强度与塑性、金属的晶体结构与结晶

强度与塑性、金属的晶体结构与结晶
强度与塑性、金属的晶体结构与结晶

)。

在试样表面留下球布氏硬度值用球面压痕单位面积上所承受

1.588

试验压入试样表面之后卸除主

。由

晶体中原子的排列具

有周期性变化的特点,因

此只要在晶格中选取一

个能够完全反映晶格特

征的最小的几何单元进

行分析,便能确定原子排

列的规律。组成晶格的最

基本几何单元称为晶胞。

实际上整个晶格就是由许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。

二元合金的相结构与结晶 - 答案

第三章 二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成具有金属特性的物质。 2.合金中的组元是指 组成合金最基本的、独立的物质 。 3.固溶体的定义是 在固态条件下,一种组元“组分”溶解了其它组元而形成的单相晶态固体 4.Cr 、V 在γ-Fe 中将形成 置换 固溶体。C 、N 则形成 间隙 固溶体。 5.和间隙原子相比,置换原子的固溶强化效果要 差 些。 6.当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时,先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。 7.共晶反应的特征是 由一定成分的恶液相同时结晶出成分一定的两个固相 ,其反应式为 L →a+β 8.匀晶反应的特征是 ,其反应式为 9.共析反应的特征是 ,其反应式为 10.合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换固溶体和间隙固溶体,按原子溶入量可以分为 有限固溶体 和 无限固溶体 11.合金的相结构有 固溶体 和 金属化合物 两种,前者具有较高的 塑性变形 性能,适合于做 基体 相;后者有较高的 高硬度 性能,适合于做 增强 相 12.看图4—1,请写出反应式和相区: ABC 包晶反应 B A C L γα?+ ;DEF 共晶反应 F D C L βγ+? ;GHI 共析反应 I G H βαγ+? ; ① L +α ;② γα+ ;③βα+ ;④ βγ+ ;⑤ L +γ ;⑥ β+L ; 13.相的定义是 ,组织的定义是 14.间隙固溶体的晶体结构与溶剂的晶格类型 相同,而间隙相的晶体结构与 溶剂组元晶体结构 不同。 15.根据图4—2填出: 水平线反应式 E C D βαγ+? ;有限固溶体 βα、 、 无限固溶体 γ 。 液相线 ,固相线 , 固溶线 CF 、 EG

金属与合金的晶体结构

第二章金属与合金的晶体结构 第一节纯金属的晶体结构 一、晶体结构的基本知识 1、晶体与非晶体 晶体——原子规则排列的集合体 非晶体——原子无规则堆积的集合体 晶体特征:固定的熔点,各向异性 2、晶格与晶胞 晶格:把晶体中原子看成几何点,用假象的直线连接后得到的三维格架晶胞:晶格中能全面反映原子排列规律的最小几何单元 3、晶面与晶向晶格常数:晶胞的棱边长度 晶面:晶格中各方位的原子面 晶向:任意两个原子连线所指的方向 第二节纯金属的实际晶体结构 α-Fe [100] E=135000N/mm2 [111] E=290000 N/mm2 实际测定 E=210000 N/mm2 一、多晶体结构 单晶体:各部分位向完全一致的晶体(各向异性)多晶体:许多位向不同的单晶体的聚合体(各向同性)晶粒:多晶体中外形不规则的小晶体晶界:晶粒之间的界面 二、晶体缺陷 1、点缺陷——空位和间隙原子 点缺陷→导致晶格畸变→强度↑,硬度↑ 空位和间隙原子都处于运动和变化之中,是原子扩散主 要方式之一。温度↑,空位↑ 2、线缺陷——位错 位错——整排原子有规律错排位错密度ρ=L / V (cm-2)

增加或减小,可以提高强度 3、面缺陷——晶界、亚晶界晶界处:晶格畸变→强度高 原子能量高→熔点低,易腐蚀,原子扩散快 晶粒细→晶界面积大→强度高 亚晶界:晶粒内小位向差(1-2°)的晶块(亚晶粒亚结构)边界 第三节合金的晶体结构合金的基本概念 合金:由两种或两种以上金属,或金属与非金属组成,具有金属性质的物质。 组元:组成合金的基本物质。 相:结构相同,成分相近,与其它部分有界面分开的部分 单相合金:固态下由一个固相组成的合金 多相合金:固态下由两个以上固相组成的合金 组织:相的聚合体。 ( 单相组织,多相组织,) 二、合金的相结构 合金相结构——固溶体和金属化合物。 1、固溶体 固溶体:一种元素的原子溶入另一种元素中形成的合金相。溶剂——保持原晶体结构的元素溶质——失去原晶体结构的元素 有限固溶体:溶解度有一定限度——有限互溶 无限固溶体:溶解度无一定限度——无限互溶(晶体结构相同原子直径相近)固溶体分类: 置换固溶体:溶质原子占据溶剂晶格的某些结点 间隙固溶体:溶质原子处于溶剂晶格的间隙中 固溶强化——溶质溶入固溶体,导致晶格畸变,引起强度和硬度升高 (仍保持良好的塑性和韧性) 2、金属化合物 特征: ?有金属性质 ?晶体结构不同于任何组元 ?成分可用分子式表示Fe3C 性能:硬,脆,熔点高 弥散强化(第二相强化): 当金属化合物以细小颗粒均布于固溶体上, 可使合金的强度↑↑,硬度↑↑,耐磨性↑↑ 调整合金性能的途径: ?改善固溶体溶解度 ?改变化合物形状、数量、大小、分布

