金属材料与热处理 第3 铁碳合金
金属学与热处理(第三版)课后习题答案 哈工大工业大学 崔忠圻主编
金属学与热处理课后答案第一章填表：晶格类型原子数原子半径配位数致密度体心立方2a43868%面心立方4a421274%密排六方6a211274%5、作图表示出立方晶系（123）、（0-1-2）、（421）等晶面和[-102]、[-211]、[346]等晶向10、已知面心立方晶格常数为a，分别计算（100）、（110）、和（111）晶面的晶面间距；并求出【100】、【110】和【111】晶向上的原子排列密度（某晶向上的原子排列密度是指该晶向上单位长度排列原子的个数）答：（100）：（110）：（111）：14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？答:组元：组成合金最基本的、独立的物质。
相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。
固溶体：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。
固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶剂原子在整个晶体中都按—定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。
置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。
影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构15、何谓固溶强化？置换固溶体和间隙固溶体的强化效果哪个大？为什么？答：固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降的现象。
间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体的强化效果。
原因：溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果越好。
间隙固溶体晶格畸变大于置换固溶体的晶格畸变16、何谓间隙相？它与间隙固溶体及复杂晶格间隙化合物有何区别？答：间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，形成的简单的晶体结构称为间隙相。
铁碳合金材料和钢热处理课件
根据用途，铁碳合金可分为结构 钢、工具钢、不锈钢和特殊性能
钢等。
铁碳合金的物理和机械性能
铁碳合金的物理性能包括密度 、熔点、热膨胀系数、热导率 等，这些性能与碳含量和组织 有关。
铁碳合金的机械性能包括强度 、硬度、韧性、塑性和疲劳强 度等，这些性能也与碳含量和 组织有关。
通过热处理可以改变铁碳合金 的组织和机械性能，以满足不 同应用的需求。
可控气氛热处理技术
要点一
总结词
可控气氛热处理技术是一种通过控制气氛来改变金属材料 表面和内部结构的工艺，具有高精度、高效率、低能耗等 优点。
要点二
详细描述
可控气氛热处理技术通过精确控制气氛的组成和浓度，实 现对金属材料表面和内部结构的精确调控。这种技术可以 避免传统热处理过程中出现的氧化、脱碳、脱气等问题， 同时还可以实现快速加热和冷却，提高生产效率。此外， 可控气氛热处理技术还可以通过精确控制气氛的组成和浓 度，实现金属材料的表面改性和功能化。
03
钢的热处理技术
退火
总结词
退火是一种将金属加热到一定温度后保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺 。
详细描述
退火的目的是消除内应力、降低硬度、改善切削加工性，以及细化晶粒，提高 钢的塑性和韧性。根据加热温度和冷却方式的不同，退火可以分为完全退火、 等温退火和球化退火等。
淬火
总结词
淬火工艺。
激光热处理技术
总结词
激光热处理技术是一种利用高能激光束对金属材料表 面进行快速加热和冷却的工艺，具有高精度、高效率 、低能耗等优点。
详细描述
激光热处理技术利用高能激光束对金属材料表面进行 快速加热和冷却，可以在极短时间内实现对金属材料 表面的硬化、熔融、焊接等操作。这种技术可以避免 传统热处理过程中出现的氧化、脱碳、脱气等问题， 同时还可以实现快速加热和冷却，提高生产效率。此 外，激光热处理技术还可以通过精确控制激光束的能 量和作用时间，实现金属材料的表面改性和功能化。
