金属材料与热处理第四章 合金的晶体结构与结晶
(完整版)金属材料与热处理题库及答案
金属材料与热处理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。
( √)2、金属结晶时，过冷度越大，结晶后晶粒越粗。
(×)3、一般情况下，金属的晶粒越细，其力学性能越差。
( ×)4、多晶体中，各晶粒的位向是完全相同的。
( ×)5、单晶体具有各向异性的特点。
( √)6、金属的同素异构转变是在恒温下进行的。
( √)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。
( √)8、同素异构转变也遵循晶核形成与晶核长大的规律。
( √)10、非晶体具有各异性的特点。
( ×)11、晶体的原子是呈有序、有规则排列的物质。
( √)12、非晶体的原子是呈无序、无规则堆积的物质。
( √)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。
( √)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物质。
( √)15、金银铜铁锌铝等都属于金属而不是合金。
( √)16、金属材料是金属及其合金的总称。
( √)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。
( √)18、金是属于面心立方晶格。
( √)19、银是属于面心立方晶格。
( √)20、铜是属于面心立方晶格。
( √)21、单晶体是只有一个晶粒组成的晶体。
( √)22、晶粒间交接的地方称为晶界。
( √)23、晶界越多，金属材料的性能越好。
( √)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。
( √)25、纯金属的结晶过程是在恒温下进行的。
( √)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。
( √)27、只有一个晶粒组成的晶体成为单晶体。
( √)28、晶体缺陷有点、线、面缺陷。
( √)29、面缺陷分为晶界和亚晶界两种。
( √)30、纯铁是有许多不规则的晶粒组成。
( √)31、晶体有规则的几何图形。
( √)32、非晶体没有规则的几何图形。
《金属材料与热处理》第四章铁碳合金
学习情境四：铁碳合金 4.3
4、在焊接方面的应用 焊接时由焊缝到母材各区域的温度是不同的，根据Fe－Fe3C 相图可知，受到不同加热温度的各区域在随后的冷却中可能 会出现不同的组织和性能。这需要在焊接之后采用相应的热 处理方法加以改善。 5、在热处理方面的应用
Fe－Fe3C相图是制订热处理工艺的依据。应用Fe－Fe3C相 图可以正确选择各种碳钢的退火、正火、淬火等热处理的 加热温度范围。由于含碳量的不同，各种碳钢热处理的加 热温度和组织转变也各不相同，都可从状态图中求得。
31
学习情境四：铁碳合金 4.4
1、在钢铁材料选用方面的应用
Fe－Fe3C相图反映了铁碳合金的组织、性能随成分的变化 规律，为钢铁材料的选用提供了依据。如各种型钢及桥梁、船 舶、各种建筑结构等，都需要强度较高、塑性及韧性好、焊接 性能好的材料，故一般选用含碳量较低（WC＜0.25％）的钢材； 各种机械零件要求强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料， 一般选用碳含量适中（WC＝0.30％～0.55％）的钢；各类工具、 刃具、量具、模具要求硬度高，耐磨性好的材料，则可选用含 碳量较高（WC＝0.70％～1.2％）的钢。纯铁的强度低，不宜 用作工程材料。白口铸铁硬度高、脆性大，不能锻造和切削加 工，但铸造性能好，耐磨性高，适于制造不受冲击、要求耐磨、 形状复杂的工件，如冷轧辊、球磨机的铁球等。
