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1、金属学与热处理总结一、金属的晶体构造重点内容： 面心立方、体心立方金属晶体构造的配位数、致密度、原子半径，八面体、四周体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。晶格类型晶胞中的原子数原子半径配位数致密度根本内容：密排六方金属晶体构造的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛挨次、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。体心立方23 a4868%面心立方42 a41274%密排六方61 a21274%晶格类型fcc(A1)bcc(A2)间隙类型正四周体8正八面体4四周体扁八面体hcp(A3)正八面四周体体间隙个数原子半径126126r234a4aa
2、2A间隙半径(r3 - 2)a4(2 -a24)(5 - 3)a4()a2 - 3()()46 - 2 a42 - 1 a2B晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。金属键：失去外层价电子的正离子与布满其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。位错：晶体中原子的排列在确定范围内发生有规律错动的一种特别构造组态。位错的柏氏矢量具有的一些特性：用位错的柏氏矢量可以推断位错的类型；柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；位错的柏氏矢量个局部均一样。刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型
3、呈任意角度。晶界具有的一些特性：晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以削减晶界总面积的趋势；原子在晶界上的集中速度高于晶内，熔点较低；相变时相优先在晶界出形核；晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；晶界易于腐蚀和氧化；常温下晶界可以阻挡位错的运动，提高材料的强度。二、纯金属的结晶1重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法， 铸锭三晶区的形成机制。根本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和构造条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规章排列的原
4、子集团。过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。变质处理：在浇铸前往液态金属中参与形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。依据 Rk 1DT 可知当过冷度DT 为零时临界晶核半径 Rk 为无穷大，临界形核功 DG 1DT 2 也为无穷大。临界晶核半径 Rk 与临界形核功为无穷大时，无法形核，所以液态金属不能结晶。晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。铸锭三个晶区的形成机理：外表细晶区：当高温液
5、体倒入铸模后，结晶先从模壁开头，靠近模壁一层的液体产生极大的过冷，加上模壁可以作为非均质形核的基底，因此在此薄层中马上形成大量的晶核，并同时向各个方向生长，形成外表细晶区。柱状晶区：在外表细晶区形成的同时， 铸模温度快速上升，液态金属冷却速度减慢，结晶前沿过冷都很小，不能生成的晶核。垂直模壁方向散热最快，因而晶体沿相反方向生长成柱状晶。中心等轴晶区：随着柱状晶的生长，中心部位的液体实际温度分布区域平缓，由于溶质原子的重安排，在固液界面前沿消灭成分过冷， 成分过冷区的扩大，促使的晶核形成长大形成等轴晶。由于液体的流淌使外表层细晶一局部卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而进入前沿的液体中作为非自
6、发生核的籽晶。三、二元合金的相构造与结晶重点内容：杠杆定律、相律及应用。根本内容：相、匀晶、共晶、包晶相图的结晶过程及不同成分合金在室温下的显微组织。合金、成分过冷；非平衡结晶及枝晶偏析的根本概念。相律：f = c p + 1 其中，f 为 自由度数，c 为 组元数，p 为 相数。伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点四周的亚共晶或过共晶合金也可能得到全部共晶组织，这种共晶组织称为伪共晶。合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或烧结、或用其它方法组合而成的具有金属特性的物质。合金相：在合金中，通过组成元素组元原子间的相互作用，形成具有一样晶体构造与性质，并以明确界面分开的成分均一
7、组成局部称为合金相。四、铁碳合金3重点内容：铁碳合金的结晶过程及室温下的平衡组织，组织组成物及相组成物的计算。根本内容：铁素体与奥氏体、二次渗碳体与共析渗碳体的异同点、三个恒温转变。钢的含碳量对平衡组织及性能的影响；二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体相对量的计算； 五种渗碳体的来源及形态。奥氏体与铁素体的异同点：一样点：都是铁与碳形成的间隙固溶体；强度硬度低，塑性韧性高。不同点：铁素体为体心构造，奥氏风光心构造；铁素体最高含碳量为0.0218%， 奥氏体最高含碳量为 2.11%，铁素体是由奥氏体直接转变或由奥氏体发生共析转变得到，奥氏体是由包晶或由液相直接析出的；存在的温度区间不同。二次渗碳体
