第2章金属材料组织和性能的控制6
(完整版)金属材料与热处理题库及答案
金属材料与热处理习题及答案第一章金属的结构与结晶一、判断题1、非晶体具有各同性的特点。
( √)2、金属结晶时，过冷度越大，结晶后晶粒越粗。
(×)3、一般情况下，金属的晶粒越细，其力学性能越差。
( ×)4、多晶体中，各晶粒的位向是完全相同的。
( ×)5、单晶体具有各向异性的特点。
( √)6、金属的同素异构转变是在恒温下进行的。
( √)7、组成元素相同而结构不同的各金属晶体，就是同素异构体。
( √)8、同素异构转变也遵循晶核形成与晶核长大的规律。
( √)10、非晶体具有各异性的特点。
( ×)11、晶体的原子是呈有序、有规则排列的物质。
( √)12、非晶体的原子是呈无序、无规则堆积的物质。
( √)13、金属材料与热处理是一门研究金属材料的成分、组织、热处理与金属材料性能之间的关系和变化规律的学科。
( √)14、金属是指单一元素构成的具有特殊的光泽延展性导电性导热性的物质。
( √)15、金银铜铁锌铝等都属于金属而不是合金。
( √)16、金属材料是金属及其合金的总称。
( √)17、材料的成分和热处理决定组织，组织决定其性能，性能又决定其用途。
( √)18、金是属于面心立方晶格。
( √)19、银是属于面心立方晶格。
( √)20、铜是属于面心立方晶格。
( √)21、单晶体是只有一个晶粒组成的晶体。
( √)22、晶粒间交接的地方称为晶界。
( √)23、晶界越多，金属材料的性能越好。
( √)24、结晶是指金属从高温液体状态冷却凝固为固体状态的过程。
( √)25、纯金属的结晶过程是在恒温下进行的。
( √)26、金属的结晶过程由晶核的产生和长大两个基本过程组成。
( √)27、只有一个晶粒组成的晶体成为单晶体。
( √)28、晶体缺陷有点、线、面缺陷。
( √)29、面缺陷分为晶界和亚晶界两种。
( √)30、纯铁是有许多不规则的晶粒组成。
( √)31、晶体有规则的几何图形。
( √)32、非晶体没有规则的几何图形。
金属材料与热处理课后习题答案
4、γ—Fe转变为α—Fe时，纯铁体积会（ ）。
A、收缩 B、膨胀 C、不变
四、名词解释
1、晶格与晶包
2、晶粒与晶界
3、单晶体与多晶体
五、简述
1、生产中细化晶粒的常用方法有哪几种为什么要细化晶粒
2、如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸铁晶粒的大小。
（1）金属模浇注与砂型浇注
4、金属的实际结晶温度均低于理论结晶温度。（ ）
5、金属结晶时过冷度越大，结晶后晶粒越粗。（ ）
6、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好。（ ）
7、多晶体中各晶粒的位向是完全相同的。（ ）
8、单晶体具有各向异性的特点。（ ）
9、在任何情况下，铁及其合金都是体心立方晶格。（ ）
10、同素异构转变过程也遵循晶核形成与晶核长大的规律。（ ）
5、渗碳体的含碳量为（ ）%。
A、 B、 C、
6、珠光体的平均含碳量为（ ）%。
A、 B、 C、
7、共晶白口铸铁的含碳量为（ ）%。
A、 B、 C、
8、铁碳合金共晶转变的温度是（ ）℃。
A、727 B、1148 C、1227
9、含碳量为%的铁碳合金，在室温下的组织为（ ）。
A、珠光体 B、珠光体加铁素体 C、珠光体加二次渗碳体
11、金属材料抵抗 载荷作用而 的能力，称为冲击韧性。
12、填出下列力学性能指标的符号：屈服点 ，抗拉强度 ，洛氏硬度C标尺 ，伸长率 ，断面收缩率 ，冲击韧性 ，疲劳极限 。
二、判断（正确打“√”，错误打“×”，下同）
1、弹性变形能随载荷的去除而消失。（ ）
2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显着的屈服现象。（ ）
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。
第2章 金属材料的组织与性能控制
1. 同素异构转变。 2. 匀晶相图的分析方法。 3. 合金相图与性能的关系。
思考题
1. 为什么要生产合金？与纯金属相比，合金有哪些优越性？ 2. 固溶体中，溶质元素含量增加时，其晶体结构和性能会发生什么变化？ 3. 试比较共晶反应和共析反应的异同点。 4. 为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金，而压力加工的合金常选用
ES线：C在A中的固溶线
PQ线：C在F中的固溶线
2．铁碳合金的平衡结晶过程
Fe-C 合金分类
工业纯铁 —— C % ≤ 0.0218 %
钢 —— 0.0218 % ＜ C % ≤ 2.11 % 亚共析钢 ＜ 0.77 % 共析钢 ＝ 0.77 % 过共析钢 ＞ 0.77 %
白口铸铁 —— 2.11 % ＜ C % ＜ 6.69 %
室温组织
F + Fe3CⅢ (微量)
500×
(2)共析钢 ( C % = 0.77 % )结晶过程
