金屬學與熱處理章節(jié)重點總結(jié)

第1章金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)金屬原子的結(jié)構(gòu)特點：最外層的電子數(shù)很少，一般為1～2個，不超過3個。金屬鍵的特點：沒有飽和性和方向性結(jié)合力：當原子靠近到一定程度時，原子間會產(chǎn)生較強的作用力。結(jié)合力＝吸引力＋排斥力結(jié)合能＝吸引能＋排斥能（課本圖）吸引力：正離子與負離子（電子云）間靜電引力，長程力排斥力：正離子間，電子間的作用力，短程力固態(tài)金屬原子趨于規(guī)則排列的原因：當大量金屬原子結(jié)合成固體時，為使固態(tài)金屬具有最低的能量，以保持其穩(wěn)定狀態(tài)，原子間也必須保持一定的平衡距離。晶體：基元在三維空間呈規(guī)律性排列。晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子的具體排列情況，也就是晶體中的這些質(zhì)點在三維空間有規(guī)律的周期性的重復排列方式。晶格：將陣點用直線連接起來形成空間格子。晶胞：保持點陣幾何特征的基本單元三種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)（要會畫晶項指數(shù)，晶面指數(shù)）共帶面：平行或相交于同一直線的一組晶面組成一個晶帶，這一組晶面叫做共帶面晶帶軸：同一晶帶中所有晶面的交線互相平行，其中通過坐標原點的那條直線。多晶型轉(zhuǎn)變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：當外部的溫度和壓強改變時，有些金屬會由一種晶體結(jié)構(gòu)向另一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。合金：兩種或兩種以上金屬元素，或金屬元素與非金屬元素，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其它方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金最基本的獨立的物質(zhì)，通常組元就是組成合金的元素。相：是合金中具有同一聚集狀態(tài)、相同晶體結(jié)構(gòu)，成分和性能均一，并以界面相互分開的組成部分。固溶體：合金的組元通過溶解形成一種成分及性能均勻的、且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相，稱為固溶體。與固溶體結(jié)構(gòu)相同的組元為溶劑，另一組元為溶質(zhì)。固溶體的分類：按溶質(zhì)原子在溶劑晶格中的位置：置換固溶體與間隙固溶體。按溶質(zhì)原子在固體中的溶解度：分為有限固溶體和無限固溶體。按溶質(zhì)原子在固溶體內(nèi)分布規(guī)則：分為有序固溶體和無序固溶體固溶強化：在固體溶液中，隨著溶質(zhì)濃度的增加，固溶體的強度、硬度提高，塑性韌性下降。間隙相：當非金屬原子半徑與金屬原子半徑的比值小于時，將形成具有簡單晶體結(jié)構(gòu)的金屬間化合物。間隙化合物：與間隙相相反（比值大于）。點缺陷：⑴空位⑵間隙原子⑶置換原子。線缺陷：線缺陷就是各種類型的位錯。它是指晶體中的原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。（刃型位錯、螺型位錯、混合型位錯）滑移矢量：表示位錯的性質(zhì)，晶格畸變的大小的物理量（刃型位錯的柏氏矢量與其位錯線相垂直；螺形位錯的柏氏矢量與其位錯線平行。）。面缺陷：晶體的面缺陷包括晶體的外表面（表面或自由界面）和內(nèi)界面兩類，其中的內(nèi)界面又有晶界、亞晶界、小角度晶界、大角度晶界：兩相鄰晶粒位向差小于或大于10°相界面的結(jié)構(gòu)有三類：共格界面、半共格界面、非共格界面習題3、5做一下第2章純金屬的結(jié)晶結(jié)晶：結(jié)晶是指從原子不規(guī)則排列的液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵右?guī)則排列的晶體狀態(tài)的過程。