船舶柴油機(jī)大證考試金屬材料及其工藝復(fù)習(xí)資料

1、知識(shí)點(diǎn)34：金屬材料的機(jī)械性能金屬材料的機(jī)械性能也稱(chēng)金屬材料的力學(xué)性能，它反映出金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。金屬零件或構(gòu)件在工作時(shí)通常承受不同性質(zhì)的外力作用，相應(yīng)地在零件或構(gòu)件中往往同時(shí)存在著多種應(yīng)力。在不同應(yīng)力作用下就需要不同的力學(xué)性能指標(biāo)，而各種力學(xué)性能指標(biāo)都是通過(guò)相應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)定的。根據(jù)零件的使用溫度不同，有室溫和高溫機(jī)械性能指標(biāo)。1室溫下的機(jī)械性能 金屬材料的室溫機(jī)械性能指標(biāo)絕大部分都是在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)獲得的，常用的有拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)等。 室溫下的機(jī)械性能指標(biāo)包括剛度、強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度。a) 拉伸前 b)拉伸后 圖1-1 標(biāo)

2、準(zhǔn)拉伸試樣 圖1-2 低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變圖 圖1-2 橫坐標(biāo)是應(yīng)變，縱坐標(biāo)為應(yīng)力，構(gòu)成了應(yīng)力應(yīng)變圖。對(duì)應(yīng)力應(yīng)變圖分析： （1）oa彈性變形階段。 （2）ak從彈性階段后到斷裂前，為塑性變形階段。 其中分為：sc 屈服階段；cb 強(qiáng)化階段；bk 勁縮階段。 （3）k點(diǎn)試樣斷裂。圖1-2中幾個(gè)重要的參數(shù)：p比例極限；s 屈服極限；b 強(qiáng)度極限。 不同的金屬材料，其試樣得到的拉伸曲線（即應(yīng)力應(yīng)變）曲線是不同的；塑性好的材料，在斷裂前有明顯的塑性變形，其斷裂被稱(chēng)為韌性斷裂；塑性差的材料斷裂前沒(méi)有明顯的塑性變形稱(chēng)為脆性斷裂。根據(jù)材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以歸納以下的力學(xué)性能。1）剛度（rigid）剛度是指金屬

3、材料在外力作用下抵抗彈性變形的能力。衡量材料剛度的指標(biāo)是指材料的彈性模量。的大小反映材料彈性變形的難易程度，材料的彈性模量值可以在相關(guān)的手冊(cè)中查取。在彈性變形階段內(nèi)，彈性模量E為應(yīng)力與應(yīng)變之比，即E=/。越大，材料的剛度越大，即在相同的應(yīng)力作用下，產(chǎn)生的彈性變形越小。一般機(jī)械零件大都在彈性變形狀態(tài)下工作，故應(yīng)具有一定剛度。材料如果剛度不足，在使用中將會(huì)由于發(fā)生過(guò)大的彈性變形而失效。材料的值取決于材料的本性，而構(gòu)件或零件的剛度除與采用的材料剛度有關(guān)外，還與構(gòu)件或零件的截面積有關(guān)，截面積大，剛度大，截面積小，剛度小。2）強(qiáng)度（strength）強(qiáng)度是材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形或斷裂的能力。零

4、件承受拉力時(shí)的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度ss和抗拉強(qiáng)度sb。 （1）屈服強(qiáng)度（yield limit）屈服強(qiáng)度又稱(chēng)屈服極限，它是屈服階段內(nèi)的最低應(yīng)力，用ss表示。屈服強(qiáng)度是材料抵抗微量塑性變形的能力，也是材料在外力作用下剛剛開(kāi)始產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力。圖1-3鑄鐵的應(yīng)力應(yīng)變圖 (MPa)式中：Ps材料產(chǎn)生屈服時(shí)的外力，。Fo標(biāo)準(zhǔn)試樣的原始截面積，mm2。除退火或熱軋的低碳鋼和中碳鋼有屈服現(xiàn)象外，大多數(shù)金屬材料都沒(méi)有屈服點(diǎn)和屈服現(xiàn)象。圖1-3為鑄鐵的應(yīng)力應(yīng)變圖，它表示鑄鐵沒(méi)有屈服和頸縮現(xiàn)象。對(duì)于這些沒(méi)有屈服點(diǎn)和屈服現(xiàn)象的材料，工程中通常以卸載后產(chǎn)生數(shù)值為0.2%的殘余應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值作為屈服強(qiáng)度或名義屈服

5、極限，并用s0.2表示。s 0.2和ss都是表征金屬材料產(chǎn)生微量塑性變形的抗力，是機(jī)械設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)。 （2）抗拉強(qiáng)度（tensile strength）抗拉強(qiáng)度又稱(chēng)強(qiáng)度極限，用sb表示?？估瓘?qiáng)度是表示材料抵抗斷裂的能力，也就是材料從開(kāi)始受力到斷裂為止所能承受的最大應(yīng)力值。在圖1-2表現(xiàn)為b點(diǎn)相應(yīng)的應(yīng)力。 (MPa)式中：Pb試樣從開(kāi)始受力到斷裂為止所能承受的最大拉力，。F0標(biāo)準(zhǔn)試樣的原始截面積，mm2。工程上將稱(chēng)為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比越小，表示材料達(dá)到時(shí)還有比較大的儲(chǔ)備強(qiáng)度，可以避免由于超載而突然斷裂，因此工作可靠性越大，但是材料潛力未能充分發(fā)揮。一般制造彈性零件的材料應(yīng)具有較高的屈強(qiáng)比，通

6、常。3）塑性（plasticity）塑性是材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。常用的衡量材料塑性的指標(biāo)有延伸率和斷面收縮率。式中：分別為試樣的原始標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度和拉斷后的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，mm。F0,F1分別為試樣的原始截面積和拉斷之后的截面積，mm2。顯然，材料的和越大，其塑性越好。塑性材料的。脆性材料的。塑性好的材料，在軋制或冷壓成型時(shí)不易斷裂，并能承受較大的沖擊載荷。結(jié)構(gòu)鋼與硬鋁等位塑性材料；而工具鋼、灰口鑄鐵與陶瓷等則屬于脆性材料。對(duì)于標(biāo)距長(zhǎng)度為其截面直徑倍的短試樣，測(cè)得的結(jié)果用表示，一般，是用標(biāo)距長(zhǎng)度為其直徑10倍的長(zhǎng)試樣測(cè)得。4）硬度（hardness）硬度金屬表面抵抗局部塑性變形（壓

7、痕、劃痕、擦傷或劃破）的能力。是衡量金屬材料軟硬程度的指標(biāo)。通常硬度越高，耐磨性越好。材料硬度的測(cè)量方法都是采用一定形狀和材質(zhì)的壓頭，在一定力的作用下壓入材料表面，測(cè)定壓痕面積或深度，通過(guò)計(jì)算獲得硬度值。壓痕越大或越深，材料的硬度值越低。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、維氏硬度（HV）等。（1）布氏硬度（brinell hardness）布氏硬度值在布氏硬度計(jì)上測(cè)定。布氏硬度是把一定直徑（一般為10mm）的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球，在一定壓力P的作用下壓入金屬表面，以單位面積上的壓力作為硬度值，用HB來(lái)表示，即 (MPa)式子中：P作用于壓頭的力，N； F壓痕面積，mm2；D壓

