第一章 金属材料的性能思考与练习题一、填空题1.属于金属物理性能的参数是(C)。 A、强度 B、硬度 C、密度 D、韧度2.轴承合金应具有的性能之一是(A)。 A、足够的强度和硬度 B、足够的导电性 C、良好的塑性 D、良好的磁性3. 金属材料的力学性能是指金属材料在(B)作用下所表现出来的性能。 A、内力 B、外力 C、向心力 D、万有引力4. 铝具有的特性之一是(D)。 A、较差的导热性 B、较差的导电性 C、较高的强度 D、较好的塑性5.金属材料下列参数中，(C)属于机械性能。 A、熔点 B、密度 C、硬度 D、磁性6属于金属物理性能的参数是(A)。 A、导电性 B、塑性 C、韧性 D、抗氧化性二、简答题1.在选择金属材料时要考虑几个方面的性能？答：金属材料在选择时考虑使用性能和工艺性能两类。使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在冷、热加工条件下表现出来的性能。工艺性能的好坏，决定了材料在制造过程中被加工成成品的难易。材料使用性是指机械零件或构件在正常工作情况下材料应具备的性能。满足零件的使用要求是保证零件完成规定功能的必要条件，是材料选择应主要考虑的问题。零件的使用要求除对其形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等外部质量进行严格的规定以外，还要对其化学成分、组织结构、力学性能、物理性能和化学性能等内部质量有明确的要求。2.解释以下概念：答：.强度：金属材料在静载荷作用下抵抗永久塑性变形和断裂的能力，称为强度。要通过拉伸实验得出的材料的强度性能指标。.塑性：塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。.硬度：硬度是指材料抵抗其他硬物压入其表面的能力，它反映了材料抵抗局部塑性变形的能力，是金属材料一项重要的技术指标。.冲击韧性：冲击韧性是指金属材料抵抗冲击力而不破坏的能力。.疲劳强度：疲劳强度是指金属材料在无限多次交变载荷作用下而不破坏的最大应力称为疲劳强度或疲劳极限。3.简述低碳钢在拉伸过程中的变形过程。答：低碳钢试样在拉伸过程中，可分为弹性变形、塑性变形、强化、颈缩四个阶段。这四个阶段与试样的拉力是密切相关的，每个阶段都对应着相关的力学性能指标。在各个过程的转择点最具有代表意义。工程上分别是弹性极限、屈服强度、抗拉强度。4.金属材料的物理性能和化学性能包括哪几个方面？答：在设计和工程应用时除了要根据实际工况考虑选择材料的各项机械性能参数，还要充分考虑金属材料的其它性能，这些性能在特殊要求的工作环境下起到非常大的作用。主要是金属材料的物理性能和化学性能。金属材料的物理性能是指金属特有的属性，如密度、磁性、熔点、导电性、光泽、热膨胀性能等。材料的化学性能主要是和化学相关的性能如耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等。5.金属材料的工艺性能包括哪几个方面？答：金属材料的工艺性能包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。工艺性能直接影响到零件制造工艺和质量，是选材和制定零件加工工艺路线时必须考虑的因素之一。第二章 金属的晶体结构与结晶思考与练习题1组成晶格的最基本的几何单元是(B )。A，原子 B，晶胞 C，晶粒 D，亚晶粒 2与a-Fe相比，g-Fe的晶体结构特点是原子排列( B )。A，紧密 B，紧密且间隙尺寸小 C，紧密且间隙尺寸大 D，不紧密 3在一个晶粒内部( A )。A，晶格位向完全一致 B，有位向差很小的亚晶粒 C，有位向差很大的亚晶粒 D，原子排列完全一致4在工业生产条件下，金属结晶时冷速愈快，形核率值( A )，晶粒愈细。A，愈大 B，愈小 C，不变 D，等于零5与粗晶粒金属相比，细晶粒金属的( A )。A，强度、韧性均好 B，强度高、韧性差 C，强度高、韧性相等 D，强度、韧性均差二、概念题答：1.晶体：原子按一定几何形状进行有规则地重复排列,表现为晶体特征，即有固定的熔点和各向异性的结构对的材料称为晶体。2.非晶体：内部的原子无规则地堆积在一起，体现为没有固定熔点，且呈现各向同性的材料称为非晶体。3.晶格：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，称为晶格。4.晶胞：从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞。 5.晶面：通过晶体中原子中心的平面叫作晶面。6.点缺陷 ：是指在长、宽、高三方向上尺寸都变化的一种缺陷，最常见的是晶格空位和间隙原子。点缺陷可使周围原子发生靠拢或撑开，造成晶格畸变。7.线缺陷：是指在晶体中呈线状分布(在一个方向上尺寸很大，另两个方向上尺寸很小)的缺陷。8.面缺陷：一块晶体常常被一些界面分隔成许多较小的畴区，畴区内具有较高的原子排列完整性，畴区之间的界面附近存在着较严重的原子错排。这种发生于整个界面上的广延缺陷被称作面缺陷。9.单晶体：晶体内部的晶格位向完全一致的晶体称为单晶体。10.多晶体：而各个晶粒之间彼此间位向却不同，这种由许多晶粒组成的晶体称为多晶体。11.过冷度：金属结晶的理论温度与实际温度的差值，称为过冷度。12.变质处理：变质处理是在浇注前向液态金属中加入一些细小的难熔的物质(变质剂)，在液相中起附加晶核的作用，使形核率增加，晶粒被显著细化。 13.合金：合金是指两种或两种以上的金属元素（或金属与非金属元素）熔合在一起组成的具有金属特性的物质。14.