P中各相的相对量：
Fe3C % = ( 0.77 – xF ) / ( 6.69 – xF )
≈ 0.77 / 6.69 = 12 %
F % ≈ 1 – 12 % = 88 %
珠光体
强度较高，塑性、韧性和硬度介于 Fe3C 和 F 之间。
Ni 80 100
匀晶合金的结晶过程
L
T,C
T,C
L
1500
1455
L
1400 1300
c
a
L+
匀晶转变 L
1200d
1100 1000 1083
b
L
C匀u 晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的N熔i 点，
第二章 金属材料的塑性变形与性能
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根据载荷作用性质不同：
a）拉深载荷 --拉力 b）压缩载荷 —压力 c）弯曲载荷 --弯力 d）剪切载荷--剪切力 e）扭转载荷--扭转力
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2.内力 （1）定义 工件或材料在受到外部载荷作用时，为使其不变形，在 材料内部产生的一种与外力相对抗的力。 （2）大小 内力大小与外力相等。 （3）注意 内力和外力不同于作用力和反作用力。
2
§1.金属材料的损坏与塑性变形
1.常见损坏形式
a）变形
零件在外力作用下形状和尺寸所发生的变化。 （包括：弹性变形和塑性的现象。
c）磨损
因摩擦使得零件形状、尺寸和表面质量发生变化的现象。
3
2.常见塑性变形形式 1）轧制 （板材、线材、棒材、型材、管材）
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2）应用范围 主要用于：测定铸铁、有色金属及退火、正火、 调质处理后的各种软钢或硬度较低的 材料。 3）优、缺点 优点：压痕直径较大，能比较正确反映材料的平均 性能；适合对毛坯及半成品测定。 缺点：操作时间比较长，不适宜测定硬度高的材料； 压痕较大不适合对成品及薄壁零件的测定。
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2.洛氏硬度（HR）——生产上应用较广泛 1）定义 采用金刚石压头直接测量压痕深度来表示材料的硬度值。 2）表示方法
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3.应力 （1）定义 单位面积上所受到的力。 （2）计算公式 σ= F/ S（ MPa/mm2 ） 式中： σ——应力； F ——外力； S ——横截面面积。
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二、金属的变形 金属在外力作用下的变形三阶段： 弹性变形 弹-塑性变形 断裂。 1.特点 弹性变形： 金属弹性变形后其组织和性能不发生变化。 塑性变形： 金属经塑性变形后其组织和性能将发生变化。 2.变形原理 金属在外力作用下，发生塑性变形是由于晶体内部 缺陷—位错运动的结果，宏观表现为外形和尺寸变化。
工程材料习题
(一)名词解释晶体、非晶体(一)名词解释空间点阵、晶格、晶胞、致密度、空位、刃型位错、固溶体、间隙相(二)填空题1．金属晶体中最主要的面缺陷是_______。
2 ．γ -Fe、α -Fe 的一个晶胞内的原子数分别为___、____。
(三)选择题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2．两组元组成固溶体，则固溶体的结构_______。
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_________。
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。
(五)综合题1．实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？(一)名词解释弹性变形、塑性变形、冲击韧性、疲劳强度、、、 、HB、HRCb s(二)填空题1．材料常用的塑性指标有_______和_______两种，2．检测淬火钢成品件的硬度普通用_______硬度，检测退火件、正火件和调质件的硬度常用_______硬度。
1．材料的工艺性能是指_______、_______、_______、_______、_______。
(三)选择题1．在作疲劳试验时，试样承受的载荷为______。
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______。
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。
(五)综合题b1．某种钢的抗拉强度＝5.38×108MPa，某一钢棒直径为10mrn，在拉伸断裂时直径变为8mm，问此棒能承受的最大载荷为多少？断面收缩率是多少？2．一根直径为2.3mm、长3m 的钢丝、受载荷4900N 后有多大的变形。
