材料科學(xué)基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識點(diǎn)總結(jié)

材料科學(xué)基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識點(diǎn)總結(jié)材料科學(xué)基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識點(diǎn)總結(jié)材料科學(xué)基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識點(diǎn)總結(jié)xxx公司材料科學(xué)基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識點(diǎn)總結(jié)文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計，管理制度第一章材料中的原子排列第一節(jié)原子的結(jié)合方式2原子結(jié)合鍵（1）離子鍵與離子晶體原子結(jié)合：電子轉(zhuǎn)移，結(jié)合力大，無方向性和飽和性；離子晶體；硬度高，脆性大，熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性差。如氧化物陶瓷。（2）共價鍵與原子晶體原子結(jié)合：電子共用，結(jié)合力大，有方向性和飽和性；原子晶體：強(qiáng)度高、硬度高（金剛石）、熔點(diǎn)高、脆性大、導(dǎo)電性差。如高分子材料。（3）金屬鍵與金屬晶體原子結(jié)合：電子逸出共有，結(jié)合力較大，無方向性和飽和性；金屬晶體：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性好，熔點(diǎn)較高。如金屬。金屬鍵：依靠正離子與構(gòu)成電子氣的自由電子之間的靜電引力而使諸原子結(jié)合到一起的方式。（3）分子鍵與分子晶體原子結(jié)合：電子云偏移，結(jié)合力很小，無方向性和飽和性。分子晶體：熔點(diǎn)低，硬度低。如高分子材料。氫鍵：（離子結(jié)合）X-H---Y（氫鍵結(jié)合），有方向性，如O-H—O（4）混合鍵。如復(fù)合材料。3結(jié)合鍵分類一次鍵（化學(xué)鍵）：金屬鍵、共價鍵、離子鍵。二次鍵（物理鍵）：分子鍵和氫鍵。4原子的排列方式（1）晶體：原子在三維空間內(nèi)的周期性規(guī)則排列。長程有序，各向異性。（2）非晶體：――――――――――不規(guī)則排列。長程無序，各向同性。第二節(jié)原子的規(guī)則排列一晶體學(xué)基礎(chǔ)1空間點(diǎn)陣與晶體結(jié)構(gòu)空間點(diǎn)陣：由幾何點(diǎn)做周期性的規(guī)則排列所形成的三維陣列。圖1-5特征：a原子的理想排列；b有14種。其中：空間點(diǎn)陣中的點(diǎn)－陣點(diǎn)。它是純粹的幾何點(diǎn)，各點(diǎn)周圍環(huán)境相同。描述晶體中原子排列規(guī)律的空間格架稱之為晶格?？臻g點(diǎn)陣中最小的幾何單元稱之為晶胞。晶體結(jié)構(gòu)：原子、離子或原子團(tuán)按照空間點(diǎn)陣的實(shí)際排列。特征：a可能存在局部缺陷；b可有無限多種。2晶胞圖1－6（1）――－：構(gòu)成空間點(diǎn)陣的最基本單元。（2）選取原則：a能夠充分反映空間點(diǎn)陣的對稱性；b相等的棱和角的數(shù)目最多；c具有盡可能多的直角；d體積最小。形狀和大小有三個棱邊的長度a,b,c及其夾角α,β,γ表示。晶胞中點(diǎn)的位置表示（坐標(biāo)法）。3布拉菲點(diǎn)陣圖1－714種點(diǎn)陣分屬7個晶系。4晶向指數(shù)與晶面指數(shù)晶向：空間點(diǎn)陣中各陣點(diǎn)列的方向。晶面：通過空間點(diǎn)陣中任意一組陣點(diǎn)的平面。國際上通用米勒指數(shù)標(biāo)定晶向和晶面。晶向指數(shù)的標(biāo)定a建立坐標(biāo)系。確定原點(diǎn)（陣點(diǎn)）、坐標(biāo)軸和度量單位（棱邊）。b求坐標(biāo)。u’,v’,w’。c化整數(shù)。u,v,w.d加[]。[uvw]。說明：a指數(shù)意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。b負(fù)值：標(biāo)于數(shù)字上方，表示同一晶向的相反方向。c晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同的一組晶向。用<uvw>表示，數(shù)字相同，但排列順序不同或正負(fù)號不同的晶向?qū)儆谕痪蜃?。晶面指?shù)的標(biāo)定a建立坐標(biāo)系：確定原點(diǎn)（非陣點(diǎn)）、坐標(biāo)軸和度量單位。b量截距：x,y,z。c取倒數(shù)：h’,k’,l’。d化整數(shù)：h,k,k。e加圓括號：(hkl)。說明：a指數(shù)意義：代表一組平行的晶面；b0的意義：面與對應(yīng)的軸平行；c平行晶面：指數(shù)相同，或數(shù)字相同但正負(fù)號相反；d晶面族：晶體中具有相同條件（原子排列和晶面間距完全相同），空間位向不同的各組晶面。用{hkl}表示。e若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=0;f若晶面與晶向垂直，則u=h,k=v,w=l。（3）六方系晶向指數(shù)和晶面指數(shù)a六方系指數(shù)標(biāo)定的特殊性：四軸坐標(biāo)系（等價晶面不具有等價指數(shù)）。b晶面指數(shù)的標(biāo)定標(biāo)法與立方系相同(四個截距)；用四個數(shù)字(hkil)表示；i=-(h+k)。c晶向指數(shù)的標(biāo)定標(biāo)法與立方系相同(四個坐標(biāo))；用四個數(shù)字(uvtw)表示；t=-(u+w)。依次平移法：適合于已知指數(shù)畫晶向（末點(diǎn)）。坐標(biāo)換算法：[UVW]~[uvtw]u=(2U-V)/3,v=(2V-U)/3,t=-(U+V)/3,w=W。（4）晶帶a――：平行于某一晶向直線所有晶面的組合。晶帶軸晶帶面b性質(zhì)：晶帶用晶帶軸的晶向指數(shù)表示；晶帶面T≥△Tk是結(jié)晶的必要條件。（4）形核功與能量起伏△Gk＝Skσ/3臨界形核功：形成臨界晶核時需額外對形核所做的功。能量起伏：系統(tǒng)中微小區(qū)域的能量偏離平均能量水平而高低不一的現(xiàn)象。（是結(jié)晶的必要條件之三）。（5）形核率與過冷度的關(guān)系N=(圖3－11，12)由于N受兩個因素控制，形核率與過冷度之間是呈拋物線的關(guān)系。2非均勻形核模型：外來物質(zhì)為一平面，固相晶胚為一球冠。自由能變化：表達(dá)式與均勻形核相同。臨界形核功計算時利用球冠體積、表面積表達(dá)式，結(jié)合平衡關(guān)系σlw=σsw+σslcosθ計算能量變化和臨界形核功。△Gk非/△Gk=(2-3cosθ+cos3θ)/4aθ=0時，△Gk非＝0，雜質(zhì)本身即為晶核；b180>θ>0時,△Gk非<△Gk,雜質(zhì)促進(jìn)形核；cθ=180時，△Gk非＝△Gk，雜質(zhì)不起作用。影響非均勻形核的因素a過冷度：（N-△T曲線有一下降過程）。（圖3－16）b外來物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)：θ越小越有利。點(diǎn)陣匹配原理：結(jié)構(gòu)相似，點(diǎn)陣常數(shù)相近。c外來物質(zhì)表面形貌：表面下凹有利。（圖3－17）第四節(jié)晶核的長大1晶核長大的條件動態(tài)過冷動態(tài)過冷度：晶核長大所需的界面過冷度。（是材料凝固的必要條件）足夠的溫度合適的晶核表面結(jié)構(gòu)。2液固界面微結(jié)構(gòu)與晶體長大機(jī)制粗糙界面（微觀粗糙、宏觀平整－金屬或合金從來可的界面）：垂直長大。光滑界面（微觀光滑、宏觀粗糙－無機(jī)化合物或亞金屬材料的界面）：二維晶核長大、依靠缺陷長大。3液體中溫度梯度與晶體的長大形態(tài)正溫度梯度（液體中距液固界面越遠(yuǎn)，溫度越高）粗糙界面：平面狀。光滑界面：臺階狀。（2）負(fù)溫度梯度（液體中距液固界面越遠(yuǎn)，溫度越低）粗糙界面：樹枝狀。光滑界面：樹枝狀－臺階狀。第五節(jié)凝固理論的應(yīng)用1材料鑄態(tài)晶粒度的控制Zv=(N/G)3/4提高過冷度。降低澆鑄溫度，提高散熱導(dǎo)熱能力，適用于小件?；瘜W(xué)變質(zhì)處理。促進(jìn)異質(zhì)形核，阻礙晶粒長大。振動和攪拌。輸入能力，破碎枝晶。2單晶體到額制備基本原理：保證一個晶核形成并長大。制備方法：尖端形核法和垂直提拉法。3定向凝固技術(shù)原理：單一方向散熱獲得柱狀晶。