中最主要的面缺陷是和。
3．点缺陷有和两种；面缺陷中存在大量的。
4．γ-Fe、α-Fe的一个晶胞内的原子数分别为和。
5. 固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度。
8、金属材料的使用性能是指、金属材料的工艺性能是指。
9、屈服极限指标是，抗拉强度指标是。
10、表示塑性的指标是和。
（三）是非题1．因为单晶体是各向异性的，所以实际应用的金属材料在各个方向上的性能也是不相同的。
（）（四）选择正确答案1．晶体中的位错属于：a。
体缺陷；b．面缺陷；c．线缺陷；d．点缺陷。
2．α-Fe和γ-Fe分别属于什么晶格类型：a．面心立方和体心立方；b．体心立方和面心立方；c．均为面心立方；d．均为体心立方。
3. 固溶体的晶体结构与a．溶剂；b．溶质；c．其它晶型相同。
第二章金属材料组织和性能的控制2.1 纯金属的结晶（一）解释名词结晶、过冷度、自发晶核、非自发晶核、变质处理、同素异构转变。
（二）填空题1．结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个过程是和。
2．在金属学中，通常把金属从液态过渡为固体晶态的转变称为；而把金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为。
3．过冷度是指，其表示符号为。
4．过冷是结晶的条件。
5．细化晶粒可以通过、、和等途径实现。
6、在一般情况下，晶粒越小，则金属的、越好。
所以工程上使晶粒细化，是提高重要途径之一。
（三）是非题1．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
（）2．室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。
（）（四）选择正确答案1．金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：a．越高；b．越低；c．越接近理论结晶温度。
金属材料组织和性能的关系
金属材料组织和性能的关系力学性能是金属材料在承受外来载荷时所体现出来的性能，下面是搜集的一篇探究金属材料组织和性能关系的论文范文，欢迎阅读查看。
摘要：“组织决定性能，性能决定用途”，用这句话来形容金属材料再贴切不过了，由此也可以得出研究金属材料组织、性能及两者之间关系对我国工业化生产过程中选择合适的原材料和加工工艺的重要性。
金属材料的性能包括使用性能和工艺性能两个方面，无论是使用性能所包括的力学性能、物理性能和化学性能还是工艺性能所包括的铸造、锻压、焊接、热处理和切削加工性能都与金属原料组织有密切的联系，为此文章重点以铁碳合金和一些代表金属为例研究金属原料组织和性能之间的关系，论述不同金属材料组织及改变金属材料组织对其相关性能的影响。
关键词：金属材料组织;使用性能;工艺性能;关系金属材料一般是指纯金属和具有金属特征的合金材料。
金属材料大致可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要就是指钢铁产品，众所周知这也是目前我国工业化生产过程中最普遍和重要的金属材料。
相比黑色金属，有色金属在我国因其含量较少且加工难度相对而言比较大，使用范围就有所局限，所以它只会用于特殊零件的生产。
金属材料种类众多，性能各异，由此看来，在机械加工的过程中要根据实际需要选择合适的金属材料和加工工艺，就需要我们尽可能多地掌握金属材料的组织和性能及两者之间的关系。
1金属材料组织与使用性能之间的关系使用性能，顾名思义就是金属材料在应用过程中所展现出来的性能，主要包含力学性能、物理性能和化学性能，使用性能直接决定了金属材料的应用环境和使用寿命。
1.1金属材料组织与力学性能之间的关系力学性能是金属材料在承受外来载荷时所体现出来的性能。
就拿最常接触的铁碳合金来说它有5种基本组织，分别为铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。
铁素体强度和硬度低，塑性和韧性好;奥氏体塑性好，适合压力加工，强度和硬度比较高;渗碳体是铁和碳所组成的金属化合物，硬度高、脆性大;珠光体是铁素体和渗碳体组成的其力学性能介于两者之间;莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的，其硬度高、塑性差。
2.2合金的结晶
第二节 合金的结晶
2.2.1 二元合金的结晶
2.2.2 合金的性能与相图的关系
