材料科學基礎(chǔ)知識點總結(jié)

1、金屬學與熱處理總結(jié)一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)重點內(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、四面體間隙個數(shù)；晶向指數(shù)、晶面指數(shù)的標定；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、晶體中的空間點陣。晶格類型fcc(A1)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原子半徑2a3aa442r A間隙半徑32a22a53a23a6 2 a21 a444442r B晶胞：在晶格中選取一個能夠完全反映晶格特征的

2、最小的幾何單元，用來分析原子排列的規(guī)律性，這個最小的幾何單元稱為晶胞。金屬鍵： 失去外層價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，這種結(jié)合方式稱為金屬鍵。位錯：晶體中原子的排列在一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯動的一種特殊結(jié)構(gòu)組態(tài)。位錯的柏氏矢量具有的一些特性：用位錯的柏氏矢量可以判斷位錯的類型；柏氏矢量的守恒性， 即柏氏矢量與回路起點及回路途徑無關(guān)；位錯的柏氏矢量個部分均相同。刃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。晶界具有的一些特性：晶界的能量較高， 具有自發(fā)長大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢；原子在晶界上的擴散速度高于晶內(nèi)，熔點較低； 相變時新相優(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的運動，提高材料的強度。二、純金屬的結(jié)晶重點內(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； 細化晶粒的方法，鑄錠三晶區(qū)的形成機制。基本內(nèi)容：結(jié)晶過程、阻力、動力，過冷度、變質(zhì)處理的概念。鑄錠的缺陷；結(jié)晶的熱力學條件和結(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，時聚時散，起伏不定，不斷變化著的近程規(guī)則排列的原子集團。過冷度：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差稱為過冷度。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，以細化晶粒的方法。過冷度與液態(tài)

4、金屬結(jié)晶的關(guān)系：液態(tài)金屬結(jié)晶的過程是形核與晶核的長大過程。從熱力學的角度上看，沒有過冷度結(jié)晶就沒有趨動力。根據(jù)Rk1可知當過冷度T 為零時T臨界晶核半徑 Rk 為無窮大，臨界形核功（G1T2 ）也為無窮大。臨界晶核半徑Rk 與臨界形核功為無窮大時， 無法形核， 所以液態(tài)金屬不能結(jié)晶。晶體的長大也需要過冷度，所以液態(tài)金屬結(jié)晶需要過冷度。細化晶粒的方法：增加過冷度、變質(zhì)處理、振動與攪拌。鑄錠三個晶區(qū)的形成機理：表面細晶區(qū)：當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， 并同時向各個方向生長，形成表面細晶

5、區(qū)。柱狀晶區(qū)：在表面細晶區(qū)形成的同時， 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)：隨著柱狀晶的生長， 中心部位的液體實際溫度分布區(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)成分過冷， 成分過冷區(qū)的擴大， 促使新的晶核形成長大形成等軸晶。由于液體的流動使表面層細晶一部分卷入液體之中或柱狀晶的枝晶被沖刷脫落而進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)晶重點內(nèi)容：杠桿定律、相律及應用?；緝?nèi)容： 相、勻晶、共晶、包晶相圖的結(jié)晶過程及不同成分合金在室溫下的顯微組織。合金、

6、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)， c 為 組元數(shù)， p 為 相數(shù)。偽共晶 ：在不平衡結(jié)晶條件下，成分在共晶點附近的亞共晶或過共晶合金也可能得到全部共晶組織，這種共晶組織稱為偽共晶。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)，并以明確界面分開的成分均一組成部分稱為合金相。四、鐵碳合金重點內(nèi)容：鐵碳合金的結(jié)晶過程及室溫下的平衡組織，組織組成物及相組成物的計算。基本內(nèi)容：鐵素體與奧氏體、二

7、次滲碳體與共析滲碳體的異同點、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、 共晶滲碳體相對量的計算；五種滲碳體的來源及形態(tài)。奧氏體與鐵素體的異同點：相同點：都是鐵與碳形成的間隙固溶體；強度硬度低，塑性韌性高。不同點：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。相同點：都是滲碳體，成份、結(jié)構(gòu)、性能都相同。不同點：來源不同，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

