材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)

1、金屬學(xué)與熱處理總結(jié)一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)重點(diǎn)內(nèi)容： 面心立方、體心立方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、致密度、原子半徑，八面體、四面體間隙個(gè)數(shù)；晶向指數(shù)、晶面指數(shù)的 標(biāo)定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性?；緝?nèi)容：密排六方金屬晶體結(jié)構(gòu)的配位數(shù)、致密度、原子半徑，密排面上原子的堆垛順序、晶胞、晶格、金屬鍵的概念。晶體的特征、晶體中的空間點(diǎn)陣。晶胞：在晶格中選取一個(gè)能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元,用來(lái)分析原子排列的規(guī)律性，這個(gè)最小的幾何單元稱(chēng)為晶胞。晶格類(lèi)型fcc(A1)bcc(A2)hc p(A3)間隙類(lèi)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(gè)數(shù)84126126原子半徑rA卒a4間隙半徑rB

2、崗.2 0-2、5 .3-4.2 靄6 2 4.,21；"4-T金屬鍵：失去外層價(jià)電子的正離子與彌漫其間的自由電子的靜電作用而結(jié)合起來(lái)，這種結(jié)合方式稱(chēng)為金屬鍵。位錯(cuò)：晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯(cuò)動(dòng)的一種特殊結(jié)構(gòu)組態(tài)。位錯(cuò)的柏氏矢量具有的一些特性:用位錯(cuò)的柏氏矢量可以判斷位錯(cuò)的類(lèi)型；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(wú)關(guān)；位錯(cuò)的柏氏矢量個(gè) 部分均相同。刃型位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。晶界具有的一些特性:晶界的能量較高，具有自發(fā)長(zhǎng)大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢(shì)；原子在晶界上的擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點(diǎn)較低; 相變時(shí)新相優(yōu)先在晶界

3、出形核；晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；晶界易于腐蝕和氧化；常溫下晶界可以阻止 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度。二、純金屬的結(jié)晶重點(diǎn)內(nèi)容：均勻形核時(shí)過(guò)冷度與臨界晶核半徑、臨界形核功之間的關(guān)系；細(xì)化晶粒的方法，鑄錠三晶區(qū)的形成機(jī)制?；緝?nèi)容：結(jié)晶過(guò)程、阻力、動(dòng)力，過(guò)冷度、變質(zhì)處理的概念。鑄錠的缺陷；結(jié)晶的熱力學(xué)條件和結(jié)構(gòu)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(shí)聚時(shí)散，起伏不定，不斷變化著的近程規(guī)則排列的原子集團(tuán)。過(guò)冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差稱(chēng)為過(guò)冷度。變質(zhì)處理：在澆鑄前往液態(tài)金屬中加入形核劑，促使形成大量的非均勻晶核，以細(xì)化晶粒的方法。過(guò)冷度與液態(tài)金屬

4、結(jié)晶的關(guān)系：液態(tài)金屬結(jié)晶的過(guò)程是形核與晶核的長(zhǎng)大過(guò)程。從熱力學(xué)的角度上看，沒(méi)有過(guò)冷度結(jié)晶就沒(méi)有趨動(dòng)力。根據(jù)RkT可知當(dāng)過(guò)冷度T為零時(shí)臨界晶核半徑 Rk為無(wú)窮大，臨界形核功（ GT 2 ）也為無(wú)窮大。臨界晶核半徑Rk與臨界形核功為無(wú)窮大時(shí)，無(wú)法形核，所以液態(tài)金屬不能結(jié)晶。晶體的長(zhǎng)大也需要過(guò)冷度，所以液態(tài)金屬結(jié)晶需要過(guò)冷度。細(xì)化晶粒的方法：增加過(guò)冷度、變質(zhì)處理、振動(dòng)與攪拌。鑄錠三個(gè)晶區(qū)的形成機(jī)理：表面細(xì)晶區(qū)：當(dāng)高溫液體倒入鑄模后，結(jié)晶先從模壁開(kāi)始，靠近模壁一層的液體產(chǎn)生極大的過(guò)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，并同時(shí)向各個(gè)方向生長(zhǎng)，形成表面細(xì)晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：