第二章金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化
金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料，这不仅是由于其来源丰富，生产工艺简单、成熟，而且还因为它具有优良的性能。
通常所指的金属材料性能包括以下两个方面：1．使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能(强度、硬度、刚度、塑性、韧性等)，物理性能(密度、熔点、导热性、热膨胀性等)，化学性能(耐蚀性、热稳定性等)。
使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和使用寿命。
2 工艺性能即材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适应各种冷、热加工的性能，例如锻造，焊接，热处理，压力加工，切削加工等方面的性能。
工艺性能对制造成本、生成效率、产品质量有重要影响。
1．1材料力学基本知识金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至断裂。
材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。
锅炉压力容器材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等这些性能指标可以通过力学性能试验测定。
1．1．1 强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。
材料强度指标可以通过拉伸试验测出。
把一定尺寸和形状的金属试样(图1～2)装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。
根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该金属的拉伸曲线(图1—3)。
在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的一些数据。
图1—3所示的曲线，其纵坐标是载荷P(也可换算为应力d)，横坐标是伸长量AL(也可换算为应变e)。
所以曲线称为P—AL曲线或一一s曲线。
图中曲线A是低碳钢的拉伸曲线，分析曲线A，可以将拉伸过程分为四个阶段：1．弹性阶段即曲线的o-e段，在此段若加载不超过e点的应力值，卸载后试件的变形可全部消失，故e点的应力值为材料只产生弹性变形时应力的最高限，称为弹性极限，曲线的o～e’段为直线，在此段内应力与应变成正比，即材料符合虎克定律，该段称为线弹性阶段。
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.
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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
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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
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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
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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
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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
工程材料第二节知识点
工程材料第二章金属材料组织和性能的控制一、名词解释。