最新第三章 二元合金的相结构与结晶 - 答案

第三章 二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成具有金属特性的物质。 2.合金中的组元是指 组成合金最基本的、独立的物质 。 3.固溶体的定义是 在固态条件下,一种组元“组分”溶解了其它组元而形成的单相晶态固体 4.Cr 、V 在γ-Fe 中将形成 置换 固溶体。C 、N 则形成 间隙 固溶体。 5.和间隙原子相比,置换原子的固溶强化效果要 差 些。 6.当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时,先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。 7.共晶反应的特征是 由一定成分的恶液相同时结晶出成分一定的两个固相 ,其反应式为 L →a+β 8.匀晶反应的特征是 ,其反应式为 9.共析反应的特征是 ,其反应式为 10.合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换固溶体和间隙固溶体,按原子溶入量可以分为 有限固溶体 和 无限固溶体 11.合金的相结构有 固溶体 和 金属化合物 两种,前者具有较高的 塑性变形 性能,适合于做 基体 相;后者有较高的 高硬度 性能,适合于做 增强 相 12.看图4—1,请写出反应式和相区: ABC 包晶反应 B A C L γα?+ ;DEF 共晶反应 F D C L βγ+? ;GHI 共析反应 I G H βαγ+? ; ① L +α ;② γα+ ;③βα+ ;④ βγ+ ;⑤ L +γ ;⑥ β+L ; 13.相的定义是 ,组织的定义是 14.间隙固溶体的晶体结构与溶剂的晶格类型 相同,而间隙相的晶体结构与 溶剂组元晶体结构 不同。 15.根据图4—2填出: 水平线反应式 E C D βαγ+? ;有限固溶体 βα、 、 无限固溶体 γ 。 液相线 ,固相线 , 固溶线 CF 、 EG

金属材料的塑性

塑性是指金属材料在载荷外力的作用下,产生永久变形(塑性变形)而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时,长度和横截面积都要发生变化,因此,金属的塑性可以用长度的伸长(延伸率)和断面的收缩(断面收缩率)两个指标来衡量。 金属材料的延伸率和断面收缩率愈大,表示该材料的塑性愈好,即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料(如低碳钢等),而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料(如灰口铸铁等)。塑性好的材料,它能在较大的宏观范围内产生塑性变形,并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化,从而提高材料的强度,保证了零件的安全使用。此外,塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工,如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此,选择金属材料作机械零件时,必须满足一定的塑性指标。字串2 编辑本段 金属材料的硬度 硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高,耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 1.布氏硬度(HB) 以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小(直径一般为10mm)的淬硬钢球压入材料表面,保持一段时间,去载后,负荷与其压痕面积之比值,即为布氏硬度值(HB),单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。 2.洛氏硬度(HR) 当HB>450或者试样过小时,不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球,在一定载荷下压入被测材料表面,由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同,分三种不同的甓壤幢硎荆?HRA:是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度极高的材料(如硬质合金等)。 HRB:是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球,求得的硬度,用于硬度较低的材料(如退火钢、铸铁等)。 HRC:是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火钢等)。 3 维氏硬度(HV) 以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面,用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值,即为维氏硬度值(HV)。

金属材料强度

金属材料强度:强度就是指材料在外力作用下抵抗变形与破坏得能力.主要指标可分为抗拉(最基本强度指标)、抗压、抗弯、抗扭与抗剪强度. 塑性:材料在外力(静载)作用下产生永久变形而不被破坏得能力.主要指标为伸长率与断面收缩率。 硬度:材料抵抗更硬物体压入得能力.常用指标为布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度. 下列硬度指标就是否正确? HBS210-240 180-210HRCHRC29—25 450-480HBS钢得热处理:钢固态下,采用适当方法进行加热、保温与冷却,以改变钢得内部组织与结构,从而获得所需性能得一种工艺方法。 预先热处理:为消除坯料或半成品得某些缺陷或为后续得切削加工与最终热处理做组织准备得热处理。(退火、正火) 最终热处理:为使工件获得所要求得使用性能得热处理。 退火与正火得区别与选用:与退火相比、正火得冷却速度稍快,过冷度较大。 选用:1切削加工性考虑。作为预先热处理,低碳钢退火优于正火,而高碳钢正火后硬度太高,必须采用退火. 2使用性能上考虑.对于亚共析钢,正火处理比退火处理具有更好得力学性能。如果零件得性能要求不就是很高,则可用正火作为最终热处理。对于一些大型、重型零件,当淬火有开裂危险时,则采用正火作为最终热处理;但当零件得形状复杂,正火冷却速度较快开裂危险时,则采用退火为宜。 3 经济上考虑。正火比退火得生产周期短、耗料少、成本低、效率高、操作简便,因此在可能得条件下应采用正火。 钢淬火后为什么一定要回火,说明回火得种类及主要应用范围. 钢件经淬火后,虽然具有很高得硬度与强度,但脆性大,并且具有较大得淬火应力,因此在退火后,必须配以适当得回火. 种类及范围:高温回火:用于重要零件如轴、齿轮等。 中温回火:用于各种弹性元件及热锻模。 低温回火:用于各种工、模具钢及要求硬而耐磨得工件。 调制及特点:淬火后,加热到500-650度,保温后在空气中冷却。获得良好得综合力学性能,在保持高强度得同时,具有良好得塑、韧性,硬度为200—330HBS。