2.2.3 铁碳合金的结晶
匀晶相图
L→α
共晶相图
T,C
Ld (c e )
恒温
183
L+
c
L
d
L+
e
+
Pb Sn
包晶相图
T,C
Ld c e
恒温
L+
点：d(共晶点)
★cde上合金均共晶反应 ★d 点合金称为共晶合金 ★cd段—亚共晶合金 ★de段—过共晶合金
图2-15 Pb-Sn共晶相图
★cf—α相的固溶线。T降低，溶解度下降。α→βⅡ 。 二次结晶；次生相或二次相βⅡ
★eg—β相的固溶线。冷却β→αⅡ。
2、典型合金的结晶 合金Ⅰ的结晶过程
95 50 ( ) 100% 56.25% 95 15 ( ) 1 ( ) 43.75%
第二节 合金的结晶
2.2.1 二元合金的结晶
2.2.2 合金的性能与相图的关系
2.2.3 铁碳合金的结晶
2.2.3 铁碳合金的结晶
一、铁碳相图
铁和碳→Fe3C、 Fe2C、 FeC ω(C) >Fe3C成分（6.69%），太脆
恒温 Ld c e
图2-15 Pb-Sn共晶相图
共晶体（α + β）——两相（α 、β）的混合物
1. 相图分析
adb acdeb
液相线 固相线
线 cf Sn在Pb溶解度线
eg Pb在Sn溶解度线 cde 三相共存、共晶线
区:
单相区：L、α(Sn在Pb中的固溶体)、β (Pb在Sn中的固溶体) 两相区： L+α、 L+β、 α + β 三相共存区：cde(三相共存水平线、共晶线)
第5讲-金属材料组织和性能控制-应变强化和凝固
因此，通过对金属材料施加超过屈服强 度的应力我们就能够使其发生应变硬化；或 者说，在对金属材料进行冷作加工时，在材 料变形的同时，也使材料发生了加工硬化。 这就是许多制造技术如线材拉拔技术的基础。
图8-2图示说明了几种冷作加工（也可进 行热作加工）的材料制造技术。后面我们会 谈及热作加工和冷作加工的区别。许多制造 技术实质上就是变形和加工硬化同时进行的 冷作加工过程，如图8-2。
• 在材料的退火过程中，可能存在三个组织转变阶段。图8-14就是黄铜 退火时的三个阶段对黄铜材料性能的影响情况。
• 回复阶段 材料的冷作加工原始组织是由变形晶粒组成，晶粒中包括大量纠缠 的
位错。当对金属开始加热，附加的热能会让位错运动并形成多边化亚晶 粒结构的边界。此时，材料中的位错密度实际上并没有改变，这种低温 退火处理能够消除冷作加工产生的残余应力，但没有使位错密度发生变 化。因此，叫做回复阶段。
3、退火 • 冷作加工是一种非常有用的强化手段，它通过拉拔、扎制和挤压等方 法为材料成型提供了良好的实现途径。但是，冷作加工也会带来不期望 的问题，如材料塑性变差、存在残余应力等。由于冷作加工硬化产生的 根源是材料中的位错密度增加而形成的，那么我们就可以认定，任何能 够使冷作材料中位错排列改变或者消除的方法度应该能够消除冷作加工 带来的影响。 • 退火处理就是用来消除或部分去除冷作加工带来的影响的一种热处理 工艺。低温退火可以去除冷作加工产生的残余应力，而且对材料的机械 性能不会产生影响。而高温退火则可以用来完全消除冷作加工材料中的 加工硬化现象，退火后的工件硬度低，塑性好，而且表面质量和尺寸精 度都很好。而工件在退火处理后，还可以进行再次冷作加工。材料经过 多次反复的冷作加工和退火处理后，就可以实现材料的大程度变形。
ch2-3
[教学内容]
§3．1 Fe-Fe3C相图
§3．2 Fe-C合金平衡结晶过程 §3．3 复线铁碳相图 §3．4 铁碳相图的应用及局限 §3．5 钢在加热时的组织转变
§3．6 钢在冷却过程中的组织转变
[一般要求] 1.各类特殊性能铸铁的成分，组织，性能特点和应用； 2.白口铁的组织与性能。
[重点掌握] 1. 纯铁的同素异构转变； 2. 铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光 体、菜氏体的结构和性能特点及显微组织形貌； 3. 铁碳合金相图中各点、钱、区的含义，了解成份、温度、 组织、相之间的关系和变化规律，根据相图，分析各种典 型成份的铁碳合金的结晶过程； 4. 铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系； 5. 钢中常见杂质对钢的性能的影响？ 6. 碳钢的分类，编号和用途； 7. 铁碳相图的应用。 8. 铸铁的石墨化原理，石墨的形态，大小对铸铁性能的影 响，铸铁的性能特点及应用范围； 9. 各类铸铁的成份，组织和性能特点及牌号识别； 10. 铸铁的常用热处理的方法和目的。
（三）铸铁的石墨化过程