一次结晶过冷度二次结晶自发晶核非自发晶核同素异构转变变质处置相图支晶偏析扩散退火变质处置共晶反映组织（组成物）变形织构加工硬化再结晶临界变形度热处置过冷奥氏体退火马氏体淬透性淬硬性调质处置滑移再结晶冷加工热加工过冷度实际晶粒度本质晶粒度淬火回火正火一次结晶：通常把金属从液态转变成固体晶态的进程称为一次结晶过冷度：理论结晶温度与开始结晶温度之差叫做过冷度，它表明金属在液体和固态之间存在一个自能差二次结晶：金属从一种固体晶态转变成另一种固体晶态的进程称为二次结晶或重结晶（或金属的同素异构转变）自发晶核：从液体结构内部由金属原子本身自发长出的结晶核心叫做自发晶核非自发结晶：杂质的存在常常能够增进晶核形成，依附于杂质而生成的晶核叫做非自发结晶同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变成另一种晶格的现象，称为同素异构转变变质处置：指在液体金属中加入孕育剂或变质剂，增加非自发晶核的数量或阻止晶核的长大，以细化晶粒和改善组织相图：是表明合金系中各类合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明示用意，也称为平衡图或状态图支晶偏析：固溶体在结晶进程中冷却过快，原子扩散不能充分形成成份不均匀的固溶体的现象扩散退火：为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成份和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线的温度，长时刻保温并进行缓慢冷却的热处置工艺，称为扩散退火或均匀化退火共晶反映：有一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反映组织（组成物）：指合金组织中具有肯定本质、必然形成机制的特殊形态的组成部份。
组织组成物能够是单相，或是两相混合物变形织构：金属塑性变形专门大（变形量达到70%以上）时，由于晶粒发生转动，使各晶粒的位向趋于一致，这种结构叫做形变织构加工硬化：金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象称为加工硬化再结晶：变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉成（或压扁）破碎的晶粒通过从头形核和长大变成新的均匀、细小的等轴晶，那个进程称为再结晶临界变形度：再结晶时使晶粒发生异样长大的预先变形度称做临界变形度热处置：是将固态金属或合金在必然介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而取得所需性能的工艺过冷奥氏体：从铁碳相图可知，当温度在A1（PSK线/共析反映线）以上时奥氏体是稳固的，能长期存在，当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体（过冷A）退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一按时刻，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）热处置工艺叫做退火-马氏体：碳在α－Fe中的过饱和固溶体淬透性：钢同意淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性淬硬性：钢淬火后硬度会大幅度提高，能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性调质处置：通常把淬火加高温回火称为调质处置滑移：在切应力的作用下，晶体的一部份沿必然的晶面（滑移面）上的必然方向（滑移方向）相对于另一部份发生滑动的进程叫做滑移冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工实际晶粒度：某一具体的热处置或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫做实际晶粒度本质晶粒度：钢加热到（930±10℃），保温8h，冷却后测得的晶粒度叫做本质晶粒度淬火：将钢加热到相变温度以上，保温一按时刻，然后快速冷却以取得马氏体组织的热处置工艺称为淬火回火：钢件淬火后，为了消除内应力并取得所要求的组织和性能，将其加热到Ac1(PSK线/共析反映线)以下某一温度，保温一按时刻，然后冷却到室温的热处置工艺叫做回火正火：钢材或钢件加热到Ac3（对于亚共析钢）、Ac1（对于共析钢）和Accm（对于过共析钢）以上30~50℃，保温适那时刻后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处置称为正火一次渗碳体是从液相包晶进程中直接析出二次渗碳体是从奥氏体中析出三次渗碳体是从铁素体中析出珠光体：铁素体+渗碳体高温莱氏体Le（A+Fe3C）：奥氏体+渗碳体低温莱氏体Le’(P+Fe3CⅡ+Fe3C)：珠光体+二次渗碳体+渗碳体二、填空。
金属材料与热处理教材习题答案
《金属材料与热处理》教材习题答案作者：陈志毅绪论1．金属材料与热处理是一门怎样的课程？答：金属材料与热处理这门课程的内容主要包括金属材料的基本知识、金属的性能、金属学基础知识和热处理的基本知识等。
2．什么是从属与从属材料？答：所谓金属是指由单一元素构成的具有特殊的光泽、延展性、导电性、导热性的物质。
如金、银、铜、铁、锰、锌、铝等。
而合金是指由一种金属元素与其它金属元素或非金属元素通过熔炼或其它方法合成的具有金属特性的材料，所以金属材料是金属及其合金的总称，即指金属元素或以金属元素为主构成的，并具有金属特性的物质。