常见的金属晶体结构

第二章作业 2-1 常见的金属晶体结构有哪几种它们的原子排列和晶格常数有什么特点 V、Mg、Zn 各属何种结构答:常见晶体结构有 3 种:⑴体心立方:-Fe、Cr、V ⑵面心立方:-Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方:Mg、Zn -Fe、-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、 2---7 为何单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示出各向异性答:因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同,造成原子间结合力不同,因而表现出各向异性;而多晶体是由很多个单晶体所组成,它在各个方向上的力相互抵消平衡,因而表现各向同性。第三章作业3-2 如果其它条件相同,试比较在下列铸造条件下,所得铸件晶粒的大小;⑴金属模浇注与砂模浇注;⑵高温浇注与低温浇注;⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件;⑷浇注时采用振动与不采用振动;⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答:晶粒大小:⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业 4-4 在常温下为什么细晶粒金属强度高,且塑性、韧性也好试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答:晶粒细小而均匀,不仅常温下强度较高,而且塑性和韧性也较好,即强韧性好。原因是:(1)强度高:Hall-Petch 公式。晶界越多,越难滑移。(2)塑性好:晶粒越多,变形均匀而分散,减少应力集中。(3)韧性好:晶粒越细,晶界越曲折,裂纹越不易传播。 4-6 生产中加工长的精密细杠(或轴)时,常在半精加工后,将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂 7~15 天,然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因答:这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来,是细长工件的一种存放形式吊个7 天,让工件释放应力的时间,轴越粗放的时间越长。 4-8 钨在1000℃变形加工,锡在室温下变形加工,请说明它们是热加工还是冷加工(钨熔点是3410℃,锡熔点是232℃)答:W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =(~×(3410+273)-273 =(1200~1568)(℃)>1000℃ TR(Sn) =(~×(232+273)-273 =(-71~-20)(℃) <25℃ 所以 W 在1000℃时为冷加工,Sn 在室温下为热加工 4-9 用下列三种方法制造齿轮,哪一种比较理想为什么(1)用厚钢板切出圆饼,再加工成齿轮;(2)由粗钢棒切下圆饼,再加工成齿轮;(3)由圆棒锻成圆饼,再加工成齿轮。答:齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则,同时也要根据实际情况具体而定,总的原则是满足使用要求;加工便当;性价比最佳。对齿轮而言,要看是干什么用的齿轮,对于精度要求不高的,使用频率不高,强度也没什么要求的,方法 1、2 都可以,用方法 3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮,方法 3 就是合理的。经过锻造的齿坯,金属内部晶粒更加细化,内应力均匀,材料的杂质更少,相对材料的强度也有所提高,经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定,强度更好。 4-10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉,并随工件一起加热到1000℃,保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂,试分析原因答:由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度,那么再吊重物时才有足够的强度,当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后,等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理,所以使钢丝绳的性能大大下降,所以再吊重物时发生断裂。 4-11 在室温下对铅板进行弯折,越弯越硬,而稍隔一段时间再行弯折,铅板又像最初一样柔软这是什么原因答:铅板在室温下的加工属于热加工,加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成,而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上,所以伴随着回复和再结晶过程,等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒,硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业 5-3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同答:一次渗碳体:由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体:从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体:从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体:经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体:经共析反应生成的渗碳体即珠光体中的渗

纯金属与合金的晶体结构

淮安信息职业技术学院教案首页 一、章节:第二章纯金属与合金的晶体结构 第一节纯金属的晶体结构第二节纯金属的实际晶体结构第三节合金的晶体结构 二、教学目的:使学生了解纯金属与合金的晶体结构,晶胞、晶格、合金的基本概念,了解固溶体与金属化合物。 三、教学方法: 讲授法。 四、教学重点: 晶胞、晶格、合金的基本概念,了解固溶体与金属化合物。 五、教学难点: 晶胞、晶格、合金的基本概念,了解固溶体与金属化合物。 六、使用教具: 挂图。 七、课后作业: P17:1、2、6。 八、课后小结:

第二章纯金属与合金的晶体结构 第一节纯金属的晶体结构 一、晶体结构的基本知识 1.晶体与非晶体 晶体内部的原子按一定几何形状作有规则地重复排列,如金钢石、石墨及固态金属与合金。而非晶体内部的原子无规律地规律地堆积在一起,如沥青、玻璃、松香等。 晶体具有固定的熔点和各向异性的特征,而非晶体没有固定的熔点,且各向同性。 2.晶体管格与晶胞 为便于分析晶体中原子排列规律,可将原子近似地看成一个点,并用假想的线条将各原子中心连接起来,便形成一个空间格子。 晶格——抽象的、用于描述原子在晶体中的规则排列方式的空间几何图形。结点——晶格中直线的交点。 晶胞——晶格是由一些最基本的几何单元周期重复排列而成的,这种最基本的几何单元称为晶胞。

晶胞大小和形状可用晶胞的三条棱长a、b、c(单位,1A=108cm)和棱边夹角来描述,其中a、b、c称为晶格常数。 各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同,故呈现出不同的物理、化学及力学性能。 二、常见的晶格类型 1.体心立方晶格 体心立方晶格的晶胞为一立方体,立方体的八个顶角各排列着一个原子,立方体的中心有一个原子。其晶格常数a=b=c。属于这种晶格类型的金属有α铁、铬、钨、钼、钒等。 2.面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞也是一个立方体,立方体的八个顶角和六个面的中心各排列一个原子。属于这种晶格类型的金属有γ铁、铝、铜墙铁壁、镍、金、银等。 3.密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是一个六方柱体,柱体的十二个顶角和上、下中心各排列着一个原子,在上、下面之间还有三个原子。属于这种晶格类型的金属有镁、锌、铍等、α-Ti。 晶格类型不同,原子排列的致密度也不同。体心立方晶格的致

金属材料屈服强度的影响因素.

