第一章金属材料的基本知识
习题册答案：模具材料与热处理(第二版)习题册-ISBN978-7-5167-2611-2
2．答： 多晶体材料一般不显示出各向异性，这是因为它包含大量的彼此位 向不同的晶粒，虽然每个晶粒有异向性，但整块金属的性能则是它们性 能的平均值，故表现为各向同性。 3．答： 位错属于晶格缺陷中的线缺陷。 在位错周围，由于错排晶格产生较严重的畸变，所以内应力较大。位错很容 易在晶体中移动，位错的存在在宏观上表现为使金属材料的塑性变形更加容易。
第四节 合金的晶体结构
一、填空题 1．金属 非金属 金属特性 2．化学成分 晶体结构 3．固溶体 金属化合物 机械混合物 4．置换 间隙 5．组元 金属特性 熔点高 硬而脆 6．机械混合物 二、判断题 1．× 2．× 3．√ 4．√ 5．√
5
三、选择题 1．B 2．C 四、名词解释 1．共晶转变：从一定化学成分的液体合金中同时结晶出两种不同成分和不 同晶体结构的固相过程称为共晶转变。 2．共析转变：在固态下由一种单相固溶体同时析出两种化学成分和晶格结 构完全不同的新固相的转变过程称为共析转变。 3．固溶强化：晶格畸变增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加 困难，从而提高合金的强度和硬度。这种现象称为固溶强化。 4．弥散强化：当金属化合物以细小的颗粒状形式均匀地分布在固溶体基体 上时，将导致合金材料的强度、硬度和耐磨性显著提高，但塑性和韧性会有所下 降的现象，称为弥散强化。 五、简答题 答： （1）纯金属的结晶是在恒温下进行的，只有一个结晶温度。而绝大多数合 金的结晶是在一个温度范围内进行的，一般结晶的开始温度与终止温度是不同 的，即有两个结晶温度。 （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， 但当结晶终止后，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；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。
金属工艺学复习题库
18.金属的塑性变形是在切应力作用下，主要通过滑移来进行的；金属中的位错密度越高，则其强度越高，塑性越差。
19.金属结晶的必要条件是一定的过冷度，金属结晶时晶粒的大小主要决定于其形核率。
20.用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢，零件渗碳后，一般需要经过淬火+低温回火才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。
21.珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物22.冷变形金属在加热时随加热温度的升高，其组织和性能的变化分为3个阶段，即回复、再结晶、晶粒长大。
23.在实际生产中，常采用加热的方法使金属发生再结晶，从而再次获得良好塑性，这种工艺操作称为再结晶退火。
24.从金属学的观点来看，冷加工和热加工是以再结晶温度为界限区分的25.随着变形量的增加，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，这种现象叫做加工硬化。
26.实验室里开了六个电炉，温度分别为910℃、840℃、780℃、600℃、400℃、200℃，现有材料15钢、45钢、T12钢。
问：若要制作轴，一般选用45钢；进行调质处理（淬火+高温回火）；获得回火索氏体；淬火为了获得马氏体，提高钢的强度、硬度和耐磨性，高温回火是为了去除淬火应力，得到稳定的组织，提高综合力学性能，保持较高强度的同时，具有良好的塑性和韧性。
27.Fe-Fe3C相图ECF、PSK的含义，亚共析钢从液态缓慢冷却到室温时发生的组织转变过程：L、L+A、A、A+F、P+F 塑性变形阻力增强，强度、硬度提升，固溶强化。
低碳钢的拉伸曲线：实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷。
理论结晶温度与实际结晶温度之差为过冷度。
冷却速度越大，过冷度越大。
第二章铸造1.灰铸铁的组织是钢的基体加片状石墨。
它的强度比σb比钢低得多，因为石墨的强度极低，可以看作是一些微裂纹，裂纹不仅分割了基体，而且在尖端处产生应力集中，所以灰铸铁的抗拉强度不如钢。