3．怎样才能学好金属材料与热处理这门课程？答：金属材料与热处理是一门从生产实践中发展起来，又直接为生产服务的专业基础课，具有很强的实践性，因此在学习时应结合生产实际，弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其组织，组织决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；认真完成作业和实验等教学环节，就完全可以学好这门课程的。
第一章金属的结构与结晶1．什么是晶体和非晶体？它们在性能上有什么不同？想一想，除了金属，你在生活中还见过哪些晶体？答：原子呈有序、有规则排列的物质称为晶体；而原子呈无序、无规则堆积状态的物质称为非晶体。
晶体一般具有规则的几何形状、有一定的熔点，性能呈各向异性；而非晶体一般没有规则的几何形状和一定的熔点，性能呈各向同性。
生活中常见的食盐、冰糖、明矾等都有是典型的晶体。
2．什么是晶格和晶胞？金属中主要有哪三种晶格类型？它们的晶胞各有何特点？答：假想的能反映原子排列规律的空间格架，称为晶格。
晶格是由许多形状、大小相同的小几何单元重复堆积而成的。
我们把其中能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元称为晶胞。
金属中主要有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三种晶格类型，体心立方晶格的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心；面心立方晶格的晶胞也是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的中心；密排六方晶格的晶胞是一个正六棱柱，原子除排列于柱体的每个顶点和上、下两个底面的中心外，正六棱柱的中心还有三个原子。
材料的内部结构、组织与性能
概述
材料的种类千千万万，性能也各有不同，但影响材料性能的内在因素是：
材料性能与成分和组织的关系就像数学中的复合函数关系：P=f（x，y），其中y=y（n1， n2，n3，…），可见，只要改变或改善任一个因素（自变量），都将引起材料性能的变化。
材料的结构是指组成材料的原子（或离子、分子）的聚集状态，可分为三个层次，如图2.1 所示：一是组成材料的单个原子结构和彼此的结合方式（金属键、离子键、共价键、分子键）， 二是原子的空间排列，三是微观与宏观组织。材料的性能除与其组成原子或分子的种类有关外， 主要取决于它们的聚集状态，即材料的组织（结构）。
§2-1 材料的内部结构（简称材料的结构）
金属材料不同层次的结构示意图 (a)原子结构 (b)原子排列 (c)晶粒 (d)合金组织形貌 绝大数工程材料的使用状态为固态，固态材料（物质）的结构即构成材料的原子（或分子）在 三维空间的结合和排列状况。
固态材料（物质）的结构
晶体-原子(或分子)呈周期性规则排列
§2-1 材料的内部结构
实际金属材料的晶体内部原子排列和结合并不象理想晶体那样规则和完整，原因在 于金属材料由冶炼的高温向室温的凝固(晶体形成)冷却过程总是存在着一些现象：结晶 的不完整性→晶体缺陷（点缺陷、线缺陷和面缺陷），收缩性→缩孔、缩松、内应力等， 其他现象如晶粒粗大、杂质、偏析、二次相析出等，这些现象造成了实际晶体及组织的 不完整性，并对金属（和陶瓷）的许多性能产生极其重要的影响。
• 相构成了组织 单相组织，多相组织；相的形态、尺寸、相对数量 和分布的不同，形成了各种各样的组织，组织决定了材料的性能。
• 合金相图是合金成分、温度与合金系所处状态间关系的简明图解； 反映了合金系在给定条件下的相平衡关系，是研究相与组织转变及 其规律的重要工具。合金的元通常是元素如Cu-Ni、Pb-Sn、Al-Si等， 也可是在研究范围内不发生任何反应的化合物如Fe-Fe3C。
金属材料的结构与组织 36页PPT文档
2.固溶体
• 根据溶质原子在溶剂中所处位置不同，固溶体可分为间隙 固溶体和置换固溶体两大类。 (1)间隙固溶体 如图2-10(a)所示。 (2)置换固溶体 如图2-10(b)所示。
docin/sundae_meng
图2-10 晶格结构模型
2.1.4 金属材料的组织
图2do-1ci2n/su大nd分ae_子me链ng的形态
(3)空间构型 • 图2-13 所示为乙烯聚合物常见的三种空间构型。
图2-13 乙烯聚合物的立体异构
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2.大分子链的构象及柔性
图2-14 do分cin/子sun链da的e_m内en旋g 转示意图
3.高分子材料的聚集态 • 图2-15为聚合物三种聚集态结构示意图。
(1‰～1%)。如图2-29所示。
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图2-29 晶格构造模型
