金属材料晶体学
金属的结构与结晶
1.1 金属材料的结构
1.1.1 纯金属的晶体结构
晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为晶体结构。
通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线,这些直线将形成空间格架。这种格架称为晶格。晶格的结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。
能反映该晶格特征的最小组成单元称为晶胞。晶胞在三维空间的重复排列构成晶格。晶胞的基本特性即反映该晶体结构(晶格)的特点。
晶体
晶格
晶胞
晶胞的几何特征可以用晶胞的三条棱边长a 、b 、c 和三条棱边之间的夹角α、β、γ等六个参数来描述。其中a 、b 、c 为晶格常数。金属的晶格常数一般为1×10-10m ~7×10-10m 。
不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶格常数的不同,表现出不同的物理、化学和机械性能。金属的晶体结构可用x 射线结构分析技术进行测定。
1.1.2 三种常见的金属晶体结构
1.1.
2.1 体心立方晶格(胞) (B.C.C.晶格) [点击查看动画模型]
体心立方晶格的晶胞中,八个原子处于立方体的角上,一个原子处于立方体的中心, 角上八个原子与中心原子紧靠。
具有体心立方晶格的金属有钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、α-铁(α-Fe, <912℃)等。
体心立方晶胞特征:
①晶格常数:a=b=c, α=β=γ=90°
②晶胞原子数:在体心立方晶胞中, 每个角上的原子在晶格中同时属于8个相邻的晶胞,因而每个角上的原子属于一个晶胞仅为1/8, 而中心的那个原子则完全属于这个晶胞。所以一个体心立方晶胞所含的原子数为2个。
③原子半径:晶胞中相距最近的两个原子之间距离的一半, 或晶胞中原子密度最大的方向上相邻两原子之间距离的一半称为原子半径(r原子)。体心立方晶胞中原子相距最近的方向是体对角线, 所以原子半径与晶格常数a之间的关系为:
④致密度:晶胞中所包含的原子所占有的体积与该晶胞体积之比称为致密度(也称密排系数)。致密度越大, 原子排列紧密程度越大。体心立方晶胞的致密度为:
晶胞的体积
一个BCC中含有2个原子,因此
BCC中原子占有的体积
故致密度
即晶胞(或晶格)中有68%的体积被原子所占据, 其余为空隙。
⑤空隙半径:若在晶胞空隙中放入刚性球, 则能放入球的最大半径为空隙半径。体心立方晶胞中有两种空隙。
四面体空隙(a),其半径为: r四=0.29r原子
八面体空隙(b), 其半径为: r八=0.15r原子
● 金属原子
。八面体空隙[点击查看动画模型]
● 金属原子
。四面体空隙[点击查看动画模型]
⑥配位数:配位数为晶格中与任一个原子相距最近且距离相等的原子数目。配位数越大, 原子排列紧密程度就越大。体心立方晶格的配位数为8。
1.1.
2.2 面心立方晶格(胞) (F.C.C.晶格) [点击查看动画模型]
金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。具有这种晶格的金属有铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ- 铁( γ-Fe, 912℃~1394℃)等。
面心立方晶胞的特征:
①晶格常数:a=b=c, α=β=γ=90°
②晶胞原子数(个):
③原子半径:
④致密度:0.74 (74%)
⑤空隙半径:
四面体空隙(a),其半径为: r四=0.225r原子
八面体空隙(b), 其半径为: r 八=0.414r 原子
● 金属原子 。 四面体空隙
[点击查看动画模型]
● 金属原子 。 八面体空隙
[点击查看动画模型]
1.1.
2.3 密排六方晶格(胞) (H.C.P.晶格) [点击查看动画模型]
十二个金属原子分布在六方体的十二个角上, 在上下底面的中心各分布一个原子, 上下底面之间均匀分布三个原子。具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。
密排六方晶胞的特征:
①晶格常数:用底面正六边形的边长a 和两底面之间的距离c 来表达, 两相邻侧面之间的夹角为120°, 侧面与底面之间的夹角为90°。
②晶胞原子数:
③原子半径:
④致密度:0.74 (74%)
⑤空隙半径:
四面体空隙(a),其半径为: r四=0.225r原子
八面体空隙(b), 其半径为: r八=0.414r原子
⑥配位数:12
1.1.3 晶体中的晶面和晶向
通过晶体中原子中心的平面叫做晶面;
通过原子中心的直线为原子列,其所代表的方向叫做晶向。晶面或晶向可用晶面指数或晶向指数来表达
1.1.3.1 立方晶系的晶面表示方法 [动画演示]
空间坐标系主要晶面
以图中的晶面ABB'A'为例, 晶面指数的标定过程如下:
①设定一空间坐标系, 原点在欲定晶面外, 并使晶面在三条坐标轴上有截距或无穷大。
②以晶格常数a为长度单位, 写出欲定晶面在三条坐标轴上的截距:1∞∞
③截距取倒数:100
④截距的倒数化为最小整数:100
⑤将三整数写在园括号内:(100)
晶面ABB`A`的晶面指数即为(100)。
同样可得晶面ACC`A`和ACD`的晶面指数分别为(110)、(111)。
晶面指数的一般标记为(hkl)。(hkl)实际表示一组原子排列相同的平行晶面。
晶面的截距可以为负数, 在指数上加负号, 如( )面(晶面D)。若某个晶面(hkl)的指数都乘以-1, 则得到()晶面, 则晶面(hkl)与(), 属于一组平行晶面, 如晶面ACD`(111)与晶面A`C`B( ), 这两个晶面一般用一个晶面指数(111)来表示。
在立方晶系中, 由于原子的排列具有高度的对称性, 往往存在有许多原子排列完全相同但在空间位向不同(即不平行)的晶面, 这些晶面的总称为晶面族, 用大括号表示, 即{hkl}。
在立方晶胞中(111)、( )、()、() 同属{111}晶面族。
可用下式表示:
1.1.3.2 立方晶系的晶向表示方法
以图中的晶向OA为例, 说明晶向指数的标定过程。[动画演示]
①设定一空间坐标系, 原点在欲定晶向的一结点上。
②写出该晶向上另一结点的空间坐标值:100
③将坐标值按比例化为最小整数:100
④将化好的整数记在方括号内:[100]
得到晶向OA的晶向指数为[100]。
<100>晶向族晶面与晶向互相垂直
同样方法可得晶向OB、OC的晶向指数分别为[110]、[111], 晶向指数的一般标记为[uvw]。[uvw]实际表示一组原子排列相同的平行晶向。晶向指数也可能出现负数。若两组晶向的全部指数数值相同而符号相反, 如[110]与[], 则它们相互平行或为同一原子列, 但方向相反。若只研究该原子列的原子排列情况, 则晶向[110]与[]可用一指数[110]表示。
原子排列情况相同而在空间位向不同(即不平行)的晶向统称为晶向族, 用尖括号表示, 即
<100> = [100] + [010] + [001]
在立方晶系中, 一个晶面指数与一个晶向指数数值和符号相同时, 则该晶面与该晶向互相垂直, 如(111) [111]。
1.1.3.3 六方晶系的晶面指数和晶向指数 六方晶系采用四指数方法表示晶面和晶向。水平坐标轴选取互相成120°夹角的三坐标轴a1、a2和a3, 垂直轴为c 轴(图1-9)。晶面表示为(hkil), 晶面族为{hkil}, 晶向表示为[uvtw], 晶向族为
1.1.3.4 密排面和密排方向
不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上原子排列方式和排列密度不一样。 在体心立方晶格中,原子密度最大的晶面为{110}, 称为密排面; 原子密度最大的晶向为<111>, 称为密排方向。
在面心立方晶格中, 密排面为{111}, 密排方向为<110>。
体心立方、面心立方晶格主要晶面的原子排列和密度
晶面指数
体心立方晶格
面心立方晶格 晶面原子 排列示意图
晶面原子密度 (原子数/面积)
晶面原子 排列示意图
晶面原子密
度 (原子数/面
积)
{100
}
{110}
{111}
体心立方、面心立方晶格主要晶向的原子排列和密度
晶面指数
体心立方晶格
面心立方晶格 晶面原子 排列示意图
晶面原子密度 (原子数/长
度)
晶面原子 排列示意图
晶面原子密度 (原子数/长度)
<100>
<110
>
<111
>
https://www.360docs.net/doc/f61107121.html,/eschool/jiaocheng/jinshuxue/1.1.asp
金属材料学基础试题及答案
金属材料的基本知识综合测试 一、判断题(正确的填√,错误的填×) 1、导热性好的金属散热也好,可用来制造散热器等零件。() 2、一般,金属材料导热性比非金属材料差。() 3、精密测量工具要选用膨胀系数较大的金属材料来制造。() 4、易熔金属广泛用于火箭、导弹、飞机等。() 5、铁磁性材料可用于变压器、测量仪表等。() 6、δ、ψ值越大,表示材料的塑性越好。() 7、维氏硬度测试手续较繁,不宜用于成批生产的常规检验。() 8、布氏硬度不能测试很硬的工件。() 9、布氏硬度与洛氏硬度实验条件不同,两种硬度没有换算关系。() 10、布氏硬度试验常用于成品件和较薄工件的硬度。 11、在F、D一定时,布氏硬度值仅与压痕直径的大小有关,直径愈小,硬度值愈大。() 12、材料硬度越高,耐磨性越好,抵抗局部变形的能力也越强。() 13、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。() 14、20钢比T12钢的含碳量高。() 15、金属材料的工艺性能有铸造性、锻压性,焊接性、热处理性能、切削加工性能、硬度、强度等。() 16、金属材料愈硬愈好切削加工。() 17、含碳量大于0.60%的钢为高碳钢,合金元素总含量大于10%的钢为高合金钢。() 18、T10钢的平均含碳量比60Si2Mn的高。() 19、一般来说低碳钢的锻压性最好,中碳钢次之,高碳钢最差。() 20、布氏硬度的代号为HV,而洛氏硬度的代号为HR。() 21、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。() 22、某工人加工时,测量金属工件合格,交检验员后发现尺寸变动,其原因可能是金属材料有弹性变形。() 二、选择题 1、下列性能不属于金属材料物理性能的是()。 A、熔点 B、热膨胀性 C、耐腐蚀性 D、磁性 2、下列材料导电性最好的是()。 A、铜 B、铝 C、铁烙合金 D、银 3、下列材料导热性最好的是()。 A、银 B、塑料 C、铜 D、铝 4、铸造性能最好的是()。 A、铸铁 B、灰口铸铁 C、铸造铝合金 D、铸造铝合金 5、锻压性最好的是()。
金属材料的晶体结构
金属材料的晶体结构 一、晶体与非晶体 固态物质可分为晶体与非晶体两类。 ●晶体是指其组成微粒(原子、离子或分子)呈规则排列的物质。 晶体具有固定的熔点和凝固点、规则的几何外形和各向异性特点,如金刚石、石墨及一般固态金属材料等。 ●非晶体是指其组成微粒无规则地堆积在一起的物质,如玻璃、沥青、石蜡、松香等都是非晶体。非晶体没有固定的熔点,而且性能具有各向同性。 图1-18 简单立方晶格及其晶胞示意图 二、金属的晶体结构 (一)晶格 ●抽象地用于描述原子在晶体中排列形式的空间几何格子,称为晶格。 (二)晶胞 ●反映晶格特征、具有代表性的最小几何单元称为晶胞。 晶胞的几何特征可以用晶胞的三条棱边的边长(晶格常数)a、b、c和三条棱边之间的夹角α、β、γ等六个参数来描述。 (三)常见的金属晶格类型 常见的晶格类型是:体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格: 1.体心立方晶格 体心立方晶格的晶胞是立方体,立方体的8个顶角和中心各有一个原子,每个晶胞实有原子数是2个。具有这种晶格的金属有:α铁(α-Fe)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)、铌(Nb)等约30种金属。
图1-19 体心立方晶格示意图 2.面心立方晶格 面心立方晶格的晶胞也是立方体,立方体的八个顶角和六个面的中心各有一个原子,每个晶胞实有原子数是4个。具有这种晶格的金属有:γ铁(γ-Fe)、金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)等金属。 图1-20 面心立方晶格示意图 3.密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是六方柱体,在六方柱体的十二个顶角和上下底面中心各有一个原子,另外在上下面之间还有三个原子,每个晶胞实有原子数是6个。具有这种晶格的金属有:α钛(α-Ti)、镁( Mg)、锌(Zn)、铍(Be)、镉(Cd)等金属。 图1-21 密排六方晶格示意图 三、金属的实际晶体结构 ●原子从一个核心(或晶核)按同一方向进行排列生长而形成的晶体,称为单晶体。 自然界存在的单晶体有水晶、金刚石等,采用特殊方法也可获得单晶体,如单晶硅、单