第三章 铁碳合金
把以铁及铁碳为主的合金（钢铁）称为 黑色金属，而把其他金属及其合金称为 有色金属。
§3-1 合金及其组织
一、合金的基本概念
1、合金
所谓合金，是以一种金属为基础，加入其他 金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属 特性的材料，即合金是两种或两种以上的元 素所组成的金属材料。
合金具有比纯金属高得多的强度、硬度、耐磨性等机械性能， 是工程上使用得最多的金属材料，如机器中常用的黄铜是铜 和锌的合金；钢是铁和碳的合金；焊锡是锡和铅的合金。
3、在锻造工艺上的应用
对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈 单相奥氏体状态时，塑性好，强度的，便于塑性变 形，所以一般锻造都在奥氏体状态下进行，锻造时 必须根据铁碳合金相图确定合适的温度，始轧和始 锻温度不能过高，以免产生过烧；始轧和始锻温度 不能过低，以免产生裂纹。
§3-4 碳素钢
碳素钢（简称碳钢）是含碳量大于
主要应用在钢材料的选用和加热工工艺的制度两方面。
1、作为选用钢材料的依据
制造要求塑性、韧性好，而强度不太高的构件，选 用含碳量较低的钢；
要求强度、塑性和韧性等综合性能较好的构件，选 用含碳量适中的钢； 各种工具要求硬度高及耐磨性好，选用含碳量较高 的钢。
2、在铸造生产中的应用
对于铸造性能来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸 造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低， 流动性好，更具有良好的铸造性能。
二、合金的组织
根据合金中各组元之间结合方式的不同， 合金组织可分为固溶体、金属化合物和混合 物三类。
1、固溶体
固溶体是一种组元的原子溶于另一组元 的晶格中所形成的均匀固相。溶入的元素称 为溶质，而基体元素称为溶剂。固溶体保持 溶剂的晶格类型。固溶体一般用α、β、 γ……来表示。
《金属工艺学》铁碳合金
主要线
二条平行线（ECF、PSK）表示恒温反应： ECF：1148 ℃发生共晶反应 Lc --- AE + Fe3C PSK: 727 ℃发生共析反应 As ----- FP + Fe3C
ES线（Acm线）:C在A中的固溶线。 1148 ℃：C在A中最大溶解度2.11% 727 ℃: C在A中最大溶解度0.77%
在钢中与其他组织共存时，可呈片状、网状或粒 状。 Fe3C的形状、大小、分布和数量对钢的性 能有极大的影响。
Fe3C在一定条件下可分解成铁和石墨。
（4）珠光体 P
含碳量为0.77%的A同时析出F和Fe3C的机械 混合物。（共析反应）
P是软的F片和硬的Fe3C片相间的机械混合物。 性能介于两者之间：δ=20～25%，σb =600～800MPa，HBS=170～230
（2）固溶体是单相，它具有与溶剂金属相同的晶 格。其基本性能也同溶剂。
（3）根据溶解的方式不同，固溶体可分为：
① 置换固溶体（下页图）
一部分溶剂晶格结点上的原子被溶质原子所代替。 在溶剂和溶质原子直径差别不大时易形成。晶格会 发生畸变，塑性变形阻力增加，强度和硬度升高， 这种溶质原子使固溶体的强度和硬度升高的现象， 叫固溶强化。——提高合金机械性能的一个途径。
目的： ① 细化晶粒（可提高σ、δ、ak） ② 降低硬度（便于切削加工） ③ 消除内应力（以及加工硬化）、（可防变形和
开裂）
1、完全退火
将亚共折钢加热到AC3以上30-50℃，保温 后缓冷。
加热得细晶粒的A，冷却后得细晶粒F＋P。 目的：
①细化晶粒；②降低硬度；③消除内应力。
2、球化退火
重要特性点 P19 B1-4
特性点 A C D E F G
金属材料与热处理第六版习题册答案
金属材料与热处理习题册答案绪论一、填空题1、成分、组织、热处理、性能之间。
2、石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代、人工合成材料时代。
3、成分、热处理、性能、性能。
二、选择题：1、A2、B3、C三、简答题1、掌握金属材料与热处理的相关知识对机械加工有什么现实意义？答：机械工人所使用的工具、刀夹、量具以及加工的零件大都是金属材料.所以了解金属材料与热处理后相关知识.对我们工作中正确合理地使用这些工具.根据材料特点正确合理地选择和刃磨刀具几何参数；选择适当的切削用量；正确选择改善零件工艺必能的方法都具有非常的现实意义。
2、如何学好《金属材料与热热处理》这门课程？答：在学习过程中.只要认真掌握重要的概念和基本理论.按照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.认真完成作业和实验等教学环节.是完全可以学好这门课程的。
第一章金属的结构和结晶1-1金属的晶体结构一、填空题1、非晶体晶体晶体2、体心立方面心立方密排立方体心立方面心立方密排立方3、晶体缺陷点缺陷面缺陷二、判断题1、√2、√3、×4、√三、选择题1、A2、C3、C四、名词解释1、晶格与晶胞：P5答：将原子简化为一个质点.再用假想的线将它们连接起来.这样就形成了一个能反映原子排列规律的空间格架.称为晶格；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
3、单晶体与多晶体答：只由一个晶粒组成称为单晶格.多晶格是由很多大小.外形和晶格排列方向均不相同的小晶格组成的。
五、简答题书P6□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4、晶核的产生长大5、强度硬度塑性二、判断题1、×2、×3、×4、×5、√6、√三、选择题1、C、B、A2、B3、A4、A四、名词解释1、结晶与结晶潜热 (P8)答：（1）结晶：是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。
金属材料与热处理习题册答案
金属材料与热处理习题册答案金属材料与热处理习题册答案绪论填空题1成分组织热处理性能2．光泽延展性导电性导热性合金3．成分热处理性能性能思考题答：机械工人所使用的工具、刀、夹、量具以及加工的零件大都是金属材料，所以了解金属材料与热处理的相关知识。
对我们工作中正确合理地使用这些工具；根据材料特点正确合理地选择和刃磨刀具几何参数；选择适当的切削用量；正确选择改善零件工艺性能的方法等都具有非常重要的指导意义。
第一章金属的结构与结晶填空题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．晶体缺陷间隙空位置代刃位错晶界亚晶界4．无序液态有序固态5．过冷度6．冷却速度冷却速度低7．形核长大8．强度硬度塑性9．固一种晶格另一种晶格10．静冲击交变11．弹性塑性塑性12．材料内部与外力相对抗13．内力不同14．外部形状内部的结构判断题1．√2．×3．×4．×5．×6．√7．√8．√9．√10．√11．×12．√13．√14．×15．√选择题1．A 2．C B A 3．B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；由很多的小晶体组成的晶体称为多晶体。
3．答：弹性变形是指外力消除后，能够恢复的变形；塑性变形是指外力消除后，无法恢复的永久性的变形。
4．答：材料在受到外部载荷作用时，为保持其不变形，在材料内部产生的一种与外力相对抗的力，称为内力；单位面积上所受的内力就称为应力思考与练习1．冷却曲线上有一段水平线，是说明在这一时间段中温度是恒定的。
结晶实际上是原子由一个高能量级向一个较低的能量级转化的过程，所以在结晶时会放出一定的结晶潜热，结晶潜热使正在结晶的金属处于一种动态的热平衡，所以纯金属结晶是在恒温下进行的。
2．生产中常用的细化晶粒的方法有：增加过冷度、采用变质处理和采用变质处理等。
(完整版)金属材料与热处理题库及答案
金属材料与热处理(第五版)练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。
(V )2、金属结晶时，过冷度越大，结晶后晶粒越粗。
(V )3、一般情况下，金属的晶粒越细，其力学性能越差。
(X )4、多晶体中，各晶粒的位向是完全相同的。
(X )5、单晶体具有各向异性的特点。
( V )6 、金属的同素异构转变是在恒温下进行的。
( V )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。
( V )8、同素异构转变也遵循晶核形成与晶核长大的规律。
( V )9、钢水浇铸前加入钛、硼、铝等会增加金属结晶核，从而可细化晶粒。
( X )10、非晶体具有各异性的特点。
( X )11 、晶体的原子是呈有序、有规则排列的物质。
( V )12 、非晶体的原子是呈无序、无规则堆积的物质。
( V )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。
(V)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勺物质。
(V)15 、金银铜铁锌铝等都属于金属而不是合金。
(V)16 、金属材料是金属及其合金的总称。
(V)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。
(V)18 、金是属于面心立方晶格。
(V)19 、银是属于面心立方晶格。
(V)20 、铜是属于面心立方晶格。
(V)21 、单晶体是只有一个晶粒组成的晶体。
(V)22 、晶粒间交接的地方称为晶界。
(V)23 、晶界越多，金属材料的性能越好。
(V)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(V)25 、纯金属的结晶过程是在恒温下进行的。
(V)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D(V)27 、只有一个晶粒组成的晶体成为单晶体。
(V)28 、晶体缺陷有点、线、面缺陷。
(V)29 、面缺陷分为晶界和亚晶界两种。
(V)30 、纯铁是有许多不规则的晶粒组成。
金属材料与热处理课后习题答案
2、做疲劳试验时，试样承受的载荷为（）。
A、静载荷B、冲击载荷C、交变载荷
3、洛氏硬度C标尺所用的压头是（）。
A、淬硬球B、金钢石圆锥体C、硬质合金球
4、金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（）。
A、塑性B、硬度C、强度
5、用拉伸试验可测定材料的（）性能指标。
A、强度B、硬度C、韧性
7、有一钢试样其横截面积为100mm2，已知钢试样的σs=314Mpa,σb=530Mpa。拉伸试验时，当受到拉力为时，试样出现屈服现象，当受到拉力为时，试样出现缩颈。
8、断裂前金属材料产生的能力称为塑性。金属材料的和的数值越大，表示材料的塑性越好。
9、一拉伸试样的原标距长度为50mm，直径为10mm拉断后试样的标准长度为79mm,缩颈处的最小直径为4.9mm，此材料的伸长率为，断面收缩率为。
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
（2）铸成薄件与铸成厚件
（3）浇注时采用振动与不采用振动
3、写出纯铁的同素异构转变式。
4、画出三种常见金属晶格的晶胞图。
5、为什么单晶体具有各向异性，而多晶体一般情况下不显示出各向异性？
第2章金属材料的性能
一、填空（将正确答案填在横线上。下同）
1、金属材料的性能一般分为两类，一类是使用性能，它包括、和
等，另一类是工艺性能，它包括、、和等。
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奥氏体
A
渗碳体
Fe3C
珠光体
P
含碳量0.77 %
强度较高，硬 度适中，具有 一定塑性
莱氏体
L/d
A+Fe3C
混合物
含碳量4.3% 性能接近于渗 碳体，硬度很 高，塑性很差
达标训练 巩固提升
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
填空题： 1、铁碳合金的基本组织有五种分别是____、____、____、____、____。 2、铁素体的性能特点是具有良好的____和____，而_____和_____很低。 3、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有_____和_____，属于金属化合 物的有_____，属于两相混合物的有_____和_____。 4、符号表示：铁素体_____，奥氏体_____，渗碳体，珠光体_____、莱 氏体。 判断题： 渗碳体是铁与碳的混合物。（ ） 奥氏体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性。（ ） 渗碳体的特点是硬度高、脆性大。（ ） 渗碳体的含碳量为6.69%。（ ）
问题展示 合作探究
性能：熔点1227℃ 硬度很高，塑性很差，伸长 率和冲击韧度几乎为零，是一个硬而脆的组织 。 符号：Fe3C 复杂的斜方晶体
问题展示 合作探究
四、珠光体（P）
奥氏体和渗碳体的混合物。含碳量为：0.77%
它是渗碳体和铁素体片层相间、交替排列形成