8、；形態(tài)不同二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳體成片狀；對性能的影響不同，片狀的強化基體，提高強度，網(wǎng)狀降低強度。成分、組織與機械性能之間的關(guān)系：如亞共析鋼。 亞共析鋼室溫下的平衡組織為F P ，F(xiàn) 的強度低，塑性、韌性好，與F 相比 P 強度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增加，F(xiàn) 量減少， P 量增加（組織組成物的相對量可用杠桿定律計算）。所以對于亞共析鋼，隨含碳量的增加，強度硬度升高，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?；緝?nèi)容： 固溶體強化機理與強化規(guī)律、 第二相的強化機理。 霍爾配奇關(guān)系式；單晶體塑性變形的方式、滑移的本

9、質(zhì)。塑性變形的方式：以滑移和孿晶為主?；疲壕w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。體心結(jié)構(gòu)的滑移系個數(shù)為12，滑移面： 110 ，方向 。面心結(jié)構(gòu)的滑移系個數(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帶狀或粉碎成鏈狀，光學顯微鏡分辨不清晶粒和雜質(zhì)。亞結(jié)構(gòu)細化，出現(xiàn)形變織構(gòu)。性能：材料的強度、硬度升高，塑性、韌性下降；比電阻增加，導電系數(shù)和電阻溫度系數(shù)下降，抗腐蝕能力降低等。七、金屬及合金的回復與再結(jié)晶重點內(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、性能的變化， 儲存能的變

10、化。基本內(nèi)容：回復、再結(jié)的概念、變形金屬加熱時儲存能的變化。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，并恢復到完全軟化狀態(tài)，這個過程稱之為再結(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，使金屬材料的致密度增加； 使粗大的

11、柱狀晶變細，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，均勻化學成分等。使材料的性能得到明顯的改善。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（保溫時間一定時），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，再結(jié)晶晶粒也越細； 微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子，一般均起細化晶粒的作用；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， 加熱速度過快或過慢，都可能使再結(jié)晶溫度升高。塑

12、性變形后的金屬隨加熱溫度的升高會發(fā)生的一些變化：顯微組織經(jīng)過回復、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；儲存能降低，內(nèi)應力松弛或被消除；各種結(jié)構(gòu)缺陷減少；強度、硬度降低，塑性、韌度提高；電阻下降，應力腐蝕傾向顯著減小。八、擴散重點內(nèi)容：影響擴散的因素；擴散第一定律表達式。基本內(nèi)容：擴散激活能、擴散的驅(qū)動力?？驴线_爾效應，擴散第二定律表達式。柯肯達爾效應： 由置換互溶原子因相對擴散速度不同而引起標記移動的不均衡擴散現(xiàn)象稱為柯肯達爾效應。影響擴散的因素：溫度：溫度越高，擴散速度越大； 晶體結(jié)構(gòu)：體心結(jié)構(gòu)的擴散系數(shù)大于面心結(jié)構(gòu)的擴散系數(shù)； 固溶體類型：間隙原子的擴散

13、速度大于置換原子的擴散速度； 晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴散速度越快； 化學成分：有些元素可以加快原子的擴散速度，有些可以減慢擴散速度。擴散第一定律表達式：擴散第一定律表達式：dCJD dx其中， J 為擴散流量； D 為擴散系數(shù)；dC 為濃度梯度。dx擴散的驅(qū)動力為化學位梯度，阻力為擴散激活能九、鋼的熱處理原理重點內(nèi)容：冷卻時轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（P、 B、 M ）的特征、性能特點、熱處理的概念?；緝?nèi)容：等溫、連續(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。熱處理： 將鋼在固態(tài)下加熱到預定的溫度，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結(jié)構(gòu)和性能的一種

