晶粒大小对于金属机械性能的影响
热处理的原理
热处理的原理热处理是通过加热和冷却金属材料，以改变其物理和机械性能的工艺。
热处理的原理主要包括晶粒细化、组织调整和应力消除等方面。
下面将详细介绍热处理的原理及其作用。
首先，热处理的原理之一是晶粒细化。
在金属材料中，晶粒的大小直接影响着材料的力学性能。
通过热处理，可以使晶粒的尺寸变小，从而提高材料的强度和韧性。
晶粒细化的原理是在材料加热至一定温度时，晶界开始消失，晶粒开始长大，当温度继续升高时，晶界重新形成，此时晶粒的尺寸变小。
晶粒细化可以提高金属材料的塑性和韧性，使其更适合工程应用。
其次，热处理的原理还包括组织调整。
金属材料的组织结构对其性能有着重要影响。
通过热处理，可以改变材料的组织结构，从而改善其性能。
例如，通过淬火可以使钢材的组织转变为马氏体，从而提高其硬度和强度；而通过退火可以使马氏体转变为珠光体，从而提高其韧性。
组织调整的原理是通过控制加热和冷却过程中的温度和时间，使材料的组织结构发生相应的变化，从而达到改善材料性能的目的。
另外，热处理的原理还涉及应力消除。
在金属加工过程中，材料会产生内部应力，影响其使用性能。
通过热处理，可以消除材料中的内部应力，提高材料的稳定性和可靠性。
应力消除的原理是在加热过程中，材料的晶界和位错会发生移动和重排，从而减少内部应力。
应力消除可以有效减少材料的变形和开裂倾向，提高其使用寿命和安全性。
总的来说，热处理的原理主要包括晶粒细化、组织调整和应力消除。
通过热处理，可以改善金属材料的力学性能，提高其强度、硬度、韧性和稳定性，从而满足不同工程应用的需求。
因此，热处理是一项重要的金属加工工艺，对于提高材料的性能和使用寿命具有重要意义。
冷却速率增大,晶粒突然粗大的原因
冷却速率增大,晶粒突然粗大的原因以冷却速率增大，晶粒突然粗大的原因引言：晶粒的大小对于材料的性能有着重要影响。
在一些金属和合金中，当冷却速率增大时，晶粒会突然变得粗大。
这种现象被称为晶粒粗大化。
本文将探讨晶粒粗大化的原因及其影响。
一、晶粒粗大化的原因1. 形核过程受到限制在晶体的形成过程中，晶核的形成是关键步骤。
当冷却速率增大时，形核过程受到限制，晶核数量减少，晶粒尺寸变大。
这是晶粒粗大化的主要原因之一。
2. 晶体生长速率增加晶体在形核之后会继续生长，生长速率与冷却速率成反比。
当冷却速率增大时，晶体生长速率也随之增加，导致晶粒变大。
3. 晶界迁移受到抑制晶界是晶粒之间的界面，晶界迁移是晶粒粗大化的另一个重要因素。
在快速冷却条件下，晶界迁移受到抑制，晶粒无法有效地消耗晶界能量，从而导致晶粒粗大化。
二、晶粒粗大化的影响1. 机械性能下降晶粒粗大化会导致材料的力学性能下降。
晶粒尺寸增大会使材料的塑性变形能力减弱，容易发生断裂。
同时，晶粒粗大化还会降低材料的硬度和强度。
2. 形变加工困难晶粒粗大化会使材料变得更加脆弱，从而使形变加工变得困难。
在冷加工中，晶粒粗大化的材料容易发生断裂，限制了材料的加工性能。
3. 电学性能降低晶粒粗大化还会影响材料的电学性能。
晶界是电子和离子传输的通道，晶粒粗大化会增加晶界的长度，导致电子和离子传输的阻力增加，从而降低材料的电导率。
4. 腐蚀性能变差晶粒粗大化还会对材料的腐蚀性能产生影响。
晶界是材料中的弱点，晶粒粗大化会增加晶界的数量和长度，从而使材料更容易受到腐蚀介质的侵蚀，腐蚀性能变差。
三、控制晶粒粗大化的方法1. 适当控制冷却速率通过调节冷却速率，可以控制晶粒粗大化的程度。
适当降低冷却速率可以减缓晶粒粗大化的速度，从而改善材料的性能。
2. 添加合适的合金元素通过添加合适的合金元素，可以有效地控制晶粒粗大化。
一些合金元素具有细化晶粒的能力，可以在材料中形成细小的析出相，限制晶粒的生长。
工程材料与机械制造基础习题-制造基础部分(学生版)
第七章铸造一、概念1、铸造2、合金的流动性3、比热容4、液体收缩5、凝固收缩6、固态收缩7、缩孔8、缩松9、顺序凝固原则10、热应力11、机械应力12、热裂13、冷裂二、填空题。
1、在液态金属成形的过程中，液态金属的及是影响成形工艺及铸件质量的两个最基本的因素。
2、铸造组织的晶粒比较，内部常有、缩松、、等组织缺陷。
3、液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却到室温要经历、和固态收缩三个互相联系的收缩阶段。
4、热裂是在凝固后期下形成的，主要是由于收缩收到阻碍作用而产生的。
5、冷裂是在较度下形成的，常出现在铸件部位，特别是有应力集中的地方。
三、判断题。
1、合金的凝固温度范围越宽，其流动性也越差。
2、合金的凝固温度范围越宽，其流动性也越好。
3、合金的凝固温度范围越小，其流动性越好。
4、合金的凝固温度范围越小，其流动性越差。
5、凝固时合金的结晶潜热释放得越多，流动性越好。
6、凝固时合金的结晶潜热释放得越多，流动性越差。
7、铸型的畜热能力越大，铸型对液态合金的冷却能力越强，其充型能力越差。
8、铸型的畜热能力越大，铸型对液态合金的冷却能力越强，其充型能力越好。
9、液态合金所受的静压力越大，其充型能力就越好。
10、液态合金所受的静压力越大，其充型能力就越差。
11、对于给定成分的铸件，在一定的浇注条件下，缩孔和缩松的总容积是一定值。
12、对于给定成分的铸件，在一定的浇注条件下，缩孔和缩松的总容积是一不定值。
13、在金属型铸造中，铸型的激冷能力更大，缩松的量显著减小。
14、在金属型铸造中，铸型的激冷能力更大，缩松的量显著增多。
15、铸件厚的部分受拉应力，薄的部分受压应力。
16、铸件厚的部分受压应力，薄的部分受拉应力。
17. 分模造型是应用最广泛的造型方法。
18. 机器造型适于中小铸件的成批或大量生产。
19. 机器造型适于大型铸件的成批或大量生产。
四、选择1、缩孔的外形特征是近似于形，内表面不光滑。
A 倒锥B 球C 六面体D 正锥形2、在实际生产中，通常采用顺序凝固原则，并设法使分散的缩松转化为集中的缩孔，载使集中的缩孔转移到中。
机械工程材料期末试题（含答案）
机械⼯程材料期末试题（含答案）机械⼯程材料模拟练习题⼀、填空题（每空0.5分）1. 常⽤测定硬度的⽅法有布⽒硬度、洛⽒硬度和维⽒硬度测试法。
2. ⾦属材料的⼒学性能主要包括强度、硬度、弹性、塑性等；强度的主要判据有屈服强度和抗拉强度，强度和塑性可以⽤拉伸试验来测定；压⼊法测量⽅法简便、不破坏试样，并且能综合反映其它性能，在⽣产中最常⽤。
3. 铁碳合⾦在室温下平衡组织组成物的基本相是铁素体和渗碳体，随着碳的质量分数的增加，渗碳体相的相对量增多，铁素体相的相对量却减少。
4. 珠光体是⼀种复相组织，它由铁素体和渗碳体按⼀定⽐例组成。
珠光体⽤符号P表⽰。
5. 铁碳合⾦中，共析钢的wc =0.77%,室温平衡组织为珠光体；亚共析钢的wc=0.0218%-0.77%，室温平衡组织为铁素体和珠光体；过共析钢的wc=0.77%-2.11%,室温平衡组织为珠光体和⼆次渗碳体。
6. 铁碳合⾦结晶过程中，从液体中析出的渗碳体称为⼀次渗碳体；从奥⽒体中析出的渗碳体称为⼆次渗碳体；从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体。
7. 低碳钢的碳质量分数范围是：Wc≤0.25%、中碳钢：Wc=0.25%-0.6%、⾼碳钢：Wc>0.6%。
8. ⾦属的晶粒越细，强度、硬度越⾼，塑性、韧性越好。
实际⽣产中可通过增加过冷度、变质处理和附加振动来细化晶粒。
