电子显微镜在金属材料分析测试中的应用
摘要：本文简述了电子显微镜的发展，主要介绍了透射电子显微镜的结构、原理、制样方法及其在铝合金分析和检测中的应用。
关键词：电子显微镜；扫描电镜；透射电镜；能量散射谱
The Applications of Electrical Microscopy on Analysis and
Testing of Metal Materials
Abstract：In this paper, Briefing the development of the electric microscopy. The structures, principles, samples preparing methods and the application on the analysis and testing for Al alloy of transmission electric microscopy will be mainly introduced.
Key words：Electric microscopy; Scanning electric microscopy; Transmission electric microscopy; Energy diffraction spectrum
引言
材料、信息和能源并列为新世纪科学技术三大支柱，材料更是重中之重。随着科学技术的发展，要得到性能优异的材料，先进的研究手段和测试方法是必需的。随着人们对一些微观尺度效应进行了深入的研究，随之对其分析的工具也提出了更高的要求[1]。
在材料学领域，加工工艺、晶体结构、原子位置和性能特征是材料研究的四大方向，那么材料的微观结构表针也是其中的一个重要分支。在对结构的研究过程中，也涌现出了一系列先进的检测设备，如XRD(X-Ray diffraction)、显微镜分析等。
1 显微镜的发展
1665年Hooke在观察细胞时，发明了第一台光学显微镜。从此，使人类的研究目光到了微观世界。1886年Zeiss打破一般可见光理论上的极限，他的发明--阿比式及其它一系列的镜头将显微学又带入了一个新的天地。1926年Busch发现了旋转对称、不均匀磁场可以作为一个用于聚焦电子束的透镜，为后来的电子显微镜问世打
下了坚实的理论基础[2]。六年后，1932年，Knoll和Ruska
等首次发表拉了关于电子显微镜的实验和理论研究，并试
制成功第一台电磁式电子显微镜，为以后人类开创微观领
域科学，提供了有力的实验手段[3]。
扫描电子显微镜(Scanning electron microscope，
SEM)。由电子光学系统，信号收集处理、图像显示和记录
系统，真空系统三个基本部分组成。其成像原理和透射电子显微镜完全不同。它不用电磁透
镜放大成像，而是以类似电视摄影显像的方式，利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出
来的各种物理信号来调制成像的（如图1）[4]。新式扫描电子显微镜的二次电子像分辨率已达
3～4nm ，放大倍数可从数倍原位放大到20万倍左右。由于扫描电子显微镜的景深比光学显微
镜大，因此可以用它进行显微断口分析。用扫描电子显微镜观察断口时，样品不必复制，可
直接进行观察，这给分析带来了极大的方便。因此目前显微断口的分析工作大多数都是用扫
描电子显微镜来完成的。由于电子枪的效率不断提高，使扫描电子显微镜的样品室增大，可
以装入更多的探测器[5]。因此，目前的扫描电子显微镜已
不限于分析形貌，而且可以与其他分析仪器相结合，同
时进行微区成份和晶体结构等多种微观成份组织结构信息的同位分析。（扫描样品可以和金相
显微显微使用同一组样品，故磨制、抛光、腐蚀在此只做简单阐述，详细说明见金相显微样
品的制备过程）。 2 透射电子显微镜的原理和构造
2.1 透射电子显微镜结构
透射电子显微镜(TEM: transmission
electron microscope)是一种以高能电子束为照
明源，通过电磁透镜将穿过样品的电子（即透射
电子）聚焦成像的电子光学仪器。电子束照明源
和电磁透镜是透射电子显微镜有别于光学显微镜
的两个最主要的组分。透射电子显微镜由以下
几大部分组成：照明系统，成像光学系统；记
录系统；真空系统;电气系统。成像光学系统，
又称镜筒，是透射电镜的主体[6]。
透射电镜照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成，其作用是提供一束亮度高、相干性好和束流稳定的照明源。通
过聚光镜的控制可以实现从平行照明到大会聚角的照明条件。为满足中心暗场成像的需要，
照明电子束可在2°～3°范围内倾斜[7]
。
成像系统是由物镜、中间镜和投影镜组成。物镜是成像系统的第一级透镜，它的分辨本
领决定了透射电子显微镜的分辨率。中间镜和投影镜是将来自物镜给出的样品形貌像或衍射
花样进行分级放大。通过成像系统透镜的不同组合可使透射电子显微镜从50倍左右的低倍到图1 扫描电子显微镜的原理和结构示意图
图2 透射电子显微镜结构示意图
一百万倍以上的高倍的放大倍率内变化。
该系统由荧光屏、照相机和数据显示器等组成。
投影镜给出的最终像显示在荧光屏上，通过观察窗，
我们能观察到荧光屏上呈现的电子显微像和电子衍
射花样。通常，观察窗外备有10倍的双目光学显微
镜，其用于对图像和衍射花样的聚焦。对观察到的图
像和衍射花样需要记录时，将荧光屏竖起后，它们
就被记录在荧光屏下方的照相底片上[8]。
真空系统是为了保证电子的稳定发射和在镜筒内整个狭长的通道中不与空气分子碰撞而
改变电子原有的轨迹，同时为了保证高压稳定度和防止样品污染，不同的电子枪要求有不同
的真空度。
供电系统主要提供稳定的加速电压和电磁透镜电
流。为了有效地减少色差，一般要求加速电压稳定在每
分钟为10-6；物镜是决定显微镜分辨本领的关键，对物镜
电流稳定度要求更高，一般为(1～2)×10-6/min ，对中间
镜和投影镜电流稳定度要求可比物镜低，约为
5×10-6/min 。 多功能样品室的主要作用是通过样品室承载样品台，并能使样品平移，以选择感兴趣的
样品视域，再借助双倾样品台可使样品位于所需的晶体学位向进行观察。样品室内还可分别
装有加热、冷却或拉伸等各种功能的侧插式样品座，以满足相变、形变等过程的动态观察[2]。
2.2 透射电子显微镜原理
透射电子显微镜(TEM)是一种现代综合性大型分析仪器，在
现代科学、技术的研究、开发工作中被广泛地使用。顾名思义，
所谓电子显微镜是以电子束为照明光源的显微镜。由于电子束在
外部磁场或电场的作用下可以发生弯曲，形成类似于可见光通过
玻璃时的折射现象，所以我们就可以利用这一物理效应制造出电
子束的“透镜”，从而开发出电子显微镜。而作为透射电子显微
镜(TEM)其特点在于我们是利用透过样品的电子束来成像，这一
点有别于扫描电子显微镜(SEM)（如图4）[9]。TEM
最常见的工作图3 光学显微镜、TEM 、SEM 成像原理比较
