《安徽工业大学金属学与热处理考试难点》由会员分享，可在线阅读，更多相关《安徽工业大学金属学与热处理考试难点（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1 章 金属的性能 金属的使用性能： 指金属材料制成零件后为保证其正常工作及一定使用寿命应具备的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。 金属的工艺性能： 指金属在加工成零件或构件过程中应具备的适应加工的性能。包括冶炼性能、铸造性能、锻压性能、切削加工性能、 焊接性能及热处理工艺性能等。 强度：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为伸长率和断面收缩率。 塑性：材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力 韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 硬度：指材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。 第2 章 金属与合金的结构 空间点阵： 将构成晶体的原子等抽象为几何点，得到一个由无数几何
2、点在三维空间规则排列而成的阵列 - 是数学上的抽象。 晶格：描述原子或原子团在晶体中排列方式的几何空间格架。 晶胞：从晶格中选取出来的一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元。 晶体缺陷： 实际晶体中原子组合（原子、分子、离子或原子团）排列在局部区域的某些不规则现象。 位错：晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象，使长度达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内的原子离 开其平衡位置，发生了有规律的错动 合金： 由2 种金属元素，或金属/ 非金属元素，经熔炼/ 烧结等方法形成的具有金属特性的物质 组元：组成合金的最基本的独立的物质。可以是元素，也可以是化合物 相：合金中的相指具有
3、同一聚集状态，相同晶体结构，成分基本相同，并有明确界面与其他部分分开的均匀组成部分。合金在固态下相 即为合金相。 组织：用肉眼或显微镜所观察到的组成相的形状、分布及各相之间的组合状态。 固溶体： 以合金某一组元为溶剂，在其晶格中溶入其它组元原子（溶质）后所形成的一种合金相。仍然保持溶剂的晶体结构。 固溶强化： 溶质元素产生晶格畸变，使固溶体强度、硬度升高的现象。 中间相： 当溶质含量超过固溶体的溶解度时，将出现晶体结构和任一组元都不相同的新相，即金属间化合物。由于金属间化合物在二元 合金相图中总是处于两个组元或端际固溶体区域之间的中间部位，故又称之为中间相 1 .金属有哪几种常见的晶体结构？原
4、子排列和晶格常数有什么特点？ 答：体心立方结构：C r 、V 、Mo 和- F e 等 3 0 多种纯金属。晶胞特点：8 个原子组成立方体，体中心有一个原子，在体对角 线上原子相互接触- 最密排方向。 晶格常数： a = b = c ；轴间夹角= = = 9 0 o 面心立方结构： C u 、N i、A l 、- F e 等约 2 0 种纯金属，晶胞特点：8 个原子组成立方体，每一面中心有一个原子，在面对 角线上原子相互接触- 最密排方向。晶格常数： a = b = c ；轴间夹角= = = 9 0 o 密排六方结构： Mg 、Z n 、C d 、B e 等 2 0 多种纯金属 晶胞特点：1
5、2个原子组成一个简单六方体，上下两个六方面的中心各 有一个原子，而且在两个六方面之间还有三个原子， 晶格常数： a = b （六方面的边长） 、c （上下六方面的距离） ；= = 9 0 o ， = 1 2 0 o 2 、实际晶体中的晶体结构缺陷有哪些？ 点缺陷：三个方向上的尺寸都很小，不越过几个原子间距。空位、间隙原子、置换原子 线缺陷：在两个方向的尺寸很小，而第三个 方向上的尺寸很大。刃型位错、螺型位错、混合位错。 面缺陷：一个方向上尺寸很小，其余两个方向上的尺寸则很大。晶体外表面， 各种内界面（晶界、孪晶界、亚晶界、相界、层错等） 。体缺陷：三个方向上的尺寸都较大。空洞、固溶体内的偏聚区