的混合物。 性能：由于珠光体是由硬的渗碳体和软的铁素体 组成的混合物，所以其力学性能是两者综合，强 度较高，硬度适中，具有一定的塑性。 符号：P
问题展示 合作探究
钢铁是现代工业中应用最广泛的合金，以铁和碳为基本 组元的合金。
铁 碳 合 金 组 织 铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体 莱氏体 为什么以铁和碳为基本组元的合金出现了五种基本 组织？这五种组织分别属于合金哪几种组织？性能 有何区别？
问题展示 合作探究
一、铁素体（F）
碳溶解在α-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体。溶解能 力：溶解度很小，在727℃时，碳在α-Fe中的最大溶碳量为 0.0218%，随温度的降低逐渐减小。
知识梳理 归纳总结
一.合金组织类型
二.铁碳合金组织类型 三.铁碳合金基本组织归类及特点
布置作业 新课链接
习题册P18 3-2 完成导学案 预习铁碳合金相图
奥氏体的晶胞示意图
奥氏体的显微组织
问题展示 合作探究
性能：强度、硬度不高，具有良好的塑性，是 绝大多数钢在高温进行锻造和扎制时所要求的 组织。 符号：A， 面心立方晶格
问题展示 合作探究
三、渗碳体（Fe3C或Cm）
含碳量为6.69%的 铁与碳的金属化合物。
溶碳能力： C=6.69%
渗碳体的晶胞示意图
喜欢的明星
现实中的金属材料
学情调查 情景导入
世界上有许多优秀运动员：有的打篮球、
有的踢足球、有的跑长跑、有的跑短跑、有 的举重等等。为什么呢，因为人的结构和组 织不一样。同样在当今社会，金属材料的应 用领域也不一样：有的可以盖楼房、有的可 以生产汽车、有的可以生产车床、有的可以 应用到日常生活当中去等等。为什么呢？其 实是和人在不同的发展领域不同是一个道理 ，因为不同的合金及金属材料有不同的结构 与组织。
铁的同素异构转变
学情调查 情境导入
合金的组织
固溶体 金属化合物 混合物
两种或两种以上的相按 一定的质量百分数组成 的物质。 一种组元的原子溶入另 在合金中，当溶质含量 一组元的晶格中所形成 超过固溶体的溶解度时 的均匀固相。 ，除可形成固溶体外， 还将出现新的相，其晶 间隙固溶 置换固溶 体结构不同于任一组元 ，而是组元之间相互作 体 体 用形成一种具有金属特 性的物质。 溶质原子分 溶质原子置 布于溶剂晶 换了溶剂晶 格中而形成 格结点上某 的固溶体 些原子而形 成的固溶体
问题展示 合作探究
五、莱氏体（Ld）
奥氏体和渗碳体的混合物。含碳量为：4.3%
它是含碳量为4.3%的液态铁碳合金在1148℃时的共
晶产物。 性能：由于莱氏体的基体渗碳体，所以其性能接 近渗碳体，硬度很高，塑性很差。 符号：Ld
问题展示 合作探究
名称 铁素体 符号 F 性能 与纯铁相似, 碳溶解在a-F 727℃时最 良好的塑性和 e中形成，体 间隙固溶体 大含碳量为0 韧性，强度和 .0218% 心立方晶格 硬较低 1148℃时可 碳溶解在γ－ 溶C 2.11% 强度、硬度不 Fe中形成， 间隙固溶体 ，727℃时 高，具有良好 面心立方晶 ，可溶为0.7 的塑性 格 7% 熔点1227℃ 含碳量6.69 复杂的斜方 金属化合物 硬度高，塑性 % 晶格 差 F+Fe3C 混合物 合成 组织 含碳量
铁碳合金
铁碳合金的基本组织与性能
铁碳合金的基本组织与性能
教学目标： 1、掌握铁碳合金的基本组织 2、掌握铁碳合金的基本组织的符号及性能 特点 教学重点：铁碳合金的组织 教学难点：铁碳合金的组织的符号及特点
学情调查 情景导入
合金是以一种金属为基础，加入其他( 金属 )或( 非金属 )， 经过熔炼而获得的具有( 金属特性)的材料。 金属三种简单晶格类型（体心立方晶格） 、（ 面心立方晶格 ） 和（密排六方晶格）。 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 （ 同素异构转变 ）。比如铁、锰、锡等。
铁素体的晶胞示意图
铁素体的显微组织
问题展示 合作探究
性能：由于铁素体的含碳量低，所以铁素体的 性能与纯铁相似。即有良好的塑性和韧性，强 度和硬较低。 符号：F， 体心立方晶格
问题展示 合作探究
二、奥氏体（A）
碳溶解在γ－Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体。溶碳能 力：较强。在1148℃时可溶C 为2.11%，在727℃时，可溶 C为0.77%。