8、頭球體直徑，mm；d壓痕直徑，mm。國(guó)標(biāo)（GB231-84）規(guī)定，布氏硬度值450時(shí)，采用淬火鋼球壓頭，測(cè)定值用HBS表示；布氏硬度值450，選用硬質(zhì)合金球壓頭，測(cè)定值用HBW表示。機(jī)械行業(yè)常用HBS測(cè)定普通碳鋼、鑄鐵及有色金屬等材料。布氏硬度測(cè)量精度較高，但因壓痕較大不宜在零件工作表面或有外觀要求的成品零件表面上測(cè)定。金屬材料的硬度和抗拉強(qiáng)度之間有一定的關(guān)系，故可根據(jù)布氏硬度近似地估算出材料的抗拉強(qiáng)度。在一定的范圍內(nèi)，可以用下列經(jīng)驗(yàn)公式換算：低碳鋼 高碳鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼 灰鑄鐵 （2）洛氏硬度（rockwell hardness）洛氏硬度法測(cè)硬度以HR來(lái)表示，是根據(jù)零件表面上的壓痕深度來(lái)確定硬

9、度值的。試驗(yàn)時(shí)，可以通過(guò)洛氏硬度計(jì)上的刻度盤(pán)直接讀出洛氏硬度值。依據(jù)壓頭材質(zhì)、形狀和所加外力的不同，分別有HRA、HRB、HRC三種洛氏硬度。各種洛氏硬度所用的壓頭、載荷及測(cè)量的范圍如表1-1所示。表1-1 各種洛氏硬度的壓頭、載荷及適用范圍符號(hào)壓頭類(lèi)型初載荷（kgf）主載荷（kgf）測(cè)量范圍HRA頂角120°金剛石圓錐體1060硬質(zhì)合金、滲碳工件等硬質(zhì)材料HRB1.588淬火鋼球10100退火鋼、灰鑄鐵、有色金屬、正火鋼等較軟材料HRC頂角120°金剛石圓錐體10150淬火鋼、白口鑄鐵、調(diào)質(zhì)鋼等較硬材料以上三種洛氏硬度測(cè)量簡(jiǎn)便、壓痕小，適用范圍廣，以HRC應(yīng)用為最普遍，但

10、不宜測(cè)定硬脆薄層，如滲氮層、滲碳層等。由于壓痕小，只表示試樣局部的硬度，當(dāng)材質(zhì)在偏析或不均勻時(shí)，測(cè)量結(jié)果重復(fù)性較差，但可以通過(guò)在不同的地方多次測(cè)量來(lái)避免。三種洛氏硬度之間不能互相比較。在中等硬度的情況下，HRC與布氏硬度之間的關(guān)系為1:10，如40HRC相當(dāng)于400HRB左右。（3）維氏硬度測(cè)定維氏硬度的原理基本上和布氏硬度相同，即求出單位壓痕面積上的力，用HV表示，區(qū)別在于壓頭采用錐面夾角為136°的正四棱錐體金剛石，壓痕是四方錐形。測(cè)量維氏硬度所用載荷小，壓痕淺，適用于測(cè)量零件薄的表面硬化層、金屬鍍層及薄片金屬的硬度，對(duì)軟、硬材料均使用，測(cè)量范圍01000HV，但操作較麻煩。5）

11、沖擊韌性（impact toughness）沖擊韌性也稱(chēng)為沖擊強(qiáng)度，是金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不被破壞的能力，并用ak表示。沖擊韌性的測(cè)量是在擺錘試沖擊試驗(yàn)機(jī)上利用沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定的。沖擊韌性值ak是沖斷試樣時(shí)，斷口單位面積所消耗的功。ak值越大，材料的韌性越好。ak由下式求得 （J/cm2）式子中：沖擊韌性值，J/cm2； 沖斷試樣所做的功，J； 試樣端口截面積，cm2。某些材料的ak 值與溫度有關(guān)，ak值隨溫度降低而減小，并在某一溫度或溫度范圍時(shí)ak顯著降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為冷脆（或脆性轉(zhuǎn)變），使ak值顯著減小的溫度稱(chēng)為脆性轉(zhuǎn)變溫度。在脆性轉(zhuǎn)變溫度以下材料韌由性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。材料的脆性轉(zhuǎn)

12、變溫度越低，說(shuō)明材料的 低溫沖擊韌性越好。因此，應(yīng)對(duì)在低溫和嚴(yán)寒地區(qū)工作的構(gòu)件（如船體、橋梁）或零件材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度和在最低溫度下應(yīng)具有的最低韌性值作出規(guī)定。6）疲勞強(qiáng)度許多機(jī)械零件或構(gòu)件（如柴油機(jī)的曲軸、連桿、彈簧、齒輪）在工作中承受大小和方向呈周期性變化的交變應(yīng)力作用，雖然所承受的應(yīng)力小于，甚至小于，但使用一段時(shí)間后零件會(huì)突然斷裂，這種破壞現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞破壞。材料在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的工作而產(chǎn)生裂紋或突然斷裂的過(guò)程稱(chēng)為金屬的疲勞。疲勞破壞是機(jī)械零件失效的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，機(jī)械零件失效中大約80%以上屬于疲勞破壞。材料在無(wú)限多次交變應(yīng)力作用下而不致引起破壞的最大應(yīng)力稱(chēng)為材料的疲

13、勞強(qiáng)度，通過(guò)疲勞試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。實(shí)際上，材料不可能進(jìn)行無(wú)限次重復(fù)試驗(yàn)，但從圖1-7可以看出，材料承受的交變應(yīng)力越小，斷裂時(shí)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)越多，壽命越長(zhǎng)，當(dāng)應(yīng)力小到圖示時(shí)曲線接近水平，可視為試驗(yàn)經(jīng)受無(wú)限次周期循環(huán)也不會(huì)被破壞。因此，工程上規(guī)定黑色金屬在經(jīng)受次，有色金屬及其合金承受次的交變應(yīng)力作用而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力為疲勞強(qiáng)度，或稱(chēng)為疲勞極限。當(dāng)應(yīng)力是對(duì)稱(chēng)循環(huán)時(shí)疲勞強(qiáng)度用表示。通常金屬材料的越高，它的疲勞強(qiáng)度也越高，大致具有的關(guān)系。2高溫下的機(jī)械性能有些船機(jī)零件或構(gòu)件長(zhǎng)期在高溫下工作（如柴油機(jī)的排氣閥、渦輪增壓器的渦輪葉片），僅僅滿足室溫下的機(jī)械性能，并不能滿足他們?cè)诟邷叵碌墓ぷ饕?。工作溫度越高，?/p>

