关于金属基复合材料的一些概述

关于金属基复合材料（MMC）的一些概述

一、MMC的种类及其微观组织的一般特征

金属基复合材料（MMC），这一术语包括了很广的成分与结构范围。他们的共同点是有连续的金属基体。按照增强体的形状是连续性纤维，短纤维或者是颗粒状，复合材料的显微组织可分为下图所示的几类。更进一步的分类可基于纤维的直径和取向分布。在仔细考察特定的体系之前，认识与最终产品的微观组织结构有关的问题是有益的。下表简要的总结了复合材料的主要显微组织特征及其对性能的潜在影响。虽然有些组织参数可事先设定，但另外一些参数却难以控制。尽管如此，在设计与制造某特定的工作之前，一个重要的步骤是，事先认定一些简单的纤维组织结构目标及获得这些目标的方法。

按增强材料形态分类，可分为纤维增强金属基复合材料、颗粒和晶须增强金属基复合材料。若按金属基体分类，可分为铝基复合材料，钛基复合材料、镁基复合材料、高温合金复合材料和金属间化合物复合材料。倘若按增强体类型进行分类，则可分为单片、晶须（或者纤维）和颗粒，如下图。

二、金属基体的概述及其制备工艺

金属基体应用最多的为铝及铝合金，钛以及镁。铝的基本特点：熔点660℃，密度2.7g/cm3，其具有面心立方结构．所以其塑性优异，适合各种形式的冷、热加工。导电、导热性能好，约为铜的60％左右，同时化学活性高，在大气中铝表面与氧形成一层薄而又致密的氧化膜以防止铝继续氧化，但是强度低。钛的特点：熔点1678℃，密度4.51g/cm3。其重量轻、比强度高。纯钛的强度可通过冷作硬化和合金化而得到显著的提高．如50％的冷变形可使强度提高60％，适当合金化和热处理，则抗拉强度可达1200—1400MPa，含有氢、碳、氧、铁和镁等杂质元素的工业纯钛抗拉强度可提高到700MPa，并仍能保持良好的塑性和韧性。高温性能优良。合金化后的耐热性显著提高，可以作为高温结构材料使用，如航空发动机的压气机转子叶片等，长期使用最高温度已达540℃。在大气和海水中有优异的耐蚀性．在硫酸、盐酸、硝酸相氢氧化纳等介质中都很稳定。但是导电与导热性差.导热系数只有铜的1／l 7和铝的l／10，比电阻为铜的25倍。镁的特点：密度1.74g/cm3。由于其密度低，比强度、比刚度较高，镁具有密排六方结构，室温和低温塑性较低，但高温塑性好可进行各类形式的热变形加工。减震性能好，能承受较大的冲击振动负荷。

根据各种制备方法的基本特点，金属基复合材料的制备工艺分为四大类，即固态法；液态法；喷涂与喷射沉积法；原位复合法。

1、固态法。在一定温度的压力下，把新鲜清洁表面的相同或不相同的金届，通过表面原子的互相扩散而连接在一起。关键步骤为纤维的排布，复合材料的叠台和真空封装以及热压。其采用有机粘接剂。将增强纤维的单丝或多丝的条带分别浸溃加热后易挥发的有机粘接剂，按复合材料的设计要求的间距排列在全属基体的薄板或箔上，形成预制件。采用带槽的薄板或箔片，将纤维排布在其中。采用等离子喷涂。即先在金属基体箔片上用排布好一层纤维，然后再喷涂一层与基体金属相同的金属。纤维表面经化学或物理处理，在基体金属熔池中充分地浸渍形成金属基复合丝。为了防止复合材料在热压中的氧化，叠合好的复合材料坯科应真空封装于金属模套中。为了便于复合材料在热压后与金属模套的分离，在金属模套的内壁徐上云母粉类的涂料以利分离，注意不能涂与金属基体发生反应的涂料。在真空或保护气氛下直接放入热压模或平板进行热压合热压工艺参数主要为：热压温度、压力和时间。扩散结合的优缺点：工艺相对复杂，纤维排布、叠合以及封装手工操作多，成本高。能按照复合材料的铺层要求排布。在热压时可通过控制工艺参数的办法来控制界面反应。粉末冶金。适用于连续、长纤维增强．也可用于短纤维、颗粒或晶须增强的金属基复合材料。长纤维增强：将纤维和金属粉末按比例混合，密封在容器中，然后进行热等静压。粉末冶金的优点：工艺过程温度低，可以控制界面反应。增强材料(纤维、颗粒或晶须)与基体金属粉末可以任何比例混合，纤维含量最高可达75％，颗粒含量可达50％以上。对浸润性和密度差的要求较小采用热等静压工艺时，其组织细化、细密、均匀，一般不会产生偏析、偏聚等缺陷，可使空隙和其它内部缺陷得到明显改善，从而提高复合材料的性能。可以用传统的加工方法进行二次加工。粉末冶金的缺点：工艺过程比较复杂，金属基体必须制成金属粉末，增加了工艺的复杂性和成本。在制备铝基复合材料时，还要防止铝金属粉末引起的爆炸。

2、液态法。压铸成型(Squeeze casting)，是指在压力的作用下，将液态或半液态金属基复合材料或金属以一定速度充填压铸模型腔或增强材料须制体的孔隙中，在压力下快速凝固成型而制备金属基复合材料的工艺方法。普通压铸工艺过程：将包含有增强材料的金属熔体倒入预热模具中后迅速加压，压力约为70—l00MPa，使液态金属基复合材料在压力下凝固。待复合材料完全固化后顶出，即制得所需形状及尺寸的金属基复合材料的坯料或压铸件。增强材料预制体的压铸工艺过程：将熔融金属注入装有增强材料(长、短纤维，颗粒或晶须)的预制件模具中，并在压力下使之渗入预制件的间隙，在高压下迅速凝固成金属基复合材料。压铸法的优点：其组织细化、无气孔，可以获得比一般金属模铸件性能优良的压铸件。工艺设备简单，成本低，材料的质量高且稳定。易于工业化生产。也可采用半固态复合铸造。将颗粒加入处于半固态的金属基体中，通过搅拌使颗粒在金属基体中均匀分布，并取得良好的界面结合，然后浇注成型或将半固态复合材料注入摸具进行压铸成型。熔渗：将增强材料制成多孔预制体，置基体金属熔体的上方或内部，利用毛细力的使熔体作用渗入预制中。也可将预制体和基体金属坯料装入一可通入流动氮气的加热炉中。通过加热，基体金属熔化，自发渗透入网络状增强材料预制体中。

3、喷涂与喷射沉积。喷涂沉积主要应用于纤维增强金属基复合材料的须制层的制备，也可以获得复合层状复合材料的坯料。喷射沉积则主要用于制备颗粒增强金属基复合材料。喷射与喷涂沉积工艺的最大特点是增强材料与基体金属的润湿性要求低；增强材料与熔融金属基体的接触时间短，界面反应量少。喷涂沉积制备纤维增强金属基复合材料时，纤维的分布均匀，获得的薄单层纤维增强预制层可以很容易地通过扩散结合工艺形成复合材料结构形状和板材。喷涂与喷射沉积工艺，可以与各种陶瓷纤维或颗粒复合，即基体金属的选择范围广。喷涂沉积(spray deposition)主要原理是以等离子体或电弧加热金属粉末或金属线、丝，甚至增强材料的粉末，通过喷涂气体喷涂沉积到沉积基板上。

4、原位复合。共晶合金定向凝固：原理为共晶合金定向凝固时，参与共晶反应的两相同时以棒状(纤维状)或层片状规则排列生成。唯一基体法：将金属熔体（铝和钛）加热到较高的温度，向其中通入反应性气体（氧气或氮气），加入促使氧化反应的合金元素Si和Mg，使熔化金属通过显微通道渗透到氧化层外边，并顺序氧化，即铝被氧化，但液铝的渗透通道未被堵塞。反应生成法：利用各种金属粉末、液体与非金属粉末或气体反应生成金属或金属间化合物基体的复合材料。

三、MMC的性能

1、高比强度、比模量。高韧性和高冲击性能。基体中的裂纹顶端的最大应力接近基体的抗拉强度，而低于纤维的断裂应力时，裂纹或在界面扩展钝化，或因基体的塑性剪切变形而钝化，从而改善了复合材料的断裂韧性。对温度变化和热冲击的敏感性低。.表面耐久性好，表面缺陷敏感性低。表面坚实耐久，尤其是颗粒、晶须增强金属基复合材料常可以作为

工程构件中的耐磨件使用。在陶瓷基复合材料中，由于腐蚀或擦伤等引起的小裂纹可使其强度剧烈降低。这是由于陶瓷的弹性模量高，但塑性和韧性低，不能象金属基复合材料中的基体那样可以借助塑性变形来使缺口或裂纹钝化，而造成应力集中，引起破坏。聚合物基复合材料基体的强度和硬度与金属基体相比部相当低，像擦伤、磨损等对其表面都有显著影响。导热、导电性能好。良好的热匹配性。有些纤维，如硼纤维与基合金的热膨胀系数接近，在硼纤维增强钛基复合材料中热应力可以降至很低。碳纤维增强铝基复合材料经过设计后，可使复合材料的热膨胀系数接近零。这样，复合材料在重量上比铝轻，但强度和刚度却有很大的提高，而且不会因温度差造成变形。性能再现性好及制备工艺可借鉴金属材料。

2、纤维增强金属基复合材料的性能。FRMMC的强度和模量高，耐高温性能好，但断裂应变与金属基体相比要低得多，只有0.01－0.02。因此在沿纤维轴向拉伸时(纵向)，对于脆性纤维增强MMC的抗拉强度会偏离复合混合法则。在含有陶瓷纤维的金属基复合材料中，如SiCf／Al或Al2O3f/Al，由于相应工作使用温度范围相对纤维和基体的熔点分别为0.1-0.3Tf 和0.4-0.7Tm。这时金属基体蠕变要比纤维高几个数量级, 纤维呈弹性变形，因此蠕变速率不能达到稳定值，而是会逐渐下降，趋于一个平衡值后而趋于零。由于硼纤维和其它陶瓷纤维的抗蠕变性能优异，因此陶瓷纤维增强金属基复合材料的抗蠕变性能要比基体合金优异。影响颗粒或晶须增强金属基复合材料的断裂韧性的因素主要有：颗粒的大小和含量：尺寸增加、含量减少，韧性增加。晶须的取向：晶须有各向异性。复合材料的加工状态以及热处理等。

参考文献：

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9、李顺林。复合材料结构设计基础。武汉：武汉工业大学出版社，1993

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材料概论

第二章 1 普通的混凝土中有几种相？请分别写出各种相的名称。若在其中加入钢筋，则钢筋起到什么作用？此时又有几种相？ 答：3相；砂子、碎石、水泥浆；增强作用；4。 2 比较晶体与非晶体的结构特性，了解晶体的结构不完整性有哪些类型？并区分三大材料的结构类型与比较其各自的特点。 答：晶体结构的基本特征是原子或分子在三维空间呈周期性的规则而有序地排列,即存在长程的几何有序。 结构的不完整性：实际上，极大多数晶体都有大量的与理想原子排列的轻度偏离存在，依据其几何形状而分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。 金属材料的结构：一般都是晶体。金属键无方向性，晶体结构具有最致密的堆积方式。体心立方、面心立方和紧密堆积六方结构，金刚石结构。 无机非金属材料的结构：金刚石型结构；硅酸盐结构; 玻璃结构; 团簇及纳米材料 高分子材料的结构包括高分子链的结构及聚集态结构 各自的特点： 3 高分子材料其聚集态结构可分为：晶态和非晶态(无定形)两种，与普通的晶态和非晶态结构比较有什么特点？ 答：晶态有序程度远小于小分子晶态，但非晶态的有序程度大于小分子物质液态。 4 如何区分本征半导体与非本征半导体材料？ 答：本征半导体：材料的电导率取决于电子-空穴对的数量和温度的材料。 非本征半导体：通过加入杂质即掺杂剂而制备的半导体，杂质的多少决定了电荷载流子的数量。