总之，陶瓷材料的性能特点是: 具有不可燃烧性、高耐热性、高化 学稳定性、不老化性、高硬度和良 好的抗压能力，但脆性很高，温度 急变抗力很低，抗拉、抗弯性能差。
docin/sundae_meng
思考题
• 2-1 什么叫晶体?什么叫非晶体? • 2-2 什么叫晶格?什么叫晶胞? • 2-3 常见的金属晶体有哪几种? • 2-4 铁有哪几种同素异晶体? • 2-5 晶体缺陷有哪几种?它们对力学性能有什么影响? • 2-6 什么叫固溶体?什么叫固溶强化现象? • 2-7 什么叫金属化合物?它有何特征? • 2-8 什么叫金属的组织? • 2-9 试述晶粒大小与力学性能的关系。 • 2-10 什么叫高分子材料?简述高分子材料的结构。
图2-22 橡胶在do一cin个/su承nd载ae_周me期ng中的应力-应变曲线
第2章 贵金属材料学基础及性能
固溶体 固溶体是以某一组元为 溶剂，在其晶体点阵中溶入 其他组元原子（溶质原子） 所形成的均匀混合的固态溶 体，它保持着溶剂的晶体结 构类型。它包括置换固溶体 以及间隙固溶体两大类。
置换固溶体 当溶质原子溶入溶剂中 形成固溶体时，溶质原子占 据溶剂点阵的阵点，或者说 溶质原子置换了溶剂点阵的 部分溶剂原子，这种固溶体 就称为置换固溶体。金属元 素彼此之间一般都能形成置 换固溶体，但溶解度视不同 元素而异，有些能无限溶 解，有的只能有限溶解。
贵金属的一些重要物理参数
名称 原子 系数 相对 原子 质量 基态 电子 层结 构 原子 半径 (pm) 第一 电离 能(eV) 电负 性(1) 晶体 结构 颜色 银(Ag) 47 107.88 金(Au) 79 196.97 铂(Pt) 78 195.09 钯(Pd) 46 106.4 铱(Ir) 77 192.2 铑(Rh) 45 102.91 锇(Os) 76 109.2 钌(Ru) 44 101.07
如： ＜200℃ PdO2 1130℃ Rh2O3 ＞ 370℃ PtCl4 IrS2 →
CO2中
＞ 200℃ → PdO 1121℃ → RhO 435℃ PtCl3 IrS →
CO2中
870℃ → Pd2O 1127℃ → Rh2O 582℃ PtCl3 Ir → Pt → Rh → Pd
→
→
简单三斜
简单单斜
底心单斜
简单正交
体心正交
底心正交
面心正交
简单六方
简单菱方
简单四方
体心四方
简单立方
体心立方
面心立方
三、贵金属的晶体结构
面心立方结构（A1）face - centred cubic lattice 常见金属晶体结构 体心立方结构（A 2）body - centred cubic lattice 密排立方结构（A ）hexagonal close - packed lattice 3
习题册参考答案-《金属材料与热处理(第七版)习题册》-A02-3671
金属材料与热处理（第七版）习题册参考答案绪论一、填空题1.石器青铜器铁器水泥钢铁硅新材料2.材料能源信息3.405% 金属材料4.金属材料的基本知识金属的性能金属学基础知识热处理的基本知识金属材料及其应用5.成分热处理用途二、选择题1.A2.B3.C三、思考与练习1.答：为了能够正确地认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥它们的潜力，就必须熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。
为此，需要比较深入地去学习和了解有关金属材料的知识。
2.答：3.答：要弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和试验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。
第一章金属的结构与结晶§1—1 金属的晶体结构1.非晶体晶体晶体2.体心立方面心立方密排六方体心立方面心立方密排六方3.晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷二、判断题1．√ 2．√ 3．×4．×三、选择题1．A 2．C 3．C四、名词解释1．答：晶格是假想的反映原子排列规律的空间格架；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
2．答：只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体；由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的晶体称为多晶体。
五、思考与练习答：三种常见的金属晶格的晶胞名称分别为：（体心立方晶格）（面心立方晶格）（密排六方晶格）§1—2 纯金属的结晶一、填空题1.液体状态固体状态2.过冷度3.冷却速度冷却速度低4.形核长大5.强度硬度塑性二、判断题1．×2．×3．×4．√ 5．√6．√1．CBA 2．B 3．A 4．A四、名词解释1．答：结晶指金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。
