第2讲 金属的品体结构与结品-【单招零距离】机械专业综合（下）

总复习方案·第五部分金属材料与热处理 拓展提升 1.已知一45钢制成的零件，测得：R。=355MPa,Rm=600MPa,A=16%,Z=40%, ak=49J/cm2,用直径10mm钢球在9807N的试验力下对其作用保持30s时，布氏硬度值为 197,试回答下列问题： (1)该钢的平均含碳量为%，主要用来制造 较大的机械零件； (2)已知的零件六个性能指标中，衡量强度大小的是 ,零件工作时所受的应力 应低于 MPa,否则会产生过量的塑性变形； (3)写出零件硬度的表示方法： 第2讲 金属的晶体结构与结晶 考纲要求 要 求 内 容 1.金属的晶体结构及常见的三种金属晶格类型。 了解 2.纯金属的结晶过程与同素异构转变。 知识体系 基础知识 金属的晶体结构晶格类型 实际结构 冷却曲线 过冷度 金属的晶体结构与结晶纯金属的结晶 结晶过程 细化晶粒的常用方法 同素异构转变 基本概念 合金的结构与结晶{合金的结构 合金的结晶 考点分布 年份 知识点 题型 分值 2018 强化金属的手段 填空题 2分 2019 细化晶粒方法 填空题 2分 2020 亚共析钢细化晶粒方法 选择题 3分 ·429· 单招零距离·机械专业综合（下） 常考点： (1)常见的金属晶格类型 (2)金属晶粒细化方法 (3)合金的结构 知识梳理 1.金属的晶体结构 (1)晶体与非晶体 晶体：在物质内部，原子呈有序、有规则排列的物体。具有固定的熔点，性能呈各向异性。 非晶体：在物质内部，原子呈无序堆积状况的物体。没有固定熔点，性能呈各向同性。 (2)晶体结构的概念 ①品格和晶胞 晶格：原子在晶体中排列有规律的空间格架。晶格是由许多形状、大小相同的晶胞重复堆积 而成。 晶胞：能够完整地反映晶格特征的最小几何单元。 ②晶面和晶品向 晶面：在晶体中由一系列原子组成的平面。 晶向：通过两个或两个以上原子中心的直线，可以代表晶格空间排列的一定方向。 (3)金属晶格的类型 常见的金属有下面三种晶格 晶格类型 常见金属 体心立方晶格 a一Fe(温度<912℃的铁)、铬(Cr)、钨(W)、钼 (Mo)、钒(V)、B-Ti(在883~1668℃的钛) 面心立方晶格 Y-Fe(温度在912~1394℃的铁)、铝(A1)、铜 (Cu)、银(Ag)、金(Au)、镍(Ni)等 密排六方晶格 镁(Mg)、锌(Zn)、a-Ti(温度低于883℃的钛)、 镉(Cd)、铍(Be)等 2.纯金属的结晶 (1)结晶 金属由原子不规则排列的液体转变为原子规则排列的固体的过程称为结晶。 (2)过冷度 ①实际结晶温度(T1)低于理论结晶温度(T。)这一现象称为“过冷现象”。 ②理论结晶温度和实际结晶温度之差称为过冷度（△T=(T。一T,)。 ③金属结晶时冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。 3.纯金属的结晶过程 (1)晶粒与晶界 晶粒：外形不规则而内部原子排列规的小晶体；晶界：晶粒与晶粒之间的分界面。 ·430· 总复习方案·第五部分金属材料与热处理 (2)单晶体与多晶体 单晶体：结晶后只有一个晶粒的晶体；多晶体：由许多位向不同的晶粒组成的晶体。 (3)结晶过程 金属的结晶过程就是晶核的形成和长大的过程。 4.晶粒大小对金属力学性能的影响 (1)在室温下，一般情况是金属的晶粒越细，其强度、硬度越高：塑性、韧性越好。 (2)金属晶粒大小取决于结晶时的形核率（单位时间、单位体积内所形成的晶核数目）与晶 核的长大速度。形核率越高、长大速度越小，则结晶后的晶粒越细小。因此，细化晶粒的根本 途径是控制形核率及长大速度。 5.