1、第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)決定材料性能的三個要素：化學(xué)成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組織狀態(tài)金屬：具有正電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。 金屬和非金屬的主要區(qū)別在于金屬具有正的電阻溫度系數(shù)和良好的導(dǎo)電能力。金屬鍵：處于集合狀態(tài)的金屬原子，全部或大部分使他們的價電子成為自由電子，在原子全體共有，這些個自由電子在所有的原子核周圍按照量子力學(xué)規(guī)則運動，對價格電子作出貢獻的原子成為正絡(luò)離子，浸入電子云，通過其間的公有自由電子的靜電作用進行結(jié)合，這種結(jié)合方式稱為金屬鍵。雙原子模型：在d0原子勢最低，即其穩(wěn)定位置。dc中原子間的結(jié)合力最大，與原子的理論極限拉伸強度相對應(yīng)。d0勢能曲線直流電排斥力吸引力d齊心協(xié)力斥力重力原子間最大結(jié)合力對

2、應(yīng)于理論極限拉伸強度.結(jié)晶：原子在三度空間上有規(guī)律地重復(fù)排列的物質(zhì)叫做結(jié)晶。 結(jié)晶特性： 1、各向異性現(xiàn)象2、具有一定的熔點?？臻g格子：為了清楚說明原子的三度空間排列的規(guī)定性，忽略構(gòu)成結(jié)晶的實際質(zhì)點，抽象為單純的幾何點，稱為陣列點或節(jié)點。 無論這些個的陣列點是原子或分子的中心，還是彼此相等的原子團或分子團的中心，各陣列點的周圍環(huán)境都是相同的。 創(chuàng)建許多平行直線，連接這些個的圖案點，形成稱為空間圖案的三維度空間信息幀。單位單元：從網(wǎng)格中選擇完全反映網(wǎng)格特性的最小幾何單元。光柵常數(shù)：將晶格的棱邊的長度稱為光柵常數(shù)，在x、y、z軸上分別用a、b、c表示。致密度：表示晶胞中原子排列的密合程度，可以用原

3、子所占的體積與晶胞體積之比k表示。三種典型的晶體結(jié)構(gòu)：體心立方晶格、面心立方晶格、密列六方晶格。體心立方晶格子：-Fe、Cr、w、v、Nb、Mo配位數(shù)8致密度0.68滑動系： 110*111訂正12個層疊順序ABAB面心立方晶格：-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag配位數(shù)12致密度0.74滑動系： 111*110的修正12個層疊順序ABCABC密列六方晶格： Zn、Mg、Be、Cd配位數(shù)12致密度0.74滑動系： 0001*1121層疊順序ABAB體心立方四面體片間隙面心立方四面體片間隙密列六方四面體片間隙晶體取向指數(shù)中包含的晶體取向指數(shù)：一、寫的陣列二，其中各結(jié)晶方向加負號，分三次加三，其中

4、各結(jié)晶方向加兩個負號，分三次加四、各晶體加上三個負號晶面族指數(shù)所含的結(jié)晶指數(shù)： (h k l中的一個為零的話，排列上分別加負的符號，有兩個零的話，只寫排列即可。 中所述)另一方面，寫出h k l的排列2，在其中的各晶面上加上負號，分三次相加多晶型性：當外部條件(溫度和壓力)變化時，金屬內(nèi)部從一種晶體結(jié)構(gòu)向另一種晶體結(jié)構(gòu)變化稱為多晶型性。柏氏向量：不僅是位錯的性質(zhì)，也可以表示晶格應(yīng)變總量的大小和方向的向量。結(jié)晶缺陷：存在于實際金屬材料中的原子的一部分規(guī)則地不完全排列的區(qū)域。 分類如下點缺陷空座間隙原子和取代原子肖脫化學(xué)基空位：脫離平衡位置的原子在結(jié)晶表面上露出時形成。弗蘭克爾空位：偏離平衡位置的

5、原子進入晶格間隙形成。線缺陷刃型變位：一種具有一定寬度的細長晶格應(yīng)變管路，其中既有正應(yīng)變也有切變。螺型位錯：一種具有一定寬度的細長晶格應(yīng)變管道，其中僅有剪切應(yīng)變，無正應(yīng)變。柏氏向量集中反映了位錯區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變總量的大小和方向位錯密度：每單位體積的金屬中包含的位錯線的全長。 =L/V只能在晶界上或結(jié)晶表面上停止位錯線面缺陷晶體表面表面能：因晶格應(yīng)變而每單位面積上升的高能稱為比表面能，簡稱為表面能。影響因素： 1、外部介質(zhì)性質(zhì)2、裸晶面原子密度3 .晶體表面的曲率粒界小角度晶界(10)對稱傾斜側(cè)晶界：精細結(jié)構(gòu)為刃型錯位扭轉(zhuǎn)晶界：精細結(jié)構(gòu)是螺型位錯。大角度晶界(10)晶界：晶體結(jié)構(gòu)相同，但位于不同晶粒

