金属材料重点
题型：填空（30-40%），选择(20%,有多选)，简答（10%+10%），问答（10%+10%+20%）
一、钢的物理冶金基础（15%）
1、钢的分类（填空、多选）
结构钢：
工程结构钢：铁素体－珠光体钢、低碳贝氏体钢、马氏体钢
机械制造结构钢：渗碳钢、调质钢、轴承钢、高合金超高强度结构钢、弹簧钢等工具钢：碳素工具钢、低合金工具钢、高速工具钢、冷作模具钢、热作模具钢等
不锈耐蚀钢
耐热钢
2、铁碳相图中的反应及平衡温度：
包晶转变：LB+δH→γJ（1495℃，单相A）
共晶转变：LC→γB+Fe3C（1148℃，A体+Fe3C：Ld ）
共析转变：γS→αP+Fe3C（727 ℃，F体+Fe3C：P）
3、退火的定义、目的及得到的组织：
退火：将钢加热到奥氏体化温度Ac1（727℃）以上或以下温度，保温，炉冷以获得平衡状态组织（扩散型相变，加热速度为0.125℃/分时A1的温度为Ac1）。
目的：稳定组织，成分和组织均匀，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善成形和加工性能。
4、马氏体（M）转变特点（简答）：
1) 无扩散：Fe 和C 原子都不进行扩散，M是体心正方的C过饱和的F，固溶强化显著。
2) 瞬时性：M 的形成速度很快，106mm/s。温度↓则转变量↑。
3) 不彻底：M 转变总要残留少量A，A中的C%↑则MS、Mf ↓，残余A含量↑
4) M形成时体积↑，造成很大内应力。
5）切变共格性：表面产生浮凸。
☆5、钢中杂质的种类（填空）：
常存杂质：Mn、Si、Al、S、P等
由脱氧剂带入（Mn、Si、Al）的或矿石中存在的（S、P）
隐存杂质：O、H、N，极其微量，有溶解度
偶存杂质：Cu、Sn、Pb、Ni、Cr等，与矿石和废钢有关
☆6、合金元素在钢中的分布/存在方式/状态：
溶解于固溶体中，置换和间隙固溶体；
溶于渗碳体中形成合金渗碳体或单独与碳、氮等作用形成碳、氮化合物；
形成金属间化合物；
形成氧化物、硫化物等夹杂物；
以纯金属相存在，如Cu、Pb等；
偏聚
7、什么叫奥氏体形成元素、铁素体形成元素？
在γ-Fe中有较大溶解度并能稳定γ-Fe的元素称为奥氏体形成元素；
而在α-Fe中有较大溶解度并使γ-Fe不稳定的元素，称为铁素体形成元素。
△8、金属间化合物的种类（填空，掌握重要类型）：
合金钢中比较重要的金属间化合物有σ相、AB2相（laves拉维斯相）及AB3相（有序相）。
9、合金钢的回火脆性，原因及解决办法：
提高韧性、降低脆性、稳定组织，但200~350 ℃，450~650℃之间回火，冲击韧性出现两个低谷，称为回火脆性。
（a）第一类回火脆性/低温回火脆性（200~350 ℃）
原因：Fe3C薄膜在原A或M晶界形成，降低晶界强度；P、S、Bi等元素偏聚于晶界合金元素作用：Mn、Cr、Ni促进，Mo、Ti、V等改善，Si推迟脆性温度区。
（b）第二类回火脆性/高温回火脆性（450~650 ℃）
原因：Sb、S、As、P、O、N等杂质元素偏聚于晶界，或形成网状化合物，高于回火温
度加热，杂质扩散或化合物分解，快速冷却及消除；
合金元素作用：Mn、Cr、Ni、Si促进该脆性，通过促使杂质元素晶界偏聚，Mo、Ti、W抑制偏聚，等改善脆性。稀土元素有相同效果。
10、钢的强化方法与机制：
①位错强化（加工硬化）：位错→增殖并相互作用→阻碍位错运动→强化
②固溶强化：位错→增殖并相互作用→阻碍位错运动→强化
③沉淀强化：第二相粒子→阻碍位错运动→强化
④细晶粒强化（晶界强化）：晶界→阻碍位错运动→强化
11、提高韧性的合金化途径：
a）细化A晶粒：A—F转变后，也细化了F晶粒；强K形成元素如Ti、Nb、V、W、Mo 和Al；
b）提高钢的回火稳定性：在相同的强度水平下，提高回火温度，从而提高韧性；强K形成元素均提高回火稳定性，起到该作用；
c）改善基体韧性：基体韧性是关键，Ni能改善基体韧性；
d）细化K：细小、弥散、均匀分布，圆、适量，Cr和V改善K的状态
e）消除回火脆性、保证强度时降低C含量，提高冶金质量，降低杂质元素，保留一定的残余A等。
二、工程结构钢（20%）
△1、工程结构钢的服役特点/性能要求：
载荷作用下结构长期稳定，较高刚度，高的屈服强度和抗拉强度，塑性和韧性好，较小的冷脆倾向性和耐蚀性。良好的工艺性能：冷变形性，可焊性。
△2、工程结构钢中合金元素的作用：
在铁素体－珠光体（工程结构钢的显微组织）钢中，合金元素对强化的贡献有：
①溶入铁素体起固溶强化：溶入铁素体的合金元素均能提高钢的硬度、抗拉强度和屈服强度。
②细化晶粒起细晶强化；
③析出弥散的碳化物、碳氮化物，起沉淀强化：强碳化物形成元素V、Ti、Nb在热轧空冷过程中，从奥氏体沉淀析出V4C3、TiC、NbC，进行沉淀强化。
④增加珠光体含量：合金元素使Fe-C相图的S点左移，增加P数量。
3、强化原理：
细晶强化：根据Hall-Petch公式，钢的晶粒愈细小，钢的屈服强度呈直线上升。
沉淀强化：应用钒、铌、钛的微合金化，使过冷奥氏体发生相间沉淀和铁素体中析出弥散的碳化物和碳氮化物，产生沉淀强化。
4、铁素体-珠光体钢（碳素工程结构钢）的分类：
这类钢服役时的显微组织是铁素体－珠光体，包括碳素工程结构钢、高强度低合金钢和微合金钢。
5、双相钢的定义及性能特点：
双相钢的显微组织是通过在α+γ两相区加热淬火，或热轧后空冷得到20～30％马氏体和80～70％铁素体。马氏体呈小岛状或纤维状分布在铁素体基体上。
双相钢的性能特点是：
①低屈服强度，一般不超过350MPa；
②钢的应力－应变曲线是光滑连续的，无屈服平台，无锯齿形屈服现象；
③高的均匀伸长率和总伸长率；
④高的加工硬化指数；
⑤高的塑性应变比，冲压件保持厚度均匀。
三、机械制造结构钢（重点调质钢）
1、调质钢的定义及强化方式：
调质钢：结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合机械性能，有较高的强度，良好的塑性和韧性。
调质钢的强度主要取决于α相的强度和碳化物的弥散强化作用。
?合金元素硅、锰、镍溶于α相，起固溶强化作用。
?钢中碳的质量分数在0.3~0.5%之间，可保证有足够大的碳化物体积分数以获得高强度。
?合金元素铬、钼、钨、钒可阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大，保持钢的高强度。
铬、钼、钨、钒还阻碍α相的再结晶，能保持细小的晶块结构，使α相也能保持足够高的强度。
2、调质钢的类型（能够举例）：
最普通的调质钢：碳素调质钢，如45钢、45B钢，淬透性低
淬透性较高的钢有40Cr、45Mn2、40MnB、35SiMn等
42CrMo、42MnVB、40CrMnMo、40CrNi、35CrMo为要求淬透性更高一级
高淬透性的调质钢为40CrNiMo、34CrNi3MoV等
3、超低碳马氏体时效钢的成分特点及强化机理：
成分特点：基本出发点是尽可能根除碳的不利作用，使基体得到Fe-Ni型板条马氏体，应用形成金属间相的合金元素（钛、钼、铝）产生高温时效强化。
选择Fe-Ni的原因：
①它在加热和冷却过程中存在相变滞后现象，能提供马氏体在加热到较高温度仍不变化，从而实现较高温时效强化；
②Ni能降低Ti、Mo和Al等元素在α-Fe中的溶解度，从而促进其时效强化效果；
③Ni降低位错运动抗力和位错与间隙元素间的相互作用，促进应力松弛，降低钢的脆性倾向；
④Ni降低MS点，有利于空冷下得到马氏体组织。
其次，加入较多的Co(8~12.5%)，原因是:
①Co提高MS点，有利于得到板条马氏体，并降低钢中的残留奥氏体量，为加入大量降低MS点的元素创造条件；
②Co 与Ni相似之处是降低位错运动抗力和位错与间隙元素间的相互作用能，有利于降低钢脆裂倾向；
③Co降低Mo和W等元素在α-Fe中的溶解度而促进其时效强化，并使Mo的沉淀相均匀细小分布，从而得到Mo+Co的协同高强化效应（远远超过各自单独作用）
4、超低碳马氏体时效钢的用途：
