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第六章金属材料一、填空题（在空白处填上正确的内容）1、合金工具钢的牌号与合金结构钢的区别仅在于用一位数字来表示钢中平均含碳量的________，当含碳量________时，则不予标出。
答案：千分之几、大于或等于1.0%2、影响铸铁石墨化的主要因素是铸铁的________和________。
答案：化学成分、冷却速度3、黄铜是________合金。
答案：铜锌4、调质钢的碳含量为0.25～0.5％，主加元素通常为Cr、________、Si、________，辅加元素的作用分别为：Mo、W、V、Ti、B，热处理原则为________。
答案：Ni、Mn、淬火＋高温回火5、在机械制造中常用的特殊性能钢有________钢、耐热钢和________钢。
答案：不锈、耐磨6、铝合金按其成分和工艺特点分为形变铝合金和________。
答案：铸造铝合金7、碳钢的________可以满足一般机械和工具的要求，故在机械制造中应用广泛。
答案：力学性能8、影响铸铁石墨化主要因素是铸铁的________和________。
答案：化学成分、冷却速度9、合金调质钢的含碳量在________之间，合金调质钢的典型热处理工艺是________，处理后获得________组织，使零件具有优良的综合力学性能。
）答案：0.25%～0.5%、调质处理（淬火+高温回火）、回火索氏体（S回10、磷在常温下能溶入铁素体，使钢的强度、硬度增加，但塑形和韧性显著下降，尤其在低温更为严重。
这种在低温时使钢严重变脆的现象叫________。
答案：冷脆11、从不锈钢合金化原理来看，要提高金属的抗蚀能力，一方面要尽量使合金________，另一方面是________。
答案：呈单一的均匀的组织、提高合金的电极电位12、铝合金按其成分和工艺特点分为形变铝合金和________。
答案：铸造铝合金13、铸铁中的碳和硅是________（促进或阻碍）石墨化的元素，锰是________（促进或阻碍）石墨化的元素。
第六章 金属和合金的塑性变形和再结晶金属材料（包括纯金属和合金）在外力的作用下引起的形状和尺寸的改变称为变形。
去除外力，能够消失的变形，称弹性变形；永远残留的变形，称塑性变形。
工业生产上正是利用塑性变形对金属材料进行加工成型的，如锻造、轧制、拉拔、挤压、冲压等。
塑性变形不仅能改变工件的形状和尺寸，还会引起材料内部组织和结构的变化，从而使其性能发生变化。
以再结晶温度为界，金属材料的塑性变形大致可分为两类：冷塑性变形和热塑性变形，在生产上，通常称为冷加工和热加工。
经冷塑性变形的金属材料有储存能，自由能高，组织不稳定。
若升高温度，使原子获得足够的扩散能力，则变形组织会恢复到变形前的状态，这个恢复过程包括：回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。
从金属材料的生产流程来看，一般是先进行热加工，然后才进行冷加工和再结晶退火。
但为了学习的方便，本章先讨论冷加工，再讨论再结晶和热加工。
§6.1 金属材料的变形特性一、 应力—应变曲线金属在外力作用下，一般可分为弹性变形、塑性变形、断裂三个阶段。
图6.1是低碳钢拉伸时的应力—应变曲线，这里的应力和应变可表示为：000,L L L L L A F ∆=-==εσ 公式中F 是拉力，00,L A 分别是试样的原始横截面积和原始长度。
从图中可以得到三个强度指标：弹性极限e σ，屈服强度s σ，抗拉强度b σ。
当拉应力小于弹性极限e σ时，金属只发生弹性变形，当拉应力大于弹性极限e σ，而小于屈服强度s σ时，金属除发生弹性变形外，还发生塑性变形，当拉应力大于抗拉强度b σ时，金属断裂。
理论上，弹性变形的终结就是塑性变形的开始，弹性极限和屈服强度应重合为一点，但由于它们不容易精确测定，所以在工程上规定：将残余应变量为0.005%时的应力值作为弹性极限，记为005.0σ，而将残余应变量为0.2%时的应力值作为条件屈服极限，记为2.0σ。
s σ和2.0σ都表示金属产生明显塑性变形时的应力。
第六章 变形金属与合金的回复与再结晶本章教学目的：1 揭示形变金属在加热过程中组织和性能变化的规律；2 揭示再结晶的实质3 说明热加工与冷加工的本质区别以及热加工的特点。
教学内容：（1）变形金属在退火过程中（回复，再结晶以及晶粒长大）过程的组织与性能变化；（2）影响再结晶的因素；（3）再结晶晶粒大小及控制；（4）热加工与冷加工重点：（1）回复与再结晶的概念和应用；（2）临界变形度的概念；（3）再结晶晶粒度的控制；（4）热加工与冷加工的区别。
难点：（1）再结晶形核机制与再结晶动力学；（2）再结晶晶粒的二次长大机理§6-1变形金属与合金在退火过程中的变化金属经冷塑性变形后，内部组织和各项性能均发生相应变化，而且由于位错等结构缺陷密度的增加以及畸变能的升高，使其处于热力学不稳定状态。
当变形金属加热时，通过原子扩散能力的增加，有助于促进向低能量状态的转变。
一、显微组织的变化第一阶段：显微组织基本上未发生变化，其晶粒仍保持纤维状或扁平状变形组织，称回复阶段。
第二阶段：以新的无畸变等轴小晶粒逐渐取代变形组织，称为再结晶阶段。
第三阶段：上述小晶粒通过互相吞并方式而长大，直至形成较为稳定的尺寸，称为晶粒长大阶段。
二、储存能及内应力的变化当变形金属加热到足以引起应力松弛的温度时，其中的储存能将释放出来。
回复阶段释放的储存能很小三、机械性能的变化规律回复阶段硬度变化很小，约占总变化的1/5，再结晶阶段下降较多，强度与硬度有相似的变化规律。
因为回复阶段仍保持很高的位错密度。
在再结晶阶段，硬度与强度显著下降，塑性大大提高。
四、其它性能的变化1、电阻的变化电阻的回复阶段已表现出明显的下降趋势。
点缺陷对电阻的贡献远大于位错，而回复阶段点缺陷的密度发生显著的减小。
2、密度的变化再结晶阶段密度急剧增高。
五、亚晶粒尺寸在回复阶段前期，亚晶粒尺寸变化不大，但在后期，尤其在接近再结晶温度时，晶粒尺寸显著增大。
§6-2 回复一、退火温度和时间对回复过程的影响回复是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变之前所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