9. 常⽤⾦属中，γ-Fe、Al、Cu 等⾦属具有⾯⼼⽴⽅晶格，α-Fe具有体⼼⽴⽅晶格。
10. ⾦属的结晶是在过冷的情况下结晶的,冷却速度越快,过冷度越⼤，⾦属结晶后的晶粒越细⼩,⼒学性能越好。
11. 钢的热处理⼯艺是由（加热）、（保温）和（冷却）三个步骤组成的；热处理基本不改变钢件的（形状和尺⼨），只能改变钢件的（结构组织）和（⼒学性能）。
12. 完全退⽕适⽤于（亚共析碳）钢，其加热温度为（Ac3以上30-50°C），冷却速度（缓慢），得到（铁素体和珠光体）组织。
13. 球化退⽕⼜称为（均匀化）退⽕，其加热温度在（Ac1）＋20-30℃，保温后（随炉缓慢）冷却，获得（球状珠光体）组织；这种退⽕常⽤于⾼碳⼯具钢等。
铝合金的晶粒细化与力学性能关系分析
铝合金的晶粒细化与力学性能关系分析铝合金是一种常见的金属材料，具有轻质、高强度和良好的可塑性等特点，在广泛的应用领域中发挥着重要作用。
晶粒细化是改善铝合金力学性能的重要途径之一，本文将分析铝合金的晶粒细化与力学性能之间的关系。
一、晶粒细化的定义与影响因素晶粒细化是指金属材料中晶粒尺寸的减小，常用的指标是晶粒尺寸的平均值或分布范围。
晶粒细化对铝合金的力学性能有着重要的影响，主要体现在以下几个方面：1. 提高材料的强度和硬度：晶粒细化可以增加晶界的数量和长度，有效阻碍位错的运动，从而提高材料的强度和硬度。
2. 提高材料的塑性和韧性：适当的晶粒细化可以增加材料的位错密度，提高材料的塑性和韧性，降低脆性。
3. 提高材料的疲劳寿命：晶粒细化可以减小应力集中程度，增加材料的疲劳寿命。
二、晶粒细化方法与机制实现铝合金的晶粒细化可以采用多种方法，其中常用的方法包括：1. 热变形与热处理：通过热机械处理，如等温压下变形处理、等温回火处理等，可以实现晶粒细化。
变形过程中的晶界滑移和再结晶过程是晶粒细化的主要机制。
2. 添加细化剂：向铝合金中添加细化剂，如颗粒、纤维等，可以增加晶核数量，促使晶粒细化。
3. 机械制备：采用机械球磨、挤压等方法可以实现铝合金的晶粒细化，机械变形和碎裂是晶粒细化的主要机制。
三、晶粒细化与力学性能关系的实验研究大量的实验研究表明，晶粒细化可以显著改善铝合金的力学性能。
以下为几个常见的实验结果：1. 强度和硬度提高：晶粒细化后，铝合金的屈服强度、抗拉强度和硬度均有所提高。
2. 塑性和韧性改善：适当的晶粒细化可以增加铝合金的塑性应变和断裂韧性，降低脆性破坏特性。
3. 疲劳寿命延长：晶粒细化可以提高铝合金的疲劳寿命，延缓疲劳裂纹的扩展速度。
四、晶粒细化与力学性能关系的理论解释对于晶粒细化与力学性能关系的理论解释，主要有以下几种观点：1. 晶界滑移阻碍理论：晶粒细化可以增加晶界的数量和长度，有效限制晶界滑移，从而提高强度和硬度。
多晶体、单晶体金属的塑性变形
当 φ=45o时（ 也为45o），取向因子有最大值1/2，此 时，得到最大分切应力。 （2）能使晶体滑移的力是外力在滑移系上的分切应力。通 常把给定滑移系上开始产生滑移所需分切应力称为临界 分切应力。 （3）在拉伸时，可以粗略认为金属单晶体在外力作用下， 滑移系一开动就相当于晶体开始屈服，此时，对应于临界 分切应力的外加应力就相当于屈服强度σs 。
多晶体的塑性变形
一、晶界阻滞效应和取向差效应 1．晶界阻滞效应：90%以上的晶界是大角度晶界， 其结构复杂，由约几个纳米厚的原子排列紊乱的 区域与原子排列较整齐的区域交替相间而成，这 种晶界本身使滑移受阻而不易直接传到相邻晶粒。
滑移带中 止与晶界 处 拉伸后晶界处呈竹节状
2．取向差效应： 多晶体中，不同位向晶粒的滑移系取向不相同，滑 移不能从一个晶粒直接延续到另一晶粒中。
3．滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 4．多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 由于晶界阻滞效应及取向差效应，使多晶体的变形抗力比 单晶体大，其中，取向差效应是多晶体加工硬化更主要的原 因，一般说来，晶界阻滞效应只在变形早期较重要. 5．塑性变形时，导致一些物理、化学性能的变化。 6．时间性 hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界 阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多 晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。
一般每出现一新的吕德斯带，都相应的要 产生一次应力松弛，对应一次新的应力下 降，当试样表面被吕德斯带全部扫过之后， 再继续拉伸就会出现硬化现象。 由于试样出现新的吕德斯带，吕德斯带相 遇以及传播受阻使载荷波动引起曲线在下屈 服点波动。
冷却条件对金属的影响
冷却条件对金属的影响一、冷却条件的基本概念冷却条件是指金属在加工过程中，从高温状态迅速或不迅速地冷却到室温的条件。
冷却条件对金属的晶体结构、机械性能、塑性、韧性、耐磨性等性能指标产生重要影响。
二、冷却条件对金属晶体结构的影响1.晶粒大小：冷却速度越快，晶粒越细小；冷却速度越慢，晶粒越大。
晶粒大小对金属的机械性能产生重要影响，晶粒越细，金属的强度和硬度越高，但韧性降低。
2.相变：冷却条件会影响金属的相变过程，如马氏体转变、贝氏体转变等。
冷却速度不同，相变产物也不同，从而影响金属的机械性能。
三、冷却条件对金属机械性能的影响1.强度和硬度：冷却速度越快，金属的强度和硬度越高。
这是因为快速冷却使晶粒细小，晶界增多，阻碍了位错的运动，从而提高了强度和硬度。
2.韧性：冷却速度越慢，金属的韧性越好。
慢冷使晶粒长大，晶界减少，位错运动容易，从而提高了韧性。
3.塑性：冷却条件对金属的塑性影响较小，但一般来说，慢冷有利于提高金属的塑性。
四、冷却条件对金属耐磨性的影响冷却条件对金属的耐磨性也有很大影响。
一般来说，快速冷却得到的细晶金属具有更好的耐磨性，因为细晶金属的晶界更多，阻碍了磨损颗粒的侵入。
五、冷却条件的控制与改善1.控制冷却速度：通过控制冷却速度，可以得到不同性能指标的金属材料。
例如，高速冷却可以得到高强度、高硬度的金属材料；慢速冷却被用于提高金属的韧性和塑性。
2.热处理：通过热处理工艺，如退火、正火、淬火等，可以改变金属的冷却条件，从而改善金属的性能。
3.材料选择：选择合适的材料，根据其本身的性能特点，可以更好地适应不同的冷却条件。
综上所述，冷却条件对金属的晶体结构、机械性能、塑性、韧性、耐磨性等性能指标产生重要影响。
了解和掌握冷却条件对金属性能的影响，对于金属材料的加工和应用具有重要意义。
习题及方法：1.习题：冷却速度对晶粒大小有何影响？方法：冷却速度越快，晶粒越细小；冷却速度越慢，晶粒越大。
这是因为快速冷却使晶粒生长时间不足，导致晶粒细小；慢冷使晶粒有足够时间生长，因此晶粒较大。
1：晶粒大小与性能的关系
1:晶粒大小与性能的关系.
金属结晶后是由许多晶粒组成的多晶体,而晶粒的大小是金属组织的重要标志之一.一般情况下,晶粒愈细小,金属的强度就愈高,塑性和韧性也愈好.表3-1（P39页）说明晶粒大小对纯铁机械性能的影响.
2:晶粒大小的控制
金属结晶后单位体积中晶粒数目Z,取决于结晶时的形核率N(晶核形核数目/S•m㎡)与晶核生长速率G(㎜/s),它们存在着以下的关系:Z∝√N/G,由上可知,当晶粒生长速率G一定时,晶核形核率N愈大,晶粒数目就愈多,反之则愈细.