金属材料学复习资料
金属材料学复习资料 题型:判断,选择,简答,问答 第一章 1.要清楚的三点: 1)同一零件可用不同材料及相应工艺。例:调质钢;工具钢 代用 调质钢:在机械零件中用量最大,结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能,有较高的强韧性。适用于这种处理的钢种成为调质钢。调质钢的淬透性原则,指淬透性相同的同类调质钢可以互相代用。 2)同一材料,可采用不同工艺。例:T10钢,淬火有水、水- 油、分级等。强化工艺不同,组织有差别,但都能满足零件要求。力求最佳的强化工艺。 淬火冷却方式常用水-油双液淬火、分级淬火。成本低、工艺性能好、用量大。 3)同一材料可有不同的用途。例:602有时也可用作模具。低合 金工具钢也可做主轴,15也可做量具、模具等。 602是常用的硅锰弹簧钢,主要用于汽车的板弹簧。低合金工具钢可制造工具尺寸较大、形状比较复杂、精度要求相对较高的模具。15只在对非金属夹杂物要求不严格时,制作切削
工具、量具和冷轧辊等。 2.各种强化机理(书24页) 钢强化的本质机理:各种途径增大了位错滑移的阻力,从而提高了钢的塑性变形抗力,在宏观上就提高了钢的强度。 1)固溶强化:原子固溶于钢的基体中,一般都会使晶格发生畸 变,从而在基体中产生弹性应力场,弹性应力场与位错的交互作用将增加位错运动的阻力。从而提高强度,降低塑韧性。 2)位错强化:随着位错密度的增大,大为增加了位错产生交割、 缠结的概率,所以有效阻止了位错运动,从而提高了钢的强度。但在强化的同时,也降低了伸长率,提高了韧脆转变温度。 3)细晶强化:钢中的晶粒越细,晶界、亚晶界越多,可有效阻 止位错运动,并产生位错塞积强化。细晶强化既提高了钢的强度,又提高了塑性和韧度,所以是最理想的强化方法。 4)第二相强化:钢中微粒第二相对位错有很好的钉扎作用,位 错通过第二相要消耗能量,从而起到强化效果。 根据位错的作用过程,分为切割机制和绕过机制。 根据第二相形成过程,分为回火时第二相弥散沉淀析出强化; 淬火时残留第二相强化。
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
材料科学基础知识点总结 (1)
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容:面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径,八面体、四面体间隙个数;晶向指数、晶面指数的标定;柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容:密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径,密排面上原子的堆 垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶格类型fcc(A1)bcc(A2)hcp(A3) 间隙类型正四面体正八面体四面体扁八面体四面体正八面 体 间隙个数84126126 原子半径 r A a 4 2a 4 3 2 a 间隙半径 r B () 4 2 3a -()42 2 a -()43 5a -()43 2a -()42 6a -()21 2a - 晶胞: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,用来分析原子排列的规律性,这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键:失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来,这种结合方式称为金属键。 位错:晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性: ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型;②柏氏矢量的守恒性,即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关;③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直;螺型平行;混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性: ①晶界的能量较高,具有自发长大和使界面平直化,以减少晶界总面积的趋势;②原子在晶界上的扩散速度高于晶内,熔点较低;③相变时新相优先在晶界出形核;④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚;⑤晶界易于腐蚀和氧化;⑥常温下晶界可以阻止位错的运动,提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容:均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系;细化晶粒的方法,铸锭三晶区的形成机制。 基本内容:结晶过程、阻力、动力,过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷;结晶的热力学条件和结构条件,非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。
金属材料学总结
第一章 1、为什么钢中的硫和磷一般情况下总是有害的?控制硫化物形态的方法有哪些? 答:S与Fe形成FeS,会导致钢产生热脆;P与形成Fe3P,使钢在冷加工过程中产生冷脆性,剧烈降低钢的韧性,使钢在凝固时晶界处发生偏析。 硫化物形态控制:a、加入足量的锰,形成高熔点MnS;b、控制钢的冷却速度;c、改善其形态最好为球状,而不是杆状,控制氧含量大于0.02%;d、加入变形剂,使其在金属中扩散开防止聚焦产生裂纹。 2、钢的强化机制有哪些?为什么一般钢的强化工艺采用淬火加回火?答:a、固溶强化(合金中形成固溶体、晶格畸变、阻碍位错运动、强化) b、细晶强化(晶粒细化、晶界增多、位错塞积、阻碍位错运动、强化) c、加工硬化(塑性变形、位错缠绕交割、阻碍位错运动、强化) d、弥散强化(固溶处理的后的合金时效处理、脱溶析出第二相、弥散分布在基体上、与位错交互作用、阻碍位错运动、强化) 淬火处理得到强硬相马氏体,提高钢的强度、硬度,使钢塑性降低;回火可有效改善钢的韧性。淬火和回火结合使用提高钢的综合性能。 3、按照合金化思路,如何改善钢的韧性? 答:a、加入可细化晶粒的元素Mo、W、Cr; b、改善基体韧性,加Ni元素;