图4 TEM 成像模式比较
图5 TEM 成像光路图
模式有两种，即成像模式和衍射模式。在
成像模式下，我们可以得到样品的形貌、
结构等信息，而在衍射模式下，我们可以
对样品进行物相分析。
在透射电子显微镜中，物镜、中间镜、
投影镜是以积木方式成像，即上一透镜（如
物镜）的像就是下一透镜（如中间镜）成像时的物，也就是说，上一透镜的像平面就是下一透镜的物平面，这样才能保证经过连续放大
的最终像是一个清晰的像[10]。
首先改变中间镜电流，在实际光路中使中间镜物平面上下移动，从而改变了中间镜的倍
率。由于中间镜物平面的移动将造成它与物镜像平面的分离，使原清晰的图像变得模糊，因
此随后必须通过改变物镜电流，使物镜像平面重新与中间镜物平面重合，从而使模糊的像变
成清晰的像。物镜这时的倍率也有所变化，但变
化相对于很大的物镜放大倍率是很小的，因此可
近似认为物镜放大倍率不变。所以说，中间镜起
着变倍的作用，它的倍率从 0～20内改变，使总
的倍率可在 1 000～200 000内变化。物镜主要
起着聚焦的作用，它的电流是由中间镜的电流所
决定的，不是独立变量[11]。 2.3 高分辨透射电子显微镜
二十世纪七十年代，美国阿利桑那州立大学的Cowley 和澳大利亚墨尔本大学的 Moodie
建立了高分辨电子显微象的理论与技术，发展了高分辨电子显微学。二十世纪八十年代，人
们发展了高空间分辨分析电子显微学，人们可采用高分辨技术、微衍射、电子能量损失谱、
电子能谱仪等对很小范围内的（～ 1nm ）的区域进行电子像、晶体结构、电子结构、化学成
分的研究，将电子显微分析技术在材料学中的研究大大地拓展了[12, 13]。
分析电子显微方法和高分辨电子显微方法是现在电子显微学领域中的两个重要组成部
分，是从微观尺度认识和研究物质结构的非常有力手段。现代电子显微镜、各种分析装置和
分析方法的进步，不仅使我们可以获得原子分辨率为0.1nm 的原子排列图像，同时，还可以
分析物质中小于1nm 的微小区域的微结构和组成。它具有高空间分辨率和高原子分辨率。
高分辨电子显微术(HREM 或HRTEM)
是一种基于相位衬度原理的成像技术。入射电子束穿
(左) 明场成像 (右) 中心暗场成像 图6 明场和中心暗场成像原理图
图7 暗场成像原理图
过很薄的晶体试样，被散射的电子在物镜的背焦面处形成携带晶体结构的衍射花样，随后衍射花样中的透射束和衍射束的干涉在物镜的像平面处重建晶体点阵的像。这样两个过程对应着数学上的傅里叶变换和逆变换[13]。
其实，在高分辨电子显微技术中，电子与物质之间的相互作用，特别是电子与物质间发生的非弹性交互作用的各种现象尤其显得重要。电子显微技术就是通过不同的方式来获得物质的组成、电子态、成分分布、杂志原子位置等信息。我们可以通过电子能量损失谱、X射线能谱分析，以及各种周边技术，包括纳米束电子衍射、会聚束电子衍射技术、罗伦兹电子显微方法、电子全息照相术等（如下表1）[14]。
分析方法获得信息
电子能量损失谱方法（EELS）电子状态、组成、试样厚度
X射线能谱方法(EDS) 组成、杂志原子位置、试样厚度
高分辨电子显微方法（HRTEM）原子排列、晶格缺陷、表面状态
电子衍射方法(DE) 晶体结构、晶体取向、试样厚度
罗伦兹电子显微方法磁畴结构
电子全息照相技术磁畴结构、试样厚度
二次电子像(SEM) 表面形态
Z衬度方法组成、原子排列
目前，高分辨透射电子显微与分析技术已经发展到了一定的程度，下面就以湖南大学高分辨重点实验室的FEI公司的F20的HAADF成像技术做一个简单介绍。首先介绍下HAADF与透射电镜区别。
（1）HAADF和HREM成像原理不同， HREM是相位衬度像，是相干成像。而HAADF是非相干成像，去处了相位的影响。两者的相位传递函数CTF完全不同，HREM在超过谢策尔欠焦后衬度会反转，而HAADF的的CTF总是正值。另外从理论上讲，HAADF的分辨率要高于HREM。
（2）HAADF的像点强度可以看作物体势函数和电子束斑强度分布的卷积，HAADF分辨率基本取决与电子束斑的大小。同时，电子束斑尺寸也取决于欠焦值，欠焦值越大，则电子束斑强度分布的中心斑点尺寸就减小，意味着HAADF分辨率提高。但此时中心斑点周围会出现晕环，会在HAADF中引入假象，所以一般认为谢策尔欠焦也是HAADF的最佳欠缴条件。
（3）HAADF的像点强度不完全和原子柱中的平均原子序数Z的平方成正比，只有在HAADF 探测器的内环孔径角大于180度。HAADF像也应该尽量在薄区获取，因为随厚度增加，电子束沿原子柱传播时会展宽到临近的原子柱，从而有可能在最终的HAADF像中引入假像。
湖南大学高分辨电镜中心Haadf透射电镜基本概况，最大放大： 105万倍(1,050,000×)；
点分辨率： 0.24 nm；加速电压：200KV；极限(信息)分辨率：0.14 nm；最小束斑尺寸：0.2nm；样品台：普通单、双倾台，铍双倾台；最大倾转角：±40°；X射线能谱仪元素分析范围：B5～U92；X射线能谱仪能量分辨率: 130 eV。
高角环形暗场像(HAADF)可形成原子分辨率的Z衬度像；True image软件可利用获得的系列欠焦图像进行波函数重构；Video软件可连续记录图片，进行样品动态观察等用途。
Tecnai G2 F20 S-TWIN 透射电子显微镜是一个真正多功能、多用户环境的200KV场发射透射电子显微镜。它将各种透射电镜技术（包括TEM、SEAD、STEM、EDX频谱成像等）方便灵活地有机组合，形成强大的分析功能。利用它可进行：（1）形貌分析，它获得非晶材料的质厚衬度像，多晶材料的衍射衬度像和单晶薄膜的相位衬度像(原子像)；（2）结构分析，观察研究材料结构并对样品进行纳米尺度的微分析，如：高分辨电子显微观察，系列欠焦像分析及出射波函数重构、电子衍射，会聚束电子衍射，纳米束衍射、Z-衬度（原子序数）成像等。成分分析：小到几个纳米尺度的微区或晶粒的成分分析。
3 透射电子显微镜制样方法
在 1949 年以前，由于很难制备出能让电子束穿过的薄膜试样，那时做透射电镜观察，只能采用复型方法，一种间接和半间接（萃取）的观察方法。原始试样是金相样品或断口样品，将其表面形貌复制在有机物质或碳膜上即可。透射电镜观察是在复型试样上进行的。这方法是一种间接的观察方法，不能直接观察试样内部的组织与成分，只能观察被复型复制下来的试样的表面形貌。
1949 年，Heidenreich 第一个做出了能让电子束穿过的薄金属样品，开始了用透射电镜直接观察试样。随后，荷兰的 Bollnan 和英国剑桥大学的Hirsch 研究组进一步发展这一技术。特别是 Hirsch 研究组，发展了电子衍衬理论，可以解释电子束穿过试样形成的电子衍衬像，开创了用透射电镜直接观察试样的时代，为电子显微镜在材料学的应用打下了基础[15]。