1):增大过冷度:
金属结晶时的冷却速度愈大,其过冷度便愈大,不同过冷度ΔT对晶核形核率N和生长速率G 的影响,如图3-6所示.
2):变质处理:
在液态金属结晶前,加入一些细小的变质剂,使金属结晶时的形核率N增加或生长速率G降低,这种细化晶粒的方法,称为变质处理.
3):附加振动:
金属结晶时,如对液态金属附加机械振动.超声波振动.电磁振动等措施,由于振动能使液态金属在铸模中运动加速,造成枝晶破碎,这就不仅可以使已长成的晶粒因破碎而细化,而且破碎的枝晶可以作为晶核,增加形核率N.所以,附加振动也能使晶粒细化.。
铝压铸时晶粒大小的变化
铝压铸过程中，晶粒大小是一个关键因素，它直接影响着最终产品的物理和机械性能。
在压铸过程中，铝液被注入模具，在冷却和凝固的过程中，晶粒的大小和形态会发生一系列变化。
首先，我们需要了解铝的晶粒结构。
铝是一种具有面心立方晶格结构的金属，其晶粒大小和形态对于材料的强度、韧性、导电性等性能具有重要影响。
在铝压铸过程中，由于受到模具的冷却作用和铝液内部的流动与扰动，铝液开始结晶，形成晶粒。
在铝液注入模具的初期，由于模具的快速冷却作用，铝液中的原子来不及进行有序排列，从而形成细小的晶粒。
这些细小的晶粒使得铝铸件具有较高的强度和韧性。
随着冷却时间的延长，晶粒会逐渐长大，这主要是因为原子有足够的的时间进行有序排列，形成较大的晶粒。
此外，模具内的流动与扰动也会影响晶粒的大小。
在模具内的不同位置，铝液的流动和扰动情况不同，这导致晶粒的大小和形态也不同。
在流动较为剧烈的区域，晶粒会比较细小，而在流动较为缓慢的区域，晶粒则可能会比较大。
因此，为了控制铝压铸件的性能，我们需要深入研究铝压铸过程中的晶粒大小变化规律，以及其影响因素。
这包括模具温度、铝液成分、模具设计和浇注工艺等。
通过优化这些参数，我们可以控制铝铸件的晶粒大小和形态，从而提高产品的性能和质量。
作业1参考答案
作业1一、思考题1．什么是机械性能？（材料受力作用时反映出来的性能）它包含哪些指标？（弹性、强度、塑性、韧性、硬度等）各指标的含意是什么？如何测得?2．硬度和强度有没有一定的关系?为什么?（有，强度越高，硬度越高）为什么？（都反映材料抵抗变形及断裂的能力）3．名词解释：过冷度，晶格，晶胞，晶粒与晶界，同素异晶转变，固溶体，金属化合物，机械混合物。
4．过冷度与冷却速度有什么关系?对晶粒大小有什么影响?（冷却速度越大过冷度越大，晶粒越细。
）5.晶粒大小对金属机械性能有何影响?常见的细化晶粒的方法有哪些?（晶粒越细，金属的强度硬度越高，塑韧性越好。
孕育处理、提高液体金属结晶时的冷却速度、压力加工、热处理等）6．说明铁素体、奥氏体、渗碳体和珠光体的合金结构和机械性能。
7．默绘出简化的铁碳合金状态图，并填人各区域内的结晶组织。
8．含碳量对钢的机械性能有何影响?随含碳量的增加，钢的硬度升高、塑韧性下降；钢的强度先升高，当含碳量约为0.9%时，强度达到最大值，随后，强度随含碳量的增加而下降。
二、填表说明下列符号所代表的机械性能指标三、填空1. 碳溶解在体心立方的α-Fe中形成的固溶体称铁素体，其符号为F ，晶格类型是体心立方，性能特点是强度低，塑性好。
2. 碳溶解在面心立方的γ-Fe中形成的固溶体称奥氏体，其符号为 A ，晶格类型是面心立方，性能特点是强度低，塑性高。
3. 渗碳体是铁与碳的金属化合物，含碳量为6.69％，性能特点是硬度高，脆性大。
4. ECF称共晶线线，所发生的反应称共晶反应，其反应式是得到的组织为 L（4.3% 1148℃）=A（2.11%）+Fe3C 。
5. PSK称共析线线，所发生的反应称共析反应，其反应式是 A(0.77%727 ℃)=F(0.0218%)+ Fe3C 得到的组织为珠光体。
6. E是共晶点点，P是共析点点， Al 线即 PSK ，A3线即 GS ，Acm线即 ES 。
7. 45钢在退火状态下，其组织中珠光体的含碳量是 0.77% 。
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。
金属材料的晶粒尺寸对力学性能的影响
金属材料的晶粒尺寸对力学性能的影响金属材料是工程领域中常用的材料之一，其力学性能对于产品的质量和使用寿命至关重要。
然而，金属材料的力学性能受到许多因素的影响，其中之一就是晶粒尺寸。
本文将深入探讨金属材料的晶粒尺寸对力学性能的影响。
首先，我们需要了解金属材料的晶粒结构。
金属材料的晶粒是由许多原子组成的，这些原子按照规则的方式排列在一起，形成一个晶粒。
晶粒尺寸是指晶粒内部的原子排列的特征尺寸，通常用晶体中最大的晶粒直径来表示。
晶粒尺寸对材料的力学性能有很大的影响。
首先，晶粒尺寸与材料的强度密切相关。
一般来说，晶粒尺寸越小，材料的强度越高。
这是因为小尺寸的晶粒会导致晶界面的数量增加，晶界是晶粒之间的界面，对应着原子排列的错位。
这些晶界可以阻碍位错的移动，从而增加材料的强度。
此外，小尺寸的晶粒还可以提高材料的硬度和耐磨性。
然而，晶粒尺寸过小也会带来问题。
如果晶粒尺寸过小，晶界的体积就会占据很大比例。
晶界是由原子排列的错位构成的，这些错位会影响材料的形变和塑性。
当受力作用在材料上时，晶界处的原子排列会出现断裂和位错堆积，从而导致材料的脆性增加。
因此，对于某些需要高韧性和可塑性的应用，如汽车车身或飞机构件，晶粒尺寸过小可能并不理想。
另一方面，晶粒尺寸还会影响金属材料的延展性。
晶粒尺寸越大，材料的延展性越好。
这是因为较大的晶粒尺寸可以提供更多的滑移面，从而使材料在受力时能够更容易地发生塑性变形。
相比之下，晶粒尺寸较小的材料在受力时容易出现断裂和形变不均匀的问题。
除了强度和延展性之外，晶粒尺寸还会影响金属材料的疲劳寿命。
疲劳是材料在交变应力作用下发生断裂的过程，这是金属材料在使用过程中常见的失效模式之一。
研究表明，较小的晶粒尺寸可以提高材料的疲劳寿命。
这是因为小尺寸的晶粒可以形成更多的位错源，从而分散应力集中，减缓疲劳裂纹的扩展速度。
综上所述，金属材料的晶粒尺寸对其力学性能有着重要的影响。
小尺寸的晶粒可以提高材料的强度和硬度，但也会增加材料的脆性。
金属材料晶粒尺寸对力学性能的影响研究
金属材料晶粒尺寸对力学性能的影响研究第一章引言金属材料的晶粒尺寸是金属材料微观结构的基本组成单位之一，对金属材料的力学性能、物理化学性质和加工性能等具有重要的影响。
随着金属材料制备和表征技术的不断发展，对晶粒尺寸对金属材料力学性能影响的研究也不断深入。
本文旨在对晶粒尺寸对金属材料力学性能的影响进行深入探讨。
第二章晶粒尺寸对材料力学性能的影响1. 晶界强化效应晶界是晶粒边界处的一层非晶质层，晶界的存在能够抑制位错的滑移及吸收位错等，从而提高材料的强度和韧性。
2. 晶粒尺寸对材料弹性模量的影响晶粒尺寸的减小会使材料的弹性模量降低，因为晶界对位错的截断作用会导致材料弹性模量的减小。
3. 晶粒尺寸对材料的屈服点的影响晶粒尺寸的减小会使材料的屈服点降低，因为晶界对位错的截断作用能够增加材料形变时的应力。
第三章晶粒尺寸控制方法1. 机械加工法通过钢球磨研或轧制等机械加工方法来减小晶粒尺寸。
2. 晶界工程法通过合理的热处理工艺，使材料晶界数目增加或晶粒尺寸变小，从而来改善材料的力学性能。
3. 化学处理法通过控制材料的成分，来实现晶粒尺寸的控制。
第四章晶粒尺寸对金属材料力学性能的应用案例1. 纳米晶高强度钢的应用通过采用机械力学加工和热处理工艺，制备出晶粒尺寸约为5~20nm的纳米晶高强度钢，取得了较高的强度和韧性。
2. 筛孔铝材的应用通过优化热处理工艺和控制其成分，制备出小晶粒尺寸的筛孔铝材，具有优异的拉伸和扭转性能。