5 极大多数晶体实际上都存在有种种与理想原子排列的轻度偏离，依据结构不完整性的几何形状可分为哪几种缺陷类型？按溶质原子在溶剂晶格中的位置不同，固溶体可分成哪几种类型？ 答：依据其几何形状而分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。 按溶质原子在溶剂晶格中的位置不同，固溶体可分成： 置换型固溶体(或称取代型)：溶剂A晶格中的原子被溶质B的原子取代所形成的固溶体。原子A同B的大小要大致相同。 填隙型固溶体(也称间隙型)：在溶剂A的晶格间隙内有溶质B的原子填入(溶入)所形成的固溶体。B原子必须是充分小的，如C和N等是典型的溶质原子。 6 比较热塑性高分子材料和热固性高分子材料的结构特点，并说明由于结构的不同对其性能的影响。 答：线型结构的高分子化合物：在适当的溶剂中可溶胀or溶解，升高温度时则软化、流动，∴易加工，可反复加工使用，并具有良好的弹性和塑性。(热塑性) 交联网状结构高分子：性能特点：较好的耐热性、难溶剂性、尺寸稳定性和机械强度，但弹性、塑性低，脆性大。∴不能进行塑性加工，成型加工只能在网状结构形成前进行，材料不能反复加工使用。(热固性) 7 聚二甲基硅氧烷的结构式为？其柔顺性怎么样？ 答：非常好 8 何为材料的力学强度？影响力学强度的主要因素有哪些？按作用力的方式不同，材料的力学强度可分为哪几种强度？ 答：材料在载荷作用下抵抗明显的塑性变形或破坏的最大能力。 通常材料中缺陷越少、分子间键合强度越大，材料的强度也越高。 按作用力的方式不同，可分为：拉伸强度；压缩强度；弯曲强度；冲击强度；疲劳强度等。 9 区分高分子材料的大分子之间的相互作用中的主价力和次主价力，比较两者对其性能的影响。 答：大分子链中原子间、链节间的相互作用是强大的共价键这种结合力称为主价力，大小取决于链的化学组成→键长和键能。对性能，特别是熔点、强度等有重要影响。 大分子之间的结合力是范德华力和氢键，称为次价力，比主价力小得多(只有主价力1-10％)，但对高分子化合物的性能影响很大。如乙烯呈气态，而聚乙烯呈固态并有相当强度，∵后者的分子间力较前者大得多。 10 按电阻率的大小，可将材料分成哪几类？何谓超导性？ 答：按电阻率的大小，可将材料分：超导体；导体；半导体；绝缘体。 超导性：一旦T< Tc(超导体临界T)时，电阻率就跃变为零。Tc依赖于作用于导体的磁场强度。

金属材料知识大全

概述 金属材料就是指金属元素或以金属元素为主构成得具有金属特性得材料得统称.包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物与特种金属材料等.(注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料） 1、意义 人类文明得发展与社会得进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现得铜器时代、铁器时代,均以金属材料得应用为其时代得显著标志。现代,种类繁多得金属材料已成为人类社会发展得重要物质基础。 2、种类 金属材料通常分为黑色金属、有色金属与特种金属材料。 （１）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上得工业纯铁，含碳2％～4％得铸铁，含碳小于 2％得碳钢，以及各种用途得结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。广义得黑色金属还包括铬、锰及其合金. (2)有色金属就是指除铁、铬、锰以外得所有金属及其合金,通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属与稀土金属等。有色合金得强度与硬度一般比纯金属高,并且电阻大、电阻温度系数小。 (3）特种金属材料包括不同用途得结构金属材料与功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得得非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。 3、性能 一般分为工艺性能与使用性能两类.所谓工艺性能就是指机械零件在加工制造过程中,金属材料在所定得冷、热加工条件下表现出来得性能。金属材料工艺性能得好坏，决定了它在制造过程中加工成形得适应能力。由于加工条件不同，要求得工艺性能也就不同,如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等. 所谓使用性能就是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来得性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能得好坏，决定了它得使用范围与使用寿命.在机械制造业中，一般机械零件都就是在常温、常压与非常强烈腐蚀性介质中使用得，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷得作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏得性能，称为力学性能(过去也称为机械性能）.金属材料得力学性能就是零件得设计与选材时得主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求得力学性能也将不同。常用得力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力与疲劳极限等。 金属材料特质

金属基复合材料综述

金属基复合材料综述 专业： 学号： 姓名： 时间：

金属基复合材料综述 摘要：新材料的研究、发展与应用一直是当代高新技术的重要内容之一。其中复合材料，特别是金属基复合材料在新材料技术领域中占有重要的地位。金属基复合材料对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化，起到了至关重要的作用，因此倍受人们重视。本文概述了金属基复合材料的发展历史及研究现状，对金属基复合材料的分类、性能、应用、制备方法、等进行了综述，提出了金属基复合材料研究中存在的问题，探讨了金属基复合材料的发展趋势。 关键词：金属基复合材料；分类；性能；应用；制备；发展趋势 Abstract: The research development and application of new composites are one of the important matters in modern high science and technology. This paper summarizes the met al matrix composites and the development history of the present situation and the classific ation of the metal matrix composites, performance, application and preparation methods, w as reviewed, and put forward the metal matrix composites the problems existing in the res earch, discusses the metal matrix composites trend of development. Keywords: Metal matrix composites; Classification; Performance; Application; Preparation; Development trend. 1.引言 复合材料是继天然材料，加工材料和合成材料之后发展起来的新一代材料。按通常的说法，复合材料是指两种或两种以上不同性质的单一材料，通过不同的复合方法所得到的宏观多相材料。随着现代科学技术的迅猛发展，对材料性能的要求日益提高。常希望复合材料即具有良好的综合性能，又具有某些特殊性能。金属基复合材料是近年来迅速发展起来的高性能材料之一，对促进世界各国军用和民用领域的高科技现代化，起到了至关重要的作用。相信随着科学技术的不断发展，新的制造方法的出现，高性能增强物价格的不断降低，金属基复合材料在各方面将有越来越广阔的应用前景。

金属材料工程导论

《金属材料工程导论》 结业论文 金属材料的种类、性能、用途及其发展展望 专业班级： 姓名: 学号：

指导老师：曹鹏军 参考文献 1、刘宗昌，任慧平，郝少祥《金属材料工程概论》。北京：冶金工业 出版社。2007 2、百度文库《金属材料》 3、戴启勋。《金属材料学》北京：化学工业出版社；2005 4.E. Merchant ,章慈定;近代制造技术、机床及试验技术的发展趋势[J];制造 技术与机床;1980年10期 5.孙庚午;国外重型机床的发展趋势[J];制造技术与机床;1980年12期 6.李正邦《钢铁冶金前沿技术》北京：冶金工业出版社；1997年9月 7.北京科技大学《中国冶金史论文集》北京：科学出版社；2006年 8. 9.金锡根《有色金属冶炼技术》北京：冶金工业出版社；1992年2月

10.中国钢铁学会《钢铁辞典》北京；物价出版社；1995年7月 11.陈裹武《钢铁冶金物理化学》北京：冶金工业出版社；1990年10 月 12.王从曾《材料性能学》北京；北京工业大学出版社；2001年6月 摘要 金属材料是以金属材料或以金属材料为主构成的具有金属特性的以泪材料的统称。金属材料种类繁多性能差异较大，可分为纯金属、合金、金属化合物和特种金属材料等。作为人类最早使用的材料之一，金属材料在几千年后的今天仍然是人类社会最重要的材料。可以预见，在未来，金属材料必将在人文明的发展与进步中起到关键作用。 关键词 材料钢铁应用发展 金属材料的概念 金属材料是以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、金属间化合物和特种金属材料等。人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。由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、金属间化合物和特种金属材料等人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。种类金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。