14、料的強(qiáng)度越低。此外，高溫下材料的強(qiáng)度與力的作用時(shí)間長(zhǎng)短也有關(guān)。材料長(zhǎng)時(shí)間在高溫下工作，承受一定的載荷，即使所承受的應(yīng)力小于，也會(huì)發(fā)生緩慢的塑性變形，這種現(xiàn)象稱(chēng)為蠕變。蠕變的一般規(guī)律是溫度越高，工作應(yīng)力越大，則蠕變的發(fā)展越快，產(chǎn)生斷裂的時(shí)間越短。通常當(dāng)材料工作溫度超過(guò)0.3Tm（Tm以絕對(duì)溫度表示的熔點(diǎn)）時(shí)，蠕變表現(xiàn)顯著。金屬材料高溫下的機(jī)械性能指標(biāo)包括高溫強(qiáng)度（又稱(chēng)熱強(qiáng)度）和熱硬性。1）高溫強(qiáng)度高溫強(qiáng)度是應(yīng)力、應(yīng)變、溫度和時(shí)間綜合作用的反應(yīng)。其指標(biāo)有蠕變極限和持久強(qiáng)度。（1）蠕變極限（也稱(chēng)蠕變強(qiáng)度）蠕變極限是金屬材料長(zhǎng)期在高溫和載荷的作用下抵抗塑性變形的能力，用表示，單位為。意思是金屬材料在一

15、定溫度T下，一定時(shí)間t內(nèi)，產(chǎn)生一定塑性變形量時(shí)所能承受的最大應(yīng)力。例如，用制造的渦輪葉片，其蠕變極限為，表示在的工作溫度下，工作小時(shí)，允許產(chǎn)生0.1%的變形量所能承受的最大應(yīng)力值為。（2）持久強(qiáng)度（也稱(chēng)持久極限）持久強(qiáng)度是金屬材料長(zhǎng)期在高溫和應(yīng)力作用下抵抗斷裂的能力，用表示，單位。意思是金屬材料在一定溫度T下，一定時(shí)間t內(nèi)不至于斷裂所能承受的最大應(yīng)力。例如，表示在500溫度下工作100000小時(shí)所能承受的最大斷裂應(yīng)力為。2）熱硬性熱硬性又稱(chēng)紅硬性或高溫硬度，是金屬材料在高溫下保持較高硬度的能力。熱硬性是高溫下工作的機(jī)器零件和高速切削刀具的重要機(jī)械性能指標(biāo)?！玖?xí)題】 1測(cè)定金屬材料的力學(xué)性能，常

16、用的試驗(yàn)有。A拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、再結(jié)晶試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)B拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、再結(jié)晶試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)C拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)D拉伸試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)、再結(jié)晶試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)2零件在工作狀態(tài)中承受載荷作用不會(huì)發(fā)生破壞，但不允許產(chǎn)生過(guò)量的彈性變形的衡量指標(biāo)是。A硬度B塑性C強(qiáng)度D剛度3是金屬材料在外力作用下抵抗產(chǎn)生塑性變形和斷裂的能力。A強(qiáng)度B塑性C剛度D沖擊韌性4金屬材料的塑性指標(biāo)有。b；0；s；HB；k。A+B+C+D+5關(guān)于材料的硬度，下列敘述不正確的是。A洛氏硬度用HRA,HRB,HRC表示B布氏硬度用HBS和HBW表示C維氏硬度用HV表示且壓痕最小D布氏、洛氏、維氏硬度計(jì)均采用金剛

17、石壓頭6布氏硬度中的HBS法適用于測(cè)定材料。普通碳鋼；淬火鋼；鑄鐵；工具鋼；有色金屬；滲碳鋼。A+B+C+D+7洛氏硬度中的HRB法適用于測(cè)定材料。普通碳鋼；淬火鋼；鑄鐵；硬度合金；有色金屬；工具鋼。A+B+C+D+8在脆性轉(zhuǎn)變溫度以下材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)， 因此， 材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度越，說(shuō)明材料的低溫沖擊韌性越。A低好B低差C高好D不一定9疲勞極限是指金屬材料經(jīng)歷無(wú)限次交變應(yīng)力循環(huán)而不破壞的最大應(yīng)力，其中鋼材的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為不低于。A105B106C107D10810高溫下金屬材料的熱強(qiáng)度指標(biāo)表示為。Ab和bbB和Cs和-1Db和s【答案】1. C 2. D 3. A 4. C 5.

18、 D 6. C 7. D 8. A 9. C 10. B知識(shí)點(diǎn)35：金屬材料的工藝及其性能（冷加工工藝、鑄造工藝、鍛造工藝、焊接工藝）金屬零件和構(gòu)件從毛料到成品要經(jīng)過(guò)各種冷加工、熱加工，涉及多種加工方法。金屬材料在生產(chǎn)加工過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的特性稱(chēng)為金屬材料的工藝性能。材料的工藝性能是設(shè)計(jì)中選用材料的重要依據(jù)，它直接影響加工方法的確定、工藝流程的安排及產(chǎn)品的質(zhì)量。金屬材料的工藝性能主要包括以下幾方面：1鑄造性鑄造性能是指材料鑄造時(shí)獲得完好鑄件的能力。衡量金屬材料的鑄造性能指標(biāo)如下：（1）流動(dòng)性：是指金屬材料在熔化狀態(tài)下順利充滿型腔的能力。流動(dòng)性越好的金屬材料越能鑄造出形狀復(fù)雜、壁厚較薄的鑄件，而

19、且加工余量較小，不會(huì)產(chǎn)生澆注不足、夾渣、氣孔等缺陷。（2）收縮率：是液態(tài)金屬在冷卻過(guò)程中，鑄件形狀尺寸縮小的程度。收縮率越小，鑄件的縮孔、縮松、變形和內(nèi)應(yīng)力越小。 （3）偏析傾向：是液態(tài)金屬在凝固后出現(xiàn)的化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。偏析傾向越小，鑄件各處的成分趨于一致，因此，性能也均勻一致。常用的金屬材料中灰鑄鐵、錫青銅和鑄造鋁合金等具有良好的鑄造性能。2可鍛性金屬材料的可鍛性是指其承受壓力加工的能力。金屬材料的可鍛性取決于材料的塑性和變形抗力，材料的塑性好、易成型，變形抗力小，可鍛溫度范圍較寬，變形時(shí)不易產(chǎn)生裂紋，易于獲得高質(zhì)量的鍛件。3可焊性金屬材料的焊接性能是指金屬用一定的焊接方法獲得優(yōu)質(zhì)焊縫

20、的能力。焊接性能好的金屬焊接接頭強(qiáng)度高，焊縫及焊縫鄰近部位不易產(chǎn)生大的焊接應(yīng)力而引起變形和裂紋，焊縫中不易出現(xiàn)氣孔、夾渣和其他焊接缺陷。低碳鋼和普通低合金鋼具有優(yōu)良可焊性，而灰鑄鐵和鋁合金的可焊性很差。4切削加工性是指金屬材料進(jìn)行切削加工的難易程度。切削加工性能與材料的種類(lèi)、成分、硬度、塑性、組織等有關(guān)。材料的切削加工性好，即切削加工能耗低、切屑易斷、加工面的表面質(zhì)量就高，且刀具壽命長(zhǎng)，切削工效高。一般材料硬度在HB160230之間具有良好的切削加工性。5熱處理性進(jìn)行熱處理的零件要求材料具有良好的熱處理性能。經(jīng)過(guò)熱處理的零件要求內(nèi)部晶粒細(xì)小、組織均勻、應(yīng)力小、能達(dá)到性能要求。熱處理性能表現(xiàn)為材