8、与共析渗碳体的异同点。一样点：都是渗碳体，成份、构造、性能都一样。不同点：来源不同，二次渗碳体由奥氏体中析出，共析渗碳体是共析转变得到的；形态不同二次渗碳体成网状，共析渗碳体成片状；对性能的影响不同，片状的强化基体，提高强度，网状降低强度。成分、组织与机械性能之间的关系：如亚共析钢。亚共析钢室温下的平衡组织为FP，F 的强度低，塑性、韧性好，与F 相比 P 强度硬度高，而塑性、韧性差。随含碳量的增加，F 量削减， P 量增加组织组成物的相对量可用杠杆定律计算。所以对于亚共析钢，随含碳量的增加，强度硬度上升，而塑性、韧性下降五、三元合金相图重点内容：固态下无溶解度三元共晶相图投影图中不同区、线的
9、结晶过程、室温组织。根本内容：固态下无溶解度三元共晶相图投影图中任意点的组织并计算其相对量。三元合金相图的成分表示法；直线法则、杠杆定律、重心法则。六、金属及合金的塑性变形与断裂重点内容：体心与面心构造的滑移系；金属塑性变形后的组织与性能。根本内容：固溶体强化机理与强化规律、其次相的强化机理。霍尔配奇关系式；单晶体塑性变形的方式、滑移的本质。塑性变形的方式：以滑移和孪晶为主。滑移：晶体的一局部沿着确定的晶面和晶向相对另一局部作相对的滑动。滑移的本质是位错的移动。体心构造的滑移系个数为 12，滑移面：110，方向。面心构造的滑移系个数为12，滑移面：111，方向。金属塑性变形后的组织与性能 ：显
10、微组织消灭纤维组织，杂质沿变形方向拉长为细带状或粉碎成链状，光学显微镜区分不清晶粒和杂质。亚构造细化，消灭形变织构。性能：材料的强度、硬度上升，塑性、韧性下降；比电阻增加，导电系数和电阻温度系数下降，抗腐蚀力气降低等。七、金属及合金的回复与再结晶重点内容：金属的热加工的作用；变形金属加热时显微组织的变化、性能的变化，储存能的变化。根本内容：回复、再结的概念、变形金属加热时储存能的变化。再结晶后的晶粒尺寸；影响再结晶的主要因素性能的变化规律。变形金属加热时显微组织的变化、性能的变化：随温度的上升，金属的硬度和强度下降，塑性和韧性提高。电阻率不断下降，密度上升。金属的抗腐蚀力气提高，内应力下降。再
11、结晶：冷变形后的金属加热到确定温度之后，在原来的变形组织中重产生了无畸变的晶粒，而性能也发生了明显的变化，并恢复到完全软化状态，这个过程称之为再结晶。热加工的主要作用或目的是：把钢材加工成所需要的各种外形，如棒材、板材、线材等；能明显的改善铸锭中的组织缺陷，如气泡焊合，缩松压实，使金属材料的致密度增加； 使粗大的柱状晶变细，合金钢中大块状碳化物初晶打碎并使其均匀分布；减轻或消退成分偏析， 均匀化学成分等。使材料的性能得到明显的改善。影响再结晶的主要因素：再结晶退火温度：退火温度越高保温时间确定时，再结晶后的晶粒越粗大；冷变形量：一般冷变形量越大，完成再结晶的温度越低，变形量到达确定程度后， 完
12、成再结晶的温度趋于恒定；原始晶粒尺寸：原始晶粒越细，再结晶晶粒也越细；微量溶质 与杂质原子，一般均起细化晶粒的作用；其次相粒子，粗大的其次相粒子有利于再结晶，弥散 分布的细小的其次相粒子不利于再结晶；形变温度，形变温度越高，再结晶温度越高，晶粒粗 化；加热速度，加热速度过快或过慢，都可能使再结晶温度上升。塑性变形后的金属随加热温度的上升会发生的一些变化：显微组织经过回复、再结晶、晶粒长大三个阶段由裂开的或纤维组织转变成等轴晶粒，亚晶尺寸增大；储存能降低，内应力松弛或被消退；各种构造缺陷削减；强度、硬度降低，塑性、韧度提高；电阻下降，应力腐蚀倾向显著减小。八、集中重点内容：影响集中的因素；集中第
13、确定律表达式。根本内容：集中激活能、集中的驱动力。柯肯达尔效应，集中其次定律表达式。柯肯达尔效应：由置换互溶原子因相对集中速度不同而引起标记移动的不均衡集中现象称为柯肯达尔效应。影响集中的因素：温度：温度越高，集中速度越大； 晶体构造：体心构造的集中系数大于面心构造的集中系数； 固溶体类型：间隙原子的集中速度大于置换原子的集中速度； 晶体缺陷：晶体缺陷越多，原子的集中速度越快；dx 化学成分：有些元素可以加快原子的集中速度，有些可以减慢集中速度。集中第确定律表达式：集中第确定律表达式： J = -D dCdx其中，J 为集中流量；D 为集中系数； dC 为浓度梯度。集中的驱动力为化学位梯度，阻
14、力为集中激活能九、钢的热处理原理重点内容：冷却时转变产物P、B、M的特征、性能特点、热处理的概念。根本内容：等温、连续 C-曲线。奥氏体化的四个过程；碳钢回火转变产物的性能特点。热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以确定的速度冷却下来，让其获得所需要的组织构造和性能的一种热加工工艺。转变产物P、B、M的特征、性能特点：片状P 体，片层间距越小，强度越高，塑性、韧性也越好；粒状P 体，Fe3C 颗粒越细小，分布越均匀，合金的强度越高。其次相的数量越多，对塑性的危害越大；片状与粒状相比，片状强度高，塑性、韧性差；上贝氏体为羽毛状，亚构造为位错，韧性差；下贝氏体为黑针
15、状或竹叶状，亚构造为位错，位错密度高于上贝氏体，综合机械性能好；低碳马氏体为板条状，亚构造为位错，具有良好的综合机械性能；高碳马氏体为片状， 亚构造为孪晶，强度硬度高，塑性和韧性差。等温、连续 C-曲线。十、钢的热处理工艺重点内容：退火、正火的目的和工艺方法； 淬火和回火的目的和工艺方法。根本内容：淬透性、淬硬性、热应力、组织应力、回火脆性、回火稳定性、过冷奥氏体的概念。淬火加热缺陷及其防止措施。热应力：工件在加热(或冷却)时，由于不同部位的温度差异，导致热胀(或冷缩)的不全都所 引起的应力称为热应力。组织应力：由于工件不同部位组织转变不同时性而引起的内应力。淬透性：是表征钢材淬火时获得马氏体的力气的特性。可硬性：指淬成马氏体可能得到的硬度。回火稳定性：淬火钢对回火时发生软化过程的抵抗力气。回火脆性：钢在确定的温度范围内回火