在结晶的过程中放出的热量称为结晶潜热。
2．答：在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素异构转变。
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。
第2章金属材料的组织结构
均匀长大
实际金属结晶主要以树枝状长
大。因为存在负温度梯度，且晶核
棱角处散热好，生长快，先形成一
次轴，一次轴产生二次轴…，树枝
间最后被填充。
负温度梯度
树枝状长大
树枝状长大的实际观察(定向凝固)
二、晶粒大小及其控制
1、晶粒度 表示晶粒大小的尺度
总长度。
= S/V(cm/cm3或1/cm2)
金属的位错密度为104~1012/cm2；
位错对性能的影响：
金属的塑性变形主要由位错 运动引起，因此阻碍位错运动是 强化金属的主要途径。
减少或增加位错密度都可以
提高金属的强度。
金属晶须
退火态
(105-108/cm2)
加工硬化态
(1011-1012/cm2)
光学金相显示的纯铁晶界
多晶体示意图
⑵ 晶体缺陷
晶格的不完整部位称晶体缺陷。
实际金属中存在着大量的晶体缺陷，按形状可分三类,
即点、线、面缺陷。
① 点缺陷 ：空间三维方向上尺寸都很小的缺陷。
空位：晶格中某些缺排原子的空结点。 间隙原子：挤进晶格间隙中的原子。可以是基体金属原子，
也可以是外来原子。 置换原子：取代原来原子位置的外来原子称置换原子。
中。因而高温下晶粒过大、过小都
不好。
的晶 关粒 系大
小 与 金 属 强 度
s= i+Kd-1/2
单晶叶片
2.1.3 金属的同素异构转变
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。 同素异构转变属于相变之一—
固态相变。
纯铁的同素异构转变
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)
工程材料培训课程(共58张PPT)
历史充分说明，我们勤劳智慧的祖先，在
材料的创造和使用上有着辉煌的成就，为人
类文明、世界进步作出了巨大贡献。
想一想：中华民族对材料发展作出了 重大贡献，你能再举出几个例子来吗？
0.1.2 新材料新工艺重大成果
一、新材料新工艺迅速发展
●高分子材料迅速发展 在当代，科学技术和生产飞跃发展。 从 20世纪60年代到70年代，高分子材料每 材料、能源与信息作为现代社会和现代技术 年以 14％的速度增长。到70年代中期，全世 的三大支柱，发展格外迅猛。 界的高分子材料和钢的体积产量已经相等。 高分子材料用作结构 材料代替钢铁外，目前 正在研究和开发具有良 好导电性能和耐高温的 高分子材料。
铁人
黄河镇河大铁牛(唐开元12年铸)
●我国古代创造了三种炼钢方法
●从矿石中直接炼出自然钢。用这种钢
做的剑在东方各国享有盛誉，东汉时传入 了欧洲； ●西汉时期的经过“百次”冶炼锻打的 百炼钢； ●南北朝时期生产的灌钢。先炼铁后炼 钢的两步炼钢技术我国要比其它国家早 1600多年。
●钢的热处理技术达到相当高的水平
课程的目的是使学生通过学习，在掌握机械 工程材料的基本理论及基本知识的基础上，具 备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构 零件进行合理选材及制订零件工艺路线的初步 能力。
由于能源、材料和信息是现代社会和现代科 学技术的三大支柱，学习并掌握工程材料的基 础知识，对于工科院校机械类专业的学生是十 分必要的。
在人类的发展史上，最先使用的工具是石 器。 中华民族的祖先用坚硬的燧石和石英石等 天然材料制成石刀、石斧、石锄。
石器
石斧
二、陶器与瓷器的发明和使用
新石器时代(公元前6000年～公元前5000 年)，中华民族的先人们用粘土烧制成陶器。
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表面工程技术分类
表面热处理、化学热处理 表面机械强化处理（喷丸强化） 电镀、电刷镀 热喷涂 气相沉积镀膜 高能束(激光、电子束）表面处理
2.6.1 电刷镀
一、电镀
把工件置于装有电镀液的镀槽中，工件接直 流电源的负极，作为阴极。阳极板接直流电源 的正极，镀液中金属离子在阴极上得到电子还 原成金属原子，工件表面得到电镀层。
平面零件电刷镀
轴类零件电刷镀过程
2. 电刷镀的特点
（1）设备简单、工艺灵活、操作方便, 可现 场作业，局部刷镀；
（2）刷镀的速度是一般槽镀的10～15倍，辅 助时间少；节约能源，是槽镀耗电量的几十分之 一；
（3）镀层结合强度较高。在钛、铝、铜、高 合金钢和石墨上也具有较高的结合强度；
（4）操作安全，刷镀液可循环使用, 耗量小， 对环境污染小。
(3) 生产效率较高，成本低，效益显著。
二、热喷涂层形貌
喷涂层—— 过渡层—— 基 材——
热喷涂层
三、热喷涂方法
热喷涂方法
1. 火焰喷涂 以氧-乙炔火焰为热源，以喷涂粉末材料为主 的热喷涂方法。
火焰喷涂喷枪
火焰喷涂