金属基复合材料

14.3.2金属-非金属复合材料 14.3.2.1金属基复合材料的性能特征 金属基复合材料与一般金属相比，具有耐高温、高比强度、高的比弹性模量、小的热膨胀系数和良好的抗磨损性能。与聚合物基复合材料相比，不仅剪切强度高、对缺口不敏感，而且物理和化学性能更稳定，如不吸湿、不放气、不老化、抗原子氧侵蚀、抗核、抗电磁脉冲、抗阻尼，膨胀系数低、导电和导热性好。由于上述特点，使金属基复合材料更适合空间环境使用，是理想的航天器材料，在航空器上也有潜在的应用前景。 14.3.2.2金属基复合材料的研究与应用 表14.101 和表14.102简要概述了各类金属基复合材料在航空航天领域的应用概况。金属基复合材料(MMC)的研究始于20世纪60年代，美国和俄罗斯在航空航天用金属基复合材料的研究应用方面处于领先的地位。20世纪70年代，美国把B/Al复合材料应用到航天飞机轨道上，该轨道器的主骨架是采用89种243根重150g的B/Al管材制成，比原设计的铝合金主骨架减重145g。美国还用B/Al复合材料制造了J-79和F-100发动机的风扇和压气机叶片，制造了F-106、F-111飞机和卫星构件，并通过了实验，其减重效果达20%～66%。苏联的B/AL复合材料与80年代达到实用阶段，研制了多种带有接头的管材和其他型材，并成功地制造出能安装三颗卫星的支架。由于B纤维的成本高，因此自70年代中期美国和苏联又先后开展C/AL复合材料的研究，在解决了碳纤维与铝之间不湿润的问题以后，C/AL复合材料得到应用。美国用C/AL制造的卫星用波导管具有良好的刚性和极低的热膨胀系数，比C/环氧复合材料轻30%.。随着SiC纤维和Al2O3纤维的出现，连续纤维增强的金属基复合材料得到进一步发展，其中研究和应用较多的是SiC/AL 复合材料。连续纤维增强金属基复合材料的制造工艺复杂、成本高，因此美国又率先研究发展晶须增强的金属基复合材料，主要用于对刚度和精度要求较高的航天构件上。美国海军武器中心研制的SiC p/Al复合材料导弹翼面已经进行了发射试验，卫星的抛物面天线、太空望远镜的光学系统支架也采用了SiC p/Al复合材料，其刚度比铝大70%，显著提高了构件的精度。 MMC对航天器的轻质化、小型化和高性能化正在发挥越来越重要的作用。 MMC在航空器上的应用也有很大潜力，英国研制了SCS-6/Ti的发动机叶片，大幅度提高了其承载能力和刚度，优化了气动载荷下的翼型。用SCS-6/Ti代替耐热钢制造的RB211发动机的压气机静子，可使该构件减重40%；采用SCS-6/Ti代替镍基高温合金制作压气机叶环结构转子，可是该部件减重80%；SiC f/Ti 也可望代替不锈钢在F-22试验型飞机制作活塞杆。 表14.101 B/Al复合材料的应用 表14.102 其他MMC的应用背景

金属材料知识点总结

钢的合金化概论 1、钢中常存的杂质有哪些？硫、磷对钢的性能有哪些影响？ 钢中常存的杂质有:Mn、Si、S、P、N、H、O等。 S易产生热脆；P易产生冷脆。 2、合金元素对纯铁γ相区的影响可分为几种，请举例说明。 合金元素对纯铁γ相区的影响可分为四种： （1）开启γ相区(无限扩大γ相区)，如Mn、Ni、Co （2）扩展γ相区(有限扩大γ相区)，如C、N、Cu、Zn、Au （3）封闭γ相区(无限扩大α相区)，如Cr、V，W、Mo、Ti、Si、Al、P、Be （4）缩小γ相区(但不能使γ相区封闭)，如B、Nb、Zr 3、在铁碳相图中，含有0.77%C的钢称为共析钢，如果在此钢中添加Mn或Cr元素，含碳量不变，那么这种Fe-C-Mn或Fe-C-Cr钢分别是亚共析钢还是过共析钢？为什么？含有0.77%C的Fe-C-Mn或Fe-C-Cr钢为过共析钢。因为几乎所有合金元素都使Fe-C 相图中S点左移，S点左移意味着共析碳含量降低。 4、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？ 铁素体形成元素： V、Cr、W、Mo、Ti； 奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni、Cu； 能在α-Fe中形成无限固溶体的元素：Cr、V； 能在γ-Fe中形成无限固溶体的元素：Mn、Co、Ni。 5、合金元素对钢的共析温度有哪些影响？合金元素对钢的共析体含碳量有何影响？ 扩大γ相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度下降；缩小γ相区的元素使铁碳合金相图的共析转变温度上升。 几乎所有合金元素都使S点碳含量降低；尤其以强碳化物形成元素的作用最为强烈。6、常见的碳化物形成元素有哪些？哪些是强碳化物形成元素、中强碳化物形成元素、弱碳化物形成元素？ 常见的碳化物形成元素有：Ti、Zr、V、Nb、Cr、W、Mo、Mn、Fe； 强碳化物形成元素：Ti、Zr、Nb、V；

金属材料学概论教学大纲

金属材料概论 Introduction to Metallic Materials 课程编号：07370620 学分：1 学时： 15 （其中：讲课学时：15 实验学时：0 上机学时：0 ） 先修课程：材料科学基础 适用专业：高分子材料、无机非金属材料专业本科三年级学生 教材：《金属材料学》，戴起勋主编，化学工业出版社，2012年1月第2版开课学院：材料科学与工程学院 一、课程的性质与任务： 《金属材料学概论》是一门综合性应用性较强的课程，是高分子材料、无机非金属材料等专业的选修课程。在本课程在材料科学基础等课程的基础上，系统介绍了钢铁材料、有色金属材料以及高性能金属材料的成分、组织、性能及应用。通过课堂讲授、实验等教学环节，使学生系统掌握有关金属材料学方面的基础知识，培养学生合理应用金属材料的初步能力。 二、课程的基本内容及要求 （一）绪论 1．教学内容 （1）金属材料发展简史； （2）现代金属材料； （3）金属材料的可持续发展与趋势。 2．基本要求 了解金属材料在国民经济中的地位与作用、金属材料的发展概况和本课程的性质、地位和任务。 （二）工程构件用钢 1．教学内容 （1）工程构件用钢的服役条件及性能要求； （2）普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有关的低合金钢，双相钢； （3）提高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势。 2．基本要求 （1）了解工程构件用钢的服役条件及性能要求； （2）掌握普通碳素工程构件用钢、低合金（含微合金化）钢的合金化原则和有