14、熱加工工藝。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（ P、B 、 M ）的特征、性能特點：片狀P 體，片層間距越小，強度越高，塑性、韌性也越好；粒狀P 體， Fe3C 顆粒越細小，分布越均勻，合金的強度越高。第二相的數(shù)量越多，對塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強度高，塑性、韌性差；上貝氏體為羽毛狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯，位錯密度高于上貝氏體，綜合機械性能好； 低碳馬氏體為板條狀，亞結(jié)構(gòu)為位錯， 具有良好的綜合機械性能；高碳馬氏體為片狀，亞結(jié)構(gòu)為孿晶，強度硬度高，塑性和韌性差。等溫、連續(xù)C-曲線。一、論述四種強化的強化機理、強化規(guī)律及強化方法。1、 形變強化形變強化：隨變形程度的增

15、加，材料的強度、硬度升高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象叫形變強化或加工硬化。機理： 隨塑性變形的進行，位錯密度不斷增加，因此位錯在運動時的相互交割加劇，結(jié)果即產(chǎn)生固定的割階、位錯纏結(jié)等障礙，使位錯運動的阻力增大，引起變形抗力增加，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高金屬的強度。規(guī)律：變形程度增加，材料的強度、硬度升高，塑性、韌性下降，位錯密度不斷增加，根據(jù)公式 =bG 1/2 ，可知強度與位錯密度（）的二分之一次方成正比，位錯的柏氏矢量（ b）越大強化效果越顯著。方法：冷變形（擠壓、滾壓、噴丸等）。形變強化的實際意義（利與弊）：形變強化是強化金屬的有效方法，對一些不能用熱處理強化的材料可以用形變強化的方法

16、提高材料的強度， 可使強度成倍的增加； 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)應力集中或過載現(xiàn)象時， 使該處產(chǎn)生塑性變形， 因加工硬化使過載部位的變形停止從而提高了安全性。 另一方面形變強化也給材料生產(chǎn)和使用帶來麻煩， 變形使強度升高、 塑性降低，給繼續(xù)變形帶來困難，中間需要進行再結(jié)晶退火，增加生產(chǎn)成本。2、 固溶強化隨溶質(zhì)原子含量的增加，固溶體的強度硬度升高，塑性韌性下降的現(xiàn)象稱為固溶強化。強化機理： 一是溶質(zhì)原子的溶入，使固溶體的晶格發(fā)生畸

17、變，對滑移面上運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對位錯起釘扎作用，增加了位錯運動的阻力； 三是溶質(zhì)原子在層錯區(qū)的偏聚阻礙擴展位錯的運動。所有阻止位錯運動，增加位錯移動阻力的因素都可使強度提高。固溶強化規(guī)律： 在固溶體溶解度范圍內(nèi)，合金元素的質(zhì)量分數(shù)越大，則強化作用越大；溶質(zhì)原子與溶劑原子的尺寸差越大，強化效果越顯著； 形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素的強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電子數(shù)差越大，則強化作用越大。方法：合金化，即加入合金元素。3、第二相強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

18、鋼機械性能，塑性、韌性急劇下降，強度也隨之下降；第二相為片狀分布時，片層間距越小，強度越高，塑性、韌性也越好。符合s= 0KS 0-1/2 的規(guī)律， S0 片層間距。Gb 第二相為粒狀分布時，顆粒越細小，分布越均勻，合金的強度越高，符合的規(guī)律，粒子之間的平均距離。第二相的數(shù)量越多，對塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強度高，塑性、韌性差；沿晶界析出時，不論什么形態(tài)都降低晶界強度，使鋼的機械性能下降。第二相無論是片狀還是粒狀都阻止位錯的移動。方法：合金化，即加入合金元素，通過熱處理或變形改變第二相的形態(tài)及分布。4、細晶強化細晶強化：隨晶粒尺寸的減小，材料的強度硬度升高，塑性、韌性也得到改善的現(xiàn)