在火箭、宇航技术和航空工业中的应用：固体燃料火箭壳体、发动机焊接壳体、火箭和宇航船的各种零件、火箭支架零件，飞机、直升机的起落架，喷气发动机叶轮，飞机制动器钩、支撑螺栓等。
在工具工业和机器制造工业中的应用：金属热压和冷墩模具，金属和合金压力浇注模具、泵用零件等。本类钢所作的模具和喷射工具比用5％Cr的工模钢的寿命高3～20倍。
在仪表制造工业中的应用：弹性敏感部件、悬挂件等。
4、轴承钢的性能特点：
①高接触疲劳强度
②高硬度, 耐磨性和弹性极限
③足够的韧性和淬透性
④一定耐蚀能力和良好尺寸稳定性
5、轴承钢的成分特点及合金化原则（例：以某一具体材料为例，说明其性能服役特点及合
金化原则）：
①高C：0.95%～1.10%，GCr15中含C%≈1.5%
②基本合金元素Cr（0.40-1.65％）：提高淬透性;细化碳化物;提高耐磨性和接触疲劳抗力;
③辅加元素：Si，Mn提高淬透性;V提高耐磨性，防止过热
④纯度要求极高（S<0.02%, P<0.027%）
6、渗碳钢的定义：
表面渗碳，整体淬火，得到表面是高碳马氏体，沿截面过渡到心部是低碳马氏体或半马氏体，可使表面有高的弯曲和疲劳强度及耐磨性，而心部又有高强度和韧性。
7、弹簧钢的成分特点及合金化原则（填空）：
①中高C：0.45%～0.70%
②主加元素Si, Mn：提高淬透性，提高屈强比
③辅加元素Cr, W, V：细化晶粒, 耐冲击, 高温强度好
④控制杂质：优质（S≤0.04%, P ≤0.04% ）或高级优质（S≤0.03%, P ≤0.035% ）
四、工具钢（15%）
1、工具钢的分类及用途（填空）：
工具钢按用途可分为：刃具钢、模具钢和量具钢。
刃具钢：具有高硬度、高耐磨性、一定的韧性和塑性，有的还要求热硬性。
模具钢：根据工作状态可分为热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢。
量具钢：用来制作量规、卡尺、样板等，要求高硬度、耐磨性和尺寸稳定性。
★2、分类、合金牌号及意义（必考！）：
工具钢可分为碳素工具钢和合金工具钢两大类。
钢号用平均碳含量的千分数的数字和T一起表示。如：T10A （1.0%C，A表示高级优质碳素工具钢）
3、碳素工具钢的合金化原理/合金元素作用（选择或简答）：
主要钢种有Cr2、9SiCr、CrMn、CrWMn等
合金元素的加入为了提高淬透性，可用油淬，减少了变形开裂。
碳化物形成元素的加入细化了碳化物，使合金渗碳体均匀分布且易于球化，改善了钢的韧性。
硅能提高抗回火稳定性，提高刀具的使用寿命。
4、高速工具钢的分类（填空）：
高速钢可分为三类：钨系高速钢，钼系高速钢和钨钼系高速钢。其中钨系的W18Cr4V和钨钼系的W6Mo5Cr4V2应用最普遍，属于通用型高速钢。
5、以W18Cr4V为例，说明合金元素的作用：
①钨是高速钢中获得热硬性的主要元素，在钢中形成M6C，是共晶碳化物的主要组成，它还以二次碳化物由奥氏体中析出。溶在奥氏体中约7～8％的W淬火后保留在马氏体中，提高马氏体抗回火稳定性。在560回火时析出W2C，产生弥散强化。
②钒在钢中主要是以VC存在。淬火加热时，VC部分溶于奥氏体中，淬火后使马氏体抗回火稳定性增高，阻碍马氏体分解，并析出弥散VC产生次生硬化。淬火加热未溶的VC起阻止晶粒长大作用。
③铬：高速钢中主要存在于M23C6，淬火加热时，铬几乎全溶于奥氏体，主要起增加钢的淬透性作用。铬也增加高速钢耐蚀性和增大抗氧化能力，减少粘刀现象，改善刃具切削能力。
6、合金碳化物为M6C 、M23C6 及MC三种类型。
★7、以W18Cr4V为例，说明钢在凝固时发生的反应、析出相及演变规律：
①开始凝固析出δ（高温α）固溶体；
②冷到1400℃发生L+δ→γ的包晶反应；
③在1345℃附近很窄的温度范围进行L+δ→γ+M6C的包共晶反应。
④在1330～1300℃之间发生L→γ+M6C的共晶反应，一直到完全凝固，形成由奥氏体和碳化物组成的共晶莱氏体，存在于奥氏体晶之间，其中碳化物呈鱼骨状，骨骼之间为γ相。⑤凝固后继续冷却时，由奥氏体中析出过共析合金碳化物，在870～800℃间发生γ+M6C →α的包析反应，冷到800℃发生共析反应γ→α+M6C +Fe3C。
⑥W18Cr4V钢中在共晶结晶时还出现VC，并在随后冷却时，由奥氏体中还析出VC和M23C6型碳化物，在低温下未发现Fe3C存在。
★8、以W18Cr4V为例，说明回火过程中组织结构的变化和性能的影响：
(1) 400℃以下回火时，仅从马氏体中析出少量M3C合金渗碳体；
(2) 大于450 ℃时，基体中钨、钼、钒等原子开始扩散，M3C溶解。钨钼M2C型碳化物和钒的MC型碳化物弥散析出产生二次硬化，并在560 ℃达到硬度最高值。同时，马氏体基体中仍保持有0.25%的碳和较高含量的合金元素，有很高的抗回火软化能力。
(3) 在675℃以上，M2C开始溶解，析出M6C、M7C3，M7C3进一步转变为M23C6，基体
中碳已贫化，合金度不断降低，高速钢已显著软化。
五、不锈耐蚀钢（10-15%）
1、 不锈耐蚀钢的分类：
以金相组织分类：奥氏体不锈钢 铁素体不锈钢 马氏体不锈钢 双相不锈钢 沉淀硬化不锈钢
2、金属腐蚀破坏的方式:
①均匀腐蚀 ②晶间腐蚀 ③点腐蚀 ④应力腐蚀 ⑤腐蚀疲劳
▲ 3、晶间腐蚀的现象解释及解决办法：
奥氏体不锈钢的晶间腐蚀主要由钢中的碳所引起。钢中碳含量越高，晶间腐蚀越严重。原因：晶界上析出连续网状富铬的Cr23C6碳化物引起晶界周围基体产生贫铬区，铬含量低于12％，在许多介质中没有钝化能力，贫铬区成为微阳极而发生腐蚀。
解决方法之一：在此敏感温度范围长期加热，通过铬的扩散消除贫铬区，则晶间腐蚀倾向就被消除。当w(C)小于等于0.03%，就没有晶间腐蚀发生。所以，最有效解决奥氏体不锈钢晶间腐蚀倾向的方法是生产超低碳不锈钢，使钢中w(C)小于等于0.03%，如00Cr18Ni10钢。
解决办法之二：加入强碳化物形成元素钛和铌，固定钢中的碳，形成稳定的TiC 或NbC ，排除Cr23C6析出的可能性。
6、 应力腐蚀现象及防止措施（比较难、但不排除考）：
100 200 300 400 500 600
58 60
66 64 62
回火温度/℃
硬
度
应力腐蚀原因分析：是应力和电化学腐蚀共同作用的结果，是滑移－溶解机制。在初始裂纹诱发阶段，张应力引起位错沿滑移面运动移出表面，形成表面滑移台阶，破坏了表面钝化膜，裸露的滑移台阶若来不及修补成完整的钝化膜，就会发生阳极溶解，形成蚀坑，并继续下去，向纵深扩展，在张应力作用下互相联接，形成腐蚀裂缝，最后导致穿晶断裂。
防止应力腐蚀的措施：
（1）采用硅含量为2～4％或铜含量为2％的钢种；
（2）将钢中氮含量降到小于0.04％，并尽量降低杂质含量；
（3）采用高纯度铁素体不锈钢；
（4）采用奥氏体－铁素体复相钢，铁素体体积含量控制在50～70％。
六、耐热钢（15% 基本概念）
1、耐热钢和耐热合金的定义：
高温下工作时，钢和合金将发生原子扩散过程，并引起组织转变，这是与低温部件的根本不同点，因此耐热钢和耐热合金的基本要求是：
良好的高温强度及与之相适应的塑性
有足够高的化学稳定性
2、蠕变强度（极限）：在某温度下，在规定时间达到规定变形(如0.1%)时所能承受的应力。σδ/τt (σ1/100000700 )= 100MPa 700℃持续时间10000小时，总变形量1%时的蠕变极限。持久强度：规定温度和规定时间断裂所能承受的应力。στt (σ100700 ) = 300MPa，700℃持续时间100小时断裂的持久强度为300MPa
持久寿命：规定温度和规定应力作用下拉断的时间。
2、铁素体型耐热钢的分类、强化及应用：
铁素体型耐热钢包括铁素体－珠光体耐热钢、马氏体耐热钢和铁素体耐热钢（工作范围350~650℃）
强化方法：固溶强化和碳化物沉淀强化
用途：多用于锅炉蒸汽管道，在450～620℃蒸汽介质中长期运转。
3、以一种合金为例，阐述某耐热钢的设计及其强化原理
Cr12型马氏体耐热钢：
（1）加入W、Mo后，消除了Cr7C3，只出现单一的（Cr，Mo，W，Fe）23C6，并具有沉淀强化作用。W、Mo除部分溶于M23C6和M6C碳化物外，大部分溶于基体起固溶强