关的低合金钢、双相钢； （3）理解提高低碳工程构件用钢性能的途径：控轧、控冷、合金化等，了解工程构件用钢的发展趋势。 （三）机器零用钢 1．教学内容 （1）机器零件用钢一般性能要求； （2）机器零件用钢：调质钢、弹簧钢、低碳马氏体钢、轴承钢、高锰耐磨钢、渗碳钢、氮化钢、非调质钢等合金化原则和性能及其典型钢种； （3）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展。 2．基本要求 （1）掌握机器零件用钢一般服役条件及性能要求； （2）掌握常用机器零件用钢的合金化原则和性能及其典型钢种； （3）了解超强度钢； （4）理解典型机器零件用钢的选材思路和发展。 （四）工具用钢 1．教学内容 （1）工具用钢的合金化、组织性能的特点及分类； （2）低合金刃具钢的合金化，热处理特点，典型钢种； （3）高速钢的合金化、组织、性能、工艺过程、典型钢种； （3）冷作模具钢的性能要求、合金化、热处理特点及典型钢种； （4）热作模具钢的性能要求、合金化、热处理特点及典型钢种； （5）其他工具用钢。 2．基本要求 （1）理解工具用钢的合金化、组织性能的特点； （2）掌握低合金工具钢的合金化，热处理特点，典型钢种。掌握高速钢的合金化、组织、性能、工艺过程、典型钢种； （3）掌握冷、热模具服役条件、性能要求和钢的合金化、热处理之间的关系；（4）了解冷、热模具钢的典型钢种； （5）了解其他工具用钢。 （五）不锈钢 1．教学内容 （1）提高钢的抗蚀性途径，对不锈钢组织、性能的要求和不锈钢的合金化；（2）铁素体不锈钢，马氏体不锈钢，奥氏体不锈钢的成分及性能特点。 2．基本要求

金属材料概述

常用金属材料概述 金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料构成的，并具有具有金属特性的工程材料。金属材料种类繁多，用途广泛，按化学组成分类，金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属主要是指以铁或以铁为主形成的金属材料，即钢铁材料，如钢和生铁。有色金属是指除钢铁材料以外的其他金属，如金、银、铜、铝、镁、钛、锌、锡、铅等。生产中使用最多的黑色金属是钢和铸铁，有色金属是铜及铜合金、铝及铝合金。 钢的种类繁多，通常按钢中是否加入合金元素，将钢分为碳钢和合金钢。 碳钢按碳的质量分数可分为低碳钢（ω C ≤0.25%)、中碳钢（0.25%＜ω C ≤ 0.6%)、高碳钢（ω C ＞0.6%），按钢的质量分数可分为普通碳素钢（ωs≤0.05%，ωp≤0.045%）、优质碳素钢（ωs≤0.035%，ωp≤0.035%）、高级优质碳素钢（ωs≤0.02%，ωp≤0.03%）和特级优质碳素钢（ωs≤0.015%，ωp≤0.025%），按钢的用途可分为碳素结构钢（用于各种工程构件，也可用于不太重要的机件）、优质碳素结构钢（用于制造各种机器零件）、碳素工具钢（用于制造各种工具）和一般工程用铸造碳素钢（用于制造形状复杂且需要一定强度、塑性和韧性的零件），还可按钢冶炼时的脱氧程度分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢。 合金钢按钢的用途可分为合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢，还可按成分、冶金质量及组织等进行分类。 钢的性能根据不同的种类有不同的特点，其中碳素结构钢易于冶炼，工艺性能好，价格低廉，在力学性能上一般能满足普通工程构件及机器零件的要求，工程上用量很大，一般不进行热处理；低合金机构钢由于强度很高，被广泛用于建筑、石油、化工、铁道、造船等许多部门。 钢的热处理工艺是指根据钢在加热和冷却过程中的组织转变规律所制定的钢在热处理时具体的加热、保温和冷却的工艺参数。热处理工艺种类很多，根据加热、冷却方式及获得组织和性能的不同，钢的热处理工艺可分为：普通热处理（退火、正火、淬火和回火）、表面热处理、化学热处理及特殊热处理（形变热处理、真空热处理等）。根据热处理在零件生产工艺流程中的位置和作用，热处理又可分为预备热处理和最终热处理。 铸铁是一种以铁、碳、硅为主要成分且在结晶过程中具有共析转变的多元铁 基合金。其化学成分一般为：ω C =2.0%～4.0%、ω si =1.0%～3.0%、ω Mn =0.1%～1.0%、 ωs=0.02%～0.25%、ωp=0.05%～1.5%。为了提高铸铁的力学性能，有时在铸铁中添加少量Gr、Ni、Cu、Mo等合金元素制成合金铸铁。 铸铁是一种被广泛使用的金属材料，主要是由于它的生产工艺简单、成本低廉并具有优良的铸造性能、可切削加工性能、耐磨性能及吸震性等，因此铸铁广泛用于机械制造、冶金、矿山及交通运输等工业部门。 碳在铸铁中既可以化合态的渗碳体（Fe 3 C）形式存在，也可以游离状态的石墨（G）形式存在，据此可以将铸铁分为三类：白口铸铁，碳除少量固溶于铁素体中外，其余的碳都以渗碳体（第二相）的形式存在于铸铁集体中，其断口呈银白色，由于存在共晶莱氏体组织，所以其性能硬而脆，很难切削加工，一般很少直接用来制造各种零件；麻口铸铁，碳除少量固溶于铁素体中外，一部分以游离 状态的石墨（G）形式存在，另一部分以化和状态的渗碳体（Fe 3 C）形式存在，在其断口上呈黑白相间的麻点，这类铸铁也具有较大的硬脆性，故工业上也很少