19、象稱為細晶強化。細化晶粒不但可以提高強度又可改善鋼的塑性和韌性，是一種較好的強化材料的方法。機理：晶粒越細小，位錯塞集群中位錯個數(shù)（n）越小，根據(jù)n 0 ，應力集中越小，所以材料的強度越高。細晶強化的強化規(guī)律：晶界越多，晶粒越細，根據(jù)霍爾-配奇關(guān)系式 s 0-1/2晶= Kd粒的平均直（ d）越小，材料的屈服強度（s）越高。細化晶粒的方法：結(jié)晶過程中可以通過增加過冷度，變質(zhì)處理， 振動及攪拌的方法增加形核率細化晶粒。 對于冷變形的金屬可以通過控制變形度、 退火溫度來細化晶粒。 可以通過正火、退火的熱處理方法細化晶粒；在鋼中加入強碳化物物形成元素。二、改善塑性和韌性的機理晶粒越細小， 晶粒內(nèi)部和

20、晶界附近的應變度差越小，變形越均勻， 因應力集中引起的開裂的機會也越小。晶粒越細小，應力集中越小，不易產(chǎn)生裂紋；晶界越多，易使裂紋擴展方向發(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 Fe3C 相圖，結(jié)晶過程分析及計算1. 分析含碳 0.53 0.77的鐵碳合金的結(jié)晶過程，并畫出結(jié)晶示意圖。點之上為液相 L； 點開始 L ； 點結(jié)晶完畢；點之間為單相 ；點開始 轉(zhuǎn)變 ； 點開始 P 共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為 + P。結(jié)

21、晶示意圖：2.計算室溫下亞共析鋼（含碳量為x ）的組織組成物的相對量。組織組成物為 、 P，相對量為：WPx0.0218100% ,W 1WP或 W0.77x100%0.770.02180.770.02182. 分析含碳 0.77 2.11的鐵碳合金的結(jié)晶過程。點之上為液相L； 點開始L ； 之間為L+ ； 點結(jié)晶完畢；點之間為單相 ； 點開始 Fe3 C 轉(zhuǎn)變； 點開始 P 共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為P +Fe 3C。結(jié)晶過程示意圖。3. 計算室溫下過共析鋼（含碳量為 x ）的組織組成物的相對量。組織組成物為P 、Fe 3C，相對量為：WP6.69x1 WP 或 WFe 3Cx0.77100

22、%6.69100% ,WFe 3C6.690.770.774. 分析共析鋼的結(jié)晶過程，并畫出結(jié)晶示意圖。點之上為液相L；點開始L；點結(jié)晶完畢；點之間為單相；點P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為P 。結(jié)晶示意圖：5. 計算含碳 3.0%鐵碳合金室溫下組織組成物及相組成物的相對量。含 碳3.0% 的 亞 共 晶 白 口 鐵 室 溫 下 組 織 組 成 物 為P 、 Fe3C ， 相 對 量 為 ：WLd3.02.11W 1WLd59.4%4.3100% 40.6% ,2.11WP6.692.11W Fe3CW WP 13.4%6.69W100%46.0% ,0.77相組成物為 F 、 Fe 3C，相對量

23、為：WFe3C3.044.8% ,F1 WFe3C55.2%100%6.696. 相圖中共有幾種滲碳體？說出各自的來源及形態(tài)。相圖中共有五種滲碳體 : Fe3C、 Fe3C 、 Fe3C 、 Fe3C 共析 、 Fe3C 共晶 ；Fe C：由液相析出， 形態(tài)連續(xù)分布 （基體）； Fe C：由奧氏體中析出， 形態(tài)網(wǎng)狀分布；33Fe3C：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；Fe3C 共析 ：奧氏體共析轉(zhuǎn)變得到，片狀；Fe3C 共晶 ：液相共晶轉(zhuǎn)變得到，粗大的條狀。7. 計算室溫下含碳量為 x 合金相組成物的相對量。相組成物為 、Fe 3C ，相對量為：WFe3Cx100%

24、,W 1 WFe3C6.69x4.38.Fe3 C? 的相對量： WFe3C6.694.3當 x=6.69 時 Fe 3C ? 含量最高，最高百分量為：9. 過共析鋼中 Fe 3C 的相對量： WFe 3C 當 x=2.11 時 Fe3C 含量最高，最高百分量為：100%WFe3C6.69100% 100%6.69x0.7722.6%6.690.77WFe3C2.110.7722.6%6.690.7710. Fe3 C 的相對量計算：WFe 3Cx100%6.690.0218 100% 0.33%當 x=0.0218 時 Fe 3C含量最高，最高百分量為：WFe3C6.6911. 共析滲碳體的