21、料的淬透性、淬硬性、晶粒長(zhǎng)大傾向及回火脆性等。金屬材料的性能力學(xué)性能韌性： 靜態(tài)力學(xué)性能塑性： 彈形和剛度：，強(qiáng)度：， 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能硬度：， HR， HV常溫疲勞強(qiáng)度：高溫?zé)釓?qiáng)度蠕變極限：持久極限：熱硬度低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度 物理性能密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、磁性化學(xué)性能主要指耐腐蝕性、抗氧化性工藝性能鑄造性流動(dòng)性、收縮性、偏析可鍛性塑性、變形抗力可焊性 焊接過(guò)程中產(chǎn)生裂縫的傾向焊縫使用的可靠性 熱處理性淬透性、淬硬性、晶粒長(zhǎng)大傾向、回火脆性切削加工性切削易斷否、加工表面粗糙度、刀具壽命、消耗 動(dòng)力【習(xí)題】1下列指標(biāo)中屬于金屬材料的工藝性能的是。A熱膨脹性B鑄造性C沖擊韌性D耐腐蝕性2

22、金屬材料的工藝性能包括。熱硬性；鑄造性；可焊性；疲勞強(qiáng)度；鍛造性；蠕變。A+B+C+D+3鑄造性好的金屬材料應(yīng)具有性能小或好的特點(diǎn)。膨脹；收縮；偏析；應(yīng)力；流動(dòng)性；晶粒。A+B+C+D+4下列材料中的可鍛性最好的是。A低碳鋼B中碳鋼C高碳鋼D鑄鐵5金屬材料的可鍛性取決于材料的。強(qiáng)度；塑性；韌性；變形抗力；剛性；彈性。A+B+C+D+6下列金屬材料中，焊接性最差的是。A低碳鋼B中碳鋼C高碳鋼D鑄鐵7下列金屬材料中，焊接性良好的是。低碳鋼；中碳鋼；高碳鋼；普通低合金鋼；灰鑄鐵；鋁合金。A+B+C+D+8金屬材料的熱處理性能主要用等來(lái)衡量。淬透性；加熱溫度；淬硬性；晶粒長(zhǎng)大傾向；回火脆性；疲勞強(qiáng)度。

23、A+B+C+D+9金屬材料的切削加工性與其硬度有關(guān)，一般容易切削加工的硬度為。AHB100BHB160230CHRC40DHRC6010切削加工性與材料的等有關(guān)。種類(lèi)；成分；硬度；塑性；組織。A+B+C+D+【答案】1. B 2. D 3. C 4. A 5. D 6. D 7. D 8. C 9. B 10. A知識(shí)點(diǎn)36：金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶過(guò)程一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬材料的性能不僅與材料的化學(xué)成分有關(guān)，而且與其內(nèi)部排列的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)?；瘜W(xué)成分不同的材料具有不同的性能，化學(xué)成分相同而內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)不同也會(huì)有不同的性能。 1金屬晶體的基本概念1）晶格 由于晶體內(nèi)部原子是周期地有規(guī)則地排列。為了清

24、楚地表明原子在空間的排列規(guī)律，人為地將原子看作一個(gè)點(diǎn)，再用一些假想線條，將晶體中各原子的中心在三維方向連接起來(lái)，便形成了一個(gè)空間格子。這種用來(lái)研究晶體結(jié)構(gòu)的空間格子，稱(chēng)為晶格或空間點(diǎn)陣。2）晶胞組成晶格的最基本幾何單元稱(chēng)為晶胞。實(shí)際上整個(gè)晶格就是由許多大小、形狀和位向相同的晶胞在空間重復(fù)堆積而成的。 3）晶格常數(shù)晶胞的大小用晶胞各邊的尺寸即長(zhǎng)、寬、高表示，稱(chēng)為晶格常數(shù)，以Å（埃）為單位來(lái)度量（1 Å =1×10-8cm）。4）晶胞原子數(shù)是指一個(gè)晶胞中所包含的原子數(shù)。5）晶格致密度在一個(gè)晶胞體積中晶胞原子所占體積的百分?jǐn)?shù)，稱(chēng)為晶格致密度， 即：它用來(lái)表示原子在晶格中

25、排列的緊密程度的參數(shù)。在晶體中，致密度越大，原子排列就越緊密。6）晶面和晶向晶面是指晶格各個(gè)方位的原子面。由此，可以把晶體看成是由一層層晶面堆砌而成。晶向是指晶格中沿各個(gè)方向的原子排列。晶面和晶向反映了晶格各個(gè)方位面上和各個(gè)方向上原子排列的情況。也就一定程度地反映了晶體結(jié)構(gòu)的規(guī)律。7）多晶體和單晶體單晶體是指晶體由一個(gè)晶粒組成，其內(nèi)部原子的排列規(guī)則和排列方向完全相同，單晶體具有各向異性。 （原子排列完全一致，具有各向異性） 一般晶粒都較細(xì)小，其平均直徑約為實(shí)際金屬都是由無(wú)數(shù)不同方位的小晶體（晶粒）組成，所以金屬是多晶體。在多晶體金屬中晶粒與晶粒之間的界面稱(chēng)晶界（即兩個(gè)不同方位晶粒之間的過(guò)渡區(qū)）

26、。2常見(jiàn)金屬的晶格類(lèi)型金屬中由于原子間通過(guò)較強(qiáng)的金屬鍵結(jié)合，因此金屬原子趨于緊密排列，除少數(shù)十幾種金屬具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)之外，百分之九十以上的金屬晶體結(jié)構(gòu)都是比較簡(jiǎn)單的，其中常見(jiàn)的有以下三種：1）體心立方晶格體心立方晶格的晶胞是一個(gè)立方體，原子分布在立方體的各結(jié)點(diǎn)和中心處。體心立方晶格晶胞各邊相等，即a=b=c，立體八個(gè)角上的原子為相鄰的八個(gè)晶胞所共有，加上晶胞中心1個(gè)原子，故每個(gè)晶胞原子數(shù)為。原子彼此緊密接觸排列，因此晶體對(duì)角線長(zhǎng)度a等于四個(gè)原子半徑，故原子半徑所以體心立方晶格的致密度為。屬于這類(lèi)晶格的金屬有-鐵（溫度在912以下的純鐵）、鉻、鉬、鎢、釩、鈮等。2）面心立方晶格面心立方晶格的

27、晶胞在立方體的八個(gè)角上各有一個(gè)原子，在立方體六個(gè)面的對(duì)角線的交點(diǎn)還有一個(gè)原子，對(duì)角線長(zhǎng)為，而對(duì)角線是由四個(gè)原子半徑組成。因此。每個(gè)晶胞的原子數(shù)為。用致密度計(jì)算公式可求出K=0.74。屬于面心立方晶格的金屬主要有-鐵（溫度在9121394之間的純鐵）、銅、鋁、鎳、金、銀等。3）密排六方晶格密排六方晶格的晶胞如圖2-4c）所示。該晶胞為一個(gè)正六棱拄，在它的十二個(gè)頂點(diǎn)上各有一個(gè)原子，在上下兩個(gè)正六邊形的中心有一個(gè)原子，這些原子均與相臨的晶胞共用。在上下兩個(gè)面之間還有一個(gè)獨(dú)立的原子。六邊形的邊長(zhǎng)為a，顯然晶胞的高度為c1.633a，。晶胞原子數(shù)為個(gè)，可以求出致密度為0.74。屬于這種晶格類(lèi)型的金屬有鎂

