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1、金属学和热处理第一章 金属的晶体结构1这种原子在三维空间作有规则的周期性重复排列的物质称为晶体。2晶体与非晶体的区别不在外形，主要在于内部的原子排列情况；先，晶体具有一定的熔点；体的另一个特点是在不同方向三测量其性能时，表现出各向异性或异向性。3最典型最常见的金属晶体结构有3种类型：体心立方结构，面心立方结构和密排六方结构。4体心立方晶格：除了在晶胞的八个角上各有一个原子外，在立方体的中心还有一个原子： 原子半径，原子数8x1/8+1=2，配位数(所谓配位数是指晶体结构中与任一个原子最近邻、等距离的原子数)为8；致密度(原子排列的紧密程度可用原子所占体积与晶胞体积之比表示)5面心立方品格和密排
2、六方晶格的：原子半径，原子数，配位数，致密度6晶向指数的确定，晶向族包括的晶向；7晶面指数的确定，晶面族包括的晶面。 8在实际应用的金属材料中，总是不可避免的存在着一些原子偏离规则排列的不完整性区域， 这就是晶体缺陷。 9根据晶体缺陷的几何特征，可以分为以下三类： 1)点缺陷：空位、间隙原子和置换原子 2)线缺陷：最简单、最基本的类型有两种：刃型位错、螺型位错。 3)面缺陷：包括晶体的外表面和内界面两类， 10晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面称为晶粒间界，或简称晶界。 11具有不同晶体结构的两相之间的分界称为相界。 第二章 纯金属的结晶 1纯金属结晶的条件：满足热力学条件和结构条件。 2
3、为什么液态金属在理论结晶温度不能结晶，而必须在一定的过冷条件下才能进行呢? 热力学第二定律指出：在等温等压条件下，物质系统总是自发地从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变，如果液相的自由能比固相的自由能低，那么金属将自发地从固相转 变为液相，即金属发生熔化；如果液相的自由能高于固相的自由能，那么液相将自发地转变为固相，即金属发生结晶，从而使系统的自由能降低，处于更稳定的状态；液相金属和固相金属的自由能之差构成了金属结晶的驱动力；过冷度越大，液、固两相自由能的差值越大，即相变驱动力越大，结晶速度越快。 3液态金属结晶时存在的结构起伏和能量起伏，液态金属中的均匀形核和非均匀形核 3金属结晶是晶核
4、的形成和长大的过程。 4液态金属中的近程有序的原子集团处于瞬间出现，瞬间消失，此起彼伏，变化不定的状态，这种不断变化着的近程有序原子集团称为结构起伏，或相起伏。 5液态金属的一个重要特点是存在着相起伏，只有在过冷液体中的相起伏才能成为晶胚。 6在过冷液体中形成固态晶核可能有两种形核方式：均匀形核和非均匀形核。 7形核功一在形成临界晶核时，体积自由能的下降只补偿了表面能的23，还有13 的表面能没有补偿，需要另外供给，即需要对形核做功，这个功称为形核功。8形核功从哪里来?这部分能量可以由晶核周围的液体对晶核做功来提供。在各微观区域内的自由能并不相同，有的微区高些，有的微区低些，即各微区的能量也是
5、处于此起彼伏，变化不定的状态，这种微区内暂时偏离平衡能量的现象即为能量起伏。当液相中某一微观区域的高能原子附着于晶核上时，将释放一部分能量，一个稳定的晶核便在这里形成，这就是形核时所需要的能量来源。在过冷液相中的相起伏和能量起伏是形核的基础，任何一个晶核都是这两种起伏的共同产物。9固液界面的微观结构分为两类：光滑界面和粗糙界面。10晶体长大机制：二维晶核长大机制和螺型位错长大机制。l 1固液界面前沿液体中的温度梯度：正温度梯度和负温度梯度，12晶体生长的界面形态：(1)正温度梯度下以平面状态的长大形态。(2)负温度梯度下以树枝状长大。13晶粒大小的控制：(1)控制过冷度，增大结晶时的过冷度，形
6、核率和长大速度均随之增加，但形核率的增长率大于长大速度的增长率，过冷度越大，则比值NG越大，因而晶粒越细小。(2)变质处理，是在浇注前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核来细化晶粒，(3)振动和搅动，一方面是依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面是使成长中的晶枝破碎，使晶核数目增加。14金属铸锭的三晶区，即外表层的细晶区，中间的柱状晶区和心部的等轴晶区。1 5各晶区产生的原因p55 16为什么过冷液体形核要求晶核具有一定的临界尺寸? 在过冷液体中出现晶胚时，一方面原子从液态转变为固态将使系统的自由能降低，它是结晶的驱动力；另一方面，由于晶胚构成新的表面，形成表面能，从而使系统
7、的自由能升高，它是结晶的阻力。当rrk时，随着晶胚尺寸r的增大，则系统的自由能增加，显然这个过程是不能自动进行，这种晶胚不能成为稳定的晶胚，而瞬时形成，又瞬时消失。但当rrk时，则随着晶胚尺寸的增大，伴随着系统自由能的降低，这一过程可以自动进行，晶胚可以自发地长大成稳定的晶核，将不再消失。第三章 二元合金的相结构与结晶1、相的概念一相是指合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。组织的概念一可以直接用肉眼观察到的或借助放大镜、显微镜观察到的微观形貌图象统称为组织。相是组成组织的基本组成部分。2、相的分类：固溶体合金的组元之间以不同的比例相互混合，混合后形成的固相的晶体结构与组成