29
学习情境四：铁碳合金 4.4
低碳钢：Wc=0.1-0.25% 中碳钢：Wc=0.25-0.6% 高碳钢：Wc=0.6-1.4% 随着Wc的增加，硬度、强度都增加。
30
学习情境四：铁碳合金 4.3
三、铁碳合金状态图的应用
1、在钢铁材料选用方面 2、在铸造生产上的应用 3、在锻造方面的应用 4、在焊接方面的应用 5、在热处理方面的应用
第四章__铁碳合金(1)
主要线的含义
液相线：ABCD；AB: L→δ，BC: L→γ，CD：L→Fe3C 固相线：AHJECF；AH：δ相结晶完了；HJ：包晶线部分；JE：γ相结晶 完了；ECF：共晶反应线 包晶转变线 ：HJB ；在1495℃的恒温下，含碳量为0.53%的液相与含碳量 为0.09%的δ铁素体发生包晶反应，形成含碳量为0.17%的奥氏体 共晶转变线 ：ECF；在1148℃的恒温下，由含碳量为4.3%的液相转变为含 碳量为2.11%的奥氏体和含碳量为6.69%的渗碳体组成的混合物（莱氏体中 奥氏体与渗碳体的相对含量 ？） 共析转变线 ：PSK ；在727℃恒温下，由含碳量为0.77%的奥氏体转变为 含碳量为0.0218%的铁素体和渗碳体组成的混合物 （铁素体和渗碳体的含 量？） 固态转变线 ：GS 线 、ES线、PQ线 磁性转变线 ：MO——铁素体的磁性转变线 过230℃的虚线——渗碳体的磁性转变线
Fe3C相图。
二. Fe-Fe3C相图中的基本组织
1. 铁素体：碳原子溶于α-Fe中形成的间隙固溶体，为体心 立方晶格，通常用“F”（或α）表示。铁素体的最大溶碳 量仅为0.0218%(在温度为727℃时)，在室温下的溶碳能力 更低，一般在0.008%以下。铁素体的性能与纯铁基本相同， 塑韧性较好，硬度较低。居里点也是770℃。 2. 奥氏体：碳原子溶于γ-Fe 中形成的间隙固溶体，为面心 立方晶格，常用符号A 或γ表示。奥氏体的最大溶碳量为 2.11%(在温度为1148℃时)，奥氏体的塑性很好，且具有 顺磁性。
2) 收缩性
铸铁从浇注温度至室温的冷却过程中，其体积和线尺寸减小的现象称为 收缩性。
金属从浇注温度冷却到室温要经历3个互相联系的收缩阶段。
① 液态收缩：从浇注温度到开始凝固(液相线温度)这一温度范围内的收 缩为液态收缩。 ② 凝固收缩：从凝固开始到凝固终止(固相线温度)这一温度范围内的收 缩称凝固收缩。 ③ 固态收缩：从凝固终了到冷却到室温这一温度范围内的收缩称为固态 收缩。
金属材料及其热处理ppt课件
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。
具有体心立方晶格结构的金属有α-Fe、W、Mo、V、β-Ti等。 晶胞所包含原子数为： 8×1/8+. 1=2 个。
金属的晶格类型
2. 面心立方晶格（FCC） ：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的 中心。
表面热处理 (表面淬火和化学热处 理等)；
特殊热处理 (形变热处理、磁场热 处理等)。
根据热处理在零件生产工艺流程 中的位置和作用，热处理又可分 为预备热处理和最终热处理。
A1、A3、Acm为钢在平衡条件下的临界点。在实际热处理会产生不同程度的滞 后。实际转变温度与平衡临界温度之差称为过热度(加热时)或过冷度(冷却时)。 通常把加热时的临界温度加注下标“c. ” 。
4. 在热处理工艺上的应用。
了解加热、冷却时相变的规律，确 定合适的热处理制度。
.
相图的应用
综上所述，相图是材料状态与成分、温度之间关系的图解， 是研究合金的重要工具：
1. 作为选材的依据。
2. 在铸造生产中的应用。
不同成分合金的熔点，确定合适的 冶炼和浇注温度。
3. 在锻造工艺上的应用。
.