6、、夹杂物等。 说明晶界有哪些特性？ ( 1 )晶界有界面能，晶粒越细晶界越多，能量越高，越不稳定。晶粒有自发长大的趋势。 ( 2 )常温下，晶粒越细，金属的强度和 硬度越高。细化晶粒是强化金属的重要手段之一。 ( 3 )原子在晶界处的扩散速度比在晶粒内快。 ( 4 )相变时新相往往首先在母相 的晶界上形核。( 5 )能降低晶界界面能的元素将优先富集于晶界，形成内吸附。 ( 6 )晶界容易被优先腐蚀和氧化。 第 3 章 纯金属的结晶 结构起伏 ：液态金属从宏观上看是原子作无规则排列的非晶体，但其中包含着许多类似晶体结构的、时大时小、时长时消的原子有序集 团，这种现象称为“结构起伏” 。尺寸越小的
7、结构起伏在液体中出现的几率越大，而且在每一温度下，结构起伏都有一极限尺寸，温度越 低，该极限尺寸越大。 能量起伏： 液体中各微区的能量分布存在差异，而且 a 处在起伏变化之中。 过冷：金属的实际结晶温度低于理论结晶温度（熔点）的现象。 过冷度： 金属的理论结晶温度 T m 与实际结晶温度 T n 之差。 晶粒度：晶粒的大小。通常用晶粒的平均面积或直径表示。晶粒度号越大，晶粒越细。 1 、何谓细晶强化？如何获得细晶粒组织？ 细晶强化 ：细化晶粒不仅能提高材料的强度和硬度，还能提高材料的韧性和塑性。工业上将通过细化晶粒来提高材料强度的方法称为细 晶强化。方法：( 1 )增加结晶时的冷却速度（ 2
8、）变质处理（3 ）振动或电磁搅拌 2 、试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。 相同点： 1 ）形核的驱动力和阻力相同；2 ）临界晶核半径相等；3 ）形成临界晶核需要形核功； 4 ）结构起伏和能量起伏是形核的基 础；5 ）形核需要一个临界过冷度；6 ）形核率在达到极大值之前，随过冷度增大而增加。 不同点： 与均匀形核相比，非均匀形核的特点：1 ）非均匀形核与固体杂质接触，减少了表面自由能的增加； 2 ）非均匀形核的晶核体 积小，形核功小，形核所需结构起伏和能量起伏就小；形核容易，临界过冷度小； 3 ）非均匀形核时晶核形状和体积由临界晶核半径和 接触角共同决定；临界晶核半径相同时，接触角越小，晶核
9、体积越小，形核越容易； 4 ）非均匀形核的形核率随过冷度增大而增加，当 超过极大值后下降一段然后终止；此外，非均匀形核的形核率还与固体杂质的结构和表面形貌有关。 第 4 章 二元合金的凝固与相图 相图：是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明图示，也称为平衡图或状态图。是合金体系中相的状态与温 度、成分间关系的简明图解恒压下 相律：表示材料在平衡条件下，系统的自由度数 f与组元数 c 和平衡相数 p 之间关系的定律。 f= c - p + 2 晶内偏析： 不平衡凝固过程中通常先结晶的固溶体内部含高熔点组元，而后结晶的外部则富含低熔点组元。这种在晶粒内部出现的成份 不均匀现象
10、称为晶内偏析，是微观偏析。 枝晶偏析： 如果固溶体是以树枝状结晶长大的，则枝干（含高熔点组元较多）与枝间（含低熔点组元较多）会出现成份差别，称为枝晶 偏析，属于晶内偏析。 成分过冷： 由于固溶体的选择结晶，在结晶前沿的液相中造成了一个过冷区域，这个过冷区域是因为液相中的成分变化而引起的，所以 叫成分过冷 共晶转变： 由一个液相同时结晶出两种成分不同的固相的转变。 伪共晶： 在非平衡凝固条件下，成分接近共晶成分的亚共晶或过共晶合金，凝固后组织却可以全部是共晶体，称为伪共晶 1 、试给出采用热分析法建立二元合金相图的步骤 。 ( 1 )将给定两组元配制成一系列不同成分的合金； (2 )将它们分别熔
11、化后在缓慢冷却的条件下，分别测出它们的冷却曲线； ( 3 )找出各冷却曲线上的相变临界点（曲线上的转折点） ； (4 )将各临界点注在成分- 温度坐标； (5 )连接具有相同意义的 各临界点，并作出相应的曲线（上临界点表示结晶开始，其连线构成液相线；下临界点表示结晶结束，其连线构成固相线） 。 (6 )将 各相标注在各相区（由上述曲线所围成的区间）中，即得到一张完整的相图。 2 说明固溶体合金的平衡结晶特点，并给出固溶体的平衡结晶与纯金属的平衡结晶的异同。 答：结晶特点( 1 )异分结晶( 2 )固溶体合金的结晶需要在一定的温度范围。 相同点：基本过程：形核长大； 热力学条件： T 0 ，存在
