1、材料科學基礎知識點總結電子教案金屬學與熱處理總結一、金屬的晶體構造重點內容：面心立方、體心立方金屬晶體構造的配位數、致密度、原子半徑，八面體、四面體間隙個數；晶向指數、晶面指數的標定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。基本內容：密排六方金屬晶體構造的配位數、致密度、原子半徑，密排面上原子的堆垛順序、晶胞、晶格、金屬鍵的概念。晶體的特征、晶體中的空間點陣。晶胞：在晶格中選取一個能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元，用來分析原子排列的規律性，這個最小的幾何單元稱為晶胞。金屬鍵：失去外層價電子的正離子與彌漫其間的自由電子的靜電作用而結合起來，這種結合方式稱為金屬鍵。位錯：晶體中原子的排列在一定范圍內發

2、生有規律錯動的一種特殊構造組態。位錯的柏氏矢量具有的一些特性：用位錯的柏氏矢量能夠判定位錯的類型；柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量與回路起點及回路途徑無關；位錯的柏氏矢量個部分均一樣。刃型位錯的柏氏矢量與位錯線垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。晶界具有的一些特性：晶界的能量較高，具有自發長大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢；原子在晶界上的擴散速度高于晶內，熔點較低；相變時新相優先在晶界出形核；晶界處易于發生雜質或溶質原子的富集或偏聚；晶界易于腐蝕和氧化；常溫下晶界能夠阻止位錯的運動，提高材料的強度。二、純金屬的結晶重點內容：均勻形核時過冷度與臨界晶核半徑、臨界形核功之間的關系；細化晶粒的方法

3、，鑄錠三晶區的構成機制。基本內容：結晶經過、阻力、動力，過冷度、變質處理的概念。鑄錠的缺陷；結晶的熱力學條件和構造條件，非均勻形核的臨界晶核半徑、臨界形核功。相起伏：液態金屬中，時聚時散，起伏不定，不斷變化著的近程規則排列的原子集團。過冷度：理論結晶溫度與實際結晶溫度的差稱為過冷度。變質處理：在澆鑄前往液態金屬中參加形核劑，促使構成大量的非均勻晶核，以細化晶粒的方法。過冷度與液態金屬結晶的關系：液態金屬結晶的經過是形核與晶核的長大經過。從熱力學的角度上看，沒有過冷度結晶就沒有趨動力。根據TRk?1可知當過冷度T?為零時臨界晶核半徑Rk為無窮大，臨界形核功21TG?也為無窮大。臨界晶核半徑Rk與

4、臨界形核功為無窮大時，無法形核，所以液態金屬不能結晶。晶體的長大也需要過冷度，所以液態金屬結晶需要過冷度。細化晶粒的方法：增加過冷度、變質處理、振動與攪拌。鑄錠三個晶區的構成機理：外表細晶區：當高溫液體倒入鑄模后，結晶先從模壁開場，靠近模壁一層的液體產生極大的過冷，加上模壁能夠作為非均質形核的基底，因而在此薄層中立即構成大量的晶核，并同時向各個方向生長，構成外表細晶區。柱狀晶區：在外表細晶區構成的同時，鑄模溫度迅速升高，液態金屬冷卻速度減慢，結晶前沿過冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散熱最快，因此晶體沿相反方向生長成柱狀晶。中心等軸晶區：隨著柱狀晶的生長，中心部位的液體實際溫度分布區域

5、平緩，由于溶質原子的重新分配，在固液界面前沿出現成分過冷，成分過冷區的擴大，促使新的晶核構成長大構成等軸晶。由于液體的流動使外表層細晶一部分卷入液體之中或柱狀晶的枝晶被沖刷脫落而進入前沿的液體中作為非自發生核的籽晶。三、二元合金的相構造與結晶重點內容：杠桿定律、相律及應用。基本內容：相、勻晶、共晶、包晶相圖的結晶經過及不同成分合金在室溫下的顯微組織。合金、成分過冷；非平衡結晶及枝晶偏析的基本概念。相律：f=cp+1其中，f為自由度數，c為組元數，p為相數。偽共晶：在不平衡結晶條件下，成分在共晶點附近的亞共晶或過共晶合金可以能得到全部共晶組織，這種共晶組織稱為偽共晶。合金：兩種或兩種以上的金屬，