28、、鋅、鎘、鈹?shù)取?金屬材料的晶格缺陷理論上金屬晶體內(nèi)部的原子呈現(xiàn)規(guī)則排列，這是理想的晶體結(jié)構(gòu)。在實(shí)際晶體中，或多或少存在偏離理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域，稱(chēng)為晶體缺陷。晶體缺陷對(duì)金屬的許多性能有極其重要的影響。例如晶體的凝固、故態(tài)相變，擴(kuò)散等過(guò)程都與晶體的缺陷有很大的關(guān)系，特別是其對(duì)塑性變形、強(qiáng)度和斷裂等方面起著決定性的作用。按缺陷的幾何特征可分為以下三類(lèi)：1） 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷是一種在三維空間各個(gè)方向上尺寸都很小（尺寸范圍約為一個(gè)或幾個(gè)原子間距）的缺陷。最常見(jiàn)的點(diǎn)缺陷是晶格空位、間隙原子、置換原子等。2） 線缺陷線缺陷是指在三維空間兩維方向的尺寸較小，在另一維方向的尺寸相對(duì)較大的缺陷。晶體中的線缺陷通常是指各

29、種類(lèi)型的位錯(cuò)。位錯(cuò)是晶體中的某處有一列或數(shù)列發(fā)生了有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。位錯(cuò)最基本的形式有刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)。3）面缺陷 面缺陷是指三維空間一維方向尺寸很小，另外兩維尺寸較大的缺陷。最常見(jiàn)的面缺陷是金屬中的晶界和亞晶界。晶界、亞晶界原子排列不規(guī)則，晶格畸變較大，位錯(cuò)密度較高，原子處于高能狀態(tài)，因此對(duì)金屬材料的機(jī)械性能具有重要的影響。二、金屬的結(jié)晶過(guò)程物質(zhì)由液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程稱(chēng)為凝固。如果凝固的固態(tài)物質(zhì)是晶體，那么這種凝固就稱(chēng)為結(jié)晶。從廣義上講，金屬原子從一種排列狀態(tài)過(guò)渡到另一種有規(guī)律的排列狀態(tài)的過(guò)程均屬于結(jié)晶。金屬?gòu)囊簯B(tài)過(guò)渡到固態(tài)的過(guò)程叫一次結(jié)晶；金屬?gòu)囊环N從固態(tài)結(jié)構(gòu)過(guò)渡到另一種固態(tài)晶體結(jié)構(gòu)

30、的過(guò)程稱(chēng)為二次結(jié)晶，或重結(jié)晶。 在工業(yè)生產(chǎn)中，鑄件和焊接件的性能在很大程度上取決于金屬的結(jié)晶過(guò)程?？刂平Y(jié)晶過(guò)程已經(jīng)成為提高金屬性能的主要手段之一。1純金屬的冷卻曲線和過(guò)冷度純金屬的冷卻曲線是通過(guò)熱分析法測(cè)定的。即將液態(tài)金屬極其緩慢冷卻，每隔一段時(shí)間測(cè)定一次溫度，觀察結(jié)晶情況，直到金屬完全結(jié)晶為止。把數(shù)據(jù)描述在時(shí)間溫度坐標(biāo)圖中，畫(huà)出溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線，這條曲線稱(chēng)為冷卻曲線，如圖2-1所示曲線1。由于結(jié)晶時(shí)會(huì)釋放出潛能，補(bǔ)償冷卻散失的熱量，所以冷卻曲線出現(xiàn)水平臺(tái)階，即結(jié)晶在恒溫下進(jìn)行。在無(wú)限緩慢冷卻條件下的平衡結(jié)晶溫度稱(chēng)為理論結(jié)晶溫度。即金屬的熔點(diǎn)是其理論結(jié)晶溫度。結(jié)晶結(jié)束后，不再有結(jié)晶潛能釋放

31、，溫度繼續(xù)隨時(shí)間的延長(zhǎng)不斷下降，直到室溫。 圖2-1 純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線在實(shí)際結(jié)晶過(guò)程中冷卻速度是不可能無(wú)限緩慢。圖2-1曲線2表示實(shí)際的結(jié)晶過(guò)程。實(shí)際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為過(guò)冷卻現(xiàn)象，而與之差稱(chēng)為過(guò)冷度。過(guò)冷度并不是一個(gè)恒定值，液態(tài)金屬的冷卻速度愈大，實(shí)際結(jié)晶溫度就愈低，過(guò)冷度就愈大。過(guò)冷度就越大，實(shí)際結(jié)晶溫度就越低。實(shí)際金屬總是在過(guò)冷的情況下進(jìn)行結(jié)晶的，因此過(guò)冷是金屬結(jié)晶的必要條件。2純金屬的結(jié)晶過(guò)程1）結(jié)晶的基本規(guī)律金屬結(jié)晶不是瞬間完成的,純金屬的結(jié)晶過(guò)程是在冷卻曲線的水平段所經(jīng)歷的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的。結(jié)晶過(guò)程包括晶核形成與晶體長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程。當(dāng)液態(tài)金屬溫度稍高于熔點(diǎn)

32、時(shí)，在原子無(wú)規(guī)則排列的液態(tài)金屬中開(kāi)始出現(xiàn)不穩(wěn)定的近程有序的微小原于團(tuán)。隨著溫度的降低，微小原子團(tuán)的尺寸增大，穩(wěn)定性增高。尺寸增大，穩(wěn)定性增高的近程有序原于團(tuán)稱(chēng)為晶胚。當(dāng)液態(tài)金屬過(guò)冷到T0以下時(shí)，某些穩(wěn)定性高的晶胚進(jìn)一步成長(zhǎng)為尺寸極小、原子排列規(guī)則的小晶體，即晶核。 對(duì)一個(gè)晶粒來(lái)說(shuō)，它具有嚴(yán)格的成核和長(zhǎng)大兩個(gè)階段，但對(duì)整體液態(tài)金屬的結(jié)晶過(guò)程來(lái)說(shuō)，成核和長(zhǎng)大始終交叉進(jìn)行，所以說(shuō)結(jié)晶是成核和長(zhǎng)大并進(jìn)的過(guò)程。2）晶體長(zhǎng)大方式液態(tài)金屬中晶核形成后便立即長(zhǎng)大。晶體長(zhǎng)大的方式主要是枝晶長(zhǎng)大或稱(chēng)樹(shù)枝狀結(jié)晶。晶核優(yōu)先沿一定方向生長(zhǎng)形成主干，即一次晶軸。然后在主干上生出枝干，即二次晶軸。進(jìn)而生長(zhǎng)出三次、四次晶軸等

33、，如此不斷生長(zhǎng)和分支，直至液態(tài)金屬全部消失。由一個(gè)晶核長(zhǎng)成的單晶體形成一個(gè)樹(shù)枝晶。多晶體金屬的每個(gè)晶粒都是以樹(shù)枝狀結(jié)晶，直到相互觸及才停止生長(zhǎng)。在晶體長(zhǎng)大的過(guò)程中，過(guò)冷度小，固、液態(tài)金屬的自由能差E小，結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力小，長(zhǎng)大速度就小；反之，過(guò)冷度大，則長(zhǎng)大速度就快。3）晶粒度對(duì)金屬機(jī)械性能的影響晶粒的大小稱(chēng)為晶粒度。液態(tài)金屬結(jié)晶后晶粒大小對(duì)金屬的機(jī)械性能有重大影響，一般來(lái)說(shuō)，細(xì)晶粒金屬具有較高的強(qiáng)度和塑性。因而希望得到細(xì)晶粒組織。由于細(xì)晶粒單位體積內(nèi)的晶界面積多，可阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；晶界上原子排列不規(guī)則，并有大量位錯(cuò)和富集雜質(zhì)，所以晶界能量大；晶界兩側(cè)晶粒位向不同也能阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。所以晶粒越細(xì)，金屬

34、強(qiáng)度越高。4）影響晶粒度的因素結(jié)晶后的晶粒大小主要取決于形核率N（單位時(shí)間、單位體積內(nèi)所形成的晶核數(shù)目）與晶核的長(zhǎng)大速率G（單位時(shí)間內(nèi)晶核向周?chē)L(zhǎng)大的平均線速度）。所以，凡能促進(jìn)形核率N，抑制長(zhǎng)大速率G的因素，均能細(xì)化晶粒。5）控制晶粒度的方法（1）控制過(guò)冷度。成核率N和長(zhǎng)大速率G決定晶粒度，而成核率N和長(zhǎng)大速率G是隨過(guò)冷度T而變化。當(dāng)過(guò)冷度較小時(shí)，長(zhǎng)大速率G較成核率N增大顯著，結(jié)晶后獲細(xì)晶粒；當(dāng)N 和G分別達(dá)到最大值后，過(guò)冷度再繼續(xù)增大，N與G反而下降。生產(chǎn)中采用降低澆鑄溫度、減小鑄型溫度升高的速度、提高冷卻速度的方法，均可以增大過(guò)冷度，從而可使晶粒細(xì)化。見(jiàn)下圖所示，過(guò)冷度對(duì)N和G 的影響（

35、2）變質(zhì)處理（又稱(chēng)孕育處理）：是利用在液態(tài)金屬中加入難熔固體質(zhì)點(diǎn)（細(xì)小變質(zhì)劑），使之形成大量的人工晶核(非自發(fā)晶核），從而獲得細(xì)晶粒的方法。所加難熔固體質(zhì)點(diǎn)稱(chēng)為孕育劑或變質(zhì)劑。孕育劑的作用是促進(jìn)成核，阻止晶粒長(zhǎng)大。生產(chǎn)過(guò)程中利用人工晶核的方法細(xì)化晶粒的手段就是變質(zhì)處理，也叫孕育處理。 （3）細(xì)化晶粒的其它方法： 采用增強(qiáng)金屬液的運(yùn)動(dòng)，如電磁攪拌、機(jī)械振動(dòng)和超聲波處理、熱處理、壓力加工等方法，或促進(jìn)形成晶核，或打碎正在生長(zhǎng)的樹(shù)枝晶增加晶核而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。3晶體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變有些晶體結(jié)構(gòu)隨著外界條件（如溫度、壓力）的變化而具有不同類(lèi)型的晶體結(jié)構(gòu)。金屬在固態(tài)下由一種晶格類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格類(lèi)型

36、的變化稱(chēng)為同素異構(gòu)（晶）轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程，是固態(tài)下的相變過(guò)程，稱(chēng)為重結(jié)晶，或稱(chēng)二次結(jié)晶，以區(qū)別于液態(tài)金屬的結(jié)晶。鐵、鈷、鈦、錫、錳等金屬都具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。以不同的晶格形式存在的同一金屬元素晶體稱(chēng)為該金屬的同素異構(gòu)晶體。同一金屬的同素異構(gòu)晶體按其穩(wěn)定存在的溫度有低到高依次用希臘字母等表示。純鐵在912以下具有體心立方晶格，稱(chēng)為；在912到1394具有面心立方晶格，稱(chēng)為 ；在1394到1538具有體心立方晶格，稱(chēng)為 ；可表示為：1394912【習(xí)題】1關(guān)于晶體，以下說(shuō)法正確的是。A絕大多數(shù)固體物質(zhì)都是非晶體B面心立方晶格的純鐵較體心立方晶格的純鐵強(qiáng)度高C多晶體各個(gè)方向上的物理、化學(xué)和力

37、學(xué)性能基本一樣D純鐵在室溫時(shí)具有面心立方晶格類(lèi)型2實(shí)際金屬晶體多為晶體，其理化和力學(xué)性能在不同方向上表現(xiàn)出。A單/各向同性B單/各向異性C多/各向異性D多/各向同性3912以下的純鐵的晶體結(jié)構(gòu)是。A體心立方晶格B面心立方晶格C密排六方晶格D體心正方晶格4致密度為74%的晶格是。A體心立方晶格B面心立方晶格C密排六方晶格D面心立方晶格和密排六方晶格5屬于面心立方晶格的金屬有。A-Fe，銅B-Fe，釩C-Fe，銅D-Fe，釩6實(shí)際金屬晶體存在大量的晶體缺陷，按其形態(tài)分主要有、和。A點(diǎn)缺陷/刃型位錯(cuò)/線缺陷B點(diǎn)缺陷/線缺陷/面缺陷C線缺陷/面缺陷/亞晶界D面缺陷/亞晶界/晶體缺陷7金屬?gòu)囊环N固態(tài)晶體

38、結(jié)構(gòu)過(guò)渡到另一種固態(tài)晶體結(jié)構(gòu)的過(guò)程稱(chēng)為。A共晶轉(zhuǎn)變B結(jié)晶C再結(jié)晶D重結(jié)晶8關(guān)于金屬結(jié)晶過(guò)程中過(guò)冷度的描述，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是。A過(guò)冷度是理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差值B實(shí)際結(jié)晶溫度高于理論結(jié)晶溫度C冷卻速度越大，過(guò)冷度則越大D過(guò)冷度是實(shí)際液態(tài)金屬結(jié)晶的必要條件9金屬的結(jié)晶過(guò)程包含和。A晶核不斷形成晶核長(zhǎng)大B晶粒晶界C晶界亞晶界D晶核晶核長(zhǎng)大10金屬結(jié)晶后，其晶粒的粗細(xì)與結(jié)晶時(shí)有關(guān)。A形核率和形核速度B形核速度和形核面積C形核率和晶核長(zhǎng)大速度D晶粒度和晶核長(zhǎng)大速度【答案】1. C 2. D 3. A 4. D 5. D 6. B 7. D 8. B 9. A 10. C知識(shí)點(diǎn)37 合金與合金的相