粉末样品：它主要用于粉末状材料的形貌观察，颗粒度测定，结构分析等。主要采用研磨方式将材料制成微米级别的粉末，将研碎的粉末放入与试样不发生反应的有机溶剂（例如丙酮，丁酮等）中，用超声波（也可以用玻璃棒搅拌）将其分散成悬浮液，以免粉末颗粒团聚在一起，造成厚度增加。将碳增强的直径为3mm 的支持网放在通常的滤纸上，将该悬浮液滴在铜网上的微栅上，使试样附着在上面。如果试样是足够细的粉末，就不用粉碎，直接将其放入有机溶剂中分散，然后滴在微栅上即可[16]。
薄膜样品：这类样品是把块状材料加工成对电子束透明的薄膜状，它可用于做静态观察，
如金相组织、析出相形态、分布、结构及与基体取向关系、位错类型、分布、密度等。也可
做动态原位观察，如相变、形变、位错运动及其相互作用[15]。
陶瓷样品：可以利用加速的离子轰击试样表面，使表面原子飞出（溅射出），在离子减薄
方法中，通常使用氩离子，入射到试样表面的角度为10-20 度，加速电压为几千伏。
在透射电镜制样方法很多，详细介绍下金属样品的制样。将样品的薄片在800#的耐水砂
纸上手工粗磨至厚度为0.5㎜左右，再利用2000#耐水砂纸上手工预磨至厚度为0.3㎜左右，
接着将已经磨薄的样品用502胶水粘在载玻片上，然后将没有样品的一面同样用502胶水粘
在一个表面光滑的大块圆形铁板上面，在5000#耐水砂纸上手工磨至厚度为0.1㎜左右时，将
样品与载玻片的502胶水用丙酮溶液溶解，然后将其表面在5000#耐水砂纸上面磨干净，然后
将其冲裁为Φ3㎜的圆片。将冲裁好的圆片用螺旋测微器依次测量，将大于0.1㎜的圆片放在
橡皮擦下面，在5000#金相砂纸上面慢慢磨至厚度为0.1㎜以下。
双喷电解抛光法采用的装置如图8所示，此装置由电解冷却与循环部分、电解抛光减薄
及观察样品三部分组成。电解冷却与循环部分：通过耐酸泵把低温电解液经喷嘴打在样品表
面。低温循环电解减薄不使样品因过热而氧化，同
时又可以得到平滑而光亮的薄膜， 电解抛光减薄
部分：电解液由泵打出后通过相对的两个铂阴极喷
嘴喷到样品表面。电解抛光时一根光导纤维管把外
部光源传送到样品的一个侧面，当样品刚一穿孔
时，透过样品的光通过在样品另一侧的光导纤维管
传送到外面的光电管，切断电解抛光射流，并发出
报警声响[17]。
4 利用透射电子显微镜对样品分析应用
高强7055铝合金热处理的目的是通过对热处理过程中固溶温度和时间，时效温度和时间，
淬火的介质以及时间等工艺参数的合理选择，达到MP 、GBP 、PFZ 三个组织参数间的最佳配合，
使合金得到良好的综合性能。高强铝合金热处理主要包括均匀化、固溶、淬火、时效等工艺，
其中本论文样品中采用固溶-单级时效工艺。
4.1 7055铝合金不同热处理状态下TEM 照片形貌分析分析
铝合金在形变热处理过程中，微观组织会发生一系列变化，从而引起其性能的变化。通
过TEM 明场照片和HR-TEM
照片分析微观组织及析出相微观结构和性能的关系是研究控制材料
图8 双喷减薄工作原理
热处理后性能的主要手段之一。
在固溶470℃/1h 状态时，晶界宽度平均为15nm ，但有的地方比较宽，三角晶界处尤为明
显，宽度约35nm （如图9a ）；而晶粒内部的析出物很少，局部几乎没有（如图9b ），晶界轮廓
清晰、光滑，几乎没有第二相存在，可见固溶效果比较理想。
在时效120℃/1h 状态时，晶界处开始出现约20nm 的呈链状的析出相（如图9c ）；这些析
出相组成一个大约宽50nm 的析出带，大多数析出带的链状析出相是平行的，并且与晶界成某
一夹角，链状析出相起点不同，第二条从第一条的中间开始……，以此类推，逐渐形成析出
带（如图9d ），在此状态中，晶粒内部的基体中有圆状的析出相出现，而且大小不一，直径在
10—40nm 之间不等（如图9e ）。从高分辨相分析，球状的析出相与基体共格，推断其为GP 区
（如图9f ）。
在时效120℃/24h 状态下，沿[100]晶轴方向观察，可以看到晶界变细，大部分已变的断
断续续（如图9g ）；在晶粒内部的基体中有棒状析出相出现（如图9h ）。
4.2 7055铝合金EDS 分析
铝合金在加工和热处理过程中，微观组织会发生一系列变化，但是有时候却很难分辨其
微观组织的成分，从而很难辨别微观组织与性能之间微妙的关系。此时我们可以借助能谱微
区分析。
图9 7055铝合金在不同热处理制度下的TEM 明场照片
a 固溶480℃/1h-淬火,
b 固溶480℃/1h-淬火,
c 固溶480℃/1h 淬火+时效120℃/1h ,
d 固溶480℃/1h-淬火+时效120℃/1h
e 固溶480℃/1h+时效120℃/1h,
f 固溶480℃/1h+时效120℃/24h,
g 固溶480℃/1h+时效120℃/24h,
h 固溶480℃/1h+时效120℃/24h
在时效120℃/24h 状态下，利用EDS 分析晶粒内部基体上微区成分（如图10）。由表2可以看出在时效120℃/24h 状态下，其基体主要化学成分为Al ，Zn 和Cu 元素。
在时效120℃/24h 状态下，利用EDS 分析晶界处微区成分（如图11）。由表3可以看出在时效120℃/24h 状态下，其晶界区域主要化学成分为Al ，Zn 和Cu 元素。但是由表2和表3对比可发现，Cu 和Zn 的含量在晶界处比基体高一些，从而推断出晶界处的析出相中所含Cu 和Zn 元素比基体上高一些。
7055铝合金是典型的热处理可强化高强铝合金，它有很高的强度和优良的力学性能。热处理过程中，在470℃/1h 固溶时晶界变细，基体形成过饱和固溶体；120℃/1h 时效时基体内有球状的GP 区形成；时效120℃/24h ，基体内部分GP 区逐渐转变为棒状η′相。
5 小结
在材料学领域迅速发展的今天，电子显微镜为其研究插上了飞速发展的翅膀。从扫描电子显微镜到环境扫描电子显微镜，从H800透射电子显微镜到JEOL2010到现在的高真空、高加速电压电子显微镜，他们都对检测分析样品的要求有所降低，分辨率和精准度都得到了大大的提高。
在电子显微镜发展的同时，一些提高电镜的分析手段和分辨率的设备也得到了更进一步的发展，如像散器，高角度环形暗场技术，球差校正等。虽然现在电子显微镜已经发展到了一定的高度，但是仍需要在动态技术、低真空、高电压、高分辨率以及原位场技术方向发展。 所以这给在电子显微学领域研究的科学家提出了更大的挑战，这些技术的成熟发展也需要很长一段路要走。
表2 时效后基体EDS 分析结果
元素 重量百分比
原子百分比 Al 28.60
49.12 Cu 13.56
9.89 Zn 57.84
40.99 总量 100.00
表3 时效后晶界处的EDS 分析结果 元素 重量百分比 原子百分比 Al 25.51 45.21 Cu 14.03 10.56 Zn 60.46 44.23 总量 100.00 图10 时效120℃/24h 状态下晶粒基体的EDS 分析 图11 时效120℃/24h 状态下晶界处的EDS 分析
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(02): 286-290.