第五章结论与展望通过对晶粒尺寸对金属材料力学性能的影响进行深入探讨，可以看出晶粒尺寸对金属材料的力学性能具有一定的影响，实现晶粒尺寸的可控性对材料的力学性能有着重要的意义。
未来，将会以多方法、多途径的方式对晶粒尺寸进行控制，进一步提高金属材料的力学性能，不断实现金属材料的性能升级。
工程材料习题和考点第一章
判断题（本大题共30小题，每小题1分，共30分）1. 金属的同素异构转变同样是通过金属原子的重新排列来完成的，故称其为再结晶。
正确错误本题答案：错误2. 室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。
正确错误本题答案：错误3. 在一般情况下，金属结晶后晶粒越细小，则其强度越好，而塑性和韧性越差。
正确错误本题答案：错误4. 晶粒度级数数值越大，晶粒越细。
正确错误本题答案：正确5. 间隙相的性能特点是硬度高，熔点低。
正确错误本题答案：错误6. 晶粒度级数数值越大，晶粒越粗。
正确错误本题答案：错误7. 再结晶过程是有晶格类型变化的结晶过程。
正确错误本题答案：错误8. 同一金属，结晶时冷却速度愈大，则过冷度愈大，晶粒越细小。
正确错误本题答案：正确判断题（本大题共30小题，每小题1分，共30分）1. 把在实际晶体中出现的刃型位错和螺型位错的缺陷叫做面缺陷。
正确错误本题答案：错误2. 把在实际晶体中出现的空位和间隙原子的缺陷叫做线缺陷。
正确错误本题答案：错误3. 衡量材料的塑性的指标主要有伸长率和断面收缩率。
正确错误本题答案：正确4. 钨、铁、锡的熔点分别为3410℃、1538℃、232℃，钨在1000℃、铁在900℃、锡在100℃下的变形加工均属于热加工。
正确错误本题答案：错误5. 冷变形强化是指金属材料在冷变形后，产生碎晶，位错密度增加，使其强度、硬度提高的现象。
正确错误本题答案：正确6. 体心立方晶格的致密度为0.74，面心立方晶格的致密度为0.68。
所以，纯铁在发生同素异晶转变时，体积发生变化，从而产生一定的内应力。
正确错误本题答案：错误7. 在实际金属的结晶过程中，自发形核比非自发形核更重要，往往起优先的主导的作用。
正确错误本题答案：错误8. 金属结晶的必要条件是要有一定的过冷度。
正确错误本题答案：正确判断题（本大题共30小题，每小题1分，共30分）1. 非晶体具有各向异性。
正确错误本题答案：错误2. 每个体心立方晶胞中实际包含有2个原子。
晶粒粗大和细化
晶粒粗大和细化（一）晶粒大小对性能的影响1.晶粒大小对力学性能的影响一般情况下，晶粒细化可以提高金属材料的屈服点（σS）、疲劳强度（σ-1） 塑性（δ、ψ）和冲击韧度（αK），降低钢的脆性转变温度，因为晶粒越细，不同取向的晶粒越多，晶界总长度越长，位错移动时阻力越大，所以能提高强度和韧性。
因此，一般要求总希望获得细晶粒。
钢的室温强度与晶粒平均直径平方根的倒数成直线关系（见图1）。
其数学表达式为+Kd1/2σ=σ式中 σ——钢的强度（MP）；σ0——常数、相当于钢单晶时的强度（MPa）；K——与材料性质有关；d——晶粒的平均直径（mm）。
图1 晶粒大小对钢的强度影响 图2 晶粒大小对钢的脆性转变温度的影响1—ω（C）=0.02%，ω（Ni）=0.03%2—ω（C）=0.02%，ω（Ni）=3.64%合金结构钢的奥氏体晶粒度从9级细化到15级后，钢的屈服强度（调质状态）从1150MPa提高到1420MPa，并使脆性转变温度从-50℃降到-150℃。
图2为晶粒大小对低碳钢和低碳镍钢冷脆性转变温度的影响。
对于高温合金不希望晶粒太细，而希望获得均匀的中等晶粒。
从要求高的持久强度出发，希望晶粒略为粗大一些。
因为晶粒变粗说明晶界总长度减少，对以沿晶界粘性滑动而产生变形或破坏形式的持久或蠕变性能来说，晶粒粗化意味着这一类性能提高。
但考虑到疲劳性能又常希望晶粒细一点，所以对这类耐热材料一般取适中晶粒为宜。
例如 GH135晶粒度对疲劳性能及持久性能的影响：晶粒度从4～6级细化到7～9级时，室温疲劳强度从290MPa提高到400MPa。
在700℃下，疲劳强度从400MPa提高到590MPa。
因为在多数情况下大晶粒试样疲劳断口的疲劳条痕间距较宽，说明疲劳裂纹发展速度较快；而疲劳裂纹在细晶粒内向前推进时，不但受到相邻晶粒的限制，而且从一个晶粒到另一个晶粒还要改变方向，这些都可能是细晶能提高疲劳强度的缘故。
但是，晶粒细化后持久强度下降，蠕变速度增加。
机械工程材料试卷复习题
机械工程材料1．室温下,金属晶粒越细,则强度越高、塑性越高;2．因为体心立方晶格与面心立方晶格具有相同数量的滑移系,所以两种晶体的塑性变形能力完全相同;3．间隙固溶体一定是无限固溶体;4．铁素体的本质是碳在a-Fe中的间隙相;5．在铁碳合金平衡结晶过程中,只有碳质量分数为4．3％的铁碳合金才能发生共晶反应;6．高合金钢既具有良好的淬透性,也具有良好的淬硬性;7．钢的淬透性高,则其淬透层的深度也越大;8．T8钢比T12和40钢有更好的淬透性;9．灰铸铁可以经过热处理改变基体组织和石墨形态;10．齿轮渗碳用钢常采用低碳钢;是非题1．√ 2．× 3．× 4．√ 5．× 6．× 7．√8．√ 9．× 10．√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2．α－Fe是实际原子数为 ;a．2； b．4； c．63．固溶体的晶体结构 ;a．与溶剂相同； b．与溶质相同； c．为其他晶型4．间隙相的性能特点是 ;a．熔点高、硬度低； b．硬度高、熔点低；c．硬度高、熔点高5. 金属的加工硬化现象将导致 ;a. 强度降低,塑性提高；b. 强度提高,塑性降低； c．强度降低,塑性降低6．用下述三种方法制成齿轮, 种方法较为理想;a. 用厚钢板切出圆饼,再加工成齿轮；b. 由粗钢棒切下圆饼,再加工成齿轮；c. 由圆棒锻成圆饼,再加工成齿轮7. 钢中含硫量过高的最大危害是造成 ;a. 热脆；b. 冷脆；c. 氢脆8．奥氏体是 ;a．碳在γ-Fe中的间隙固溶体 b．碳在α-Fe中的间隙固溶体；c. 碳在α-Fe中的无限固溶体9．珠光体是一种 ;a．单相固溶体； b．两相混和物； c．Fe与C的化合物10．铁素体的机械性能特点是 ;a．强度高、塑性好、硬度低； b．强度低、塑性差、硬度低；c. 强度低、塑性好、硬度低11. 奥氏体向珠光体的转变是 ;a.扩散型转变； b．非扩散型转变； c.半扩散型转变12. 钢经调质处理后获得的组织是 ;a,回火马氏体； b．回火屈氏体； c.回火索氏体13. 共析钢的过冷奥氏体在550℃～350℃的温度区间等温转变时,所形成的组织是 ;a．索氏体 b．下贝氏体； c．上贝氏体14. 若合金元素能使C曲线右移,钢的淬透性将 ;a．降低； b．提高； c．不改变15. 淬硬性好的钢 ;a.具有高的合金元素含量； b．具有高的碳含量；c.具有低的碳含量16. 钢的回火处理是在 ;a．退火后进行； b．正火后进行； c.淬火后进行17．渗碳钢后性能最好;a. 直接淬火；b. 一次淬火；c. 二次淬火18. 量具钢加工工艺中,在切削加工之后淬火处理之前可能的热处理工序为;a. 退火；b. 调质；c. 回火19. 灰口铸铁铸件薄壁处出现白口组织,造成切削加工困难采取的热处理措施为 ;a. 高温退火；b. 调质；c. 回火20．在下列牌号中属于球墨铸铁的是 ;a. HT100；b. KT30-6；c. QT40-7选择2．a 3．a 4．c1．晶粒大小对金属性能有何影响如何细化晶粒2．