39、結(jié)構(gòu)合金由兩種或兩種以上化學(xué)元素（其中至少有一種是金屬元素）所組成的，具有金屬特性的物質(zhì)。例如：黃銅是由銅和鋅組成的合金，硅鋁明是由鋁和硅組成的合金，碳素鋼和鑄鐵是鐵和Fe3C組成的合金等。組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱(chēng)為合金的組元，簡(jiǎn)稱(chēng)為元。例如銅和鋅就是黃銅的組元。組元也可以是穩(wěn)定的化合物，例如鐵碳合金中的滲碳體Fe3C。由兩種組元構(gòu)成的合金稱(chēng)為二元合金，有三種組元構(gòu)成的合金稱(chēng)為三元合金。合金中具有相同的化學(xué)成分、相同的結(jié)構(gòu)、相同的物理化學(xué)性能并與其他部分的界面分開(kāi)的組成部分稱(chēng)為相。例如：純鐵在1538以上時(shí)為均勻的液態(tài)，只存在一個(gè)液相L。溫度降到1538以下時(shí)，不斷從液相中結(jié)晶出固相-

40、Fe，兩相并存。溫度降到1394結(jié)晶終了，只存在一個(gè)固相-Fe。在整個(gè)結(jié)晶過(guò)程中，液相L與固相-Fe共存。通常把合金中相的晶體結(jié)構(gòu)稱(chēng)為相結(jié)構(gòu)。由數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式不同的各種相組成合金的組織。通常把顯微鏡下觀察到的材料形態(tài)或形貌特征的組成部分總稱(chēng)為組織。合金的相結(jié)構(gòu)大多數(shù)合金在熔融狀態(tài)下，組成合金的各個(gè)組元能夠互相溶解，形成均勻的液相。液態(tài)下組元完全互溶的合金，凝固之后，根據(jù)各組元之間相互作用的不同，固態(tài)合金的基本相結(jié)構(gòu)為固溶體和金屬化合物。此外，還有由固溶體和金屬化合物等組成的機(jī)械混合物。1固溶體（solid solution）合金在固態(tài)時(shí)組元之間會(huì)互相溶解，一種組元均勻的溶解在另一組

41、元中而形成的一種晶體稱(chēng)為固溶體。形成固溶體后，晶格與固溶體相同的組元稱(chēng)為固溶體的溶劑，晶格消失的組元稱(chēng)為溶質(zhì)。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占有的位置，可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體。固溶體的主要特征是：晶格仍保持溶劑組元的晶格。1）固溶體溶劑原子在晶格中所占據(jù)的部分位置，被溶質(zhì)原子所替換，這樣形成的固溶體稱(chēng)為置換固溶體。根據(jù)置換固溶體形成時(shí)，溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的最高含量（溶解度）的不同，可分為有限固溶體和無(wú)限固溶體。有限固溶體的溶解度是有一定限度的，例如黃銅中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于39%時(shí)，所有的鋅都能溶于銅中，形成單相的固溶體，當(dāng)鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于39%時(shí)鋅就不能完全溶入，除了形成固溶體外，還

42、出現(xiàn)金屬化合物CuZn。無(wú)限固溶體即溶質(zhì)原子能以任何比例溶入溶劑中，形成單一固溶體。例如銅鎳合金能形成無(wú)限固溶體。一般來(lái)說(shuō)，晶格類(lèi)型相同，原子直徑差別小、在元素周期表中位置越靠近，則溶解度越大。2）間隙固溶體溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格的間隙中而形成的固溶體稱(chēng)為間隙固溶體。只有當(dāng)溶質(zhì)原子的直徑與溶劑原子直徑之比小于0.59才能形成間隙固溶體。如碳、氮、氫、硼等元素都能與鐵形成間隙固溶體。由于溶劑晶格中的間隙是有限的，所以間隙固溶體都是有限固溶體。3）固溶強(qiáng)化溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中，使固溶體晶格發(fā)生畸變，從而使材料的塑性變形抗力增大，強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為固溶強(qiáng)化。固溶強(qiáng)化是提高金

43、屬材料學(xué)性能的重要途徑之一，也是金屬材料通過(guò)熱處理達(dá)到改變材料性能的依據(jù)之一。2金屬化合物合金中當(dāng)溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)固溶體的溶解度時(shí)，合金組元間相互作用而生成的一種以化合物形式出現(xiàn)的新相。若化合物的特性具有明顯的金屬性質(zhì)就稱(chēng)為金屬化合物。例如碳鋼中的Fe3C，黃銅中的CuZn。金屬化合物通常具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，金屬化合物一般具有高熔點(diǎn)、高硬度和高脆性的特點(diǎn)，其塑性幾乎為零，因此不能單獨(dú)使用。合金中出現(xiàn)少量金屬化合物時(shí)，通常能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但會(huì)降低材料的塑性和韌性。使金屬化合物均勻的分布在基體組織上，達(dá)到強(qiáng)化金屬的方法，是提高金屬材料力學(xué)性能的重要手段之一。3機(jī)械混合物機(jī)械混合物

44、是由兩種或兩種以上的相按一定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)組成的物質(zhì)。組成機(jī)械混合物的各相之間不發(fā)生作用，而是以各自獨(dú)立的晶體混合而成，因此各相仍保持各自的性能特點(diǎn)。整個(gè)機(jī)械混合物的性能取決于構(gòu)成它的各個(gè)相的性能以及各個(gè)相的數(shù)量、形狀、大小和分布狀況。機(jī)械混合物可以由不同的固溶體組成，如固溶體+固溶體；也可以由不同組元的晶粒組成。如A組元+B組元；或者由固溶體與化合物組成?！玖?xí)題】1組成合金的最基本、獨(dú)立的物質(zhì)叫。A化合物B固溶體C元素D組元2關(guān)于合金，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是。A合金的組元可以是穩(wěn)定的化合物B合金的組元通常是純?cè)谻合金的組元可以是混合物D合金的相結(jié)構(gòu)有固溶體和金屬化合物3關(guān)于合金，以下說(shuō)法正確的是。A

45、合金的組元通常是穩(wěn)定的化合物B二元合金是由兩種組元組成的C合金的組元決定了合金的性能D合金的組元也可稱(chēng)為合金的相結(jié)構(gòu)4關(guān)于合金，以下說(shuō)法正確的是。A合金的組元也可稱(chēng)為合金的相結(jié)構(gòu)B合金的相結(jié)構(gòu)決定了合金的性能C固溶體是合金基本的相結(jié)構(gòu)之一D合金的組元通常是穩(wěn)定的化合物5關(guān)于合金，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是。A固溶體中溶質(zhì)的溶解度是有限的B合金的相結(jié)構(gòu)不能決定合金的性能C固溶體是合金基本的相結(jié)構(gòu)之一D合金的組元通常是元素6合金中的相結(jié)構(gòu)有。A固溶體/化合物/金屬化合物B固溶體/機(jī)械混合物C化合物/機(jī)械混合物D固溶體/化合物7合金在固體狀態(tài)的相結(jié)構(gòu)大致可分為。A固溶體和化合物B固溶體和液溶體C化合物和合金D

46、化合物和晶體8組成合金的元素，在固態(tài)下互相溶解形成均勻單一的固相稱(chēng)為。A晶體B固溶體C化合物D共晶體9關(guān)于合金中的固溶體，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是。A固溶體溶質(zhì)元素含量稍多時(shí)可導(dǎo)致固溶強(qiáng)化B固溶體溶質(zhì)在溶劑中的溶解度是基本不變的C固溶體是合金基本的相結(jié)構(gòu)之一D固溶體中溶質(zhì)和溶劑可能無(wú)限相溶10關(guān)于機(jī)械混合物，以下說(shuō)法正確的是。A機(jī)械混合物是合金基本的相結(jié)構(gòu)之一B機(jī)械混合物決定了合金的性能C機(jī)械混合物是由兩種或兩種以上的相組成D機(jī)械混合物的組成相應(yīng)是固溶體【答案】1. D 2. C 3. B 4. C 5. A 6. D 7. A 8. B 9. B 10. C知識(shí)點(diǎn)38：金屬的塑性變形和再結(jié)晶 金屬材

