1、金屬學(xué)和熱處理第一章 金屬的晶體結(jié)構(gòu)1這種原子在三維空間作有規(guī)則的周期性重復(fù)排列的物質(zhì)稱為晶體。2晶體與非晶體的區(qū)別不在外形，主要在于內(nèi)部的原子排列情況；先，晶體具有一定的熔點(diǎn)；體的另一個特點(diǎn)是在不同方向三測量其性能時，表現(xiàn)出各向異性或異向性。3最典型最常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)有3種類型：體心立方結(jié)構(gòu)，面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)。4體心立方晶格：除了在晶胞的八個角上各有一個原子外，在立方體的中心還有一個原子： 原子半徑，原子數(shù)8x1/8+1=2，配位數(shù)(所謂配位數(shù)是指晶體結(jié)構(gòu)中與任一個原子最近鄰、等距離的原子數(shù))為8；致密度(原子排列的緊密程度可用原子所占體積與晶胞體積之比表示)5面心立方品格和密排

2、六方晶格的：原子半徑，原子數(shù)，配位數(shù)，致密度6晶向指數(shù)的確定，晶向族包括的晶向；7晶面指數(shù)的確定，晶面族包括的晶面。 8在實(shí)際應(yīng)用的金屬材料中，總是不可避免的存在著一些原子偏離規(guī)則排列的不完整性區(qū)域， 這就是晶體缺陷。 9根據(jù)晶體缺陷的幾何特征，可以分為以下三類： 1)點(diǎn)缺陷：空位、間隙原子和置換原子 2)線缺陷：最簡單、最基本的類型有兩種：刃型位錯、螺型位錯。 3)面缺陷：包括晶體的外表面和內(nèi)界面兩類， 10晶體結(jié)構(gòu)相同但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶粒間界，或簡稱晶界。 11具有不同晶體結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界稱為相界。 第二章 純金屬的結(jié)晶 1純金屬結(jié)晶的條件：滿足熱力學(xué)條件和結(jié)構(gòu)條件。 2

3、為什么液態(tài)金屬在理論結(jié)晶溫度不能結(jié)晶，而必須在一定的過冷條件下才能進(jìn)行呢? 熱力學(xué)第二定律指出：在等溫等壓條件下，物質(zhì)系統(tǒng)總是自發(fā)地從自由能較高的狀態(tài)向自由能較低的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，如果液相的自由能比固相的自由能低，那么金屬將自發(fā)地從固相轉(zhuǎn) 變?yōu)橐合啵唇饘侔l(fā)生熔化；如果液相的自由能高于固相的自由能，那么液相將自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔啵唇饘侔l(fā)生結(jié)晶，從而使系統(tǒng)的自由能降低，處于更穩(wěn)定的狀態(tài)；液相金屬和固相金屬的自由能之差構(gòu)成了金屬結(jié)晶的驅(qū)動力；過冷度越大，液、固兩相自由能的差值越大，即相變驅(qū)動力越大，結(jié)晶速度越快。 3液態(tài)金屬結(jié)晶時存在的結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏，液態(tài)金屬中的均勻形核和非均勻形核 3金屬結(jié)晶是晶核

4、的形成和長大的過程。 4液態(tài)金屬中的近程有序的原子集團(tuán)處于瞬間出現(xiàn)，瞬間消失，此起彼伏，變化不定的狀態(tài)，這種不斷變化著的近程有序原子集團(tuán)稱為結(jié)構(gòu)起伏，或相起伏。 5液態(tài)金屬的一個重要特點(diǎn)是存在著相起伏，只有在過冷液體中的相起伏才能成為晶胚。 6在過冷液體中形成固態(tài)晶核可能有兩種形核方式：均勻形核和非均勻形核。 7形核功一在形成臨界晶核時，體積自由能的下降只補(bǔ)償了表面能的23，還有13 的表面能沒有補(bǔ)償，需要另外供給，即需要對形核做功，這個功稱為形核功。8形核功從哪里來?這部分能量可以由晶核周圍的液體對晶核做功來提供。在各微觀區(qū)域內(nèi)的自由能并不相同，有的微區(qū)高些，有的微區(qū)低些，即各微區(qū)的能量也是

5、處于此起彼伏，變化不定的狀態(tài)，這種微區(qū)內(nèi)暫時偏離平衡能量的現(xiàn)象即為能量起伏。當(dāng)液相中某一微觀區(qū)域的高能原子附著于晶核上時，將釋放一部分能量，一個穩(wěn)定的晶核便在這里形成，這就是形核時所需要的能量來源。在過冷液相中的相起伏和能量起伏是形核的基礎(chǔ)，任何一個晶核都是這兩種起伏的共同產(chǎn)物。9固液界面的微觀結(jié)構(gòu)分為兩類：光滑界面和粗糙界面。10晶體長大機(jī)制：二維晶核長大機(jī)制和螺型位錯長大機(jī)制。l 1固液界面前沿液體中的溫度梯度：正溫度梯度和負(fù)溫度梯度，12晶體生長的界面形態(tài)：(1)正溫度梯度下以平面狀態(tài)的長大形態(tài)。(2)負(fù)溫度梯度下以樹枝狀長大。13晶粒大小的控制：(1)控制過冷度，增大結(jié)晶時的過冷度，形

