金属学Word文档格式.docx
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6
12致密度：
Mg、Zn等
三种晶体中间隙的比较：
fcc四面体间隙8+八面体间隙4
bcc四面体间隙12+八面体间隙6
hcp四面体间隙10+八面体间隙6
缺陷：
通常把晶体中原子偏离其平衡位置而出现不完整的区域称为晶体缺陷
柏氏矢量的意义：
A可以表示晶体滑移的方向和大小
B表示位错晶格畸变的大小
C、判断位错的类型
位错线：
滑移面上滑移区与未滑移区的交界线
点缺陷：
空位、间隙原子、置换原子
线缺陷：
位错（在晶体中某处有一列或几列原子发生了有规律的错排现象）
位错的性质：
位错对金属的塑性变形、强度、断裂起决定作用，金属的塑性变形主要是由位错运动引起的，因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径
刃型位错：
（有一个多余半原子面）
b与位错线垂直，与滑移方向平行
螺型位错：
（发生一个原子间距的相对切变区）
b与位错线平行，
面缺陷：
晶界、亚晶界、孪晶界、相界、堆垛层错等
晶界：
在多晶体金属中，结构、成分相同、但位向不同的相邻晶粒之间的界面
晶界行原子排列不规则，妨碍塑性变形；
晶界阻碍位错运动，是强化部分，因而实际使用的金属力求获得细晶粒。
晶粒越细强化效果越好。
细晶强化：
通过细化晶粒而使材料强度提高的方法称为细晶强化（强度、硬度、韧性、塑性都增加）
晶面：
晶体中各方位上的原子面称晶向：
各方向上的原子列称
晶面指数（hkl）晶向指数[uvw]
晶面族{hkl}晶向族<
uvw>
合金：
由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质（固溶体&
金属间化合物）
相：
金属或合金中凡成分相同、结构相同并与其他部分有界面分开的均匀组成部分
固溶体：
是溶质原子溶入溶剂中所形成的晶体，保持溶剂元素的晶体结构
分类A、间隙固溶体&
置换固溶体
B、有限固溶体&
无限固溶体
C、有序固溶体&
无序固溶体
间隙固溶体都是无序固溶体；
置换固溶体是无限固溶体；
间隙固溶体是有限固溶体；
有序固溶体可以是置换式的，也可以是间隙的；
固溶度：
溶质原子在固溶体中的极限浓度
影响固溶度因素
A、原子尺寸因素B、晶体结构因素C、电负性因素D、电子浓度因素
固溶强化：
通过溶入某种合金元素形成固溶体，使材料强度增加的现象
产生固溶强化的原因：
溶质原子使晶格畸变，以及对位错的钉扎作用，阻碍了位错的运动
固溶体溶质越多，固溶强化越明显；
间隙固溶比置换固溶强化高
金属间化合物（中间相）：
高强度、高硬度、高熔点
特点：
（1）金属化合物具有牢固的化学键，有较高熔点、硬度和脆性。
組元通常有一定比例，可用分子式表示其组成
（2）化合物可溶入其他元素原子，形成以化合物为基的固溶体，成分在一定范围内变动（3）在金属化合物中，不同組元的原子占据一定位置，呈有序排列
分类：
受负电性控制的正常价化合物
以原子尺寸为主要控制因素的间隙化合物（简单间隙化合物&
复杂间隙化合物）
受电子浓度因素控制的电子化合物
金属化合物的特点：
A、具有极高的硬度、较高的熔点，而塑性很差
B、合金中有金属化合物时，可提高其强度、硬度和耐磨性，但降低塑性
C、金属化合物也是合金的重要组成相
D、绝大多数的工程材料将金属化合物弥散分布于固溶体基体上，作为强化合金的第二相来使用（弥散第二项相强化）
应用：
A砷化镓具有比硅更为优异的半导体性能，在信息技术领域已引起世界关注
B某些配比的Ti-Ni、Cu-Zn-Al、Fe-Ni等合金，具有记忆功能，称为记忆合金
C一些金属化合物，如TiAl、Ni3Al具有析氢、贮氢能力很大，为今后氢能的利用奠定基础
铁的同素异构转变：
高温铁素体1394℃奥氏体912℃低温铁素体
体心立方面心立方体心立方
高温铁素体=/=低温铁素体（晶脆的尺寸不一样大）
第二章
金属结晶必要条件：
（1）、过冷条件：
结晶只有在熔点以下的实际结晶温度下才能进行
（2）、能量起伏：
过冷度越大，液固自由能差越大、结晶驱动力也越大
（3）、结构起伏：
结构起伏—晶胚—是液态金属产生晶核的基础
