1、金属学与热处理 期末复习重点1第一章 金属的晶体结构第一节 金属1、 金属 是具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度的升高而增加；而非金属的电阻温度系数为负值。第二节 金属的晶体结构1、晶体的特征：1、具有一定的熔点 2、各向异性非晶体为各向同性2、 晶体结构 是指晶体中原子在三维空间有规律的周期性的具体排列方式。3、为了清楚地表明原子在空间排列的规律性，常常将构成晶体的原子抽象为纯粹的几何点，称之为点阵。这些点阵有规则地周期性重复排列所形成的三维空间阵列称为空间点阵。常人为地将阵点用直线连接起来形成空间格子，称之为 晶格 。4、从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何体为 晶胞 。
2、5、 配位数 指晶体结构中与任一个原子最近邻、等距离的原子数目。6、 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7、常见的三种晶体结构主要是指 体心立方、面心立方和密排六方结构，其中体心立方 结构(BCC)每个晶胞含有 2 原子，其原子配位数为 8，致密度是 68% 面心立方结构(FCC)每个晶胞含有 4 原子，其原子配位数为 12；致密度是 74%密排六方结构(HCP)每个晶胞含有 6 原子，其原子配位数为 12，致密度是 74% 。8、密排面的堆垛顺序是 AB AB AB，构成密排六方结构ABCABCABC，构成面心立方结构9、通常以uvw表示晶向指数的普遍形式原子排列相同但
3、空间位向不同的所有晶向成为晶向族，表示晶面指数的一般表示形式为(hkl)晶面族用大括号hkl表示10、在立方结构的晶体中，当一晶向uvw 位于或平行于某一晶面 (hkl)时，必须满足以下关系：hu+kv+lw=0当某一晶向与某一晶面垂直时，则其晶向指数和晶面指数必须完全相等，即u=b、v=k、w=l。12、由于多晶体中的晶粒位向是任意的，晶粒的各向异性被互相抵消，因此在一般情况下整个晶体不显示各向异性，称之为伪等向性。一般金属都是多晶体第三节 实际金属的晶体结构1、晶体中的线缺陷就是各种类型的位错，它是在晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。2、刃型位错的重要特征：1、刃型位错有
4、一额外半原子面； 2、位错线是一个具有一定宽度的管道3、位错线与晶体的滑移方向相垂直，位错线运动的方向垂直于位错线螺型位错的重要特征：1、螺型位错没有额外半原子面；2、螺型位错线是一个具有一定宽度的管道，其中只有切应变，而无正应变3、位错线与晶体的滑移方向平行，位错线运动的方向与位错线垂直4、位错线与柏氏矢量垂直就是刃型位错，位错线与柏氏矢量平行，就是螺型位错。金属学与热处理 期末复习重点2b b正刃错 负刃错b b右螺型 左螺型用柏氏矢量可以表示晶体滑移的方向和大小，已知位错线是晶体在滑移面上已滑移区和未滑移区的边界线，位错线运动时扫过滑移面，晶体即发生滑移，其滑移量的大小即柏氏矢量 b，滑
5、移的方向即柏氏矢量的方向。5、位错密度-单位体积中所包含的位错线的总长度。 =L/V ：位错密度； L：位错线的总长度； V：晶体体积课后习题：1-4 体心立方，若 h+k+l=偶数，则 ，否则，=2+2+2 =12 2+2+21-5 面心立方晶体若 h、k、 l 均为奇数或均为偶数，则 =2+2+2；否则， 。=12 2+2+21-15 第二章 纯金属的结晶第一节 金属结晶的现象1、 1mol 物质从一个相转变为另一个相时，伴随着放出或吸收的热量称为相变潜热。2、结晶过程是（形核）与（长大）的过程第二节 金属结晶的热力学条件1、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
6、 金属发生结晶 。液相金属和固相金属的自由能之差，是结晶的驱动力，阻力：表面能增加2、 （过冷度越大）是结晶的热力学条件第三节 金属结晶的结构条件1、这种不断变化着的短程有序原子集团称为（结构起伏） ，或称为相起伏第四节 晶核的形成1、两种形核方式：一种是（均匀形核） 、二是（非均匀形核） 。若液相中各个区域出现新的相晶核的几率都是相等的，这种形核方式即为 均匀形核 ；反之，新相优先出现于液相中的某些区域称为 非均匀形核 。金属学与热处理 期末复习重点32、晶胚半径与 G 的关系3、临界晶核半径 rK金属学与热处理 期末复习重点4最大晶胚尺寸 rmax和临界晶核半径 rK随过冷度的变化第五节