什么是热处理常见的热处理方法有几种其目的是什么5已知某轴的材料为45钢,其生产工艺路线为：下料→锻造→预备热处理→切削加工→最终热处理→精加工→装配请说明各道热处理工序的名称及作用;7. 为什么一般机器的支架、机床的床身常用灰口铸铁制造一：名词解释1．过冷度：理想结晶温度与实际结晶温度的差值;2．变质处理：向液体中加入固态元素或化合物作为非均质形核的核心,从而提高了形核率,细化了晶粒;3．再结晶：当变形金属加热到某一温度,破碎拉长的晶粒长大为等轴晶粒;4．马氏体：C在α－Fe中形成的过饱和间隙固溶体;5．球化退火：过共析钢加热到不完全奥氏体化退火,使渗碳体由片状转为球状,提高了塑性和切削加工能力;三：四：简答1．解：晶粒越细,强度、硬度、塑性和韧性越大;细化晶粒采取提高过冷度、变质处理、振动处理;2．解：把固态金属材料通过一定的加热,保温和冷却以获得所需组织、结构和性能的工艺称热处理;常见的热处理方法有退火、正火、淬火和回火;退火的目的：降低钢的硬度,提高塑性；细化晶粒,消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷,均匀钢的组织和成分；消除钢中的内应力,以防止变形和开裂;正火的目的：细化晶粒,获得比较均匀的组织和性能；对低碳钢可提高硬度,改善切削加工性；对过共析钢可抑制网状渗碳体析出为球化退火作准备;淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织,提高工件的硬度,强度和耐磨性;回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力；稳定组织,使工件尺寸和性能稳定；提高钢的塑韧性;4．解：马氏体分解；残余奥氏体转变；碳化物转变；碳化物聚集长大及α回复与再结晶;5．解：预备热处理：完全退火,作用是细化晶粒,消除内应力,降低硬度,提高塑性;最终热处理：淬火＋高温回火,作用是获得良好的综合机械性能;7.解：铸铁的铸造性能良好;铸铁具有良好的切削加工性能;铸铁具有优良的减磨性;铸铁具有优良的消震性;铸铁具有低的缺口敏感性;所以一般机器的支架、机床的床身常用灰口铸铁制造;一、填空题1、金属中常见的三种晶体结构分别是体心立方、、 ,室温下铁α-Fe的晶体结构属于 ;2、根据使用性能确定淬火后零件的回火温度,T12锉刀采用温回火,60钢弹簧采用温回火,45钢车床主轴采用温回火;3、冷变形后的金属在加热的过程中,随着温度的升高和加热时间的延长,其组织和性能一般要经历三个阶段的变化,它们依次是、、 ;4、所有的固态物质就其原子或分子排列的规则性来分类,可分为两大类,其中把内部原子或分子呈周期性规则排列的物质称为 ,否则称为 ;5、按钢中含碳量高低,可将其分为、、和 ;6、某些原子半径很小的非金属元素溶入固态溶剂金属内,便形成_ __固溶体；溶质原子置换了溶剂晶格中的部分溶剂原子便形成_________固溶体;7、通常高碳钢奥氏体化后经快速冷却淬火所得到的组织为____ ____和少量的残余奥氏体;8、所有的固态物质就其原子或分子排列的规则性来分类,可分为两大类,其中把内部原子或分子呈周期性规则排列的物质称为 ,否则称为 ;9、钢材加热时奥氏体的形成包括四个过程,依次为、残余Fe3C的溶解及奥氏体的均匀化;10、按钢中合金元素含量高低,可将合金钢分为、、 ;11．晶体缺陷有、、和 ;12．固溶体按溶质原子在晶格位置分为、 ;13．铸造时常选用接近共晶成分、单相固溶体的合金;14．疲劳断裂的特点有、、 ;15．正火和退火的主要区别是 ;16. 淬火发生变形和开裂的原因是 ;17．40Cr,GCr15,20CrMo,60Si2Mn中适合制造轴类零件的钢为 ;18．用T12钢制造车刀,在切削加工前进行的预备热处理为、 ;19．灰口铸铁铸件薄壁处出现白口组织,造成切削加工困难采取的热处理措施为 ;20．在牌号HT100、KT30-6、QT40-7中属于球墨铸铁的是 ;二、选择题1、固溶体的性能特点是 ;A、韧性高、硬度低B、硬度高、韧性低C、硬度高、韧性高2、为细化晶粒,可采用 ;A、快速浇注B、加变质剂C、以砂型代金属型3、钢中含磷量过高的最大危害是造成 ;A、热脆B、冷脆C、氢脆4、铁碳合金的基本组织中,强度最大的是 ;A、莱氏体B、铁素体C、珠光体5、金属的加工硬化现象将导致： ;A、强度降低,塑性提高B、强度提高,塑性降低C、强度降低,塑性降低6、20钢的室温组织是： ;A、铁素体B、珠光体C、铁素体＋珠光体7、共析钢的过冷奥氏体在350℃～230℃的温度区间等温转变时,所形成的组织是 ;A、索氏体B、下贝氏体C、上贝氏体8、45钢淬火后测量硬度宜采用的硬度计是 ;A、HRAB、HRBC、HRC9、不完全退火主要适用于 ;A、亚共析钢B、共析钢C、过共析钢10、工业上所用的铸铁绝大部分是属于: ;A、白口铸铁B、麻口铸铁C、灰口铸铁11、碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体,叫做 ;A、铁素体B、奥氏体C、马氏体D、贝氏体12、含碳%的Fe-C合金,从奥氏体相区冷却到727℃时,生成珠光体的过程叫做 ;A、共析转变B、奥氏体转变C、共晶转变D、马氏体转变13、合金元素含量低于5%的合金钢,叫做 ;A、低合金钢B、低碳钢C、高合金钢D、中合金钢14、晶界、亚晶界是实际晶体材料的晶体缺陷中的 ;A、点缺陷B、线缺陷C、面缺陷D、体缺陷15、9SiCr中碳的质量分数含碳量约为 ;A、%B、%C、9%D、%16、从铁碳合金相图中可知,亚共析钢所得到的室温平衡组织为 ;A、珠光体B、铁素体+珠光体C、低温莱氏体D、铁素体17、金属结晶时,冷却速度越快,其过冷度将 ;A、越大B、越小C、等于零D、变化不确定18、GCr15钢中的Cr的平君含量为 ;A、15%B、%C、%19、汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性,中心有良好的强韧性,常常选用渗碳钢,下列可以作为生产该类零件的材料是 ;A、20CrMnMoB、65MnC、Cr12MoVD、T820、为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分和组织的不均匀性,一般所采用的退火工艺是 ;A、再结晶退火B、去应力退火C、扩散退火D、球化退火三、判断题1、同种钢材在相同的加热条件下加热后保温、淬火,其中水淬比油淬的淬透性好,小件比大件的淬透性好;2、65Mn是合金调质结构钢;3、从C曲线中分析可知,共析钢的过冷奥氏体在A1~550℃的范围内发生珠光体类型的组织转变;4、共晶反应就是在某一恒定温度时,从一定浓度成分的液相中同时结晶析出两种不同浓度成分的固相;5、T12钢与45钢均属于中碳钢;6、过共析钢中,网状渗碳体的存在使钢的强度和塑性均上升;7、正火是将钢件加热至完全奥氏体化后空冷的热处理工艺;8、铁碳相图中塑性最好的区域是莱氏体区;9、间隙固溶体一定是无限固溶体;10、回火索氏体的综合力学性能明显优于奥氏体等温冷却直接所得到的片层状索氏体的综合力学性能;11、晶粒度级数数值越大,晶粒越细;12、金属铸件可以通过再结晶退火来细化晶粒;13、当原始组织为片状珠光体的钢加热奥氏体化时,细片状珠光体的奥氏体化速度要比粗片状珠光体的奥氏体化速度快;14、在退火状态接近平衡组织45钢比20钢的塑性和强度都高;15、马氏体是碳在的a-Fe中的过饱和固溶体;当奥氏体向马氏体转变时,体积要收缩;16、当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时,温度越低,其转变产物组织越粗;17、经退火后再高温回火的钢,能得到回火索氏体组织,具有良好的综合机械性能;18、表面淬火既能改变钢的表面组织,也能改善心部的组织和性能;19、合金元素Mn、Ni可以扩大奥氏体区;20、高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成形;四、简答题1、淬火后为什么一定要进行回火才可使用按回火温度的高低可将回火分为哪三类各自的所对应的回火组织是什么2、影响金属结晶过程的主要因素是什么3、金属的塑性变形对金属的组织与性能有何影响4、正火和退火的主要区别是什么5、分析高速钢中合金元素的作用;6、现要求用20钢采取渗碳方法制造齿轮,其加工路线为：锻造→预备热处理→切削加工→最终热处理→喷丸→精磨;试写出各热处理工艺名称,并解释其目的和所获得的细微组织;一、填空题每空1分,共20分1.