组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。通常组元就是指组成合金的元素，也可以是稳定的化合物。15.合金系：可以由给定组元按不同比例配制出一系列不同成分的合金，这一系列合金就构成了一个合金系。16.相：在纯金属或合金中，具有相同的化学成份、晶体结构和相同物理性能的组分称为“相”。 17.组织：一般将直接用肉眼观察到的，或借助于放大镜、显微镜观察到的材料内部的微观形貌图像统称为组织。 18滑移：滑移是晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动的现象。19滑移系：晶体通过滑移产生塑性变形时，由滑移面和其上的滑移方向所组成的系统。20滑移线：材料在屈服时，试样表面出现的线纹 滑移线称为滑移线。 21滑移带：晶体滑移后在试样抛光表面上形成的由平行线状痕迹(即滑移线)构成的带。 22孪生：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面(孪生面)和晶向(孪生方向)发生切变的变形过程称孪生。23再结晶：当温度升高到T熔的0.4倍时，金属原子获得更多的热能，开始以碎晶或杂质为核心结晶成细小而均匀的再结晶新晶粒，从而消除全部加工硬化，这个过程称为再结晶。24 加工硬化：金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属的强度和硬度显著提高, 塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化。三、简答题1.常见金属晶格类型有哪些？ 答：在形成金属晶体的过程当中，各种金属晶体结构的主要差别在于晶格类型和晶格常数的不同，大多数金属具有比较简单的晶体结构，最常见和最典型的晶体类型有三种，即体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。2.简述三种晶体缺陷。答：在实际晶体中，原子的排序并不像理想晶体那样规则和完整，主要受许多因素（如结晶、加工条件及原子热运动等）的影响，使某些区域的原子排序受到干扰和破坏，这种区域称为晶体缺陷。根据晶体缺陷的几何形态特点，可将其分为点缺陷、线缺陷、面缺陷三种。点缺陷 ：是指在长、宽、高三方向上尺寸都变化的一种缺陷，最常见的是晶格空位和间隙原子。点缺陷可使周围原子发生靠拢或撑开，造成晶格畸变。线缺陷：是指在晶体中呈线状分布(在一个方向上尺寸很大，另两个方向上尺寸很小)的缺陷。面缺陷：一块晶体常常被一些界面分隔成许多较小的畴区，畴区内具有较高的原子排列完整性，畴区之间的界面附近存在着较严重的原子错排。这种缺陷被称作面缺陷。3.固态合金有哪些相？按合金组元间相互作用不同，合金在固态下的相结构分为固溶体和金属化合物两类。1固溶体在合金在固态下，组元间仍能互相溶解而形成的均匀相称为固溶体。固溶体的晶格类型与某一组元的晶格类型相同，能保留晶格形式的组元称为溶剂，其他组元为溶质。固溶体一般用、等符号表示。按溶质原子在晶格中所占位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体。形成置换固溶体时，溶质原子在溶剂晶格中的溶解度主要取决于两者晶格类型、原子直径的差别和它们在周期表中的相互位置。2金属化合物金属化合物是指合金组元间发生相互作用而形成的具有金属特性的一种新相，一般可用分子式表示。金属化合物的晶格类型和性能不同于组成它的任一组元，它具有复杂的晶格类型，熔点高，性能硬而脆。当合金中存在金属化合物时，一般能提高合金的强度和硬度，但塑性韧性降低，故金属化合物是合金的重要强化相。4.过冷度的概念。 答：在金属凝固的过程中，固体实际凝固的温度与理想的凝固温度是不同的，将金属结晶的理论温度与实际温度的差值，称为过冷度。 5.过冷度与晶粒度的关系是什么？答：结晶时增加过冷度T，会使结晶后晶粒变细。增加过冷度，就是要提高金属凝固的冷却转变速度，晶粒长大的时间缩短，造成晶粒小。 过冷度小，在结晶的过程中易形成粗晶。6. 简述结晶过程的普遍规律。答：一般把金属的结晶过程形象地分为晶核形成和长大两个基本过程，这两个过程是同时进行的。在开始时，液态金属中的原子进行着热运动，无严格的排序规则。但随着温度下降，原子的热运动逐渐减弱，原子活动范围缩小，相互之间逐渐靠近。当冷却到理论结晶温度时，某些部位的原子按金属固有的晶格，有规则地排列成小晶体，这些细小的晶体称为晶核，也称自发晶核，这个过程称之为形核；在金属中若含有的杂质质点能促进晶核在其表面上形成，这种依附于杂质而形成的晶核称为非自发晶核。自发晶核和非自发晶核同时存在于金属液中，但非自发晶核往往起优先和主导作用。在完成了晶核之后，晶核向着不同位向按树枝生长方式长大，当成长的枝晶与相邻晶体的枝晶互相接触时，晶体就向着尚未凝固的部位生长，直到枝晶间的金属液全部凝固为止，最后形成了许多互相接触而外形不规则的晶体。 7.控制晶粒度有哪些方法？答：在实际的生产过程中，控制晶粒的方法主要有以下几种措施：(1)增加过冷度结晶时增加过冷度T，会使结晶后晶粒变细。增加过冷度，就是要提高金属凝固的冷却转变速度，晶粒长大的时间缩短，造成晶粒小。实际生产中，常常是采用降低铸型来提高冷却速度。(2)变质处理变质处理是在浇注前向液态金属中加入一些细小的难熔的物质(变质剂)，在液相中起附加晶核的作用，使形核率增加，晶粒被显著细化。 (3)附加振动在金属结晶时，利用机械振动、超声波振动、电磁振动等方法，既可使正在生长的枝晶熔断成碎晶粒而细化，又可使破碎的枝晶尖端起晶核作用，以增大形核率。(4)降低浇注速度在浇注时，以较慢速度进行浇注，可以使形核的过程在一定流