合金结晶必要条件
（1）热力学条件：
过冷度>
（2）能量起伏
（3）结构起伏
（4）成分起伏：
合金结晶是选分结晶
过冷：
液态金属在熔点以下仍保持液态的现象称为过冷
过冷度：
理论结晶温度和实际开始结晶的温度之差
有效过冷度：
金属液体大量形核所需的过冷度，ΔTp＝0.2Tm
临界过冷度：
最大晶胚半径＝临界晶核半径时的过冷度
动态过冷度：
使晶核界面能够向液相中推进而在界面上所具有的过冷度。
数值远小于有效过冷度，接近实际结晶温度
结晶过程：
形核—核长大
形核：
均匀形核（液态金属本身具有晶胚，形成晶核）
非均匀形核（晶胚依附在其他固体杂质表面上成核）
区别：
非均匀形核可以降低形核功，过冷度大大降低
长大：
等轴晶：
晶粒在三维方向上尺寸大致相同，近似为球状
树枝晶：
液固界面存在粗糙、光滑界面的原因：
要求界面自由能保持最低的缘故（这与晶体结构中原子配位数等因素有关）
光滑界面：
原子排列规则，一般为密排晶面
粗糙界面：
原子处于混乱状态排列
液－固界面温度梯度：
正温度梯度：
随液－固界面距离增加，在液相内温度升高，这种温度分布称为正的
温度梯度
负温度梯度：
随液－固界面距离增加，在液相内温度降低，这种温度分布，称为负的温度梯度
平面状生长形态：
光滑界面、粗糙界面结构的金属，其界面生长方式都以平面的方式，向液相推进。
在负的温度梯度下，会形成一次晶轴、二次晶轴、三次晶轴等。
以这种方式生长的界面，称为树枝状生长形态（枝晶）
枝晶的形成过程：
结晶过程中，各枝晶不断伸长变粗，存在于枝晶间的剩余液体，不断被消耗，液体耗尽时，枝晶粗化至相互接触，形成树枝状晶粒。
对于具有粗糙界面结构的金属，在负温度梯度下，生成的枝晶突出；
对于光滑界面，枝晶不发达（在负的温度梯度下，金属液固界面附近，越深入液相中，过冷度越大，生长越快；
）
晶粒度大小的控制因素：
形核率N
长大速率G
控制晶粒度的方法：
1、控制过冷度（过冷度增加，形核率、核长大都增大，N/G值增加，晶粒变细）
2、变质处理（根据点阵匹配原则：
液态金属本身是理想的变质剂或孕育剂）
3、振动、搅拌等（机械振动、电磁振动、超声振动）
1、单晶的制备：
控制结晶条件，只形成一个晶核，最终凝固得到的只有一个大晶粒构成的整块金属（单晶体）
2、非晶态金属：
如果冷却速度足够快（107℃/s）激冷，金属来不及结晶，将形成非晶态材料（金属玻璃），有独特的性能。
第三章
相图：
是研究不同成分合金相平衡关系的一种图形，又是表示合金系中合金状态、温度及成分之间关系的图解。
相律：
表示在平衡条件下，系统自由度、组元和平衡相数之间的关系f=c-p+1
f＝2－2+1＝1，说明结晶温度是可变的
匀晶相图（产物是固溶体）
匀晶转变：
由液相直接结晶出单相固溶体的过程（是变温过程）
不平衡结晶所得到的组织，称为不平衡组织或偏析
晶内偏析：
在一个晶粒内部成分不均匀的现象，称为晶内偏析。
微观偏析（枝晶偏析）：
一般合金固溶体都以树枝状方式结晶：
树枝含高熔点组元较多；
而树枝间含低熔点组元较多。
因此把晶内偏析，又称枝晶偏析
宏观偏析：
铸锭（件）在结晶时，由于各部位结晶先后顺序不同，合金中的低熔点元素偏聚于最终结晶区，造成宏观上成分不均匀，称宏观偏析（适当控制浇注温度和结晶速度可减轻宏观偏析）
产生原因：
由于液/固界面保持局部相平衡，结果先结晶固溶体溶质含量较低；
后结晶的含量较高，溶质原子严重偏聚，远高于合金平均成分。
这是金属提纯的根据之一。
成分过冷：
固溶体结晶时，由于实际温度分布不变，但液/固界面前沿中溶质分布发生
变化，液相熔点也随之变化。
熔点曲线与实际温度之差，称为成分过冷。
过冷区的大小对组织形态的影响：
随着过冷区的增大，固溶体的生长形态由平面状向胞状、树枝状发展；
共晶转变:
（恒温过程）
析出两个固溶体，固溶体是相间成核，具有珠光体组织特征的机械混合物
伪共晶：
由非共晶成分的合金所得到的完全共晶组织
发生条件：
快速冷却；
合金成分位于共晶点附近
性能：
①初生晶的晶粒细化；
②初生相内有晶内偏析（可能为枝晶偏析）；
③共晶体细化且多为伪共晶；
④共晶体的数量多于平衡态
离异共晶：
两相分离的共晶组织，看不出典型的共晶形态