化作用。钢中W、Mo比例影响到钢的强度和韧性，若W低Mo高，则有高韧性和塑性，但蠕变强度较低；反之，则有高蠕变强度而韧性和塑性较低。钢中B起晶界强化作用。
（2）加入V或Nb，能析出VC或NbC，起沉淀强化作用。加入氮后，也能增加沉淀强化数量，有利于加强沉淀强化效应。
七、金属基复合材料（10%）
1、增强体类型、基体与增强体的匹配：
镁和镁合金的增强物主要是石墨纤维。液态镁对石墨纤维润湿性差，在高温下发生化学反应，可通过纤维的表面处理（如用溶胶-凝胶法在纤维上涂覆SiO2涂层）来解决。
在现有的高性能纤维中适合作钛和钛合金基体的增强物的只有SiC。
对于高温合金（超合金）基体目前还无廉价的、高性能低密度的、与基体相容性好的增强物，研究较多的是钨丝和钼丝。
2、在选择基体金属时，应考虑以下几方面：
1）金属基复合材料的使用要求。金属基复合材料的构（零）件的使用性能要求是选择金属基体材料最重要的依据。
2）金属基复合材料组成的特点。在连续纤维增强金属基复合材料中基体的主要作用应是以充分发挥增强纤维的性能为主，基体本身应与纤维有良好的相容性和塑性，而并不是要求基体本身有很高的强度；对于非连续增强（颗粒、晶须、短纤维）金属基复合材料，基体是主要承载物，应具有高的强度。
3）金属基体与增强物的相容性，特别是化学相容性。
3、作为金属基复合材料的增强物应具有以下基本特性：
1）增强物应具有能明显提高金属基体某种所需特性的性能，如高的比强度、比模量、高导热性、耐热性、低热膨胀性等，以便赋予金属基体某种所需的特性和综合性能。
2）增强物应具有良好的化学稳定性。
3）与金属有良好的浸润性，或通过表面处理能与金属良好浸润，以保证增强物与金属基体良好复合和分布均匀。
4）增强物的成本要合理。
金属拉伸实验报告 【实验目的】 1、测定低碳钢的屈服强度R Eh 、R eL及R e 、抗拉强度R m、断后伸长率A和断面收缩率Z。 2、测定铸铁的抗拉强度R m和断后伸长率A。 3、观察并分析两种材料在拉伸过程中的各种现象（包括屈服、强化、冷作硬化和颈缩等现象），并绘制拉伸图。 4、比较低碳钢（塑性材料）与铸铁（脆性材料）拉伸机械性能的特点。 【实验设备和器材】 1、电子万能试验机WD-200B型 2、游标卡尺 3、电子引伸计 【实验原理概述】 为了便于比较实验结果，按国家标准 GB228—76中的有关规定,实验材料要按上述标准做成比例试件,即： 圆形截面试件： L 0 =10d (长试件)
式中: L 0 --试件的初始计算长度(即试件的标距); --试件的初始截面面积; d 0 --试件在标距内的初始直径 实验室里使用的金属拉伸试件通常制成标准圆形截面试件,如图1所示 图1拉伸试件 将试样安装在试验机的夹头中，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力（应根据材料性能和试验目的确定拉伸速度），直到拉断为止，并利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图（图2－2所示）。应当指出，试验机自动绘 图装置绘出的拉伸变形ΔL 主要是整个试样（不只是标距部分）的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素。由于试样开始受力时，头部在夹头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 1、低碳钢（典型的塑性材料） （a ）低碳钢拉伸曲线图 （b ）铸铁拉伸曲线图
当拉力较小时，试样伸长量与力成正比增加，保持直线关系，拉力超过F P 后拉伸曲线将由直变曲。保持直线关系的最大拉力就是材料比例极限的力值F P。 在F P的上方附近有一点是F c，若拉力小于F c而卸载时，卸载后试样立刻恢复原状，若拉力大于F c后再卸载，则试件只能部分恢复，保留的残余变形即为塑性变形，因而F c是代表材料弹性极限的力值。 当拉力增加到一定程度时，试验机的示力指针（主动针）开始摆动或停止不动，拉伸图上出现锯齿状或平台，这说明此时试样所受的拉力几乎不变但变形却在继续，这种现象称为材料的屈服。低碳钢的屈服阶段常呈锯齿状，其上屈服点B′受变形速度及试样形式等因素的影响较大，而下屈服点B则比较稳定（因此工程上常以其下屈服点B所对应的力值F eL作为 材料屈服时的力值）。确定屈服力值时，必须注 意观察读数表盘上测力指针的转动情况，读取测 力度盘指针首次回转前指示的最大力F eH（上屈 服荷载）和不计初瞬时效应时屈服阶段中的最小 力F eL（下屈服荷载）或首次停止转动指示的恒 定力F eL（下屈服荷载），将其分别除以试样的原 图2－3 低碳钢的冷作硬化 始横截面积（S0）便可得到上屈服强度R eH和下屈服强度R eL。即 R = F e H/S0 R e L= F e L/S0 e H 屈服阶段过后，虽然变形仍继续增大，但力值也随之增加，拉伸曲线又继续上升，这说明材料又恢复了抵抗变形的能力，这种现象称为材料的强化。在强化阶段内，试样的变形主要是塑性变形，比弹性阶段内试样的变形大得多，在达到最大力F m之前，试样标距范围内的变形是均匀的，拉伸曲线是一段平缓上升的曲线，这时可明显地看到整个试样的横向尺寸在缩小。此最大力F m为材料的抗拉强度力值，由公式R m=F m/S0即可得到材料的抗拉强度R m。 如果在材料的强化阶段内卸载后再加载，直到试样拉断，则所得到的曲线如图2－3所示。卸载时曲线并不沿原拉伸曲线卸回，而是沿近乎平行于弹性阶
1．试述碳素钢中C的作用。（书上没有，百度的） 答：随C含量的增加，其强度和硬度增加，而塑性韧性和焊接性下降。当含碳量大于0.25时可焊性变差，故压力管道中一般采用含碳量小于0.25的钢。含碳量的增加，其球化和石墨化的倾向增加。 2．描述下列元素在普通碳素钢的作用：(a)锰、(b)硫、(c)磷、(d)硅。（P5、P6） 答：Mn在碳钢中的含量一般小于0.8%。可固溶，也可形成高熔点MnS（1600℃）夹杂物。 MnS在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆，加工后硫化锰呈条状沿轧向分布。 Si在钢中的含量通常小于0.5%。可固溶，也可形成SiO2夹杂物。夹杂物MnS、SiO2将使钢的疲劳强度和塑、韧性下降。S是炼钢时不能除尽的有害杂质。在固态铁中的溶解度极小。 S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔点共晶。发生热脆 (裂)。P也是在炼钢过程中不能除尽的元素。磷可固溶于α-铁。但剧烈地降低钢的韧性，特别是低温韧性，称为冷脆。磷可以提高钢在大气中的抗腐蚀性能。S和P还可以改善钢的切削加工性能。 3.描述下列元素在普通碳素钢的作用：(a)氮、(b)氢、(c)氧。（P6） 答：N在α-铁中可溶解，含过饱和N的钢经受冷变形后析出氮化物—机械时效或应变时效，降低钢的性能。N可以与钒、钛、铌等形成稳定的氮化物，有细化晶粒和沉淀强化。H在钢中和应力的联合作用将引起金属材料产生氢脆。常见的有白点和氢致延滞断裂。 O在钢中形成硅酸盐2MnO?SiO2、MnO?SiO2或复合氧化物MgO?Al2O3、MnO?Al2O3。 4.为什么钢中的硫化锰夹杂要比硫化亚铁夹杂好? （P5） 答：硫化锰为高熔点的硫化物（1600），在高温下具有一定的塑性，不会使钢发生热脆。而硫化铁的熔点较低，容易形成低熔点共晶，沿晶界分布，在高温下共晶体将熔化，引起热脆。 5. 当轧制时，硫化锰在轧制方向上被拉长。在轧制板材时，这种夹杂的缺点是什么? （P5） 答：这些夹杂物将使钢的疲劳强度和塑性韧性下降，当钢中含有大量硫化物时，轧成钢板后会造成分层。 6．对工程应用来说，普通碳素钢的主要局限性是哪些? 答：弹性模量小,不能保证足够的刚度;抗塑性变形和断裂的能力较差;缺口敏感性及冷脆性较大;耐大气腐蚀和海水腐蚀性能差;含碳量高,没有添加合金元素,工艺性差. 7．列举五个原因说明为什么要向普通碳素钢中添加合金元素以制造合金钢? 答：提高淬透性;提高回火稳定性;使钢产生二次硬化;(老师课上只说了这三点) 8、哪些合金元素溶解于合金钢的铁素体?