25、相對百分量為： WFe3C 0.77 0.0218 100% 11.2% 6.69 0.021812. 共晶滲碳體的相對百分量為： WFe 3C 4.30 2.11 % 47.8%6.692.1113.說出奧氏體與鐵素體的異同點。相同點：都是鐵與碳形成的間隙固溶體；強度硬度低，塑性韌性高。不同點：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。14. 說出二次滲碳體與共析滲碳體的異同點。相同點：都是滲碳體，成份、結(jié)構(gòu)、性能都相同。不同點

26、：來源不同， 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； 對性能的影響不同， 片狀的強化基體，提高強度，網(wǎng)狀降低強度。15. 舉例說明成分、組織與機械性能之間的關(guān)系如亞共析鋼。亞共析鋼室溫下的平衡組織為F P， F 的強度低，塑性、韌性好，與F相比 P 強度硬度高，而塑性、韌性差。隨含碳量的增加，F(xiàn) 量減少， P 量增加（組織組成物的相對量可用杠桿定律計算） 。所以對于亞共析鋼，隨含碳量的增加，強度硬度升高，而塑性、韌性下降。16. 說明三個恒溫轉(zhuǎn)變，畫出轉(zhuǎn)變特征圖包晶轉(zhuǎn)變 (L B H J)含碳量 0.09 0.53范圍的鐵碳合金

27、，于HJB 水平線 (1495 )均將通過包晶轉(zhuǎn)變，形成單相奧氏體。共晶轉(zhuǎn)變 (L CE32.11一 6.69范圍的鐵碳合金，于 ECF Fe C)含碳放平線上 (1148 )均將通過共晶轉(zhuǎn)變，形成奧氏體和滲碳體兩相混合的共晶體，稱為菜氏體(Ld) 。共析轉(zhuǎn)變 ( SP30 02的鐵碳合金，于 PSK 水 Fe C)；含碳雖超過平線上 (727 )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)變特征圖包晶轉(zhuǎn)變：LBH JLC共晶轉(zhuǎn)變： EFe3C S共析轉(zhuǎn)變：P3Fe C各點成分為 （ C%）：B：0.53；H ：0.09；J：0.17；C：4.3；E：2.11

28、 S：0.77；P：0.0218。四、晶面指數(shù)與晶向指數(shù)1）、標出圖 、圖中晶面的晶面指數(shù)及圖中所示晶向(AB ，OC) 的晶向指數(shù)。ZZZCYYAOBYXXX ：1 1 0：（012）AB ：110OC： 1012）、標出圖、圖中晶面的晶面指數(shù)及圖中所示晶向(AC ，OB ) 的晶向指數(shù)。ZZCZYYAOYXXXB：0 1 2：（ 112）AC ：1 01OB： 1203）、畫出下列指數(shù)的晶向或晶面（111）1 1 0（0 21） 1 1 000 1ZZZ（ 021）YYYX（ 111）（ 110） XX110001五、固態(tài)下互不溶解的三元共晶相圖的投影圖如圖所示。1. 說出圖中各點（ M

29、、 N、 P、 E）室溫下的顯微組織。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 點合金室溫下組織組成物的相對量和相組成物的相對量。E 點合金室溫下組織組成物的相對量（A B C）為 100%相組成物的相對量為：WA =Ea/Aa 100%WB =Eb/Bb 100%WC=Ec/Cc 100%AE1 cB%BNA%E MC%bKE2E3PaC3. 分析 M 點合金的結(jié)晶過程。先從液相中結(jié)晶出B 組元，當液相成分為K 時，發(fā)生二元共晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為（BC），當液相成分為E 時，發(fā)生三元共晶轉(zhuǎn)變，