6、或金屬與非金屬，經熔煉或燒結、或用其它方法組合而成的具有金屬特性的物質。合金相：在合金中，通過組成元素組元原子間的互相作用，構成具有一樣晶體構造與性質，并以明確界面分開的成分均一組成部分稱為合金相。四、鐵碳合金重點內容：鐵碳合金的結晶經過及室溫下的平衡組織，組織組成物及相組成物的計算。基本內容：鐵素體與奧氏體、二次滲碳體與共析滲碳體的異同點、三個恒溫轉變。鋼的含碳量對平衡組織及性能的影響；二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體相對量的計算；五種滲碳體的;及形態。奧氏體與鐵素體的異同點：一樣點：都是鐵與碳構成的間隙固溶體；強度硬度低，塑性韌性高。不同點：鐵素體為體心構造，奧氏體面心構造；鐵素體最高含

7、碳量為0.0218%，奧氏體最高含碳量為2.11%，鐵素體是由奧氏體直接轉變或由奧氏體發生共析轉變得到，奧氏體是由包晶或由液相直接析出的；存在的溫度區間不同。二次滲碳體與共析滲碳體的異同點。一樣點：都是滲碳體，成份、構造、性能都一樣。不同點：;不同，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉變得到的；形態不同二次滲碳體成網狀，共析滲碳體成片狀；對性能的影響不同，片狀的強化基體，提高強度，網狀降低強度。成分、組織與機械性能之間的關系：如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為FP，F的強度低，塑性、韌性好，與F相比P強度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增加，F量減少，P量增加組織組成物的相對量可

8、用杠桿定律計算。所以對于亞共析鋼，隨含碳量的增加，強度硬度升高，而塑性、韌性下降六、金屬及合金的塑性變形與斷裂重點內容：體心與面心構造的滑移系；金屬塑性變形后的組織與性能。基本內容：固溶體強化機理與強化規律、第二相的強化機理。霍爾配奇關系式；單晶體塑性變形的方式、滑移的本質。塑性變形的方式：以滑移和孿晶為主。滑移：晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對另一部分作相對的滑動。滑移的本質是位錯的移動。體心構造的滑移系個數為12，滑移面：110，方向。面心構造的滑移系個數為12，滑移面：111，方向。金屬塑性變形后的組織與性能：顯微組織出現纖維組織，雜質沿變形方向拉長為細帶狀或粉碎成鏈狀，光學顯微鏡分

9、辨不清晶粒和雜質。亞構造細化，出現形變織構。性能：材料的強度、硬度升高，塑性、韌性下降；比電阻增加，導電系數和電阻溫度系數下降，抗腐蝕能力降低等。七、金屬及合金的回復與再結晶重點內容：金屬的熱加工的作用；變形金屬加熱時顯微組織的變化、性能的變化，儲存能的變化。基本內容：回復、再結的概念、變形金屬加熱時儲存能的變化。再結晶后的晶粒尺寸；影響再結晶的主要因素性能的變化規律。變形金屬加熱時顯微組織的變化、性能的變化：隨溫度的升高，金屬的硬度和強度下降，塑性和韌性提高。電阻率不斷下降，密度升高。金屬的抗腐蝕能力提高，內應力下降。再結晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在原來的變形組織中重新產生了無畸

10、變的新晶粒，而性能也發生了明顯的變化，并恢復到完全軟化狀態，這個經過稱之為再結晶。熱加工的主要作用或目的是：把鋼材加工成所需要的各種形狀，如棒材、板材、線材等；能明顯的改善鑄錠中的組織缺陷，如氣泡焊合，縮松壓實，使金屬材料的致密度增加；使粗大的柱狀晶變細，合金鋼中大塊狀碳化物初晶打碎并使其均勻分布；減輕或消除成分偏析，均勻化學成分等。使材料的性能得到明顯的改善。影響再結晶的主要因素：再結晶退火溫度：退火溫度越高保溫時間一定時，再結晶后的晶粒越粗大；冷變形量：一般冷變形量越大，完成再結晶的溫度越低，變形量到達一定程度后，完成再結晶的溫度趨于恒定；原始晶粒尺寸：原始晶粒越細，再結晶晶粒也越細；微量

11、溶質與雜質原子，一般均起細化晶粒的作用；第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再結晶，彌散分布的細小的第二相粒子不利于再結晶；形變溫度，形變溫度越高，再結晶溫度越高，晶粒粗化；加熱速度，加熱速度過快或過慢，都可能使再結晶溫度升高。塑性變形后的金屬隨加熱溫度的升高會發生的一些變化：顯微組織經過回復、再結晶、晶粒長大三個階段由破碎的或纖維組織轉變成等軸晶粒，亞晶尺寸增大；儲存能降低，內應力松弛或被消除；各種構造缺陷減少；強度、硬度降低，塑性、韌度提高；電阻下降，應力腐蝕傾向顯著減小。八、擴散重點內容：影響擴散的因素；擴散第一定律表達式。基本內容：擴散激活能、擴散的驅動力。柯肯達爾效應，擴散第二定律表達