哪些合金元素分布在合金钢的铁素体和碳化物相之间?按照形成碳化物的倾向递增的顺序将它们列出。（P17—P18） 答：①Si、Al、Cr、W、Mo、V、Ti、P、Be、B、Nb、Zr、Ta②Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr 9、叙述1.0~1.8％锰添加剂强化普通碳素钢的机理。 答：①锰可以作为置换溶质原子形成置换固溶体，通过弹性应力场交互作用、电交互作用、化学交互作用阻碍位错运动；②增加过冷奥氏体稳定性，使C曲线右移，在同样的冷却条件下，可以得到片间距细小的珠光体，同时还可起到细化铁素体晶粒的作用，从而达到晶界强化的目的。③促进淬火效应。淬火后希望获得板条马氏体，造成位错型亚结构。 ④通过降低层错能，使位错易于扩展和形成层错，增加位错交互作用，防止交叉滑移。 10、合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？（P15-P16） 答：①V、Cr、W、Mo、Ti、Al②Mn、Co、Ni、Cu ③V、Cr、W、Mo、Ti、Al ④Mn、Co、Ni 11、钢中常见的碳化物类型主要有六种，例如M6C就是其中的一种，另外还有其它哪五种？哪一种碳化物最不稳定？ 答：①MeX、Me2X、Me3X、Me7X3、Me23X6②Me3X
金属材料重点 题型：填空（30-40%），选择(20%,有多选)，简答（10%+10%），问答（10%+10%+20%） 一、钢的物理冶金基础（15%） 1、钢的分类（填空、多选） 结构钢： 工程结构钢：铁素体－珠光体钢、低碳贝氏体钢、马氏体钢 机械制造结构钢：渗碳钢、调质钢、轴承钢、高合金超高强度结构钢、弹簧钢等工具钢：碳素工具钢、低合金工具钢、高速工具钢、冷作模具钢、热作模具钢等 不锈耐蚀钢 耐热钢 2、铁碳相图中的反应及平衡温度： 包晶转变：LB+δH→γJ（1495℃，单相A） 共晶转变：LC→γB+Fe3C（1148℃，A体+Fe3C：Ld ） 共析转变：γS→αP+Fe3C（727 ℃，F体+Fe3C：P） 3、退火的定义、目的及得到的组织： 退火：将钢加热到奥氏体化温度Ac1（727℃）以上或以下温度，保温，炉冷以获得平衡状态组织（扩散型相变，加热速度为0.125℃/分时A1的温度为Ac1）。 目的：稳定组织，成分和组织均匀，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善成形和加工性能。 4、马氏体（M）转变特点（简答）：
1) 无扩散：Fe 和C 原子都不进行扩散，M是体心正方的C过饱和的F，固溶强化显著。 2) 瞬时性：M 的形成速度很快，106mm/s。温度↓则转变量↑。 3) 不彻底：M 转变总要残留少量A，A中的C%↑则MS、Mf ↓，残余A含量↑ 4) M形成时体积↑，造成很大内应力。 5）切变共格性：表面产生浮凸。 ☆5、钢中杂质的种类（填空）： 常存杂质：Mn、Si、Al、S、P等 由脱氧剂带入（Mn、Si、Al）的或矿石中存在的（S、P） 隐存杂质：O、H、N，极其微量，有溶解度 偶存杂质：Cu、Sn、Pb、Ni、Cr等，与矿石和废钢有关 ☆6、合金元素在钢中的分布/存在方式/状态： 溶解于固溶体中，置换和间隙固溶体； 溶于渗碳体中形成合金渗碳体或单独与碳、氮等作用形成碳、氮化合物； 形成金属间化合物； 形成氧化物、硫化物等夹杂物； 以纯金属相存在，如Cu、Pb等； 偏聚 7、什么叫奥氏体形成元素、铁素体形成元素？ 在γ-Fe中有较大溶解度并能稳定γ-Fe的元素称为奥氏体形成元素； 而在α-Fe中有较大溶解度并使γ-Fe不稳定的元素，称为铁素体形成元素。 △8、金属间化合物的种类（填空，掌握重要类型）： 合金钢中比较重要的金属间化合物有σ相、AB2相（laves拉维斯相）及AB3相（有序相）。 9、合金钢的回火脆性，原因及解决办法： 提高韧性、降低脆性、稳定组织，但200~350 ℃，450~650℃之间回火，冲击韧性出现两个低谷，称为回火脆性。 （a）第一类回火脆性/低温回火脆性（200~350 ℃） 原因：Fe3C薄膜在原A或M晶界形成，降低晶界强度；P、S、Bi等元素偏聚于晶界合金元素作用：Mn、Cr、Ni促进，Mo、Ti、V等改善，Si推迟脆性温度区。 （b）第二类回火脆性/高温回火脆性（450~650 ℃） 原因：Sb、S、As、P、O、N等杂质元素偏聚于晶界，或形成网状化合物，高于回火温
金属材料学复习资料 题型：判断，选择，简答，问答 第一章 1.要清楚的三点： 1)同一零件可用不同材料及相应工艺。例：调质钢；工具钢 代用 调质钢：在机械零件中用量最大，结构钢在淬火高温回火后具有良好的综合力学性能，有较高的强韧性。适用于这种处理的钢种成为调质钢。调质钢的淬透性原则，指淬透性相同的同类调质钢可以互相代用。 2)同一材料，可采用不同工艺。例：T10钢，淬火有水、水- 油、分级等。强化工艺不同，组织有差别，但都能满足零件要求。力求最佳的强化工艺。 淬火冷却方式常用水-油双液淬火、分级淬火。成本低、工艺性能好、用量大。 3)同一材料可有不同的用途。例：602有时也可用作模具。低合 金工具钢也可做主轴，15也可做量具、模具等。 602是常用的硅锰弹簧钢，主要用于汽车的板弹簧。低合金工具钢可制造工具尺寸较大、形状比较复杂、精度要求相对较高的模具。15只在对非金属夹杂物要求不严格时，制作切削
工具、量具和冷轧辊等。 2.各种强化机理（书24页） 钢强化的本质机理：各种途径增大了位错滑移的阻力，从而提高了钢的塑性变形抗力，在宏观上就提高了钢的强度。 1)固溶强化：原子固溶于钢的基体中，一般都会使晶格发生畸 变，从而在基体中产生弹性应力场，弹性应力场与位错的交互作用将增加位错运动的阻力。从而提高强度，降低塑韧性。 2)位错强化：随着位错密度的增大，大为增加了位错产生交割、 缠结的概率，所以有效阻止了位错运动，从而提高了钢的强度。但在强化的同时，也降低了伸长率，提高了韧脆转变温度。 3)细晶强化：钢中的晶粒越细，晶界、亚晶界越多，可有效阻 止位错运动，并产生位错塞积强化。细晶强化既提高了钢的强度，又提高了塑性和韧度，所以是最理想的强化方法。 4)第二相强化：钢中微粒第二相对位错有很好的钉扎作用，位 错通过第二相要消耗能量，从而起到强化效果。 根据位错的作用过程，分为切割机制和绕过机制。 根据第二相形成过程，分为回火时第二相弥散沉淀析出强化； 淬火时残留第二相强化。
材料的拉伸试验 实验内容及目的 （1）测定低碳钢材料在常温、静载条件下的屈服强度s σ、抗拉强度b σ、伸长率δ和断面收缩率ψ。 （2）掌握万能材料试验机的工作原理和使用方法。 实验材料及设备 低碳钢、游标卡尺、万能试验机。 试样的制备 按照国家标准GB6397—86《金属拉伸试验试样》，金属拉伸试样的形状随着产品的品种、规格以及试验目的的不同而分为圆形截面试样、矩形截面试样、异形截面试样和不经机加工的全截面形状试样四种。其中最常用的是圆形截面试样和矩形截面试样。 如图1所示，圆形截面试样和矩形截面试样均由平行、过渡和夹持三部分组成。平行部分的试验段长度l 称为试样的标距，按试样的标距l 与横截面面积A 之间的关系，分为比例试样和定标距试样。圆形截面比例试样通常取d l 10=或 d l 5=，矩形截面比例试样通常取A l 3.11=或A l 65.5=，其中，前者称为长比例 试样（简称长试样），后者称为短比例试样（简称短试样）。定标距试样的l 与A 之间无上述比例关系。过渡部分以圆弧与平行部分光滑地连接，以保证试样断裂时的断口在平行部分。夹持部分稍大，其形状和尺寸根据试样大小、材料特性、试验目的以及万能试验机的夹具结构进行设计。 对试样的形状、尺寸和加工的技术要求参见国家标准GB6397—86。