机械设计时常用和两种强度指标;2.若退火亚共析钢试样中先共析铁素体占％,珠光体％,则此钢的含碳量为 ;3.屈强比是与之比;4.一般工程结构用金属是晶体,在各个方向上的性能 ,这就是实际金属的现象;5.实际金属存在、和三种缺陷;实际晶体的强度比理想晶体的强度高,低得多;6.根据组成合金的各组元之间的相互作用不同,合金的结构可分为两大类：和 ;固溶体的晶格结构同 ,其强度硬度比纯金属的 ;7.共析钢加热至Ac1时将发生向的转变,其形成过程包括四个阶段;8.把两个45钢的退火态小试样分别加热到Ac1～Ac3之间和Ac3以上温度水冷淬火,所得到的组织前者为 ,后者为 ;二、判断改错题对打√,错打“×”并改错,每小题1分,共10分1.随奥氏体中碳含量的增高,马氏体转变后,其中片状马氏体减少,板条状马氏体增多;2.回火屈氏体、回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的屈氏体、索氏体,只是形成过程不同,但组织形态和性能则是相同的;3.退火工件常用HRC标出其硬度,淬火工件常用HBS标出其硬度;4.马氏体是碳在α－Fe中所形成的过饱和固溶体；当发生奥氏体向马氏体的转变时,体积发生膨胀;5.表面淬火既能改变工件表面的化学成分,也能改善其心部组织与性能;6.化学热处理既能改变工件表面的化学成分,也能改善其心部组织与性能;7.高碳钢淬火时,将获得高硬度的马氏体,但由于奥氏体向马氏体转变的终止温度在0℃以下,故钢淬火后的组织中保留有少量的残余奥氏体;8.为了消除加工硬化便于进一步加工,常对冷加工后的金属进行完全退火;9.片状珠光体的机械性能主要决定于珠光体的含碳量;10.由于钢回火的加热温度在A1以下,所以淬火钢在回火时没有组织变化;三、选择题每小题1分,共10分1.钢在淬火后所得的组织是A.淬火马氏体B.回火索氏体C.回火屈氏体D.索氏体2.在淬火钢中,当含碳量增加到％以后,随含碳量的增加,硬度增加缓慢,这是因为A. 随含碳量的增加,残余奥氏体的量增多B. 随含碳量的增加,片状马氏体的量增多C. 随含碳量的增加,淬火内应力增大D. 随含碳量的增加,非马氏体的量减少3.若钢中加入的合金元素能使C曲线左移,则将使钢的淬透性A.提高B.降低C.不改变D.对小试样堤高,对大试样则降低4.下列钢铁材料中切削性能较好的是A.工业纯铁钢 C.白口铸铁钢5.钢锭中的疏松可以能过下面哪种方法改善A.完全退火B.足够变形量的锻轧C.扩散退火D.正火6.正火T8钢与完全退火T8钢相比A.前者珠光体更细密,故强度要低些B. 前者珠光体更细密,故强度要高些C.前者珠光体更粗大,故强度要低些D. 前者珠光体更粗大,故强度要高些7.退火亚共析钢,随含碳量的增加、σb值减小,δ、a K值增加 B. HBS、σb值增加,δ、a K值减小C. HBS、σb值增加,δ、a K值增加D. HBS、σb值减小,δ、a K值减小8.碳含量为Wc＝％的铁碳合金具有良好的A. 可锻性B. 切削加工性能C. 可焊性D. 铸造性能9.建筑用钢筋宜选用A. 高碳钢B.中碳钢C. 低碳钢D.工具钢10.下述退火态钢中强度最高的是钢钢钢钢四、简答题30分1.某厂仓库有20钢、45钢、T12钢和白口铸铁,大小和形状都一样,根据所学知识,可用哪些简单方法把它们迅速区分开请说明理由;5分2． 60钢经正常淬火后得到什么组织经退火后得到什么组织60钢淬火后分别在200℃、400℃、600℃回火又得到什么组织5分五、综合分析题10分用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉,并随工件一起加热到1000℃保温,当出炉后再次吊装工件时,钢丝绳发生断裂,试分析其原因;一、填空题每空1分,共20分1. 抗拉强度σb,屈服强度σs或σ2. 约％3. 屈服强度,抗拉强度4. 多,相同,各向同性5．点缺陷,线缺陷,面缺陷,低6. 固溶体,金属化合物,溶剂,高7. 珠光体,奥氏体8. 马氏体+铁素体+残余奥氏体,马氏体＋残余奥氏体二、判断改错题对打√,错打“×”并改错,每小题1分,共10分1. ×,片状马氏体增多,板条马氏体减少；2. ×,组织形态和性能也不同；3. ×,退火工件硬度用HBS标出,淬火工件硬度用HRC标出；4.√；5.×,表面淬火只能改变工件表面的组织与性能;；6.√；7.√；8. ×,进行再结晶退火；9×,取决于珠光体的片间距；10. ×,尽管钢回火的加热温度在A1以下,但是淬火钢在回火时仍有组织变化;三、选择题每小题1分,共10分1. A四、简答题30分1.5分答：方法一：硬度测试;硬度值大小顺序是：白口铸铁>T12钢>45钢>20钢; 因为铁碳合金的硬度随含碳量的增加而升高；四种铁碳合金的含碳量是：白口铸铁大于%C > T12钢%C>45钢%>20钢%C;方法二：分别制备四种材料的金相试样,在金相显微镜上进行显微组织观察;亚共析钢组织为F＋P,且亚共析钢中随含碳量增加铁素体减少,珠光体增多；过共析钢组织为P＋Fe3CⅡ,且当Wc>％时,Fe3CⅡ沿晶界呈网状分布；白口铸铁的组织中有莱氏体;所以,组织为F＋P而铁素体少的为20钢、珠光体多的为45钢；组织中有Fe3CⅡ沿晶界呈网状分布的T12钢,有莱氏体组织存在的是白口铸铁;2.5分答：60钢淬火后组织为马氏体；1分退火组织为珠光体＋铁素体；1分200℃回火后组织为回火马氏体；1分400℃回火后为回火屈氏体；1分600℃回火后为回火索氏体;1分五、10分答：冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的,在这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大,强度增加,处于加工硬化状态;在1000℃时保温,钢丝将发生回复、再结晶和晶粒长大过程,组织和结构恢复到软化状态;在这一系列变化中,冷拉钢丝的加工硬化效果将消失,强度下降,在再次起吊时,钢丝将被拉长,发生塑性变形,横截面积减小,强度将比保温前低,所以发生断裂;一、名词解释共15分,每小题3分二、1. 奥氏体A 2.回复3.固溶体4.自然时效5.加工硬化三、四、二、填空题共20分,每空1 分五、1.石墨为片状的灰口铸铁称为铸铁,石墨为团絮状的灰口铸铁称为__ 铸铁,石墨为球状的灰口铸铁称为铸铁;其中铸铁的韧性最高,因而可以锻造;六、2. 陶瓷材料中的气相是指,在程中形成的,它了陶瓷的强度;七、3.根据采用的渗碳剂的不同,将渗碳分为__________、__________和__________三种;八、4.工程中常用的特殊性能钢有_________、_________、_________等;九、5.