12、式。柯肯達爾效應：由置換互溶原子因相對擴散速度不同而引起標記移動的不平衡擴散現象稱為柯肯達爾效應。影響擴散的因素：溫度：溫度越高，擴散速度越大；晶體構造：體心構造的擴散系數大于面心構造的擴散系數；固溶體類型：間隙原子的擴散速度大于置換原子的擴散速度；晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴散速度越快；化學成分：有些元素能夠加快原子的擴散速度，有些能夠減慢擴散速度。擴散第一定律表達式：擴散第一定律表達式：dxdCDJ-=其中，J為擴散流量；D為擴散系數；dxdC為濃度梯度。擴散的驅動力為化學位梯度，阻力為擴散激活能九、鋼的熱處理原理重點內容：冷卻時轉變產物P、B、M的特征、性能特點、熱處理的概念。基本內

13、容：等溫、連續C-曲線。奧氏體化的四個經過；碳鋼回火轉變產物的性能特點。熱處理：將鋼在固態下加熱到預定的溫度，并在該溫度下保持一段時間，然后以一定的速度冷卻下來，讓其獲得所需要的組織構造和性能的一種熱加工工藝。轉變產物P、B、M的特征、性能特點：片狀P體，片層間距越小，強度越高，塑性、韌性也越好；粒狀P體，Fe3C顆粒越細小，分布越均勻，合金的強度越高。第二相的數量越多，對塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強度高，塑性、韌性差；上貝氏體為羽毛狀，亞構造為位錯，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞構造為位錯，位錯密度高于上貝氏體，綜合機械性能好；低碳馬氏體為板條狀，亞構造為位錯，具有良好的綜合

14、機械性能；高碳馬氏體為片狀，亞構造為孿晶，強度硬度高，塑性和韌性差。等溫、連續C-曲線。一、闡述四種強化的強化機理、強化規律及強化方法。1、形變強化形變強化：隨變形程度的增加，材料的強度、硬度升高，塑性、韌性下降的現象叫形變強化或加工硬化。機理：隨塑性變形的進行，位錯密度不斷增加，因而位錯在運動時的互相交割加劇，結果即產生固定的割階、位錯纏結等障礙，使位錯運動的阻力增大，引起變形抗力增加，給繼續塑性變形造成困難，進而提高金屬的強度。規律：變形程度增加，材料的強度、硬度升高，塑性、韌性下降，位錯密度不斷增加，根據公式=bG1/2，可知強度與位錯密度的二分之一次方成正比，位錯的柏氏矢量b越大強化效

15、果越顯著。方法：冷變形擠壓、滾壓、噴丸等。形變強化的實際意義利與弊：形變強化是強化金屬的有效方法，對一些不能用熱處理強化的材料能夠用形變強化的方法提高材料的強度，可使強度成倍的增加；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金屬均勻變形，使工件或半成品的成構成為可能，如冷拔鋼絲、零件的沖壓成形等；形變強化還可提高零件或構件在使用經過中的安全性，零件的某些部位出現應力集中或過載現象時，使該處產生塑性變形，因加工硬化使過載部位的變形停止進而提高了安全性。另一方面形變強化也給材料生產和使用帶來費事，變形使強度升高、塑性降低，給繼續變形帶來困難，中間需要進行再結晶退火，增加生產成本。2、固溶強化隨溶質原

16、子含量的增加，固溶體的強度硬度升高，塑性韌性下降的現象稱為固溶強化。強化機理：一是溶質原子的溶入，使固溶體的晶格發生畸變，對滑移面上運動的位錯有阻礙作用；二是位錯線上偏聚的溶質原子構成的柯氏氣團對位錯起釘扎作用，增加了位錯運動的阻力；三是溶質原子在層錯區的偏聚阻礙擴展位錯的運動。所有阻止位錯運動，增加位錯移動阻力的因素都可使強度提高。固溶強化規律：在固溶體溶解度范圍內，合金元素的質量分數越大，則強化作用越大；溶質原子與溶劑原子的尺寸差越大，強化效果越顯著；構成間隙固溶體的溶質元素的強化作用大于構成置換固溶體的元素；溶質原子與溶劑原子的價電子數差越大，則強化作用越大。方法：合金化，即參加合金元素

17、。3、第二相強化鋼中第二相的形態主要有三種，即網狀、片狀和粒狀。網狀十分是沿晶界析出的連續網狀Fe3C，降低的鋼機械性能，塑性、韌性急劇下降，強度也隨之下降；第二相為片狀分布時，片層間距越小，強度越高，塑性、韌性也越好。符合s=0KS0-1/2的規律，S0片層間距。第二相為粒狀分布時，顆粒越細小，分布越均勻，合金的強度越高，符合Gb=的規律，粒子之間的平均距離。第二相的數量越多，對塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強度高，塑性、韌性差；沿晶界析出時，不管什么形態都降低晶界強度，使鋼的機械性能下降。第二相無論是片狀還是粒狀都阻止位錯的移動。方法：合金化，即參加合金元素，通過熱處理或變形改變第二