金属材料屈服强度及其影响因素 屈服强度是指材材料开始产生宏观塑性变形时的应力。对于屈服现象明显的材料,屈服强度就屈服点的应力—屈服值;对于屈服现象不明显的材料,通常将应力-应变曲线上以规定发生一定的残留变形为标准,如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度,符号为σ0.2或σys。 屈服强度通常用作固体材料力学机械性质的评价指标,是材料的实际使用极限。 影响屈服强度的因素 影响屈服强度的内在因素有: 1.金属本性及晶格类型——纯金属单晶体的屈服强度由位错运动时所受的阻力决定。这些阻力有晶格阻力和位错间交互作用产生的阻力之分。其中晶格力与位错宽度和柏氏矢量有关,而两者又与晶体结构有关。位错间交互产生的阻力包括平行位错间交互产生的阻力和运动位错与林位错交互产生的阻力。用公式表示:T=αGb/L,式中α为比例系数,又因为密度ρ与1/L2成正比,因此,T=αGb ρ1/2,由此可见,密度增加,屈服强度也随之增加。 2.晶粒大小和亚结构——晶粒大小的影响是晶界影响的反映,减小晶粒尺寸将增加位错运动障碍的数目,减小晶粒内位错塞积群的长度,将使屈服强度提高。许多金属与合金的屈服强度与晶粒大小的关系均符合霍尔佩奇公式σ s =σ j +k y d-1/2,式中,σ j 是位错在基体金属中运动的总阻力,亦称摩擦阻力,它决定于 晶体结构和位错密度;k y 是度量晶界对强化贡献大小的钉扎常数,或表示滑移带端部的应力集中系数;d为晶粒平均尺寸。亚晶界的作用和晶界类似,也阻碍位错的运动。 3.溶质元素——纯金属中融入溶质原子形成间隙型或置换型固溶合金将会显著提高屈服强度,此即为固溶强化。这主要是由于溶质原子和溶剂原子直径不同,在溶质周围形成了晶格畸变应力场,该应力场产生交互作用,使位错运动受阻,从而提高屈服强度。 4.第二相——工程上的金属材料,其显微组织一般是多相的。第二相对屈服强度的影响与质点本身在金属材料屈服变形过程中能否变形有很大关系。据此可将第二相质点分为不可变形和可变形的两类。 根据位错理论,位错线只能绕过不可变形的第二相质点,为此,必须克服弯曲位错的线张力。不可变形第二相质点的金属材料,其屈服强度与流变应力就决定于第二相质点之间的间距。对于可变形的第二相质点,位错可以切过,使之同基体一起变形,由此也能提高屈服强度。 第二相的强化效果还与其尺寸、形状、数量和分布以及第二相与基体的强度、塑性相应硬化特性、两相间的晶体学配合和界面能等因素有关。在第二相体积比相同的情况下,长形质点显著影响位错运动,因而具有此种组织的金属材料,其屈服强度就比球状的高。 综上所述,表征金属微量塑性变形抗力的屈服强度是一个对成分、组织极其敏感的力学性能指标,受许多内在因素的影响,改变合金成分或热处理工艺可使屈服强度产生明显变化。

合金的晶体结构与结晶过程

第八节合金的晶体结构与结晶过程 一、基本概念 ●组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 ●由两种或两种以上的组元按不同比例配制而成的一系列不同化学成分的所有合金,称为合金系。 ●相是指在一个合金系统中具有相同的物理性能和化学性能,并与该系统的其余部分以界面分开的部分。 ●组织是指用金相观察方法,在金属及其合金内部看到的涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成关系的构造情况。 二、合金的晶体结构 根据合金中各组元之间的相互作用,合金中的晶体结构可分为固溶体、金属化合物及机械混合物三种类型。 (一)固溶体 ●合金在固态下一种组元的晶格内溶解了另一种原子而形成的晶体相,称为固溶体。 根据溶质原子在溶剂晶格中所占位置的不同,可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。 1.置换固溶体 ●溶质原子代替一部分溶剂原子,占据溶剂晶格的部分结点位置时,所形成的晶体相,称为置换固溶体。 按溶质溶解度的不同,置换固溶体又可分为有限固溶体和无限固溶体。 a) 置换固溶体 b) 间隙固溶体 图1-32 固溶体的类型 2.间隙固溶体 ●溶质原子在溶剂晶格中不占据溶剂晶格的结点位置,而是嵌入溶剂晶格的各结点之间的间隙内时,所形成的晶体相,称为间隙固溶体。 无论是置换固溶体,还是间隙固溶体,异类原子的插入都将使固溶体晶格发生畸变,增加位错运动的阻力,使固溶体的强度、硬度提高。这种通过溶入溶质原子形成固溶体,使合