合金及其组织结构
2. 相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间有明显的 界面－相界。
3. 组织
所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。数量、 大小和分布方式不同的相构成了合金不. 同的组织。单相组织、多相组织。
合金的晶体结构
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分 为固溶体、金属化合物和混合物三类。
单晶体与多晶体
金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的 小晶体组成，小晶体称为晶粒，晶粒之间交界的地方称为 晶界。
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。
金属材料的结构与结晶
只有当溶质原子尺寸较小，溶剂晶格间隙较大时
才能形成间隙固溶体。
例：Fe和C形成间隙固溶体。
间隙固溶体溶解的溶质数量是有限的。
图2-12（ｂ）
图2-12（ａ）
（2）臵换固溶体：溶质原子占据晶格结点位臵而形 成的固溶体。 （图2-12b）
两组元原子尺寸相近时，易形成臵换固溶体。可形
成有限固溶体和无限固溶体。 例：Cr和Ni等合金元素溶入铁中形成的固溶体为臵
立方晶格中的某些晶面立方晶格中的某些晶面100100面面110110面面111111面面立方晶格中的某些晶向立方晶格中的某些晶向111111向向110110向向在同一晶格的不同晶面和晶向上原子排列的疏密在同一晶格的不同晶面和晶向上原子排列的疏密不同因此原子结合力也就不同从而在不同的不同因此原子结合力也就不同从而在不同的晶面和晶向上显示出不同的性能这就是晶体具晶面和晶向上显示出不同的性能这就是晶体具有各向异性的原因
1.晶格：描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架。 2.晶胞：反映晶格特征的最小单元。
3. 晶格参数：
晶胞棱边的长度和棱边夹角α、β、γ。
4. 三种典型的金属晶体结构 面心立方晶格、体心立方晶格、密排六方晶格。 面心立方晶格类型的金属有Cu、Al、Ni等，具有良
好的塑性； 密排六方晶格的金属有 Mg、Zn、Be等
Fe3C组成的机械混合物。
机械混合物的性质，基本上是各组成相性能的
平均值。
35 钢的显微组织
机械混合物P
将黑色部分放大，看到指纹状结构。其中白色
基体是Fe与C形成的固溶体， 含碳0.0218% 体 心立方晶格（称为铁素体F）， 黑色条纹为 渗
碳体（Fe3C）。
黑色部分是F与Fe3C形成的机械混合物，称为
《金属材料与热处理》课程标准
《金属材料与热处理》课程标准一、课程性质与定位《金属材料与热处理》是机械类专业必修的技术基础课。
该课程理论性较强，新概念较多，同时又与生产实际有着密切联系。
为了使学生较好地消化所学知识，在学习本课程前，学生应安排金工实习，使他们对金属冶炼、加工及热处理有一个概括认识。
主要讲授金属材料典型组织、结构的基本概念，金属材料的成分、组织结构变化对性能的影响，热处理的基本类型及简单热处理工艺的制定，合金钢种类、牌号、热处理特点及应用，为学生从事机械设计、制造及相关的工作打下基础。
二、课程设计与理念本课程是根据高职教育数控技术专业人才培养目标，遵循以“就业为导向，能力为本位”的职教理念设计的。
具体体现在以下几点：1.贴近生产岗位。
本书以企业需求为基本依据，加强实践性教学，以满足企业岗位对高技能人才的需求作为课程教学的出发点，紧扣国家最新颁布的相关行业岗位的国家职业标准和职业技能鉴定规范，使本书内容与相关岗位对从业人员的要求相衔接。
2.借鉴国内外先进职业教育教学模式，突出项目教学，适应学分制。
3.理论与实践一体化。
培养理论联系实际，学以致用，在“做中学”的优良学风，突出实践，立足于实际运用，突出“以就业为导向”、“以能力为本位”的职教思想，精选从行业岗位提炼出来的案例进行教学训练，浅显、实用、紧密结合生产实际，将能力与技能培养贯穿于始终。