常用的细化晶粒的方法 方法 细化原理 适用范围 随着过冷度的增加，形核率和长大速度都会增 增加过冷度 加，但形核率增加比长大速度增加要快，所以产 中、小型铸件 生的晶核数目增加 体积大的金属很难通过获得大 变质处理 结晶前向金属液中加入形核剂（高熔点的固体微 粒)，以增加结晶核心的数目，从而细化晶粒 的过冷度时来细化晶粒 在金属结晶时，通过振动等方法，使金属在结晶 振动处理 初期形成的晶粒破碎，以增加晶核数目，起到细 常用机械振动、电磁振动、超声 化品粒的目的 波振动等 6.金属的同素异构转变 (1)金属在固态下，随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异构转变。 (2)具有同素异构转变的金属有铁、钴、钛、锡、锰等。 (3)以不同晶格形式存在的同一金属元素的晶体称为该金属的同素异晶体。 (4)纯铁的冷却转换形式 1538℃ 8Fe> 1394℃ -Fe> a-Fe> 912℃ 室温 休心立方 面心立方 体心立方 7.同素异构转变与结晶过程相同点与不同点 (1)相同点： ①都是一个形核和晶核长大的过程； ②有一定的转变温度，转变时有过冷现象； ③转变过程中放出和吸收热量，有结晶潜热产生，在冷却曲线上出现水平线段。 (2)不同点： ①结晶是液态到固态的转变，同素异构转变是固态到固态的转变； ②同素异构转变需要较大的过冷度； ③同素异构转变常伴有金属体积的变化，会产生较大的内应力； ④同素异构转变过程，新晶核优先在原晶界处生成，而结晶无规律。 (3)同素异构转变与结晶有许多相似之处，因而也称是一种结晶过程叫重结晶。 ·431 单招零距离·机械专业综合（下） 典例精析 【例1】具有面心立方晶格的金属是( )。 A.a一铁 B.镍 C.铬 D.锌 【解析】α一铁的晶格类型是体心立方晶格；镍的晶格类型是面心立方晶格；铬的晶格类 型是体心立方晶格：锌的晶格类型是密排六方晶格。 【答案】B 【例2】生产中细化晶粒最常用的方法是 ,改善灰铸铁性能最常用的方法 是 【解析】生产上细化晶粒的常用方法有：增加过冷度、变质处理、振动处理，最常用的是增 加过冷度。为提高灰铸铁的力学性能，在浇注前加入孕育剂，灰铸铁得到细珠光体基体和细小 均匀分布的片状石墨组织，这样的组织称为孕育处理。 【答案】增加过拎度孕育处理 【例3】金属的同素异构转变过程是一个 和 的过程。 【解析】本题考查金属的同素异构转变的概念。金属在固态下，随温度的改变由一种晶 格转变为另一晶格的现象称为同素异构转变，转变过程是一个形核和晶核长大的过程。注意 并不是所有金属都能同素异构转变，具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。 【答案】形核晶核长大 0同步精练一 一、填空题 1.金属的晶格类型很多，但绝大多数（占85%）金属属于以下三种晶格基本类型 与 三种。铬属于 ,铜属于 ,锌属于 2.表示原子在品体中排列规律的 叫晶格。能够完整反映品格特征的 叫晶胞。 3.金属的性能差异是 决定的。 4.在宏观上表现为晶界较晶粒内部具有更高的 和 ,因此，晶界越多， 金属材料的力学性能 5.晶体与非晶体结构上的最根本区别是 二、选择题 6.能够完整反映晶体晶格特征的最小几何单元是()。 A.晶面 B.晶胞 C.晶粒 D.晶核 7.下列金属中不属于同一种晶格类型的金属是( )。 A.V B.Cu C.W D.a-Fe 8.以下金属属于密排六方晶格的是( A.Cr B.a-Fe C.Ni D.Be 9.以下物质在常温下不属于晶体的是( )。 A.金属铜 B.金属铝 C.金属纯铁 D.金属汞 ·432· 总复习方案·第五部分金属材料与热处理 10.图5一2一1中C节点位置的缺陷称为()。 A空位 B.间隙原子 C.置代原子 D.位错 11.面心立方晶格的晶胞共有( )个原子。 A.9 B.14 C.17 D.不确定 图5-2-1 12.具有面心立方晶格的金属( A.钨 B.钒 C.锌 D.铜 13.（)的存在使金属材料的塑性变形更加容易。 A.晶界 B.间隙原子 C.亚晶界 D.线缺陷 14.多晶体在不同的方向上具有( )。 A.各向同性 B.各向异性 C.亚晶界 D.线缺陷 15.晶体的缺陷中，( )是使金属材料塑性变形更加容易。 A.间隙原子 B.置代原子 C.位错 D.晶界 16.在晶格的某些空隙处出现多余原子或挤入外来原子的缺陷称为()。 A.空位 B.间隙原子 C.置代原子 D.位错 三、问答题 17.把间隙原子、空位、置代原子、刃位错、晶界、亚晶界等常见缺陷及对材料性能影响填 入下表： 类型 名称 对性能影响 点缺陷 线缺陷 面缺陷 同步精练二 一、填空题 1.金属的结晶过程由晶核的 和 两个基本过程组成，并且这两个过程是 同时进行的。 2.为了提高金属的力学性能，必须控制金属结晶后的晶粒大小。细化晶粒的根本途径是 控制 及 ,一般来说金属的晶粒越细小，其强度、硬度 ,塑性、韧 性 3.生产中细化晶粒的常用方法是 ·433· 单招零距离·机械专业综合（下） 4.浇铸前向金属液中加入某些物质，这种细化晶粒的方法称为 作用是 ,目的是 5.金属在 下，随温度的改变，由 转变为 的现象称为同 素异构转变。 6. 和 之差称为过冷度，金属结晶过冷度的大小与 有关。 二、选择题 7.纯铁由高温液体结晶时首先得到的是( A.Y-Fe B.6-Fe C.a-Fe D.B-Fe 8.以下( )细化晶粒的方法只适用于中、小型铸件。 A.增加过冷度 B.变质处理 C.机械振动 D.超声波振动 9.金属发生结构改变的温度称为( A.凝固点 B.临界点 C.过冷度 D.结品温度 10.浇注前向液态金属中加些细小的形核剂，使其成为人工晶核，从而增加晶粒数目，降 低晶核长大速度的方法称为( )。 A.球化处理 B.孕育处理 C.水韧处理 D.变质处理 11.纯铁结晶时，冷却速度越快，则( A.过冷度越大，晶粒越细 B.过冷度越大，晶粒越粗 C.过冷度越小，晶粒越细 D.过冷度越小，晶粒越粗 12.812℃时，金属铁具有的晶格类型是( ). A.密排六方晶格 B.体心立方晶格 C.面心立方晶格 D.斜方晶格 13.纯铁的理论结晶点是( )℃。 A.912 B.770 C.1394 D.1538 14.金属铁在( )℃以下温度才能被磁化。 A.912 B.770 C.1394 D.1538 15.下列几种材料中()在结晶时恒温。 A.45钢 B.T10钢 C.含碳量4.3%的铸铁 D.含碳量3.5%的俦铁 16.金属在结晶过程中会( )。 A.放出热量 B.吸收热量 C.吸收一放出热量 D.放出一吸收热量 17.当纯铁从面心立方晶格转变为体心立方晶格时，铁的体积会( )。 A.膨胀 B.收缩 C.不变 D.可收缩也可膨胀 ·434· 总复习方案·第五部分金属材料与热处理 三、问答题 18.图5一2一2为纯金属的冷却曲线，试回答下列问题： T(C) (1)冷却曲线上a、b两点间的水平线为纯金属的 阶段。 (2)冷却曲线上出现αb水平线段的原因是：纯金属在结晶 过程中释放出来的 补偿了散失在空气中的 5 1520 t/s (3)纯金属在结晶过程中所用的时间为 秒。 图5-2-2 (4)冷却曲线上T。称为纯金属 温度，它与 温度之差称为过冷度，纯 金属结晶时过冷度的大小与 有关。 (5)一般在室温下，细晶粒金属具有较高的 ；对于中、小型铸件，若要细化晶 粒宜采用 的方法。 拓展提升 1.分析金属结晶过程，试回答下列问题： (1)金属由液体转变为固体的过程，实质上就是物质内部原子重新 的过程。 (2)试分析纯金属的冷却曲线曲线中出现“平台”的原因：在结晶过程中放出的 与散失的 平衡，因而结晶过程是在 温度下进行的。 (3)过冷度影响晶核的 ,也影响晶核 (4)采用振动处理细化晶粒，必须对 加以振动。 第3讲 铁碳合金 考纲要求 要 求 内容 掌握 简化铁碳合金状态图，能说明图中点、线、区域的组织类型及其性能特点。 了解 铁碳合金的相及组织的基本类型和它们的性能特点。 知识体系 铁素体 单相组织奥氏体 基本组织 渗碳体 珠光体 多相组织 莱氏体 铁碳合金 特性点 特性线 铁碳合金相图{相区 分类 含碳量对合金的影响 铁碳合金相图的应用 ·435·三、问答题 　２６．(１)弹性变形阶段,屈服阶段,强化阶段,缩颈阶段 　(２)b,s,s 　(３)强化,均匀 　(４)屈服,０．２％,Rp０．２ 　２７．(１)①　②　(２)②　Rp０．２　(３)③ 　②　(４)①　 ②　 四、计算题 　２８．(１)计算S０、Su 　由题意知:短试样:L０＝５d０,d０＝１×１０－２m＝１０mm, 求出L０＝５×１０－２m＝５０mm 　S０＝πd２０/４　S０＝３．１４×１０２/４＝７８．５mm２ 　du＝７．３×１０－３m＝７．３mm 　Lu＝６．０５×１０－２m＝６０．５mm 　Su＝πd２u/４ 　Su＝３．１４×７．３２/４＝４１．８３mm２ 　(２)计算Re１、Rm 　Re１＝Fe１/S０　Re１＝２８２６０/７８．５＝３６０MPa 　Rm＝Fm/S０　Rm＝４５５３０/４１．８３＝５８０MPa 　(３)计算A 及Z 　A＝(Lu－L０)/L０×１００％ 　A＝(６０．５－５０)/５０×１００％＝２１％ 　Z＝(S０－Su)/S０×１００％ 　Z＝(７８．５－４１．８３)/７８．５×１００％＝４６．７１％ 　因为验收时各项性能指标均超过国家规定值,所以 这批钢材合格. 　２９．这起交通事故中,公共汽车的后桥(后轴)断裂造 成了严重的伤亡事故,而事故前汽车并未超载、超员, 造成这一事故的原因是汽车的后桥产生了疲劳断裂. 要防范此类事故的发生就要根据国家有关法规定期 对机动车辆进行检修、检测,在检测、检修中及时发现 零件存在的缺陷,及时更换零件. 【拓展提升】 　１．(１)０．４５　受力 (２)ReL　RM　３５５ (３)１９７HBS１０/１０００/３０ 第２讲　金属的晶体结构与结晶 【同步精练一】 一、填空题 　１．体心立方晶格　面心立方晶格　密排六方晶格 　体心立方晶格　面心立方晶格　密排六方晶格 　２．空间格架　最小几何单元 　３．内部结构 　４．强度　 硬度　 越好 　５．原子是否呈有序　有规则排列 二、选择题 　６．B　７．B　８．D　９．D　１０．C　１１．B　１２．D 　１３．D　１４．A　１５．C　１６．B 三、问答题 　１７． 类型 名称 对性能影响 点缺陷 间隙原子 空位原子 置代原子 使材料强度、硬度和 电阻增加 线缺陷 刃位错 使金属材料塑性变形 更加容易 面缺陷 晶界 亚晶界 晶界越多,金属材料的 力学性能越好 【同步精练二】 一、填空题 　１．产生　长大 　２．晶粒长大速度　提高形核率　越高　越好 　３．增加过冷度　变质处理　振动处理 　４．变质处理　提高形核率　细化晶粒 　５．固态　一种晶格　另一种晶格 　６．理论结晶温度　实际结晶温度　冷却速度 二、选择题 　７．B　８．A　９．B　１０．D　１１．A　１２．B　１３．D 　１４．B　１５．C　１６．A　１７．A 三、问答题 　１８．(１)结晶　(２)结晶潜热　热量　(３)１０ 　(４)理论结晶　实际结晶　冷却速度 　(５)强度和硬度　增加过冷度 【拓展提升】 　１．(１)排列 　(２)结晶潜热　热量　同一个 　(３)形核率　成长速度 　(４)金属液 第３讲　铁碳合金 【同步精练一】 一、填空题 　１．相　２．体心立方晶格　面心立方晶格 　３．金属　另一种金属　非金属　金属特性 　４．所处位置　间隙固溶体　５．３　渗碳体 　６．固溶体　金属化合物　混合物 　７．γ－Fe　A　２．１１％　０．７７％ 二、选择题 　８．C　９．B　１０．B　１１．A　１２．D　１３．A　１４．B 􀅰００５􀅰 单招零距离􀅰机械专业综合