c、提高冲击韧性,加Mn、Si元素; d、调整化学成分; e、形变热处理; f、提高冶金质量; g、加入合金元素提高耐回火性,以提高韧性。 4、试解释40Cr13属于过共析钢,Cr12钢中已出现共晶组织,属于莱氏体钢。 答、Cr元素使共析点左移,当Cr量达到一定程度时,共析点左移到碳含量小于0.4%,所以40Cr13属于过共析钢;Cr12中含有高于12%的Cr元素,缩小Fe-C平衡相图的奥氏体区,使共析点右移。 5、试解释含Mn钢易过热,而含Si钢高淬火加热温度应稍高,且冷作硬化率高,不利于冷变性加工。 答:Mn在一定量时会促使晶粒长大,而过热就会使晶粒长大。 6、合金钢中碳化物形成规律①②③④⑤⑥⑦ 答:①、K类型:与Me的原子半径有关;②、相似相容原理;③、强碳化物形成元素优先于碳结合形成碳化物;④、NM/NC比值决定了K类型;⑤、碳化物稳定型越好,溶解越难,析出越难,聚集长大也越难。 第二章 1、简述工程钢一般服役条件、加工特点和性能要求。 答:服役条件:静载、无相对运动、受大气腐蚀。 加工特点:简单构件是热轧或正火状态,空气冷却,有焊接、剪切、
金属材料学课程的性质和要求
一、课程的性质和要求 1、课程性质 金属材料学是一门综合性比较强的专业主干课。在学生学过材料科学基础(或金属学原理)、材料组织控制原理、材料组织控制工艺(或材料强韧化)及材料力学性能等课程的基础上,系统地介绍金属材料合金化的一般规律及各类主要金属材料的成分、工艺、组织和性能之间的关系。通过课堂讲授、综合性实验、综合性作业等环节,培养学生分析问题和解决问题的能力。 2、课程要求 1)掌握主要金属材料的合金化基本原理,了解材料成分设计和工艺设计的依据,为发掘材料潜力和开发新材料打下一个理论基础; 2)了解各种典型材料的成分、工艺、组织结构和性能之间的有机关系; 3)能初步从零件的服役条件出发,对材料提出合理的技术要求,正确地选择材料并合理制订工艺。 3、课程改革 《金属材料工程》专业是江苏省品牌专业。在新的专业内涵下,进行了课程体系的重构。专业主干课程内容和教学方法的改革也是品牌专业建设的重要内容。《金属材料学》是该专业主干课程中涉及综合性知识的一门课程,从知识结构来说,它是一门该专业最后的综合性主干课,也是学生在今后工作岗位上最有实践指导意义的一门课程。根据专业建设的情况和课程特点,对该课程的教学进行了改革。主要是精简和补充内容、编制多媒体电子课件、改革教学方法、开展课堂讨论、增加综合性作业,选编习题和布置课堂思考题、设计综合性实验等。目的是使学生对专业有一个系统的认识,理解专业知识的主线、核心和思想,培
养学生分析问题和解决问题的能力。编写《习题和思考题》是其中部分的内容。 结合20多年的教学经验和对课程内涵、重点和难点的深入理解,编写了具有特色的相应教材。 二、习题和思考题 绪论 01、1958年世界工业博览会在比利时召开,博览会大楼,是由9个巨大金属球组成,球直径为18米,8球位于立方体角,1球在中心。这象征什么? 说明什么意义? 02、为纪念世界第一位宇航员加加林,莫斯科列宁大街上建造了40英尺高的雕象,雕象材料是钛合金。为什么用钛合金做? 代表什么意义? 03、金子从古到今都作为世界上的流通货币,为什么? 铜是人类最早认识和使用的金属,为什么? 04、1983年在上海召开的第4届国际材料及热处理大会的会标是小炉匠锤打的图案,代表什么意义?为什么古代著名的刀剑都要经过反复锻打? 05、为什么要提出构筑循环型材料产业的发展方向? 钢合金化原理 1、为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的? 2、钢中常用的合金元素有哪些? 哪些是奥氏体形成元素? 哪些是铁素体形成元素? 3、哪些是碳化物形成元素? 哪些是非碳化物形成元素? 4、钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类? 各有什么特点? 什么叫合金渗碳体和特殊碳化物? 5、简述合金钢中碳化物形成规律。 6、合金元素对Fe-Fe3C相图上的S、E点有什么影响? 这种影响意味着什么? 7、试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下,不同合金元素的分布状况? 8、有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大? 阻止奥氏体晶粒的长大有
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第一章答案 1、为什么说钢中的S、P杂质元素总是有害的? 答:S容易和Fe结合成熔点为989℃的FeS相,会使钢产生热脆性;P和Fe结合形成硬脆的Fe3P相使钢在冷加工过程中产生冷脆性。 2、合金元素对Fe-C相图的S、E点有什么影响?这种影响意味着什么? 答:凡是扩大γ相区的元素均使S、E点向左下方移动,如Mn、Ni; 凡是封闭γ相区的元素均使S、E点向左上方移动,如Cr、Si、Mo。E点左移意味着出现莱氏体的碳含量减小;S点左移意味着共析碳含量减小。 3、那些合金元素能够显著提高钢的淬透性?提高钢的淬透性有什么作用? 答:B、Mn、Mo、Cr、Si、Ni等元素能够显著提高钢的淬透性。提高钢的淬透性一方面可以使工件得到均匀而良好的力学性能,满足技术要求;另一方面在淬火时,可以选用比较缓和的冷却介质以减小零件的变形和开裂的倾向。 4、为什么说合金化的基本原则是“复合加入”?举二例说明合金复合作用的机 理。 答:1.提高性能,如淬透性;2.扬长避短,合金元素能对某些方面起积极作用,但往往还有些副作用,为了克服不足,可以加入另一些合金元素弥补,如Si-Mn,Mn-V;3.改善碳化物的类型和分布,某些合金元素改变钢中碳化物的类型和分布或改变其他元素的存在形式和位置,从而提高钢的性能,如耐热钢中Cr-Mo-V,高速钢中V-Cr-W。 5、合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径? 答:1.细化A晶粒;2.提高钢的回火稳定性;3.改善机体韧度;4.细化碳化物;5.降低或消除钢的回火脆性;6.在保证强度水平下适当降低碳含量;7.提高冶金质量;8.通过合金化形成一定量的残余A,利用稳定的残余A提高钢的韧度。 6、钢的强化机制有那些?为什么一般的强化工艺都采用淬火-回火? 答:固溶强化、细晶强化、位错强化、第二相强化。因为一般的钢的强化都要求它有一定的强度的同时又要保持一定的任性,淬火后钢中能够形成M,这给了钢足够的强度,但是带来的后果就是韧度不够,而回火能够在强度降低不大的情况下给淬火钢以足够的韧性,这样能够得到综合力学性能比较优良的材料,所以一般钢的强化工艺都采用淬火加回火。 7、铁置换固溶体的影响因素? 答:1.溶剂与溶质的点阵结构;2.原子尺寸因素;3.电子结构。 第二章 1、叙述构件用钢一般的服役条件、加工特点、性能要求? 答:服役条件:工程结构件长期受静载荷;互相无相对运动;受大气(海水)侵蚀;