Chapter 6 Metallic Materials1.名词解释：Explain the concepts:1）黑色金属: 指铁、铬、锰金属及其合金，以铁及铁合金为主。
Blank metals: refers to Fe, Cr, Mn and their alloys, mainly are Fe and its alloy.2）有色金属：除铁、铬、锰以外的金属成为有色金属。
Non-ferrous metals: refers to metals except iron, chromium, manganese and their alloys.3）奥氏体：碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，它仍保持γ－Fe的面心立方晶格，晶界比较直，呈规则多边形。
Austenite: interstitial solid solution formed by carbon dissolves in γ-Fe, it remains face-centered cubic lattice of γ-Fe, the grain boundary is relatively straight, and is regular polygon.4）马氏体：碳在α－Fe中的过饱和固溶体，晶体结构为体心四方结构，中高碳钢中加速冷却通常能够得到这种组织。
Martensite: supersaturated solid solution formed by the carbon dissolves in α-Fe, the crystal structure is body-centered tetragonal structure, it can be obtained by accelerated cooling the high-carbon steel.5）超耐热合金：在700～1200℃高温下能长时间保持所需力学性能，具抗氧化、抗腐蚀能力，且能满意工作的金属材料。
Super heat-resistant alloys: materials that can maintain the required mechanical properties at high temperature of 700 to 1200 ℃ for a long time. They are antioxidant, corrosion resistant and can work satisfactory.6）金属固溶体：指一种溶质元素（金属或非金属）原子溶解到另一种溶剂金属元素（较大量的）的晶体中形成的一种均匀的固态溶液。
Metal solid solutions: refers to a homogeneous solid solution that formed by a solute elements (metal or nonmetal) atoms dissolve into a solvent metal element (relatively large).7）金属间化合物：指金属和金属之间，类金属和金属原子之间以共价键形式结合生成的化合物，具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性。
Intermetallic compounds: refers to compounds that formed between the metal and the metal atoms by covalent binding. They have basic characteristics of metal and long-range ordered crystal structure.2.简述形状记忆合金原理。
Describe the principle of shape memory alloys.答：形状记忆合金是指具有一定初始形状的材料经形变并固定成另一形状后，通过热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的合金。
其形状记忆效应源于某些特殊结构合金在特定温度下发生的马氏体相－奥氏体相组织结构相互转换。
热金属降温过程中，面心立方结构的奥氏体相逐渐转变成体心立方或体心四方结构的马氏体相，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。
Answer:Shape memory alloy refers to material that has a certain initial shape, can change to another shape, and can restore the initial shape by heat, light, electricity and other physical stimulation or chemical stimulation treatment. The mechanism of shape memory alloy result from the conversion of martensitic and austenitic phase at a particular temperature. In the process of cooling of hot metal, the face-centered cubic structure of austenite phase gradually transformed into the body-centered cubic or body-centered tetragonal martensite phase, once the martensite formation, it will continue to grow with decreasing temperature, if temperature rise, the quantity of martensite phase will reduce and disappear completely in an opposite process.3.介绍储氢合金类别，并说明其储氢、释氢化学过程。