常用医用金属材料

常用医用金属材料 概述 生物医用金属材料(biomedical metallic materials)用于整形外科、牙科等领域。由它制成的医疗器件植人人体内，具有治疗、修复、替代人体组织或器官的功能，是生物医用材料的重要组成部分。 生物医用金属材料是人类最早利用的生物医用材料之一，其应用可以追溯到公元前400～300年，那时的腓尼基人就已将金属丝用于修复牙缺失。1546年纯金薄片被用于修复缺损的颅骨。直到1880年成功地利用贵金属银对病人的膝盖骨进行缝合，1896年利用镀镍钢螺钉进行骨折治疗后，才开始了对金属医用材料的系统研究。本世纪30年代，随着钻铬合金、不锈钢和钛及合金的相继开发成功并在齿科和骨科中得到广泛的应用，奠定了金属医用材料在生物医用材料中的重要地位。70年代，Ni-Ti形状记忆合金在临床医学中的成功应用以及金属表面生物医用涂层材料的发展，使生物医用金属材料得到了极大的发展，成为当今整形外科等临床医学中不可缺少的材料。虽然近20年来生物医用金属材料相对于生物医用高分子材料、复合材料以及杂化和衍生材料的发展比较缓慢，但它以其高强度、耐疲劳和易加工等优良性能，仍在临床上占有重要地位。目前，在需承受较高荷载的骨、牙部位仍将其视为首选的植人材料。最重要的应用有：骨折内固定板、螺钉、人工关节和牙根种植体等。 生物医用金属材料要在人体内生理环境条件下长期停留并发挥其功能，其首要条件是材料必须具有相对稳定的化学性能，从而获得适当的生物相容性。迄今为止，除医用贵金属、医用钛、袒、锯、铅等单质金属外，其他生物医用金属材料都是合金，其中应用较多的有：不锈钢、钴基合金、钛合金、镍钛形状记忆合金和磁性合金等。 第一节生物医用金属材料的特性与生物相容性 生物医用金属材料以其优良的力学性能、易加工性和可靠性在临床医学中获得了广泛的应用，其重要性与生物医用高分子材料并驾齐驱，在整个生物医用材料应用中各占45％左右。由于金属材料在组成上与人体组织成分相距甚远，因此，金属材料很难与生物组织产生亲合，一般不具有生物活性，它们通常以其相对稳定的化学性能，获得一定的生物相容性，植人生物组织后，总是以异物的形式被生物组织所包裹，使之与正常组织隔绝。组织反应一般根据植人物周围所形成的包膜厚度及细胞浸润数来评价。美国材料试验学会的ASTM-F4的标准规定：金属材料埋植6个月后，纤维包膜厚度＜0．03mm为合格。 人体体液约合l％氯化钠及少量其他盐类和有机化合物，局部酸碱性经常略有变化，温度保持在37℃左右，这种环境对金属材料会产生腐蚀，其腐蚀产物可能是离子、氧化物、氯化物等，它们与邻近的组织接触，甚至渗人正常组织或整个生物系统中，对正常组织产生影响和刺激、以引起包括组织非正常生长、畸变、过敏或炎症、感染等不良生物反应，甚至诱发癌变。腐蚀作用同时会使材料的力学性能产生衰减，这两种过程通常单独或协同造成材料的失效。因此，作为生物医用金属材料，首先必须满足两个基本条件：第一是无毒性；第二是耐生理腐蚀性。 一、金属材料的毒性 生物医用金属材料植人人体后，一般希望能在体内永久或半永久地发挥生理功能，所谓半永久对于金属人工关节来说至少在15年以上，在这样一个相当长的时间内，金属表面或

关于金属基复合材料的一些概述

关于金属基复合材料（MMC）的一些概述 一、MMC的种类及其微观组织的一般特征 金属基复合材料（MMC），这一术语包括了很广的成分与结构范围。他们的共同点是有连续的金属基体。按照增强体的形状是连续性纤维，短纤维或者是颗粒状，复合材料的显微组织可分为下图所示的几类。更进一步的分类可基于纤维的直径和取向分布。在仔细考察特定的体系之前，认识与最终产品的微观组织结构有关的问题是有益的。下表简要的总结了复合材料的主要显微组织特征及其对性能的潜在影响。虽然有些组织参数可事先设定，但另外一些参数却难以控制。尽管如此，在设计与制造某特定的工作之前，一个重要的步骤是，事先认定一些简单的纤维组织结构目标及获得这些目标的方法。 按增强材料形态分类，可分为纤维增强金属基复合材料、颗粒和晶须增强金属基复合材料。若按金属基体分类，可分为铝基复合材料，钛基复合材料、镁基复合材料、高温合金复合材料和金属间化合物复合材料。倘若按增强体类型进行分类，则可分为单片、晶须（或者纤维）和颗粒，如下图。

二、金属基体的概述及其制备工艺 金属基体应用最多的为铝及铝合金，钛以及镁。铝的基本特点：熔点660℃，密度2.7g/cm3，其具有面心立方结构．所以其塑性优异，适合各种形式的冷、热加工。导电、导热性能好，约为铜的60％左右，同时化学活性高，在大气中铝表面与氧形成一层薄而又致密的氧化膜以防止铝继续氧化，但是强度低。钛的特点：熔点1678℃，密度4.51g/cm3。其重量轻、比强度高。纯钛的强度可通过冷作硬化和合金化而得到显著的提高．如50％的冷变形可使强度提高60％，适当合金化和热处理，则抗拉强度可达1200—1400MPa，含有氢、碳、氧、铁和镁等杂质元素的工业纯钛抗拉强度可提高到700MPa，并仍能保持良好的塑性和韧性。高温性能优良。合金化后的耐热性显著提高，可以作为高温结构材料使用，如航空发动机的压气机转子叶片等，长期使用最高温度已达540℃。在大气和海水中有优异的耐蚀性．在硫酸、盐酸、硝酸相氢氧化纳等介质中都很稳定。但是导电与导热性差.导热系数只有铜的1／l 7和铝的l／10，比电阻为铜的25倍。镁的特点：密度1.74g/cm3。由于其密度低，比强度、比刚度较高，镁具有密排六方结构，室温和低温塑性较低，但高温塑性好可进行各类形式的热变形加工。减震性能好，能承受较大的冲击振动负荷。 根据各种制备方法的基本特点，金属基复合材料的制备工艺分为四大类，即固态法；液态法；喷涂与喷射沉积法；原位复合法。 1、固态法。在一定温度的压力下，把新鲜清洁表面的相同或不相同的金届，通过表面原子的互相扩散而连接在一起。关键步骤为纤维的排布，复合材料的叠台和真空封装以及热压。其采用有机粘接剂。将增强纤维的单丝或多丝的条带分别浸溃加热后易挥发的有机粘接剂，按复合材料的设计要求的间距排列在全属基体的薄板或箔上，形成预制件。采用带槽的薄板或箔片，将纤维排布在其中。采用等离子喷涂。即先在金属基体箔片上用排布好一层纤维，然后再喷涂一层与基体金属相同的金属。纤维表面经化学或物理处理，在基体金属熔池中充分地浸渍形成金属基复合丝。为了防止复合材料在热压中的氧化，叠合好的复合材料坯科应真空封装于金属模套中。为了便于复合材料在热压后与金属模套的分离，在金属模套的内壁徐上云母粉类的涂料以利分离，注意不能涂与金属基体发生反应的涂料。在真空或保护气氛下直接放入热压模或平板进行热压合热压工艺参数主要为：热压温度、压力和时间。扩散结合的优缺点：工艺相对复杂，纤维排布、叠合以及封装手工操作多，成本高。能按照复合材料的铺层要求排布。在热压时可通过控制工艺参数的办法来控制界面反应。粉末冶金。适用于连续、长纤维增强．也可用于短纤维、颗粒或晶须增强的金属基复合材料。长纤维增强：将纤维和金属粉末按比例混合，密封在容器中，然后进行热等静压。粉末冶金的优点：工艺过程温度低，可以控制界面反应。增强材料(纤维、颗粒或晶须)与基体金属粉末可以任何比例混合，纤维含量最高可达75％，颗粒含量可达50％以上。对浸润性和密度差的要求较小采用热等静压工艺时，其组织细化、细密、均匀，一般不会产生偏析、偏聚等缺陷，可使空隙和其它内部缺陷得到明显改善，从而提高复合材料的性能。可以用传统的加工方法进行二次加工。粉末冶金的缺点：工艺过程比较复杂，金属基体必须制成金属粉末，增加了工艺的复杂性和成本。在制备铝基复合材料时，还要防止铝金属粉末引起的爆炸。

(完整版)金属材料知识大全

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。（注：金 属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料） 1.意义 人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后 出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 2.种类 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 （1）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 （2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬 度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。 （3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及 金属基复合材料等。 3.性能 一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制 造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工 艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、 切削加工性等。 所谓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，它 包括力学性能、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。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和 非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷 的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为 机械性能）。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载 荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求 的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、 多次冲击抗力和疲劳极限等。 金属材料特质

2020版《金属材料概论》

中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述：金属材料概论是高分子科学与工程专业专业知识教学层面的选修课，也是高分子专业学生认识金属材料的主要途径，更是理解材料在实际生活中应用的重要渠道。课程从工程应用角度出发，阐明金属材料的基本理论，使学生掌握金属材料的成分、加工工艺、组织结构与性能之间关系的基本规律；具备根据机械构建使用条件和性能要求，对结构件进行合理选材的初步能力，并了解金属材料的发展现状和趋势，对材料学科有更广泛深入的认识，为学生后续从事材料相关工作典型基础。此外，我国古今科学家先贤对金属材料发展的贡献，提高学生爱国情感和民族自豪感，激励他们努力学习报国。 Introduction to Metallic Materials, which is one of the optional courses for the Polymer Materials Science and Engineering, acts as the main methods for the students of the Polymer Materials Science and Engineering to understand the metallic materials and their application. The course demonstrates the basic theories about metallic materials from the view of engineering. The aim of the course is to make students understand the relationship between compositions, manufacturing, microstructure and properties of metallic materials, and the current situation and trend of metallic materials. In the meantime, the course could also - 1 -

077-金属材料概论A卷 答案

烟台大学成人高等教育期末考试试卷（金属材料概论）试卷A(或B) 一、名词解释（本大题共5小题，每小题2分，共10分） 1、金属冶炼：把金属从化合态变为游离态的过程。 2、铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或 毛坯的方法。 3、调质处理：钢淬火后高温回火被称为调质处理，调质处理后的组织为回火索氏体。 4、钢：以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。 5、金属腐蚀:：金属在周围介质的作用下，由于它们之间发生的化学、电化学反应或物理作用而 引起的变质和破坏。其中也包括上述因素与机械因素或生物因素的共同作用。 二、填空题（本大题共20空，每空1分，共20分） 1、金属材料的力学性能主要包括强度、硬度、弹性、塑性等；强度的主要判据有屈服强度和抗拉 强度，强度和塑性可以用拉伸试验来测定；压入法测量硬度方法简便、不破坏试样，并且能综 合反映其它性能，在生产中最常用。 2、钢的热处理工艺是由（加热）、（保温）和（冷却）三个步骤组成的；热处理基本不改变钢件的 （形状和尺寸），只能改变钢件的（结构组织）和（力学性能）。 3、中碳钢淬火后，再经低温回火后的组织为（回火马氏体），经中温回火后的组织为（回火托氏 体），经高温回火后的组织为（回火索氏体）；淬火高温回火后具有（综合力学）性能。 4、（化学成分）和（冷却速度）是影响铸铁石墨化的主要因素。 5、可锻铸铁的生产过程是首先铸成（白口）铸件，然后再经过（石墨化退火或氧化脱碳），使其 组织中的（渗碳体）转变成为（团絮状石墨）。 三、选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 1、金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力叫（A）。 A.强度 B.硬度 C.塑性 D.弹性 2、下面所的列组织中，脆性最大的是（D）；塑性最好的是（C）。 A. F B. P C. A D. Fe3C 3、在Fe-Fe3C相图中，钢与铁的分界点的含碳量为（C）。 A．2％ B．2.06％ C．2.11％ D．2.2％ 4、莱氏体是一种（C）。 A．固溶体 B．金属化合物 C．机械混合物 D．单相组织金属 5、在Fe-Fe3C相图中，ES线也称为（D）。 A．共晶线 B．共析线 C．A3线 D．Acm线 6、亚共析钢的淬火加热温度一般确定为( B )以上30℃~50℃。 A、Ac1 B、Ac3 C、Accm 7、可用作弹簧的钢是（C）。 A、20 B、9SiCr C、60Si2Mn D、20 CrMnMo 8、制造板牙常选用（D）钢。 A、5 CrNiMo B、Cr12MoV C、W18 Cr4V D、9 SiCr 9、20CrMnTi钢根据其组织和机械性能，在工业上主要作为一种（A）使用。 A、合金渗碳钢 B、合金弹簧钢 C、合金调质钢 D、滚动轴承钢 10、将相应的牌号填入括号内：硬铝（A），黄铜（B）。 A、2A11（L Y11） B、H62 C、3A21（LF21）。 四、简答题（本大题共6小题，每小题5分，共30分） 1、金属材料力学性能是指材料在外力作用下所反映出来的性能，也叫机械性能。合理的力学性能指标，为零件 的正确设计、合理选材、工艺路线制订提供了主要依据。包括强度与塑性、弹性与刚度、冲击韧性、硬度2、采矿—选矿—炼铁—炼钢—连铸—轧钢—钢材 在炼铁炉内把铁矿石炼成生铁，再以生铁为原料，用不同方法炼成钢，再铸成钢锭或连铸坯。