2.灰铸铁为什么在生产中被大量使用？灰铸铁抗压强度较高，切削加工性良好，优良的减摩性，良好的消振性，低的缺口敏感性，优异的铸造性能。
金属材料及热处理基础知识
1.1.4 硬度 材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。
一般硬度较高的材料其强度也较高。
1. 布氏硬度
以一定大小载荷F把规定直径为D(mm)的淬火钢球或硬质合全球压头压入试 样表面，保持规定时间后卸载，在放大镜下测量试样表面的压疽直径d(mm)，用 载荷F除以压痕球形表面积Ao(mm2)所得商作为布氏硬度值，记为HB。
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1. 共析钢 A、结晶过程
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B、 显微组织
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2. 亚共析钢 A、结晶过程
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B、 显微组织
珠 光 体
铁 素 体
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3.过共析钢 A、结晶过程
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B、 显微组织
珠光体 渗碳体
Fe-Fe3C的平衡相图 山东省特种设备检验研究院
简化的平衡相图
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(1)C点 共晶点 含碳量为4.3%的合金熔热冷至此点时，在恒 温下发生共晶转变。
(2)S点 共析点 含碳量为0.77%的合金熔热冷至此点时，在恒 温下发生共析转变。
(3)ABCD线 液相线 (4)AHJECF线 固相线。 (5)GS线 又称A3线，从奥氏体中析出铁索体的曲线，相变
m
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pk
τ
σ
k
pk可分解为
正应力 切应力
拉应力 压应力
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轴向拉伸杆件横截面上应力的求法
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F
Fห้องสมุดไป่ตู้
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FN
轴向拉伸杆横截面上的应力 FN
第一章金属的晶体结构
图2-6密排六方晶胞
第三节 晶体学概念
• • • • • • • 1.3.1 晶胞中的原子数 体心立方： 面心立方： 密排六方： 1.3.2 原子半径 1.3.3 配位数和致密度 配位数：指晶体结构中与任一个原子最近邻且等距离的原 子数目。 • 体心立方晶体8个，面心立方12个，密排六方12个，所以 面心立方和密排六方致密度高 • 致密度分别为0.68、0.74、0.74
图2-5
面心立方晶胞
• (3)密排六方晶胞(close packed lattice hexagonal)：密排六方晶体的晶胞如图1.6所示。 • 它是由六个呈长方形的侧面和两个呈正六边形的 底面所组成的一个六方柱体。因此，需要用两个 晶格常数表示，一个是正六边形的边长a，另—个 是柱体的高c。在密排六方晶胞的每个角上和上、 下底面的小心都有一个原子，另外在中间还有三 个原子。因此，密排六方晶格的晶胞中所含的原 子数为：6×1／6×2+2×1／2+3=6个。 • 具有密排六方晶体结构的金属有Mg、Zn、Be、 Cd、α-Ti、α-Co等。
A、B组元组成的固溶体也可表示为A(B), 其中A为溶剂, B为 溶质。例如铜锌合金中锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表 示, 亦可表示为Cu(Zn)。
• 固溶体特性：1固溶体成分可以在一定范围内变化， 在相图上表现为一个区域。2固溶体必须保持溶剂 组元的点阵类型。3纯金属结构有哪些类型，固溶 体也应有哪些类型，即固溶体本身没有独立的点 阵类型。4组元的原子尺寸不同会引起的点阵畸变， 原子尺寸相差越大，引起的畸变也越大。
• 1.3.4晶体中原子的排列方式（略） • 1.3.5 晶体结构中的间隙 • 三种典型晶体结构的四面体间隙、八面体间 隙（图1-13,1-14,1-15） • 间隙半径与原子半径之比rB/rA=?（见表1-2） • 可见面心立方结构八面体间隙比体心立方结 构四面体间隙还大，因此溶碳量大的分类 • 1.按溶剂分类 • (1)一次固溶体：以纯金属组元作为溶剂的 固溶体称为一次固溶体，也叫边际固溶体。 • (2)二次固溶体：以化合物为溶剂的固溶体 称二次固溶体，或叫中间固溶体。如电子 化合物、间隙相。 • 有的化合物和化合物之间，也可以相互溶 解而组成固溶体，如Fe3C和Mn3C，TiC和 TiN等。
第一章 金属材料导论_【PPT课件】
•
• 四、硬度
• • 金属材料抵抗外物压入其表面的能力。一般来说，硬
度高的材料，耐磨性能好，强度也高。因此，硬度是机械 零件设计要求的技术条件之一。
• • 生产中常用有布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HR）等。
• ③当载荷继续增加超过S点后，变形量随载荷的增加而急 剧增加。当载荷增大到b时，变形集中在试样的某一部位 上，出现缩颈现象。由于承载面积减小，试样很快被拉断。
试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度，用σb
表示，Βιβλιοθήκη • （二）截面收缩率• 截面收缩率是试样拉断后缩颈处横截 面积的最大缩减量与原始横截面积的百分 比。
• HRB 直径1.588mm淬火钢球测软金属，如铜合金、 退火钢件等，总载荷980.7KN；
• HRC 120°金刚石圆锥体测如淬火工件，总载荷 1471.1KN 。
• ▲洛氏硬度试验操作简便、迅速，可测定各种金属材 料的硬度。
• ▲ 洛氏硬度压痕小，适用于成品，但重复性差，需在 不同部位测多次。
• （一）布氏硬度测定方法：
•
用一定直径的淬火钢球或硬质合金球作压头，
在一定的静载荷下压入试件表面，保持压力至规
定的时间后卸载。根据所加载荷的大小和所得压
痕表面积来计算（或查表）得压痕表面上的平均
应力值。此平均应力值作为布氏硬度，并用HBS （淬火钢球压头）或HBW（硬质合金压头）表示。
• 由于布氏硬度测量时压痕面积较大，能反映
• 洛氏硬度计上有九种标尺，分别用符号（常用） HRA、HRB和HRC……等表示。不同洛氏硬度的 压头、负荷和适用范围如表1-1 （p9）所列。
金属材料与热处理教案
金属材料与热处理教案第一章：金属材料的概述教学目标：1. 了解金属材料的定义和分类。
2. 掌握金属材料的性质和用途。
教学内容：1. 金属材料的定义：金属材料是指由金属元素或金属合金组成的材料。
2. 金属材料的分类：金属材料主要包括纯金属和合金两大类。
3. 金属材料的性质：金属材料具有优良的导电性、导热性和韧性等。
4. 金属材料的用途：金属材料广泛应用于建筑、机械、电子等领域。
教学活动：1. 引入金属材料的概念，引导学生思考金属材料的日常应用。
2. 介绍金属材料的分类，让学生了解不同类型的金属材料。
3. 通过实例讲解金属材料的性质，如导电性、导热性和韧性等。
4. 探讨金属材料的用途，让学生了解金属材料在各个领域的重要性。
第二章：金属的结晶与晶体结构教学目标：1. 了解金属的结晶过程和晶体结构。
2. 掌握金属的晶体类型和性质。
教学内容：1. 金属的结晶过程：金属从液态转变为固态的过程称为结晶。
2. 金属的晶体结构：金属晶体主要由金属原子通过金属键相互连接而成。
3. 金属的晶体类型：金属晶体主要分为面心立方晶格和体心立方晶格两种类型。
4. 金属的晶体性质：不同晶体结构的金属具有不同的性质，如硬度和延展性等。
教学活动：1. 引入金属的结晶过程，引导学生了解结晶的基本概念。
2. 介绍金属的晶体结构，让学生掌握金属原子的排列方式。
3. 通过示意图讲解金属的晶体类型，如面心立方晶格和体心立方晶格。
4. 探讨金属的晶体性质，让学生了解不同晶体结构对金属性质的影响。
第三章：金属的塑性变形与再结晶教学目标：1. 了解金属的塑性变形和再结晶过程。
2. 掌握金属的塑性变形方式和再结晶的条件。
教学内容：1. 金属的塑性变形：金属在外力作用下发生形状改变而不断裂的过程。
2. 金属的塑性变形方式：主要包括拉伸、压缩、弯曲和扭转等。
3. 再结晶：金属在加热和冷却过程中，晶体结构发生改变的现象。