平衡条件下，成分位于共晶线上两端点附近；
为主不平衡条件下，成分位于共晶线外两端点附近
包晶转变：
在一定温度下，由一个液相包着一个固相，生成另一新固相的反应（产物是单相固溶体，具有不完全性）
第四章
铁碳合金中有五个相：
高温铁素体、低温铁素体、奥氏体、渗碳体、液相
铁碳合金中有二个组织组成物：
珠光体（铁素体+渗碳体）、莱氏体（珠光体+渗碳体）
7种合金典型合成过程：
工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁
第五章
塑性变形:
材料在外力作用下产生永久的不可恢复的变形，称为塑性变形
单晶体金属的塑性变形：
滑移&
孪生
滑移：
位错是晶体中滑移面与未滑移面的分界线
滑移面：
晶体中原子排列最密的晶面，称为密排面。
这些密排面往往就是滑移变形的滑移面，称为滑移面
滑移方向：
晶体中原子排列最密的方向，称为密排方向，这些密排方向往往就是滑移变形的方向，称为滑移方向
滑移系：
一个滑移面和该面上一个滑移方向的组合，称为滑移系。
每个滑移系表示晶体进行滑移时可能采用的空间取向
位错绕过障碍物的机制
攀移（高温550℃以上进行）
柏氏矢量的方向；
b和位错线构成的平面；
滑移距离：
等于柏氏矢量的大小
交滑移（常温下进行）
滑移方向：
与位错线运动方向垂直
没有确定的滑移面（b与位错线平行）
位错有增殖、交割、塞积机制
（位错塞积对位错的阻碍作用，能够提高材料的强度）
加工硬化：
把金属材料经过冷变形后，随变形度增加强度、硬度增加，塑性、韧性下降的现象原因：
位错对运动位错的阻碍作用是产生加工硬化根本原因（由于位错之间的堆积、缠结等，使变形抗力增加）
孪生：
成孪晶的过程，称为孪生
密排六方晶系金属：
滑移线少，晶体不易滑移。
因而要借助孪生产生塑性变形
体心立方晶格金属，只有在低温或冲击作用下才发生孪生变形
面心立方晶格金属，一般不发生孪生变形，但有退火孪晶存在
多晶体金属的塑性变形：
A、晶界的影响B、晶粒位向差的影响C、晶粒之间变形的协调性
晶粒之间协调性的判据：
多于5个滑移系（面心立方及体心立方金属：
滑移系多，能够满足晶粒间应变协调性的要求，具有较好的塑性。
密排六方金属：
滑移系少，晶粒之间的应变协调性很差。
密排六方多晶体金属塑性极差。
通过细化晶粒来同时提高金属的强度、硬度、塑性和韧性的方法
（1）金属的晶粒越细，其强度和硬度越高
晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；
需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高
（2）细晶粒金属不仅强度高，塑性也好：
参与变形晶粒越多；
各晶粒位向差越小，晶间协调性越容易，位错源容开动，因此塑性越高。
（3）细晶粒还提高了金属的韧性：
细晶粒材料中，应力集中小，裂纹不易萌生；
晶界多，裂纹不易传播，在断裂过程中可吸收较多能量，表现出高韧性
用位错解释固溶强化：
是溶质原子在固溶体阻碍了晶体中位错的滑移，使位错运动受阻；
溶质原子
晶格发生畸变，易被吸附在位错附近形成柯氏气团，柯氏气团对此外有“钉
扎”作用。
为使位错挣脱气团而运动或者托着气团运动，需要施加更大的外力
用位错解释弥散强化：
主要原因它们与位错交互作用，阻碍位错的运动，提高了合金塑性变形的抗力
第六章
热处理：
是指将钢在固态下加热、保温和冷却，改变钢的组织结构，获得所需要性能
的一种工艺
奥氏体化：
在临界温度A1以上加热，目的是以获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化
奥氏体化也是形核和长大的过程，转变分为四步：
奥氏体形核——奥氏体核长大——残余渗碳体溶解——奥氏体成分均匀化
为什么分为四个阶段：
如何控制奥氏体晶粒长大：
⑴加热温度和保温时间（加热温度高、保温时间长，A晶粒粗大）
⑵加热速度（加热速度越快，过热度越大，形核率越高，N＞G，晶粒越细）
⑶合金元素（元素可阻碍或促进奥氏体晶粒的长大）
⑷原始组织：
（奥氏体晶粒粗大，冷却后组织也粗大。
因此加热得到细而均匀的奥氏
体晶粒是热处理关键问题之一）
C曲线：
三个反应类型（高、中、低）：