（a ） （b ） 图1 拉伸试样 （a ）圆形截面试样；（b ）矩形截面试样 实验原理 进行拉伸试验时，外力必须通过试样轴线，以确保材料处于单向应力状态。低碳钢具有良好的塑性，低碳钢断裂前明显地分成四个阶段： 弹性阶段：试件的变形是弹性的。在这个范围内卸载，试样仍恢复原来的尺寸，没有任何残余变形。 屈服（流动)阶段：应力应变曲线上出现明显的屈服点。这表明材料暂时丧失抵抗继续变形的能力。这时，应力基本上不变化，而变形快速增长。通常把下屈服点作为材料屈服极限（又称屈服强度），即A F s s = σ，是材料开始进入塑性的标志。结构、零件的应力一旦超过屈服极限，材料就会屈服，零件就会因为过量变形而失效。因此强度设计时常以屈服极限作为确定许可应力的基础。 强化阶段：屈服阶段结束后，应力应变曲线又开始上升，材料恢复了对继续变形的抵抗能力，载荷就必须不断增长。D 点是应力应变曲线的最高点，定义为材料的强度极限又称作材料的抗拉强度，即A F b b = σ。对低碳钢来说抗拉强度是材料均匀塑性变形的最大抗力，是材料进入颈缩阶段的标志。 颈缩阶段：应力达到强度极限后，塑性变形开始在局部进行。局部截面急剧收缩，承载面积迅速减少，试样承受的载荷很快下降，直到断裂。断裂时，试样的弹性变形消失，塑性变形则遗留在破断的试样上。 材料的塑性通常用试样断裂后的残余变形来衡量，单拉时的塑性指标用断后伸长率δ和断面收缩率ψ来表示。即 %1001?-= l l l δ
第一章钢中的合金元素 1、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为哪几种 答：开启γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素 扩展γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素 封闭γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素 缩小γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 2、合金元素对钢γ相区和共析点会产生很大影响，请举例说明这种影响的作用 答：合金元素对α-Fe、γ-Fe、和δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和A4均有很大影响 A、奥氏体（γ）稳定化元素 这些合金元素使A3温度下降，A4温度上升，即扩大了γ相区，它包括了以下两种情况：（1）开启γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素 （2）扩展γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素 B、铁素体（α）稳定化元素 （1）封闭γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅 （2）缩小γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素 3、请举例说明合金元素对Fe-C相图中共析温度和共析点有哪些影响 答： 1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度 扩大γ相区元素：降低了A3，降低了A1 缩小γ相区元素：升高了A3，升高了A1 2、改变了共析体的含量 所有的元素都降低共析体含量 第二章合金的相组成 1、什么元素可与γ-Fe形成固溶体，为什么
答：镍可与γ-Fe形成无限固溶体 决定组元在置换固溶体中的溶解条件是： 1、溶质与溶剂的点阵相同 2、原子尺寸因素（形成无限固溶体时，两者之差不大于8%） 3、组元的电子结构（即组元在周期表中的相对位置） 2、间隙固溶体的溶解度取决于什么举例说明 答：组元在间隙固溶体中的溶解度取决于： 1、溶剂金属的晶体结构 2、间隙元素的尺寸结构 例如：碳、氮在钢中的溶解度，由于氮原子小，所以在α-Fe中溶解度大。 3、请举例说明几种强、中等强、弱碳化物形成元素 答：铪、锆、鈦、铌、钒是强碳化物形成元素；形成最稳定的MC型碳化物钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素 锰、铁、铬是弱碳化物形成元素 第四章合金元素和强韧化 1、请简述钢的强化途径和措施 答：固溶强化 细化晶粒强化 位错密度和缺陷密度引起的强化 析出碳化物弥散强化 2、请简述钢的韧化途径和措施 答：细化晶粒 降低有害元素含量 调整合金元素含量
abaner 拉伸试验报告 [键入文档副标题] [键入作者姓名] [选取日期] [在此处键入文档的摘要。摘要通常是对文档内容的简短总结。在此处键入文档的摘要。 摘要通常是对文档内容的简短总结。] 拉伸试验报告 一、试验目的 1、测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度与塑性性能 2、测定低碳钢的应变硬化指数和应变硬化系数 二、试验要求： 按照相关国标标准（gb/t228-2002：金属材料室温拉伸试验方法）要求完成试验测量工 作。 三、引言 低碳钢在不同的热处理状态下的力学性能是不同的。为了测定不同热处理状态的低碳钢 的力学性能，需要进行拉伸试验。 拉伸试验是材料力学性能测试中最常见试验方法之一。试验中的弹性变形、塑性变形、 断裂等各阶段真实反映了材料抵抗外力作用的全过程。它具有简单易行、试样制备方便等特 点。拉伸试验所得到的材料强度和塑性性能数据，对于设计和选材、新材料的研制、材料的 采购和验收、产品的质量控制以及设备的安全和评估都有很重要的应用价值和参考价值 通过拉伸实验测定低碳钢在退火、正火和淬火三种不同热处理状态下的强度和塑形性能， 并根据应力-应变曲线，确定应变硬化指数和系数。用这些数据来进行表征低碳钢的力学性能， 并对不同热处理的低碳钢的相关数据进行对比，从而得到不同热处理对低碳钢的影响。 拉伸实验根据金属材料室温拉伸试验方法的国家标准，制定相关的试验材料和设备，试 验的操作步骤等试验条件。 四、试验准备内容 具体包括以下几个方面。 1、试验材料与试样 （1）试验材料的形状和尺寸的一般要求 试样的形状和尺寸取决于被试验金属产品的形状与尺寸。通过从产品、压制坯或铸件切 取样坯经机加工制成样品。但具有恒定横截面的产品，例如型材、棒材、线材等，和铸造试 样可以不经机加工而进行试验。 试样横截面可以为圆形、矩形、多边形、环形，特殊情况下可以为某些其他形状。原始 标距与横截面积有l?ks0关系的试样称为比例试样。国际上使用的比例系数k的值为5.65。 原始标距应不小于15mm。当试样横截面积太小，以至采用比例系数k=5.65的值不能符合这 一最小标距要求时，可以采用较高的值，或者采用非比例试样。 本试验采用r4试样，标距长度50mm，直径为18mm。 尺寸公差为±0.07mm，形状公差为0.04mm。 （2）机加工的试样 如果试样的夹持端与平行长度的尺寸不同，他们之间应以过渡弧相连，此弧的过渡半径 的尺寸可能很重要。 试样夹持端的形状应适合试验机的夹头。试样轴线应与力的作用线重合。 （5）原始横截面积的测定