材料科学基础试题及答案
第一章 原子排列与晶体结构 1. fcc 结构的密排方向是 ,密排面是 ,密排面的堆垛顺序是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ,把原子视为刚性球时,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ;bcc 结构的密排方向是 ,密排面是 ,致密度为 ,配位数是 ,晶胞中原子数为 ,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 ;hcp 结构的密排方向是 ,密排面 是 ,密排面的堆垛顺序是 ,致密度为 ,配位数是 ,, 晶胞中原子数为 ,原子的半径r 与点阵常数a 的关系是 。 2. Al 的点阵常数为0.4049nm ,其结构原子体积是 ,每个晶胞中八面体间隙数为 ,四面体间隙数为 。 3. 纯铁冷却时在912ε 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构,配位数 ,致密度降低 ,晶体体积 ,原子半径发生 。 4. 在面心立方晶胞中画出)(211晶面和]211[晶向,指出﹤110﹥中位于(111)平 面上的方向。在hcp 晶胞的(0001)面上标出)(0121晶面和]0121[晶向。 5. 求]111[和]120[两晶向所决定的晶面。 6 在铅的(100)平面上,1mm 2有多少原子?已知铅为fcc 面心立方结构,其原子半径R=0.175×10-6mm 。 第二章 合金相结构 一、 填空 1) 随着溶质浓度的增大,单相固溶体合金的强度 ,塑性 ,导电性 ,形成间隙固溶体时,固溶体的点阵常数 。 2) 影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是(1) ; (2) ;(3) ;(4) 和环境因素。 3) 置换式固溶体的不均匀性主要表现为 和 。 4) 按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分,固溶体可分为 和 。 5) 无序固溶体转变为有序固溶体时,合金性能变化的一般规律是强度和硬度 ,塑性 ,导电性 。 6)间隙固溶体是 ,间隙化合物是 。 二、 问答 1、 分析氢,氮,碳,硼在?-Fe 和?-Fe 中形成固溶体的类型,进入点阵中的位置和固溶度大小。已知元素的原子半径如下:氢:0.046nm ,氮:0.071nm ,碳:0.077nm ,硼:0.091nm ,?-Fe :0.124nm ,?-Fe :0.126nm 。 2、简述形成有序固溶体的必要条件。 第三章 纯金属的凝固 1. 填空 1. 在液态纯金属中进行均质形核时,需要 起伏和 起伏。 2 液态金属均质形核时,体系自由能的变化包括两部分,其中 自由能
金属材料学复习答案
第一章答案 1、为什么说钢中的 S 、P 杂质元素总是有害的? 答:S 容易和Fe 结合成熔点为989C 的FeS 相,会使钢产生热脆性; P 和Fe 结合形成 硬脆的 Fe3P 相使钢在冷加工过程中产生冷脆性。 S 、E 点向左下方移动,如 Mn 、Ni;凡是封闭丫相区 Cr 、Si 、Mo 。 E 点左移意味着出现莱氏体的碳含量减 小; S 点左移意味着共析碳含量减小。 3、 那些合金元素能够显著提高钢的淬透性?提高钢的淬透性有什么作用? 答: B 、 Mn 、 Mo 、 Cr 、 Si 、 Ni 等元素能够显著提高钢的淬透性。提高钢的淬透性一方 面可以 使工件得到均匀而良好的力学性能,满足技术要求 ;另一方面在淬火时,可以选用比 较缓和的冷却介质以减小零件的变形和开裂的倾向。 4、 为什么说合金化的基本原则是 “复合加入” ?举二例说明合金复合作用的机 理。 答: 1.提高性能,如淬透性; 2.扬长避短,合金元素能对某些方面起积极作用,但往往 还有些副作 用,为了克服不足,可以加入另一些合金元素弥补,如 Si-Mn , Mn-V;3. 改善碳 化物的类型和分布, 某些合金元素改变钢中碳化物的类型和分布或改变其他元素的存在形式 和位置,从而提高钢的性能,如耐热钢中 Cr-Mo-V, 高速钢中 V-Cr-W 。 5、 合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径? 答: 1.细化 A 晶粒; 2.提高钢的回火稳定性; 3.改善机体韧度; 4.细化碳化物; 5.降低或 消除钢的回火脆性; 6.在保证强度水平下适当降低碳含量; 7.提高冶金质量; 8.通过合金化 形成一定量的残余 A ,利用稳定的残余 A 提高钢的韧度。 6、 钢的强化机制有那些?为什么一般的强化工艺都采用淬火 -回火? 答:固溶强化、细晶强化、位错强化、第二相强化。因为一般的钢的强化都要求它有一 定的强度的同时又要保持一定的任性,淬火后钢中能够形成 M,这给了钢足够的强度,但是 带来的后果就是韧度不够, 而回火能够在强度降低不大的情况下给淬火钢以足够的韧性, 这 样能够得到综合力学性能比较优良的材料,所以一般钢的强化工艺都采用淬火加回火。 7、 铁置换固溶体的影响因素? 答: 1.溶剂与溶质的点阵结构; 2.原子尺寸因素; 3.电子结构。 第二章 1、叙述构件用钢一般的服役条件、加工特点、性能要求 ? 答:服役条件:工程结构件长期受静载荷;互相无相对运动;受大气(海水)侵蚀; 2、 合金元素对 Fe-C 相图的 S 、 E 点有什么影响?这种影响意味着什么? 答:凡是扩大丫相区的元素均使 的元素均使 S 、 E 点向左上方移动,如
金属材料学重点