金强度、硬度升高的现象称为固溶强化。固溶强化是强化金属材料的重要途径之一。 a)间隙固溶体 b)置换固溶体(大溶质原子) c)固溶体(小溶质原子) 图1-33 形成固溶体时产生的晶格畸变 (二)金属化合物 ●金属化合物是指合金中各组元之间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相。 金属化合物具有与其构成组元晶格截然不同的特殊晶格,熔点高,硬而脆。 (三)机械混合物 ●由两相或两相以上组成的多相组织,称为机械混合物。 在机械混合物中各组成相仍保持着它原有晶格的类型和性能,而整个机械混合物的性能则介于各组成相的性能之间,并与各组成相的性能以及相的数量、形状、大小和分布状况等密切相关。 三、合金结晶过程 合金的结晶过程与纯金属一样,也是晶核形成和晶核长大两个过程。同时结晶时也需要一定的过冷度,结晶后形成由多晶体。合金的结晶过程中具有如下特点: (1)纯金属的结晶是在恒温下进行,只有一个结晶温度。而绝大多数合金是在一个温度范围内进行结晶的,一般结晶的开始温度与终止温度是不相同,一般有两个结晶温度。 (2)合金在结晶过程中,在局部范围内相的化学成分(即浓度)有差异,当结晶终止后,整个晶体的平均化学成分与原合金的化学成分相同。 (3)合金结晶后一般有三种情况:第一种情况是形成单相固溶体;第二种情况是形成单相金属化合物或同时结晶出两相机械混合物(如共晶体);第三种情况是结晶开始时形成单相固溶体,剩余液体又同时结晶出两相机械混合物(如共晶体)。 四、合金结晶冷却曲线 合金结晶过程比纯金属复杂得多,但其结晶过程仍可用结晶冷却曲线来描述。一般合金的结晶冷却曲线有以下三种形式:

第三章 二元合金的相结构与结晶 - 答案

第三章二元合金的相结构与结晶 (一)填空题 1 合金的定义是两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成具有金属特性的物质。 2.合金中的组元是指组成合金最基本的、独立的物质。 3.固溶体的定义是在固态条件下,一种组元“组分”溶解了其它组元而形成的单相晶态固体 4.Cr 、V 在γ-Fe 中将形成置换固溶体。C 、N 则形成间隙固溶体。 5.和间隙原子相比,置换原子的固溶强化效果要差些。 6.当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时,先结晶出的树枝主轴含有较多的高熔点组元。 7.共晶反应的特征是由一定成分的恶液相同时结晶出成分一定的两个固相,其反应式为L →a+β 8.匀晶反应的特征是,其反应式为 9.共析反应的特征是,其反应式为 10.合金固溶体按溶质原子溶入方式可以分为置换固溶体和间隙固溶体,按原子溶入量可以分为有限固溶体和无限固溶体 11.合金的相结构有固溶体和金属化合物两种,前者具有较高的塑性变形性能,适合于做基体相;后者有较高的高硬度性能,适合于做增强相 12.看图4—1,请写出反应式和相区: ABC 包晶反应B A C L γα?+;DEF 共晶反应F D C L βγ+?;GHI 共析反应I G H βαγ+?; ①L +α;②γα+;③βα+;④βγ+;⑤L +γ;⑥β+L ; 13.相的定义是,组织的定义是 14.间隙固溶体的晶体结构与溶剂的晶格类型相同,而间隙相的晶体结构与溶剂组元晶体结构不同。 15.根据图4—2填出: 水平线反应式E C D βαγ+?;有限固溶体βα、、无限固溶体γ。 液相线,固相线,固溶线CF 、EG

16.接近共晶成分的合金,其铸造性能较好;但要进行压力加工的合金常选用匀晶成分的合金。 17.共晶组织的一般形态是片状。 (二)判断题 1.共晶反应和共析反应的反应相和产物都是相同的。( N) 2.铸造合金常选用共晶或接近共晶成分的合金,要进行塑性变形的合金常选用具有单相固溶体成分的合金。( Y) 3.合金的强度与硬度不仅取决于相图类型,还与组织的细密程度有较密切的关系。( Y) 4.置换固溶体可能形成无限固溶体,间隙固溶体只可能是有限固溶体。( Y) 5.合金中的固溶体一般说塑性较好,而金属化合物的硬度较高。( Y ) 6.共晶反应和共析反应都是在一定浓度和温度下进行的。( Y) 7.共晶点成分的合金冷却到室温下为单相组织。( N) 8.初生晶和次生晶的晶体结构是相同的。( Y ) 9.根据相图,我们不仅能够了解各种合金成分的合金在不同温度下所处的状态及相的相对量,而且还能知道相的大小及其相互配置的情况。( Y ) 10.亚共晶合金的共晶转变温度与共晶合金的共晶转变温度相同。( Y ) 11.过共晶合金发生共晶转变的液相成分与共晶合金成分是一致的。( Y) (三)选择题 1.固溶体的晶体结构是A A.溶剂的晶型B.溶质的晶型 C 复杂晶型D.其他晶型 2 金属化合物的特点是C A.高塑性B.高韧性 C 高硬度D.高强度 3.当匀晶合金在较快的冷却条件下结晶时将产生D A.匀晶偏析 B 比重偏析C.枝晶偏析D.区域偏析 4.当二元合金进行共晶反应时,其相组成是C A.由单相组成 B 两相共存 C 三相共存D.四相组成 5.当共晶成分的合金在刚完成共晶反应后的组织组成物为C A. α+βB.(α+L) C.(α+β) D.L+α+β 6.具有匀晶型相图的单相固溶体合金B A.铸造性能好B.锻压性能好 C 热处理性能好D.切削性能好 7.二元合金中,共晶成分的合金A A.铸造性能好 B 锻造性能好 C 焊接性能好D.热处理性能好 8.共析反应是指B A.液相→固相Ⅰ+固相Ⅱ B 固相→固相Ⅰ+固相Ⅱ C.从一个固相内析出另一个固相 D 从一个液相中析出另一个固相 9.共晶反应是指A