金属的断裂形式有__________和__________两种;十、6.金属元素在钢中形成的碳化物可分为_________、_________两类;十一、7.常见的金属晶体结构有____________、____________和____________三种;二、填空题十二、1、普通灰口；可锻；球墨；十三、2、气孔；烧结；降低;十四、3、固体渗碳气体渗碳十五、4、不锈钢耐热钢耐磨刚十六、5、延性断裂十七、6、合金渗碳体特殊碳化物十八、7、体心立方晶格密排六方晶格十九、二十、二十一、三、选择题共25分,每小题1分二十二、钢钢锭在1000℃左右轧制,有时会发生开裂,最可能的原因是二十三、 A.温度过低； B.温度过高；C.钢锭含磷量过高； D.钢锭含硫量过高二十四、2.下列碳钢中,淬透性最高的是二十五、钢；钢；钢；钢二十六、在1Cr18Ni9Ti钢中的主要作用是二十七、A.提高淬透性； B.固溶强化；C.扩大Fe-Fe3C相图中的γ相区； D.细化晶粒；二十八、钢锻造后,在机械加工之前应进行二十九、A.完全退火；B.球化退火；C.去应力退火；D.再结晶退火三十、5.下列材料中,最适合制造机床床身的是三十一、钢；钢；；三十二、6.下列材料中,最适合制造气轮机叶片的是三十三、钢；钢；钢；钢三十四、7.下列材料中,最适合制造飞机蒙皮的是三十五、；旧牌号LD5；；旧牌号LY12三十六、8.下列材料中,最适合制造盛放氢氟酸容器的是三十七、；； C.聚四氟乙烯；三十八、9.下列材料中,最适合制造汽车板弹簧的是三十九、；；；四十、10.下列材料中,最适合制造汽车火花塞绝缘体的是四十一、； B.聚苯乙烯；C.聚丙烯；D.饱和聚酯四十二、11.铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化,而铁则不需冷加工,只四十三、需加热到一定温度即使晶粒细化,其原因是四十四、A.铁总是存在加工硬化,而铜没有；B.铜有加工硬化现象,而铁没有；四十五、C.铁在固态下有同素异构转变；而铜没有 D.铁和铜的再结晶温度不同四十六、12.常用不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和四十七、A.铁素体-奥氏体不锈钢；B.马氏体-奥氏体不锈钢；C.莱氏体不锈钢； D.贝氏体不锈钢四十八、13.以下哪种铸铁的断口呈灰黑色四十九、A.马口铁；B.白口铸铁；C.麻口铸铁；D.灰铸铁五十、14.用于制造渗碳零件的钢称为;五十一、 A.结构钢；B.合金钢； C.渗碳钢；D.工具钢五十二、15.马氏体组织有两种形态;五十三、 A.板条、树状；B.板条、针状；C.树状、针状； D.索状、树状五十四、16.实际生产中,金属冷却时;五十五、A.理论结晶温度总是低于实际结晶温度；B.理论结晶温度总是等于实际结晶温度；五十六、C.理论结晶温度总是大于实际结晶温度； D.实际结晶温度和理论结晶温度没有关系五十七、17.零件渗碳后,一般需经过才能达到表面硬度高而且耐磨的目的;五十八、A.淬火+低温回火； B.正火；C.调质； D.淬火+高温回火五十九、曲线右移使淬火临界冷却速度,淬透性;六十、 A.减小、增大； B.减小、减小； C.增大、减小；D.增大、增大六十一、19.机械制造中,T10钢常用来制造;六十二、 A.容器； B.刀具；C.轴承；D.齿轮六十三、20.钢经表面淬火后将获得;六十四、 A.一定深度的马氏体； B.全部马氏体； C.下贝氏体； D.上贝氏体六十五、钢的含铬量是：六十六、六十七、22.铅在常温下的变形属：六十八、A.冷变形； B.弹性变形；C.热变形； D.既有冷变形也有热变形六十九、23、黄铜是以为主加元素的铜合金;七十、A.铅 B.铁C.锡D.锌七十一、24、在Fe-Fe3C和图中,奥氏体冷却到ES线时开始析出;七十二、A.铁素体 B.珠光体C.二次渗碳体D.莱氏体七十三、25、从金属学的观点来看,冷加工和热加工是以温度为界限区分的;七十四、A.结晶B.再结晶C.相变℃三、选择题七十五、; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;; ; ; ; ; ; ;七十六、七十七、七十八、四、判断题共10 分,每小题1 分七十九、1.回火托氏体和托氏体皆由铁素体和渗碳体两个相构成,因而其性能相同;八十、2.冷却速度越快,钢的淬透性越高;八十一、3.钢的淬透性越高,产生焊接裂纹的倾向越大;八十二、4.铝合金也可以象钢那样通过淬火明显提高其硬度;八十三、5.所有强化金属的手段,都在提高强度的同时降低了韧性;八十四、6.可锻铸铁中的团絮状石墨是浇注球墨铸铁时石墨球化不良的结果;八十五、7.一定加热温度下,奥氏体晶粒长大倾向小的钢称为本质细晶粒钢;八十六、8.所谓过量弹性变形,是指零件发生了塑性变形;八十七、9.铝极易氧化,故铝制品的抗氧化失效能力极差;八十八、10.弹簧钢淬火后采用中温回火是想提高钢的弹性模量;四、判断题1.×；2.×；3.√；4.×；5.×；6.×；7.√；9.×；10.×;五、简答题共30分,每题10分1.简述奥氏体晶粒对钢在室温下组织和性能的影响;2.简述回火的目的;3.何谓碳钢中的铁素体、渗碳体、珠光体他们的力学性能各有何特点五、简答题1、答：奥氏体晶粒细小时,冷却后转变产物的组织也细小,其强度与塑性韧性都较高,冷脆转变温度也较低；反之,粗大的奥氏体晶粒,冷却转变后仍获得粗晶粒组织,使钢的力学性能特别是冲击韧性降低,甚至在淬火时发生变形、开裂;2、答：回火的目的是：1降低零件脆性,消除或降低内应力；2获得所要求的力学性能；3稳定尺寸；4改善加工性;3、答：铁素体——碳在α-Fe中的间隙固溶体,软而韧;渗碳体——碳与铁形成的间隙化合物,硬而脆;珠光体——铁素体与渗碳体形成的层片状交替排列的机械混合物,良好的综合力学性能;参考答案一、名词解释1．奥氏体A：C在γ－Fe中的间隙固溶体,常用A或γ表示,是一种硬度较低而塑性较高的固溶体;3．固溶体：组成合金的组元,在固态时相互溶解,所形成的单一均匀的物质;4．自然时效：自然时效是指经过冷、热加工或热处理的金属材料,于室温下发生性能随时间而变化的现象;5．加工硬化：金属材料随着冷塑变形程度的增大,强度和硬度逐渐升高,塑性和韧性逐渐降低的现象称为加工硬化或冷作硬化;一、名词解释：⒈调质:对钢材作淬火+高温回火处理,称为调质处理;⒉碳素钢:含碳量≤%的铁碳合金;⒊SPCD:表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带,相当于中国08Al13237优质碳素结构钢;二、填空题：1０×2＝２0分⒈按腐蚀过程特点,金属腐蚀可分为化学腐蚀_和电化学腐蚀___;2．常用力学性能判据有_强度____、__韧性_、_延展性_和_弹性模量_;。
材料晶体结构对机械性能的影响研究
材料晶体结构对机械性能的影响研究引言：在工程材料领域，研究材料的机械性能一直是一个重要的课题。
而材料的机械性能往往受到其晶体结构的影响。
本文将探讨材料晶体结构对机械性能的影响，并介绍一些相关的研究成果。
一、晶体结构与材料硬度的关系晶体结构对材料硬度有着直接的影响。
晶体结构中的晶格缺陷、晶胞形状和晶格密度等因素，会影响材料的硬度。
例如，对于金属材料而言，晶界的存在会增加材料的位错密度，从而增加材料的硬度。
此外，晶胞中的原子排列方式也会影响材料的硬度，例如，面心立方结构的金属材料相对于体心立方结构的金属材料具有更高的硬度。
二、晶体结构与材料强度的关系材料的晶体结构也会对其强度产生影响。