7、晶核长大1、两条曲线的交点所对应的过冷度 就是临界过冷度2、形成临界晶核时，体积自由能的下降只补偿了表面能的（2/3） ，还有（1/3）的表面能没有得到补偿，需要另外供给，即需要对形核做功，故称 为（形核功） 。3、这种微区内暂时偏离平衡能量的现象即为（能量起伏） 。4、过冷液相中的相起伏和能量起伏是形核的基础5、临界形核功与过冷度的平方成反比。6、 N = N1 N2N1 为受形核功影响的形核率因子，N 2 为守原子扩散能力影响的形核率因子，形核率 N 则是以上两者的综合。7、由于 N 主要受到形核功的控制，而形核功 与过冷度的平方成反比，过冷度越大，则形核功越小，因而形核率增加，故 N 随
8、过冷度的增加，即温度的降低而增大。N 主要取决于原子的扩散能力，温度越高（过冷度越小） ，则原子的扩散能力越大，因而 N 越大。这是因为温度较高、过冷度较小时，原子有足够高的扩散能量，此时的形核率主要受形核功的影响，但当过冷度很大（超过极大值后）时，原子的扩散能力转而起主导作用。8、凹面上形成的晶核体积最小，平面上次之，凸面上最大。rK rmaxTT KrKrmax金属学与热处理 期末复习重点59、凹曲面的形核效能最高，因为较小体积的晶胚便可达到临界晶核半径，平面居中，凸曲面的效能最低。10、决定晶体长大方式和长大速度的主要因素是（晶核的界面结构）和（界面前沿液体中的温度梯度） 。11、在光学
9、显微镜下，光滑界面由曲折的若干小平面组成，又称为小平面界面12、在光学显微镜下，粗糙界面是平直的，又称为非小平面界面。13、在粗糙界面上的所有位置都是生长位置，所以液相原子可以连续地向界面添加，界面的性质永远不会改变，称为（连续）长大或均匀长大。14、 正温度梯度 是指液相中的温度随至界面距离的增加而（提高）的温度分布状况。结晶前沿液体中的过冷度随至界面距离的增加而（减小） 。15、 负温度梯度 是指液相中的温度随至界面距离的增加而（降低）的温度分布状况。过冷度随至界面距离的增加而（增大） 。16、具有粗糙界面结构的晶体，在正的温度梯度下长大时，固液界面始终近似地保持平面，这种长大方式称为平面
10、长大方式。具有粗糙界面的晶体在负的温度梯度下生长时，一般的金属结晶时，均以树状生长方式长大。具有光滑界面的物质在负的温度梯度下长大时，仍有可能长成规则的几何外形。17、晶粒度取决于形核率 N 和长大速度 G 之比，比值 N/G 越大，晶粒越细小18、为了细化铸锭和焊缝区的晶粒，采用一下几种方法：1、控制过冷度，增加过冷度的方法主要是提高液态金属的冷却速度2、变质处理，变质处理是在浇注前往液态金属中加入形核剂，促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒。3、振动、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枝晶破碎，使晶核数目增加。第六节 金属铸锭的宏观组织与缺陷1、纯金属铸锭
11、的宏观组织通常由三个晶区所组成，即外表层的（细晶区） 、中间的（柱状金属结晶时形核率和长大速度与过冷度的关系金属学与热处理 期末复习重点6晶区）和心部的（等轴晶区） 。第三章 二元合金的相结构与结晶合金 是指两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼或烧结，或用其他方法组合而成的具有金属特制的物质。第一节 合金中的相1.组成合金最基本的、独立的物质叫 组元 ，或简称为元。2.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。3.用显微镜观察到的围观形貌图像称为 显微组织 。4.相是组织的基本组成部分。第二节 合金的相结构1.合金的组元之间以不同比例相互混合后形成的固相，其晶体