5、在 表面細(xì)晶區(qū)形成的同時(shí)，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(guò)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(zhǎng)成柱狀晶。中心等軸晶區(qū)：隨著柱狀晶的生長(zhǎng)，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 子的重新分配，在固液界面前沿出現(xiàn)成分過(guò)冷，成分過(guò)冷區(qū)的擴(kuò)大，促使新的晶核形成長(zhǎng)大形成等軸晶。由于液體的流動(dòng)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自發(fā)生核的籽晶。三、二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶重點(diǎn)內(nèi)容：杠桿定律、相律及應(yīng)用?；緝?nèi)容：相、勻晶、共晶、包晶相圖的結(jié)晶過(guò)程及不同成分合金在室溫下的顯微組織。合金、成分過(guò)冷；非平衡結(jié)

6、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)，c為 組元數(shù)，P為 相數(shù)。偽共晶 ： 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(guò)共晶合金也可能得到全部共晶組織，這種共晶組織稱(chēng)為偽共晶。合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)、或用其它方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。合金相：在合金中，通過(guò)組成元素（組元）原子間的相互作用，形成具有相同晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，并以明確界面分開(kāi)的成分均一組 成部分稱(chēng)為合金相。四、鐵碳合金重點(diǎn)內(nèi)容：鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程及室溫下的平衡組織，組織組成物及相組成物的計(jì)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

7、個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變。鋼的含碳量對(duì)平衡組織及性能的影響；二次滲碳體、三次滲碳體、共晶滲碳體相對(duì)量的計(jì)算；五種滲碳體的來(lái)源及形態(tài)。奧氏體與鐵素體的異同點(diǎn)：相同點(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。不同點(diǎn)：鐵素體為體心結(jié)構(gòu)，奧氏體面心結(jié)構(gòu)；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的；存在的溫度區(qū)間不同。二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)。相同點(diǎn)：都是滲碳體，成份、結(jié)構(gòu)、性能都相同。不同點(diǎn)：來(lái)源不同，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)不同二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲

8、碳體成片狀；對(duì)性能的影響不同，片狀的強(qiáng)化基體，提高強(qiáng)度，網(wǎng)狀降低強(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FP， F 的強(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。隨含碳量的增加，F(xiàn) 量減少， P 量增加（組織組成物的相對(duì)量可用杠桿定律計(jì)算） 。所以對(duì)于亞共析鋼，隨含碳量的增加，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：體心與面心結(jié)構(gòu)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?；魻柵淦骊P(guān)系式；單晶體塑性變形的方式、滑移的本質(zhì)。塑性變形的方式：以滑移和孿晶為主?；?/p>

9、：晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對(duì)另一部分作相對(duì)的滑動(dòng)。滑移的本質(zhì)是位錯(cuò)的移動(dòng)。體心結(jié)構(gòu)的滑移系個(gè)數(shù)為 12，滑移面： 110 ，方向 <111>。面心結(jié)構(gòu)的滑移系個(gè)數(shù)為 12，滑移面：111 ，方向 <110>。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(zhǎng)為細(xì)帶狀或粉碎成鏈狀，光學(xué)顯微鏡分辨不清晶粒和雜質(zhì)。亞結(jié)構(gòu)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；比電阻增加，導(dǎo)電系數(shù)和電阻溫度系數(shù)下降，抗腐蝕能力降低等。七、金屬及合金的回復(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(shí)顯微組織的變化、性能的變化，儲(chǔ)存能的

10、變化。基本內(nèi)容：回復(fù)、再結(jié)的概念、變形金屬加熱時(shí)儲(chǔ)存能的變化。再結(jié)晶后的晶粒尺寸；影響再結(jié)晶的主要因素性能的變化規(guī)律。變形金屬加熱時(shí)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。電阻率不斷下降，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，在原來(lái)的變形組織中重新產(chǎn)生了無(wú)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(gè)過(guò)程稱(chēng)之為再結(jié)晶。熱加工的主要作用（或目的）是：把鋼材加工成所需要的各種形狀，如棒材、板材、線材等；能明顯的改善鑄錠中的組織缺 陷，如氣泡焊合，縮松壓實(shí)，使金屬材料的致密度增加；使粗大的

11、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; 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的改善。，再結(jié)晶后的晶粒越粗大；冷變形量：一般冷影響再結(jié)晶的主要因素：再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時(shí)間一定時(shí)） 變形量越大，完成再結(jié)晶的溫度越低，變形量達(dá)到一定程度后，完成再結(jié)晶的溫度趨于恒定；原始晶粒尺寸：原始晶粒越細(xì)，再結(jié) 晶晶粒也越細(xì)；微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子，一般均起細(xì)化晶粒的作用；第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再結(jié)晶，彌散分布的細(xì) 小的第二相粒子不利于再結(jié)晶；形變溫度，形變溫度越高，再結(jié)晶溫度越高，晶粒粗化；加熱速度，加熱速度過(guò)快或過(guò)慢，都可 能使再結(jié)晶溫度升高。塑性

12、變形后的金屬隨加熱溫度的升高會(huì)發(fā)生的一些變化:顯微組織經(jīng)過(guò)回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大三個(gè)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(chǔ)存能降低，內(nèi)應(yīng)力松弛 或被消除；各種結(jié)構(gòu)缺陷減少；強(qiáng)度、硬度降低，塑性、韌度提高；電阻下降，應(yīng)力腐蝕傾向顯著減小。八、擴(kuò)散重點(diǎn)內(nèi)容:影響擴(kuò)散的因素；擴(kuò)散第一定律表達(dá)式?；緝?nèi)容:擴(kuò)散激活能、擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力。柯肯達(dá)爾效應(yīng)，擴(kuò)散第二定律表達(dá)式。柯肯達(dá)爾效應(yīng):由置換互溶原子因相對(duì)擴(kuò)散速度不同而引起標(biāo)記移動(dòng)的不均衡擴(kuò)散現(xiàn)象稱(chēng)為柯肯達(dá)爾效應(yīng)。影響擴(kuò)散的因素:溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越大;晶體結(jié)構(gòu)：體心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)大于面心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù);固溶體類(lèi)型：間隙原子的擴(kuò)散速度大

13、于置換原子的擴(kuò)散速度;晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴(kuò)散速度越快;化學(xué)成分：有些元素可以加快原子的擴(kuò)散速度，有些可以減慢擴(kuò)散速度。擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：擴(kuò)散第一定律表達(dá)式:J DdC其中，J為擴(kuò)散流量；D為擴(kuò)散系數(shù)；dCdx為濃度梯度。擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)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(shí)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、B、M ）的特征、性能特點(diǎn)、熱處理的概念?；緝?nèi)容：等溫、連續(xù) C-曲線。奧氏體化的四個(gè)過(guò)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(shí)間，然后以一定的速度冷卻下來(lái)，讓其獲得所需要的組織結(jié) 構(gòu)和性能的一種熱加工工藝。P體，F(xiàn)e3C

14、顆粒越細(xì)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、B、M ）的特征、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；粒狀小，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；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，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，位錯(cuò)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，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，具有良好的綜合機(jī)械性能；高碳馬氏體為片狀，亞結(jié)構(gòu)為孿晶，強(qiáng)度硬度高，塑性和韌性差。等溫、連續(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)化方法。1、形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化：隨變形程度的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降的

15、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(cuò)密度不斷增加，因此位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互交割加劇，結(jié)果即產(chǎn)生固定的割階、位錯(cuò)纏結(jié)等障礙,使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大，引起變形抗力增加，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高金屬的強(qiáng)度。規(guī)律：變形程度增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降，位錯(cuò)密度不斷增加，根據(jù)公式 b = cbG p 1/2，可知強(qiáng)度與位錯(cuò)密度（P）的二分之一次方成正比，位錯(cuò)的柏氏矢量（b ）越大強(qiáng)化效果越顯著。方法：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)化金屬的有效方法，對(duì)一些不能用熱處理強(qiáng)化的材料可以用形變強(qiáng)化的方法提高材料的強(qiáng)度，可使強(qiáng)度成倍的增加

16、；是某些工件或半成品加工成形的重要因素，使金屬均勻變形，使工件或半成品的成形成為可能,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(guò)程中的安全性,零件的某些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中或過(guò)載現(xiàn)象時(shí),使該處產(chǎn)生塑性變形，因加工硬化使過(guò)載部位的變形停止從而提高了安全性。另一方面形變強(qiáng)化也給材料生產(chǎn)和使用帶來(lái)麻煩，變形使強(qiáng)度升高、塑性降低，給繼續(xù)變形帶來(lái)困難，中間需要進(jìn)行再結(jié)晶退火，增加生產(chǎn)成本。2、固溶強(qiáng)化隨溶質(zhì)原子含量的增加，固溶體的強(qiáng)度硬度升高，塑性韌性下降的現(xiàn)象稱(chēng)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(duì)滑移面上運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)有阻礙作用；二是位錯(cuò)線上偏聚的溶質(zhì)原

17、子形成的柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，增加了位 錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力；三是溶質(zhì)原子在層錯(cuò)區(qū)的偏聚阻礙擴(kuò)展位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。所有阻止位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加位錯(cuò)移動(dòng)阻力的因素都可使強(qiáng)度提高。固溶強(qiáng)化規(guī)律：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；溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差越大, 強(qiáng)化效果越顯著；形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素的強(qiáng)化作用大于形成置換固溶體的元素；溶質(zhì)原子與溶劑原子的價(jià)電子數(shù)差越大, 則強(qiáng)化作用越大。方法：合金化，即加入合金元素。3、第二相強(qiáng)化鋼中第二相的形態(tài)主要有三種，即網(wǎng)狀、片狀和粒狀。網(wǎng)狀特別是沿晶界析出的連續(xù)網(wǎng)狀Fe3C，降低的鋼機(jī)械性能，塑性、韌性急劇下降，強(qiáng)度也隨之下降;S= b 0+

18、 KS0-1/2的規(guī)律，So片層間距。第二相為片狀分布時(shí)，片層間距越小，強(qiáng)度越高，塑性、韌性也越好。符合b第二相為粒狀分布時(shí)，顆粒越細(xì)小，分布越均勻，合金的強(qiáng)度越高，符合Gb的規(guī)律，入粒子之間的平均距離。第二相的數(shù)量越多，對(duì)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; 沿晶界析出時(shí)，不論什么形態(tài)都降低晶界強(qiáng)度，使鋼的機(jī)械性能下降。第二相無(wú)論是片狀還是粒狀都阻止位錯(cuò)的移動(dòng)。方法：合金化，即加入合金元素，通過(guò)熱處理或變形改變第二相的形態(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(chēng)為細(xì)晶強(qiáng)化。n 0，應(yīng)力集中越小，所以材料的強(qiáng)度越高。

19、細(xì)化晶粒不但可以提高強(qiáng)度又可改善鋼的塑性和韌性，是一種較好的強(qiáng)化材料的方法。機(jī)理：晶粒越細(xì)小，位錯(cuò)塞集群中位錯(cuò)個(gè)數(shù)（n）越小，根據(jù)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bs=b 0+ Kd-1/2晶粒的平均直（d）越小，材料的屈服強(qiáng)度（bS）越咼。細(xì)化晶粒的方法：結(jié)晶過(guò)程中可以通過(guò)增加過(guò)冷度，變質(zhì)處理，振動(dòng)及攪拌的方法增加形核率細(xì)化晶粒。對(duì)于冷變形的金屬可以 通過(guò)控制變形度、退火溫度來(lái)細(xì)化晶粒?？梢酝ㄟ^(guò)正火、退火的熱處理方法細(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(kāi)裂的機(jī)會(huì)也

20、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，所以韌性就好。提高或改善金屬材料韌性的途徑：盡量減少鋼中第二相的數(shù)量；提高基體組織的塑性；提高組織的均勻性； 加入Ni及細(xì)化晶粒的元素； 防止雜質(zhì)在晶界偏聚及第二相沿晶界析出。三、Fe FesC相圖,結(jié)晶過(guò)程分析及計(jì)算1.分析含碳點(diǎn)之上為液相點(diǎn)之間為單相0.530.77 %的鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程，并畫(huà)出結(jié)晶示意圖。L ；點(diǎn)開(kāi)始L 7丫;點(diǎn)結(jié)晶完畢；Y；點(diǎn)開(kāi)始丫7 a轉(zhuǎn)變；點(diǎn)開(kāi)始Y- P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為a+ P。結(jié)晶示意圖:亞共析鋼（含碳量溫下X）的組織組成物的相對(duì)量。點(diǎn)2上一之閭一回之間一

21、之陽(yáng)】2. 計(jì)算室組織組成物為 a P,相對(duì)量為:Wp077舗 100%，W 1 WP 或 W0.77 x100%0.77 0.02183.分析含碳0.772.11%的鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程。Y；點(diǎn)開(kāi)始丫7 FeaC轉(zhuǎn)變；點(diǎn)點(diǎn)之上為液相L;點(diǎn)開(kāi)始L7丫；之間為L(zhǎng)+ Y；點(diǎn)結(jié)晶完畢；點(diǎn)之間為單相開(kāi)始Y- P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為P + FeaC o結(jié)晶過(guò)程示意圖。PV卩一之何盤(pán)2上一之間溫紐織4.計(jì)算室溫下過(guò)共析鋼（含碳量為x）的組織組成物的相對(duì)量。組織組成物為P、FeaCn，相對(duì)量為:WP6-69 x 100%,6.69 0.77WFe3C1 Wp 或 WFe3C0.77100%5.分析共析鋼

22、的結(jié)晶過(guò)程,并畫(huà)出結(jié)晶示意圖。6.69 0.77L 7丫；點(diǎn)結(jié)晶完畢；點(diǎn)之上為液相L :點(diǎn)開(kāi)始點(diǎn)之間為單相Y；點(diǎn)Y微組織為PoKP共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯結(jié)晶示意圖:6.WLdWp¥一之同點(diǎn)N上之間溫組眾計(jì)算含碳3.0%鐵碳合金室溫下組織組成物及相組成物的相對(duì)量。3.0% 的亞共3.0 2.114.3 2.116.69 2.11100%晶白 口鐵室溫下組織組成物為 pFesC n相對(duì)量為6.69 0.77相組成物為F、FegC,WFe3C40.6% ,W Y 1WLd59.4%100%46.0% , WFe3CnW Y WP13.4%相對(duì)量為:3.0 100%44.8% , F 1 WFe

23、3c 55.2%6.697.相圖中共有幾種滲碳體？說(shuō)出各自的來(lái)源及形態(tài)。相圖中共有五種滲碳體：FesC I、FesCn、FesCm、FesC共析、FesC共晶FeaC I :由液相析出，形態(tài)連續(xù)分布（基體）FeaCn :由奧氏體中析出,形態(tài)網(wǎng)狀分布;Fe3C,: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；FesC共析：奧氏體共析轉(zhuǎn)變得到，片狀;FesC共晶 :液相共晶轉(zhuǎn)變得到，粗大的條狀。8.計(jì)算室溫下含碳量為 x合金相組成物的相對(duì)量。相組成物為 a FesC，相對(duì)量為:x100% ,6.691WFe3C9.Fe3C?的相對(duì)量：WFe3Cx 4.36.694.3 100%x=6

24、.69時(shí)Fe3C?含量最高,最高百分量為:WFe3C10.x=2.1111.過(guò)共析鋼中Fe3Cn時(shí)Fe3C n含量最高,的相對(duì)量：W,最高百分量為:Fe3C m的相對(duì)量計(jì)算：WFe3CFe3CWFe3Cx=0.0218時(shí)Fe3C m含量最高，最高百分量為:100%6.69x 0.77100%22.6%6.690.772.110.7722.6%6.690.77x100%6.69WFe3C0.0218 100%0.33%6.6912.共析滲碳體的相對(duì)百分量為：WFeSC0.77 0.021813.共晶滲碳體的相對(duì)百分量為：WFeSC6.69 0.02184.30 2.11 %6.69 2.1110

25、0% 11.2%47.8%14.說(shuō)出奧氏體與鐵素體的異同點(diǎn)。相同點(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。不同點(diǎn)：鐵素體為體心結(jié)構(gòu)，奧氏體面心結(jié)構(gòu)；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的;存在的溫度區(qū)間不同。15.說(shuō)出二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)。相同點(diǎn)：都是滲碳體，成份、結(jié)構(gòu)、性能都相同。不同點(diǎn)：來(lái)源不同，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)不同二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳體成片狀；對(duì)性能的影響不同，片狀的強(qiáng)化基體，提高強(qiáng)度，網(wǎng)狀降低強(qiáng)度。16.

26、舉例說(shuō)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, F的強(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。隨含碳量的增加，F(xiàn)量減少，P量增加（組織組成物的相對(duì)量可用杠桿定律計(jì)算）。所以對(duì)于亞共析鋼，隨含碳量的增加，強(qiáng)度硬度升高,而塑性、韌性下降。17.說(shuō)明三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變，畫(huà)出轉(zhuǎn)變特征圖14財(cái)0 、包晶轉(zhuǎn)變 （Lb +5 H相奧氏體。共晶轉(zhuǎn)變（Lc UY j）含碳量0.09%0.53%范圍的鐵碳合金，于HJB水平線（1495 C）均將通過(guò)包晶轉(zhuǎn)變，形成單Y e+ FeaC）含碳放2.11 % 6.69%范圍的鐵碳合金，于ECF平線上（1148C ）均將

27、通過(guò)共晶轉(zhuǎn)變，形成奧氏體和滲碳體兩相混合的共晶體，稱(chēng)為菜氏體(Ld)。a P+ FesC）;含碳雖超過(guò)0. 02%的鐵碳合金，于PSK水平線上（727 C ）均將通過(guò)共析轉(zhuǎn)變，形成鐵素體和滲碳體兩相混合的共析體，稱(chēng)為珠光體（P）。轉(zhuǎn)變特征圖包晶轉(zhuǎn)變:Lb共晶轉(zhuǎn)變: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: 2.11 S: 0.77; P: 0.0218。四、晶面指數(shù)與晶向指數(shù)：110:(012)AB :1 10OC : 1012）、標(biāo)出圖、圖中晶面的晶面指數(shù)及圖中所示晶向OB ）的晶向指數(shù)。(AC,：012:(112)AC :

28、1013）、畫(huà)出下列指數(shù)的晶向或晶面OB : 120五、1.(111)1 10(0 21)1 1 0 001固態(tài)下互不溶解的三元共晶相圖的投影圖如圖所示。說(shuō)出圖中各點(diǎn)（M、N、P、E）室溫下的顯微組織。M : B +( B + C) + ( A + B + C); N : (A + B)P: C +(A+ B + C); E: (A+ B + C)2.求出E點(diǎn)合金室溫下組織組成物的相對(duì)量和相組成物的相對(duì)量。E點(diǎn)合金室溫下組織組成物的相對(duì)量（A +B + C）為100%相組成物的相對(duì)量為:WA=Ea/Aa X 100%WB=Eb/Bb X 100%Wc=Ec/Cc X 100%3.分析M點(diǎn)合金的

29、結(jié)晶過(guò)程。先從液相中結(jié)晶出 B組元，當(dāng)液相成分為K時(shí),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(shí)，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) +六、固態(tài)下互不溶解的三元共晶相圖的投影圖如圖所示。1.2.3.A%確定出E點(diǎn)合金A、B、C三個(gè)組元的化學(xué)成分。計(jì)算E點(diǎn)合金組織組成物的相對(duì)量計(jì)算E點(diǎn)合金相組成物的相對(duì)量4、E點(diǎn)合金的化學(xué)成分與相組成物相對(duì)量是相等的，即:Ca=EH/AH , Ab=EF/BF ,4.A%FE點(diǎn)合金的化學(xué)成分與相組成物相對(duì)量之間有什么關(guān)系？為什么?1、A、B、C三個(gè)組元的化學(xué)成分為： A=Ca% , B=A

30、b% , C=Bc%2、E點(diǎn)合金組織組成物的相對(duì)量為：W(A + B+ 0=100%3、E點(diǎn)合金相組成物的相對(duì)量為：Wa100% ,WC CD 100%A、B、C）的相對(duì)量就應(yīng)該等于其各自的化學(xué)Bc=ED/CD。因?yàn)槿齻€(gè)組元在固態(tài)下互不溶解，都已純金屬的形成存在，所以三個(gè)相（成分。七、鍛造或軋制的作用是什么？為什么鍛造或軋制的溫度選擇在高溫的奧氏體區(qū)?鍛造或軋制的作用是：把材料加工成形，通過(guò)鍛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 材料的致密度增加；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

31、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，有利于變形；奧氏體為面心結(jié)構(gòu)，塑性比其它結(jié) 構(gòu)好，塑性好，有利于變形；奧氏體為單相組織，單相組織的強(qiáng)度低，塑性韌性好，有利于變形；變形為材料的硬化過(guò)程，變形金屬 高溫下發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，消除加工硬化，即為動(dòng)態(tài)回復(fù)再結(jié)晶，適合大變形量的變形。八、什么是柯肯達(dá)爾效應(yīng)？如何解釋柯肯達(dá)爾效應(yīng)?由置換互溶原子因相對(duì)擴(kuò)散速度不同而引起標(biāo)記移動(dòng)的不均衡擴(kuò)散現(xiàn)象稱(chēng)為柯肯達(dá)爾效應(yīng)。Cu分析表明Ni向左側(cè)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的原子數(shù)目大于Cu向右側(cè)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的原子數(shù)目，且Ni的原子半徑大于 Cu的原子半徑。過(guò)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

32、縮，其結(jié)果必然導(dǎo)致界面向右側(cè)漂移。九、影響擴(kuò)散的因素有哪些?溫度：溫度越高，擴(kuò)散速度越大;晶體結(jié)構(gòu)：體心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù)大于面心結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散系數(shù);固溶體類(lèi)型：間隙原子的擴(kuò)散速度大于置換原子的擴(kuò)散速度;晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴(kuò)散速度越快;化學(xué)成分：有些元素可以加快原子的擴(kuò)散速度，有些可以減慢擴(kuò)散速度。十、寫(xiě)出擴(kuò)散第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說(shuō)出各符號(hào)的意義。擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：J D dCdx其中，J為擴(kuò)散流量；D為擴(kuò)散系數(shù)；dC為濃度梯度。dx擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度，阻力為擴(kuò)散激活能十一、寫(xiě)出擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說(shuō)出各符號(hào)的意義及影響因素。擴(kuò)散系數(shù)D可用下式表示:D D0exp Q/RT式中

33、，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?溫度要足夠高，溫度越高原子熱振動(dòng)越激烈原子被激活而進(jìn)行遷移的幾率越大；時(shí)間要足夠長(zhǎng)，只有經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能造成 物質(zhì)的宏觀遷移；擴(kuò)散原子要固溶，擴(kuò)散原子能夠溶入基體晶格形成固溶體才能進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散；擴(kuò)散要有驅(qū)動(dòng)力，沒(méi)有動(dòng)力擴(kuò)散 無(wú)法進(jìn)行，擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度。十三、為什么晶體的滑移通常在密排晶面并沿密排晶向進(jìn)行?晶體滑移的實(shí)質(zhì)是位錯(cuò)在滑移面上運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻力為:p N _2Gexp2 d，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻11

34、 b力越小，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)越容易，從公式中可以看出，d值越大、b值越小，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻力越小。d為晶面間距，密排面的晶面間距最大；b為柏氏矢量，密排方向的柏氏矢量最小。所以，晶體的滑移通常在密排晶面并沿密排晶向進(jìn)行。十四、晶界具有哪些特性?晶界的能量較高，具有自發(fā)長(zhǎng)大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢(shì)；原子在晶界上的擴(kuò)散速度高于晶內(nèi)，熔點(diǎn)較低;相變時(shí)新相優(yōu)先在晶界出形核；晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；晶界易于腐蝕和氧化；常溫下晶界可以阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度。十五、簡(jiǎn)述位錯(cuò)與塑性、強(qiáng)度之間的關(guān)系。位錯(cuò)：晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯(cuò)動(dòng)的一種特殊結(jié)構(gòu)組態(tài)。晶體塑性變形

35、的方式有滑移和孿晶，多數(shù)都以滑移方式進(jìn)行?；频谋举|(zhì)就是位錯(cuò)在滑移面上的運(yùn)動(dòng)，大量位錯(cuò)滑移的結(jié)果造成了晶體的宏觀塑性變形。位錯(cuò)滑移的結(jié)果造成了晶體的宏觀塑性變形，使材料發(fā)生屈服，位錯(cuò)越容易滑移，強(qiáng)度越低，因此增加位錯(cuò)移動(dòng)的阻力，可以提高材料的強(qiáng)度。溶質(zhì)原子造成晶格畸變還可以與位錯(cuò)相互作用形成柯氏氣團(tuán)，都增加位錯(cuò)移動(dòng)的摩擦阻力，使強(qiáng)度提高。晶界、相界可以阻止位錯(cuò)的滑移，提高材料的強(qiáng)度。所以細(xì)化晶粒、第二相彌散分布可以提高強(qiáng)度。十六、論述鋼的滲碳通常在奧氏體區(qū)（930950 C）進(jìn)行，而且時(shí)間較長(zhǎng)的原因。雖然碳原子在a-Fe比丫Fe中擴(kuò)散系數(shù)大（1分），但鋼的滲碳通常在奧氏體區(qū)進(jìn)行，因?yàn)榭梢垣@得較

36、大的滲層深度。因?yàn)椋焊鶕?jù), D D。exp，溫度（T）越高，擴(kuò)散系數(shù)（D）越大，擴(kuò)散速度越快，溫度越高原子熱振動(dòng)越激烈，原子被激活而進(jìn)RT行遷移的幾率越大，擴(kuò)散速度越快；溫度高，奧氏體的溶碳能力大,1148C時(shí)最大值可達(dá) 2.11%遠(yuǎn)比鐵素體（727C，0.0218%大,鋼表面碳濃度高，濃度梯度大，擴(kuò)散速度越快；時(shí)間要足夠長(zhǎng)，只有經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能造成碳原子的宏觀遷移;十七、與滑移相比孿晶有什么特點(diǎn)?孿晶是一部分晶體沿孿晶面對(duì)另一部分晶體做切變，切變時(shí)原子移動(dòng)的距離不是孿晶方向原子間距的整數(shù)倍；孿晶面兩邊晶 體的位相不同，成鏡面對(duì)稱(chēng)；由于孿晶改變了晶體的取向，因此孿經(jīng)晶拋光后仍能重現(xiàn)；孿晶是

37、一種均勻的切變。十八、影響再結(jié)晶的主要因素有哪些?再結(jié)晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時(shí)間一定時(shí)），再結(jié)晶后的晶粒越粗大；冷變形量：一般冷變形量越大，完成再結(jié)晶的 溫度越低，變形量達(dá)到一定程度后，完成再結(jié)晶的溫度趨于恒定；原始晶粒尺寸：原始晶粒越細(xì)，再結(jié)晶晶粒也越細(xì)；微量溶質(zhì) 與雜質(zhì)原子，一般均起細(xì)化晶粒的作用；第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再結(jié)晶，彌散分布的細(xì)小的第二相粒子不利于再結(jié) 晶；形變溫度，形變溫度越高，再結(jié)晶溫度越高，晶粒粗化；加熱速度，加熱速度過(guò)快或過(guò)慢，都可能使再結(jié)晶溫度升高。十九、論述間隙原子、置換原子、位錯(cuò)、晶界對(duì)材料力學(xué)性能的影響。溶質(zhì)原子造成晶格畸變，增加位錯(cuò)移動(dòng)的摩

38、s= b 0+ Kd 1/2晶粒的平均直徑d越間隙原子、置換原子與位錯(cuò)相互作用形成柯氏氣團(tuán)，柯氏氣團(tuán)增加位錯(cuò)移動(dòng)的阻力;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b小，材料的屈服強(qiáng)度b s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(kāi)裂的機(jī)會(huì)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，所以韌性就好。位錯(cuò)密度越高，則位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)越易發(fā)生相互交割，形成割階，造成位錯(cuò)纏結(jié)等位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高 金屬的強(qiáng)度。根據(jù)公式？ b =abG p 1/2 ，位錯(cuò)密度（p）越大，強(qiáng)化效果越顯著。二十、什么是再結(jié)晶溫度？影響再結(jié)晶溫度的因素有哪些?再結(jié)晶溫度：經(jīng)過(guò)嚴(yán)重冷變形（變形度在70%以上）的金屬，在約1小時(shí)的保溫時(shí)間內(nèi)能夠完成再結(jié)晶 （95%轉(zhuǎn)變量）的溫度。再結(jié)晶溫度并不是一個(gè)物理常數(shù)，這是因?yàn)樵俳Y(jié)晶前后的晶格類(lèi)型不變，化學(xué)成分不變，所以再結(jié)晶不是相變。影響再結(jié)晶溫度的因素：純度越高 T再越低；變形度越大 T再越低；加熱速度越小 T再越高。二十一、塑性變形后的金屬隨加