浅谈金属材料的塑性

浅谈金属材料的塑性 什么是金属材料的塑性? 塑性是材料在某种给定载荷下产生永久变形而不破坏的能力。对大多数的工程材料,当其应力低于弹性极限时, 产生的变形在外力去除后全部消除,材料恢复原状。这种情况下,应力的应变关系是线性的,表现为弹性行为。而应力超过弹性极限后,发生的变形包括弹性变形和塑性变形两部分,塑性变形不可逆。 而金属材料的塑性是指金属在载荷外力的作用下,产生塑性变形而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时,长度和横截面积都要发生变化,因此,金属的塑性可以用延伸率(δ)和断面收缩率(ψ)两个指标来衡量。延伸率计算公式为δ=[(L1-L0)/L0]x100%;断面收缩率计算公式为ψ=[(F0-F1)/F0]x100%。金属材料在锻压、轧制、拔制等加工过程中,产生的弹性变形比塑性变形要小得多,通常忽略不计。这类利用塑性变形而使材料成形的加工方法,统称为塑性加工。金属材料的塑性有什么用? 在前面两个公式中不难看出δ与ψ值越大,金属材料的延伸率和断面收缩率愈大,则该材料的塑性愈好,即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料(如低碳钢等),而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料(如灰口铸铁等)。同时起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定了金属材料硬度值,塑性变形抗力越高,材料的强度越高,硬度值也就越高。塑性好的材料,它能在较大的宏观范围内产生塑性变形,并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化,从而提高材料的强度,保证了零件的安全使用。此外,塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工,如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此,选择金属材料作机械零件时,必须满足一定的塑性指标。

第3讲纯金属的晶体结构

第三讲纯金属的晶体结构 1.典型金属的晶体结构 考点再现:这一部分08年09年10年都有所涉及,10年考了晶胞致密度的概念,这部分以名词解释,填空为主,需要在理解的基础上记忆,但是总体上说难度不大,但是却很重点。考试要求:记忆,特别是理解基础上的记忆,对于一些内容需要会一定的推导。 知识点: 晶胞中的原子数:完全属于该晶胞的原子数。★★★ 配位数:晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数(CN)。★★★★ 致密度:晶体结构中的原子体积占总体积的百分比(k)。★★★★ 八面体间隙:位于6个原子所组成的8面体中间的间隙。★★★ 四面体间隙:位于4个原子所组成的4面体中间的间隙。★★★ 典型金属晶体结构有(面心立方fcc),(体心立方bcc),(密排六方hcp)★★★★★

fcc bcc hcp 面心立方结构n = 8×1/8 + 6×1/2 = 4 体心立方结构n = 8×1/8 + 1 =2 密排六方结构n = 12×1/6 +2×1/2 +3 = 6 三种典型金属晶体结构特征 晶体类型原子密排面原子密排方 向晶胞中的原 子数 配位数CN 致密度K A1(fcc){111} <110> 4 12 0.74 A2(bcc){110} <111> 2 8,(8+6)0.68 A3(hcp){0001} <11-20> 6 12 0.74 对于金属晶体结构的这一部分的主要内容都集中在这个表上,在这些方面里,我们更加侧重密排面和密排方向以及致密度的掌握,这是本讲内容的一个重点。 而对于本讲的另一个重点就是关于间隙问题的讨论。 我们知道位于6个原子所组成的8面体中间的间隙。位于4个原子所组成的4面体中间的间隙。单8面体间隙和四面体间隙时如何排布的呢,我们由图可以清楚的了解。

金属材料的力学性能

课题: 3.1.1金属材料的力学性能 课型:复习课授课时间:2015.9.6 课时分配:共 2 课时 教学目标:1、掌握金属材料力学性能的分类及用途 2、理解金属材料各种力学性能指标的表达方式及测定方法 3、了解金属材料力学性能的实际应用 教学重点:1、强度指标的定义与分类 2、硬度指标的定义与分类 教学难点:金属的各力学指标的概念、测量方法 教学过程: 【案例导入】 在进行机械制造时,首先进入技术准备阶段。在技术技术准 备中,要完成相关的工作。这些工作中,有一项是非常重要的, 那就是选择材料。那么怎么选择材料呢?首先得研究常见的材料 的性质,只有掌握了材料的特征性质才能顺利进行选材。那么材 料的性质有哪些呢? 【教学内容】 3.1.1金属材料的力学性能 力学性能是指金属材料在受外力作用时所反映出来的性能。 力学性能指标,是选择、使用金属材料的重要依据。 金属材料的力学性能主要有:强度、塑性、硬度、冲击韧度 和疲劳强度等。 1、强度 强度是在外力作用 备注