晶体结构中的晶粒尺寸、晶体定向和孪晶等因素，会对材料的强度产生重要影响。
晶粒尺寸较小的材料往往具有较高的强度，因为小尺寸的晶粒能够限制位错滑移的路径和增加晶界的阻碍作用。
此外，晶体的定向性也会对材料的强度产生影响，定向性较好的单晶材料具有较高的强度。
而孪晶作为晶界的一种特殊形态，也能够增强材料的强度。
三、晶体结构与材料韧性的关系晶体结构对于材料的韧性同样具有重要影响。
晶界能量和晶格对称性是影响材料韧性的重要因素。
晶界能量低的材料往往具有较好的韧性，因为晶界能量低意味着晶界的断裂阻力较高。
而晶格对称性对材料的韧性也起到重要作用，例如，立方晶体结构的材料通常具有较好的韧性，因为其晶格对称性能够限制裂纹扩展的路径。
四、晶体结构对材料疲劳性能和蠕变性能的影响除了硬度、强度和韧性，晶体结构对材料的疲劳性能和蠕变性能也起到重要影响。
晶界、孪晶和位错等缺陷会在材料受到应力作用时引发疲劳裂纹的萌生和扩展，对材料的疲劳寿命产生不利影响。
而晶胞中原子的间距和晶体的化学组成也会影响材料的蠕变性能，这是因为原子间的距离和化学键的强度会影响材料在高温条件下的松弛和变形行为。
结论：综上所述，材料的晶体结构对其机械性能有着重要的影响。
晶格缺陷、晶胞形状和晶格密度等因素会对材料的硬度、强度、韧性、疲劳性能和蠕变性能产生影响。
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晶粒大小对于金属力学性能的影响
晶粒大小对金属材料性能有很大影响：
晶粒之间的“边界”叫晶界，晶粒越大-则晶界也越大，而“晶界”又类似
于材料中的“裂纹”；那么晶粒越大则材料中的“裂纹”越大。
其次，晶粒部的
原子排列较为规则，容易产生“滑移”；而晶界上的原子排列较为凌乱，存在许
多“位错”和“劈间”，使得原子面之间不易滑移和变形。
那么晶粒细小时，其
的滑移变形就小且能被晶界有效抑制。
第三，晶粒、晶界都越细小，外来的总重
荷及变形将分散到更多的晶粒上，岂不更好。
所以，晶粒越细--则金属材料的性
能越好。
控制晶粒大小方法很多，主要原理有两个：
1.增大金属结晶时的过冷度。
2.增加结晶晶核。
第一节: 金属材料液态成形基础
(二)金属的结晶
1．结晶的条件
纯金属液体缓慢冷却过程的时间—温度的关系曲线，即纯金属的冷却曲线。
冷却曲线
分析冷却曲线可知，液体纯金属冷却到平衡结晶温度Tm（又称为理论结晶温度，热力学凝固温度，熔点和凝固点等）时，液体纯金属并不会立即自发地出现结晶，只有冷却到低于Tm后，固体才开始结晶，而后长大，并放出大量潜热，使温度回升到略低于平衡结晶温度，而在冷却曲线上出现一个温度平台。
当凝固完成后，由于没有潜热释放，因此，温度又继续下降。
理论结晶温度Tm与实际结晶温度Tn之间的温度差称为过冷度，写作△T=Tm-Tn。
由图可知，金属结晶必须在一定的过冷度下才能自发的进行。
从热力学观点来分
析，任何引起系统自由能降低的过程都是自发的过程。
在金属结晶前后的两个状态下，金属是由两个不同的相所组成，即液相和固相。
两种不同聚集状态自然有两种不同的自由能。
图2-1-29所示是同一金属材料液相和固相的自由能—温度变化曲线。
图中显示，两条曲线有一个交点，其对应的温度即为理论结晶温度Tm。
在温度Tm时，液相和固相处于两相平衡状态，自由能相等，可长期共存。
高于温度Tm时，液相比固相的自由能低，金属处于液相才是稳定的；低于温度Tm时，金属稳定的状态为固相。
因此，液态金属如果要结晶，就必须处于Tm温度以下。
金属在液态与固态之间存在有一个自由能差（△F），这个能量差△F就是促使液体结晶的驱动力。
２．结晶的过程
液态金属结晶是由形核和长大两个密切联系的基本过程来实现。
液态金属结晶时，首先在液态中形成一些极微小的晶体（称为晶核），然后再以它们为核心不断地长大。
在这些晶体长大的同时，又出现新的晶核并逐渐长大，直至液体金属消失。
如动画2-1-8所示：
（１）晶核的形成
液态金属结晶时晶核常以两种方式形成：
1）自发形核——自发形核指依靠液态金属本身在一定过冷度下由其部自发长出结晶核心。
２)非自发形核——非自发形核指依附与金属液体中未溶的固态杂质表面而形成晶核。
金属结晶过程中晶核的形成主要是以非自发形核方式为主
3)晶核的长大晶核长大的实质就是原子由液体向固体表面的转移。
当过冷度较大，尤其是金属中存在杂质时，金属晶体常以树枝状的形式长大。
在晶核开始长大的初期，因其部原子规则排列的特点，故外形也是比较规则的。
但随着晶核的继续长大，形成了晶体的顶角和棱边，由于顶角和棱边处散热条件优于其它部位并易于存在晶体缺陷等原因，晶体在顶角和棱边处优先长大，如图2-1-11所示。
图2-1-11 树枝状晶体长大过程
由此可见，其生长方式像树枝一样，先长出干枝，称为一次晶轴，然后在一次晶轴伸长和变粗的同时，在其侧面棱角处又长出分枝，称为二次晶轴。
随着时间的推移，二次晶轴成长的同时又长出三次晶轴等，如此不断成长和分枝下去，直至液体全部消失。
最后得到的晶体称为树枝状晶体，简称枝晶。
每一枝晶将成长为一个晶粒。
第一节: 金属材料液态成形基础
3．铸件晶粒组织
铸件的晶粒组织是指铸件的晶粒形状和大小。
一般铸件的典型晶粒组织分为三个区域。
看动画2-1-9铸件组织示意图。
(1)表层细晶粒区
当液态金属刚刚浇入铸模时，由于模壁温度很低，使与它接触的很薄一层液态金属发生强烈的过冷，形成大量的自发晶核。
这些晶核迅速生长到互相接触，在铸件表层形成等轴细晶粒区。
(2)柱状晶粒区
细晶粒区形成的同时，模壁温度不断升高，使剩余液态金属的冷却速度逐渐降低，过冷度减小，形核率变慢，此时凡晶轴垂直于模壁的晶粒，沿着枝晶轴向模壁传热有利，所以这些晶粒优先得到长大，从而形成柱状晶粒。
(3)中心等轴晶粒区
随着柱状晶粒发展到一定程度，通过已结晶的柱状晶层和模壁向外散热的速度愈来愈慢，在锭模心部的剩余液态金属部温差愈来愈小，散热方向已不明显，因而形成较粗大的等轴晶粒区。
由上述可知，铸锭的组织是不均匀的，从表层到心部依次由细小的等轴晶粒、柱状晶粒和粗大的等轴晶粒所组成。
4.铸件晶粒组织的控制
晶粒组织对铸件力学性能有很大影响
铸锭的表层细晶粒区的组织较为致密，力学性能较好，但由于该区很薄，故对铸锭性能影响不大。
柱状晶粒区的组织较中心等轴晶粒区致密。
但柱状晶的接触面由于常存在有非金属夹杂物和低熔点杂质而成为脆弱面，在热压力加工时常
沿脆弱面断裂。
因此，一般不希望钢锭柱状晶粒区过大。
但对于塑性较好的有色金属及其合金，有时为了获得较致密的组织，反而希望得到柱状组织。
(1)细晶强化：
等轴晶的晶界长，杂质分布较分散，各方向的机械性能差异小，晶粒愈细小，铸件不但强度、硬度愈高，而且塑性和韧性愈好，这种提高金属强度的方法叫细晶强化。
在所有强化金属的方法中，细晶强化是最理想的强化方法。
所以，通常希望铸件为细等轴晶粒组织。
(2)细晶强化的方法：
1)增加液态金属结晶时的过冷度
根据过冷度对形核率和生长速率的影响规律，增大过冷度可以使铸件晶粒变小。
在连续冷却情况下，冷却速度愈大，过冷度愈大，增大冷却速度可采取降低熔液的浇注温度，选用吸热能力和导热性较强的铸型材料等措施来达到。
例如，金属型比砂型冷区速度大，故金属型铸件比砂型铸件的晶粒细小。
2)变质处理
在金属液结晶前，向金属液中加入某些物质（称为变质剂），形成大量分散的固态微粒作为非自发形核界面，或起阻碍晶体长大的作用，从而获得细小晶粒，这种细化晶粒的方法，称为变质处理。
3)附加振动
金属液结晶时，可采用机械振动，超声波或电磁振动等措施，使铸型中液体金属运动，造成枝晶破碎，碎晶块起晶核作用，从而使晶粒细化。