47、料在加工和使用過(guò)程中會(huì)因受外力作用而發(fā)生變形，變形分為彈性變形和塑性變形，其在外力作用下，發(fā)生不可恢復(fù)的變形為塑性變形，塑性變形及其隨后的加熱對(duì)金屬材料的組織和性能有著顯著的影響，了解塑性變形的本質(zhì)，塑性變形及加熱時(shí)組織的變化，有助于發(fā)揮金屬的性能潛力，正確確定加工工藝。塑性變形是強(qiáng)化金屬（簡(jiǎn)稱(chēng)形變強(qiáng)化）的重要手段之一。1單晶體金屬的塑性變形單晶體受力后，外力P在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力s和切應(yīng)力t 。正應(yīng)力s只能引起彈性變形及斷裂。只有在切應(yīng)力t的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。金屬塑性變形時(shí)金屬在外力的作用下金屬晶格先產(chǎn)生晶格畸變，外力繼續(xù)加大時(shí)，產(chǎn)生晶格錯(cuò)動(dòng)，而這種錯(cuò)動(dòng)通常在晶體中采取

48、滑移（sliding）和孿生(twinning) 兩種形式，在多數(shù)情況下，金屬的塑性變形是以滑移方式進(jìn)行的。1）滑移當(dāng)作用在晶體上的切應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后，晶體一部分沿一定的晶面，向著一定的方向，與另一部分之間作相移動(dòng)，這種現(xiàn)象叫滑移?；谱冃蔚奶攸c(diǎn)是：（1）滑移只能在切應(yīng)力的作用下發(fā)生。產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱(chēng)臨界切應(yīng)力。（2）滑移常沿晶體中原子密度最大的晶面和晶向發(fā)生，這是因?yàn)樵用芏茸畲蟮木婧途蛑g間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。金屬的滑移面，一般都是晶格中原子分布最密的面，滑移方向則是原子分布最密的方向，因?yàn)檠刂臃植甲蠲艿拿婧头较蚧频淖枇ψ钚?。金屬晶格中，原子分布?/p>

49、密的晶面和結(jié)晶方向愈多，產(chǎn)生滑移的可能性愈大，金屬的可塑性就愈好。晶格的滑移可通過(guò)位錯(cuò)理論來(lái)解釋。滑移并不需要整個(gè)滑移面上的全部原子一齊移動(dòng)，而只是在位錯(cuò)中心附近的少數(shù)原子發(fā)生移動(dòng)。一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑移系(sliding system)。體心立方晶格與面心立方晶格的滑移系數(shù)相同，都是 12 個(gè)，而密排六方晶格只有3個(gè)滑移系?；葡翟蕉?，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性越好，滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。因而具有面心立方晶格金屬的塑性好于體心立方晶格金屬，具有體心立方晶格金屬的塑性好于密排六方晶格金屬。（3）滑移時(shí)，晶體兩部分的相對(duì)位移量是原子間距的整數(shù)倍。滑移的結(jié)果在晶

50、體表面形成臺(tái)階，稱(chēng)滑移線，若干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。（4）滑移的同時(shí)伴隨著晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)有兩種：一種是滑移面向外力軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)，另一種是在滑移面上滑移方向向最大切應(yīng)力方向轉(zhuǎn)動(dòng)。需要說(shuō)明的是，滑移后，滑移面兩側(cè)晶體的位向關(guān)系未發(fā)生變化。（5）滑移是通過(guò)滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2）孿生（又稱(chēng)孿動(dòng)） 孿生也是在一定的切應(yīng)力下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分，沿著一定的晶面和晶向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)（切變）的結(jié)果。發(fā)生切變的部分稱(chēng)為孿生帶或?qū)\晶，沿其發(fā)生孿生的晶面稱(chēng)孿生面，孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對(duì)稱(chēng)。孿動(dòng)與滑移的主要差別是：滑移過(guò)程是漸進(jìn)的，而孿動(dòng)過(guò)程是突然發(fā)生的；孿動(dòng)時(shí)原子位置不會(huì)產(chǎn)生較大的錯(cuò)動(dòng)，

51、因此晶體取得較大塑性變形的方式主要是滑移作用；孿動(dòng)后，晶體內(nèi)部出現(xiàn)空隙，易于導(dǎo)致金屬的破壞；孿動(dòng)所需切應(yīng)力比滑移大得多，變形速度極快，接近于聲速，只有滑移過(guò)程很困難時(shí)，晶體才發(fā)生孿動(dòng)。 在常見(jiàn)的晶格類(lèi)型中，密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。面心立方晶格金屬一般不發(fā)生孿生變形，但在這類(lèi)金屬中常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，這是由于相變過(guò)程中原子重新排列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱(chēng)退火孿晶。2多晶體金屬的塑性變形多晶體中每個(gè)晶粒內(nèi)部的變形情況與單晶體的變形情況大致相似。但由于晶界的存在及各晶粒的取向不同，使多晶體的塑性變形比單晶體復(fù)雜得多。1）晶界及晶粒

52、位向差的影響在多晶體中，晶界原子排列不規(guī)則，當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來(lái)，稱(chēng)位錯(cuò)的塞積。若要使變形繼續(xù)進(jìn)行，則必須增加外力，可見(jiàn)晶界使金屬的塑性變形抗力提高。雙晶粒試樣的拉伸實(shí)驗(yàn)表明，試樣往往呈竹節(jié)狀，晶界處較粗，這說(shuō)明晶界的變形抗力大，變形較小。由于各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周?chē)木ЯＨ舨话l(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來(lái)與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。2）多晶體金屬的塑性變形過(guò)程多晶體中首先發(fā)生滑移的是那些滑移系與外力夾角等于或接近于45°的晶

53、粒，使位錯(cuò)在晶界附近塞積，當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使相鄰晶粒中原來(lái)處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開(kāi)動(dòng)，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。3）晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高。原因是金屬的晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多；需要協(xié)調(diào)的具有不同位向的晶粒越多，使得金屬塑性變形的抗力越高。金屬的晶粒越細(xì)，其塑性和韌性也越高。這是由于晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)目越多，同時(shí)參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻，推遲了裂紋的形成和擴(kuò)展，使在斷裂前發(fā)生較大的塑性變形。在強(qiáng)度和塑性同時(shí)增加的情況下，金屬在斷裂前消耗的功也大，因而其韌性也比較好。通過(guò)細(xì)化晶粒來(lái)同時(shí)提高金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的方法稱(chēng)為細(xì)晶強(qiáng)化(grain refining strengthening)。細(xì)晶強(qiáng)化是金屬的重要強(qiáng)韌化手段之一。4）塑性變形對(duì)金屬組織結(jié)構(gòu)的影響金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長(zhǎng)或壓扁。當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長(zhǎng)為纖維狀，晶界變得模糊不清。纖維組織能使金屬的力學(xué)性能具有明顯