珠光体、贝氏体、马氏体转变
高温转变：
（扩散型转变）
（1）珠光体转变：
过冷奥氏体在A1到550℃间将转变为珠光体类型组织
形貌：
过冷奥氏体在A1到550℃间将转变为珠光体类型组织。
是铁素体与渗碳体片层
相间的机械混合物。
根据片层厚薄不同，又细分为珠光体（片层较厚）、索氏体（片
层较薄）和屈氏体（片层极薄）
力学性能：
片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。
类似“细晶
强化”
中温转变：
（半扩散型转变）
贝氏体转变：
过冷奥氏体在550℃-230℃（Ms）温度区间，将转变为贝氏体类型组织
奥氏体转变为铁素体的点阵以共格切变方式进行的。
同时伴随C扩散和过饱和F的碳
化物脱溶沉淀。
不完全转变产物：
铁素体＋弥散分布碳化物的亚稳组织
上贝氏体：
上贝氏体形成，主要受到奥氏体（A）中碳原子的扩散控制，Fe不扩散
在光镜下呈羽毛状
上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值
下贝氏体：
在光镜下呈竹叶状
下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合
力学性能，是生产上常用的强化组织之一。
低温转变：
（完全非扩散型转变）
马氏体转变：
典型的共格切变相变（行只发生点阵重构，而无化学成分变化）
产物：
单相不平衡的亚稳组织（碳在α-Fe中过饱和固溶体）。
高硬度是马氏体组织性能的主要特点（马氏体强化主要原因：
是过饱和碳
引起的固溶强化）
设计实验方案做形状记忆合金
使C轴变长，比容很大，做形状记忆合金的主要成分，马氏体相变要很迅速，Ms与Mf
温差小
热处理与再结晶的区别：
再结晶：
金属被加热到一定温度后，在组织内部出现新的无畸变的等轴晶粒，逐渐取
代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程
再结晶不是相变，因此没有相变所具备的的临界点，与相变的A1临界点没有共同之处
第七章
四把火：
退火、正火、淬火、回火
退火：
将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺叫做退火
正火：
正火是将亚共析钢加热到Ac3+30~50℃，共析钢加热到Ac1+30~50℃，过共析
钢加热到Accm+30~50℃，保温后空冷的工艺
淬火：
将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺
回火：
指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺
第八章
铸铁分类：
灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁
灰口铸铁分类：
灰口铸铁（简称灰铸铁）、球墨铸铁、麻口铸铁、孕育铸铁、稀土灰口铸铁
按照成分对钢进行分类：
碳素结构钢、低合金高强度结构钢、渗碳刚、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、耐磨钢
钢的冷热加工按照什么区分：
钢的再结晶温度
什么是工业纯铁、钢、铸铁？
纯铁是含碳量小于0.0218%的铁合金，又称熟铁
钢是对含碳量质量百分比介于0.0218%至2.11%之间的铁碳合金的统称
铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金
硫、磷杂质对钢影响？
S易在晶界上形成低熔点共晶（Fe+FeS,985℃），引起热脆性
P能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，塑性、韧性急剧下降，引起冷脆性。
钢号的含义：
沸腾钢—F；
镇静钢—Z；
半镇静钢—b；
特殊镇静钢—TZ
“T”表示“碳素工具钢”优质碳素结构钢：
牌号为两位数字
高级优质合金钢在牌号后加字母A特级优质合金钢在牌号后加字母E
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