12、过冷度；能量条件：能量起伏； 结构条件：结构起伏。不同点：合金在一个温度范围内结晶；可能性：相律分析；必要 性：成分均匀化；合金结晶是异分结晶：需成分起伏。 3 、何谓非平衡结晶？固溶体的非平衡结晶有何特点？ 答：定义：偏离平衡结晶条件的结晶，称为不平衡结晶。 结晶过程特点： (1 )凝固过程中，液、固两相的成分偏离液、固相线。偏 离程度取决于冷却速度， 冷却速度越快， 偏离程度越大； ( 2 )先结晶的部分总是富含高熔点组元， 后结晶的部分富含低熔点组元； (3 ) 非平衡结晶总是导致结晶结束温度低于平衡结晶时的结束温度。 4 、何谓枝晶偏析？说明产生枝晶偏析的原因及消除方法。 答：枝晶偏析
13、：如果固溶体是以树枝状结晶长大的，则枝干（含高熔点组元较多）与枝间（含低熔点组元较多）会出现成份差别，称为 枝晶偏析，属于晶内偏析。 产生原因：( 1 )冷却速度越大，扩散进行得越不充分，偏析程度越大； ( 2 )相图中液固相线相距愈 远，组元元素原子的迁移能力愈低 ( 扩散系数小) ，晶内偏析将愈严重。消除偏析的方法：凝固后重新加热到略低于固相线温度并进行 长时间保温，使原子充分扩散，获得成分均匀的固溶体均匀化退火或称之为扩散退火。 5 、说明金属铸锭的组织及其形成原因。 答：1 )细晶区( 激冷区)：锭模温度低，传热快，外层金属过冷度大，形核率大；模壁提供非均匀形核核心，增大形核率。厚度不
14、 大，晶粒很细。 ( 2 )柱状晶区 ：模壁由于液体金属加热而迅速升温，液态金属的过冷度减小，形核率降低。但此时长大速度受到的 影响较小，造成处于优先长大方向（即一次晶轴方向）和与散热最快方向的反方向一致的晶核向液体内部快速平行长大，形成柱状晶区。 ( 3 )等轴晶区：柱状晶的发展，经过散热，铸锭中心部分的液态金属的温度全部降至熔点以下，再加上液态金属中杂质的作用，满 足了形核时的过冷度要求，于是在整个剩余液体中同时形核。由于此时温度差不断降低并趋于均匀化，散热逐渐失去方向性，晶核在液 体中可自由生长，在各个方向上的长大速度基本相等，形成等轴晶。 6 、合金铸锭中常存在哪些缺陷？分析这些缺陷产
15、生的原因。 答：( 1 )缩孔：由于钢液冷却收缩及结晶收缩，最后结晶部位得不到外来钢液补充形成的空洞。 ( 2 ) 疏松：枝晶生长过程中因枝 晶间得不到金属液体补充而形成的。 ( 3 )气（泡）孔 ：砂型或钢液中形成的气泡未能从钢液中排出，而在铸件内形成的一种空洞。 ( 4 )偏析：铸锭中化学成分化学成分不均匀的现象。包括微观偏析和宏观偏析。 ( 5 )非金属夹杂， 凝固过程中，金属和气体形 成化合物残留于锭子内，或者外来杂物及耐火材料冲刷进液体中，这就是非金属夹杂物的来源。 第五章 铁碳相图 铁素体：用符号 F 或表示，是碳在- F e 中的间隙固溶体，呈体心立方晶格。 （铁素体的性能特点是
16、强度低、硬度低、塑性好） 奥氏体：用符号 A 或表示，是碳在- F e 中的间隙固溶体，呈面心立方晶格。 （奥氏体的强度低，硬度不高，易于塑性变形） 渗碳体（F e3C 相） ：是铁 F e 与 C 的一种具有复杂结构的间隙化合物，用 C m表 示。 （渗碳体的机械性能特点是硬而脆） 珠光体：铁素体与渗碳体的共析混合物，是奥氏体共析反应的产物，用符号 P 表示 莱氏体： 奥氏体与渗碳体的共晶混合物，是共晶反应的产物，用符号 L d 表示 变态莱氏体： 珠光体、二次渗碳体和渗碳体组成的混合物，用符号 L d 表示 F e - F e3C 相图 （1 5 3 8 、 1 4 9 5 、 1 3 9 4 、 1 2 2 7 、 1 1 4 8 、 9 1 2 、 7 2 7 ； 0 . 0 9 、 0 . 1 7 、 0 . 0 2 1 8 、 0 . 7 7 、 2 . 1 1 、 4 . 3 、 6 . 6 9 ） 1 、铁碳合金的分类、成分范围及室温组织 种类工业纯铁亚共析钢共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁
