金屬學(xué)與熱處理總結(jié)

一、金屬的晶體構(gòu)造

重點(diǎn)內(nèi)容：面心立方、體心立方金屬晶體構(gòu)造的配位數(shù)、致密度、原子半徑，八面體、四面體間隙個數(shù)；晶向指數(shù)、晶面指數(shù)的

標(biāo)定：相氏矢量具的特性、晶界具的特性。

基本內(nèi)容：密排六方金屬晶體構(gòu)造的配位數(shù)、致密度、原子半徑，密排面上原子的堆垛次序、晶胞、晶格、金屬鍵的概念。晶體

的特性、晶體中H勺空間點(diǎn)陣。

晶格類型fcc(AI)bcc(A2)hcp(A3)

間隙類型正四面體正八面體四面體扁八面體四面體正八面體

間隙個數(shù)84126126

a

原子半徑小42

IS.<1■；(2-、%(庭-度

間隙半徑，力2

晶胞：在晶格中選用一種可以完全反應(yīng)晶格特性的最小的幾何單元，用來分析原子排列的規(guī)律性，這個最小IKJ幾何單元稱為晶胞。

金屬鍵：失去外層價電子的正離了?與彌漫其間的自由電了?的靜電作用而結(jié)合起來，這種結(jié)合方式稱為金屬鍵。

位錯：晶體中原子的排列在?定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯動的?種特殊構(gòu)造組態(tài)。

位錯的柏氏矢量具有的某些特性：

①用位錯的柏氏矢量可以判斷位錯的J類型：②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量與回路起點(diǎn)及回路途徑無關(guān)；③位錯H勺柏氏矢量個

部分均相似。

力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。

品界具有的某些特性：

①晶界的能量較高，具有自發(fā)長大和使界面平直化，以減少晶界總面積I向趨勢：②原子在晶界上的擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點(diǎn)較低;

③相變時新相優(yōu)先在晶界出形核；④晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚：⑤晶界易于腐蝕和氧化；⑥常溫下晶界可以制止

位錯的運(yùn)動，提高材料口勺強(qiáng)度。

二.純金屬口勺結(jié)晶

重點(diǎn)內(nèi)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(guān)系：細(xì)化晶粒的措施，鑄錠三晶區(qū)的形成機(jī)制。

基本內(nèi)容：結(jié)晶過程、阻力、動力，過冷度、變質(zhì)處理啊概念。鑄錠的缺陷；結(jié)晶的熱力學(xué)條件和構(gòu)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(tài)金屬中，時聚時散，起伏不定，不停變化著的近程規(guī)則排列的原子集團(tuán)。

過冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度I內(nèi)差稱為過冷度。

變質(zhì)處理：在澆鑄前去液態(tài)金屬中加入形核劑，促使形成大量H勺非均勻晶核，以細(xì)化晶粒H勺措施。

過冷度與液態(tài)金屬結(jié)晶的關(guān)系：液態(tài)金屬結(jié)晶的過程是形核與晶核的長大過程。從熱力學(xué)的角度上看，沒有過冷度結(jié)晶就沒有趨

動力。根據(jù)Rk8女7可知當(dāng)過冷度為零時臨界晶核半徑七為無窮大，臨界形核功（△GOC%T2）也為無窮大。臨界品

核半徑心與臨界形核功為無窮大時.，無法形核，因此液態(tài)金屬不能結(jié)晶。晶體的長大也需要過冷度，因此液態(tài)金屬結(jié)晶需要過冷度。

細(xì)化晶粒的措施：增長過冷度、變質(zhì)處理、振動與攪拌。

鑄鋁三個晶區(qū)的形成機(jī)理：表面細(xì)品區(qū)：當(dāng)高溫液體倒入鑄模后，結(jié)晶先從模壁開始，靠近模壁一層的液體產(chǎn)生極大的過冷，加

上模壁可以作為非均質(zhì)形核的基底，因此在此薄層中立即形成大量的晶核，并同步向各個方向生長，形成表面細(xì)晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：在

表面細(xì)晶區(qū)形成的同步，鑄模溫度迅速升高，液態(tài)金屬冷卻速度減慢，結(jié)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，因而晶體沿相反方向生長成柱狀晶。中心等軸晶區(qū)：伴隨柱狀晶的生長，中心部位的液體實(shí)際溫度分布區(qū)域平緩，由于溶質(zhì)原

廣的重新分派，在固液界面前沿出現(xiàn)成分過冷，成分過冷區(qū)的擴(kuò)大，促使新|肘晶核形成長大形成等軸晶。由于液體『'J流動使表面層細(xì)

晶一部分卷入液體之中或柱狀晶的枝晶被沖刷脫落而進(jìn)入前沿的液體中作為非H發(fā)生核的籽晶。

三、二元合金的相構(gòu)造與結(jié)晶

重點(diǎn)內(nèi)容：杠桿定律、相律及應(yīng)用。

基本內(nèi)容：相、勻晶、共晶、包晶相圖的結(jié)晶過程及不一樣成分合金在室溫卜明顯微組織。合金、成分過冷：非平衡結(jié)晶及枝晶

偏析的基本概念。

相律：f=c-p+1其中，f為自由度數(shù)，。為組元數(shù)，〃為相數(shù)。

偽關(guān)晶：在不平衡結(jié)晶條件下，成分在共晶點(diǎn)附近的亞共晶或過共晶合金也也許得到所有共晶組織，這種共晶組織稱為偽共晶。

合金：兩種或兩種以上MJ金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)、或用其他措施組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。

合金相：在合金中，通過構(gòu)成元素（組元）原子間的互相作用，形成具有用似晶體構(gòu)造與性質(zhì)，并以明確界面分開的成分均一構(gòu)

成部分稱為合金相。

四、鐵碳合金

重點(diǎn)內(nèi)容：鐵碳合金的結(jié)晶過程及室溫下的平衡組織，組織構(gòu)成物及相構(gòu)成物的計算。

基本內(nèi)容：鐵素體與奧氏體、二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)、三個恒溫轉(zhuǎn)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、共晶滲耀體相對量的計算：五種滲碳體的來源及形態(tài)。

奧氏體與鐵素體的異同點(diǎn)：

相似點(diǎn)：都是鐵與碳形成的間隙固溶體；強(qiáng)度硬度低，塑性韌性高。

不一樣點(diǎn)：鐵素體為體心構(gòu)造，奧氏體面心構(gòu)造：鐵索體最高含碳量為0.Q218%,奧氏體最高含碳量為2.11%,鐵索體是由奧氏

體直接轉(zhuǎn)變或由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變得到，奧氏體是由包晶或由液相直接析出內(nèi)：存在的溫度區(qū)間不一樣。

二次滲碳體與共析滲碳體H勺異同點(diǎn)。

相似點(diǎn)：都是滲碳體，成分、構(gòu)造、性能都相似。

不一樣點(diǎn)：來源不一樣，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉(zhuǎn)變得到的：形態(tài)不一樣二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳

體成片狀；對性能的影響不一樣，片狀的強(qiáng)化基體，提高強(qiáng)度，網(wǎng)狀減少強(qiáng)度,

成分、組織與機(jī)械性能之間的關(guān)系：如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為F+P,F『?J強(qiáng)度低，塑性、韌性好，與F相比P

強(qiáng)度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增長，F(xiàn)量減少，P量增長（組織構(gòu)成物的相對量可用杠桿定律計算）。因此對于亞共析鋼，

隨含碳量的增長，強(qiáng)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(diǎn)內(nèi)容：體心與面心構(gòu)造的滑移系：金屬塑性變形后的組織與性能。

基本內(nèi)容：固溶體強(qiáng)化機(jī)理與強(qiáng)化規(guī)律、第二相的強(qiáng)化機(jī)理?；魻栆灰慌淦骊P(guān)系式：單晶體塑性變形的方式、滑移I向本質(zhì)。

型性變形的方式：以滑移和攣晶為主。

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?；频谋举|(zhì)是位錯的移動。

體心構(gòu)造的滑移系個數(shù)為12,滑移面：{110},萬向面心構(gòu)造啊滑移系個數(shù)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(xiàn)纖維組織，雜質(zhì)沿變形方向拉長為細(xì)帶狀或粉碎成鏈狀，光學(xué)顯微鏡辨別不清晶粒

和雜質(zhì)。亞構(gòu)造細(xì)化，出現(xiàn)形變織構(gòu)。性能：材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降；比電阻增長，導(dǎo)電系數(shù)和電阻溫度系數(shù)下降,

抗腐蝕能力減少等。

七、金屬及合金的答復(fù)與再結(jié)晶

重點(diǎn)內(nèi)容：金屬的熱加工的作用；變形金屬加熱時顯微組織的變化、性能內(nèi)變化，儲存能H勺變化。

基本內(nèi)容：答復(fù)、再結(jié)的概念、變形金屈加熱時儲存能的變化。再結(jié)晶后內(nèi)晶粒尺寸：影響再結(jié)晶的重要原因性能的變化規(guī)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(qiáng)度下降，塑性和韌性提高。電阻率不停下降，密

度升高。金屬的抗腐蝕能力提高，內(nèi)應(yīng)力下降。

再結(jié)晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在本來的變形組織中重新產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化，

并恢復(fù)到完全軟化狀態(tài)，這個過程稱之為再結(jié)晶。

熱加工的重要作用（或目的）是：①把鋼材加工成所需要II勺多種形狀，如棒材、板材、線材等；②能明顯II勺改善鑄優(yōu)中的組織缺

陷，如氣泡焊合，縮松壓實(shí)，使金屬材料的致密度增長：③使粗大的柱狀晶變細(xì)，合金鋼中大塊狀碳化物初晶打碎并使其均勻分布；

④減輕或消除成分偏析，均勻化學(xué)成分等。使材料的性能得到明顯啊改善。

影響再結(jié)晶的重要原因：①再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時間一定期），再結(jié)晶后的晶粒越粗大：②冷變形量：一般冷

變形量越大，完畢再結(jié)晶的溫度越低，變形量到達(dá)一定程度后，完畢再結(jié)晶的溫度趨于恒定：③原始晶粒尺寸：原始晶粒越細(xì)，再結(jié)

晶晶粒也越細(xì)；④微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子，一般均起細(xì)化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有助于再結(jié)晶，彌散分布的細(xì)

小的第二相粒子不利于再結(jié)晶；⑥形變溫度，形變溫度越高，再結(jié)晶溫度越高，晶粒粗化；⑦加熱速度，加熱速度過快或過慢，都也

許使再結(jié)晶溫度升高。

塑性變形后口勺金屬隨加熱溫度的升高會發(fā)生的某些變化：

顯微組織通過答復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大三個階段由破碎的或纖維組織轉(zhuǎn)變成等軸晶粒，亞晶尺寸增大；儲存能減少，內(nèi)應(yīng)力松弛

或被消除：多種構(gòu)造缺陷減少：強(qiáng)度、硬度減少，珊性、韌度提高；電阻下降，應(yīng)力腐蝕傾向明顯減小。

八、擴(kuò)散

重點(diǎn)內(nèi)容：影響擴(kuò)散啊原因；擴(kuò)散第一定律體現(xiàn)式。

基本內(nèi)容：擴(kuò)散激活能、擴(kuò)散的驅(qū)動力?？驴线_(dá)爾效應(yīng)，擴(kuò)散第二定律體現(xiàn)式。

柯肯達(dá)爾效應(yīng)：由置換互溶原子因相對擴(kuò)散速度不一樣而引起標(biāo)識移動的不均衡擴(kuò)散現(xiàn)象稱為柯肯達(dá)爾效應(yīng)。

影響擴(kuò)散『'J原因:

①溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越大;

②箱體構(gòu)造：體心構(gòu)造的擴(kuò)散系數(shù)不，,、于面心構(gòu)造的擴(kuò)散系數(shù);

③占I溶體類型：間隙原子的擴(kuò)散速度大小于置換原子的擴(kuò)散速度:

④晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子H勺擴(kuò)散速度越快：

⑤化學(xué)成分：有些元素可以加緊原子的擴(kuò)散速度，有些可以減慢擴(kuò)散速度。

擴(kuò)散第一定律體現(xiàn)式：擴(kuò)散第一定律體現(xiàn)式：1-Q囂

dC

其中，J為擴(kuò)散流量：D為擴(kuò)散系數(shù);為濃度梯度。

hx

擴(kuò)敢H勺驅(qū)動力為化學(xué)位梯度，阻力為擴(kuò)散激活能

九、鋼的熱處理原理

重點(diǎn)內(nèi)容：冷卻時轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、B、M）的特性、性能特點(diǎn)、熱處理的概念。

基本內(nèi)容：等溫、持續(xù)C-曲線。奧氏體化的四個過程；碳鋼回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能特點(diǎn)。

熱處理：將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)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(gòu)

造和性能H勺一種熱加工工藝。

轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、B、M）的特性、性能特點(diǎn)：片狀P體，片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性、韌性也越好：粒狀P體，F(xiàn)e3c顆粒越細(xì)

小，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高。第二相的數(shù)量越多，對塑性的危害越大：片狀與粒狀相比，片狀強(qiáng)度高，塑性、韌性差：上貝氏

體為羽毛狀，亞構(gòu)造為位錯，韌性差：卜?貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞構(gòu)造為位錯，位錯密度高于上貝氏體，綜合機(jī)械性能好；低碳

馬氏體為板條狀，亞構(gòu)造為位錯，具有良好的綜合機(jī)械性能：高碳馬氏體為片狀，亞構(gòu)造為李晶，強(qiáng)度硬度高，塑性和韌性差。

等溫、持續(xù)C-曲線。

一、論述四種強(qiáng)化的強(qiáng)化機(jī)理、強(qiáng)化規(guī)律及強(qiáng)化措施。

1、形變強(qiáng)化

形變強(qiáng)化：隨變形程度的增長，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象叫形變強(qiáng)化或加工硬化。

機(jī)理：隨塑性變形的進(jìn)行，位錯密度不停增長，因此位錯在運(yùn)動時的互相交割加劇，成果即產(chǎn)生固定的割階、位錯纏結(jié)等障礙，

使位錯運(yùn)動的阻力增大，引起變形抗力增長，給繼續(xù)塑性變形導(dǎo)致困難，從而美高金屬的強(qiáng)度。

規(guī)律：變形程度增長，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降，位錯密度不停增長，根據(jù)公式Ao=abGp"2,可知強(qiáng)度與位

錯密度（P）的二分之一次方成正比，位錯的柏氏矢量（b）越大強(qiáng)化效果越明顯。

措施：冷變形（擠壓、滾壓、噴丸等）。

形變強(qiáng)化的實(shí)際意義（利與弊）：形變強(qiáng)化是強(qiáng)化金屬的有效措施，對某些不能用熱處理強(qiáng)化的材料可以用形變強(qiáng)化的措施提高

材料的強(qiáng)度，可使強(qiáng)度成倍的增長；是某些工件或半成品加工成形的重要原因，使金屬均勻變形，使工件或半成品的成形成為也許，

如冷拔鋼絲、零件的沖壓成形等；形變強(qiáng)化還可提高零件或構(gòu)件在使用過程中的安全性，零件的某些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中或過載現(xiàn)象時，

使該處產(chǎn)生整性變形，因加工硬化使過載部位的變形停止從而提高了安全性。另首先形變強(qiáng)化也給材料生產(chǎn)和使用帶來麻煩，變形使

強(qiáng)度升高、塑性減少，給繼續(xù)變形帶來困難，中間需要進(jìn)行再結(jié)晶退火，增長生產(chǎn)成本。

2、固溶強(qiáng)化

隨溶質(zhì)原子含量的增長，固溶體的強(qiáng)度硬度升高，塑性韌性下降的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。強(qiáng)化機(jī)理：一是溶質(zhì)原子的溶入，使固溶

體的晶格發(fā)生畸變，對滑移面上運(yùn)動的位錯有阻礙作用：二是位錯線上偏聚的溶質(zhì)原子形成的柯氏氣團(tuán)對位錯起釘扎作用，增長了位

錯運(yùn)動的阻力；三是溶質(zhì)原子在層錯區(qū)的偏聚阻礙擴(kuò)展位錯的運(yùn)動。所有制止位錯運(yùn)動，增長位錯移動阻力的原因都可使強(qiáng)度提高。

固溶強(qiáng)化規(guī)律：①在固溶體溶解度范圍內(nèi)，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，則強(qiáng)化作用越大；②溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差越大，

強(qiáng)化效果越明顯；③形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素的強(qiáng)化作用不小于形成置換固溶體的元素；④溶質(zhì)原子與溶劑原子的價電子數(shù)差越大,

則強(qiáng)化作用越大。

措施：合金化，即加入合金元素。

3、第二相強(qiáng)化

鋼中第二相的J形態(tài)重要有三種，即網(wǎng)狀、片狀和粒狀。

①網(wǎng)狀尤其是沿晶界析出的持續(xù)網(wǎng)狀FeK,減少的鋼機(jī)械性能，塑性、韌性急劇下降，強(qiáng)度也隨之下降：

②第二相為片狀分布時，片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性、韌性也越好。符合。產(chǎn)。。+KS。/2的規(guī)律，So片層間距。

③第二相為粒狀分布時，顆粒越細(xì)小，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高，符合匯=—的規(guī)律，入粒子之間的*均距離。第二相的

/t

數(shù)量越多，對塑性的危害越大：

④片狀與粒狀相比，片狀強(qiáng)度高，塑性、韌性差：

⑤沿晶界析出時，不管什么形態(tài)都減少晶界強(qiáng)度，使鋼的機(jī)械性能下降。

第二相無論是片狀還是粒狀都制止位錯的移動。

措施：合金化，即加入合金元素，通過熱處理或變形變化第二相的形態(tài)及分布。

4、細(xì)晶強(qiáng)化

細(xì)晶強(qiáng)化：隨晶粒尺寸的減小，材料的強(qiáng)度硬度升高，塑性、韌性也得到改善的現(xiàn)象稱為細(xì)晶強(qiáng)化。

細(xì)化晶粒不僅可以提高強(qiáng)度又可改善鋼的霍性和韌性，是一種很好的強(qiáng)化材料的措施。

機(jī)理：晶粒越細(xì)小，位錯塞集群中位錯個數(shù)（n）越小，根據(jù)r=〃7o,應(yīng)力集中越小，因此材料的強(qiáng)度越高。

細(xì)晶強(qiáng)化的強(qiáng)化規(guī)律：晶界越多，晶粒越細(xì)，根據(jù)霍爾-配奇關(guān)系式。、=。。+1＜（1山2晶粒的平均直（d）越小，材料的屈服強(qiáng)度（。

8）越高。

細(xì)化晶粒的措施：結(jié)晶過程中可以通過增長過冷度，變質(zhì)處理，振動及攪拌的措施增長形核率細(xì)化晶粒。對于冷變形的金屬可以

通過控制變形度、退火溫度來細(xì)化晶粒?？梢酝ㄟ^正火、退火的熱處理措施細(xì)化晶粒；在鋼中加入強(qiáng)碳化物物形成元素。

二、改善塑性和韌性的機(jī)理

晶粒越細(xì)小，晶粒內(nèi)部和晶界附近的應(yīng)變度差越小，變形越均勻，因應(yīng)力集中引起的開裂的機(jī)會也越小。晶粒越細(xì)小，應(yīng)力集中

越小，不易產(chǎn)生裂紋；晶界越多，易使裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生變化，裂紋不易傳播，因此韌性就好。

提高或改善金屬材料韌性的途徑：①盡量減少鋼中第二相的數(shù)量；②提高基體組織的塑性；③提高組織的均勻性；④加入

Ni及細(xì)化晶粒的元素；⑤防止雜質(zhì)在晶界偏聚及第二相沿晶界析出。

三、Fe-Fe3c相圖，結(jié)晶過程分析及計算

1.分析含碳0.53?0.77%的鐵碳合金I內(nèi)結(jié)晶過程，并畫出結(jié)晶示意圖。

①點(diǎn)之上為液相L；①點(diǎn)開始L-丫；②點(diǎn)結(jié)晶完畢；②?③點(diǎn)之間為單相Y;

③點(diǎn)開始y~a轉(zhuǎn)變；④點(diǎn)開始丫~P共機(jī)轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為a+P

結(jié)晶小意圖:

組織構(gòu)成物為a、P,相對量為:

.￥-0.02180.77-%

%=xlOO%,W=1-%或也=x100%

0.77-0.02180.77-0.0218

3.分析含碳0.77?2.11%的鐵碳合金的結(jié)晶過程。

①點(diǎn)之上為液相L；①點(diǎn)開始L-Y：①?②之間為L+Y：②點(diǎn)結(jié)晶完畢；②?③點(diǎn)之間為單相y：③點(diǎn)開始y-Fe3c轉(zhuǎn)變；④點(diǎn)

開始Y-P共析轉(zhuǎn)變：室溫下顯微組織為P+Fe3C”

結(jié)晶過程示意圖。

4.計算家湍下過共析鋼(含碳量為A：)I內(nèi)絹織構(gòu)成物的相對最。

組織構(gòu)成物為P、Fe3Cu?相對量為：

皿=-%或W=

669-Xx1()()%*=1Fe3CU"一。刀*1()()%

'6.69-0.77*3cnO皿u6.69-0.77

5.分析共析鋼的結(jié)晶過程，并畫出結(jié)晶示意圖。

①點(diǎn)之上為液相L：①點(diǎn)開始L~Y：②點(diǎn)結(jié)晶完畢；②

?③點(diǎn)之間為單相Y；③點(diǎn)Y~P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯

微組織為P。

結(jié)晶示意圖:

①點(diǎn)之上①?②之間②?③之間室溫組織

6.計算含碳3.0%鐵碳合金室溫卜組織構(gòu)成物及相構(gòu)成物的相對量。

含碳3.0%的亞共晶白口鐵室溫下組織構(gòu)成物為P、FeaC相對量為：

3.0-2.11

叫=4-11x100%=40.6%,火=1—叫=59.4%

6.69-2.11

W=———xWx100%=46.0%、+cn=匕一%=13.4%

po.ov-U.//vm

相構(gòu)成物為F、Fe3C,相對量為：

3.()

W=--x100%=44.8%,F=1-WR<=55.2%

Fec6.6951

7.相圖中共有幾種滲碳體？說出各勺來源及形態(tài)。

相圖中共有五種滲碳體：FeaC、FesCii.FeQu、Fe3c共斷、FeaC一：

Fc<.：由液相析出，形態(tài)持續(xù)分布（基體）；FcsC.1：由奧氏體中析出，形態(tài)網(wǎng)狀分布；Fc3Cm：由鐵素體中析出，形態(tài)網(wǎng)狀、

短棒狀、粒狀分布在鐵素體的晶界上：FC^CRW：奧氏體共析轉(zhuǎn)變得到，片狀：Fc3c燦：液相共晶轉(zhuǎn)變得到，粗大的條狀。

8.計算室溫下含碳量為X合金相構(gòu)成物II勺相對量。

相構(gòu)成物為a、Fe3C,相對量為:

X

IV.=—X100%,w=\-w

好r6.69"戶r"eC

r-43

9.Fe3G的相對量：Wreia=---------x100%

6.69-4.3

當(dāng)x=6.6J時Fe3G含量最高，最高百分量為：WFe3C,二竺2x100%=100%

06.69

JAC077

10.過共析鋼中Fe3CnI內(nèi)相對量：WMcn="——=22.6%

皿116.69-0.77

21177

當(dāng)x=2.11時Fe3Cn含量最高，最高百分量為：W,=-....:—=22.6%

MFeC3C[l]6.69-0.77

II.Fe3Cm口勺相對量計算：W..,rn,=^^xl00%

116.69

n071g

當(dāng)x=O.O218時Fe3Cni含量最高，最高百分晝?yōu)椋簂V..=-....x100%=0.33%

Fe33rcnni，6.69

n77—00218

12.共析滲碳體IKj相對百分量為：W=---------x100%=11.2%

皿Fe3C6.69-0.0218

430-211

13.共晶滲碳體的相對百分量為：卬隆3c=--—x%=47.8%

皿6.69-2.11

14.說出奧氏體與鐵素體的異同點(diǎn)。

相似點(diǎn)：都是鐵與碳形成的間隙固溶體：強(qiáng)度硬度低，塑性韌性高。

不一樣點(diǎn)：鐵素體為體心構(gòu)造，奧氏體面心構(gòu)造；鐵素體最高含碳量為0.0218%,奧氏體最高含碳量為2.11%,鐵素體是由奧氏

體直接轉(zhuǎn)變或由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變得到，奧氏體是由包晶或由液相直接析出內(nèi)：存在的溫度區(qū)間不一樣。

15.說出二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)。

相似點(diǎn)：都是滲碳體，成分、構(gòu)造、性能都相似。

不一樣點(diǎn)：來源不一樣，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉(zhuǎn)變得到H勺：形態(tài)不一樣二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳

體成片狀；對性能的影響不一樣，片狀的強(qiáng)化基體，提高強(qiáng)度，網(wǎng)狀減少強(qiáng)度＜

16.舉例闡明成分、組織與機(jī)械性能之間的關(guān)系

如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為F+P,FH勺強(qiáng)度低，陽性、韌性好，與F相比P強(qiáng)度硬度高，而陽性、韌性差。隨含

碳量的增長，F(xiàn)量減少，P量增長(組織構(gòu)成物的相對量可用杠桿定律計算)。因此對于亞共析鋼，隨含碳量的增長，強(qiáng)度硬度升高，

而塑性、韌性下降。

17.闡明三個恒溫轉(zhuǎn)變，畫出轉(zhuǎn)變特性圖

1495P、

包品轉(zhuǎn)變(LB+6Hy--------------丫」)含碳量0.09%?0.53%范圍的鐵碳合金，于HJB水平線(1495C)均將通過包品轉(zhuǎn)變，形成單

相奧氏體。

共晶轉(zhuǎn)變(Lcy--------------YE+Fe3C)含碳放2.11%—6.69%范圍的鐵碳合金，于ECF平線上(1148C)均將通過共晶轉(zhuǎn)變，形成

奧氏體和滲碳體兩相混合H勺共晶體，稱為菜氏體(Ld)。

共析轉(zhuǎn)變(Y3V--------------?p+FeiC)；含碳雖超過0.02%的鐵碳合金,于PSK水平線上(727C)均將通過共析轉(zhuǎn)變，形成鐵

素體和滲碳體兩相混合的共析體，稱為珠光體(P)。

轉(zhuǎn)變特性圖

//\〈

包晶轉(zhuǎn)變：

共晶轉(zhuǎn)變：/7一

共析轉(zhuǎn)變：〉--------"-------

各點(diǎn)成分為(C%)：B：0.53；H：0.09；J：0.17；C：4.3；E：2.11S：0.77；P：0.02180

四、晶而指數(shù)與晶向指數(shù)

1）、標(biāo)出圖①、圖②中晶面的晶面指數(shù)及圖③中所示晶向（AB,OC）的品向指數(shù)。

2）、標(biāo)HI圖①、圖②中晶面的晶面指數(shù)及圖③中所示晶向（AC,OB出勺晶向指數(shù)。

3）、畫出下列指數(shù)的晶向或晶面

(in)(iTo)<021)[iio][ool]

1001]

五、固態(tài)下互不溶解的三元共晶相圖『'J投影圖如圖所示。

1.說出圖中各點(diǎn)（M、N、P、E）室溫下B勺顯微組織。

M：B+(B+C)+(A+B+C)：N：(A+B)+(A+B+C)：

P：C+(A+B+C)；E：(A+B+C)。

2.求出E點(diǎn)合金室溫卜組織構(gòu)成物H勺相對量和相構(gòu)成物的相對量。

E點(diǎn)合金室溫卜組織構(gòu)成物的相對量（A+B+C）為100%

相構(gòu)成物II勺相對量為:

WA=Ea/AaX10()%

WB=Eb/BbX100%

Wc=Ec/CcX100%

bEi

E3?Pa

C

3.分析M點(diǎn)合金的結(jié)晶過程。

先從液相中結(jié)晶出B組元，當(dāng)液相成分為K時，發(fā)生二元共晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為(B+C),當(dāng)液相成分為E時，發(fā)生三元共晶

轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為(A+B+C)。室溫下的顯微組織為：B+(B+C)+(A+B+C)。

六、固態(tài)下互不溶解的三元共晶相圖的投影圖如圖所示。

C

I.確定出E點(diǎn)合金A、B、C三個組元I向化學(xué)成分。

2.計算E點(diǎn)合金組織構(gòu)成物的相對量

3.計算E點(diǎn)合金相構(gòu)成物的相對量

4.E點(diǎn)合金的化學(xué)成分與相構(gòu)成物相對量之間有什么關(guān)系？為何？

H

eaaC2

C

I、A、B、C三個組元的化學(xué)成分為：A=Ca%,B=Ab%,C=Bc%

2、E點(diǎn)合金組織構(gòu)成物的相對量為：W（A+B+C）=IOO%

3、E點(diǎn)合金相構(gòu)成物的相對量為：k二碧乂100%,%=第、100%,

A"nr

wc=^x\00%

4、E點(diǎn)合金H勺化學(xué)成分與相構(gòu)成物相對量是相等的，即：Ca=EH/AH.Ab=EF/BF,

Bc=ED/CD,由于三個組元在固態(tài)卜互不溶解，都已純金屬的形成存在，因此三個相（A、B、C）的相對量就應(yīng)當(dāng)?shù)扔谄涓髯訦勺化學(xué)

成分。

七、鑄造或軋制II勺作用是什么？為何鑄造或軋制的溫度選擇在高溫的奧氏體區(qū)？

鑄造或軋制的作用是：把材料加工成形，通過鑄造或軋制使鑄錠中的組織缺陷得到明顯的改善，如氣泡焊合，縮松壓實(shí)，使金屬

材料的致密度增長：粗大的柱狀晶變細(xì)；合金鋼中大塊狀碳化物初晶打碎并較均勻分布；使成分均勻，使材料的性能得到明顯的改善。

奧氏體穩(wěn)定存在是在高溫區(qū)，溫度升高材料的強(qiáng)度、硬度下降，塑性韌性升高，有助于變形：奧氏體為面心構(gòu)造，塑性比其他構(gòu)

造好，塑性好，有助于變形：奧氏體為單相組織，單相組織的強(qiáng)度低，塑性韌性好，有助于變形；變形為材料的假化過程，變形金屬

高溫下發(fā)生答復(fù)與再結(jié)晶，消除加工硬化，即為動態(tài)答復(fù)再結(jié)晶，適合大變形量H勺變形。

八、什么是柯肯達(dá)爾效應(yīng)？怎樣解釋柯肯達(dá)爾效應(yīng)？

由置換互溶原子因相對擴(kuò)散速度不一樣而引起標(biāo)識移動H勺不均衡擴(kuò)散現(xiàn)象稱為柯肯達(dá)爾效應(yīng)。

CuL

分析表明Ni向左側(cè)擴(kuò)散過來的原子數(shù)目不個于Cu向右側(cè)擴(kuò)散過來的原子數(shù)目，且Ni的原子半徑不小于Cu的原子半徑。過剩的Ni的

原子使左側(cè)的點(diǎn)陣膨脹，而右邊原子減少的地方將發(fā)生點(diǎn)陣收縮，其成果必然導(dǎo)致界面向右側(cè)漂移。

九、影響擴(kuò)散的原因有哪些？

①溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越大：

②晶體構(gòu)造：體心構(gòu)造的擴(kuò)散系數(shù)不小于面心構(gòu)造的擴(kuò)散系數(shù)：

③固溶體類型：間隙原子的擴(kuò)散速度不小于置換原子的擴(kuò)散速度；

④晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴(kuò)散速度越快；

⑤化學(xué)成分：有些元素可以加緊原子的擴(kuò)散速度，有些可以減慢擴(kuò)散速度。

十、寫出擴(kuò)散第一定律的數(shù)學(xué)體現(xiàn)式，說出各符號的意義。

擴(kuò)散第一定律體現(xiàn)式：J二—。華

ax

其中，J為擴(kuò)散流量：D為擴(kuò)散系數(shù)：華為濃度梯度。

ax

擴(kuò)散的驅(qū)動力為化學(xué)位梯度，阻力為擴(kuò)散激活能

十一、寫出擴(kuò)散系數(shù)IKJ數(shù)學(xué)體現(xiàn)式，說出各符號的意義及影響原因。

擴(kuò)散系數(shù)D可用下式表達(dá)：

D=D0exp(-2//?T)

式中，Do為擴(kuò)散常數(shù)，Q為擴(kuò)散激活能，R為氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。由式上.式可以看出，擴(kuò)散系數(shù)D與溫度呈指數(shù)關(guān)系，溫度

升高，擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。

十二、固態(tài)金屬擴(kuò)散的條件是什么？

①溫度要足夠高，溫度越高原子熱振動越劇烈原子被激活而進(jìn)行遷移的幾率越大；②時間要足夠長，只有通過相稱長的時間才能導(dǎo)致

物質(zhì)的宏觀遷移：③擴(kuò)散原子要固溶，擴(kuò)散原子可以溶入基體晶格形成固溶體才能進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散：④擴(kuò)散要有驅(qū)動力，沒有動力擴(kuò)散

無法進(jìn)行，擴(kuò)散的驅(qū)動力為化學(xué)位梯度。

十三、為何晶體的滑移一般在密排晶面并沿密排晶向進(jìn)行？

2^zz/

晶體滑移的實(shí)質(zhì)是位錯在滑移面上運(yùn)動成果，位錯運(yùn)動的點(diǎn)陣阻力為：r_=匚，位錯運(yùn)動的點(diǎn)陣阻

INpN—^-exp-7——

1v（1v）b

力越小，位錯運(yùn)動越輕易，從公式中可以看出，d值越大、b值越小，位錯運(yùn)動的點(diǎn)陣阻力越小。d為晶面間距，密排面的晶面間距

最大：上為柏氏矢量，密排方向的柏氏矢量最小。因此，晶體的滑移?般在密排晶面并沿密排晶向進(jìn)行。

十四、晶界具有哪些特性？

①晶界的能量較高，具有自發(fā)長大和使界面平直化，以減少品界總面積的趨勢：②原子在晶界上口勺擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點(diǎn)較低：

③相變時新相優(yōu)先在晶界出形核；④晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚：⑤晶界易F腐蝕和氧化：⑥常溫F晶界可以制止

位錯的運(yùn)動，提高材料H勺強(qiáng)度。

十五、簡述位錯與塑性、強(qiáng)度之間的關(guān)系。

位錯：晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯動的一種特殊構(gòu)造組態(tài)。

晶體塑性變形的方式有滑移和李晶，多數(shù)都以滑移方式進(jìn)行?；频谋举|(zhì)就是位錯在滑移面上的運(yùn)動，大量位錯滑移的成果導(dǎo)致

了晶體的宏觀塑性變形。

位錯滑移的成果導(dǎo)致了晶體的宏觀塑性變形，使材料發(fā)生屈服，位錯越輕易滑移，強(qiáng)度越低，因此增長位錯移動的阻力，可以提高材

料的強(qiáng)度。溶質(zhì)原子導(dǎo)致晶格畸變還可以與位錯互相作用形成柯氏氣團(tuán)，都增長位錯移動的摩擦阻力，使強(qiáng)度提高。晶界、相界可以

制止位錯的滑移，提高材料的強(qiáng)度。因此細(xì)化晶粒、第二相彌散分布可以提高強(qiáng)度。

十六、論述鋼H勺滲碳一般在奧氏體區(qū)（93C?950℃）進(jìn)行，并且時間較長的原因。

雖然碳原子在a-Fc比y-Fc中擴(kuò)散系數(shù)大（1分），但鋼的滲碳一般在奧氏體區(qū)進(jìn)行，由于可以獲得較大I內(nèi)滲層深度。由于：①根

據(jù)，O=Q0exp（一焉），溫度（T）超高，擴(kuò)散系數(shù)（D）越大，獷散速度越快，溫度越高原子熱振動越劇烈，原子被激活而進(jìn)

行遷移的幾率越大，擴(kuò)散速度越快；②溫度高，奧氏體的溶碳能力大，U48C時最大值可達(dá)2.11%,遠(yuǎn)比鐵素體（727C,0.0218階大，

③鋼表面碳濃度高，濃度梯度大，擴(kuò)散速度越快；④時間要足夠長，只有通過相稱長的時間才能導(dǎo)致碳原子的宏觀遷移；

十七、與滑移相比李晶有什么特點(diǎn)？

①攣晶是一部分晶體沿攣晶面對另?部分晶體做切變，切變時原子移動的距離不是攣晶方向原子間距的整數(shù)倍：②季晶面兩邊晶

體的位相不一樣，成鏡面對稱：③由于李晶變化了晶體的取向，因此攣經(jīng)晶拋光后仍能重現(xiàn)：④李晶處一種均勻的切變。

十八、影響再結(jié)晶的重要原因有哪些？

①再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時間一定期），再結(jié)晶后的晶粒越粗大；②冷變形量：一般冷變形量越大，完畢再結(jié)晶的

溫度越低，變形量到達(dá)一定程度后，完畢再結(jié)晶的溫度趨于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越細(xì)，再結(jié)晶晶粒也越細(xì)：④微量溶質(zhì)

與雜質(zhì)原子，一般均起細(xì)化晶粒的作用：⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有助于再結(jié)晶，彌散分布的細(xì)小的第二相粒子不利于再結(jié)

晶；⑥形變溫度，形變溫度越高，再結(jié)晶溫度越高，晶粒粗化；⑦加熱速度，加熱速度過快或過慢，都也許使再結(jié)晶溫度升高。

十九、論述間隙原子、置換原子、位錯、晶界對材料力學(xué)性能的影響。

間隙原子、置換原子與位錯互相作用形成柯氏氣團(tuán)，柯氏氣團(tuán)增長位錯移司的阻力；溶質(zhì)原子導(dǎo)致晶格畸變，增長位錯移動的摩

擦阻力，使強(qiáng)度提高，這就是固溶強(qiáng)化的機(jī)理。晶界越多，晶粒越細(xì)，根據(jù)霍爾一配奇關(guān)系式。s=Oo+Kd」，2晶粒的J平均直徑d越

小，材料的屈服強(qiáng)度。、越高。晶粒越細(xì)小，晶粒內(nèi)部和晶界附近的應(yīng)變度差越小變形越均勻，因應(yīng)力集中引起的開裂的機(jī)會也越

小，塑性越好。晶粒越細(xì)小，應(yīng)力集中越小，不易產(chǎn)生裂紋，晶界越多，易使裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生變化，裂紋不易傳播，因此韌性就

好。

位錯密度越高，則位錯運(yùn)動時越易發(fā)生互相交割，形成割階，導(dǎo)致位錯纏結(jié)等位錯運(yùn)動的障礙，給繼續(xù)塑性變形導(dǎo)致困難，從而提高

金屬的強(qiáng)度。根據(jù)公式Ao=abGpi，2,位錯密度（p）越大，強(qiáng)化效果越明顯。

二十、什么是再結(jié)晶溫度？影響再結(jié)晶溫度的原因有哪些？

再結(jié)晶溫度：通過嚴(yán)重冷變形（變形度在70%以上）的金屬，在約1小時的保溫時間內(nèi)可以完畢再結(jié)晶（＞95%轉(zhuǎn)變量）的溫度。再結(jié)

晶溫度并不走一種物理常數(shù)，這是由于再結(jié)晶前后的品格類型不變，化學(xué)成分不變，因此再結(jié)晶不是相變。

影響再結(jié)晶溫度的原因：純度越高越低：變形度越大越低：加熱速度越小丁抄越高。

二卜一、塑性變形后的金屬隨加熱溫度的升高會發(fā)生的某些變化：

顯微組織通過答復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大三個階段由破碎的或纖維組織轉(zhuǎn)變成等地晶粒，亞晶尺寸增大：儲存能減少，內(nèi)應(yīng)力松弛或被

消除；多種構(gòu)造缺陷減少：強(qiáng)度、硬度減少，現(xiàn)性、韌度提高：電阻下降，應(yīng)力腐蝕傾向明顯減小。

二十二、什么是晶面間距？計算低指數(shù)晶面的晶面間距。

晶間間距（d）：兩個平行晶闿之間的垂直距離。一股，低指數(shù)啊晶面間距較大，而高指數(shù)晶面間距較小。晶面間距越大，則該晶面

上原子排列越密集。

對于簡樸立方點(diǎn)陣dhki=a-(h24-k2+l2)-112

,?,