6、核率和長大速度均隨之增加，但形核率的增長率大于長大速度的增長率，過冷度越大，則比值NG越大，因而晶粒越細(xì)小。(2)變質(zhì)處理，是在澆注前往液態(tài)金屬中加入形核劑，促使形成大量的非均勻晶核來細(xì)化晶粒，(3)振動和攪動，一方面是依靠從外面輸入能量促使晶核提前形成，另一方面是使成長中的晶枝破碎，使晶核數(shù)目增加。14金屬鑄錠的三晶區(qū)，即外表層的細(xì)晶區(qū)，中間的柱狀晶區(qū)和心部的等軸晶區(qū)。1 5各晶區(qū)產(chǎn)生的原因p55 16為什么過冷液體形核要求晶核具有一定的臨界尺寸? 在過冷液體中出現(xiàn)晶胚時，一方面原子從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)將使系統(tǒng)的自由能降低，它是結(jié)晶的驅(qū)動力；另一方面，由于晶胚構(gòu)成新的表面，形成表面能，從而使系統(tǒng)

7、的自由能升高，它是結(jié)晶的阻力。當(dāng)rrk時，隨著晶胚尺寸r的增大，則系統(tǒng)的自由能增加，顯然這個過程是不能自動進(jìn)行，這種晶胚不能成為穩(wěn)定的晶胚，而瞬時形成，又瞬時消失。但當(dāng)rrk時，則隨著晶胚尺寸的增大，伴隨著系統(tǒng)自由能的降低，這一過程可以自動進(jìn)行，晶胚可以自發(fā)地長大成穩(wěn)定的晶核，將不再消失。第三章 二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶1、相的概念一相是指合金中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一并以界面相互分開的組成部分。組織的概念一可以直接用肉眼觀察到的或借助放大鏡、顯微鏡觀察到的微觀形貌圖象統(tǒng)稱為組織。相是組成組織的基本組成部分。2、相的分類：固溶體合金的組元之間以不同的比例相互混合，混合后形成的固相的晶體結(jié)構(gòu)與組成

8、合金的某一組元的相同，這種相稱為固溶體。金屬化合物是合金組元問發(fā)生相互作用而形成的一種具有一定金屬性質(zhì)的新相。3、固溶體的分類一p61p62 4、置換固溶體間隙固溶體無限固溶體無序固溶體的概念一p62 5、置換閻溶體的固溶度的影響因素p62 6、相圖是表示合金系中合金的狀態(tài)與溫度、成分間的關(guān)系的圖解，是表示合金系在平衡條件下，在不同溫度、成分下的各相關(guān)系的圖解。7、相律是表示在平衡條件下，系統(tǒng)的自由度、組元數(shù)和相數(shù)之間的關(guān)系，是系統(tǒng)的平衡條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式。F=cp+l 8、勻晶相圖：(1)兩組元不但在液態(tài)無限互溶，而且在固態(tài)也無限互溶的合金系所形成的相圖，稱為勻晶相圖。 (2)成分過冷：由于固

9、溶體合金在結(jié)晶時，溶質(zhì)組元重新分布，在同液界面處形成溶質(zhì)的濃度梯度，從而產(chǎn)生成分過冷。9、共晶相圖：(1)兩組元在液態(tài)相互無限互溶，在固態(tài)時相互有限互溶，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶組織的_二元系相圖，稱為二元共晶相圖。 (2)偽共晶：在不平衡結(jié)晶條件下，成分在共晶點(diǎn)附近的亞共晶和過共品合金，也可能得到全部共晶組織，這種非共晶成分的合金所得到的共晶組織稱為偽共晶。 (3)離異共晶：在先共晶數(shù)量較多而共晶組織甚少的情況下，有時共品組織中與先共晶相相同的那一相，會依附于先共晶相上生長，剩下的另一相則單獨(dú)依存丁晶界處，從而使共晶組織的特征消失，這種兩相分離的共晶稱為離異共晶。10、包晶相圖：兩組元液態(tài)相互

10、溶解，在固態(tài)相互有限溶解，并發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變的二元合金相圖系，稱為包晶相圖。1 1、共析轉(zhuǎn)變：一定成分的固相，在一定溫度下分解為另外兩個一定成分固相的轉(zhuǎn)變過程，稱為共析轉(zhuǎn)變。 第四章 鐵碳合金1鐵碳合金的基本相及其機(jī)械混合物：鐵素體，奧氏體，滲碳體： 珠光體，萊氏體 P1092鐵碳合金的7種類型及含碳量：純鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼亞共晶白口鐵共晶白口鐵過共晶白口鐵Pll 33畫出鐵碳合金相圖，點(diǎn)、線、相區(qū)的標(biāo)注：4計(jì)算與分析：分析某一含碳量的鐵碳合金在室溫下的相組成和組織組成，并分別計(jì)算其室溫下的相組成物和組織組成物的相對含量。第五章 三元合金相圖1成分三角形中合金成分的確定：三元合金的成分通常用

11、三角形表示，這個三角形叫做成分三角形或濃度三角形。圖5一l中，三個頂點(diǎn)分別表示三個組元，三角形的邊AB、BC、cA分別表示三個二元系A(chǔ)B、Bc、CA的成分。三角形內(nèi)的任一點(diǎn)則代表一定成分的三元合金。2成分三角形中具有特定意義的直線：1)通過三角形頂點(diǎn)的任一直線：凡成分位于該線上的合金，它們所含的、由這條邊對應(yīng)頂點(diǎn)所代表的組元的含量為一定值，2)平行丁三角形某一邊的直線：凡成分位于該直線上的三元合金，它們所含的、由另兩個頂點(diǎn)所代表的兩組元的量之比是恒定的。第六章 金屬及合金的塑性變形與斷裂1單晶體塑性變形過程中涉及的基本概念： 滑移一一晶體的塑性變形是晶體的一部分相對于另一部分沿某些晶面和晶向發(fā)

12、生滑動的結(jié)果，這種變形方式叫滑移。 滑移面一一滑移是晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對于另一部分作相對滑動，這種品面稱為滑移面滑移帶一一取金屬單晶體試樣，表面經(jīng)磨制拋光，然后進(jìn)行拉伸。當(dāng)試樣經(jīng)適量塑性變形后，在金相顯微鏡F觀察，則可在表面見到許多相互平行的線條，稱為滑移帶。滑移系一一個滑移面和此面上的一個滑移方向結(jié)合起來，組成一個滑移系。滑移系表示金屬品體在滑移時滑移動作可能采取的空間位向。滑移向一一滑移是晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對于另一部分作相對滑動，晶體在滑移面上的滑動方向稱為滑移向。2塑性與滑移系和滑移向數(shù)量的關(guān)系：以三種常見品格為例分析，見P1653單晶體滑移時晶體的轉(zhuǎn)動：

13、軟取向硬取向P166 幾何軟化幾何硬化P1 685多晶體的晶粒大小對塑性變形過程的影響：細(xì)晶強(qiáng)化(晶界強(qiáng)化)Pl 756為什么多晶體的晶粒越細(xì)小，材料的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌度越高?在相同外加應(yīng)力下，大晶粒的位錯。使材料具有較好的綜合機(jī)械性能。7塑性變形對金屬組織與性能的影響：(1)對組織的影響：顯微組織纖維化、亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化和變形織構(gòu)。P80(2)對性能的影響：加工硬化P183第七章 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶 j1冷變形后的金屬在退火過程中性能的變化：P1952回復(fù)與再結(jié)晶：概念P196 P1993熱加工與冷加工：定義和區(qū)別P209第八章 擴(kuò)散1擴(kuò)散的基本概念：異擴(kuò)散化學(xué)擴(kuò)散自擴(kuò)散上坡擴(kuò)散下坡擴(kuò)

14、散P2 1 8 原子擴(kuò)散反應(yīng)擴(kuò)散一P2 1 92影響擴(kuò)散的因素：P225(1)溫度，溫度是影響擴(kuò)散系數(shù)的最主要因素。隨溫度的升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。(2)晶體結(jié)構(gòu)，(3)同溶體類型，(4)晶體缺陷(5)化學(xué)成分一、室溫下相的組成物為F+Fe3(鐵素體+滲碳體) 求含碳量為x的鐵碳合金在室溫下的各相的含量 解：F=(669一X)(6.690.008)×100 Fe3C=(X1-0.008)(6.690.008)×100二、室溫下組織組成物： 1、求含碳量小于等于0.02的鐵碳合金在室溫下的各組織的含量 解：室溫下的組織為F+Fe3C(含碳量為XI) F=(669-X1)(6.

15、690.008)×100 Fe3C=(X1一0.008)(6.690.008)×100 2、求含碳量002<x2<077的鐵碳合金在室溫下的各組織的含量 解：室溫下的組織為F+P(鐵素體+珠光體) F=(0.77一X2)(0.77-0.008)×100 P=(X20.008)(0.770.008)×100 3、含碳量為077的鐵碳合金在室溫下的組織只有P(珠光體)其組合含量為l 00 4、求含碳量0.77<X3<2.11的鐵碳合金在室溫下的各組織的含量 解：室溫下的組織為P+Fe3C(珠光體+滲碳體) P=(6.69-X3)(6.690.77)×100 Fe3C=(X30.77)(6.690.77)×100 5、求含碳量2.111<x4<43的鐵碳合金在室溫下的各組織的含量 解：室溫卜的組織為(P+Fe3C)+Ld(珠光體+滲碳體+萊氏體) 第一步：A=(4.33-X4)(4.332.11)×100 Ld=(X4一2.11)(4.33-2.11)×100 第二步：P=(6.69-2.11)(669-077)