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1、材料科学基础知识点总结金属学与热处理总结、金属的晶体结构重点内容: 面心立方、体心立方金属晶体 结构的配位数、致密度、原子半径,八面体、四 面体间隙个数;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。晶体中的空间点阵。晶格fcc(A1)bcc(A2)hcp(A3)间隙个数原子半径间隙半径正四面体正八面体四面扁八面体四面1212(6 - 2 )4(二 i)a2基本内容:密排六方金属晶体结构的配位 数、致密度、原子半径,密排面上原子的堆垛顺 、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、,=J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
2、的几何单元称为晶胞。金属键:失去外层价电子的正离子与弥漫其 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一定范围内发生 有规律错动的一种特殊结构组态。位错的柏氏矢量具有的一些特性:用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型;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;位错的柏氏矢量个部分均相 同。刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直;螺型平 行;混合型呈任意角度。晶界具有的一些特性:料的强度。晶界的能量较高,具有自发长大和使界面 平直化,以减少晶界总面积的趋势;原子在晶 界上的扩散速度高于晶内,熔点较低;相变时 新相优先在晶界出形核;晶界处易于发生杂质 或
3、溶质原子的富集或偏聚;晶界易于腐蚀和氧 化;常温下晶界可以阻止位错的运动,提高材 二、纯金属的结晶重点内容: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。基本内容: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 件和结构条件,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则排列的原子集团。过冷度:理论结晶温度与实际结晶温度的差 称为过冷度。方法。变质处理:在浇铸前往液态金属中加入形核 剂,促使形成大量的非均匀晶核,以细化晶粒的过冷度与液态金属结晶的关系:液态金属结
4、 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。根据AG1AT彳)也为无穷大。R次I可知当过冷度AT为零时临界晶核半径Rk 为无穷大,临界形核功(临界晶核半径Rk与临界形核功为无穷大时,无 k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。=1动与搅拌。细化晶粒的方法:增加过冷度、变质处理、振 铸锭三个晶区的形成机理:表面细晶区:当高 温液体倒入铸模后,结晶先从模壁开始,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,因此在此薄层中立即形成 大量的晶核,并同时向各个方向生长,形成表面 细晶区。柱状晶
5、区:在表面细晶区形成的同时, 铸模温度迅速升高,液态金属冷却速度减慢,结 晶前沿过冷都很小,不能生成新的晶核。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 子的重新分配,在固液界面前沿出现成分过冷, 成分过冷区的扩大,促使新的晶核形成长大形成 等轴晶。由于液体的流动使表面层细晶一部分卷 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发生核的籽晶。III念。元合金的相结构与结晶重点内容:杠杆定律、相律及应用。基本内容: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
6、金、成分过冷;非平衡结晶及枝晶偏析的基本概为组元数,;为1?相数。其中/为自由度数c伪共晶:在不平衡结晶条件下,成分在共晶点附近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。具有金属特性的物质。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 合金相:在合金中,通过组成元素(组元) 原子间的相互作用,形成具有相同晶体结构与性 质,并以明确界面分开的成分均一组成部分称为 合金相。四、铁碳合金重点内容: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。基本内容: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
7、。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: 相同点:都是铁与碳形成的间隙固溶体;强 度硬度低,塑性韧性高。,=J,=J不同点:铁素体为体心结构,奥氏体面心结 构;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。二次渗碳体与共析渗碳体的异同点。 相同点:都是渗碳体,成份、结构、性能都 相同。降低强度。成分、组织与机械性能之间的关系:如亚共不同点:来源不同,二次渗碳体由奥氏
8、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i=j=iI=j=l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 减少, 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,强度硬度升高,而塑性、韧性下降 六、金属及合金的塑性变形与断裂 重点内容:体心与面心结构的滑移系;金属 塑性变形后的组织与性能。基本内容:固溶体强化机理与强化规律、第 二相的强化机理。霍尔配奇关系式;单晶体 塑
9、性变形的方式、滑移的本质。的移动。塑性变形的方式:以滑移和孪晶为主。 滑移:晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向 相对另一部分作相对的滑动。滑移的本质是位错 体心结构的滑移系个数为 12,滑移面: 110,方向111。面心结构的滑移系个数为 12, 滑移面:111,方向110。金属塑性变形后的组织与性能 :显微组织 出现纤维组织,杂质沿变形方向拉长为细带状或 粉碎成链状,光学显微镜分辨不清晶粒和杂质。 亚结构细化,出现形变织构。性能:材料的强度、 硬度升高,塑性、韧性下降;比电阻增加,导电 系数和电阻温度系数下降,抗腐蚀能力降低等。变化。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;
10、变形金属 加热时显微组织的变化、性能的变化,储存能的 基本内容: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:随温度的升高,金属的硬度和强度下降,塑性和韧性提高。电阻率不断下降,密度升高。金 属的抗腐蚀能力提高,内应力下降。Ill再结晶:冷变形后的金属加热到一定温度之 后,在原来的变形组织中重新产生了无畸变的新 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形状,如棒材、板材、线材 等;能明显的改善铸锭中
11、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;减轻或消除成分偏 析,均匀化学成分等。使材料的性能得到明显的 改善。l=jl=l影响再结晶的主要因素:再结晶退火温 度:退火温度越高(保温时间一定时),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,变形量达到一定程 度后,完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; 第二相粒子,粗大的第二相粒子有利于再结 晶,弥散分布的细小的第二相粒子不利于再结 晶;形变温度,形
12、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升高。塑性变形后的金属随加热温度的升高会发 生的一些变化:八、扩散显微组织经过回复、再结晶、晶粒长大三个 阶段由破碎的或纤维组织转变成等轴晶粒,亚晶 尺寸增大;储存能降低,内应力松弛或被消除; 各种结构缺陷减少;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。重点内容:影响扩散的因素;扩散第一定律表达式。 基本内容:扩散激活能、扩散的驱动力。柯 肯达尔效应,扩散第二定律表达式。柯肯达尔效应:由置换互溶原子因相对扩散速度 不同而引起标记移动的不均衡扩散现象称为柯 肯达尔效应。影响扩散的因素
13、:Ill心结构的扩散系数:体心结构的扩散系数大于面 固溶体类型:间隙原子的扩散速度大于 温度:温度越高,扩散速度越大; 置换原子的扩散速度; 晶体缺陷:晶体缺陷越多,原子的扩散 速度越快; 化学成分:有些元素可以加快原子的扩 散速度,有些可以减慢扩散速度。扩散第一定律表达式:扩散第一定律表达式:j 二-D-dcdx其中,J为扩散流量;D为扩散系数;dC为dx浓度梯度。活能扩散的驱动力为化学位梯度,阻力为扩散激钢的热处理原理九、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。基本内容:等温、连续C-曲线。奥氏体化热处理:将钢在固态下加热到预定的温度,的四个过程;碳钢回火
14、转变产物的性能特点。III并在该温度下保持一段时间,然后以一定的速度 冷却下来,让其获得所需要的组织结构和性能的 一种热加工工艺。I三l=l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,FeC颗粒越细小,分布 越均匀,合金的强度越高。3 第二相的数量越多, 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,亚结构 为位错,韧性差;下贝氏体为黑针状或竹叶状, 亚结构为位错,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,亚结构为位错, 具有良好的综合机械性能;高碳马氏体为片状, 亚结构为孪晶,强
15、度硬度高,塑性和韧性差。等温、连续C-曲线。一、论述四种强化的强化机理、强化规律及强化 方法。1、形变强化=i形变强化:随变形程度的增加,材料的强度、 硬度升高,塑性、韧性下降的现象叫形变强化或 加工硬化。机理:随塑性变形的进行,位错密度不断增加,因此位错在运动时的相互交割加剧,结果即 产生固定的割阶、位错缠结等障碍,使位错运动 的阻力增大,引起变形抗力增加,给继续塑性变 形造成困难,从而提高金属的强度。规律:变形程度增加,材料的强度、硬度升高,塑性、韧性下降,位错密度不断增加,根据公式Aa =abGp山,可知强度与位错密度(p ) 的二分之一次方成正比,位错的柏氏矢量( b)越大强化效果越显著。方法:冷变形(挤压、滚压、喷丸等)。形变强化的实际意义(利与弊):形变强化 是强化金属的有效方法,对一些不能用热处理强 化的材料可以用形变强化的方法提高材料的强 度,可使强度成倍的增加;是某些工件或半成品 加工成形的重要因素,使金属均匀变形,使工件 或半成品的成形成为可能,如冷拔钢丝、零件的 冲压成形等;形变强化还可提高零件或构件在使 用