Introduction the category ofhydrogen storage alloy, and explain the chemical process of hydrogen storage alloy when it store and release hydrogen.答：储氢合金主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。
相对来说，稀土系储氢合金是最好的。
储氢合金储氢的化学过程为：H2分子与合金接触时，先吸附在合金表面，H2的H-H键解离，成为原子H，原子H从合金表面向内部扩散，侵入比H原子半径大得多的金属原子与金属的间隙中形成固溶体。
固溶于金属中的氢再向内部扩散，这种扩散必须有由化学吸附向溶解转换的活化能。
固溶体一被氢饱和，过剩氢原子与固溶体反应生成氢化物。
这时，产生溶解热。
释放氢时，氢化物吸收热量，并发生分解，将吸收的氢释放出来。
Answer: There are four kinds of hydrogen storage alloy, they are titanium based hydrogen storage alloy, zirconium based hydrogen storage alloy, iron based hydrogen storage alloy and rare earth based hydrogen storage alloy. Relatively, rare earth based hydrogen storage alloy is the best. The chemical process of hydrogen storage alloy is: the H2 molecule adsorbs on the alloy surface of H2, then H-H bond dissociate and become H atom, atomic H diffuse from the alloy surface to the internal space, and invade in the gap of metal atoms and form a solid solution. Hydrogen dissolves in the internal of the metal again, this diffusion is drived by activation energ. The excess hydrogen atoms to generate hydride solid solution and generate heat. When release hydrogen, the hydride absorb heat, and the hydride is decomposed, the H atoms was released.也可以简述为when hydrogen storage, the metal or alloy react with hydrogen to form hydride, absorbing large amounts of hydrogen, and also produce heat equivalent to the heat of formation. When hydrogen emission, metal hydride decompose thermally (ie the need to absorb the heat), and the hydrogen is released.4.讨论储氢合金在镍氢电池领域的工作原理。
答：储氢合金在镍氢电池领域应用时，通常以氢化物电极为负极，Ni（OH）2电极为正极，KOH水溶液为电解质组成Ni/MH电池。
充电时，氢化物电极作为阴极储氢―――M作为阴极电解KOH水溶液时，生成的氢原子在材料表面吸附，继而扩散入电极材料进行氢化反应生成金属氢化物MHx；放电时，金属氢化物MHx作为阳极释放出所吸收的氢原子并氧化为水。
因此，充放电过程只是氢原子从一个电极转移到另一个电极的反复过程。
Answer：Hydrogen storage alloys refer to materials that can absorb, save and release H2 many times under certain temperature and H2pressure. They can be used as hydride electrode in the field of Ni/MHx cell. In a Ni/MHx cell, MHx is used as cathode, Ni(OH)2 is used as anode, and the solution of KOH is used as electrolyte. When the cell is charging, KOH was electrolyzed and the forme H atoms which can absorb on the surface of M cathode, and then form MHx, so the H was stored. When it is discharging, H atoms were released form MHx anode, and then it was oxidized to H2O. Therefore, in the process of charging and discharging, H atoms transfer from one electrode to another electrode again and again.5.超塑性合金一般具有怎样的结构特点？What are the structural characteristics ofsuperplastic alloys?答：超塑性合金一般具有稳定的超细等轴晶粒组织。