30、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。Ae1B%BA%E e3e2C%C1. 確定出 E 點合金 A 、B 、C 三個組元的化學成分。2. 計算 E 點合金組織組成物的相對量3. 計算 E 點合金相組成物的相對量4. E 點合金的化學成分與相組成物相對量之間有什么關(guān)系？為什么？AbDe1B%BA%E cFHe3 ae2C%C1、A、B、C三個組元的化學成分為：A=Ca%， B=Ab%， C=Bc%2、 E 點合金組織組成物的相對量為：W(A BC)=100%3、 E 點合金相組成物的相對量為： WAEH

31、100% ， WBEF100% ，AHBFEDWC100%CD4、 E 點合金的化學成分與相組成物相對量是相等的，即：Ca=EH/AH，Ab=EF/BF，Bc=ED/CD。因為三個組元在固態(tài)下互不溶解，都已純金屬的形成存在，所以三個相（A 、B、 C）的相對量就應該等于其各自的化學成分。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，使金屬材料的致密度增加；粗大的柱狀晶變細；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

32、存在是在高溫區(qū)，溫度升高材料的強度、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，單相組織的強度低， 塑性韌性好，有利于變形；變形為材料的硬化過程，變形金屬高溫下發(fā)生回復與再結(jié)晶，消除加工硬化，即為動態(tài)回復再結(jié)晶，適合大變形量的變形。八、什么是柯肯達爾效應？如何解釋柯肯達爾效應？由置換互溶原子因相對擴散速度不同而引起標記移動的不均衡擴散現(xiàn)象稱為柯肯達爾效應。CuNi分析表明 Ni 向左側(cè)擴散過來的原子數(shù)目大于Cu 向右側(cè)擴散過來的原子數(shù)目，且Ni 的原子半徑大于 Cu 的原子半徑。 過剩的 Ni 的原子使左側(cè)的點陣膨脹，而右邊原子

33、減少的地方將發(fā)生點陣收縮，其結(jié)果必然導致界面向右側(cè)漂移。九、影響擴散的因素有哪些？溫度：溫度越高，擴散速度越大； 晶體結(jié)構(gòu)：體心結(jié)構(gòu)的擴散系數(shù)大于面心結(jié)構(gòu)的擴散系數(shù)； 固溶體類型：間隙原子的擴散速度大于置換原子的擴散速度； 晶體缺陷：晶體缺陷越多，原子的擴散速度越快； 化學成分：有些元素可以加快原子的擴散速度，有些可以減慢擴散速度。十、寫出擴散第一定律的數(shù)學表達式，說出各符號的意義。擴散第一定律表達式：dCJD dx其中， J 為擴散流量； D 為擴散系數(shù)；dC 為濃度梯度。dx擴散的驅(qū)動力為化學位梯度，阻力為擴散激活能十一、寫出擴散系數(shù)的數(shù)學表達式，說出各符號的意義及影響因素。擴散系數(shù)D 可

34、用下式表示：DD0 expQ RT式中， D0 為擴散常數(shù)，Q 為擴散激活能，R 為氣體常數(shù)，T 為熱力學溫度。由式上式可以看出，擴散系數(shù)D 與溫度呈指數(shù)關(guān)系，溫度升高，擴散系數(shù)急劇增大。十二、固態(tài)金屬擴散的條件是什么？溫度要足夠高， 溫度越高原子熱振動越激烈原子被激活而進行遷移的幾率越大；時間要足夠長， 只有經(jīng)過相當長的時間才能造成物質(zhì)的宏觀遷移；擴散原子要固溶，擴散原子能夠溶入基體晶格形成固溶體才能進行固態(tài)擴散； 擴散要有驅(qū)動力， 沒有動力擴散無法進行，擴散的驅(qū)動力為化學位梯度。十三、為什么晶體的滑移通常在密排晶面并沿密排晶向進行？晶體滑移的實質(zhì)是位錯在滑移面上運動的結(jié)果，位錯運動的點陣阻