1.为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的?S、P会导致钢的热脆和冷脆,并且容易在晶界偏聚,导致合金钢的第二类高温回火脆性,高温蠕变时的晶界脆断。S能形成FeS,其熔点为989℃,钢件在大于1000℃的热加工温度时FeS会熔化,所以易产生热脆;P能形成Fe3P,性质硬而脆,在冷加工时产生应力集中,易产生裂纹而形成冷脆。 2.钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类?有什么特点?简单点阵结构和复杂点阵结构简单点阵结构的特点:硬度较高、熔点较高、稳定性较好;复杂点阵结构的特点:硬度较低、熔点较低、稳定性较差。 3.简述合金钢中碳化物形成规律。①当rC/rM>0.59时,形成复杂点阵结构;当rC/rM<0.59时,形成简单点阵结构;②相似者相溶:完全互溶:原子尺寸、电化学因素均相似;有限溶解:一般K都能溶解其它元素,形成复合碳化物。③NM/NC比值决定了碳化物类型④碳化物稳定性越好,溶解越难,析出难越,聚集长大也越难;⑤强碳化物形成元素优先与碳结合形成碳化物。 4.合金元素对Fe-C相图的S、E点有什么影响?这种影响意味着什么?A形成元素均使S、E点向左下方移动,F形成元素使S、E点向左上方移动。S点左移意味着共析碳量减小,E点左移意味着出现莱氏体的碳量降低。 5.试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下,不同合金元素的分布状况。退火态:非碳化物形成元素绝大多数固溶于基体中,而碳化物形成元素视C和本身量多少而定。优先形成碳化物,余量溶入基体。淬火态:合金元素的分布与淬火工艺有关。溶入A体的因素淬火后存在于M、B中或残余A中,未溶者仍在K中。回火态:低温回火,置换式合金元素基本上不发生重新分布;>400℃,Me开始重新分布。非K形成元素仍在基体中,K形成元素逐步进入析出的K中,其程度取决于回火温度和时间。 6.有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大?阻止奥氏体晶粒长大有什么好处?Ti、Nb、V等强碳化物形成元素(好处):能够细化晶粒,从而使钢具有良好的强韧度配合,提高了钢的综合力学性能。 7.哪些合金元素能显著提高钢的淬透性?提高钢的淬透性有何作用?在结构钢中,提高马氏体淬透性作用显著的元素从大到小排列:Mn、Mo、Cr、Si、Ni等。作用:一方面可以使工件得到均匀而良好的力学性能,满足技术要求;另一方面,在淬火时,可选用比较缓和的冷却介质,以减小工件的变形与开裂倾向。 8.能明显提高回火稳定性的合金元素有哪些?提高钢的回火稳定性有什么作用?Cr、Mn、Ni、Mo、W、V、Si作用:提高钢的回火稳定性,可以使得合金钢在相同的温度下回火时,比同样碳含量的碳钢具有更高的硬度和强度;或者在保证相同强度的条件下,可在更高的温度下回火,而使韧性更好些。 9.第一类回火脆性和第二类回火脆性是在什么条件下产生的?如何减轻和消除?第一类回火脆性:脆性特征:①不可逆;②与回火后冷速无关;③断口为晶界脆断。产生原因:钢在200-350℃回火时,Fe3C 薄膜在奥氏体晶界形成,削弱了晶界强度;杂质元素P、S、Bi等偏聚晶界,降低了晶界的结合强度。防止措施:①降低钢中杂质元素的含量;②用Al脱氧或加入Nb(铌)、V、Ti等合金元素细化奥氏体晶粒;③加入Cr、Si调整温度范围;④采用等温淬火代替淬火回火工艺。第二类回火脆性:脆性特征:①可逆;②回火后满冷产生,快冷抑制;③断口为晶界脆断。产生原因:钢在450-650℃回火时,杂质元素Sb、S、As或N、P等偏聚于晶界,形成网状或片状化合物,降低了晶界强度。高于回火脆性温度,杂质元素扩散离开了晶界或化合物分解了;快冷抑制了杂质元素的扩散。防止措施:①降低钢中的杂质元素;②加入能细化A晶粒的元素(Nb、V、Ti)③加入适量的Mo、W元素;④避免在第二类回火脆性温度范围回火 14.合金元素V在某些情况下能起到降低淬透性的作用,为什么?而对于40Mn2和42Mn2V,后者的淬透性稍大,为什么?钒和碳、氨、氧有极强的亲和力,与之形成相应的稳定化合物。钒在钢中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是细化钢的组织和晶粒,降低钢的强度和韧性。当在高温溶入固溶体时,增加淬透性;反之,如以碳化物形式存在时,降低淬透性。 19.试解释40Cr13已属于过共析钢,而Cr12钢中已经出现共晶组织,属于莱氏体钢。①因为Cr属于封闭y相区的元素,使S点左移,意味着共析碳量减小,所以钢中含有Cr12%时,共析碳量小于0.4%,所以含0.4%C、13%Cr的40Cr13不锈钢就属于过共析钢。②Cr使E点左移,意味着出现莱氏体的碳含量减小。在Fe-C相图中,E点是钢和铁的分界线,在碳钢中是不存在莱氏体组织的。但是如果加入了12%
金属材料学第4章整理答案
4-1 在使用性能和工艺性能的要求上,工具钢和机器零件用钢有什么不同 工具钢使用性能: (1)硬度。工具钢制成工具经热处理后具有足够高的硬度。工具在高的切削速度和加工硬材料所产生高温的受热条件下,仍能保持高的硬度和良好的红硬性。 (2)耐磨性。工具钢具有良好的耐磨性,即抵抗磨损的能力。工具在承受相当大的压力和摩擦力的条件下,仍能保持其形状和尺寸不变。 (3)强度和韧性。工具钢具有一定的强度和韧性,使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的应力,以保证工具的正常使用。 (4)其他性能。由于各种工具的工作条件不同,工具用钢还具有一些其他性能,如模具用钢还应具有一定的高温力学性能、热疲劳性、导热性和耐磨腐蚀性能等。 工艺性能: (1)加工性.工具钢应具有良好的热压力加工性能和机械加工性能,才能保证工具的制造和使用。钢的加工性取决于化学成分、组织的质量。 (2)淬火温度范围.工具钢的淬火温度应足够宽,以减少过热的可能性。 (3)淬硬性和淬透性. 淬硬性是钢在淬火后所能达到最高硬度的性能。淬硬性主要与钢的化学成分特别是碳含量有关,碳含量越高,则钢的淬硬性越高。淬透性表示钢在淬火后从表面到内部的硬度分布状况。淬透性的高低与钢的化学成分、纯洁度、晶粒度有关。根据用于制造不同的工具,对这两种性能各有一定的要求。 (4)脱碳敏感性. 工具表面发生脱碳,将使表面层硬度降低,因此要求工具钢的脱碳敏感性低。在相同的加条件下,钢的脱碳敏感性取决于其化学成分。 (5)热处理变形性. 工具在热处理时,要求其尺寸和外形稳定。 (6)耐削性.对很制造刀具和量具用钢。要求具有良好的磨削性。钢的磨削性与其化学成分有关,特别是钒含量,如果钒质量分数不小于%则磨削性变坏。 机器零件用钢使用性能: (1)较高的疲劳强度和耐久强度。 (2)高的屈服强、抗拉强度以及较高的断裂抗力。 (3)良好的耐磨性和接触疲劳强度。 (4)较高的韧性,以降低缺口敏感性。 工艺性能: 通常机器零件的生产工艺:型材→改锻→毛坯热处理→切削加工→最终热处理→磨削 以切削加工性能和热处理工艺性能为机器零件用钢的主要工艺性能。 4-2工具钢常要做那些力学性能试验测定哪些性能指标为什么 强度、塑性:静弯或扭转试验→弯曲强度、挠度和扭转强度、扭转角; 韧度:一般采用无缺口式样; 硬度:一般硬度60HRC以上,钢中存在的大量碳化物可提高2~3HRC; 淬透性:断口法→碳素工具钢和低合金工具钢;端淬法→合金工具钢,以端淬曲线上60HRC 处距水冷端距离表示。淬透性作用强弱顺序: Si、Mn、Mo、Cr、Ni 热稳定性:(钢在较高温度下保持一定强度的性质)对高速钢,通常是红硬性;