18、相的形態及分布。4、細晶強化細晶強化：隨晶粒尺寸的減小，材料的強度硬度升高，塑性、韌性也得到改善的現象稱為細晶強化。細化晶粒不但能夠提高強度又可改善鋼的塑性和韌性，是一種較好的強化材料的方法。機理：晶粒越細小，位錯塞集群中位錯個數n越小，根據0n=，應力集中越小，所以材料的強度越高。細晶強化的強化規律：晶界越多，晶粒越細，根據霍爾-配奇關系式s=0Kd-1/2晶粒的平均直d越小，材料的屈從強度s越高。細化晶粒的方法：結晶經過中能夠通過增加過冷度，變質處理，振動及攪拌的方法增加形核率細化晶粒。對于冷變形的金屬能夠通過控制變形度、退火溫度來細化晶粒。能夠通過正火、退火的熱處理方法細化晶粒；在鋼中參

19、加強碳化物物構成元素。二、改善塑性和韌性的機理晶粒越細小，晶粒內部和晶界附近的應變度差越小，變形越均勻，因應力集中引起的開裂的時機也越小。晶粒越細小，應力集中越小，不易產生裂紋；晶界越多，易使裂紋擴展方向發生變化，裂紋不易傳播，所以韌性就好。提高或改善金屬材料韌性的途徑：盡量減少鋼中第二相的數量；提高基體組織的塑性；提高組織的均勻性；參加Ni及細化晶粒的元素；防止雜質在晶界偏聚及第二相沿晶界析出。三、FeFe3C相圖，結晶經過分析及計算1.分析含碳0.530.77的鐵碳合金的結晶經過，并畫出結晶示意圖。點之上為液相L；點開場L；點結晶完畢；點之間為單相；點開場轉變；點開場P共析轉變；室溫下顯微

20、組織為+P。結晶示意圖：2.計算室溫下亞共析鋼含碳量為x的組織組成物的相對量。組織組成物為、P，相對量為：PPWxW-=?-=1W,%1000218.077.00218.0或%1000218.077.077.0?-=xW3.分析含碳0.772.11的鐵碳合金的結晶經過。點之上為液相L；點開場L；之間為L+；點結晶完畢；點之間為單相；點開場Fe3C轉變；點開場P共析轉變；室溫下顯微組織為P+Fe3C。結晶經過示意圖。4.計算室溫下過共析鋼含碳量為x的組織組成物的相對量。組織組成物為P、Fe3C，相對量為：PCFePWxW-=?-=1W,%10077.069.669.63或%10077.069.6

21、77.03?-=xWCFeX5.分析共析鋼的結晶經過，并畫出結晶示意圖。點之上為液相L；點開場L；點結晶完畢；點之間為單相；點P共析轉變；室溫下顯微組織為P。結晶示意圖：6.計算含碳3.0%鐵碳合金室溫下組織組成物及相組成物的相對量。含碳3.0%的亞共晶白口鐵室溫下組織組成物為P、Fe3C，相對量為：%4.13W,%0.46%100W77.069.611.269.6%4.591W,%6.40%10011.23.411.20.3Fe3=-=?-=-=?-=PCPLdLdWWWWW相組成物為F、Fe3C，相對量為：%2.551F,%8.44%10069.60.333=-=?=CFeCFeWW7.相

22、圖中共有幾種滲碳體？講出各自的;及形態。相圖中共有五種滲碳體:Fe3C、Fe3C、Fe3C、Fe3C共析、Fe3C共晶；Fe3C：由液相析出，形態連續分布基體；Fe3C：由奧氏體中析出，形態網狀分布；Fe3C：由鐵素體中析出，形態網狀、短棒狀、粒狀分布在鐵素體的晶界上；Fe3C共析：奧氏體共析轉變得到，片狀；Fe3C共晶：液相共晶轉變得到，粗大的條狀。8.計算室溫下含碳量為x合金相組成物的相對量。相組成物為、Fe3C，相對量為：CFeCFeWxW331W,%10069.6-=?=9.Fe3C?的相對量：%1003.469.63.43?-=IxWCFe當x=6.69時Fe3C?含量最高，最高百分量為：%100%10069.669.63=?=ICFeW10.過共析鋼中Fe3C的相對量：%6.2277.069.677.03=-=xWC