8、合金的某一组元的相同，这种相称为固溶体。金属化合物是合金组元问发生相互作用而形成的一种具有一定金属性质的新相。3、固溶体的分类一p61p62 4、置换固溶体间隙固溶体无限固溶体无序固溶体的概念一p62 5、置换阎溶体的固溶度的影响因素p62 6、相图是表示合金系中合金的状态与温度、成分间的关系的图解，是表示合金系在平衡条件下，在不同温度、成分下的各相关系的图解。7、相律是表示在平衡条件下，系统的自由度、组元数和相数之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式。F=cp+l 8、匀晶相图：(1)两组元不但在液态无限互溶，而且在固态也无限互溶的合金系所形成的相图，称为匀晶相图。 (2)成分过冷：由于固
9、溶体合金在结晶时，溶质组元重新分布，在同液界面处形成溶质的浓度梯度，从而产生成分过冷。9、共晶相图：(1)两组元在液态相互无限互溶，在固态时相互有限互溶，发生共晶转变，形成共晶组织的_二元系相图，称为二元共晶相图。 (2)伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶和过共品合金，也可能得到全部共晶组织，这种非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。 (3)离异共晶：在先共晶数量较多而共晶组织甚少的情况下，有时共品组织中与先共晶相相同的那一相，会依附于先共晶相上生长，剩下的另一相则单独依存丁晶界处，从而使共晶组织的特征消失，这种两相分离的共晶称为离异共晶。10、包晶相图：两组元液态相互
10、溶解，在固态相互有限溶解，并发生包晶转变的二元合金相图系，称为包晶相图。1 1、共析转变：一定成分的固相，在一定温度下分解为另外两个一定成分固相的转变过程，称为共析转变。 第四章 铁碳合金1铁碳合金的基本相及其机械混合物：铁素体，奥氏体，渗碳体： 珠光体，莱氏体 P1092铁碳合金的7种类型及含碳量：纯铁亚共析钢共析钢过共析钢亚共晶白口铁共晶白口铁过共晶白口铁Pll 33画出铁碳合金相图，点、线、相区的标注：4计算与分析：分析某一含碳量的铁碳合金在室温下的相组成和组织组成，并分别计算其室温下的相组成物和组织组成物的相对含量。第五章 三元合金相图1成分三角形中合金成分的确定：三元合金的成分通常用
11、三角形表示，这个三角形叫做成分三角形或浓度三角形。图5一l中，三个顶点分别表示三个组元，三角形的边AB、BC、cA分别表示三个二元系AB、Bc、CA的成分。三角形内的任一点则代表一定成分的三元合金。2成分三角形中具有特定意义的直线：1)通过三角形顶点的任一直线：凡成分位于该线上的合金，它们所含的、由这条边对应顶点所代表的组元的含量为一定值，2)平行丁三角形某一边的直线：凡成分位于该直线上的三元合金，它们所含的、由另两个顶点所代表的两组元的量之比是恒定的。第六章 金属及合金的塑性变形与断裂1单晶体塑性变形过程中涉及的基本概念： 滑移一一晶体的塑性变形是晶体的一部分相对于另一部分沿某些晶面和晶向发
12、生滑动的结果，这种变形方式叫滑移。 滑移面一一滑移是晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分作相对滑动，这种品面称为滑移面滑移带一一取金属单晶体试样，表面经磨制抛光，然后进行拉伸。当试样经适量塑性变形后，在金相显微镜F观察，则可在表面见到许多相互平行的线条，称为滑移带。滑移系一一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来，组成一个滑移系。滑移系表示金属品体在滑移时滑移动作可能采取的空间位向。滑移向一一滑移是晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分作相对滑动，晶体在滑移面上的滑动方向称为滑移向。2塑性与滑移系和滑移向数量的关系：以三种常见品格为例分析，见P1653单晶体滑移时晶体的转动：
13、软取向硬取向P166 几何软化几何硬化P1 685多晶体的晶粒大小对塑性变形过程的影响：细晶强化(晶界强化)Pl 756为什么多晶体的晶粒越细小，材料的强度、硬度、塑性、韧度越高?在相同外加应力下，大晶粒的位错。使材料具有较好的综合机械性能。7塑性变形对金属组织与性能的影响：(1)对组织的影响：显微组织纤维化、亚结构的细化和变形织构。P80(2)对性能的影响：加工硬化P183第七章 金属及合金的回复与再结晶 j1冷变形后的金属在退火过程中性能的变化：P1952回复与再结晶：概念P196 P1993热加工与冷加工：定义和区别P209第八章 扩散1扩散的基本概念：异扩散化学扩散自扩散上坡扩散下坡扩
14、散P2 1 8 原子扩散反应扩散一P2 1 92影响扩散的因素：P225(1)温度，温度是影响扩散系数的最主要因素。随温度的升高，扩散系数急剧增大。(2)晶体结构，(3)同溶体类型，(4)晶体缺陷(5)化学成分一、室温下相的组成物为F+Fe3(铁素体+渗碳体) 求含碳量为x的铁碳合金在室温下的各相的含量 解：F=(669一X)(6.690.008)100 Fe3C=(X1-0.008)(6.690.008)100二、室温下组织组成物： 1、求含碳量小于等于0.02的铁碳合金在室温下的各组织的含量 解：室温下的组织为F+Fe3C(含碳量为XI) F=(669-X1)(6.690.008)100 Fe3C=(X1一0.008)(6.690.008)100 2、求含碳量002x2077的铁碳合金在室温下的各组织的含量 解：室温下的组织为F+P(铁素体+珠光体) F=(0.77一X2)(0.77-0.008)100 P=(X20.008)(0.770.008)100 3、含碳量为077的铁碳合金在室温下的组织只有P(珠光体)其组合含量为l 00 4、求含碳量0.77X32.11的铁碳合金在室温下的各组织的含量 解：室温下的组织为P+Fe3C(珠光体+渗碳体) P=(6.69-X3)(6.690.77)100 Fe3C=(X30.77)(6.690.77)100