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金屬從一種固態(tài)過渡為另一種固體晶態(tài)的轉(zhuǎn)變過冷度：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度之差。過冷是結(jié)晶的必要條件。（金屬不同過冷度也不同，金屬純度越高過冷度越大。過冷度的速度取決于，冷卻速度越大過冷度越大實際潔凈無度越低，反之）金屬結(jié)晶:孕育—出現(xiàn)晶核—長大—金屬單晶體從液體向固體的轉(zhuǎn)變使自由能下降.液態(tài)金屬結(jié)晶時，結(jié)晶過程的推動力是自由能差降低（△F）是自由能增加，阻力是自身放熱近程有序：在液體中的微小范圍內(nèi)，存在著緊密接觸規(guī)則拍了的的原子集團。遠程有序：在大范圍內(nèi)原子時無序分布的，在晶體中大范圍內(nèi)卻是有序排列的。結(jié)構(gòu)起伏或相起伏：近程有序在金屬液體中各處瞬間出現(xiàn)、瞬間消失、此起彼伏、變化不定的現(xiàn)象。液態(tài)金屬重要特點：存在著相起伏，只有在過冷液體中的相起伏才能成為晶胚。固態(tài)晶核兩種形核方式：均勻形核（是指完全依靠液態(tài)金屬中的晶胚形核的過程）非均勻形核（是指晶胚依附于液態(tài)金屬中的固態(tài)雜質(zhì)表面形核的過程）。晶核半徑與△G的關系：當r<rk時，晶胚的長大使系統(tǒng)自由能增加，晶胚不能長大。r＝rk時,△G最大，這樣的晶胚稱為臨界晶核，rk為臨界晶核半徑。r>rk時,晶胚成為穩(wěn)定的晶核。臨界晶核半徑：晶胚剛好可以自發(fā)的長大成為穩(wěn)定地晶核時的半徑叫做臨界晶核半徑均勻形核是在過冷液態(tài)金屬中，依靠結(jié)構(gòu)起伏形成大于臨界晶核的晶胚，同時必須從能量起伏中獲得形核功，才能形成穩(wěn)定的晶核。形核功：半徑為臨界晶核半徑的晶胚繼續(xù)長大成為穩(wěn)定晶核所需要做的最小功形核率N受兩個矛盾的因素控制，一方面隨過冷度增大，rk、減小，有利于形核；另一方面隨過冷度增大，原子從液相向晶胚擴散的速率降低，不利于形核。形核率可用下式表示：N=N1N2決定晶體長大方式和長大反方式主要原因：晶核界面結(jié)構(gòu)、界面附近的溫度分布及潛熱的釋放和逸散條件。生長線速度：單位時間內(nèi)晶體長大的線速度?；钚再|(zhì)點：滿足點陣匹配原理的界面，可對形核起催化作用。變質(zhì)處理：在澆注前往液態(tài)金屬中加入形核劑，促進大量非均勻形核來細化晶粒的方法變質(zhì)劑：能提供結(jié)晶核心，或起阻止晶粒長大的作用的物質(zhì)。晶體長大的機制：二維晶核長大機制、螺形位錯長大機制、垂直長大機制。常溫下，金屬晶粒越細小，則強度硬度越高，塑性韌性也越好細化晶粒的方法：（1）提高過冷度。降低澆鑄溫度，提高散熱導熱能力適用于小件。（2）化學變質(zhì)處理，加入形核劑（孕育劑）。促進非均勻形核，阻礙晶粒長大。（3）振動和攪拌。輸入能量提高形核率；使凝固過程中正在長大的晶體破碎，增加核心。第3章二元合金相圖和合金的凝固（掌握二元合金圖）相圖:是表明合金系中各種合金相的平衡條件和相與相之間關系的一種簡明示圖平衡:是指在一定條件下合金系中參與相變過程的各相的成分和質(zhì)量分數(shù)不再變化所達到的一種狀態(tài)。影響相結(jié)構(gòu)的因素：1、負電性因素2、原子尺寸因素3、電子濃度因素建立相圖的方法：熱分析法，金相組織法，X射線分析法，硬度法，電阻法，熱膨脹法，相律：熱力學平衡條件下，系統(tǒng)的組元數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間的關系。表達式：f=c-p+2;壓力為常數(shù)時，f=c-p+1。杠杠定律：（書上p67公式牢記）有序固溶體:又稱為超點陣，溶質(zhì)原子按適當比例并按一定順序和一定方向圍繞溶劑原子分布時就形成有序固溶體。置換固溶體：指溶質(zhì)原子位于溶劑晶格的某些節(jié)點位置所形成的固溶體。間隙固溶體：溶質(zhì)原子填入溶劑原子間的一些間隙中形成的固溶體。晶格畸變：由于異類原子的溶入或塑性變形等原因造成的點陣中的原子偏離其正常平衡位置的現(xiàn)象。影響固溶度的因素：1、原子尺寸因素2、負電性因素3、電子濃度因素4、晶體結(jié)構(gòu)因素5、溫度因素只有r溶質(zhì)/r溶劑<時，才有可能形成間隙固溶體。金屬間化合物一般具有高熔點、高硬度、和脆性大。分類：1、正常價化合物2、電子化合物3、間隙相合間隙化合物。固溶體合金結(jié)晶兩大特點：1異分結(jié)晶－結(jié)晶時結(jié)晶出的固相與液相成分不同，也稱為選擇性結(jié)晶。2變溫結(jié)晶－固溶體合金的結(jié)晶需要在一定溫度范圍內(nèi)進行。晶內(nèi)偏析：一個晶粒內(nèi)部化學成分不均勻現(xiàn)象。枝晶偏析：樹枝晶的枝干和枝間化學成分不均勻的現(xiàn)象。消除枝晶偏析：擴散退火或均勻化退火對偏析的影響：1.與分別配系數(shù)K0有關（k0大于1，k0值越小偏析越大；k0大于1，k0越大偏析越大）2.原子擴散（成反比）3.冷卻速度（一般冷卻速度越大偏析越嚴重）成分過冷：液界面前沿液相中的成分有所差別，導致固液界面前沿的熔體的溫度低于實際液相線溫度，從而產(chǎn)生的過冷。四種相圖（又要有術(shù)記住的）共晶反應式為Ld←→αc+βe共晶反應的特點是發(fā)生共晶反應時三相共存，它們各自的成分是確定的，反應在恒溫下平衡的進行。第四章鐵碳合金鐵素體：碳溶于α鐵中的間隙固溶體，體心立方晶格，性能與純鐵基本相同，塑性和韌性很好，但其強度很低居里點也是770℃，最大溶碳能力727奧氏體：碳溶于γ鐵中的間隙固溶體，面心立方晶格，塑性很好，但具有順磁性，比容最小。最大溶碳能力1148℃δ鐵素體：碳溶于δ-Fe中的間隙固溶體。體心立方晶格，最大溶碳能力1495℃滲碳體：鐵與碳形成的間隙化合物Fe3C。屬正交晶系，復雜立方晶格。具有很高的硬度，但塑性很差，延伸率接近于零，居里溫度為230℃，又稱A0P110圖、P119圖（兩圖要求默寫想辦法記?。┑诹陆饘偌昂辖鸬乃苄宰冃闻c再結(jié)晶取向因子、軟取向、硬位向（書上自己背，有點難打這字）滑移：晶體的一部分相對于另一部分沿某些晶面和晶向發(fā)生滑動時晶體產(chǎn)生塑性變形的方式?；凭€：經(jīng)塑性變形，滑移面與晶體表面的交線?；葡担河梢粋€滑移面與其面上的一個滑移方向組成的滑移系?；茙В河梢蛔逑嗷テ叫械幕凭€組成的帶稱為滑移帶。絲織構(gòu)：在拉拔時形成，特征是各晶粒的某一晶向與拉拔方向平行或接近平行。板織構(gòu)：在軋制時行成，特征是各晶粒的某一晶面平行于軋制平面，而某一晶向平行于軋制方向。孿生：晶體的一部分沿一定的晶面（孿晶面）和一定的晶向（孿生方向），相對于另一部分晶體作均勻的切變過程。晶界強化的原理：1、由于晶界的增多，使位錯在晶界處運動受到的阻礙加大。2、由于各晶粒間存在位向差，為了協(xié)調(diào)變形，要求每個晶粒必須進行多滑移，發(fā)生位錯的交割，使位錯運動困難。3、小晶粒內(nèi)位錯塞積群引起的應力集中小，引起變形開裂的機會少，可以承受大變形量。加工硬化及原理：金屬材料在外力作用下發(fā)生塑性變形的過程中，由位錯增殖機構(gòu)產(chǎn)生了越來越多的位錯，形成胞狀形變亞結(jié)構(gòu)，使亞晶粒細化，提高了基體強度。同時這些位錯發(fā)生相互交割，一方面形成割階，增大了位錯的長度；另一方面可能形成一種使位錯難以運動的固定割階。成為后續(xù)位錯運動的障礙。提高了金屬的變形抗力。使材料的塑性、韌性下降的現(xiàn)象。殘余應力分類：（殘余應力在第一、二、三類內(nèi)應力中的分配為：1：10：100）宏觀內(nèi)應力（第一類內(nèi)應力），由物體各部分變形不均勻產(chǎn)生，在物體整個范圍內(nèi)處于平衡的力。微觀內(nèi)應力（第二類內(nèi)應力），由晶?；騺喚ЯＷ冃尾痪鶆虍a(chǎn)生，在晶粒亞晶粒范圍處于平衡的力。點陣畸變（第三類內(nèi)應力），儲存在晶體缺陷中。3、解理斷裂：斷口特征為河流花樣，是在正應力作用下的一種穿晶斷裂。退火過程包括：回復、再結(jié)晶、晶粒長大三個階段。回復：冷塑性變形的金屬在加熱時，在光學顯微組織發(fā)生改變前所產(chǎn)生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能的變化過程。再結(jié)晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在原來的變形組織中重新產(chǎn)生了無畸變的新晶粒。而性能也發(fā)生了明顯變化，并恢復到完全軟化狀態(tài)。再結(jié)晶的驅(qū)動力也是彈性畸變能的降低。影響再結(jié)晶溫度的因素主要有：1、變形程度2、金屬純度3、加熱速度和時間影響再結(jié)晶晶粒大小的因素：1、變形程度2、原始晶粒尺寸3、合金元素和雜質(zhì)4、變形溫度（溫度回復程度越大）再結(jié)晶晶粒正常長大的驅(qū)動力：晶粒長大前后總的界面能差。影響再結(jié)晶晶粒長大的因素：1、溫度2、雜質(zhì)及合金元素3、第二相質(zhì)點4、相鄰晶粒之間的位向差。超塑性：某些材料在特定條件下進行拉伸時，能獲得特別大的均勻塑性變形，其伸長率可達200～1000%，而不致過早產(chǎn)生縮頸和斷裂，這種現(xiàn)象臨界變形度：對應于得到特別粗大的再結(jié)晶晶粒的變形度叫做臨界變形度。再結(jié)晶晶粒反常長大叫做二次再結(jié)晶。帶狀組織：復相合金中的各個相，在熱加工時沿著變形方向交替的呈帶狀分布，這種組織稱為帶狀組織.可用正火消除.第7章

鋼在加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變熱處理：通過對材料進行加熱、保溫、冷卻的操作方法使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的一種工藝。奧氏體的形成四個步驟：①奧氏體晶核的形成②奧氏體晶粒長大③殘余滲碳體溶解④奧氏體成分均勻化影響奧氏體形成速度的因素：1.加熱溫度的影響2.原始組織的影響3.化學成分的影響1.奧氏體的晶粒度：通常分為8級，1級最粗，8級最細，8級以上為超細晶粒。a、起始晶粒度：指珠光體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時的晶粒度。b、實際晶粒度：指鋼在具體的熱處理或熱加工條件下實際獲得的奧氏體晶粒度c、本質(zhì)晶粒度：不是指具體的晶粒大小，只表示鋼的奧氏體晶粒長大的傾向性2．影響奧氏體晶粒長大的因素1.加熱溫度和保溫時間的影響2.加熱速度的影響3.質(zhì)量分數(shù)的影響4.合金元素的影響。過冷奧氏體：在臨界點以下存在且不穩(wěn)定的將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體。珠光體型轉(zhuǎn)變：過冷奧氏體在A1~550℃溫度范圍內(nèi)，將分解為珠光體類組織。高溫轉(zhuǎn)變珠光體分為三類：珠光體（A1~650℃）索氏體（650~600℃）屈氏體（600~550℃）粒狀珠光體：鐵素體基本上分布著粒狀滲碳體的組織。一般是經(jīng)過球化退火得到或淬火后經(jīng)中、高溫回火得到的粒狀珠光體的機械性能主要決定于滲碳體顆粒的大小、形態(tài)與分布。馬氏體：碳在α－Fe中的過飽和間隙固溶體。馬氏體轉(zhuǎn)變：鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻，在較低溫度下發(fā)生的無擴散型相變叫做馬氏體轉(zhuǎn)變。M相變發(fā)生的條件：1、過冷A必須以大于臨界淬火速度的速度冷卻2、必須過冷到Ms點以下。M的組織形態(tài)：板條狀M：亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯，又稱為位錯M，其形成后由于溫度較高發(fā)生自回火，容易形成體心立方M空間形態(tài)：扁條狀的，每個板條為一個單晶體，相鄰的板條之間往往存在薄殼狀的殘余奧氏體。性能特點：高強度、高硬度、韌性和塑性好。片狀M：亞結(jié)構(gòu)為孿晶，又稱孿晶馬氏體。存在大量顯微裂紋?？臻g形態(tài)：為雙凸透鏡狀，光學顯微鏡下呈針狀或竹葉狀性能特點：高強度、高硬度、韌性很差。M高強度、高硬度的原因：1、固溶強化（過飽和的C的溶入造成嚴重晶格畸變，形成與位錯交互作用的強烈應力場）2、相變強化（M相變形成的高密度位錯的板條狀M或者是具有微細孿晶亞結(jié)構(gòu)的片狀M都阻礙位錯的運動）3、時效強化（時效后C及合金元素的偏聚形成科氏氣團，釘扎位錯，提高強度）M轉(zhuǎn)變的特點：1、無擴散性2、切變共格性3、存在慣習現(xiàn)象4、在一個溫度范圍內(nèi)進行5、可逆性貝氏體是鐵素體和碳化物組成的機械混合物。下貝氏體是鐵素體和ε碳化物組成的機械混合物。600—350℃轉(zhuǎn)變形成的是B上特征是羽毛狀350—Ms轉(zhuǎn)變形成的是B下特征是黑色針狀。具有高密度位錯，無孿晶亞結(jié)構(gòu)，強度和韌性都很好。魏氏組織：含碳量小于或大于的鋼當加熱溫度過高并以較快速度冷卻時，先共析F或先共析Cm從A晶界沿A一定晶面往晶內(nèi)近于平行的生長，并呈針片狀析出形成的針狀F+P或Cm