12、结构与组成合金的某一组元的相同，这种相就成为 固溶体 ，这种组元称为溶剂。2.若两元素间的电负性差值越小，则形成的置换固溶体的固溶度越大。3.（原子尺寸因素） 、 （电负性因素） 、 （电子浓度因素）和（晶体结构因素）是影响固溶体固溶度大小的四个主要因素。固溶体的固溶度除与以上因素有关外，还与（温度）有关，温度越高，固溶度越大。4.（1）正常价化合物：由电负性相差较大的元素组成 （2）电子化合物：按照一定电子浓度的比值形成的化合物（3）间隙相和间隙化合物： 间隙相都具有简单的晶体结构 相具有极高的熔点和硬度，它们是硬质合金的重要相组成。间隙化合物一般具有复杂的晶体结构第三节 二元合金相图的建立
13、第四节 匀晶相图及溶固体的结晶1、两组元不但在液态无限互溶，而且在固态也无限互溶的二元合金系所形成的相图，称为匀晶相图。2、固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分不同，这种结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶称为异分结晶，或称为选择结晶。 3、平衡分配系数 k0 定义：在一定温度下，固液两平衡相中的溶质浓度之比值，即：K0=C /CL式中 C 和 CL 为固相和液相的平衡浓度。4、当 k0 1 时，k 0 值越大，则液相线和固相线之间的水平距离也越大。k 0 值的大小，实际反映了溶质组元重新分配的强弱程度。金属学与热处理 期末复习重点75、固溶体合金不平衡结晶，先结晶的部分含高熔点组元较
14、多，后结晶的部分含低熔点组元较多。 ，在晶粒的内部存在着浓度差别，这种在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象，称为晶内偏析 。由于固溶体晶体通常呈树枝状，使枝干和枝之间的化学成分不同，所以又称为枝晶偏析 。6、 区域偏析 固溶体合金在不平衡结晶时还造成在大范围内化学成分不均匀的现象。7、在固液界面前沿一定范围内的液相，其实际温度仪与平衡结晶温度， ，出现了一个过冷区域，过冷度为平衡结晶温度与实际温度之差，这个过冷度是由于界面前沿液相中的成分差别引起的，所以称之为 成分过冷 。出现成分过冷的极限条件是液体的实际温度梯度与界面处的平衡结晶曲线正好相切。第五节 共晶相图及其合金的结晶1、在一定的温度下，
15、由一定成分的液相相同时结晶出成分一定的两个固相的转变过程，称为 共晶 转变或共晶反应。2、在平衡结晶条件下，只有共晶成分的合金才能获得完全的共晶组织。但在不平衡结晶条金属学与热处理 期末复习重点8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，这种非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为 伪共晶组织 。第六节 包晶相图及其合金的结晶1、在一定的温度下，由一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成一个一定成分的固相的转变过程，称之为 包晶转变或包晶反应 。2、由于包晶转变不能充分进行而产生的化学成分不均匀现象称为 包晶偏析 。第七节 其他类型的二元合金相图1、一定成分的固相，在一定
16、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。第八节 二元相图的分析和使用1、成分间隔与温度间隔越大，则合金的流动性越差。第四章 铁碳合金碳钢和铸铁都是铁碳合金。第一节 铁碳和金的组元及基本相（铁素体）是碳溶于 -Fe 中的间隙固溶体。（奥氏体）是碳溶于 -Fe 中的间隙固溶体。（渗碳体）是铁与碳形成的间隙化合物 Fe3C。第二节 Fe-Fe3C 相图分析共析转变的产物称为（珠光体） 。珠光体组织中片层排列方向相同的领域叫做一个（珠光体领域）或（珠光体团） 。第三节 铁碳合金的平衡结晶过程及其组织在恒温下发生共晶转变形成（莱氏体） （Ld） 。第四节 含碳量对铁碳合金平衡组织和性