铸铁组织中析出石墨的过程-石墨化 1．两种形式 a. 按Fe-G相图从液相中或A中直接析去G。 b. 接Fe-Fe3C相图，先结晶出Fe3C，随后在一定条件下， Fe3C→Fe+G 2．液态直接析出石墨的过程 a. 第 I 阶段 过共晶成分L→L+GI (>1154℃)→AE+G（共晶）+GI (1154 ℃) 共晶成分L→AE+G（共晶） (1154 ℃) 亚共晶成分L→AE+G（共晶）+AE初生 (1154 ℃) b. 第 II 阶段——析出二次石墨 A→A+GII (1154 ℃ →738 ℃) c. 第 III 阶段——共析石墨 As'→Fp+G（共析）（738 ℃)
硬质合金的制备与性能控制
硬质合金的制备与性能控制硬质合金是一种重要的材料，在各个行业都有广泛的应用。
它由一种或多种金属硬质相和一种粘结相构成，具有高硬度、高强度、高耐磨性、高耐腐蚀性等特点。
本文将介绍硬质合金的制备和性能控制。
一、硬质合金的制备方法目前，硬质合金的制备方法主要有浸渗法、冶金法、化学气相沉积法等几种。
其中，浸渗法是最常用的制备方法之一。
浸渗法是在金属硬质相颗粒外面包覆一层具有粘结性的金属，形成金属-金属硬质相的复合材料。
首先，细粉末混合物被置于金属管内，然后将装置封闭并加热至高温。
高温下，金属管内的金属被熔化，通过浸渗方式进入细粉末的孔隙中，并在孔隙中冷却凝固，形成硬质合金。
浸渗法制造的硬质合金，形态和尺寸都受限制。
如果需要大块、大尺寸的硬质合金，则使用冶金法。
冶金法是使用粉末冶金的方法制备硬质合金的一种方法。
该方法将金属粉末、碳化物和粘结剂混合后，压制成为具有一定形状的坯料，随后进行烧结处理。
烧结处理的过程中，坯料表面和颗粒之间的金属颗粒被烧结在一起，形成大的颗粒或结晶体。
化学气相沉积法是运用化学反应，使气态前驱体在基体表面沉积而形成新材料的方法。
该方法的制备适用于生产高精度、高纯度、复杂的微细零件，并且具有材料转化速度快、组织性能好等优点。
二、硬质合金的性能控制硬质合金的性能控制是制造高质量硬质合金必不可少的一个环节。
硬质合金的性能取决于金属硬质相和粘结相之间的相互作用，因此，制备过程中应该注意以下几点。
1. 金属硬质相的选择金属硬质相是硬质合金的关键部分，因此注重硬质相的选择至关重要。
硬质相应具有高硬度、良好的耐磨性和耐蚀性。
在选择过程中，不同的应用领域需要不同的硬质相。
例如，在采矿行业中用于制作岩钻头的硬质合金通常使用WC（碳化钨）和Co（钴）的混合物。
在切削工具行业，高速钢通常使用TiC（碳化钛）、TaC（碳化钽）、Al2O3（氧化铝）等金属硬质相。
2. 粘结相的选择粘结相是金属硬质相之间的胶合剂。
金属材料组织和性能之间的关系
金属材料组织和性能之间的关系金属材料的组织是指金属内部的晶体结构、晶粒尺寸和晶界的排列方式等因素的综合描述，它直接影响着金属的性能。
金属材料的组织与性能之间有着密切的关系，以下将从晶体结构、晶粒尺寸和晶界排列等方面进行详细介绍。
金属材料的晶体结构是其组织的基础，常见的晶体结构有体心立方结构、面心立方结构和密堆积结构。
不同的晶体结构在金属材料的强度、硬度、塑性、导电性等方面表现出明显的差异。
体心立方结构具有较高的塑性和韧性，但其硬度和强度相对较低；面心立方结构具有较高的硬度和强度，但其塑性相对较差；密堆积结构介于两者之间，既具有较好的硬度和强度，又具有一定的塑性和韧性。
晶粒尺寸是金属材料组织中有机组织的基本单元，其尺寸大小直接影响材料的性能。
晶粒尺寸越小，金属材料的强度和硬度越高，塑性越差；相反，晶粒尺寸越大，金属材料的强度和硬度越低，塑性越好。
晶粒尺寸的大小受到多种因素的影响，包括材料的制备工艺、加工方式、热处理等。
晶界是相邻晶粒之间的界面，它在金属材料的组织和性能中起着重要的作用。
晶界的排列方式包括随机排列、定向排列和聚集排列等。
随机排列的晶界会导致晶粒内部的应力集中，从而降低材料的强度和塑性；定向排列的晶界可以减小晶粒内部的应力集中，提高材料的强度和塑性；聚集排列的晶界容易形成裂纹，降低材料的韧性。
合理控制晶界的排列方式对金属材料的性能具有重要的意义。
除了上述影响因素之外，金属材料的组织与性能之间还受到其他因素的综合影响，如材料的成分、形变速率、温度等。
不同的成分会影响金属材料的晶体结构和晶粒尺寸，进而影响材料的性能；不同的形变速率会导致不同的组织形貌，从而影响材料的强度和韧性；温度的变化会引起晶体结构的变化，从而影响材料的性能。
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1、铸锭结构