氧-乙炔火焰温度大约为3000 ℃，喷射速
度约150 m/s，结合强度5 MPa～10 MPa。
镀铜： CuSO4 → Cu+2+SO4-2 Cu+2+2e → Cu
电镀示意图
普通电镀的过程：
（1）金属的水合离子或络合离子从溶液内部迁
移到阴极界面；
（2）水合离子脱水或络合离子解离，金属离子
在阴极上得到电子发生还原反应生成金属原子；
（3）还原的原子进入晶格结点。
应用：提高零件耐磨耐蚀
性，如自行车钢圈、活塞环。
●应用 用于材料表面的强化、提高耐磨、耐 蚀性，也可用于磨损件的表面修复。
如油田抽油机主轴轴颈磨损，采用电弧喷涂 技术进行修复，取得显著经济效益。
2.6.3 气相沉积技术
一、气相沉积技术简介
气相沉积技术 在真空下用各种方法 获得的气相原子或分子在基体材料表 面沉积以获得薄膜的技术。 制备超硬、耐蚀、耐热、抗氧化的薄膜； 制备磁记录、光敏、热敏、光电转换等功能薄膜； 制备装饰性镀膜。 气相沉积技术分为： 物理气相沉积PVD(Physical Vapour Deposition) 化学气相沉积CVD(Chemical Vapour Deposition)
硬铝刷镀镍磷耐磨层
电刷镀应用
例1：T68镗床主轴 材料为铸钢, 长约一米, 轴颈表面大面积划伤。 采用电刷镀进行修复。 表面清理后，进行电净、活化。 用特殊镍打底层，用快速镍增加镍层厚度至要 求尺寸，抛光后装机使用。 工艺简单、成本低廉，镀层和基体结合良好， 耐磨性好。 主轴修复后，满足使用要求。
二、物理气相沉积
在沉积环境中，以各种物理方法产生的 原子或分子沉积在基体上，形成薄膜或 涂层的过程称为物理气相沉积（PVD）。
1. 真空蒸镀 在高真空中使金属合金 或化合物蒸发，然后凝聚 在基体表面上的方法。 采用电阻加热、电子束 加热、高频感应加热、激 光加热、离子蒸镀等。
2.6 表面技术
概述
表面技术 通过物理、化学工艺方法使材 料表面具有与基体材料不同的组织结构、 化学成分和物理状态，使表面具有与基体 材料不同的性能的技术。
表面处理后的材料，基体材料的化学成分和 力学性能并未发生变化，但表面却具有一些特 殊性能，
如高的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性、耐热性、 导电性、电磁特、光学性能等。
2.6.2 热喷涂技术
热喷涂技术 将金属或非金属固体材料 加热至熔化或半熔软化状态，然后将它 们高速喷射到工件表面上，形成牢固涂 层的表面加工方法。
一、热喷涂技术的特点
(1) 涂层和基体材料广泛，工艺灵活，喷涂 层、喷焊层的厚度可以在较大范围内变化。
(2) 基体受热程度低，一般不会影响基体材 料的组织和性能。
电刷镀应用
例2：制造大型塑料制品的模具 材料为灰铸铁，模具底盘直径为1 m, 合模高 为0.4 m, 重1.3 t。 模具表面硬度低，腔面磨损严重，粗糙度增加， 产品表面质量变差。 采用电刷镀进行强化处理。碱铜为过渡层，镀 镍钴合金为工作层。 表面硬度由23HRC提高到40HRC, 粗糙度Ra 由6.3μm 降到0.8μm，耐磨性提高了2倍，使用 寿命延长，产品质量提高。
在球墨铸铁活塞环、弹簧
钢活塞环表面镀铬，硬度
800～900HV，耐磨性好。
球墨铸铁活塞环 表面镀铬
二、电刷镀 1. 电刷镀过程 直电流刷电镀源是的电正镀极的与一镀种笔特相殊联方，式负，极不和用工件 相联镀。槽电。流用方镀向笔由在镀工笔件流表向面工擦件涂时，为获正得向电 流，电发镀生层电。沉电积刷，镀称又正称接无。槽形镀成。镀层。
材料为主的热喷涂方法。
直流电弧把工作气体加热电离成高温等离子体
从喷嘴喷出形成等离子焰。工作气体可用氩气、
氮气。
等离子弧温度大约为
5000 ℃～12000 ℃，喷
射速度约500 m/s～1500
m/s，结合强度30 MPa～
70 MPa。适合喷涂金属、 合金、陶瓷粉末。
等离子喷涂原理图
四、工程应用
●热喷涂材料 金属材料 锌、铝、铜、铁、镍以及自熔合金 等。自熔合金含有硼、硅，降低合金熔点，获得 较宽的液相和固相温度区间，脱氧。 陶瓷材料 金属氧化物、碳化物、硼化物等。 具有熔点高、硬度高、性能脆等特点。
适合喷涂塑料、金属、合金粉末或丝材。
2. 电弧喷涂 以电弧为热源，以金属或合金丝材作为喷涂材 料的热喷涂方法。
电弧喷涂原理图
电弧喷涂
电弧温度大约为5000 ℃，喷射速度约200
m/s，结合强度20 MPa～40 MPa。适合喷
涂金属、合金或包裹有陶瓷粉末的合金丝材。
3. 等离子喷涂
等离子喷涂是以等离子弧为热源，以喷涂粉末
3. 电刷镀工艺过程
表面清理（磨、抛光） 电净去油（碱性溶液，正接） 活化（酸性溶液，反接） 刷镀过渡层（Cu、Ni，正接） 刷镀工作层（Ni-P、Ni-Co，正接）
4. 实际应用
●机械设备的维修和强化 如滚动轴承的修理，轴颈、孔类零件的修理， 平面、键槽的维修，模具表面强化。 ●改善零部件的表面理化性能 镍、钴、锌、铜等电刷镀层可用于防腐。 ●改善零部件的工艺性 能 铝电刷镀碱铜可以实现 铝和其它金属的钎焊等。