1、冶金和熱處理概述首先，金屬的晶體結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容：面心立方和體心立方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、密度、原子半徑、八面體和四面體間隙數(shù)；晶體取向指數(shù)和晶面指數(shù)的校準(zhǔn)；柏柏爾矢量和晶界特征?；緝?nèi)容：密排六方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、密度、原子半徑、密排表面原子的堆積順序、晶胞概念、晶格和金屬鍵。晶體和晶體中空間晶格的特征。點(diǎn)陣類型單元中的原子數(shù)量原子半徑配位數(shù)密度體心立方2868%面心立方41274%緊密排列的六角形61274%點(diǎn)陣類型fcc(A1)bcc(A2)hcp(A3)間隙類型正四面體規(guī)則八面體四面體平面八面體四面體規(guī)則八面體間隙數(shù)84126126原子半徑ra間隙半徑rB晶胞：選擇晶格中能充分反映晶格

2、特征的最小幾何單位，并用它來分析原子排列的規(guī)律性。這個(gè)最小的幾何單位被稱為單元。金屬鍵：外層失去價(jià)電子的正離子與在它們之間擴(kuò)散的自由電子的靜電作用相結(jié)合，稱為金屬鍵。位錯(cuò)：一種特殊的結(jié)構(gòu)形態(tài)，其中晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)有規(guī)律地發(fā)生錯(cuò)位。位錯(cuò)的伯努利矢量的一些特征；(1)位錯(cuò)的類型可以通過位錯(cuò)的伯努利矢量來判斷；(2)伯努利矢量守恒，即伯努利矢量與回路的起點(diǎn)和路徑無關(guān)；位錯(cuò)的伯努利矢量部分都是相同的。邊緣位錯(cuò)的伯努利矢量垂直于位錯(cuò)線；螺旋平行度；混合類型可以是任意角度。晶界的一些特征：(1)晶界能高，有自發(fā)生長和界面變平的趨勢，使晶界總面積減??；晶界上原子的擴(kuò)散速度高于晶粒內(nèi)，熔點(diǎn)較低；相

3、變過程中，新相優(yōu)先在晶界成核；雜質(zhì)或溶質(zhì)原子容易在晶界富集或偏析；晶界易腐蝕和氧化；晶界能阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高材料常溫強(qiáng)度。第二，純金屬的結(jié)晶主要內(nèi)容：均勻成核過程中過冷度與臨界核半徑和臨界成核功的關(guān)系；晶粒細(xì)化方法，鑄錠三晶區(qū)的形成機(jī)理?；緝?nèi)容：結(jié)晶過程、阻力、功率、過冷和改性的概念。鑄錠缺陷；結(jié)晶的熱力學(xué)和結(jié)構(gòu)條件，非均相成核的臨界成核半徑和臨界成核功。相位起伏：在液態(tài)金屬中，原子群在短距離內(nèi)有規(guī)律地排列，它們不斷地聚集和分散、起伏和變化。過冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。變質(zhì)：在鑄造前向液態(tài)金屬中加入成核劑的一種方法，以促進(jìn)大量不均勻晶核的形成，從而細(xì)化晶粒。過冷度與液態(tài)

4、金屬結(jié)晶的關(guān)系：液態(tài)金屬結(jié)晶的過程是成核和晶核生長的過程。從熱力學(xué)角度看，沒有過冷結(jié)晶就沒有驅(qū)動(dòng)力?？梢钥闯?，當(dāng)過冷度為零時(shí)，臨界核半徑Rk為無窮大，臨界成核功()為無窮大。當(dāng)臨界成核半徑Rk和臨界成核功為無窮大時(shí)，成核是不可能的，因此液態(tài)金屬不能結(jié)晶。晶體也需要過冷，所以液態(tài)金屬結(jié)晶需要過冷。晶粒細(xì)化方法：增加過冷度、變質(zhì)、振動(dòng)和攪拌。鑄錠三個(gè)晶區(qū)的形成機(jī)理：表面細(xì)晶區(qū)：當(dāng)高溫液體注入模具時(shí)，結(jié)晶從模具壁開始，模具壁附近的液體極度過冷。此外，模具壁可用作異質(zhì)成核的基礎(chǔ)，因此大量晶核立即在該薄層中形成并同時(shí)向所有方向生長，形成表面精細(xì)晶體區(qū)域。柱狀晶區(qū)：當(dāng)表面細(xì)晶區(qū)形成時(shí)，模具溫度迅速上升，液

5、態(tài)金屬冷卻速度變慢，結(jié)晶前沿過冷度很小，不會(huì)產(chǎn)生新的晶核。在垂直于模具壁的方向上散熱最快，因此晶體在相反的方向上生長成柱狀晶體。中心等軸晶區(qū)：隨著柱狀晶的生長，中心部分液體的實(shí)際溫度分布區(qū)域平緩。由于溶質(zhì)原子的重新分布，固液界面前端出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)過冷，結(jié)構(gòu)過冷區(qū)的擴(kuò)展促進(jìn)了新晶核的形成和生長，形成等軸晶。由于液體的流動(dòng)，表面層中的一部分細(xì)小晶體被卷入液體中，或者柱狀晶體的枝晶被沖走并作為非自生核的種子進(jìn)入前部液體。二元合金的相結(jié)構(gòu)和結(jié)晶主要內(nèi)容：杠桿定律、相位定律及其應(yīng)用?；緝?nèi)容：室溫下不同成分合金的相、共晶、包晶相圖和顯微組織的結(jié)晶過程。合金，成分過冷；非平衡結(jié)晶和枝晶偏析的基本概念。相位定律

6、：f=cP1，其中f為自由度，c為元件數(shù)，p為相位數(shù)。偽共晶：在非平衡結(jié)晶條件下，成分接近共晶點(diǎn)的亞共晶或過共晶合金也可能獲得所有共晶組織，稱為偽共晶。合金：兩種或多種金屬，或金屬和非金屬，通過熔化、燒結(jié)或其他方法結(jié)合而成。合金相：在合金中，通過組成元素(成分)的原子之間的相互作用，具有相同晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并被清晰界面分開的成分稱為合金相。四.鐵碳合金主要內(nèi)容：室溫下鐵碳合金的結(jié)晶過程及平衡結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)組成和相組成的計(jì)算。基本內(nèi)容：鐵素體與奧氏體、次生滲碳體與共析滲碳體的異同，三種恒溫轉(zhuǎn)變。鋼中碳含量對(duì)平衡組織和性能的影響：二次滲碳體、三次滲碳體和共晶滲碳體相對(duì)量的計(jì)算；五種滲碳體的來源和形式。奧

7、氏體和鐵素體的異同；相似性：它們都是由鐵和碳形成的間隙固溶體；強(qiáng)度和硬度低，塑性和韌性高。區(qū)別：鐵素體為體心型組織，奧氏體為面心型組織；鐵素體的最高碳含量為0.0218%，奧氏體的最高碳含量為2.11%。鐵素體通過奧氏體的直接轉(zhuǎn)變或奧氏體的共析轉(zhuǎn)變獲得，奧氏體通過包晶或液相直接沉淀。有不同的溫度范圍。二次滲碳體和共析滲碳體的異同。相似性：它們都是成分、結(jié)構(gòu)和性能相同的滲碳體。不同點(diǎn)：二次滲碳體從奧氏體中析出，共析滲碳體通過共析轉(zhuǎn)變獲得；不同形狀的次生滲碳體呈網(wǎng)狀，共析滲碳體呈片狀。對(duì)性能的影響是不同的，片狀強(qiáng)化基體提高強(qiáng)度，而網(wǎng)狀強(qiáng)化基體降低強(qiáng)度。成分、顯微組織和機(jī)械性能之間的關(guān)系：如亞共析鋼

8、。室溫下亞共析鋼的平衡組織為氟磷，氟強(qiáng)度低，塑性和韌性好。與氟相比，磷具有較高的強(qiáng)度和硬度，但塑性和韌性較差。隨著含碳量的增加，含氟量減少，含磷量增加(組織成分的相對(duì)量可用杠桿定律計(jì)算)。因此，對(duì)于亞共析鋼，隨著碳含量的增加，強(qiáng)度和硬度增加，而塑性和韌性降低三元合金相圖主要內(nèi)容：結(jié)晶過程和室溫基本內(nèi)容：固溶強(qiáng)化機(jī)理和強(qiáng)化規(guī)律，第二階段強(qiáng)化機(jī)理?；魻柵淦骊P(guān)系：單晶的塑性變形方式和滑移性質(zhì)。塑性變形模式主要是滑移和孿晶。滑移：晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著某一晶面和方向滑動(dòng)?；频谋举|(zhì)是位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。體心型結(jié)構(gòu)的滑移系數(shù)為12，滑移面為110，方向?yàn)?11。面心型結(jié)構(gòu)的滑移系數(shù)為12，滑移面為111

9、，方向?yàn)?10。金屬塑性變形后的微觀結(jié)構(gòu)和性能：微觀結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)纖維狀結(jié)構(gòu)，雜質(zhì)沿變形方向拉長成細(xì)條或被壓碎成鏈狀，光學(xué)顯微鏡無法區(qū)分晶粒和雜質(zhì)。子結(jié)構(gòu)被細(xì)化，出現(xiàn)變形紋理。性能：材料的強(qiáng)度和硬度增加，而塑性和韌性下降；隨著電阻率的增加，電導(dǎo)率和電阻溫度系數(shù)降低，抗腐蝕能力下降。七、金屬和合金的回收和再結(jié)晶主要內(nèi)容：金屬熱加工的作用；變形金屬受熱時(shí)微觀結(jié)構(gòu)、性能和儲(chǔ)存能量的變化?；緝?nèi)容：恢復(fù)和再結(jié)合的概念，以及變形金屬加熱時(shí)儲(chǔ)存能量的變化。重結(jié)晶后的晶粒尺寸；影響再結(jié)晶的主要因素：性能變化規(guī)律。變形金屬受熱后組織和性能的變化：隨著溫度的升高，金屬的硬度和強(qiáng)度降低，而塑性和韌性增加。電阻率降低，

10、密度增加。提高了金屬的耐腐蝕性，降低了內(nèi)應(yīng)力。再結(jié)晶：冷變形金屬加熱到一定溫度后，新的未變形晶粒在原始變形組織中再生，性能發(fā)生明顯變化，并恢復(fù)到完全軟化狀態(tài)。這個(gè)過程叫做重結(jié)晶。熱加工的主要功能(或目的)是：將鋼加工成各種形狀，如棒材、板材和線材；能明顯改善鑄錠中的氣泡焊接、收縮和壓實(shí)等結(jié)構(gòu)缺陷，增加金屬材料的密度；(3)粗大柱狀晶變薄，合金鋼中大塊碳化物的初生晶體破碎且分布均勻；減少或消除成分偏析，甚至化學(xué)成分。材料的性能明顯提高。影響再結(jié)晶的主要因素有：再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高(保溫時(shí)間不變時(shí))，再結(jié)晶后晶粒越粗；冷變形：一般來說，冷變形越大，再結(jié)晶溫度越低，當(dāng)變形達(dá)到一定程度時(shí)，再結(jié)

11、晶溫度趨于恒定；原始晶粒尺寸：原始晶粒越細(xì)，再結(jié)晶晶粒越細(xì)；微量溶質(zhì)和雜質(zhì)原子一般起到晶粒細(xì)化的作用；第二相粒子，粗第二相粒子有利于再結(jié)晶，而分散的細(xì)第二相粒子不利于再結(jié)晶；變形溫度，變形溫度越高，再結(jié)晶溫度越高，晶粒越粗；加熱速度過快或過慢，都可能提高重結(jié)晶溫度。隨著加熱溫度的升高，金屬塑性變形后的一些變化；經(jīng)過回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個(gè)階段，顯微組織由斷裂或纖維狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶，亞晶粒尺寸增大。儲(chǔ)存能量減少，內(nèi)部應(yīng)力減輕或消除；減少各種結(jié)構(gòu)缺陷；強(qiáng)度和硬度降低，塑性和韌性提高。電阻降低，應(yīng)力腐蝕傾向顯著降低。八.傳播主要內(nèi)容：影響擴(kuò)散的因素；擴(kuò)散第一定律的表達(dá)式。擴(kuò)散活化能和擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力。

12、科-肯德爾效應(yīng)，擴(kuò)散第二定律的表達(dá)?？?肯德爾效應(yīng)：由取代原子和互溶原子的不同相對(duì)擴(kuò)散速度引起的標(biāo)簽運(yùn)動(dòng)的不平衡擴(kuò)散現(xiàn)象稱為柯-肯德爾效應(yīng)。影響擴(kuò)散的因素：溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越快；晶體結(jié)構(gòu)：第一擴(kuò)散定律的表述：第一擴(kuò)散定律的表述；其中j是擴(kuò)散流；d是擴(kuò)散系數(shù)；是濃度梯度。擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是化學(xué)勢梯度，阻力是擴(kuò)散活化能九.鋼的熱處理原理主要內(nèi)容：相變材料(磷、硼、鉬)冷卻過程中熱處理的特點(diǎn)、性能特點(diǎn)和概念?；緝?nèi)容：等溫連續(xù)碳曲線。奧氏體化的四個(gè)過程；碳鋼回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能特征。熱處理：一種熱加工工藝，其中鋼以固態(tài)加熱到預(yù)定溫度，在此溫度下保持一段時(shí)間，然后以一定速度冷卻，以獲得所需的微觀結(jié)構(gòu)

13、和性能。相變產(chǎn)物(磷、硼、鉬)的特性和性能特征：片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性和韌性越好；在粒狀磷中，F(xiàn)e3C顆粒越細(xì)，其分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高。第二相的數(shù)量越多，對(duì)塑性的危害越大。與粒狀相比，片狀具有較高的強(qiáng)度、較低的塑性和韌性。上貝氏體呈羽狀，具有位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，韌性差。下貝氏體為黑色針狀或竹葉狀，具有位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)密度高于上貝氏體，綜合力學(xué)性能良好；低碳馬氏體為板條，其亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，具有良好的綜合力學(xué)性能。高碳馬氏體為片狀，具有孿晶亞結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度和硬度高，塑性和韌性差。等溫連續(xù)碳曲線。X.鋼的熱處理工藝主要內(nèi)容：退火和正火的目的和過程；淬火和回火的目的和過程?；緝?nèi)容：淬透性、硬化能力、熱

14、應(yīng)力、顯微組織應(yīng)力、回火脆性、回火穩(wěn)定性和過冷奧氏體的概念。淬火加熱缺陷及其預(yù)防措施。熱應(yīng)力：當(dāng)工件被加熱(或冷卻)時(shí)，由于不同零件的溫差導(dǎo)致熱膨脹(或冷收縮)不一致而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。組織應(yīng)力：由工件不同部位的不同結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變引起的內(nèi)應(yīng)力。淬透性：這是鋼在淬火過程中獲得馬氏體能力的一個(gè)特征。淬透性：指淬火馬氏體可以獲得的硬度?；鼗鸱€(wěn)定性：淬火鋼在回火過程中抵抗軟化過程的能力?；鼗鸫嘈裕寒?dāng)鋼在一定溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，其沖擊韌性顯著降低，這稱為鋼的回火脆性。過冷奧氏體：在臨界溫度以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體稱為過冷奧氏體。退火的目的是使鋼的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)均勻化；提煉谷物；調(diào)整硬度以改善鋼的成形和

15、切削性能；消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化；為淬火做好組織準(zhǔn)備。正火的目的是改善鋼的可加工性；細(xì)化晶粒，消除熱加工缺陷；消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火；提高普通結(jié)構(gòu)件的機(jī)械性能。XI。工業(yè)用鋼主要內(nèi)容：材料強(qiáng)化方法；鋼的分類和編號(hào)?；緝?nèi)容：鋼中常見合金元素的主要作用。材料的增韌方法、鋼的化學(xué)成分、熱處理工藝、金相組織與力學(xué)性能的關(guān)系。合金鋼：一種基于鐵的合金，它有意地在碳鋼中添加一種或多種合金元素，以提高其使用性能和技術(shù)性能，這種合金被稱為合金鋼。金相和熱處理的練習(xí)和參考方案1.討論了四種加固方法的加固機(jī)理、規(guī)律和方法。1.變形強(qiáng)化變形強(qiáng)化：隨著變形程度的增加，材料的強(qiáng)度和硬度增加，而塑性和韌性

16、下降，這稱為變形強(qiáng)化或加工硬化。機(jī)制：隨著塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)密度不斷增加，因此位錯(cuò)的相互傳遞加劇，導(dǎo)致固定的切割步驟、位錯(cuò)纏結(jié)等障礙，從而增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，增加了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的速度方法：冷變形(擠壓、軋制、拋丸等)。)。變形強(qiáng)化的現(xiàn)實(shí)意義(優(yōu)缺點(diǎn)):變形強(qiáng)化是強(qiáng)化金屬的有效方法。對(duì)于一些不能通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化的材料，變形強(qiáng)化可以用來提高材料的強(qiáng)度，從而使強(qiáng)度呈指數(shù)增長；在某些工件或半成品的加工和成形中，它是一個(gè)重要的因素，它使金屬均勻變形，使工件或半成品的成形成為可能，如冷拉鋼絲和零件的沖壓成形；變形強(qiáng)化還可以提高使用中零件或部件的安全性。當(dāng)某些零件出現(xiàn)應(yīng)力集中或過載時(shí)，會(huì)發(fā)生塑性變形，過載零件的變形會(huì)因加工硬化而停止，從而提高安全性。另一方面，變形強(qiáng)化也給材料的生產(chǎn)和使用帶來麻煩。變形增加了強(qiáng)度并降低了塑性，這使得難以繼續(xù)變形。中間需要再結(jié)晶退火，這增加了生產(chǎn)成本。2.固溶體強(qiáng)化隨著溶質(zhì)原子含量的增加，固溶體的強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性降低，這稱為固