4. 再结晶的条件：再结晶发生的温度、应变量和时间等因素。
金属材料与热处理课后习题
第一章金属材料基础知识1、什么是强度？材料强度设计的两个重要指标分别是什么？2、什么是塑性？塑性对材料的使用有何实际意义？3、绘出简化后的Fe-Fe3C相图。
4、根据Fe-Fe3C相图，说明下列现象的原因。
（1）含碳量1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金的硬度高。
（2）一般要把钢材加热到1000~1250℃高温下进行锻轧加工。
（3）靠近共晶成分的铁碳合金的铸造性能好。
5、随着含碳量的增加，钢的组织性能如何变化？6、铁碳相图中的几个单相分别是什么？其本质及性能如何？第二章钢的热处理原理1、何谓奥氏体？简述奥氏体转变的形成过程及影响奥氏体晶粒长大的因素。
奥氏体晶粒的大小对钢热处理后的性能有何影响？2、什么是过冷奥氏体与残余奥氏体。
3、为什么相同含碳量的合金钢比碳素钢热处理的加热温度要高、保温时间要长？4、画出共析钢过冷奥氏体等温转变动力学图。
并标出：（1）各区的组织和临界点（线）代表的意义；（2）临界冷却曲线；，S，T＋M组织的冷却曲线。
（3）分别获得M、P、B下5、什么是第一类回火脆性和第二类回火脆性？如何消除？6、说明45钢试样（Φ10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，780℃，860℃，1100℃。
7、马氏体的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了它的脆性？8、简述随回火温度升高，淬火钢在回火过程中的组织转变过程与性能的变化趋势。
第三章钢的热处理工艺1、简述退火的种类、目的、用途。
2、什么是正火？正火有哪些应用？3、什么是淬火，淬火的主要目的是什么？4、什么是临界冷却速度？它与钢的淬透性有何关系？5、什么是表面淬火？表面淬火的方法有哪几种？表面淬火适应于什么钢？简述钢的表面淬火的目的及应用。
6、有一具有网状渗碳体的T12钢坯，应进行哪些热处理才能达到改善切削加工性能的目的？试说明热处理后的组织状态。
7、简述化学热处理的几个基本过程。
渗碳缓冷后和再经淬火回火后由表面到心部是由什么组织组成？8、什么是钢的淬透性和淬硬性？影响钢的淬透性的因素有哪些？如何影响？9、过共析钢一般在什么温度下淬火？为什么？10、将共析钢加热至780℃，经保温后，请回答：（1）若以图示的V1、V2、V3、V4、V5和V6的速度进行冷却，各得到什么组织？（2）如将V1冷却后的钢重新加热至530℃，经保温后冷却又将得到什么组织？力学性能有何变化？11、甲、乙两厂生产同一种零件，均选用 45 钢，硬度要求 220 ～ 250HBS 。
金属材料科学(第一章 钢的合金化)3
γ’相中可以溶入合金元素，钴可以置换镍，钛、钒、铌可以置换 铝，而铁、铬、钼可置换镍也可置换铝。
γ’相中含铌、钽、钨等难熔元素增加，γ’相的强度也增加。
1. 4 钢的强韧化机制
合金化目的：提高性能
结构钢：力学性能
强度与韧性、塑性的矛盾
综合性能：强度与韧性的匹配
高强钢：韧性 疲劳：表面硬度 耐磨：硬度与韧性
Mn↑，使P扩散加快，促进了钢的回火脆性； Mo则相反，是消除或减轻回火脆性的有效元素。
点阵类型：bcc点阵内吸附较fcc强烈
1.6 钢中微量合金元素的作用
一、钢中常见的微量元素
1 微合金化：Ti、V、Nb、Zr、B、N、稀土
2 净化、变质、控制夹杂物形态：
B、Ca、Ti、Zr、稀土
3 改善加工性：S、Ca、Pb、Se、Te、Bi
1. 5 合金元素在晶界的偏聚
二、Me的偏聚（segregation）
偏聚 现象
Me偏聚 → 缺陷处C’> 基体平均C 这种现象也称为吸附现象。
偏聚现象对钢的组织和性能产生了较大影响， 如晶界扩散、晶界断裂、晶界腐蚀、相变形核等 都与此有关.
Me+⊥：溶质原子在刃型位错处吸附，形成柯氏气团； Me+≡ ：溶质原子在层错处吸附形成铃木气团；
20MnSi钢不同晶粒度的低温冲击性能
1. 4 钢的强韧化机制
2、提高钢韧性的合金化途径
1）细化晶粒、组织—— 如Ti、V、Mo；
2）提高冶金质量，降低有害元素含量
3）细化K —— 适量Cr、V，使K小而匀 ； 4）细化亚结构—消除粗大组织 5）利用残余奥氏体韧化 6）利用相变诱发韧性
↑回火稳定性 — 如强K形成元素 ；↓回脆 —— W、Mo ； 在保证强度水平下，适当↓含C量