4.参照国家职业资格认证标准，实施项目教学，项目制作课题的考评标准具体明确，直观实用，可操作性强。
三、课程目标1.总体目标通过本课程的学习培养学生实事求是的精神和理论联系实际的工作方法。
2.技能与知识目标（1）具有根据零件的使用要求选择零件材料的能力。
（2）初步具有选择钢材热处理方法的能力。
（3）了解金属学的基本知识。
（4）掌握常用金属材料的牌号、性能及用途。
（5）了解金属材料的组织结构与性能之间的关系。
（6）了解热处理的一般原理及其工艺。
（7）了解热处理工艺在实际生产中的应用。
金属的晶体结构与结晶
晶体缺陷并不是静止不变的，而是随着一定 温度和加工过程等各种条件的改变而变动的
第三节、非金属晶体
• 在晶体中，根据原子间的键不同，一般可分为四类主要晶 体，即金属晶体、离子晶体、共价键晶体和分子晶体。
一、离子键
常见的离子晶体结构如氯化钠晶体结构，这种结构基本上是面 心立方晶格,钠离子失去一个电子成为带正电荷的钠离子，氯离 子获得一个电子成为带负电荷的氯离子。形成离子键。 离子键结合力大，离子晶体的硬度高，但脆性大。
第四节，金属结晶
一、 凝固与结晶的概念
物质由液态冷却转变为固态的过程称为凝固。 如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列的晶体， 则这种凝固又称为结晶。
液态金属与固态金属的主要差别在于：液态金属无 一定形状，易流动，原子间的距离大，但在一定温 度条件下，在液态金属中存在与固态金属的“远程 排列”不同的“近程排列”。
向同性。
2、晶体结构的基本知识
（1）晶格
为了清楚的表明原子在空间的排列规律，人为地将原子看作一个 点，再用一些假想线条，将晶体中各原子的中心连接起来，便形成 了一个空间格子，这种抽象的、用于描述原子在晶体中规则排列方 式的空间几何图形称为结晶格子，简称晶格。晶格中的每个的点称 为结点。晶格中各种不同方位的原子面，称为晶面。
在常温下，晶粒越小，材料的强度越强，塑性、韧性越好
单晶体 其内部的晶格位向完全一致
（二）、晶体的缺陷
晶体内部的某些局部区域，原子的规则排列受到干扰而破坏，不象理想 晶体那样规则和完整。把这些区域称为晶体缺陷。这些缺陷的存在，对金 属的性能（物理性能、化学性能、机械性能）将产生显著影响，如钢的耐 腐蚀性，实际金属的屈服强度远远低于通过原子间的作用力计算所得数值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
那么,一定成分的合金在一定温度下会形成什 么组织呢?合金相图是解决这个问题的一种工具。
合金相图又称合金平衡图或合金状态图,它是表示在平衡 状态下,合金组织与成分、温度之间平衡关系的图形。当一定成 分的合金在一定温度下留足够长的时间,使所存在的各相达到几 乎互不转化的状态,则可以认为是处于平衡状态,这时的相称为 平衡相。
第四章 合金的晶体 结构与结晶
主编
第四章 合金的晶体结构与结晶
一般来说,纯金属具有良好的导电性、导热性、塑性和 美丽的金属光泽,在人类生产和生活中获 得了广泛应用。但由于纯金属种类有限,提炼比较困难,力学 性能较低,因此无法满足人们对金属材料提出的多品种、高 性能的要求。工程上大量使用金属材料都是根据实际需要而 配制的成分不同的合金,合金具有比纯金属更高的力学性能 和某些特殊的物理、化学性能,如碳钢、铸铁、黄铜等。
同理,图4-10中E点右侧合金在冷却过程中将形成β固溶体,并 从中析出αⅡ固溶体,最终获得的显微组织为β+αⅡ。
图4-19 Pb-Sn二元合金相图
四、合金力学性能与相图的关系
当合金形成单相固溶体时,合金的力学性能与 组元的性质、溶质元素的含量有关。
1.什么是合金?试举例说明。 2.什么是组元、相和显微组织? 3.合金的相结构有哪几种类型?它们的晶格特点是什么? 4.什么是固溶体、间隙固溶体、置换固溶体、有限固溶体和 无限固溶体? 5.什么是金属化合物?正常价化合物、电子化合物和间隙化 合物有什么区别?