6、間的界面亞晶界：指尺寸小于晶粒的所有微細組織之間的界面。堆垛層錯：因晶面層疊順序發(fā)生局部錯誤而產(chǎn)生的晶體缺陷。產(chǎn)生每單位面積的堆垛層錯所需的能量成為層錯能。相界：具有不同晶體結(jié)構(gòu)的兩相之間的界面。分為：共格相界、非共格相界、半共格相界其中共格相界界面能最低，但其應(yīng)變能最高。位錯：晶體中的1列或多列原子規(guī)則排列的現(xiàn)象，其特征是兩個方向的尺寸小，另一個方向的尺寸大。晶界特性： 1，具有晶界能量2，內(nèi)部吸附和反內(nèi)部吸附現(xiàn)象3，熔點低，容易腐蝕和氧化4 .晶界缺陷多，原子擴散速度快，新相優(yōu)先在晶界形成核。第二章純金屬的結(jié)晶結(jié)晶中的宏命令現(xiàn)象： 1，發(fā)生一定的過冷度2，有結(jié)晶潛熱的釋放。相變潛熱：1mo

7、l物質(zhì)從一相變?yōu)榱硪幌鄷r，伴隨著放出或吸收的熱。構(gòu)造起伏：(相起伏)液態(tài)金屬中存在不斷變化的微小鄰近有序原子集團，稱為構(gòu)造起伏。能量起伏：液相中各微觀區(qū)域的能量暫時偏離平衡能量的現(xiàn)象。過冷液相中的相起伏和能量起伏是形核的基礎(chǔ)。相起伏滿足晶核大小超過一定閾值的要求，能量起伏滿足新的相對形核功的要求。均一核：液相各區(qū)域出現(xiàn)新核的概率是相同的成核方式。形核功：半徑為臨界結(jié)晶核半徑的結(jié)晶胚為了繼續(xù)成長成為穩(wěn)定結(jié)晶核所需的最小功。成核率：每單位時間在每單位體積液相中形成的核的數(shù)量。過冷度：將金屬的實際結(jié)晶溫度Tn與理論結(jié)晶溫度Tm之差稱為過冷度。臨界過冷度：在某過冷度下，液態(tài)金屬中存在的最大結(jié)晶胚尺寸r

8、max與該過冷度下的臨界核半徑rk相等時，結(jié)晶核能夠穩(wěn)定存在，此時的過冷度稱為臨界過冷度。動態(tài)過冷度：液固界面向液體中推移時所需的過冷度。臨界結(jié)晶核半徑：結(jié)晶胚恰當自發(fā)成長成為穩(wěn)定的結(jié)晶核時的半徑稱為臨界結(jié)晶核半徑。影響成核率的兩個因素： 1、過冷度、過冷度增大臨界核半徑和成核功能都降低2、原子擴散能力.1tn型N1N2t羅伯特瑞克rmax系列臨界過蒸發(fā)制冷度的由來意義：無論是最大尺寸的晶胚還是小尺寸的晶胚，都能夠達到或超過rk晶體而順利地進行成核率根據(jù)過蒸發(fā)制冷度而變化在實際生產(chǎn)過程中，核形成率達到最大值之前金屬全部凝固，沒有發(fā)現(xiàn)曲線下降的部分。在0到180之間變化時的gk比GK小得多，表明

9、不均勻核需要較小的過冷度。l影響不均勻核的因素： 1、過冷度2、固體雜質(zhì)結(jié)構(gòu)3、固體雜質(zhì)形態(tài)4、過熱度的影響非自發(fā)形核的核的形狀和體積由臨界核半徑r*和浸潤角決定。晶格匹配原理：相互接觸的兩個晶面結(jié)構(gòu)越接近，它們之間的表面能越小。杰克遜因子：用于判斷結(jié)晶時固液界面的種類。1、光滑界面(法定徑套界面) 5； 2、粗糙界面(非法定徑套界面)2； 3 .混合動力接口結(jié)晶二次元生長機理螺型位錯生長機制垂直生長反應(yīng)歷程適用于金屬化合物、亞金屬及非金屬具有光滑界面的光滑界面晶體缺陷在光滑的界面生長中起著重要的作用。晶體缺陷在粗界面生長過程中不明顯作用，生長速度最快。生長反應(yīng)歷程樹枝狀生長是具有粗糙界面物質(zhì)

10、最常見的生長方式。如果固相原子占界面近50%的位置，則這樣的界面成為粗的界面，界面的近0%或近100%的位置成為結(jié)晶體原子所占，這種界面稱為光滑界面。晶體生長是平面生長方式還是枝狀晶方式取決于界面前端的溫度梯度和固夜界面的微觀結(jié)構(gòu)。生長速度：每單位時間的結(jié)晶核生長的線速度稱為生長速度，用g表示。 單位是厘米/秒晶粒大小的影響因素：晶粒的大小取決于成核率和生長速度的相對大小。 比/g越大，晶粒越細?？刂畦T造時晶粒大小的方法： 1、過冷度2、變質(zhì)處理3、控制振動、攪拌。變質(zhì)處理：在澆注液狀金屬中加入成核劑，促進大量不均勻核使晶粒微細化的方法。柱狀晶區(qū)的特點：組織致密，有各向異性現(xiàn)象，缺點是存在脆弱

11、的界面。等軸晶體區(qū)特征：不存在明顯脆弱界面，無各向異性現(xiàn)象，裂紋不易擴展。 枝晶發(fā)達，組織不致密，顯微收縮孔多。鑄塊組織的控制： 1、鑄塊模具的蒸發(fā)制冷能力2、澆注溫度和速度3、熔化溫度鑄塊缺陷：一、收縮孔：集中收縮孔和分散收縮孔； 二、氣孔：氫、氮、氧； 三、夾雜物：外來夾雜和內(nèi)生夾雜。 四、偏析。第三章二元合金的相結(jié)構(gòu)和結(jié)晶組元：構(gòu)成合金的最基本、獨立的物質(zhì)稱為組元合金系：由給定構(gòu)成要素以不同比例調(diào)制的一系列成分不同的合金。相：合金中結(jié)構(gòu)相同，成分和性能均勻，界面上相互分離的構(gòu)成部分。 分為固態(tài)溶液和中間相。影響相結(jié)構(gòu)的因子： 1、負因子2、原子尺寸因子3、電子濃度因子組織：用肉眼或各種放

12、大率的放大工具觀察的金屬材料內(nèi)部的微觀形態(tài)。 分為宏觀組織、金相組織、電子金相組織。 相是構(gòu)成組織的基本構(gòu)成要素。 組織表示相的大小、分布、數(shù)量。規(guī)則固態(tài)溶液：也稱為超點陣，溶質(zhì)原子以適當?shù)谋壤凑找欢ǖ捻樞蚝鸵欢ǖ姆较虬鼑軇┰臃植?，形成?guī)則固態(tài)溶液。取代固態(tài)溶液：指溶解質(zhì)原子位于溶劑晶格節(jié)點位置的固態(tài)溶液。縫隙固態(tài)溶液：溶劑原子之間的幾個縫隙中填充溶質(zhì)原子而形成的固態(tài)溶液。晶格應(yīng)變：由于異種原子的溶解和塑性形變等，晶格中的原子偏離其正常平衡位置的現(xiàn)象。影響固溶度的因子： 1、原子大小因子2、負因子3、電子濃度因子4、晶體結(jié)構(gòu)因子5、溫度因子僅在r溶質(zhì)/r溶劑為0.59的情況下，有可能形成

13、間隙固態(tài)溶液。像金屬間化合物一樣，高熔點、高硬度、脆性大。 分類： 1、正常價化合物2、電子化合物3、間隙化合物。正常價的化合物：具有嚴格的化合比，可以使用化學(xué)式，成分一定。電子化合物形成具有C=21/14體心立方結(jié)構(gòu)相C=21/13形成具有復(fù)雜立方晶體的相C=21/12形成具有密列且具有六方的相間隙相和間隙化合物間隙相： rx/rm 0.59時形成的具有簡單結(jié)構(gòu)的化合物具有極高的熔點具有硬度、金屬光澤是硬質(zhì)合金的重要組成相。間隙化合物： rx/rm 0.59時形成的具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的化合物。 滲碳體就是這樣的，硬度比間隙相稍低，是碳鋼和合金鋼材中的重要組成相。合金滲碳體： Fe3C中的鐵元素

14、原子被其他金屬原子(例如Cr、Mn、Mo、w )置換，能夠形成以間隙化合物為化學(xué)基的固態(tài)溶液。測定相圖限制點的方法：熱分析法、金相法、膨脹法、磁法、電阻法、x射線衍射分析法。均一結(jié)晶轉(zhuǎn)變：合金結(jié)晶時，均從液相結(jié)晶中發(fā)出單相固態(tài)溶液的結(jié)晶過程稱為均一結(jié)晶轉(zhuǎn)變。成分起伏：從微觀角度來看，原子運動的結(jié)果是每一瞬間，液相中總有的微小體積可能偏離液相的平均成分，這些個的微小體積的成分、大小、位置不斷變化，稱為成分起伏。固態(tài)溶液晶體與純金屬晶體的不同點： 1、對于固態(tài)溶液晶體，除了相起伏和能量起伏外，還需要成分起伏。2 .異分晶體3、固態(tài)溶液合金的晶體在一定的溫度范圍內(nèi)進行。成分過冷：在固液界面前方一定范

15、圍內(nèi)的液相中，其實際溫度低于其平衡結(jié)晶溫度，界面前方出現(xiàn)過冷區(qū)域，平衡結(jié)晶溫度與實際溫度之差為過冷度。 因為該過冷度是液相中的成分變化引起的，所以稱為成分過冷。 出現(xiàn)成分過冷的界限條件是實際的溫度梯度正好與界面處的平衡結(jié)晶溫度曲線相接。t型r成分過蒸發(fā)制冷區(qū)域固液界面平衡結(jié)晶溫度曲線對于一定的合金系，m、d、K0都是常數(shù)，通常在生產(chǎn)中用控制過冷度的方法來控制成分過冷區(qū)域的大小。邊際溫度梯度實際溫度梯度共晶轉(zhuǎn)變：在一定溫度下，某種成分的液相在云同步中結(jié)晶出有成分的兩個固相的轉(zhuǎn)變過程。去溶解：也稱為二次結(jié)晶，是過飽和固態(tài)溶液中另一結(jié)晶結(jié)構(gòu)析出與母相不同的新相的過程。二次結(jié)晶析出的相稱為二次相或二次

16、相，二次相優(yōu)先從晶界析出，接著從晶內(nèi)缺陷部位析出。共析轉(zhuǎn)變：某成分的固相在某溫度下分解成其他兩個固定成分的固相的轉(zhuǎn)變過程。準共晶：不平衡結(jié)晶條件下，由非共晶成分合金得到的共晶組織。偽共晶區(qū)的形狀有兩種，取決于共晶中兩相單獨生長時的生長速度和過冷度的關(guān)系。 如果隨著過冷度的增大，其中一相生長的速度降低得快，共晶區(qū)就會變形偏向該相的一邊。 通常，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有光滑界面的非金屬，隨著過冷度的增高，生長速度快速降低。金屬-金屬型共晶特有金屬-非金屬型共晶特有離婚共晶：當初共晶相數(shù)量多、共晶相數(shù)量少時，與共晶相相同的相依賴于初共晶相生長，其馀相單獨存在于晶界中，使共晶組織特征消失. 這種兩相分離的共

17、晶稱為離婚共晶。枝狀晶偏析：固態(tài)溶液結(jié)晶通常呈樹枝狀，不平衡結(jié)晶導(dǎo)致枝與枝之間化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象影響晶內(nèi)偏析的因素有： 1、分配系數(shù)K0 2、溶質(zhì)原子的擴散能力3、蒸發(fā)制冷速度。消除晶內(nèi)偏析的方法：采用擴散退火或均勻化退火的方法(將鑄造件加熱到比固相生產(chǎn)線低100-200，長時間保溫)區(qū)域偏析：分為正偏析、反偏析、比重偏析。比重偏析的影響因素： 1、合金構(gòu)成要素的密度差2、相圖結(jié)晶的成分間隔和溫度間隔。防止措施： 1、加大蒸發(fā)制冷速度2，加入第三元素體3，熱對流和攪拌反偏析形成的原因：原本在鑄造件中心溶質(zhì)元素體豐富的液體，由于鑄造件凝固時產(chǎn)生的收縮，在枝狀晶之間產(chǎn)生空隙(負壓)，加上溫度降低，使液體中的氣體析出，形成壓力，將鑄造件中心溶質(zhì)濃度高的