铸锭(件)的宏观组织通常 由三个区组成:
⑴ 细晶等轴区：浇注时，由 于冷模壁产生很大的过冷度及非 均匀形核作用，使表面形成一层 很细的等轴晶粒区。
⑵ 柱状晶区：由于模壁温度升高，结晶放出潜热， 使细晶区前沿液体的过冷度减小，形核困难。加上模 壁的定向散热，使已有的晶体沿着与散热相反的方向 生长而形成柱状晶区。
以液体中存在的固态杂质 为核心形核称非自发形核。
非自发形核比自发形核更 重要。
(2)、晶核的长大方式 晶核的长大方式有两种， 即均匀长大和树枝状长大。
均匀长大
树枝状长大
二、同素异构转变
物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异
构转变。同素异构转变属于
纯铁的同素异构转变
相变之一—固态相变。
度 叫长大速度(G)。 N/G比值越大，晶粒越细小. 因此，凡是促进形核、抑制
3、细化铸态金属晶粒的措施
⑴ 增大过冷度： 随过冷 度增加，N/G值增加，晶粒 变细。 ⑵ 变质处理： 又称孕育 处理。即有意向液态金属内 加入非均匀形核物质从而细 化晶粒的方法。所加入的非 均匀形核物质叫变质剂（或 称孕育剂）。
⑶粗等轴晶区: 由于结晶潜热的不断放出，散热速 度不断减慢，导致柱状晶生长停止，当心部液体全部 冷至实际结晶温度T1以下时，在杂质作用下以非均匀 形核方式形成许多尺寸较大的等轴晶粒。
2、铸锭晶粒形状的影响因素
晶粒的大小取决于晶核的形成速度和长大速度。
单位时间、单位体积内形 成
的晶核数目叫形核率(N)。 单位时间内晶核生长的长
行。
液态金属在理论结晶温 度以下开始结晶的现象称 过冷。 理论结晶温度与实际结 晶温度的差T称过冷度
T= T0 –T1 过冷度大小与冷却速度 有关，冷速越大，过冷度 越大。
2. 纯金属的结晶过程
(1)、晶核的形成
形核有两种方式，即自发 形核和非自发形核。
由液体中排列规则的原子 团形成晶核称自发形核。
非晶态材料的特殊结构导致其具有优异的物理和化学性能。例如 很高的室温强度、硬度和刚度，良好的韧性、耐蚀性。有些成分 的非晶合金（Fe基）具有高导磁性、高磁感、低矫顽力等特性。
2. 微晶合金
晶粒尺寸在μm级的合金成为微晶合金。微晶材料也具有高强度、
硬度和刚度，良好的韧性、耐蚀性等。
3. 纳米级超细微晶
⑶ 振动、搅拌等：对正在结晶的金属进行振动或 搅动，一方面可靠外部输入的能量来促进形核， 另一方面也可使成长中的 枝晶破碎，使晶核数目显 著增加。
电磁搅拌细化晶粒示意图
超声振动细化晶粒示意图
四、单晶的制取
单晶是电子元件和激光 元件的重要材料。制备 单晶的基本要求是液体 结晶时只存在一个晶核， 要严格防止另外形核。
1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两次
晶体结构变化，其变化为：
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立 方结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
三、铸锭结构及其控制
在实际生产中，液态金属被 浇注到锭模中便得到铸锭，而 注入到铸型模具中成型则得到 铸件。 铸锭(件)的组织及其存在的 缺陷对其加工和使用性能有着 直接的影响。
五、快速凝固技术与应用
快速凝固技术是使液态金属以极大的冷速进行冷 却，获得的组织结构和性能都与模铸的同成份合金 有很大变化的金属的技术。方法主要分为三大类， 即模冷技术、雾化技术和表面快熔急冷技术。
单辊法快速凝固
雾化法快速凝固
快速凝固技术可以制造非晶态合金、微晶合金、准晶 合金和纳米超细微晶等材料。 1. 非晶态合金
是指几个原子到几百个原子大小的结晶集团。主要特点是1) 晶界 比例大。2）晶界状态处于大块晶体和纳米微晶之间。
小结
纯金属的结晶条件 结晶过程 同素异构转变 铸锭宏观组织 细化铸态金属晶粒的措施
第二章 金属材料组织与性能的控制
物质由液态转变为固 态的过程称为凝固。
物质由液态转变为晶 态的过ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ称为结晶。
物质由一个相转变为 另一个相的过程称为 相变。因而结晶过程 是相变过程。
玻璃制品 水晶
第一节 纯金属的结晶
一、纯金属的结晶 1. 纯金属结晶的条件 纯金属都有一个理论 结晶温度T0(熔点或平衡 结晶温度)。在该温度下, 液体和晶体处于动平衡 状态。 结晶只有在T0以下的实际结晶温度下才能进