金属和金属材料测试题及答案（word） 一、金属和金属材料选择题 1．垃圾分类从我做起。金属饮料罐属于（） A．可回收物 B．有害垃圾C．厨余垃圾D．其他垃圾 【答案】A 【解析】 【详解】 A、可回收物是指各种废弃金属、金属制品、塑料等可回收的垃圾，金属饮料罐属于可回收垃圾，故选项正确。 B、有害垃圾是指造成环境污染或危害人体健康的物质，金属饮料罐属于可回收垃圾，故选项错误。 C、厨余垃圾用于回收各种厨房垃圾，金属饮料罐属于可回收垃圾，故选项错误。 D、其它垃圾是指可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾之外的其它垃圾，金属饮料罐属于可回收垃圾，故选项错误。 故选：A。 【点睛】 本题难度不大，了解垃圾物质的分类、各个标志所代表的含义是正确解答本题的关键。 2．有X、Y、Z三种金属，X在常温下就能与氧气反应，Y、Z在常温下几乎不与氧气反应；如果把Y与Z分别放入硝酸银溶液中，过一会儿，在Z表面有银析出，而Y没有变化，根据以上事实，判断X、Y、Z三种金属的活动性由弱到强的顺序正确的是 A．X Y Z B．X Z Y C．Z Y X D．Y Z X 【答案】B 【解析】 有X、Y、Z三种金属，X在常温下就能与氧气反应，Y、Z在常温下几乎不与氧气反应，说明X的金属活动性最强。把Y和Z分别放入硝酸银溶液中，过一会儿，在Z表面有银析出，而Y没有变化，说明Z的金属活动性比银强，Y的金属活动性比银弱，即Z>Ag>Y；则X、Y、Z三种金属的活动性由强至弱的顺序为X>Z>Y。故选B。 点睛：在金属活动性顺序中，位于前面的金属能把排在它后面的金属从其盐溶液中置换出来，据此判断能否发生反应，进而可确定三种金属活动性由强到弱的顺序。 3．下列图像分别与选项中的操作相对应，其中合理的是（）
金属材料的基本知识综合测试 一、判断题（正确的填√，错误的填×） 1、导热性好的金属散热也好，可用来制造散热器等零件。（） 2、一般，金属材料导热性比非金属材料差。（） 3、精密测量工具要选用膨胀系数较大的金属材料来制造。（） 4、易熔金属广泛用于火箭、导弹、飞机等。（） 5、铁磁性材料可用于变压器、测量仪表等。（） 6、δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。（） 7、维氏硬度测试手续较繁，不宜用于成批生产的常规检验。（） 8、布氏硬度不能测试很硬的工件。（） 9、布氏硬度与洛氏硬度实验条件不同，两种硬度没有换算关系。（） 10、布氏硬度试验常用于成品件和较薄工件的硬度。 11、在F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径的大小有关，直径愈小，硬度值愈大。（） 12、材料硬度越高，耐磨性越好，抵抗局部变形的能力也越强。（） 13、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 14、20钢比T12钢的含碳量高。（） 15、金属材料的工艺性能有铸造性、锻压性，焊接性、热处理性能、切削加工性能、硬度、强度等。（） 16、金属材料愈硬愈好切削加工。（） 17、含碳量大于%的钢为高碳钢，合金元素总含量大于10%的钢为高合金钢。（） 18、T10钢的平均含碳量比60Si2Mn的高。（） 19、一般来说低碳钢的锻压性最好，中碳钢次之，高碳钢最差。（） 20、布氏硬度的代号为HV，而洛氏硬度的代号为HR。（） 21、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 22、某工人加工时，测量金属工件合格，交检验员后发现尺寸变动，其原因可能是金属材料有弹性变形。（） 二、选择题 1、下列性能不属于金属材料物理性能的是（）。 A、熔点 B、热膨胀性 C、耐腐蚀性 D、磁性 2、下列材料导电性最好的是（）。 A、铜 B、铝 C、铁烙合金 D、银 3、下列材料导热性最好的是（）。 A、银 B、塑料 C、铜 D、铝 4、铸造性能最好的是（）。
金属材料检测检验检测标准 金属材料检测范围涉及对黑色金属、有色金属、合金、铸件、机械设备及零部件等的机械性能测试、化学成分分析、金相分析、精密尺寸测量、无损探伤、耐腐蚀试验和环境模拟测试等。青岛科标检测中心出具权威资质认证国家认可的检测报告。 检测项目： 常规元素分析 品质（成份分析）、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、碳(C)、硫(S)、镍(Ni)、铬(Cr)、铜(Cu)、镁(Mg)、钙(Ca)、铁(Fe)、钛(Ti)、锌(Zn)、铅(Pb)、锑(Sb)、镉(Cd)、铋(Bi)、砷(As)、钠(Na)、钾(K)、铝(Al)、牌号测定等 贵金属元素分析 银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)、铱(Ir)、锇(Os) 物理性能：磁性能、电性能、热性能、抗氧化性能、耐磨、盐雾、腐蚀、密度、热膨胀系数、弹性模量、硬度； 化学性能：大气腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、点蚀、腐蚀疲劳、人造气氛腐蚀； 力学性能：拉伸、弯曲、屈服、疲劳、扭转、应力、应力松弛、冲击、磨损、硬度、耐液压、拉伸蠕变、扩口、压扁、压缩、剪切强度等； 工艺性能：细丝拉伸、断口检验、反复弯曲、双向扭转、液压试验、扩口、弯曲、卷边、压扁、环扩张、环拉伸、显微组织、金相分析； 检测产品： 钢铁材料：结构钢、铜、铝、铁、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等 金属及其合金：轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等； 特种金属材料：功能合金、金属基复合材料等； 金属材料制品：生铁、铝管、铁板、铁管、钢锭、钢坯、型材、线材、金属制品、有色金属及其制品等。 检测标准： 978-7-5066-5282-7 无机非金属材料检测标准手册胶凝材料卷 CB 1369-2002 舰船用金属材料进货检验及验收规则 CB 1370-2002 舰船用非金属材料进货检验及验收规则 CB/Z 264-1998 金属材料低周疲劳表面裂纹扩展速率试验方法
初中化学金属和金属材料单元测试题及答案
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人教版初中化学 第八单元金属和金属材料单元测试题(一) 可能用到的相对原子质量：H：1 O：16 C: 12 S：32 Cu: 64 Fe: 56 Ca: 40 Mg：24 Zn：65 Al：27 第Ⅰ卷（选择题共45分） 一.选择题：（每小题3分，15小题，共45分） 1. 下列说法不正确的是：( ) A．回收一个铝饮料罐比制造一个新饮料罐要贵 B．回收铝饮料罐可以节约金属资源 C．回收铝饮料罐可以节约能源 D．回收铝饮料罐可以减少对环境的污染 2. 下列物质中，铁元素化合价最低的是 ( ) A．Fe B．Fe 2O 3 C．FeO D．FeS 3. 铁钉放入稀盐酸中，一段时间后可能观察到 ( ) A．溶液由蓝色变成浅绿色 B．铁钉表面有气泡逸出 C．溶液由无色变成蓝色 D．溶液的质量增大 4. 下列物品或装饰品，不易受酸雨腐蚀的是：( ) A. 大理石华表 B. 铝合金窗框 C. 铁栏杆 D. 塑料制品 5. 芜湖铁画是中国工艺美术百花园中的一朵奇葩，至今已有三百多年的历史。 下列关于铁画生锈与防护的描述中不正确的是：( ) A．悬挂在干燥的环境中 B. 经常清扫表面的灰尘可以防 止生锈 C. 表面涂漆防止生锈 D. 生锈时主要生成四氧化三 铁 6. 如图所示是X 、Y、Z三种金属在容器中的反应现象，下列说法正确的是 ( ) A.X 、Y、Z三种金属均发生了置换反应 B.三种金属的活动性顺序是X＞Y＞Z C.若Z能从金属Y的盐溶液里置换出Y， 则三种金属的活动性顺序是X＞Z＞Y D.若X为金属镁，则Z可能是铁 7. (2008年南通市)若金属锰(Mn)在金属活动性顺序中位于铝和锌之间，则下列 反应不正确的是 A.Mn + H 2SO 4 = MnSO 4 + H 2 ↑ B.Mg + MnSO 4 = MgSO 4 + Mn C.Fe + MnSO 4 = FeSO 4 + Mn D.Mn + CuSO 4 = MnSO 4 + Cu 8. 国家建设部、化工部等有关部门规定，新建小区户外给水管必须使用塑料管，新建建筑不得再使用传统铸铁排水管。国家推广使用塑料建材的主要目的是( ) A．保护金属资源 B．金属易腐蚀，而塑料使用时间长C．塑料密度小，减少房屋的自身重量 D．降低成本
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