金属材料学复习资料
金属材料学复习资料 一.名词解释 1、合金元素: 为了得到一定的物理、化学或机械性能而特别添加到钢中的化学元素。(常用M 来表示) 2、微合金元素:有些合金元素如V,Nb,Ti, Zr和B等,当其含量只在0.1%左右(如 B 0.001%,V 0.2 %)时,会显著地影响钢的组织与性能,将这种化学元素称为微合金元素。 3、奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相;如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu; 4、铁素体形成元素: 在α-Fe中有较大的溶解度,且能稳定α相。如:V,Nb, Ti 等。 5、原位转变(析出): 元素向渗碳体富集,当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物。 6、离位转变(析出):在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物,同时伴随着渗碳体的溶解,可使HRC和强度提高(二次硬化效应)。如 V,Nb, Ti等都属于此类型。 7、二次淬火:在强碳化物形成元素含量较高的合金钢中淬火后残余奥氏体十分稳定,甚至加热到500~600℃范围内回火时仍不分解,而是在冷却时部分转化成马氏体,使钢的硬度提高。 8、二次硬化:在含有Ti、V、Nb、Mo、W等较高合金淬火后,在500~600℃范围内回火,在α相中沉淀析出这些元素的特殊碳化物,并使钢的硬度和强度提高 9、液析碳化物:由于碳和合金元素偏析,在局部微小区域内从液态结晶时析出的碳化物。 10、带状碳化物:由于二次碳化物偏析,在偏析区沿轧向伸长呈带状分布。 11、网状碳化物:过共析钢在热轧(锻)加工后缓慢冷却过程中由二次碳化物以网状析出于奥氏体晶界所造成的。 12、水韧处理:高锰钢铸态组织中沿晶界析出的网状碳化物显著降低钢的强度、韧性和抗磨性。将高锰钢加热到单相奥氏体温度范围,使碳化物充分溶入奥氏体,然后水冷,获得单一奥氏体组织。 13、超高强度钢:用回火M和下B作为其使用组织,经过热处理后一般讲,抗拉强度在大于1400MPa,(或屈服强度大于1250MPa)的中碳钢均称为超高强度钢。 14、晶间腐蚀:晶界上析出连续网状富铬的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区,贫铬区 成为微阳极而发生的腐蚀。 15、应力腐蚀:不锈钢在特定的腐蚀介质和拉应力作用下出现低于强度极限的脆性开裂现象。 16、n/8规律:加入Cr可提高基体的电极电位,但不是均匀的增加,而是突变式的。当Cr 的含量达到1/8,2/8,3/8,......原子比时,Fe的电极电位就跳跃式显著提高,腐蚀也显著下降。这个定律叫做n/8规律。 17、阳极极化:自流电通过阳极时,阳极电位偏离平衡电位而向正方向移动的现象。 18、蠕变极限:在某温度下,在规定时间达到规定变形时所能承受的最大应力。 19、持久强度:在规定温度和规定时间断裂所能承受的应力(ζη)。 20、持久寿命:它表示在规定温度和规定应力作用下拉断的时间。 21、碳当量:一般以各元素对共晶点实际含碳量的影响, 将这些元素的量折算成C%的增减, 这样算得的碳量称为碳当量(C.E)(C.E = C + 0.3 (Si+P)+ 0.4 S - 0.03 Mn由于S, P%低, Mn 的作用又较小C.E = C + 0.3 Si ) 22、共晶度:铸铁含C量与共晶点实际含C量之比, 表示铸铁含C量接近共晶点C%的程度。(共晶点实际C量= 4.3 - 0.3Si) 23、孕育处理:指在凝固过程中,向液态金属中添加少量其它物质,促进形核、抑制生长,
金属材料弯曲试验方法
金属材料弯曲试验方法 1.范围 本标准规定了弯曲试验方法的原理、符号、试验设备、试样、试验程序、试验结果评定和试验报告 本标准适用于金属材料相关产品标准规定试样的弯曲试验,测定其弯曲塑性变形能力。但小适用金属管材和金属焊接接头的弯曲试验。 2 试验设备 应在配备下列弯曲装置之一的试验机或压力机上完成试验。 a)支辊式弯曲装置; b)V 形模具式弯曲装置; c)虎钳式弯曲装置; 2.1支辊式弯曲装置 2.1.1 支辊长度应大于试样宽度或直径。支辊半径应为1-10倍试样厚度支辊应具有足够的硬度。 2.1.2 除非另有规定,支辊间距离应按照式(1)确定: l= (d + 3a ) ±2 a ( 1 ) 此距离在试验期间应保持不变。 2.1.3 弯曲压头直径应在相关产品标准中规定。弯曲压头宽度应大于试样宽度或直径弯曲压头应具有足够的硬度 2.2 V 形模具式弯曲装置 模具的V 形槽其角度应为1800-α。弯曲角度应在相关产品标准中规定。弯曲压头的圆角半径为d/2。 模具的支承棱边应倒圆,其倒圆半径应为1~10倍试样厚度。模具和弯曲压头宽度应大于试样宽度或直径。弯曲压头应具有足够的硬度。 2.3 虎钳式弯曲装置 装置由虎钳配备足够硬度的弯心组成。可以配置加力杠杆。弯心直径应按照相关产品标准要求,弯心宽度应人于试样宽度或直径。 2.4.3 弯曲压头直径应在相关产品标准中规定弯曲压头宽度应大于试样宽度或直径。弯曲压头的压杆其厚度应略小于弯曲压头直径。弯曲压头应具有足够的硬度。 3 试样 3.1 试验使用圆形、方形、矩形或多边形横截面的试样样坯的切取位置和方向应按照相关产品标准的要求。如未具体规定,对于钢产品,应按照GB/T 2975的要求试样应通过机加工去除由于剪切或火焰切割等影响了材料性能的部分。 3.2 试样表面不得有划痕和损伤。方形、矩形和多边形横截面试样的棱边应倒圆,倒圆半径不超过以下数值: ----1mm ,当试件厚度小于10mm ----1.5mm 当试件厚度大于或等于10mm 且小于50mm -----3mm 当试件厚度不小于50mm 棱边倒圆时不应形成影响试验结果的横向毛刺、伤痕或刻痕。 3.3 试样宽度应按照相关产品标准的要求。如未具体规定,试样宽度应按照如下要求: a) 当产品宽度不大于20mm 时,试样宽度为原产品宽度; b )当产品宽度大于20mm,厚度小于3mm 时,试样宽度为20mm ±5mm ;厚度不小于3mm 时,
最新金属材料学复习--文九巴
1.钢中的杂质元素:O H S P 2.合金元素小于或等于5%为低合金钢,在5%-10%之间为中合金钢,大于10%为高合金 钢 3.奥氏体形成元素:Mn Ni Co(开启γ相区)C N Cu(扩展γ相区) 4.铁素体形成元素:Cr V Ti Mo W 5.间隙原子:C N B O H R溶质/R溶剂<0.59 6.碳化物类型:简单间隙碳化物MC M2C 复杂间隙碳化物M6C M23C M2C3 7.合金钢中常见的金属间化合物有σ相、AB2相和B2A相 8.二次硬化:淬火钢在回火时在一定温度下,由于特殊碳化物的析出的初期阶段,形成[M-C] 偏聚团,硬度不降低,反而升高的现象。 9.二次淬火:淬火钢在回火时,冷却过程残余奥氏体转变为马氏体的现象。 10.合金元素对铁碳相图的影响 1.改变奥氏体相区位置 2.改变共析转变温度 3.改变S和E等零界点的含碳量 11.合金元素对退火钢加热转变的影响 1.对奥氏体形成速度的影响中强碳化物形成元素与碳形成难溶于奥氏体的合金碳化 物,减慢奥氏体的形成速度 2.对奥氏体晶粒大小的影响大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用,影响 程度不同。V Ti强碳化物和适量的AL强烈阻碍晶粒长大,他们的碳化物或氮化物熔点高,高温下稳定,不易聚集长大,能强烈阻碍奥氏体晶粒长大。Wu Mo Cr中强碳化物也有阻碍作用,但是影响程度中等。Si Ni非碳化物形成元素影响不大。
Mn P等元素含量在一定限度下促进奥氏体晶粒长大 12.合金元素对淬火钢回火转变的影响 1.提高耐回火性合金元素在回火过程中推迟马氏体分解和残留奥氏体的转变;提高铁 素体在结晶温度,使碳化物难以聚集长大,从而提高钢的耐回火性。 2.淬火钢在回火时产生二次硬化和二次淬火,提高钢的性能。 3.对回火脆性的影响产生第一类回火脆性和第二类回火脆性,降低晶界强度,从而使 钢的脆性增加 13.钢的强化机制:固溶强化、细晶强化、形变强化和第二相强化 14.合金元素对钢在淬火回火状态下力学性能的影响 1.合金元素一般均能减缓钢的回火转变过程,特别是阻碍碳化物的聚集长大,相对的 提高钢中组成相的弥散度 2.合金元素溶解于铁素体,是铁素体强化,并提高了铁素体的再结晶温度。 3.强碳化物形成元素提高了钢的耐回火性,并产生沉淀强化的作用 4.钼、钨等有利于防止或消除第二类回火脆性 15.合金元素对钢高温力学性能的影响 1.可以净化晶界,使易熔杂质元素从晶界转移到晶界内,强化晶界 2.可以提高合金原子间的结合力,增大原子自扩散激活能 3.强碳化物形成元素的加入,可以对位错运动有阻碍作用,可提高合金的高温性能16.合金元素对钢热处理性能的影响 淬透性、淬硬性、变形开裂性、过热敏感性、氧化脱碳倾向和回火脆化倾向 17.合金元素对钢的焊接性能影响 1.钢的焊接性能主要由焊后开裂敏感性和焊接区的硬度来评价
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1. 钢中的杂质元素:O H S P 2. 合金元素小于或等于5% 为低合金钢,在5%-10% 之间为中合金钢,大于10% 为高合金钢 3. 奥氏体形成元素:Mn Ni Co (开启丫相区)C N Cu (扩展丫相区) 4. 铁素体形成元素:Cr V Ti Mo W 5. 间隙原子:C N B O H R溶质/R溶剂<0.59 6. 碳化物类型:简单间隙碳化物MC M 2C 复杂间隙碳化物M6C M23C M2C3 7. 合金钢中常见的金属间化合物有b相、AB2相和B2A相 8. 二次硬化:淬火钢在回火时在一定温度下,由于特殊碳化物的析出的初期阶段,形成 [M-C] 偏聚团,硬度不降低,反而升高的现象。 9. 二次淬火:淬火钢在回火时,冷却过程残余奥氏体转变为马氏体的现象。 10. 合金元素对铁碳相图的影响 1. 改变奥氏体相区位置 2. 改变共析转变温度 3. 改变S和E等零界点的含碳量 11. 合金元素对退火钢加热转变的影响 1. 对奥氏体形成速度的影响中强碳化物形成元素与碳形成难溶于奥氏体的合金碳化 物,减慢奥氏体的形成速度 2. 对奥氏体晶粒大小的影响大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用,影响 程度不同。V Ti 强碳化物和适量的AL 强烈阻碍晶粒长大,他们的碳化物或氮化物熔点 高,高温下稳定,不易聚集长大,能强烈阻碍奥氏体晶粒长大。Wu Mo Cr 中 强碳化物也有阻碍作用,但是影响程度中等。Si Ni 非碳化物形成元素影响不大。
Mn P 等元素含量在一定限度下促进奥氏体晶粒长大 12. 合金元素对淬火钢回火转变的影响 1. 提高耐回火性 合金元素在回火过程中推迟马氏体分解和残留奥氏体的转变; 素体 在结晶温度,使碳化物难以聚集长大,从而提高钢的耐回火性。 2. 淬火钢在回火时产生二次硬化和二次淬火,提高钢的性能。 3. 对回火脆性的影响 产生第一类回火脆性和第二类回火脆性, 降低晶界强度, 钢的脆性增加 13. 钢的强化机制:固溶强化、细晶强化、形变强化和第二相强化 14. 合金元素对钢在淬火回火状态下力学性能的影响 1. 合金元素一般均能减缓钢的回火转变过程,特别是阻碍碳化物的聚集长大,相对的 提高钢中 组成相的弥散度 2. 合金元素溶解于铁素体,是铁素体强化,并提高了铁素体的再结晶温度。 3. 强碳化物形成元素提高了钢的耐回火性,并产生沉淀强化的作用 4. 钼、钨等有利于防止或消除第二类回火脆性 15. 合金元素对钢高温力学性能的影响 1. 可以净化晶界,使易熔杂质元素从晶界转移到晶界内,强化晶界 2. 可以提高合金原子间的结合力,增大原子自扩散激活能 3. 强碳化物形成元素的加入,可以对位错运动有阻碍作用,可提高合金的高温性能 16. 合金元素对钢热处理性能的影响 淬透性、淬硬性、变形开裂性、过热敏感性、氧化脱碳倾向和回火脆化倾向 17. 合金元素对钢的焊接性能影响 1. 钢的焊接性能主要由焊后开裂敏感性和焊接区的硬度来评价 提高铁 从而使