1.工程材料的主要性能分为（1）使用性能和（2）工艺性能。（1）又包括力学性能、物理性能和化学性能等。 2.金属的变形包括弹性变形和塑性变形。 3.通过拉伸试验可测得的强度指标主要有屈服强度和抗拉强度；可测得的塑性指标有延伸率和断面收缩率。 4.常见的金属晶格类型有体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格三种类型。α–Fe 属于体心立方晶格，γ–Fe属于面心立方晶格，δ–Fe属于体心立方晶格。 5.实际金属的晶体缺陷有点缺陷（空位或间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）。 6.金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。金属的冷却速度越快，过冷度越大，获得的晶粒越细。 7.细化金属材料的晶粒，可使金属的强度、硬度提高，塑性、韧性提高；在生产中常用的细化晶粒的方法有增大过冷度、变质处理、机械搅拌和振动；压力加工再结晶；热处理。 8.合金的晶体结构有固溶体和金属化合物，其中固溶体具有良好的塑性，金属化合物具有高的硬度和脆性。 9.在铁碳合金的基本组织中，珠光体属于复相结构，它由铁素体和渗碳体按一定比例组成，珠光体用符号P表示。 10.铁碳合金相结构中，属于固溶体的有铁素体和奥氏体；其中铁素体是碳在α–Fe中形成的固溶体。 11.铁碳合金的力学性能随含碳量的增加，其强度和硬度增高，而塑性和韧性降低。但当w C>1.0%时，强度随其含碳量的增加而降低。 12.铁碳合金中，共析钢w C为0.77%，室温平衡组织为P；亚共析钢w C为<0.77%，室温平衡组织为P+F；过共析钢w C为>0.77%，室温平衡组织为P+Fe3C；共晶白口生铁w C为4.3%，室温平衡组织为Ld'；亚共晶白口生铁w C为<4.3%，室温平衡组织为P+Fe3C II+Ld'；过共晶白口生铁w C为>4.3%，室温平衡组织为Fe3C I+Ld'。 13.按碳的质量分数的不同.碳素钢可分为高碳钢、中碳钢和低碳钢三类；钢硫、磷杂质质量分数的不同，钢可分为普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢三类。 二、简答题与应用题 1.材料的常用力学性能指标有那些？若某种材料的零件在使用过程中突然发生断裂，是由于那些力学性能指标不足所造成的？ (1)常用力学性能指标有: 强度、塑性、刚度、硬度、冲击韧性、疲劳强度。 (2) 零件在使用过程中突然发生断裂，是由于强度、塑性、冲击韧性、疲劳强度等力学性能指标不足所造成的。 2．画出低碳钢的应力-应变曲线，并简述拉伸变形的几个阶段。 oe段：弹性变形
金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆 垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶格类型fcc(A1)bcc(A2)hcp(A3) 间隙类型正四面体正八面体四面体扁八面体四面体正八面 体 间隙个数84126126 原子半径 r A a 4 2a 4 3 2 a 间隙半径 r B () 4 2 3a -()42 2 a -()43 5a -()43 2a -()42 6a -()21 2a - 晶胞：在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，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。 基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。
金属的拉伸实验一 一、实验目的 1、测定低碳钢的屈服强度二S、抗拉强度匚b、断后延伸率「?和断面收缩率'■ 2、观察低碳钢在拉伸过程中的各种现象，并绘制拉伸图（ F —「丄曲线） 3、分析低碳钢的力学性能特点与试样破坏特征 二、实验设备及测量仪器 1、万能材料试验机 2、游标卡尺、直尺 三、试样的制备 试样可制成圆形截面或矩形截面，采用圆形截面试件，试件中段用于测量拉伸变形，其 长度I。称为“标矩”。两端较粗部分为夹持部分，安装于试验机夹头中，以便夹紧试件。试验表明，试件的尺寸和形状对材料的塑性性质影响很大，为了能正确地比较材料力学性能，国家对试件的尺寸和形状都作了标准化规定。直径d0= 20mm ,标矩 I。=2O0nm（k 1 0或I0 =100mm（l0 =5d0）的圆形截面试件叫做“标准试件”，如因原 料尺寸限制或其他原因不能采用标准试件时，可以用“比例试件”。 四、实验原理 在拉伸试验时，禾U用试验机的自动绘图器可绘出低碳钢的拉伸曲线，见图2-11所示的F —△L曲线。图中最初阶段呈曲线，是由于试样头部在夹具内有滑动及试验机存在间隙等原因造成的。分析时应将图中的直线段延长与横坐标相交于O点，作为其坐标原点。拉伸曲 线形象的描绘出材料的变形特征及各阶段受力和变形间的关系，可由该图形的状态来判断材 料弹性与塑性好坏、断裂时的韧性与脆性程度以及不同变形下的承载能力。但同一种材料的 拉伸曲线会因试样尺寸不同而各异。为了使同一种材料不同尺寸试样的拉伸过程及其特性点 便于比较，以消除试样几何尺寸的影响，可将拉伸曲线图的纵坐标（力F）除以试样原始横 截面面积并将横坐标（伸长△ L）除以试样的原始标距I。得到的曲线便与试样尺寸无关，此曲线称为应力一应变曲线或R —；曲线，如图2 —12所示。从曲线上可以看出，它与拉伸 图曲线相似，也同样表征了材料力学性能。 爲一上屈服力：①一下屈服力'厂最尢力；叫一断裂后塑性伸恰业一彈性佃长 團2—11低碳钢拉伸曲线 拉伸试验过程分为四个阶段，如图2—11和图2-12所示。 （1 ）、弹性阶段OC。在此阶段中拉力和伸长成正比关系，表明钢材的应力与应变为线性关系，完全遵循虎克定律，如图2-12所示。若当应力继续增加到C点时，应力和应变的关系不再是线性关系，但变形仍然是弹性的，即卸除拉力后变形完全消失。
第一章钢的合金化原理 1．名词解释 1）合金元素: 特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。(常用M来表示) 2）微合金元素: 有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B， 0.001%；V，0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。 3）奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如 Mn, Ni, Co, C, N, Cu； 4）铁素体形成元素: 在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V， Nb, Ti 等。5）原位析出: 元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物如Cr钢中的Cr： ε-Fe x C→Fe3C→（Fe, Cr）3C→（Cr, Fe）7C3→（Cr, Fe）23C6 6）离位析出:在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使硬度和强度提高（二次硬化效应）。如 V，Nb, Ti等都属于此类型。 2．合金元素V、Cr、W、Mo、Mn、Co、Ni、Cu、Ti、Al中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？ 答：铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al； 奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu； 能在α-Fe中形成无限固溶体：V、Cr； 能在γ-Fe 中形成无限固溶体：Mn、Co、Ni 3．简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？（1）扩大γ相区：使A3降低，A4升高一般为奥氏体形成元素 分为两类：a.开启γ相区：Mn, Ni, Co 与γ-Fe无限互溶. b.扩大γ相区：有C，N，Cu等。如Fe-C相图，形成的扩大的γ相区，构成了钢的热处理的基础。 （2）缩小γ相区：使A3升高，A4降低。一般为铁素体形成元素 分为两类:a.封闭γ相区：使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈,其结果使δ相区与α相区连成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb。 b.缩小γ相区：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等 （3）生产中的意义：(请补充)。 4．简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。 答：1）改变了奥氏体区的位置：（请补充） 2）改变了共晶温度：（l）扩大γ相区的元素使A1，A3下降；如：（请补充）