制備方法。4急冷凝固技術(shù)非晶金屬與合金微晶合金。準(zhǔn)晶合金。第四章二元相圖相：（概念回顧）相圖：描述系統(tǒng)的狀態(tài)、溫度、壓力及成分之間關(guān)系的圖解。二元相圖：第一節(jié)相圖的基本知識1相律相律：熱力學(xué)平衡條件下，系統(tǒng)的組元數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間的關(guān)系。表達(dá)式：f=c-p+2;壓力一定時，f=c-p+1。應(yīng)用可確定系統(tǒng)中可能存在的最多平衡相數(shù)。如單元系2個，二元系3個?？梢越忉尲兘饘倥c二元合金的結(jié)晶差別。純金屬結(jié)晶恒溫進(jìn)行，二元合金變溫進(jìn)行。2相圖的表示與建立狀態(tài)與成分表示法狀態(tài)表示：溫度－成分坐標(biāo)系。坐標(biāo)系中的點(diǎn)－表象點(diǎn)。成分表示：質(zhì)量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)。相圖的建立方法：實(shí)驗(yàn)法和計算法。過程：配制合金－測冷卻曲線－確定轉(zhuǎn)變溫度－填入坐標(biāo)－繪出曲線。相圖結(jié)構(gòu)：兩點(diǎn)、兩線、三區(qū)。3杠桿定律平衡相成分的確定（根據(jù)相率，若溫度一定，則自由度為0，平衡相成分隨之確定。）數(shù)值確定：直接測量計算或投影到成分軸測量計算。注意：只適用于兩相區(qū)；三點(diǎn)（支點(diǎn)和端點(diǎn)）要選準(zhǔn)。第二節(jié)二元勻晶相圖1勻晶相同及其分析勻晶轉(zhuǎn)變：由液相直接結(jié)晶出單相固溶體的轉(zhuǎn)變。勻晶相圖：具有勻晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。相圖分析（以Cu-Ni相圖為例）兩點(diǎn)：純組元的熔點(diǎn)；兩線：L,S相線；三區(qū)：L,α,L+α。2固溶體合金的平衡結(jié)晶平衡結(jié)晶：每個時刻都能達(dá)到平衡的結(jié)晶過程。平衡結(jié)晶過程分析①冷卻曲線：溫度－時間曲線；②相（組織）與相變（各溫區(qū)相的類型、相變反應(yīng)式，杠桿定律應(yīng)用。）；③組織示意圖；④成分均勻化：每時刻結(jié)晶出的固溶體的成分不同。與純金屬結(jié)晶的比較相同點(diǎn)：基本過程：形核－長大；熱力學(xué)條件：⊿T>0；能量條件：能量起伏；結(jié)構(gòu)條件：結(jié)構(gòu)起伏。②不同點(diǎn)：合金在一個溫度范圍內(nèi)結(jié)晶（可能性：相率分析，必要性：成分均勻化。）合金結(jié)晶是選分結(jié)晶：需成分起伏。3固溶體的不平衡結(jié)晶原因：冷速快（假設(shè)液相成分均勻、固相成分不均勻）。結(jié)晶過程特點(diǎn)：固相成分按平均成分線變化（但每一時刻符合相圖）；結(jié)晶的溫度范圍增大；組織多為樹枝狀。成分偏析：晶內(nèi)偏析：一個晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象。枝晶偏析：樹枝晶的枝干和枝間化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。（消除：擴(kuò)散退火，在低于固相線溫度長時間保溫。）4穩(wěn)態(tài)凝固時的溶質(zhì)分布（1）穩(wěn)態(tài)凝固：從液固界面輸出溶質(zhì)速度等于溶質(zhì)從邊界層擴(kuò)散出去速度的凝固過程。（2）平衡分配系數(shù)：在一定溫度下，固、液兩平衡相中溶質(zhì)濃度的比值。k0=Cs/Cl（3）溶質(zhì)分布：液、固相內(nèi)溶質(zhì)完全混合（平衡凝固）－a;固相不混合、液相完全混合－b;固相不混合、液相完全不混合－c；固相不混合、液相部分混合－d。區(qū)域熔煉（上述溶質(zhì)分布規(guī)律的應(yīng)用）5成分過冷及其對晶體生長形態(tài)的影響成分過冷：由成分變化與實(shí)際溫度分布共同決定的過冷。形成：界面溶質(zhì)濃度從高到低－液相線溫度從低到高。（圖示：溶質(zhì)分布曲線－勻晶相圖－液相線溫度分布曲線－實(shí)際溫度分布曲線－成分過冷區(qū)。）（3）成分過冷形成的條件和影響因素條件：G/R<mC0(1-k0)/Dk0合金固有參數(shù)：m,k0;實(shí)驗(yàn)可控參數(shù)：G,R。（4）成分過冷對生長形態(tài)的影響（正溫度梯度下）G越大，成分過冷越大－生長形態(tài)：平面狀－胞狀－樹枝狀。第三節(jié)二元共晶相圖及合金凝固共晶轉(zhuǎn)變：由一定成分的液相同時結(jié)晶出兩個一定成分固相的轉(zhuǎn)變。共晶相圖：具有共晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。（液態(tài)無限互溶、固態(tài)有限互溶或完全不溶，且發(fā)生共晶反應(yīng)。共晶組織：共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。（是兩相混合物）1相圖分析（相圖三要素）點(diǎn)：純組元熔點(diǎn)；最大溶解度點(diǎn)；共晶點(diǎn)（是亞共晶、過共晶成分分界點(diǎn)）等。線：結(jié)晶開始、結(jié)束線；溶解度曲線；共晶線等。區(qū)：3個單相區(qū)；3個兩相區(qū)；1個三相區(qū)。2合金的平衡結(jié)晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例）Wsn<19％的合金①凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。②二次相（次生相）的生成：脫溶轉(zhuǎn)變（二次析出或二次再結(jié)晶）。③室溫組織（α＋βⅡ）及其相對量計算。共晶合金①凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。共晶線上兩相的相對量計算。室溫組織（α＋β＋αⅡ＋βⅡ）及其相對量計算。亞共晶合金①凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。②共晶線上兩相的相對量計算。③室溫組織（α＋βⅡ＋（α＋β））及其相對量計算。組織組成物與組織圖組織組成物：組成材料顯微組織的各個不同本質(zhì)和形態(tài)的部分。組織圖：用組織組成物填寫的相圖。3不平衡結(jié)晶及其組織偽共晶①偽共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶組織。②形成原因：不平衡結(jié)晶。成分位于共晶點(diǎn)附近。③不平衡組織由非共晶成分的合金得到的完全共晶組織。共晶成分的合金得到的亞、過共晶組織。（偽共晶區(qū)偏移）不平衡共晶不平衡共晶：位于共晶線以外成分的合金發(fā)生共晶反應(yīng)而形成的組織。原因：不平衡結(jié)晶。成分位于共晶線以外端點(diǎn)附件。離異共晶離異共晶：兩相分離的共晶組織。形成原因平衡條件下，成分位于共晶線上兩端點(diǎn)附近。不平衡條件下，成分位于共晶線外兩端點(diǎn)附。消除：擴(kuò)散退火。4共晶組織的形成共晶體的形成成分互惠－交替形核片間搭橋－促進(jìn)生長兩相交替分布共晶組織共晶體的形態(tài)粗糙－粗糙界面：層片狀（一般情況）、棒狀、纖維狀（一相數(shù)量明顯少于另一相）粗糙－平滑界面：具有不規(guī)則或復(fù)雜組織形態(tài)（由于兩相微觀結(jié)構(gòu)不同）所需動態(tài)過冷度不同，金屬相任意長大，另一相在其間隙長大?？傻玫角驙?、針狀、花朵狀、樹枝狀共晶體。非金屬相與液相成分差別大。形成較大成分過冷，率先長大，形成針狀、骨骼狀、螺旋狀、蜘蛛網(wǎng)狀的共晶體。初生晶的形態(tài)：金屬固溶體：粗糙界面－樹枝狀；非金屬相：平滑界面－規(guī)則多面體。第四節(jié)二元包晶相圖包晶轉(zhuǎn)變：由一個特定成分的固相和液相生成另一個特點(diǎn)成分固相的轉(zhuǎn)變。包晶相圖：具有包晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。1相圖分析點(diǎn)、線、區(qū)。2平衡結(jié)晶過程及其組織包晶合金的結(jié)晶結(jié)晶過程：包晶線以下，L,α對β過飽和－界面生成β－三相間存在濃度梯度－擴(kuò)散－β長大－全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣?。室溫組織：β或β＋αⅡ。成分在C-D之間合金的結(jié)晶結(jié)晶過程：α剩余；室溫組織：α＋β＋αⅡ＋βⅡ。3不平衡結(jié)晶及其組織異常α相導(dǎo)致包晶偏析〔包晶轉(zhuǎn)變要經(jīng)β擴(kuò)散。包晶偏析：因包晶轉(zhuǎn)變不能充分進(jìn)行而導(dǎo)致的成分不均勻現(xiàn)象?！钞惓＆孪嘤刹黄胶獍мD(zhuǎn)變引起。成分在靠近固相、包晶線以外端點(diǎn)附件。4包晶轉(zhuǎn)變的應(yīng)用組織設(shè)計：如軸承合金需要的軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)的組織。晶粒細(xì)化。第五節(jié)其它類型的二元相圖自學(xué)內(nèi)容第六節(jié)鐵碳合金相圖一二元相圖的分析和使用二元相圖中的幾何規(guī)律①相鄰相區(qū)的相數(shù)差1（點(diǎn)接觸除外）－相區(qū)接觸法則；②三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點(diǎn)是平衡相的成分點(diǎn)。③若兩個三相區(qū)中有2個相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)。④單相區(qū)邊界線的延長線應(yīng)進(jìn)入相鄰的兩相區(qū)。相圖分析步驟①以穩(wěn)定的化合物分割相圖；②確定各點(diǎn)、線、區(qū)的意義；③分析具體合金的結(jié)晶過程及其組織變化注：虛線、點(diǎn)劃線的意義－尚未準(zhǔn)確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn)變線、有序－無序轉(zhuǎn)變線。相圖與合金性能的關(guān)系根據(jù)相圖判斷材料的力學(xué)和物理性能根據(jù)相圖判斷材料的工藝性能鑄造性能：根據(jù)液固相線之間的距離XX越大，成分偏析越嚴(yán)重（因?yàn)橐汗滔喑煞植顒e大）；X越大，流動性越差（因?yàn)橹Оl(fā)達(dá)）；X越大，熱裂傾向越大（因?yàn)橐汗虄上喙泊娴臏貐^(qū)大）。塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區(qū)的合金。熱處理性能：選擇具有固態(tài)相變或固溶度變化的合金。二鐵－碳合金相圖1組元和相（1）組元：鐵－石墨相圖：Fe,C;鐵－滲碳體相圖：Fe-Fe3C。相：L,δ,A(γ),F(α),Fe3C(K)。（其定義）2相圖分析點(diǎn)：16個。線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線：GS,ES,PQ。區(qū)：5個單相區(qū)，7個兩相區(qū)，3個三相區(qū)。相圖標(biāo)注：相組成物標(biāo)注的相圖。組織組成物標(biāo)注的相圖。3合金分類：工業(yè)純鈦（C%<%）、碳鋼（<C%<%）、鑄鐵（C%>%）4平衡結(jié)晶過程及其組織典型合金（7種）的平衡結(jié)晶過程、組織變化、室溫組織及其相對量計算。重要問題：Fe3CⅠ,Fe3CⅡ,Fe3CⅢ的意義及其最大含量計算。Ld-Ld`轉(zhuǎn)變。二次杠桿的應(yīng)用。5含碳量對平衡組織和性能的影響對平衡組織的影響（隨C%提高）組織：α＋Fe3CⅢLd`＋Fe3CⅠ；相：α減少，F(xiàn)e3C增多；Fe3C形態(tài)：Fe3CⅢ（薄網(wǎng)狀、點(diǎn)狀）共析Fe3C（層片狀）Fe3CⅡ（網(wǎng)狀）共晶Fe3C（基體）Fe3CⅠ（粗大片狀）。對力學(xué)性能的影響強(qiáng)度、硬度升高，塑韌性下降。對工藝性能的影響適合鍛造：C%<%，可得到單相組織。適合鑄造：C%～%。，流動性好。適合冷塑變：C%<%，變形阻力小。適合熱處理：~，有固態(tài)相變。第七節(jié)相圖的熱力學(xué)解釋圖示講解第八節(jié)鑄錠組織及其控制1鑄錠組織鑄錠三區(qū)：表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)。組織控制：受澆鑄溫度、冷卻速度、化學(xué)成分、變質(zhì)處理、機(jī)械振動與攪拌等因素影響。2鑄錠缺陷微觀偏析宏觀偏析正偏析反偏析比重偏析夾雜與氣孔夾雜：外來夾雜和內(nèi)生夾雜。氣孔：析出型和反應(yīng)型。縮孔和疏松形成：凝固時體積縮?。a(bǔ)縮不足－形成縮孔。分類：集中縮孔（縮孔、縮管）和分散縮孔（疏松，枝晶骨架相遇，封閉液體，造成補(bǔ)縮困難形成。）第五章三元相圖第一節(jié)總論1三元相圖的主要特點(diǎn)是立體圖形，主要由曲面構(gòu)成；可發(fā)生四相平衡轉(zhuǎn)變；一、二、三相區(qū)為一空間。2成分表示法－成分三角形（等邊、等腰、直角三角形）已知點(diǎn)確定成分；已知成分確定點(diǎn)。3成分三角形中特殊的點(diǎn)和線三個頂點(diǎn)：代表三個純組元；三個邊上的點(diǎn)：二元系合金的成分點(diǎn)；平行于某條邊的直線：其上合金所含由此邊對應(yīng)頂點(diǎn)所代表的組元的含量一定。通過某一頂點(diǎn)的直線：其上合金所含由另兩個頂點(diǎn)所代表的兩組元的比值恒定。4平衡轉(zhuǎn)變的類型（1）共晶轉(zhuǎn)變：L0Tαa+βb+γc;（2）包晶轉(zhuǎn)變：L0＋αa+βbTγc;包共晶轉(zhuǎn)變：L0＋αaTβb+γc;還有偏共晶、共析、包析、包共析轉(zhuǎn)變等。5共線法則與杠桿定律共線法則：在一定溫度下，三元合金兩相平衡時，合金的成分點(diǎn)和兩個平衡相的成分點(diǎn)必然位于成分三角形的同一條直線上。（由相率可知，此時系統(tǒng)有一個自由度，表示一個相的成分可以獨(dú)立改變，另一相的成分隨之改變。）杠桿定律：用法與二元相同。兩條推論給定合金在一定溫度下處于兩相平衡時，若其中一個相的成分給定，另一個相的成分點(diǎn)必然位于已知成分點(diǎn)連線的延長線上。若兩個平衡相的成分點(diǎn)已知，合金的成分點(diǎn)必然位于兩個已知成分點(diǎn)的連線上。6重心定律在一定溫度下，三元合金三相平衡時，合金的成分點(diǎn)為三個平衡相的成分點(diǎn)組成的三角形的質(zhì)量重心。（由相率可知，此時系統(tǒng)有一個自由度，溫度一定時，三個平衡相的成分是確定的。）平衡相含量的計算：所計算相的成分點(diǎn)、合金成分點(diǎn)和二者連線的延長線與對邊的交點(diǎn)組成一個杠桿。合金成分點(diǎn)為支點(diǎn)。計算方法同杠桿定律。第二節(jié)三元勻晶相圖1相圖分析點(diǎn)：Ta,Tb,Tc-三個純組元的熔點(diǎn)；面：液相面、固相面；區(qū)：L,α,L+α。2三元固溶體合金的結(jié)晶規(guī)律液相成分沿液相面、固相成分沿固相面，呈蝶形規(guī)律變化。（立體圖不實(shí)用）3等溫界面（水平截面）做法：某一溫度下的水平面與相圖中各面的交線。截面圖分析3個相區(qū)：L,α,L+α;2條相線：L1L2,S1S2（共軛曲線）;若干連接線：可作為計算相對量的杠桿（偏向低熔點(diǎn)組元；可用合金成分點(diǎn)與頂點(diǎn)的連線近似代替）。4變溫截面（垂直截面）做法：某一垂直平面與相圖中各面的交線。二種常用變溫截面經(jīng)平行于某條邊的直線做垂直面獲得；經(jīng)通過某一頂點(diǎn)的直線做垂直面獲得。結(jié)晶過程分析成分軸的兩端不一定是純組元；注意液、固相線不一定相交；不能運(yùn)用杠桿定律（液、固相線不是成分變化線）。5投影圖等溫線投影圖：可確定合金結(jié)晶開始、結(jié)束溫度。全方位投影圖：勻晶相圖不必要。第三節(jié)三元共晶相圖一組元在固態(tài)互不相溶的共晶相圖相圖分析點(diǎn)：熔點(diǎn)；二元共晶點(diǎn)；三元共晶點(diǎn)。兩相共晶線液相面交線線：EnE兩相共晶面交線液相單變量線液相區(qū)與兩相共晶面交線液相面固相面面：兩相共晶面三元共晶面兩相區(qū)：3個區(qū)：單相區(qū)：4個三相區(qū)：4個四相區(qū)：1個等溫截面應(yīng)用：可確定平衡相及其成分；可運(yùn)用杠桿定律和重心定律。是直邊三角形三相平衡區(qū)兩相區(qū)與之線接（水平截面與棱柱面交線）單相區(qū)與之點(diǎn)接（水平截面與棱邊的交點(diǎn)，表示三個平衡相成分。）變溫截面應(yīng)用：分析合金結(jié)晶過程，確定組織變化局限性：不能分析成分變化。（成分在單變量線上，不在垂直截面上）合金結(jié)晶過程分析；（4）投影圖相組成物相對量計算（杠桿定律、重心定律）組織組成物相對量計算（杠桿定律、重心定律）二組元在固態(tài)有限溶解的共晶相圖（1）相圖分析點(diǎn)：熔點(diǎn)；二元共晶點(diǎn)；三元共晶點(diǎn)。兩相共晶線液相面交線線：EnE兩相共晶面交線液相單變量線液相區(qū)與兩相共晶面交線固相單變量線液相面固相面：由勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)束面、兩相共晶結(jié)束面、三相共晶結(jié)束面組成。面：兩相共晶面三元共晶面溶解度曲面：6個兩相區(qū)：6個區(qū)：單相區(qū)：4個三相區(qū)：4個四相區(qū)：1個（2）等溫截面應(yīng)用：可確定平衡相及其成分；可運(yùn)用杠桿定律和重心定律。是直邊三角形三相平衡區(qū)兩相區(qū)與之線接（水平截面與棱柱面交線）單相區(qū)與之點(diǎn)接（水平截面與棱邊的交點(diǎn)，表示三個平衡相成分。）相率相區(qū)的相數(shù)差1；相區(qū)接觸法則：單相區(qū)/兩相區(qū)曲線相接；兩相區(qū)/三相區(qū)直線相接。變溫截面3個三相區(qū)共晶相圖特征：水平線1個三相區(qū)三相共晶區(qū)特征：曲邊三角形。應(yīng)用：分析合金結(jié)晶過程，確定組織變化局限性：不能分析成分變化。（成分在單變量線上，不在垂直截面上）合金結(jié)晶過程分析；（4）投影圖相組成物相對量計算（杠桿定律、重心定律）組織組成物相對量計算（杠桿定律、重心定律）第四節(jié)三元相圖總結(jié)立體圖：共軛曲面。1兩相平衡等溫圖：兩條曲線。立體圖：三棱柱，棱邊是三個平衡相單變量線。2三相平衡等溫圖：直邊三角形，頂點(diǎn)是平衡相成分點(diǎn)。垂直截面：曲邊三角形，頂點(diǎn)不代表成分根據(jù)參加反應(yīng)相：后生成。包、共晶轉(zhuǎn)變判斷根據(jù)居中單相區(qū)：上共下包。3四相平衡立體圖中的四相平衡共晶轉(zhuǎn)變類型：包共晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變與4個單相區(qū)點(diǎn)接觸；相區(qū)鄰接（四相平衡面）與6個兩相區(qū)線接觸；與4個三相區(qū)面接觸。共晶轉(zhuǎn)變：上3下1（三相區(qū)）；反應(yīng)類型判斷（以四相平衡面為界）包共晶轉(zhuǎn)變：上2下2；包晶轉(zhuǎn)變：上1下3。變溫截面中的四相平衡四相平衡區(qū)：上下都有三相區(qū)鄰接。條件：鄰接三相區(qū)達(dá)4時；判斷轉(zhuǎn)變類型類型：共晶、包共晶、包晶。投影圖中的四相平衡根據(jù)12根單變量判斷；根據(jù)液相單變量判斷共晶轉(zhuǎn)變包共晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變4相區(qū)接觸法則相鄰相區(qū)的相數(shù)差1（各種截面圖適用）。5應(yīng)用舉例第六章固體中的擴(kuò)散第一節(jié)概述1擴(kuò)散的現(xiàn)象與本質(zhì)擴(kuò)散：熱激活的原子通過自身的熱振動克服束縛而遷移它處的過程?，F(xiàn)象：柯肯達(dá)爾效應(yīng)。本質(zhì)：原子無序躍遷的統(tǒng)計結(jié)果。（不是原子的定向移動）。2擴(kuò)散的分類根據(jù)有無濃度變化自擴(kuò)散：原子經(jīng)由自己元素的晶體點(diǎn)陣而遷移的擴(kuò)散。（如純金屬或固溶體的晶粒長大。無濃度變化。）互擴(kuò)散：原子通過進(jìn)入對方元素晶體點(diǎn)陣而導(dǎo)致的擴(kuò)散。（有濃度變化）根據(jù)擴(kuò)散方向下坡擴(kuò)散：原子由高濃度處向低濃度處進(jìn)行的擴(kuò)散。上坡擴(kuò)散：原子由低濃度處向高濃度處進(jìn)行的擴(kuò)散。根據(jù)是否出現(xiàn)新相原子擴(kuò)散：擴(kuò)散過程中不出現(xiàn)新相。反應(yīng)擴(kuò)散：由之導(dǎo)致形成一種新相的擴(kuò)散。3固態(tài)擴(kuò)散的條件溫度足夠高；時間足夠長；擴(kuò)散原子能固溶；具有驅(qū)動力：化學(xué)位梯度。第二節(jié)擴(kuò)散定律1菲克第一定律（1）第一定律描述：單位時間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的某一單位面積截面的擴(kuò)散物質(zhì)流量（擴(kuò)散通量J）與濃度梯度成正比。（2）表達(dá)式：J=-D(dc/dx)。（C－溶質(zhì)原子濃度；D-擴(kuò)散系數(shù)。）（3）適用條件：穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，dc/dt=0。濃度及濃度梯度不隨時間改變。2菲克第二定律一般：C/t=(DC/x)/x二維：（1）表達(dá)式特殊：C/t=D2C/x2三維：C/t=D(2/x2+2/y2+2/z2)C穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：C/t=0，J/x=0。（2）適用條件：非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：C/t≠0，J/x≠0（C/t=－J/x）。3擴(kuò)散第二定律的應(yīng)用誤差函數(shù)解適用條件：無限長棒和半無限長棒。表達(dá)式：C=C1－(C1-C2)erf(x/2√Dt)(半無限長棒)。在滲碳條件下：C:x,t處的濃度；C1:表面含碳量;C2:鋼的原始含碳量。正弦解Cx=Cp-A0sin(πx/λ)Cp:平均成分；A0：振幅Cmax-Cp；λ:枝晶間距的一半。對于均勻化退火，若要求枝晶中心成分偏析振幅降低到1/100,則：[C(λ/2,t)-Cp]/(Cmax-Cp)=exp(-π2Dt/λ2)=1/100。第三節(jié)擴(kuò)散的微觀機(jī)理與現(xiàn)象1擴(kuò)散機(jī)制間隙－間隙；（1）間隙機(jī)制平衡位置－間隙－間隙：較困難；間隙－篡位－結(jié)點(diǎn)位置。（間隙固溶體中間隙原子的擴(kuò)散機(jī)制。）方式：原子躍遷到與之相鄰的空位；（2）空位機(jī)制條件：原子近旁存在空位。（金屬和置換固溶體中原子的擴(kuò)散。）直接換位換位機(jī)制環(huán)形換位（所需能量較高。）2擴(kuò)散程度的描述原子躍遷的距離R=√ГtrR:擴(kuò)散距離；Г：原子躍遷的頻率（在一定溫度下恒定）；r:原子一次躍遷距離（如一個原子間距）。擴(kuò)散系數(shù)D=α2PГ對于立方結(jié)構(gòu)晶體P=1/6,上式可寫為D=α2Г/6P為躍遷方向幾率；α是常數(shù)，對于簡單立方結(jié)構(gòu)α＝a;對于面向立方結(jié)構(gòu)α＝√2a/2;α＝√3a/2。擴(kuò)散激活能擴(kuò)散激活能Q：原子躍遷時所需克服周圍原子對其束縛的勢壘。間隙擴(kuò)散擴(kuò)散激活能與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系D=D0exp(-Q/RT)D0：擴(kuò)散常數(shù)?？瘴粩U(kuò)散激活能與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系D=D0exp(-△E/kT)△E=△Ef(空位形成功)+△Em（空位遷移激活能）。3擴(kuò)散的驅(qū)動力與上坡擴(kuò)散（1）擴(kuò)散的驅(qū)動力對于多元體系，設(shè)n為組元i的原子數(shù)，則在等溫等壓條件下，組元i原子的自由能可用化學(xué)位表示：μi=G/ni擴(kuò)散的驅(qū)動力為化學(xué)位梯度，即F=-μi/x負(fù)號表示擴(kuò)散驅(qū)動力指向化學(xué)位降低的方向。（2）擴(kuò)散的熱力學(xué)因子組元i的擴(kuò)散系數(shù)可表示為Di=KTBi(1+lni/lnxi)其中，(1+lni/lnxi)稱為熱力學(xué)因子。當(dāng)(1+lni/lnxi)<0時，DI<0,發(fā)生上坡擴(kuò)散。（3）上坡擴(kuò)散概念：原子由低濃度處向高濃度處遷移的擴(kuò)散。驅(qū)動力：化學(xué)位梯度。其它引起上坡擴(kuò)散的因素：彈性應(yīng)力的作用－大直徑原子跑向點(diǎn)陣的受拉部分，小直徑原子跑向點(diǎn)陣的受壓部分。晶界的內(nèi)吸附：某些原子易富集在晶界上。電場作用：大電場作用可使原子按一定方向擴(kuò)散。4反應(yīng)擴(kuò)散反應(yīng)擴(kuò)散：有新相生成的擴(kuò)散過程。相分布規(guī)律：二元擴(kuò)散偶中不存在兩相區(qū)，只能形成不同的單相區(qū)；三元擴(kuò)散偶中可以存在兩相區(qū)，不能形成三相區(qū)。第四節(jié)影響擴(kuò)散的主要因素1溫度D=D0exp(-Q/RT)可以看出，溫度越高，擴(kuò)散系數(shù)越大。2原子鍵力和晶體結(jié)構(gòu)原子鍵力越強(qiáng)，擴(kuò)散激活能越高；致密度低的結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散系數(shù)大（舉例：滲碳選擇在奧氏體區(qū)進(jìn)行）；在對稱性低的結(jié)構(gòu)中，可出現(xiàn)明顯的擴(kuò)散各向異性。3固溶體類型和組元濃度的影響間隙擴(kuò)散機(jī)制的擴(kuò)散激活能低于置換型擴(kuò)散；提高組元濃度可提高擴(kuò)散系數(shù)。4晶體缺陷的影響（缺陷能量較高，擴(kuò)散激活能?。┛瘴皇强瘴粩U(kuò)散機(jī)制的必要條件；位錯是空隙管道，低溫下對擴(kuò)散起重要促進(jìn)作用；界面擴(kuò)散－（短路擴(kuò)散）：原子界面處的快速擴(kuò)散。如對銀：Q表面=Q晶界/2=Q晶內(nèi)/35第三組元的影響如在鋼中加入合金元素對碳在中擴(kuò)散的影響。強(qiáng)碳化物形成元素，如W,Mo,Cr,與碳親和力大，能顯著組織碳的擴(kuò)散；弱碳化物形成元素，如Mn，對碳的擴(kuò)散影響不大；固溶元素，如Co,Ni,提高碳的擴(kuò)散系數(shù)；Si降低碳的擴(kuò)散系數(shù)。第七章塑性變形第一節(jié)單晶體的塑性變形常溫下塑性變形的主要方式：滑移和孿生。一滑移1滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）產(chǎn)生相對位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式。光鏡下：滑移帶（無重現(xiàn)性）。2滑移的表象學(xué)電境下：滑移線。3滑移的晶體學(xué)滑移面（密排面）（1）幾何要素滑移方向（密排方向）（2）滑移系滑移系：一個滑移面和該面上一個滑移方向的組合?；葡档膫€數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù)）×（每個面上所具有的滑移方向的個數(shù)）典型滑移系晶體結(jié)構(gòu)滑移面滑移方向滑移系數(shù)目常見金屬面心立方{111}×4<110>×312Cu,Al,Ni,Au{110}×6×212Fe,W,Mo體心立方{121}×12<111>×112Fe,W{123}×24×124Fe{0001}×1×33Mg,Zn,Ti密排六方{1010}<1120>3Mg,Zr,Ti{1011}6Mg,Ti一般滑移系越多，塑性越好；滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系：與滑移面密排程度和滑移方向個數(shù)有關(guān)；與同時開動滑移系數(shù)目有關(guān)（c）。（3）滑移的臨界分切應(yīng)力（c）c：在滑移面上沿滑移方面開始滑移的最小分切應(yīng)力。外力在滑移方向上的分解。c取決于金屬的本性，不受，的影響；或＝90時，s；c＝scoscoss的取值，＝45時，s最小，晶體易滑移；軟取向：值大；取向因子：coscos硬取向：值小。（4）位錯運(yùn)動的阻力派－納力：P-N=[2G/(1-v)]exp{-2a/[(1-v)b]}主要取決于位錯寬度、結(jié)合鍵本性和晶體結(jié)構(gòu)。4滑移時晶體的轉(zhuǎn)動（1）位向和晶面的變化拉伸時,滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向（力軸方向不變）壓縮時，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。幾何硬化：，遠(yuǎn)離45，滑移變得困難；（2）取向因子的變化幾何軟化；，接近45，滑移變得容易。5多滑移多滑移：在多個（>2）滑移系上同時或交替進(jìn)行的滑移?；频姆诸愲p滑移：單滑移：（2）等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向與力軸夾角分別相等的一組滑移系。6交滑移（1）交滑移：晶體在兩個或多個不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。螺位錯的交滑移：螺位錯從一個滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面的過程；機(jī)制螺位錯的雙交滑移：交滑移后的螺位錯再轉(zhuǎn)回到原滑移面的過程。單滑移：單一方向的滑移帶；（3）滑移的表面痕跡多滑移：相互交叉的滑移帶；交滑移：波紋狀的滑移帶。二孿生（1）孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形成晶體取向的鏡面對稱關(guān)系。孿生面A1{111},A2{112},A3{1012}（2）孿生的晶體學(xué)孿生方向A1<112>,A2<111>,A3<1011>孿晶區(qū)（3）孿生變形的特點(diǎn)滑移孿生相同點(diǎn)1均勻切變；2沿一定的晶面、晶向進(jìn)行；不改變結(jié)構(gòu)。不同點(diǎn)晶體位向不改變（對拋光面觀察無重現(xiàn)性）。改變，形成鏡面對稱關(guān)系（對拋光面觀察有重現(xiàn)性）位移量滑移方向上原子間距的整數(shù)倍，較大。小于孿生方向上的原子間距，較小。對塑變的貢獻(xiàn)很大，總變形量大。有限，總變形量小。變形應(yīng)力有一定的臨界分切壓力所需臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)高于滑移變形條件一般先發(fā)生滑移滑移困難時發(fā)生變形機(jī)制全位錯運(yùn)動的結(jié)果分位錯運(yùn)動的結(jié)果第二節(jié)多晶體的塑性變形1晶粒之間變形的傳播位錯在晶界塞積應(yīng)力集中相鄰晶粒位錯源開動相鄰晶粒變形塑變2晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性原因：各晶粒之間變形具有非同時性。要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會導(dǎo)致晶體分裂）條件：獨(dú)立滑移系5個。（保證晶粒形狀的自由變化）3晶界對變形的阻礙作用晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。晶界對變形的影響：滑移、孿生多終止于晶界，極少穿過。晶粒大小與性能的關(guān)系a晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高(細(xì)晶強(qiáng)化：由下列霍爾－配奇公式可知)s=0+kd-1/2原因：晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯運(yùn)動的阻力越大。（有尺寸限制）晶粒越多，變形均勻性提高由應(yīng)力集中導(dǎo)致的開裂機(jī)會減少，可承受更大的變形量，表現(xiàn)出高塑性。b晶粒越細(xì)，塑韌性提高細(xì)晶粒材料中，應(yīng)力集中小，裂紋不易萌生；晶界多，裂紋不易傳播，在斷裂過程中可吸收較多能量,表現(xiàn)出高韌性。第三節(jié)合金的塑性變形一固溶體的塑性變形1固溶體的結(jié)構(gòu)2固溶強(qiáng)化（1）固溶強(qiáng)化：固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。晶格畸變，阻礙位錯運(yùn)動；（2）強(qiáng)化機(jī)制柯氏氣團(tuán)強(qiáng)化。（3）屈服和應(yīng)變時效現(xiàn)象：上下屈服點(diǎn)、屈服延伸（呂德斯帶擴(kuò)展）。預(yù)變形和時效的影響：去載后立即加載不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；去載后放置一段時間或200℃加熱后再加載出現(xiàn)屈服。原因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成。固溶強(qiáng)化的影響因素溶質(zhì)原子含量越多，強(qiáng)化效果越好；溶劑與溶質(zhì)原子半徑差越大，強(qiáng)化效果越好；…價電子數(shù)差越大，強(qiáng)化效果越好；間隙式溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果高于置換式溶質(zhì)原子。二多相合金的塑性變形1結(jié)構(gòu)：基體＋第二相。2性能兩相性能接近：按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計算。軟基體＋硬第二相第二相網(wǎng)狀分布于晶界（二次滲碳體）；a結(jié)構(gòu)兩相呈層片狀分布（珠光體）；第二相呈顆粒狀分布（三次滲碳體）。彌散強(qiáng)化：位錯繞過第二相粒子(粒子、位錯環(huán)阻礙位錯運(yùn)動)b強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化：位錯切過第二相粒子（表面能、錯排能、粒子阻礙位錯運(yùn)動）第四節(jié)塑性變形對材料組織和性能的影響一對組織結(jié)構(gòu)的影響晶粒拉長;1形成纖維組織雜質(zhì)呈細(xì)帶狀或鏈狀分布。2形成形變織構(gòu)（1）形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu)取向的組織。絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時形成）（2）常見類型板織構(gòu)：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平行于主變形方向。（軋制時形成）力學(xué)性能：利：深沖板材變形控制；弊：制耳。（3）對性能的影響：各向異性物理性能：硅鋼片<100>織構(gòu)可減少鐵損。3形成位錯胞變形量位錯纏結(jié)位錯胞（大量位錯纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯密度低。）二對性能的影響1對力學(xué)性能的影響（加工硬化）（1）加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。強(qiáng)化金屬的重要途徑；利提高材料使用安全性；（2）利弊材料加工成型的保證。弊變形阻力提高，動力消耗增大；脆斷危險性提高。2對物理、化學(xué)性能的影響導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降；結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快；化學(xué)活性提高，腐蝕加快。三殘余應(yīng)力（約占變形功的10％）第一類殘余應(yīng)力（Ⅰ）：宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個物體變形不均勻引起。1分類第二類殘余應(yīng)力（Ⅱ）：微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒變形不均勻引起。第三類殘余應(yīng)力（Ⅲ）：點(diǎn)陣畸變，由位錯、空位等引起。80-90%。利：預(yù)應(yīng)力處理，如汽車板簧的生產(chǎn)。2利弊弊：引起變形、開裂，如黃銅彈殼的腐蝕開裂。3消除：去應(yīng)力退火。第八章回復(fù)與再結(jié)晶第一節(jié)冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化一回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時，其顯微組織無可見變化，但其物理、力學(xué)性能卻部分恢復(fù)到冷變形以前的過程。再結(jié)晶：冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時，在變形組織內(nèi)部新的無畸變的等軸晶粒逐漸取代變形晶粒，而使形變強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過程。二顯微組織變化（示意圖）回復(fù)階段：顯微組織仍為纖維狀，無可見變化；再結(jié)晶階段：變形晶粒通過形核長大，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臒o畸變的等軸晶粒。晶粒長大階段：晶界移動、晶粒粗化，達(dá)到相對穩(wěn)定的形狀和尺寸。三性能變化1力學(xué)性能（示意圖）回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高。再結(jié)晶階段：強(qiáng)度、硬度明顯下降，塑性明顯提高。晶粒長大階段：強(qiáng)度、硬度繼續(xù)下降，塑性繼續(xù)提高，粗化嚴(yán)重時下降。2物理性能密度：在回復(fù)階段變化不大，在再結(jié)晶階段急劇升高；電阻：電阻在回復(fù)階段可明顯下降。四儲存能變化（示意圖）1儲存能：存在于冷變形金屬內(nèi)部的一小部分（～10％）變形功。彈性應(yīng)變能（3～12％）2存在形式位錯（80～90％）是回復(fù)與再結(jié)晶的驅(qū)動力點(diǎn)缺陷3儲存能的釋放：原子活動能力提高，遷移至平衡位置，儲存能得以釋放。五內(nèi)應(yīng)力變化回復(fù)階段：大部分或全部消除第一類內(nèi)應(yīng)力，部分消除第二、三類內(nèi)應(yīng)力；再結(jié)晶階段：內(nèi)應(yīng)力可完全消除。第二節(jié)回復(fù)一回復(fù)動力學(xué)（示意圖）1加工硬化殘留率與退火溫度和時間的關(guān)系ln(x0/x)=c0texp(-Q/RT)x0–原始加工硬化殘留率；x－退火時加工硬化殘留率；c0－比例常數(shù)；t－加熱時間；T－加熱溫度。2動力學(xué)曲線特點(diǎn)（1）沒有孕育期；（2）開始變化快，隨后變慢；（3）長時間處理后，性能趨于一平衡值。二回復(fù)機(jī)理移至晶界、位錯處1低溫回復(fù)：點(diǎn)缺陷運(yùn)動空位＋間隙原子消失缺陷密度降低（~）空位聚集（空位群、對）異號位錯相遇而抵銷2中溫回復(fù)：位錯滑移位錯纏結(jié)重新排列位錯密度降低（~）亞晶粒長大3高溫回復(fù)：位錯攀移（＋滑移）位錯垂直排列（亞晶界）多邊化（亞（~）晶粒）彈性畸變能降低。三回復(fù)退火的應(yīng)用去應(yīng)力退火：降低應(yīng)力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開裂，提高耐蝕性。第三節(jié)再結(jié)晶亞晶合并形核亞晶長大形核機(jī)制亞晶界移動形核（吞并其它亞晶或變形部分）1形核（變形量較大時）晶界凸出形核（晶界弓出形核，凸向亞晶粒小的方向）（變形量較小時）驅(qū)動力：畸變能差2長大方式：晶核向畸變晶粒擴(kuò)展，直至新晶粒相互接觸。注：再結(jié)晶不是相變過程。二再結(jié)晶動力學(xué)（示意圖）再結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系v再＝Aexp(-QR/RT)規(guī)律開始時再結(jié)晶速度很小，在體積分?jǐn)?shù)為時最大，然后減慢。三再結(jié)晶溫度1再結(jié)晶溫度：經(jīng)嚴(yán)重冷變形（變形量>70%）的金屬或合金，在1h內(nèi)能夠完成再結(jié)晶的（再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)>95%）最低溫度。高純金屬：T再＝~Tm。2經(jīng)驗(yàn)公式工業(yè)純金屬：T再＝~Tm。合金：T再＝~Tm。注：再結(jié)晶退火溫度一般比上述溫度高100～200℃。變形量越大，驅(qū)動力越大，再結(jié)晶溫度越低；3影響因素純度越高，再結(jié)晶溫度越低；加熱速度太低或太高，再結(jié)晶溫度提高。四影響再結(jié)晶的因素1退火溫度。溫度越高，再結(jié)晶速度越大。2變形量。變形量越大，再結(jié)晶溫度越低；隨變形量增大，再結(jié)晶溫度趨于穩(wěn)定；變形量低于一定值，再結(jié)晶不能進(jìn)行。3原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅(qū)動力越大；晶界越多，有利于形核。4微量溶質(zhì)元素。阻礙位錯和晶界的運(yùn)動，不利于再結(jié)晶。5第二分散相。間距和直徑都較大時，提高畸變能，并可作為形核核心，促進(jìn)再結(jié)晶；直徑和間距很小時，提高畸變能，但阻礙晶界遷移，阻礙再結(jié)晶。五再結(jié)晶晶粒大小的控制（晶粒大?。冃瘟筷P(guān)系圖）再結(jié)晶晶粒的平均直徑d=k[G/N]1/41變形量（圖）。存在臨界變形量，生產(chǎn)中應(yīng)避免臨界變形量。2原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅(qū)動力越大，形核位置越多，使晶粒細(xì)化。3合金元素和雜質(zhì)。增加儲存能，阻礙晶界移動，有利于晶粒細(xì)化。4溫度。變形溫度越高，回復(fù)程度越大，儲存能減小，晶粒粗化；退火溫度越高，臨界變形度越小，晶粒粗大。六再結(jié)晶的應(yīng)用恢復(fù)變形能力改善顯微組織再結(jié)晶退火消除各向異性提高組織穩(wěn)定性再結(jié)晶溫度：T再＋100～200℃。第四節(jié)晶粒長大驅(qū)動力：界面能差；長大方式：正常長大；異常長大（二次再結(jié)晶）一晶粒的正常長大1正常長大：再結(jié)晶后的晶粒均勻連續(xù)的長大。2驅(qū)動力：界面能差。界面能越大，曲率半徑越小，驅(qū)動力越大。晶界趨于平直3晶粒的穩(wěn)定形狀晶界夾角趨于120℃二維坐標(biāo)中晶粒邊數(shù)趨于64影響晶粒長大的因素溫度。溫度越高，晶界易遷移，晶粒易粗化。分散相粒子。阻礙晶界遷移，降低晶粒長大速率。一般有晶粒穩(wěn)定尺寸d和第二相質(zhì)點(diǎn)半徑r、體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系：d=4r/3雜質(zhì)與合金元素。降低界面能，不利于晶界移動。晶粒位向差。小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者的移動速率低于后者。二晶粒的異常長大1異常長大：少數(shù)再結(jié)晶晶粒的急劇長大現(xiàn)象。釘扎晶界的第二相溶于基體2機(jī)制再結(jié)晶織構(gòu)中位向一致晶粒的合并大晶粒吞并小晶粒各向異性織構(gòu)明顯優(yōu)化磁導(dǎo)率3對組織和性能的影響晶粒大小不均性能不均降低強(qiáng)度和塑韌性晶粒粗大提高表面粗糙度三再結(jié)晶退火的組織1再結(jié)晶圖。退火溫度、變形量與晶粒大小的關(guān)系圖。（圖）2再結(jié)晶織構(gòu)。再結(jié)晶退火后形成的織構(gòu)。退火可將形變織構(gòu)消除，也可形成新織構(gòu)。3退火孿晶。再結(jié)晶退火后出現(xiàn)的孿晶。是由于再結(jié)晶過程中因晶界遷移出現(xiàn)層錯形成的。第五節(jié)金屬的熱變形一動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶1動態(tài)回復(fù)：在塑變過程中發(fā)生的回復(fù)。2動態(tài)再結(jié)晶：在塑變過程中發(fā)生的再結(jié)晶。包含亞晶粒，位錯密度較高特點(diǎn)反復(fù)形核，有限長大，晶粒較細(xì)應(yīng)用：采用低的變形終止溫度、大的最終變形量、快的冷卻速度可獲得細(xì)小晶粒。二金屬的熱加工冷加工：在再結(jié)晶溫度以下的加工過程。發(fā)生加工硬化。1加工的分類熱加工：在再結(jié)晶溫度以上的加工過程。硬化、回復(fù)、再結(jié)晶。2熱加工溫度：T再<T熱加工<T固－100～200℃。3熱加工后的組織與性能改善鑄錠組織。氣泡焊合、破碎碳化物、細(xì)化晶粒、降低偏析。提高強(qiáng)度、塑性、韌性。形成纖維組織（流線）。組織：枝晶、偏析、夾雜物沿變形方向呈纖維狀分布。性能：各向異性。沿流線方向塑性和韌性提高明顯。形成帶狀組織形成：兩相合金變形或帶狀偏析被拉長。影響：各向異性。消除：避免在兩相區(qū)變形、減少夾雜元素含量、采用高溫擴(kuò)散退火或正火。4熱加工的優(yōu)點(diǎn)可持續(xù)大變形量加工。動力消耗小。提高材料質(zhì)量和性能三超塑性1超塑性：某些材料在特定變形條件下呈現(xiàn)的特別大的延伸率。2條件：晶粒細(xì)小、溫度范圍（~）、應(yīng)變速率小（1～%/s）。3本質(zhì)：多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為是由晶界的滑動和晶粒的轉(zhuǎn)動所致。第九章固態(tài)相變概述一固態(tài)相變的特點(diǎn)界面能增加1相變阻力大額外彈性應(yīng)變能：比體積差固態(tài)相變擴(kuò)散困難（新、舊相化學(xué)成分不同時）困難2新相晶核與母相之間存在一定的晶體學(xué)位向關(guān)系*新相的某一晶面和晶向分別與母相的某一晶面、晶向平行。共格…界面類型半共格…為降低界面能，形成共格、半共格界面位向關(guān)系非共格…3慣習(xí)現(xiàn)象*新相沿特定的晶向在母相特定晶面上形成。慣習(xí)方向（母相）慣習(xí)面原因：沿應(yīng)變能最小的方向和界面能最低的界面發(fā)展。4母相晶體缺陷促進(jìn)相變點(diǎn)…缺陷類型線…晶格畸變、自由能高，促進(jìn)形核及相變。面…（思考：晶粒細(xì)化對相變的影響）5易出現(xiàn)過渡相*固態(tài)相變阻力大，直接轉(zhuǎn)變困難協(xié)調(diào)性中間產(chǎn)物（過渡相）＋Fe3C+(3Fe+C)例M+Fe3C二固態(tài)相變的分類1按相變過程中原子遷移情況（1）擴(kuò)散型：依靠原子的長距離擴(kuò)散；相界面非共格。（如珠光體、奧氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e,C都可擴(kuò)散。）（2）非擴(kuò)散型：舊相原子有規(guī)則地、協(xié)調(diào)一致地通過切變轉(zhuǎn)移到新相中；相界面共格、原子間的相鄰關(guān)系不變；化學(xué)成分不變。（如馬氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e,C都不擴(kuò)散。）（3）半擴(kuò)散型：既有切變，又有擴(kuò)散。（如貝氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e切變，C擴(kuò)散。）2按相變方式分類（1）有核相變：有形核階段，新相核心可均勻形成，也可擇優(yōu)形成。大多數(shù)固態(tài)相變屬于此類。（2）無核相變：無形核階段，以成分起伏作為開端，新舊相間無明顯界面，如調(diào)幅分解。3按熱力學(xué)函數(shù)變化分類（1）一級相變：相變時兩相的化學(xué)位相等，而化學(xué)位對溫度及壓力的一階偏微分（－S,V）不等的相變。伴隨潛熱的釋放和體積的改變。如蒸發(fā)、升華、熔化以及大多數(shù)固態(tài)晶型轉(zhuǎn)變屬于此類。（2）二級相變：相變時兩相的化學(xué)位相等，化學(xué)位的一階偏微分也相等，但二階偏微分不相等的相變。沒有相變潛熱和體積改變，有比容、壓縮系數(shù)、膨脹系數(shù)變化，如磁性轉(zhuǎn)變、有序－無序轉(zhuǎn)變、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變等屬于此類。三常見固態(tài)相變類型相變名稱相變特征同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變同一種元素通過形核與長大發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的變化多型性轉(zhuǎn)變合金中晶體結(jié)構(gòu)的變化脫溶轉(zhuǎn)變過飽和固溶體脫溶分解出亞穩(wěn)定或穩(wěn)定的第二相共析轉(zhuǎn)變一個固相轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€結(jié)構(gòu)不同的固相包析轉(zhuǎn)變兩個不同結(jié)構(gòu)的固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€新的固相，組織中一般有某相殘余馬氏體轉(zhuǎn)變新舊相之間成分不變、切變進(jìn)行、有嚴(yán)格位向關(guān)系、有浮凸效應(yīng)貝氏體轉(zhuǎn)變兼具馬氏體和擴(kuò)散轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)，借助鐵的切變和碳的擴(kuò)散進(jìn)行調(diào)幅分解非形核轉(zhuǎn)變，固溶體分解成結(jié)構(gòu)相同但成分不同的兩相有序化轉(zhuǎn)變合金元素原子從無規(guī)則排列到有規(guī)則排列，擔(dān)結(jié)構(gòu)不變。第二節(jié)固態(tài)相變的形核與長大一均勻形核（能量條件）1形核時的能量變化相變驅(qū)動力（1）化學(xué)自由能（體積自由能，△Gv）△Gv～T曲線隨成分變化相變阻力（2）界面能（，S）取決于界面結(jié)構(gòu)△T越大，晶核越小，S大共格/半共格（與過冷度有關(guān)）△T越小，晶核越大，S小非共格相變阻力（3）應(yīng)變能(,V)共格應(yīng)變能：共格大，半共格小，非共格0分類比體積差球狀最大體積應(yīng)變能新相幾何形狀片狀最小針狀居中2形核的能量條件△G＝－V△Gv+S+V<0rK=2/(△Gv-)△GK=16/3(△Gv-)2二非均勻形核（能量條件）（固態(tài)相變均勻形核的可能性很小，非均勻形核（依靠晶體缺陷）是主要的形核方式。）1不同晶體缺陷對形核的作用能量高，降低△GK（1）晶界形核結(jié)構(gòu)混亂，降低易擴(kuò)散、偏析，利于擴(kuò)散相變新相/母相形成共格、半共格界面降低界面能母相晶粒1非共格界面母相晶粒2共格或半共格界面新相生成處位錯消失，能力釋放，提高驅(qū)動力（2）位錯形核……位錯不消失，可作為半共格界面的形成部分易于發(fā)生偏聚，有利于成分起伏易于擴(kuò)散，有利于發(fā)生擴(kuò)散型相變促進(jìn)擴(kuò)散（3）空位形核新相生成處空位消失，提供能量空位群可凝結(jié)成位錯（在過飽和固溶體的脫溶析出過程中，空位作用更明顯。）2非均勻形核的能力變化G＝－V△Gv+S+V－△GDGD－晶體缺陷導(dǎo)致系統(tǒng)降低的能量。三晶核的長大1長大機(jī)制切變長大（1）半共格界面臺階式長大原子直接遷移（2）非共格界面原子遷移至新相臺階端部2新相長大速度新相生成時無成分變化（有結(jié)構(gòu)、有序度變化）界面控制長大u=exp(-Q/kT)[1-exp(-△Gv/kT)]新相生成時有成分變化（2）擴(kuò)散控制長大u=dx/dt=(C/x)D/(C-C)（3）相變動力學(xué)f=1-exp(-btn)第十章