金属力学性能复习 一、填空题 1.静载荷下边的力学性能试验方法主要有拉伸试验、弯曲试验、扭转试验和压缩试验等。 2. 一般的拉伸曲线可以分为四个阶段：弹性变形阶段、屈服阶段、均匀塑性变形阶段和非均匀塑性变形阶段。 3. 屈服现象标志着金属材料屈服阶段的开始，屈服强度则标志着金属材料对开始塑性变形或小量塑性变形能力的抵抗。 4. 屈强比：是指屈服强度和抗拉强度的比值，提高屈强比可提高金属材料抵抗开始塑性变形的能力，有利于减轻机件和重量，但是屈强比过高又极易导致脆性断裂。 5. 一般常用的的塑性指标有屈服点延伸率、最大力下的总延伸率、最大力下的非比例延伸率、断后伸长率、断面收缩率等，其中最为常用的是断后伸长率和断面收缩率 。 6. 金属材料在断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力称为金属材料的韧性。一般来说，韧性包括静力韧性、冲击韧性和断裂韧性。 7. 硬度测试的方法很多，最常用的有三种方法：布氏硬度测试方法、络氏硬度的试验方法和维氏硬度实验法。 8. 金属材料制成机件后，机件对弹性变形的抗力称为刚度。它的大小和机件的截面积及其弹性模量成正比，机件刚度=E ·S. 9. 金属强化的方式主要有：单晶体强化、晶界强化、固溶强化、以及有序强化、位错强化、分散强化等（写出任意3种强化方式即可）。 10. 于光滑的圆柱试样，在静拉伸下的韧性端口的典型断口，它由三个区域组成：纤维区、放射区、剪切唇区。 11. 变形速率可以分为位移速度和应变速度。 二、判断题 1.在弹性变形阶段，拉力F 与绝对变形量之间成正比例线性关系;（√） 若不成比例原因，写虎克定律。 2.在有屈服现象的金属材料中，其试样在拉伸试验过程中力不断增加（保持恒定）仍能继续伸长的应力，也称为抗服强度。（×） 不增加，称为屈服强度。 3.一般来讲，随着温度升高，强度降低，塑性减小。（×） 金属内部原子间结合力减小，所以强度降低塑性增大。 4.络氏硬度试验采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面后，经规定保持时间后卸除主实验力，以测量压痕的深度来计算络氏硬度。压入深度越深，硬度越大，反之，硬度越小。（×） 络氏硬度公式 5.金属抗拉强度b σ与布氏硬度HB 之间有以下关系式：b σ＝KHB ，这说明布氏硬度越大，其抗拉强度也越大。（√） 6.弹性模量E 是一个比例常数，对于某种金属来说，它是一种固有的特性。（√） 7.使用含碳量高（含碳量为）的钢，不能提高机件吸收弹性变形功。（×） 8.脆性断裂前不产生明显的塑性变形，即断裂产生在弹性变形阶段，吸收的能量很小，这种
第八单元《金属和金属材料》单元测试题 一、选择题 1．鞍钢集团全力支持上海世博会，为上海虹桥交通枢纽建设提供4．7万吨精品钢 材。关于钢的说法不正确的是．钢是铁合金B．钢是纯净物 A ．钢的性能优于生铁 D C．钢的含碳量低于生铁 加点的核心部件，它是用高纯度硅制成的。下面是生产单质硅过程中的一个重要反芯片是电脑、2. “智能”高温，该反应的基本类型是Si +2CO↑+ 2CSiO应： 2 ．复分解反应 D ．分解反应B C．置换反应A．化合反应 这种金俗称五金。在这五种金属中，有一种金属与其他四种金属的盐溶液都能发生反应，“金银铜铁锡”3． 属是．锡 D ．铜 B C．铁A．金 ） 4. 光亮的铁钉在下列几种情况下，最不容易生锈的是 （ Ag三种金属的活动性顺序。其中不必进行的是、．下列四个实验中只需要完成三个就可以证明FeCu、5 B．将铜片放入稀盐酸A．将铁片放入稀盐酸 D．将铜片放入硝酸银溶液C．将铁片放入硝酸银溶液 铝在一百多年里产量得到大幅度的提高，并被广泛地使用，原因之一就是铝的抗腐蚀性能好。铝具有良6. 好抗腐蚀性能的原因是 B.铝不与酸、碱反应 A.铝的化学性质不活泼
铝表面生成一层致密的氧化铝保护膜D. 铝常温下不与氧气反应 C.：如下，反应铜电路板中多余的解，作电子工业制电路板的过程中用FeCl溶液来溶7．3溶液中加入 FeCl+Fe==3FeCl。现向溶液也可跟铁发生反应：2FeCl+Cu==2FeCl+CuCl。FeCl2FeCl3332322一定量的铁粉和铜粉，充分反应后，发现有固体剩余。下面有关说法正确的是2+ A．向剩余的固体加入稀盐酸，若无气体放出，说明反应后的溶液中没有Cu ．若剩余固体是铜与铁的混合物，则说明两种金属都有部分溶解B ．剩余固体只含有铜C ．剩余固体中如果有铁，一定也有铜D。已知其中只含有另一种金0.205 gH6.5 g不纯的锌粉与足量盐酸完全反应，收集到的质量8.小明同学用2属杂质。这种金属杂质不可能是下列物质中的 D.镁铜 B. A.铁 铝 C. 通过置换反应可判断金属活动性顺序，某同学通过实验来比较铜、铝、汞的金属活动性顺序，现有铜、. 9． 铝、汞的三种单质，如果另外只用一种试剂达到实验目的，则应选用下列试剂中的 A.稀硫酸 B.氯化铝溶液 C.硝酸汞溶液 D.硫酸铜溶液 10．在一定条件下，下列转化不能由一步反应实现的是．．→FeCl→CO→Cu D．Mg→MgO CuCl．HCOC ．A．FeO B232223211．有X、Y、Z三种金属，如果把X和Y分别放入稀硫酸中，X溶解并产生氢气，Y不反应；如果把Y和Z分别放人硝酸银溶液中，过一会儿，在Y 表面有银析出，而Z没有变化。根据以上实验事实，判断这三种金属的活动性由强到弱的顺序为 A．Z、Y、X B．X、Y、Z D．X、Z、．YX、Z 、Y C12．往AgNO和Cu(NO)的混合溶液中加入一定量的铁粉，充分反应后过滤，向滤渣中加入稀盐酸，无气233泡产生。根据上述现象，你能得出的结论是 A．滤渣中一定有Fe粉B．滤渣中一定有Cu粉 2++ 2+ CuAg 、D．滤液中一定有．滤液中一定有CFe 13．废旧手机的某些部件中含有Mg、Al、Cu、Ag等金属，为了回收重金属，将旧手机的部件粉碎并浸入足量稀硫酸中充分反应过滤，所得固体中含有的金属是 A.Mg、Al B.Cu、Ag C.Al、Cu D.Mg、Ag 14．相同质量的M、N两种活泼金属，分别与足量质量分数为氢M气8%的盐酸反应（M、N在生成物中均为+2价），生成H质量质2量N和反应时间的关系如右图。下列叙述正确的是（） 0反应时间A．金属的活泼性N＞M B．两个反应生成H的体积相等2．两个反应消耗盐酸的质量一定相等D M ＞N．相对原子质量C． 15. 如右图所示，烧杯中盛有质量相等、质量分数相等的稀盐酸，天平调平后，
金属材料检测标准大汇 总 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
金属材料化学成分分析 GB/T 222—2006钢的成品化学成分允许偏差 GB/T 系列钢铁及合金X含量的测定 GB/T 4336—2002碳素钢和中低合金钢火花源原子发射光谱分析方法(常规法) GB/T 系列海绵钛、钛及钛合金化学分析方法X量的测定 GB/T 系列铜及铜合金化学分析方法第X部分：X含量的测定 GB/T 5678—1985铸造合金光谱分析取样方法 GBT 系列铝及铝合金化学分析方法 GB/T 7999—2007铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法 GB/T 11170—2008不锈钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法) GB/T 11261—2006钢铁氧含量的测定脉冲加热惰气熔融-红外线测定方法 GB/T 系列镁及镁合金化学分析方法第X部分X含量测定 金属材料物理冶金试验方法 GB/T 224—2008钢的脱碳层深度测定法 GB/T 225—2006钢淬透性的末端淬火试验方法(Jominy 试验) GB/T 226—2015钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法 GB/T 227—1991工具钢淬透性试验方法 GB/T 1954—2008铬镍奥氏体不锈钢焊缝铁素体含量测量方法 GB/T 1979—2001结构钢低倍组织缺陷评级图 GB/T 1814—1979钢材断口检验法 GB/T 2971—1982碳素钢和低合金钢断口检验方法 GB/T —2012变形铝及铝合金制品组织检验方法第1部分显微组织检验方法
GB/T —2012变形铝及铝合金制品组织检验方法第2部分低倍组织检验方法GB/T 3488—1983硬质合金显微组织的金相测定 GB/T 3489—1983硬质合金孔隙度和非化合碳的金相测定 GB/T 4236—1984钢的硫印检验方法 GB/T 4296—2004变形镁合金显微组织检验方法 GB/T 4297—2004变形镁合金低倍组织检验方法 GB/T 4334—2008金属和合金的腐蚀不锈钢晶间腐蚀试验方法 GBT 4335—2013低碳钢冷轧薄板铁素体晶粒度测定法 GB/T —2015不锈钢5%硫酸腐蚀试验方法 GB/T 4462—1984高速工具钢大块碳化物评级图 GB/T 5058—1985钢的等温转变曲线图的测定方法(磁性法) GB/T 5168—2008α-β钛合金高低倍组织检验方法 GB/T 5617—2005钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定 GB/T 8359—1987高速钢中碳化物相的定量分析X射线衍射仪法 GB/T 8362—1987钢中残余奥氏体定量测定X射线衍射仪法 GB/T 9450—2005钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核 GB/T 9451—2005钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定 GB/T 10561—2005钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法GB/T 10851—1989铸造铝合金针孔 GB/T 10852—1989铸造铝铜合金晶粒度 GB/T 11354—2005钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验 GB/T 13298—2015金属显微组织检验方法
金属和金属材料综合测试（含答案） 一、金属和金属材料选择题 1．下列四支试管中，铁钉锈蚀最快的是( ) A．B．C．D． 【答案】D 【解析】 铁生锈的条件是铁与氧气、水同时接触。A、缺少氧气，不易生锈；B、缺少氧气，不易生锈；C、同时与水、氧气接触，易生锈；D、氯化钠能加快铁的生锈。故选D。 2．如图所示的四个图象，能正确反映对应变化关系的是（） A．水的电解 B．木炭在密闭的容器内燃烧 C．加热一定量的高锰酸钾制氧气 D．等质量的锌、铁与足量的稀硫酸反应 【答案】D 【解析】
【分析】 A.根据电解水时生成的氢气和氧气的体积比分析； B.根据木炭燃烧时生成的二氧化碳与时间的关系分析； C.根据加热一定量的高锰酸钾时生成的氧气与时间的关系分析； D.根据等质量的锌、铁与足量的稀硫酸反应时，生成的氢气与时间的关系分析． 【详解】 A.电解水时生成的氢气和氧气的体积比是2：1，图中是质量比，故A 选项说法不正确。 B.木炭在密闭的容器内燃烧时二氧化碳的质量应该是由零增加到一定值，故B 选项说法不正确。 C.加热一定量的高锰酸钾制氧气时氧气的质量是不断增加的，当高锰酸钾完全反应后氧气的质量不再增加，故C 选项说法不正确。 D.锌的活泼性大于铁与酸反应产生的氢气的速率快，等质量的锌和铁与酸反应，铁产生的氢气多。故D 选项说法正确。 故选D 。 【点睛】 掌握电解水的实验、质量守恒定律、金属与酸反应的性质是正确解答本题的关键。 3．实验室用氯酸钾制氧气的化学方程式为2KClO 3 2MnO 加热2KCl+3O 2↑，该反应属于（ ） A ．化合反应 B ．分解反应 C ．置换反应 D ．复分解反应 【答案】B 【解析】 【详解】 A 、化合反应是有两种或两种以上的物质生成一种物质的化学反应，故选项错误； B 、分解反应是由一种物质生成两种或两种以上的物质的反应，322MnO 2KCl Δ2KClO +3O ，属于分解反应，故选项正确； C 、置换反应是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的化学反应，故选项错误； D 、复分解反应是两种化合物互相交换成分生成另外两种化合物的反应，故选项错误。 故选B 。 【点睛】 置换反应是一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的化学反应。 4．2017年春季，在张献忠沉银现场，考古学家发现了金币、银币、铜币和银锭，还有铁刀、铁矛等兵器，金币银币光亮如初，铁刀铁矛铸迹斑赶。下列说法不正确的是（ ） A ．金银铜铁都是重要的金属资源 B ．金银的化学性质比铜铁更稳定 C ．自然界中，金、银、铜、铁主要以单质的形式存在
金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。 【产品描述】 金属材料检测范围涉及对黑色金属、有色金属、合金、铸件、机械设备及零部件等的机械性能测试、化学成分分析、金相分析、精密尺寸测量、无损探伤、耐腐蚀试验和环境模拟测试等。 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 【检测产品】 钢铁材料：结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金、铬、锰及其合金 金属及其合金：轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属 特种金属材料：功能合金、金属基复合材料 进口金属材料：生铁、钢锭、钢坯、型材、线材、金属制品、有色金属及其制品 【具体检测项目】 常规元素分析：品质（成份分析）、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、碳(C)、硫(S)、镍(Ni)、铬(Cr)、铜(Cu)、镁(Mg)、钙(Ca)、铁(Fe)、钛(Ti)、锌(Zn)、铅(Pb)、锑(Sb)、镉(Cd)、铋(Bi)、砷(As)、钠(Na)、钾(K)、铝(Al)、牌号测定、水份、 贵金属元素分析：银(Ag)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)、铑(Rh)、钌(Ru)、铱(Ir)、锇(Os) 金属机械强度检测：屈服强度、延伸率、弯曲试验、洛氏强度、抗拉强度拉断荷重、应力松弛试验、镀锌量测试、附着力测试、浸铜试验、高低温拉伸试验、压缩试验、剪切试验、扭转试验 【重点检测项目】 化学性能：抗蚀性、抗氧化性 物理性能：密度、熔点、热膨胀性 机械性能：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、塑性、硬度、疲劳、冲击韧性、耐久性、弹性模数、韧性 【检测方法】 GB/T 10128-2007金属材料室温扭转试验方法 GB/T 12443-2007金属材料扭应力疲劳试验方法
金属和金属材料单元练习题(含答案)（word） 一、金属和金属材料选择题 1．某同学为了探究甲、乙、丙三种金属的活动性强弱，做了如下实验。则三种金属的活动性顺序是( ) A．甲＞乙＞丙B．乙＞甲＞丙C．丙＞甲＞乙D．丙＞乙＞甲 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】 位于氢前面的金属能置换出酸中的氢，把甲、乙、丙三种金属分别加入稀硫酸中，甲、乙表面有气泡产生，丙无明显变化，说明甲、乙的金属活动性比氢强，丙的金属活动性比氢弱，即甲、乙＞H＞丙。位于前面的金属能把排在它后面的金属从其盐溶液中置换出来，再把甲放入到乙的硫酸盐溶液中，无明显现象，说明甲的金属活动性比乙弱，即乙＞甲。故三种金属的活动性顺序是乙＞甲＞丙，故选B。 2．以下实验能比较出铜和银的金属活动性强弱的是（） A．测定两金属的密度 B．铜片放入硝酸银溶液中 C．将两种金属相互刻画 D．铜片、银片分别放入稀硫酸中 【答案】B 【解析】 试题分析：比较金属活动性强弱要通过化学变化且出明显现象才能表现出来，A．测定两金属的密度，不能比较出铜和银的金属活动性强弱；B．铜片放入硝酸银溶液中能比较出铜和银的金属活动性强弱，因为金属铜能置换出金属银；C．将两种金属相互刻画不能比较出铜和银的金属活动性强弱；D．铜片、银片分别放入稀硫酸中，二者多无明显现象，不能比较出铜和银的金属活动性强弱；故答案选择B 考点：金属活动性顺序 3．下列图像分别与选项中的操作相对应，其中合理的是（）
A．向一定量的稀硫酸中加入锌粒 B．向氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸 C．向一定量的CuSO4溶液中加NaOH溶液 D．加热一定质量的KClO3和MnO2混合物制O2 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】 A、向一定量的稀硫酸中加入锌粒，氢气的质量应不断增大至一定值，反应速率不断变缓，选项A不正确； B、向氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸，pH值应由大逐渐变小，选项B不正确； C、向一定量的CuSO4溶液中加NaOH溶液，沉淀质量不断增大至一定值，选项C正确； D、加热一定质量的KClO3和MnO2混合物制O2，反应完成后容器中有催化剂MnO2剩余，选项D不正确； 故选C。 4．如图所示的四个图象，能正确反映对应变化关系的是（）
一、填空题（60 分） 1. 金属材料的性能的性能包括和。 2. 力学性能包括、、、、。 3. 圆柱形拉伸试样分为和两种。 4. 低碳钢拉伸试样从开始到断裂要经过、 、、四个阶段。 5. 金属材料的强度指标主要有和。 6. 金属材料的塑性指标主要有和。 7. 硬度测定方法有、、。 8. 夏比摆锤冲击试样有和两种。 9. 载荷的形式一般有载荷、载荷和载荷三种。 10. 钢铁材料的循环基数为，非铁金属循环基数为。 11. 提高金属疲劳强度的方法有和 。 表示用“ C”标尺测定的1000/30 表示用压头直径为 kgf 试验力作用下，保持为。硬度值为。 的硬质合金球，在s时测得的布氏硬度值 14. 金属材料的工艺性能包括、、 、、。
二、判断题（25 分） 1.金属的工艺性能是指金属在各种加工中所表现出的性能。（） 2.金属的力学性能是指在力作用下所显示的与弹性和非弹性反 应相关或涉及应力 - 应变关系的性能。（） 3.拉伸试验时，试样的伸长量与拉伸力总成正比。（） 4. 屈服现象是指拉伸过程中拉伸力达到Fs 时，拉伸力不增加， 变形量却继续增加的现象。（） 5. 拉伸试样上标距的伸长量与原始标距长度的百分比，称为断后伸长率，用符号 A 表示。（） 6.现有标准圆形截面长试样 A 和短试样 B，经拉伸试验测得δ 10、δ5 均为 25%，表明试样 A 的塑性比试样 B 好。 ( ) 7.常用的硬度试验方法有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。（） 8.做布氏硬度试验，当试验条件相同时，压痕直径越小，则材料 的硬度越低。（） 9.洛氏硬度值是根据压头压入被测材料的的深度来确定的。（） 10.洛氏硬度 HRC测量方便，能直接从刻度盘上读数，生产中常 用于测量退火钢、铸铁和有色金属件。（） 11.一般来说，硬度高的金属材料耐磨性也好。（） 12.韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力。（） 13.金属的使用性能包括力学性能、物理性能和铸造性能。( ) 14.拉伸试验中拉伸力和伸长量的关系曲线称为力一伸长曲线，
SGS Materials Testing Services Metal Testing 金属材料测试 SGS-CSTC Standards Technical Services Co., Ltd. Materials Testing Services People’s Republic of China 502
Capability of Materials Lab 金属材料测试项目&能力 Chemical Composition Analysis Mechanical Properties Physical Properties Metallography Analysis Corrosion & Prevention NDT & Welding Dimension & Tolerance Weathering & Aging Failure Analysis Others ?化学成分分析 ?机械性能测试 ?物理性能测试 ?金相显微分析 ?耐腐蚀试验 ?无损探伤&焊接工艺评定?尺寸测量&加工精度评估?老化&环境试验 ?失效分析
Chemical Composition Analysis For Metal 金属材料成分分析 定量分析:按标准,对相应材料牌号或要求的金属材料进行 定量分析,判定其是否符合相应要求或标准. ?Carbon/low alloy steels 碳钢/低合金钢?Stainless steels, 不锈钢 ?Cast irons, 铸铁 ?non-ferrous metals 有色金属(铜,铝,镁,锡等)?Welding materials 焊接材料?Superalloys高温金属材料 ?Others 其他金属材料测试仪器及设备?OES ?ICP-AES ?Wet Chemistry ?Spectrophotometers ?N/O ?C/S ?EDS or EPMA 定性分析: 对未知金属材料测定其主要成分,鉴别材质 现场钢材材质鉴定和成分检测: PMI 移动式光谱仪; 手持式X-Ray荧光检测仪
金属和金属材料练习题(含参考答案) 重庆市凤鸣山中学2011-2012学年化学 第八单元金属和金属材料试卷 （测试时间50分钟，满分70分） 班级姓名成绩 可能用到的相对原子质量：g：24 Zn： 65 Fe： 56 S： 32 ：16 H：1 u：64 一、选择题（本题包括15小题，每小题1.5分，共22.5分，每小题只有一个正确答案） 1．鞍钢集团全力支持上海世博会，为上海虹桥交通枢纽建设提供4．7万吨精品钢材。关于钢的说法不正确的是（） A．钢是纯净物 B．钢是铁合金 ．钢的含碳量低于生铁 D．钢的性能优于生铁 2.将金属锰(n)投入稀盐酸中，有气泡产生。将镁条插入硫酸锰溶液中，如果有锰析出，则n、g、u的金属活泼性由强到弱的顺序是（） A．n、g、u B．g、n、u ．u、g、n D．u、n、g 3．铁制品在通常情况下很易生锈，制造时往往在铁制品表面电镀一层铜起防锈作用。下列说法正确的是（）A．镀铜铁制品不可以在弱酸性条件下使用 B．镀铜铁
制容器可盛硝酸银溶液 ．镀铜铁制品不易生锈的原因之一是使铁隔绝了空气D．镀铜铁制品是一种合金 4.芯片是电脑、“智能”加点的核心部件，它是用高纯度硅制成的。下面是生产单质硅过程中的一个重要反应：Si2 + 2 高温 Si +2↑，该反应的基本类型是（） A．化合反应 B．分解反应．置换反应 D．复分解反应 5．“金银铜铁锡”俗称五金。在这五种金属中，有一种金属与其他四种金属的盐溶液都能发生反应，这种金属是（） A．金 B．铜．铁 D．锡 6.光亮的铁钉在下列几种情况下，最不容易生锈的是（） 7．下列四个实验中只需要完成三个就可以证明Fe、u、Ag三种金属的活动性顺序。其中不必进行的是（）A．将铁片放入稀盐酸 B．将铜片放入稀盐酸 ．将铁片放入硝酸银溶液 D．将铜片放入硝酸银溶液 8.铝在一百多年里产量得到大幅度的提高，并被广泛地使用，原因之一就是铝的抗腐蚀性能好。铝具有良好抗腐蚀性能的原因是（） A.铝的化学性质不活泼 B.铝不与酸、碱反应 .铝常温下不与氧气反应 D.铝表面生成一层致密的氧化铝保护膜
实验报告 课程名称：材料性能研究技术成绩：实验名称：金属材料硬度测试实验批阅人： 实验时间：实验地点：x5406 报告完成时间：2 姓名：学号：班级： 同组实验者：指导教师： 一、实验目的 1.了解不同类型硬度测试的基本原理。 2.了解不同类型硬度测试设备的特点及应用范围。 3.掌握各类硬度计的操作方法。 二、实验原理 金属的硬度可以认为是金属材料表面在压应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测试能够给出金属材料软硬度的定量概念，即：硬度示值是表示材料软硬程度的数量指标。由于在金属表面以下不同深度处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量应变抗力、应变强化能力以及大量形变抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形的能力越大，材料产生塑性变形就越困难。硬度的大小对于机械零件或工具的使用寿命具有重要的影响。 硬度测试方法有很多，大体可以分为弹性回跳法（如肖氏硬度）、压入法（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度）和划痕法（如莫氏硬度）等三类。
硬度是表征金属材料软硬程度的一种性能，其物理意义随着试验方法的不同而表示不同的意义。其中弹性回跳法主要表征金属弹性变形功的能力；压入法主要表征金属塑性变形抗力及应变硬化能力；而划痕法主要表征金属切断能力。 下面介绍三种最常用的硬度测试方法： 1、布氏硬度 （1）布氏硬度试验原理 用一定直径D（mm）的硬质合金球作为压头，用一定的试验力F（N），将其压入试样表面，经过规定的保持时间t（s）之后卸载试验力，观察试样表面，会发现有残留压痕（如图1）。测残留压痕的平均直径d（mm），然后求出压痕球形面积A（mm2）。布氏硬度值（HBW）就是试验力F除以压痕表面积A所得的商，F以N作为单位时，其计算公式为 注：布氏硬度值不标出单位 布氏硬度试验用的压头球直径有10mm、5mm、2.5mm和1mm四种，主要根据试验厚度选择，选择要求是使压痕深度h小于试样厚度的1/8 。当试样厚度足够时，应尽量选用10mm 的压头球。 （2）布氏硬度的特点 布氏硬度试验时一般采用直径较大的压头球，所以它所得的压痕面积会比较大。 压痕面积大的一个优点就是它的硬度值能反映金属在较大范围内各组成相的平均性能，而不会受到个别的组成相和微小相的影响，所以说，布氏硬度试验主要用于测定灰口铸铁，轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度；压痕较大的另外一个优点就是实验的数据稳定，重复性强。
佛山市职业学校2012—2013学年第一学期 《金属工艺》期中考试试卷 该试题适用班级： 一、填空题（每空1分，共25分）。 1、 是在碳素钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。 2、 合金钢与碳素钢相比，由于加入了合金元素，合金钢具有较高的 、淬透性和回火稳定性。 3、 合金元素主要有以下几种作用： 、形成合金碳化物、细化金粒、提高钢的淬透性、提高钢的回火稳定性。 4、 合金钢按用途分类可分为 、合金工具钢、特殊性能钢。 5、 合金钢按合金元素总含量分类可分为 、中合金钢、高合金钢。 6、 合金结构钢的牌号采用 +元素符号+数字。 7、 合金结构钢按用途及热处理特点的不同，可分为 低合金结构钢、合金渗透钢、 、合金弹簧钢以及 等。 8、 合金结构钢按用途可分为 和机械制造用钢。 9、 在碳素结构钢的基础上加入少量的合金元素就形成了 。 10、弹簧主要是利用 以达到缓冲、减震及储能的作用。 11、滚动轴承钢用于制造各种滚动轴承的内外圈以及 ，并且轴承 钢是一种高级优质钢。 12、合金工具钢按用途可分为 、合金模具钢、合金量具钢。 专 业 班 别 姓 名 学 号
13、在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢称为 。 14、在制造行业中，常常看到的量具通常采用 来制造。 15、机械制造业中，常用到的特殊性能钢有 、耐热钢、耐磨钢。 16、水、盐水溶液、酸及其他腐蚀性介质中具有高度化学稳定性的钢称为 。 17、不锈钢按金相组织特点可分为 奥氏体不锈钢、 和 铁素体不锈钢等。 18、由于耐磨钢是单一的 ，其具有良好的耐蚀性和抗磁性。 19、进行火花鉴别时，操作者应戴上 ，并且场地光线不宜太亮。 20、通常情况下在切割钢时，钢的 ，火花越多，火束也由长趋向短。 21、铸铁俗称为 ，其 力学性能 主要取决于 和石墨的形状、数量、大小以及分布状态。 22、根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，可以分为 、白口铸铁、麻口铸铁这三类。 23、根据铸铁中石墨形态的不同，铸铁可分为 、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。 二、选择题（每题2分，共20分）。 1、中合金钢的合金元素总含量为（ ） A 、小于5% B 、5%--10% C 、大于10% D 、等于10% 2、在60Si2Mn 合金结构钢中60代表（ ） A 、主要合金元素含量 B 、含硅量 C 、含碳量 D 、无特殊意思 3、各种高级优质合金钢在牌号中最后要标上（ ），其代表含义是（ ） A 、A 优质 B 、A 高级优质 C 、B 优质 D 、B 高级优质 4、合金渗透钢的典型热处理工艺为（ ） A 、渗碳+淬火 B 、渗碳+低温回火 C 、淬火+低温回火 D 、渗碳+淬火+低温回火 专 业 班 别 姓 名 学 号
目录 摘要 (1) 1引言 (1) 2金属材料的力学性能简介 (2) 2.1 强度 (2) 2.2 塑性 (2) 2.3 硬度 (2) 2.4 冲击韧性 (3) 2.5 疲劳强度 (3) 3金属材料力学性能测试方法 (3) 3.1拉伸试验 (3) 3.2压缩试验 (6) 3.3扭转试验 (8) 3.4硬度试验 (11) 3.5冲击韧度试验 (16) 3.6疲劳试验 (19) 4常用的仪器设备简介 (20) 4.1万能试验机 (20) 4.2扭转试验机 (23) 4.3摆锤式冲击试验机 (28) 5金属材料力学性能测试方法的发展趋势 (30) 参考文献 (30)
金属材料的力学性能及其测试方法 摘要：金属的力学性能反映了金属材料在各种形式外力作用下抵抗变形或破坏的某些能力，它与材料的失效形式息息相关。本文主要解释了金属材料各项力学性能的概念，介绍了几个常见的测试金属材料力学性能的试验以及相关的仪器设备，最后阐述了金属材料力学性能测试方法的发展趋势。 关键词：金属材料，力学性能，测试方法，仪器设备，发展趋势 Test Methods for The Mechanical Properties of Metal Material Abstract：The mechanical properties of metal material which reflect some abilities of deformation and fracture resistance under various external forces are closely linked with failure forms. This paper mainly introduces some concepts of mechanical properties of metal material, common experiments testing mechanical properties of metal material and apparatuses used. The trend of development of test methods for mechanical properties of metal material is also discussed. Keywords：metal material，mechanical properties，test methods，apparatuses，development trend 1引言 材料作为有用的物质，就在于它本身所具有的某种性能，所有零部件在运行过程中以及产品在使用过程中，都在某种程度上承受着力或能量、温度以及接触介质等的作用，选用材料的主要依据是它的使用性能、工艺性能和经济性，其中使用性能是首先需要满足的，特别是针对性的材料力学性能往往是材料设计和使用所追求的主要目标。材料性能测试与组织表征的目的就是要了解和获知材料的成分、组织结构、性能以及它们之间的关系。而人们要有效地使用材料，首先必须要了解材料的力学性能以及影响材料力学性能的各种因素。因此，材料力学性能的测试是所有测试项目中最重要和最主要的内容之一。 在人类发展的历史长河过程中，人们已经建立了许多反映材料表面的和内在的各种关于力学、物理等相关材料性能的测试和分析技术，近现代科学的发展已使材料性能测试分析从经验发展并建立在现代物理理论和试验的基础之上，并且
常用金属材料 5.1 名词解释 １．固溶处理与水韧处理：固溶处理系指将奥氏体不锈钢在1100℃加热，使所有碳化物都溶入奥氏体中，然后水中急冷，使碳化物来不及析出，获得单一奥氏体组织的处理。而水韧处理则指高锰钢为消除碳化物并获得单一奥氏体的热处理，即将钢件加热至1000~1100℃，并在高温下保温一段时间，使碳化物完全溶解于奥氏体，然后于水中急冷，使奥氏体固定到室温。 ２．回火稳定性与二次硬化：回火稳定性表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能力。而二次硬化系指在一些含合金元素W、Mo、Cr、V、Ti等含量较多的钢中，回火后的硬度不是随回火温度的升高而连续下降，而是在某温度范围（一般为500℃～600℃）内回火时硬度不下降或有所提高，即硬度达到峰值，这一现象称为二次硬化。 ３．合金元素与杂质元素：为改善钢的性能而有意识地加入到钢中的化学元素，称为合金元素；而杂质元素系指在钢的冶炼过程中不可避免地残留至钢中的化学元素。 ４．蠕变极限与持久强度：蠕变极限()：表示材料在高温长期载荷作用下，抵抗蠕变变形的能力；而持久强度(σ)：表示材料在高温长期载荷作用下，抵抗断裂的能力。 ５．石墨化：指铸铁组织中石墨的形成过程。 ６．可锻化退火：将白口铸铁加热至高温，经长时间退火，使渗碳体分解，形成团絮状石墨的工艺。 ７．时效强化：铝合金淬火后在室温放置或加热至某一温度保温，随时间延长，其强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象。 5.2 填空题 １．按钢中合金元素含量多少，可将合金钢分为低，中和高合金钢三类（分别写出合金元素含量范围）。２．钢的质量是按S和P含量高低进行分类的。 ３．强烈阻止奥氏体晶粒长大的合金元素有Ti、V、Nb、Zr、Al等，而促进奥氏体晶粒长大的元素有Mn、P、C、N 等（每空例举两种）。 ４．除Co 处，其它的合金元素溶入Ａ中均使Ｃ曲线向右移动即使钢的临界冷却速度减少，淬透性增加。 ５．从合金化的角度出发，提高钢的耐蚀性的主要途径有提高基体的电极电位，使之形成单相组织与形成钝化膜。 ６．1Cr18Ni9Ti钢中Ti的作用是防治晶间腐蚀，而20CrMnTi钢中Ti 的作用是细化晶粒。 ７．W18Cr4V钢是高速钢，含碳量是 0.7～0.8 % ；W 的主要作用是提高红硬性，Cr的主要作用是提高淬透性，V的主要作用是提高耐磨性，最终热处理工艺是1260℃～1280℃淬火，560℃三次回火；其相应组织为 M回+K+A残。 ８．20CrMnTi钢是钢，Cr、Mn的主要作用是，Ti的主要作用是，其最终热处理工艺是。