第一章 1、材料的基本概念 材料是人类赖以生存的基础，材料的发展和进步伴随着人类文明发展和进步的全过程。材料是国民经济建设，国防建设和人民生活不可缺少的重要组成部分，是社会现代化的物质基础与先导。 材料，尤其是新材料的研究、开发与应用反映着一个国家的科学技术与工业水平。 材料特别是新材料与社会现代化及现代文明的关系十分密切，新材料对提高人民生活，增加国家安全，提高工业生产率与经济增长提供了物质基础，因此新材料的发展十分重要。 材料是一切科学技术的物质基础，而各种材料的起点主要来源于材料的化学制备和化学改性。 2、什么是材料科学工程 具有物理学、化学、冶金学、金属学、陶瓷学、计算数学等多学科交叉与结合的特点，并且具有鲜明的工程性。 3、什么是材料化学 材料化学在研究开发新材料中的作用，就是用化学理论和方法来研究功能分子以及由功能分子构筑的材料的结构与功能关系，使人们能够设计新型材料，提供的各种化学合成反应和方法使人们可以获得具有所设计结构的材料。 采用新技术和新工艺方法，合成新物质和新材料，通过化学反应实现各组分在原子或分子水平上的相互转换过程。涉及材料的制备、组成、结构、性质及其应用的一门科学。 材料化学既是材料科学的一个重要分支，也是材料科学的核心内容。同时又是化学学科的一个组成部分，具有明显的交叉学科、边缘学科的性质。是材料学专业学生的一门重要的专业基础知识课程。 4、材料的分类 （1）按照材料的使用性能：可分为结构材料与功能材料两类 结构材料的使用性能主要是力学性能； 功能材料的使用性能主要是光、电、磁、热、声等功能性能。 （2）以材料所含的化学物质的不同将材料分为四类：金属材料、非金属材料、高分子材料及由此三类材料相互组合而成的复合材料。 第二章 1、原子结合---键合 两种主要类型的原子键：一次键和二次键。 （1）一次键的三个主要类型：离子键、共价键和金属键。（一次键都涉及电子的转移，或者是电子的共用。）一次键通常比二次键强一个数量级以上。 ①金属键：自由电子和正离子组成的晶体格子之间的相互作用就是金属键。没有方向性和饱和性的。 ②离子键：包含正电性和负电性两种元素的化合物最通常的键类型为离子键。阴阳离子的电子云通常都是球形对称的，故离子键没有方向性和饱和性。 ③共价键：由两个原子共有最外层电子的键合，使每个原子都达到稳定的饱和电子层。共价键具有方向性和饱和性。 （2）二次键：范德华键（二次键既不涉及电子的转移，也不涉及电子的共用。） 以弱静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的，比前3种键合力要弱得多。包含色散效应、分子极化、氢键。 ①色散效应：对称的分子和惰性气体原子，由于电子运动的结果，有时分子或原子的内部会发生电子的偏离而引起瞬时的极化，形成诱导瞬间电偶极子，就会产生很弱的吸引力，这样的吸引力在其它力不存在时能使分子间产生结合。 ②分子极化：原子、离子及分子的电荷并不是固定在一定部位上，它们在相互靠近时，电荷会发生偏移，形成
金属材料拉伸试验报告 一、实验目的 1.观察低碳钢和铸铁在拉伸过程中的各种现象（包括屈服，强化和颈缩等现象），特别是外力和变形间的关系，并绘制拉伸图。 2.测定低碳钢的屈服极限σs，强度极限σb，延伸率δ和截面收缩率ψ。 3.测定铸铁的强度极限σb。 4.观察断口，比较低碳钢和铸铁两种材料的拉伸性能和破坏特点。 二、实验设备和仪器 1.万能材料实验机 2.游标卡尺 三、实验原理 为了便于比较实验结果，按国家标准GB228—76中的有关规定,实验材料要按上述标准做成比例试件,即 圆形截面试件l0 =10d0 (长试件) l0 =5 d0 (短试件) 矩形截面试件 l0 =11.3 A (长试件) O l0 =5.65 A (短试件) O 式中: l0 --试件的初始计算长度(即试件的标距); --试件的初始截面面积; d0 --试件在标距内的初始直径
实验室里使用的金属拉伸试件通常制成标准圆形截面试件,如图1所示 图1拉伸试件 金属拉伸实验是测定金属材料力学性能的一个最基本的实验，是了解材料力学性能最全面，最方便的实验。本试验主要是测定低碳钢和铸铁在轴向静载拉伸过程中的力学性能。在试验过程中，利用实验机的自动绘图装置可绘出低碳钢的拉伸图（如图2所示）和铸铁的拉伸图。由于试件在开始受力时，其两端的夹紧部分在试验机的夹头内有一定的滑动，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 图2 试件拉伸图
对于低碳钢，在确定屈服载荷P S 时，必须注意观察试件屈服时测力度盘上主动针的转动情况，国际规定主动针停止转动时的恒定载荷或第一次回转的最小载荷值为屈服载荷P S ，故材料的屈服极限为 0 s s A P = σ 试件拉伸达到最大载荷之前，在标距范围内的变形是均匀的。从最大载荷开始，试件产生颈缩，截面迅速变细，载荷也随之减小。因此，测测力度盘上主动针开始回转，而从动针则停留在最大载荷的刻度上，给我们指示出最大载荷，则材料的强度极限为:0 A P b b = σ 试件断列后，将试件的断口对齐，测量出断裂后的标距l 1和断口处的直径d 1 ，则材料的延伸率δ和截面收缩率Ψ分别为:0 1l l l -= δ×100% 0 1 0A A A -= ψ×100% ×× 式中，l 0 , A 0分别为试验前的标距和横截面面积； l 1 , A 1分别为试验后的标距和断口处的横截面面积。 如果断口不在试件距中部的三分之一区段内，则应按国家标准规定采用断口移中法来计算试件拉断后的标距l 1 。其具体方法是：试验前先在试件的标距内，用刻线器刻划等间距的标点或圆周11个，即将标距长度分为10等份。试验后将拉断的试件断口对齐，如图3—3所示，以断口O 为起点，在长段上取基本等于短段的格数得B 点．当长段所余格数为偶数时，如图３―３（a ）所示，则取所余格数的一半得C 点，于是l 1＝AB+2BC
《金属材料学》复习总结 第1章：钢的合金化概论 一、名词解释： 合金化：未获得所要求的组织结构、力学性能、物理性能、化学性能或工艺性能而特别在钢铁中加入某些元素，称为合金化。 过热敏感性：钢淬火加热时，对奥氏体晶粒急剧长大的敏感性。 回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力。 回火脆性：淬火钢回火后出现韧性下降的现象。 二、填空题： 1.合金化理论是金属材料成分设计和工艺过程控制的重要原理，是材料成分、工艺、组织、 性能、应用之间有机关系的根本源头，也是重分发结材料潜力和开发新材料的基本依据。 2.扩大A相区的元素有：Ni、Mn、Co（与Fe -γ无限互溶）；C、N、Cu（有限互溶）； α无限互溶）；Mo、W、Ti（有限互溶）； 扩大F相区的元素有：Cr、V（与Fe - 缩小F相区的元素有：B、Nb、Zr（锆）。 3.强C化物形成元素有：Ti、Zr、Nb、V； 弱C化物形成元素有：Mn、Fe； 4.强N化物形成元素有：Ti、Zr、Nb、V； 弱N化物形成元素有：Cr、Mn、Fe； 三、简答题： 1.合金钢按照含量的分类有哪些？具体含量是多少？按含碳量划分又如何？ ●按照合金含量分类：低合金钢：合金元素总量<5%； 中合金钢：合金元素总量在5%～10%； 高合金钢：合金元素总量>10%； ●按照含碳量的分类：低碳钢：w c≤0.25%； 中碳钢：w c=0.25%～0.6%； 高碳钢：w c>0.6%； 2.加入合金元素的作用？ ①：与Fe、C作用，产生新相，组成新的组织与结构； ②：使性能改善。 3.合金元素对铁碳相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？ (1)A形成元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni等； F形成元素均是S、E点向左上方移动，如Cr、V等 (2)S点向左下方移动，意味着共析C含量减小，使得室温下将得到A组织； E点向左上方移动，意味着出现Ld的碳含量会减小。 4.请简述合金元素对奥氏体形成的影响。 (1)碳化物形成元素可以提高碳在A中的扩散激活能，对A形成有一定阻碍作用； (2)非碳化物形成元素Ni、Co可以降低碳的扩散激活能，对A形成有一定加速作用。 (3)钢的A转化过程中存在合金元素和碳的均匀化过程，可以采用淬火加热来达到成 分均匀化。 5.有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大？组织奥氏体晶粒长大有什么好处？ (1)Ti、Nb、V等强碳化物形成元素会强烈阻止奥氏体晶粒长大，因为：Ti、Nb、V等