金屬材料工業(yè)用鋼、鑄鐵和有色金屬及其合金構(gòu)成了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)所必須的全部金屬材料。盡管高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料的應(yīng)用日益廣泛，但金屬材料仍然是應(yīng)用最廣泛、用量最大的工程材料。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對金屬材料的性能要求會越來越高，新型金屬材料將會不斷出現(xiàn)。

基本要求

工業(yè)用鋼1.熟悉鋼的分類和編號，能鑒別鋼號。2.熟悉合金元素在鋼中的作用和典型鋼號中合金元素的作用。3.掌握常用工業(yè)用鋼的化學(xué)成分、熱處理特點(diǎn)（或使用狀態(tài)）、使用態(tài)組織、主

要性能特點(diǎn)及應(yīng)用。

鑄鐵1.熟悉鑄鐵的分類和鑄鐵的石墨化。

2.熟悉常用鑄鐵的牌號、組織、性能特點(diǎn)及應(yīng)用。

3.了解鑄鐵的熱處理特點(diǎn)及常用熱處理工藝。

有色金屬及其合金1.熟悉鋁合金的分類和編號、鋁合金的時效強(qiáng)化、典型鋁合金的組織與性能特

點(diǎn)。2.熟悉銅合金的分類和編號、了解黃銅的組織及性能特點(diǎn)。

內(nèi)容提要

重要名詞合金元素……alloyingelement結(jié)構(gòu)鋼………constructionsteel工具鋼………toolsteel不銹鋼………stainlesssteel奧氏體不銹鋼………………austeniticstainlesssteel回火穩(wěn)定性…………………temperstability二次硬化……secondaryhardening調(diào)質(zhì)鋼………quenchedandtemperedsteel滲碳鋼………carburizedsteel彈簧鋼………springsteel滾動軸承鋼…………………ball-bearingsteel高速鋼………h(huán)igh-speedsteel熱模具鋼……h(huán)otdiesteel晶間腐蝕……intergranularcorrosion耐熱鋼………h(huán)eat-resistingsteel耐磨鋼………wear-resistingsteel時效強(qiáng)化……agehardening

工業(yè)用鋼

1.鋼的分類和編號。

2.合金元素在鋼中的作用。

（1）合金元素對基本相的影響。

碳鋼在室溫下的基本相是鐵素體和滲碳體。合金元素可溶入鐵素體中強(qiáng)化鐵素體，若含量適當(dāng)，仍可保持鐵素體較好的韌性。碳化物形成元素與碳相互作用，可形成合金滲碳體、間隙化合物和間隙相等，它們的穩(wěn)定性、硬度、耐磨性均高于滲碳體，而聚集長大的傾向比滲碳體小。

（2）合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響。

凡是擴(kuò)大γ區(qū)的元素均擴(kuò)大奧氏體區(qū)，使A1、A3降低。當(dāng)合金元素含量達(dá)到一定值時，奧氏體區(qū)將擴(kuò)大到室溫，得到奧氏體鋼。凡是縮小γ區(qū)的元素均縮小奧氏體，使A1、A3升高。當(dāng)合金元素含量達(dá)到一定值時，奧氏體區(qū)將消失，得到鐵素體鋼。合金元素加入鋼中，會使S點(diǎn)和E點(diǎn)向左移動。S向左移動意味著共析點(diǎn)的含量下降；E點(diǎn)向左移動意味著出現(xiàn)萊氏體的含碳量減少?？傊辖鹪馗淖兞似胶鈼l件下的相變規(guī)律和平衡組織，從而改變了性

能。

（3）合金元素對鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響①除Mn、Ni外，大多數(shù)合金元素升高臨界點(diǎn)，減慢奧氏體的形成速變，因而合金鋼要獲得較均勻的奧氏體，需更高的加熱溫度和較長的保溫時間。②除Mn、P、N外，大多數(shù)合金元素都能細(xì)化奧氏體晶粒，從而改善強(qiáng)度和韌

性。

（4）合金元素對鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響。

除Co外，大多數(shù)合金元素溶入奧氏體中后，能增加奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線向右移動，提高鋼的淬透性。另外，還會降低Ms點(diǎn)，增加殘余奧氏體量。

（5）合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響。①合金元素提高回火穩(wěn)定性，有利于提高綜合力學(xué)性能。②含Cr、Ｍn、Ni等元素的合金鋼會產(chǎn)生第二類回火脆性，而Mo和W有抑制和減輕第二類回火脆性的傾向。③某些高合金鋼會產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象。3．結(jié)構(gòu)鋼按用途，結(jié)構(gòu)鋼可分為兩大類：工程結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼。

碳素結(jié)構(gòu)鋼

工程結(jié)構(gòu)鋼

低合金結(jié)構(gòu)鋼

滲碳鋼

調(diào)質(zhì)鋼

機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼

彈簧鋼

滾動軸承鋼

常用結(jié)構(gòu)鋼的主要性能要求、化學(xué)成分、典型牌號、最終熱處理或使用狀態(tài)、組織見表10-1。表10-1

常用結(jié)構(gòu)鋼鋼種工程結(jié)構(gòu)鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動軸承鋼用途舉例橋梁、船體、容器汽車、拖拉機(jī)變速齒輪機(jī)床主軸機(jī)床齒輪連桿螺栓彈簧、各類彈性元件滾動軸承部件主要性能要求含碳量<%≤%%合金元素

Mn、V、Ti、NbCr、Mn、Ni、B、Ti、VCr、Mn、Ni、Si、BV、Ti、W、MoCr、Mn、SiW、V、CrMn、Si典型牌號Q235Q345(16Mn)2020Cr20CrMnTi18CrZNi4WA4540Cr40CrNiMo38CrMoAlAT8A65Mn60SiZMn50CrVAGCr15GCr15SiMn最一般為熱軋空冷狀態(tài)滲碳、淬火，低溫回火①一般為淬火中溫回火淬火終熱處理調(diào)質(zhì)處理②調(diào)質(zhì)+表面淬火低溫回火低溫回火使用態(tài)組織一般為鐵素體+索氏體回火屈氏體回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體4.工具鋼按用途，工具鋼可分為三大類：刃具鋼、模具鋼和量具鋼。常用工具鋼的化學(xué)成分、典型牌號、最終熱處理、組織、性能特點(diǎn)和用途舉例見表10-2。表10-2

常用工具鋼鋼種刃

具

鋼冷模具鋼高碳高