35、力為：P N2G exp2 d，位錯運動的點陣阻力越小， 位錯運動越容易， 從公式中可以11b看出，值越大、值越小，位錯運動的點陣阻力越小。為晶面間距，密排面的晶面間距最大； 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行。十四、晶界具有哪些特性？晶界的能量較高，具有自發(fā)長大和使界面平直化，以減少晶界總面積的趨勢；原子在晶界上的擴散速度高于晶內(nèi)，熔點較低； 相變時新相優(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的運動，提高材料的強度。十五、簡述位錯與塑性、強度之間的關(guān)系。位錯：晶體中原子的排列在

36、一定范圍內(nèi)發(fā)生有規(guī)律錯動的一種特殊結(jié)構(gòu)組態(tài)。晶體塑性變形的方式有滑移和孿晶，多數(shù)都以滑移方式進行?；频谋举|(zhì)就是位錯在滑移面上的運動，大量位錯滑移的結(jié)果造成了晶體的宏觀塑性變形。位錯滑移的結(jié)果造成了晶體的宏觀塑性變形，使材料發(fā)生屈服， 位錯越容易滑移， 強度越低，因此增加位錯移動的阻力，可以提高材料的強度。溶質(zhì)原子造成晶格畸變還可以與位錯相互作用形成柯氏氣團，都增加位錯移動的摩擦阻力，使強度提高。晶界、相界可以阻止位錯的滑移，提高材料的強度。所以細化晶粒、第二相彌散分布可以提高強度。十六、論述鋼的滲碳通常在奧氏體區(qū)（930 950）進行，而且時間較長的原因。雖然碳原子在-Fe 比 -Fe 中擴

37、散系數(shù)大（分） ，但鋼的滲碳通常在奧氏體區(qū)進行，因為可以獲得較大的滲層深度。因為：根據(jù)，QD D 0 expRT，溫度（ T）越高，擴散系數(shù)（ D）越大，擴散速度越快，溫度越高原子熱振動越激烈，原子被激活而進行遷移的幾率越大，擴散速度越快；溫度高，奧氏體的溶碳能力大， 1148時最大值可達 2.11%，遠比鐵素體 (727， 0.0218%)大，鋼表面碳濃度高，濃度梯度大，擴散速度越快；時間要足夠長，只有經(jīng)過相當長的時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？孿晶是一部分晶體沿孿晶面對另一部分晶體做切變，切變時原子移動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

38、不同，成鏡面對稱； 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（保溫時間一定時），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，再結(jié)晶晶粒也越細；微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子， 一般均起細化晶粒的作用；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，加熱速度過快或過慢，都可能使再結(jié)晶溫度升高。十九、論述間隙原子、置換原

39、子、位錯、晶界對材料力學性能的影響。間隙原子、置換原子與位錯相互作用形成柯氏氣團，柯氏氣團增加位錯移動的阻力；溶質(zhì)原子造成晶格畸變， 增加位錯移動的摩擦阻力，使強度提高， 這就是固溶強化的機理。晶界越多， 晶粒越細， 根據(jù)霍爾配奇關(guān)系式s0-1/2晶粒的平均直徑d 越小，材= Kd料的屈服強度s 越高。晶粒越細小，晶粒內(nèi)部和晶界附近的應變度差越小變形越均勻，因應力集中引起的開裂的機會也越小，塑性越好。 晶粒越細小，應力集中越小，不易產(chǎn)生裂紋，晶界越多，易使裂紋擴展方向發(fā)生變化，裂紋不易傳播，所以韌性就好。位錯密度越高， 則位錯運動時越易發(fā)生相互交割，形成割階， 造成位錯纏結(jié)等位錯運動的障礙，給繼續(xù)塑性變形造成困難，從而提高金屬的強度。根據(jù)公式? =abG 1/2 ，位錯密度（）越大，強化效果越顯著。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)過嚴重冷變形(變形度在 70以上 )的金屬，在約 1 小時的保溫時間內(nèi)能夠完成再結(jié)晶 (95 轉(zhuǎn)變量 )的溫度。再結(jié)晶溫度并不是一個物理常數(shù)，這是因為再結(jié)晶前后的晶格類型不變，化學成分不變，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