一、课程的性质和要求 1、课程性质 金属材料学是一门综合性比较强的专业主干课。在学生学过材料科学基础（或金属学原理）、材料组织控制原理、材料组织控制工艺（或材料强韧化）及材料力学性能等课程的基础上，系统地介绍金属材料合金化的一般规律及各类主要金属材料的成分、工艺、组织和性能之间的关系。通过课堂讲授、综合性实验、综合性作业等环节，培养学生分析问题和解决问题的能力。 2、课程要求 1）掌握主要金属材料的合金化基本原理，了解材料成分设计和工艺设计的依据，为发掘材料潜力和开发新材料打下一个理论基础； 2）了解各种典型材料的成分、工艺、组织结构和性能之间的有机关系； 3）能初步从零件的服役条件出发，对材料提出合理的技术要求，正确地选择材料并合理制订工艺。 3、课程改革 《金属材料工程》专业是江苏省品牌专业。在新的专业内涵下，进行了课程体系的重构。专业主干课程内容和教学方法的改革也是品牌专业建设的重要内容。《金属材料学》是该专业主干课程中涉及综合性知识的一门课程，从知识结构来说，它是一门该专业最后的综合性主干课，也是学生在今后工作岗位上最有实践指导意义的一门课程。根据专业建设的情况和课程特点，对该课程的教学进行了改革。主要是精简和补充内容、编制多媒体电子课件、改革教学方法、开展课堂讨论、增加综合性作业，选编习题和布置课堂思考题、设计综合性实验等。目的是使学生对专业有一个系统的认识，理解专业知识的主线、核心和思想，培
养学生分析问题和解决问题的能力。编写《习题和思考题》是其中部分的内容。 结合20多年的教学经验和对课程内涵、重点和难点的深入理解，编写了具有特色的相应教材。 二、习题和思考题 绪论 01、1958年世界工业博览会在比利时召开，博览会大楼，是由9个巨大金属球组成，球直径为18米，8球位于立方体角，1球在中心。这象征什么? 说明什么意义? 02、为纪念世界第一位宇航员加加林，莫斯科列宁大街上建造了40英尺高的雕象，雕象材料是钛合金。为什么用钛合金做? 代表什么意义? 03、金子从古到今都作为世界上的流通货币，为什么? 铜是人类最早认识和使用的金属，为什么? 04、1983年在上海召开的第4届国际材料及热处理大会的会标是小炉匠锤打的图案，代表什么意义?为什么古代著名的刀剑都要经过反复锻打? 05、为什么要提出构筑循环型材料产业的发展方向? 钢合金化原理 1、为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下总是有害的? 2、钢中常用的合金元素有哪些? 哪些是奥氏体形成元素? 哪些是铁素体形成元素? 3、哪些是碳化物形成元素? 哪些是非碳化物形成元素? 4、钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类? 各有什么特点? 什么叫合金渗碳体和特殊碳化物? 5、简述合金钢中碳化物形成规律。 6、合金元素对Fe-Fe3C相图上的S、E点有什么影响? 这种影响意味着什么? 7、试述钢在退火态、淬火态及淬火-回火态下，不同合金元素的分布状况? 8、有哪些合金元素强烈阻止奥氏体晶粒的长大? 阻止奥氏体晶粒的长大有
塑料力学性能实验（拉伸实验、弯曲实验） 一、实验目的： 1、通过等速应变实验得到聚合物材料大形变的应力-应变曲线，正确理解杨氏模量、屈服强度、弯曲强度、拉伸强度和断裂伸长率等评价材料力学性能的特征参数的物理意义； 2、观察聚合物材料特有的应变软化现象和塑性不稳定性--细颈； 3、了解聚合物应力-应变曲线的各种类型和屈服点特症； 4、掌握材料试验机的使用方法。 二、实验原理： 图 14-1所示的棒，在它的两个端头A 0上受到两个大小相等、方向相反的正向拉力P ，则拉伸应力为 σt =A p 0 。如果力P 把棒从原长l 0拉长到l ，拉 伸应变ε1=l l l 00 -=l l 0 ?，σt 、ε1 之比就是杨氏模量E= ε σ1 t 。单向拉伸时，不仅在拉伸方向有外形 尺寸的变化，而且在垂直于拉力p 的方向上也 图14-1单向拉伸 伴有尺寸的变化(横向收缩)。如果横向尺寸分别出b 0、d 0变为b 、d ，则横 向应变为b b b 0 2 -= ε和d d d 0 3 -= ε。泊松比γ是将这此外形尺寸的变化相互 联系起来的常数，它定义为横向收缩对纵向拉伸之比，γ= ε ε εε1 31 2=。由此可见， 材料受力时，在外形尺寸改变的同时它的体积也发生了变化。一般来说，当材料处于拉应力下其体积增加，此时泊松比小于1／2。可以证明，如果拉伸时材料体积不变，则泊松比等于1／2。橡胶和流体的泊松比接近1／2，即它们拉伸时体积几乎不变。实验表明，对大多数聚合物，在拉伸时的体积变化相对于其形状改变来说是可以忽略不计的。因此，由单向拉伸实验得到的资料可以与简单剪切实验得到的资料相比较。在小形变时，剪切模量（G ）和杨氏模量E≈3G 的近似关系。拉伸实验是很容易实现的，从聚合物材料的拉伸图上可以得到很多有用的
精品文档钢中的合金元素第一章 相区的影响可分为哪几种？1、合金元素对纯铁γ相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素答：开启γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素扩展γ相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅属于此类合金元素封闭γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素缩小γ 2、合金元素对钢γ相区和共析点会产生很大影响，请举例说明这种影响的作用均A4δ-Fe的相对稳定性以及同素异晶转变温度A3和答：合金元素对α-Fe、γ-Fe、和有很大影响）稳定化元素A、奥氏体（γ它包括了以下两种情况：温度上升，即扩大了γ相区，A4 这些合金元素使A3温度下降，相区的元素：镍、锰、钴属于此类合金元素（1）开启γ相区元素：碳、氮、铜属于此类合金元素（2）扩展γ）稳定化元素B、铁素体（α相区的元素：钒、鈦、钨、钼、铝、磷、铬、硅1）封闭γ（）缩小2γ相区的元素：硼、锆、铌、钽、硫属于此类合金元素（、请举例说明合金元素对Fe-C相图中共析温度和共析点有哪些影响？3 答： 1、改变了奥氏体相区的位置和共析温度A1 A3，降低了γ扩大相区元素：降低了A1 A3，升高了缩小γ相区元素：升高了 2、改变了共析体的含量所有的元素都降低共析体含量 合金的相组成第二章 形成固溶体，为什么？1、什么元素可与γ-Fe 形成无限固溶体答：镍可与γ-Fe 决定组元在置换固溶体中的溶解条件是：、溶质与溶剂的点阵相同1 ）2、原子尺寸因素（形成无限固溶体时，两者之差不大于8% 、组元的电子结构（即组元在周期表中的相对位置）3 2、间隙固溶体的溶解度取决于什么？举例说明 答：组元在间隙固溶体中的溶解度取决于： 1、溶剂金属的晶体结构 2、间隙元素的尺寸结构 例如：碳、氮在钢中的溶解度，由于氮原子小，所以在α-Fe中溶解度大。 3、请举例说明几种强、中等强、弱碳化物形成元素 答：铪、锆、鈦、铌、钒是强碳化物形成元素；形成最稳定的MC型碳化物 钨、钼、铬是中等强碳化物形成元素 锰、铁、铬是弱碳化物形成元素 精品文档． 精品文档 第四章合金元素和强韧化 1、请简述钢的强化途径和措施 答：固溶强化 细化晶粒强化 位错密度和缺陷密度引起的强化 析出碳化物弥散强化 2、请简述钢的韧化途径和措施 答：细化晶粒 降低有害元素含量 调整合金元素含量 降低钢中含碳量