金属基复合材料

一、 1、复合材料的定义与分类：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。按性能高低分为常用复合材料和先进复合材料。按用途可分为结构复合材料和功能复合材料。 2、金属基复合材料是以陶瓷（连续长纤维、短纤维、晶须及颗粒）为增强材料，金属（铝、镁、钛、镍、铁、铜等）为基体材料而制备的。 3、金属基复合材料按用途分类：结构复合材料、功能复合材料；按基体分类：铝、镍、钛基复合材料；按增强体分类：连续纤维增强金属基复合材料、非连续增强金属基复合材料（外加和内生）、层状复合材料。 4、内生增强的金属基复合材料具有如下特点：增强体是从金属基体中原位形核、长大的热力学稳定相，因此，增强体表面无污染，避免了与集体相容性不良的问题，且界面结合强度高；通过合理选择反应元素的类型、成分及其反应性，可有效地控制原位生成增强体的种类、大小、分布和数量；省去了增强体单独合成、处理和加入等工序，因此，其工艺简单，成本较低；从液态金属基体中原位形成增强体的工艺，可用铸造方法制备形状复杂、尺寸较大的近净成型构件；在保证材料具有较好的韧性和高温性能的同时，可较大幅度地提高材料的强度和弹性模量。 5、金属基复合材料特性：金属基复合材料的性能取决于所选金属或合金基体和增强体的特性、含量、分布等。通过优化组合可以获得既具有金属特性，又具有高比强度、高比模量、耐热、耐磨等综合性能。高比强度、高比模量；导热、导电性能；热膨胀系数小，尺寸稳定性好；良好的高温性能；耐磨性好；良好的疲劳性能和断裂韧度；不吸潮，不老化，气密性好。 二、 1、增强体的作用：增强体是金属基复合材料的重要组成部分，它起着提高金属基体的强度、模量、耐热性、耐磨性等性能的作用。 2、增强体选择：应具有良好的力学性能（杨氏模量）；良好的物理性能（密度和热扩散系数）；良好的化学稳定性；与金属基体具有良好的浸润性；成本。 3、增强体分类：按形态分纤维类增强体（连续长纤维和短纤维）；颗粒类增强体（外加和内生）；晶须类增强体（人工条件下细小单晶）；其他增强体（高强度、高模量金属丝）。 4、碳纤维主要性能：强度高；模量高；密度小，比强度高；能耐超高温；耐低温性能好；耐酸性能好；热膨胀系数小，热导率达；防原子辐射，能使中子减速；导电性能好；轴向抗剪切模量较低，断后伸长率小，耐冲击差，并且后加工较为困难。 5、碳纤维主要原料：人造丝；聚丙烯腈纤维；沥青。 6、碳纤维制备工艺：拉丝(湿法、干法或熔融状态)；牵伸（100～300℃）；稳定（400℃加热氧化）；碳化（1000℃～2000℃）；石墨化（2000℃～3000℃）。 7、碳化硅纤维制备：化学气相沉积法；有机硅聚合物的熔融纺丝裂解转化法；活性炭纤维转化法；挤压法。 8、氧化铝纤维制备：淤浆法；溶胶-凝胶法；预聚和法；卜内门法；基体纤维浸渍溶液法。 9、晶须的分类与物理性质：金属晶须增强体和非金属晶须增强体。晶须是在受控条件下培殖生长的高纯度的纤细单晶体，其晶体结构近乎完整，不含有晶粒界、位错、空洞等晶体结构缺陷，具有异乎寻常的力学等物理性能。 三、 1、金属基复合材料基体的选择：基体金属选择首先是根据不同工作环境对金属基复合材料的使用性能要求，既要考虑金属基体本身的各种性能，还要考虑基体与增强体的配合及其相容性，达到基体与增强体最佳的复合和性能的发挥。原则：金属基复合材料的使用要求；金

材料概论

一、名词解释 1、能源材料：能源开发、转换、运输、储存所需的材料。 2、信息材料：信息的接收、处理、储存和传播所需的材料。 3、结构材料：以力学性能为基础，用以制造各种以受力为主的构件材料。 4、功能材料：主要利用物质独特的物理性质、化学性质或生物功能等而形成的一类材料。 5、碳素钢：含碳量小于2%，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其 他合金元素的钢。 6、合金钢：为了改善钢的某些性能而加入一定量的某种或几种合金元素的钢。 7、调质钢：经过调质处理后使用的碳素结构钢和合金结构钢。 8、工具钢：用以制造各种工具用的高~中碳优质钢。 9、铸铁：铸造用生铁经重新熔炼~浇注后铸造机器零件的金属材料。 10、粉末冶金：将金属粉末经过成型和烧结制成金属材料或机械零件的一种工艺方法。 11、灰口铸铁：因其断口的外貌呈暗灰色。 12、蠕墨铸铁：将低碳低硅的铁水经过硅铁或硅钙孕育处理而得。 13、球墨铸铁：用灰口成分的铁水经过球化处理和孕育处理而得。二、填空 1、从材料的使用性能考虑，将材料分为结构材料和功能材料两类。 2、我国河南安阳殷墟出土的商代晚期的司母戊鼎，是使用锡青铜材料铸造的，主要是Cu 和Sn的合金。 3、元素周期表中，有84种元素是金属元素。 4、金属材料通常分为黑色金属和有色金属，其中黑色金属主要指铁及其合金。 5、按化学成分分类，钢分为碳素钢和合金钢。 6、按冶炼设备和方法的不同，工业用钢可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。 7、根据冶炼时脱氧程度的不同，钢可分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢。 8、按退火后的金相组织，钢可以分为亚共析钢、共析钢、和过共析钢。 9、按正火后的金相组织，钢可以分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。 10、低碳钢、中碳钢和高碳钢的含碳量分别为0.04%~0.25%C、0.25%~0.60%C和0.60%~1.35%C。 11、强碳化物形成元素有钒、锆、铌、钛、钽等。（举三例即可，中文名称或元素符合均得分。） 12、为了形成易切钢，常在钢中添加硫、铅、钙、磷等元素。 13、渗碳钢一般的热处理工艺都是在渗碳之后进行淬火，然后进行低温回火，以达到“表硬里韧”的性能。为了改善渗碳钢的淬透性，可加入铬、镍、锰、硼等元素。 14、大多数调质钢从碳含量上讲一般属于中碳钢。调质处理后，钢的组织为回火索氏体。 15、碳素弹簧钢的碳含量一般在0.60%~0.75%C之间，合金弹簧钢的含碳量一般在0.46%~0.70%C之间。弹簧钢中加入Si、Mn、Cr、V等，主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性。 16、铬轴承钢中的含铬量以0.40%~1.65%为宜，加入铬的主要目的是增加钢的淬透性。 17、不锈钢中主要包含铬（Cr）、镍（Ni）和钛等合金元素。按组织特征，不锈钢主要分为奥氏体型、奥氏体-铁素体型、铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型。 18、硬质合金是用作工具材料的粉末合金，它具有高的硬度、耐磨性和红硬性。一般以 WC、TiC、TiN等熔点高、硬度高的难熔化合物为主体，加入一定量的钴做粘接剂，分为钨铬合金、钨钛合金、钨钛钽（铌）钴合金和碳化钛镍鉬四类。 19、超硬铝是Al~Cu~Mg~Zn系合金，是强度最高的一种合金。 20、工业纯铜具有玫瑰色，表面氧化后呈紫色，称为紫铜。在工业纯铜中加入合金元素可