17、能的影响金属学与热处理 期末复习重点9铁碳合金的成分与组织的关系铁碳相图成分影响流动性刚液的流动性随含碳量的增加而提高 1浇注温度越高，流动性越好 2当浇注温度一定时，过热度越大，流动性越好 3亚共晶铸铁随含碳量的增加，流动性随之提高，过共晶铸铁随含碳量的增加，流动性变 4差。第五节 钢种的杂质元素及钢锭组织硫的最大危害是引起钢在热加工时开裂，这种现象称（热脆） ，出现 Fe+FeS 共晶。磷具有很强的固溶强化作用，它是钢的强度，硬度显著提高，但剧烈地降低钢的韧性，尤其是低温韧性，成为（冷脆） 。如果将含氮量较高的钢从高温急速冷却下来（淬火）时，就会的到氮在 -Fe 中的过饱和固溶体，将此钢材
18、在室温下长期放置或稍加热时，氮就逐渐以氮化铁的形式从铁素体中析出，使刚的强度硬化升高，塑性韧性下降，使钢材变脆，这种现象叫做（淬火时效） 。含有氮的低碳钢材经冷塑性变形后，性能也将随时间而变化，随强度硬度升高，塑性韧性下降，这种现象称为（应变时效） 。第六章 金属及合金的塑性变形力学性能强化机制：形变强化； 细晶强化； 固溶强化； 形成第二相（弥散强化、沉淀强化） 。 1 2 3 4第一节 金属的变形特性随着塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象称为 加工硬化 或 形变强化第二节 单晶体的塑性变形在常温和低温下金属塑性变形主要通过（滑移）方式进行，此外，还有（孪生）等其他方式。 滑移 是晶
19、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的滑动，这种晶面称为滑移面，晶体在滑移面上的滑动方向称为滑移方向。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 。滑移系数目：金属学与热处理 期末复习重点10体心立方结构：6*2=12； 面心立方结构：4*3=12； 密排六方结构：1*3=3 。 1 2 3滑移面总是（原子排列最密）的晶面，而滑移方向也总是（原子排列最密）的晶向。临界分切应力为 K= scoscos临界分切应力 k 数值大小取决于金属的近体结构，纯度，加工状态，试验温度与加载速度，当条件一定时，各种晶体的临界分切应力各有定值，而与外力的大小，方向及作用方式无关。单
20、晶体的屈服极限 s 则随外力与滑移面和滑移方向之间的取向关系变化，即当取向因子发生改变时， s 也随之改变。在滑移过程中，不仅滑移面在转动，而且滑移方向也在旋转。晶体的滑移是位错在切应力的作用下沿着滑移面逐步移动的结果。晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另一部分晶体作均匀地切变，并与未变形部分的晶体以孪生界为分界面构成了镜面堆成的位向关系。通常把堆成的两部分晶体称为 孪晶 。而将形成孪晶的过程称为 孪生 。第三节 多晶体的塑性变形多晶体变形的特点：不同时性； 相互协调性； 不均匀性 1 2 3这种用细化晶粒增加晶界提高金属强度的方法称为 细晶强化 。霍尔-配奇公式
21、： s= 0+Kd-。在多晶体中，屈服强度是与滑移从先塑性变形的晶粒转移到相邻晶粒密切相关的，而这种转移是否发生，主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的位错塞积群所产生的应力集中，能否激发相邻晶粒滑移系中的位错源也开动起来，从而进行协调的多滑移。应力集中 与晶界到位错源的距离成正比。晶粒越大，应力集中也最大，激发相邻晶粒发生塑性变形的机会比小晶粒要大得多。这就是为什么晶粒越细，屈服强度越高的主要原因。第四节 合金的塑性变形1、固溶体中存在着溶质原子，使得合金的强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降，即产生固溶强化 。2、合金元素形成固溶体时其固溶度强化的规律如下：（出选择题，与固溶度相对比） 在固溶体
22、的溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，则强化作用越大。 溶质原子与溶剂原子的尺寸相差越大，则造成的晶格畸变越大，因而强化效果越大。 形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素。当两者的质量分数相同时，前者的强化效果比后者大 10100 倍。溶质原子与溶剂原子的价电子数相差越大，则强化作用越大。3、第二相的存在引起的强化称为（第二相强化） 。4、弥散强化：位错绕过第二相粒子。沉淀强化：位错切过第二相粒子。第五节 塑性变形对金属组织和性能的影响1、宏观内应力：整个物体范围内处于平衡的力。2、微观内应力：晶粒或亚晶粒范围内处于平衡的力。3、点阵畸变：产生大量的位错和空位；它使金属的