下,材料抵抗塑性变形和断 裂的能力。 按作用力性质不同, 强度可分为屈服点(屈服强 度)、抗拉强度、抗压 强度、抗弯强度、抗剪 强度等。 在工程上常用来表 示金属材料强度的指标 有屈服强度和抗拉强 度。 (1)屈服点 当载荷增达到Fs 时,拉伸曲线出现了平 台,即试样所承受 的载荷几乎不变,但产生了不断增加的塑性变形,这种现象称 为屈服。 屈服点是指在外力作用下开始产生明显塑性变形的最小 应力。用ós 表示。 ós= (MPa ) 式中:Fs —试样产生明显塑性变形时所受的最小载荷,即 拉伸曲线中S 点所对应的外力(N ) Ao —试样的原始截面积(mm2) (2)抗拉强度 抗拉强度是金属材料断裂前所承受的最大应力,故又称强 度极限。常用ób 来表示。 ób= (MPa ) Ao Fs Ao Fb

2-1 金属材料的力学性能(强度、塑性)

山东省轻工工程学校教案13/14学年第2学期课程名称:金属工艺学任课教师:赵坤东 15班级12大专数控4 周次周节次周二1、2第二周日期2012年2月25日 讲授章节金属材料的力学性能(强度、塑性) 教学目标1.掌握金属材料拉伸过程的3个基本阶段 2.金属的强度、塑性的2个指标 重点难点1、金属屈服强度的理解 2、塑性的2个指标 教具多媒体 课型类型新授时 间 分 配 组织教学2分 复习旧课8分 讲授新课45分 教学方法讲授法巩固新课20分布置作业 5分 复习内容 教师授课内容与过程学生活动内容

【组织教学】:检查班级出勤人数 【新授新课】: 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(如强度、刚度、韧性等),称为材料的力学性能。 无论何种固体材料,其内部原子之间都存在相互平衡的原子结合力的相互作用。当工件材料受外力作用时,原来的平衡状态受到破坏,材料中任何一个小单元与其邻近的各小单元之间就诱发了新的力,称为内力。在单位截面上的内力,称为应力,以σ表示。材料在外力作用下引起形状和尺寸改变,称为变形,包括弹性变形(卸载后可恢复原来形状和尺寸)和塑性变形(卸载后不能完全恢复原来形状和尺寸)。 当载荷性质、环境温度与介质等外在因素改变时,对材料力学性能的要求也不同。金属材料的力学性能主要是指强度、刚度、硬度、塑性和韧性等。 一、强度指标 金属的强度是金属抵抗永久变形和断裂的能力。它是按GB228 一87 规定,把一定尺寸和形状的金属试样(图1 一1 )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,可测出该金属的拉伸曲线(图1 一2 )。在拉伸曲线上可以确定以下性能指标。 图2-1 钢的标准拉伸试棒图2-2 退火低碳、中碳和高碳钢的拉伸曲线 a)拉断前 b)拉断后(外力F-变形量△l曲线与应力σ-应变ε曲线形状相似, 只是坐标不同) 1.弹性极限从图2-2可以看出,不同性质材料的拉伸曲线形状是不相同的。拉伸曲线的oe线段是直线,这一部分试棒变形量△l与外力F 成正比。当除去外力后,试棒恢复到原来尺寸,称这一阶段的变形为弹性变形。外力Fe 是使试棒只产生弹性变形的最大载荷。 无论何种材料,内部原子之间都具有相互平衡的原子力相互作用,以保持其固定的形状。当受到外力时,原来的平衡被破坏,其中任何一个小单元都和邻近的各个小单元之间诱发了新的力(内力),材料单位截面上的这种力称为应力,用符号σ表示。提问 导入 认真听、记笔记

纯金属的晶体结构

纯金属的晶体结构

1.三种常见的金属晶体结构 固态物质按其原子的聚集状态可分为两大类:晶体和非晶体,晶体指的是材料的原子(离子、分子)在三维空间呈规则的周期性排列的物体,如金刚石、水晶、金属等。非晶体指的是材料的原子(离子、分子)在三维空间无规则排列的物体,如松香、石蜡、玻璃等。在一定的条件下晶体和非晶体可以互相转化(I2-1)。 晶体结构是晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式。晶格是假设通过原子结点的中心划出许多空间直线所形成的空间格架。能反映晶格特征的最小组成单元称为晶胞(I2-2)。晶格常数指的是晶胞的三个棱边的长度a,b,c。 常见的金属晶体结构有 ⑴体心立方晶格(BCC—Body-Centered Cube),典型代表为钼(Mo)、钨、钒、铬、铌、α-Fe等,八个原子处于立方体的角上,一个原子处于立方体的中心,如图2所示。 ⑵面心立方晶格(FCC—Face-Centered Cube),典型代表为铝、铜、镍、金、银、γ-Fe等,原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心,如图1所示。 ⑶密排六方晶格(HCP—Hexagonal Close-Packed)典型代表为镁、镉(Cd)、锌、铍(Be)等。12个原子分布在六方体的12个角上,上下底面中心各分布一个原子,上下底面之间均匀分布3个原子,如图3所示。 图1面心立方晶格图2体心立方晶格图3密排六方晶格 原子半径指的是晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半,致密度指的是晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比。 体心立方模型与晶胞示意图(I2-3),在体心立方晶格中如图4: 图 4 晶格常数:a=b=c;a=b=g=90° 晶胞原子数:2 原子半径: 致密度:0.68 面心立方模型与晶胞示意图(I2-4),在面心立方晶格中如图5: 图 5 晶格常数:a=b=c;a=b=g=90° 晶胞原子数:4 原子半径:

常见的金属晶体结构

第二章作业2-1 常见的金属晶体结构有哪几种?它们的原子排列和晶格常数有什么特点?V、Mg、Zn 各属何种结构?答:常见晶体结构有 3 种:⑴体心立方:-Fe、Cr、V ⑵面心立方:-Fe、Al、Cu、Ni ⑶密排六方:Mg、Zn -Fe、-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、2---7 为何单晶体具有各向异性,而多晶体在一般情况下不显示出各向异性?答:因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同,造成原子间结合力不同,因而表现出各向异性;而多晶体是由很多个单晶体所组成,它在各个方向上的力相互抵消平衡,因而表现各向同性。第三章作业3-2 如果其它条件相同,试比较在下列铸造条件下,所得铸件晶粒的大小;⑴金属模浇注与砂模浇注;⑵高温浇注与低温浇注;⑶铸成薄壁件与铸成厚壁件;⑷浇注时采用振动与不采用振动;⑸厚大铸件的表面部分与中心部分。答:晶粒大小:⑴金属模浇注的晶粒小⑵低温浇注的晶粒小⑶铸成薄壁件的晶粒小⑷采用振动的晶粒小⑸厚大铸件表面部分的晶粒小第四章作业4-4 在常温下为什么细晶粒金属强度高,且塑性、韧性也好?试用多晶体塑性变形的特点予以解释。答:晶粒细小而均匀,不仅常温下强度较高,而且塑性和韧性也较好,即强韧性好。原因是:(1)强度高:Hall-Petch 公式。晶界越多,越难滑移。(2)塑性好:晶粒越多,变形均匀而分散,减少应力集中。(3)韧性好:晶粒越细,晶界越曲折,裂纹越不易传播。4-6 生产中加工长的精密细杠(或轴)时,常在半精加工后,将将丝杠吊挂起来并用木锤沿全长轻击几遍在吊挂7~15 天,然后再精加工。试解释这样做的目的及其原因?答:这叫时效处理一般是在工件热处理之后进行原因用木锤轻击是为了尽快消除工件内部应力减少成品形变应力吊起来,是细长工件的一种存放形式吊个7 天,让工件释放应力的时间,轴越粗放的时间越长。4-8 钨在1000℃变形加工,锡在室温下变形加工,请说明它们是热加工还是冷加工(钨熔点是3410℃,锡熔点是232℃)?答:W、Sn 的最低再结晶温度分别为: TR(W) =(0.4~0.5)×(3410+273)-273 =(1200~1568)(℃)>1000℃ TR(Sn) =(0.4~0.5)×(232+273)-273 =(-71~-20)(℃) <25℃所以W 在1000℃时为冷加工,Sn 在室温下为热加工4-9 用下列三种方法制造齿轮,哪一种比较理想?为什么?(1)用厚钢板切出圆饼,再加工成齿轮;(2)由粗钢棒切下圆饼,再加工成齿轮;(3)由圆棒锻成圆饼,再加工成齿轮。答:齿轮的材料、加工与加工工艺有一定的原则,同时也要根据实际情况具体而定,总的原则是满足使用要求;加工便当;性价比最佳。对齿轮而言,要看是干什么用的齿轮,对于精度要求不高的,使用频率不高,强度也没什么要求的,方法1、2 都可以,用方法3 反倒是画蛇添足了。对于精密传动齿轮和高速运转齿轮及对强度和可靠性要求高的齿轮,方法3 就是合理的。经过锻造的齿坯,金属内部晶粒更加细化,内应力均匀,材料的杂质更少,相对材料的强度也有所提高,经过锻造的毛坯加工的齿轮精度稳定,强度更好。4-10 用一冷拔钢丝绳吊装一大型工件入炉,并随工件一起加热到1000℃,保温后再次吊装工件时钢丝绳发生断裂,试分析原因?答:由于冷拔钢丝在生产过程中受到挤压作用产生了加工硬化使钢丝本身具有一定的强度和硬度,那么再吊重物时才有足够的强度,当将钢丝绳和工件放置在1000℃炉内进行加热和保温后,等于对钢丝绳进行了回复和再结晶处理,所以使钢丝绳的性能大大下降,所以再吊重物时发生断裂。4-11 在室温下对铅板进行弯折,越弯越硬,而稍隔一段时间再行弯折,铅板又像最初一样柔软这是什么原因?答:铅板在室温下的加工属于热加工,加工硬化的同时伴随回复和再结晶过程。越弯越硬是由于位错大量增加而引起的加工硬化造成,而过一段时间又会变软是因为室温对于铅已经是再结晶温度以上,所以伴随着回复和再结晶过程,等轴的没有变形晶粒取代了变形晶粒,硬度和塑性又恢复到了未变形之前。第五章作业5-3 一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体异同?答:一次渗碳体:由液相中直接析出来的渗碳体称为一次渗碳体。二次渗碳体:从 A 中析出的渗碳体称为二次渗碳体。三次渗碳体:从 F 中析出的渗碳体称为三次渗碳体共晶渗碳体:经共晶反应生成的渗碳体即莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体共析渗碳体:经共

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