形成的固溶体,β表示Pb在Sn中溶解所形成
图4-10 Pb-Sn二元合金相图
2.结晶过程分析
(1)共晶成分的合金 图4-10中C点成分的合金为共晶合金。
共晶转变过程在C点温度时一直进行到液相完全消失为止,结 晶终了后的合金为α固溶体和β固溶体组成的共晶组织。
(2)亚共晶成分的合金 图4-10中D点与C点成分之间的合金,称为 亚共晶合金。
图4-9 Cu-Ni二元合金中的枝晶偏析
三、共晶相图
凡二元合金系中两组元在液态下完全互溶,在 固态下形成两种不同固相,并发生共晶转变的,其相 图属于共晶相图,如Pb-Sn、Pb-Sb、Al-Si、Ag-Cu等 二元合金相图。
1.相图分析 图4-10为Pb-Sn二元合金相图,图中α表示Sn在Pb中溶解所
第一节 合金的基本概念
合金是由两种或两种以上的金属元素或金属 元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。 例如,碳钢及铸铁是由铁和碳组成的合金;黄铜是由 铜和锌组成的合金;硬铝是由铝、铜和镁组成的合 金。
Байду номын сангаас 组成合金的最基本的、独立的物质称为组元 。组元通常是纯元素,也可以是稳定的化合物,例如, 铜和锌是黄铜的两个组元,Fe3C是铁碳合金中的一 个组元。根据组成合金的组元数目多少,合金可分 为二元合金、三元合金和多元合金。
第二节 合金的晶体结构
如果将合金加热到熔化状态,组成合金的各个组元 可以相互溶解形成均匀的、单一的液相,但经冷却结晶后, 由于各个组元之间的相互作用不同,在固态合金中将形成 不同的相,其原子排列方式也不相同。相的晶体结构称为 相结构,合金中的相结构可分为固溶体和金属化合物两大 类。
一、固溶体 当合金由液态结晶为固态时,组元间仍能互相
溶解而形成的均匀相称为固溶体。
1.间隙固溶体 若溶质原子在溶剂晶格中并不占据结点位置,而是处于
各结点间的空隙中,则这种形式的固溶体称为间隙
图4-1 固溶体结构示意图 a)间隙固溶体 b)置换固溶体
2.置换固溶体
若溶质原子代替一部分溶剂原子而占据着溶剂晶格中的 某些结点位置,则这种形式的固溶体称为置换固溶体,如图4-1b 所示。 3.固溶体的性能
这类金属化合物是按一定电子浓度形成具有一定晶格类 型的化合物。
3.间隙化合物
间隙化合物一般是由原子直径较大的过渡族金属元素( 铁、铬、钼、钨、钒等)与原子直径较小的非金属元素(氢、碳 、氮、硼等)组成的。
三、合金的组织
组织和结构是有区别的,主要表现在它们的尺 度不同。
第三节 二元合金相图
合金的组织及其形成过程比纯金属的复杂。 不同合金系中的合金,在固态下的显微组织必然不 同,而同一合金系中的合金,由于成分及其所处的温 度不同,在固态下也将形成不同的显微组织。
一、二元合金相图的建立
1.二元合金相图的表示方法 纯铜的结晶过程,可以利用冷却曲线来研究。
2.二元合金相图的测定方法
合金相图一般都是通过实验的方法得到的。
二、匀晶相图 凡二元合金系中两组元在液态和固态下以任
何比例均可相互溶解,即在固态下能形成无限固溶 体时,其相图属于匀晶相图,如Cu-Ni、Fe-Cr、Au-A g等二元合金相图。
从合金相图中,不仅可以看到不同成分的合金在室温下的 平衡组织,而且还可以了解某一合金从高温液态以极缓慢速度冷 却到室温所经历的各种相变过程。同时,利用合金相图还能预测 合金性能的变化规律。所以,合金相图已经成为研究合金中各种 组织的形成和变化规律的有效工具,在生产实践中,合金相图是 正确制定冶炼、铸造、锻造、焊接及热处理等热加工工艺的重 要依据。
由于溶质原子的溶入,引起固溶体晶格畸变,如图4-2所示, 使位错移动时的阻力增大,变形抗力增加,结果金属的强度、硬
度提高。
图4-2 固溶体晶格畸变示意图
二、金属化合物
组成合金的两个元素,当它们在化学元素周期 表中的位置相距较远时,往往容易形成化合物。
图4-3 VC晶体结构
1.正常价化合物
这类金属化合物通常是由金属元素与化学元素周期表中 第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ族元素组成的,如Mg2Si、Mg2Sn、Mg2Pb等,其特 点是成分固定不变。 2.电子化合物
(3)过共晶成分的合金 图4-10中C点与E点成分之间的合金,称为 过共晶合金。
(4)无共晶转变的合金 图4-10中D点左侧和E点右侧的合金,在冷 却过程中不会发生共晶转变,如图中合金Ⅳ,当冷却到1点温度时开 始从液相中结晶出α固溶体,随温度下降,α固溶体量不断增加,成分 沿固相线AD变化,剩余液相量不断减少,成分沿液相线AC变化。
6.什么是固溶强化?固溶强化与冷变形强化有何异同之处? 7.什么是合金相图?合金相图的作用有哪些? 8.什么是共晶转变?试举例说明。