23、硬度、强度升高，而塑性和耐腐蚀能力下降。第六节 金属的断裂第七章 金属及合金的回复与再结晶第一节 形变金属与合金在退火过程中的变化金属学与热处理 期末复习重点111、金属与合金在塑性变形是所消耗的功，绝大部分转变为热而散发掉，只有一小部分能量以弹性应变和增加金属中晶体缺陷（空位和位错等）的形式储存起来。晶体缺陷所储存的能量又叫（畸变能） ， （畸变能）的降低是这一转变过程的驱动力。第二节 回复1、回复是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。2、回复是空位和位错在退火过程中发生运动，从而改变了他们的数量和组态的过程。在低温
24、恢复时，主要涉及到空位的运动；在较高温度回复时，主要涉及到位错的运动。第三节 再结晶1、冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒，位错密度显著降低，性能也发生显著变化，并恢复到冷变形前的水平，这个过程称为 再结晶 。2、金属的最低再结晶温度与其熔点之间存在以下经验关系：T 再 T m ，T 再 和 Tm 均以热力学温度表示，对于工业纯金属来说，经大变形并通过 1h 退火的 值为 0.4。3、金属的冷变形度对再结晶晶粒大小的影响：当变形度很小时，金属材料的晶粒仍保持原状，这是由于变形度小，畸变能很小，不足以引起再结晶，所以晶粒大小没有变化。当变形度达到
25、某一数值时，再结晶后的晶粒变得特别粗大。当变形度超过临界变形度后，则变形度越大，晶粒越细小。当变形度相当大时，结晶晶粒又会出现重新粗化的现象。第四节 晶粒长大1、晶粒长大过程：再结晶阶段刚刚结束时，得到的是无畸变的等轴的再结晶初始晶粒。随着加热温度的升高或保温时间的延长，晶粒之间就会互相吞并而长大。2、从整体来看，晶体长大的驱动力是（晶粒长大前后总的界面能差） 。3、晶粒稳定形状条件： 所有的晶界均为直线； 晶界间的夹角均为 120。 1 24、影响晶粒长大的因素：温度：温度越高，晶粒长大速度就越快。杂质及合金元素：吸附在晶界的溶质原子会降低晶界的界面能，从而降低了界面移动的驱动力，使晶界不易
26、移动。第二相质点：第二相质点越细小，数量越多，则阻碍晶粒长大的能力越强，晶粒越细小。相邻晶粒的位向差：大角晶界的界面能大，界面移动的驱动力大，晶界移动速度快。第五节 金属的热加工从金属学的角度来看，所谓热加工是指在（再结晶温度以上）的加工过程；在再结晶温度以下的加工过程称为冷加工。第八章 扩散第一节 概述1、固态金属扩散的条件扩散要有驱动力：化学位梯度、温度梯度、应力梯度、表面自由能差、电场和磁场的作 1用扩散原子要固熔：例：由于铅不能固溶于铁，因此钢在铅浴中加热，获得光亮清洁的表 2面，而不用担心铅层粘附钢材表面的危险。相反，当需要在钢板表面粘附一层铅，以起防蚀作用时，就必须在熔融铅中加入少
27、量能固溶于铁中的锡才行，铅锡合金中锡扩散到铁中以后就形成粘接牢靠的镀层。 （结合题 8.8）温度足够高 3金属学与热处理 期末复习重点12时间足够长 4第二节 扩散定律1、菲克第一定律D 为扩散系数 ( )体积浓度梯度= 2、菲克第二定律=223、使枝晶中心成分偏析的振幅降低到 1%所需的退火时间 t 为：=0.4672第三节 影响扩散的因素1、扩散系数 D D=D0exp(-Q/RT)后记：1、本期末复习重点是将汪海斌老师所述期末复习内容整理出来，专供 12 级焊接三四班复习背诵使用，建议大家在使用本复习重点的同时配合金属学与热处理课本复习。2、本期末复习重点文字录入部分，第一、二章由谢杰同学完成，第三章由于晶波同学完成，第四、六、七、八章由姜玉清、窦恩惠、李磊同学完成，最后由谢杰同学完成插图、修订。瑾向为本复习重点呕心沥血的同学表示衷心的感谢。3、由于水平有限，复习重点难免有错误和不足之处，恳请各位批评指正。4、本复习重点指在为同学提供复习的方便，不做其余任何用途。5、最后预祝大家能够在最后的期末考试取得较好成绩，寒假愉快，新春快乐！
