《金屬學(xué)與熱處理》復(fù)習(xí)資料

《金屬學(xué)與熱處理》2010《金屬學(xué)與熱處理》第一章.金屬概述（3學(xué)時(shí)）基本概念●金屬定義：(1)具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)。(2)具特有光澤而不透明（對(duì)可見(jiàn)光強(qiáng)烈反射的結(jié)果），富有展性、延性及導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性的這一類(lèi)物質(zhì)?！窈辖鸲x：一種金屬元素與另一種或幾種其它元素，經(jīng)熔煉或其它方法結(jié)合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。二、影響金屬主要性能的主要因素①化學(xué)成分不同，性能不同；②化學(xué)成分相同，處理方式不同，性能不同?！焯岣卟牧闲阅艿闹饕緩剑阂环矫娓淖儾牧系幕瘜W(xué)成分；另一方面改進(jìn)材料的生產(chǎn)工藝，進(jìn)而改變材料內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)與性能。三、材料不同層次的結(jié)構(gòu)1）原子結(jié)構(gòu)：取決于原子種類(lèi)2）晶體結(jié)構(gòu)：原子在空間的排列方式3）組織結(jié)構(gòu)（顯微組織）四、影響金屬材料結(jié)構(gòu)的主要因素材料的組織結(jié)構(gòu)取決于:原子種類(lèi);內(nèi)部原子排列的方式;合金元素的存在方式;內(nèi)部不同尺度的各種結(jié)構(gòu)缺陷五、金屬冶煉的實(shí)質(zhì)和主要步驟金屬冶煉的實(shí)質(zhì)：把金屬?gòu)牡V石中提煉出來(lái)金屬冶煉的步驟1)礦石的富集除去雜質(zhì)，提高礦石中有用成分的含量2)冶煉利用氧化還原反應(yīng)，在一定條件下，用還原劑把金屬礦石中的金屬離子還原成金屬單質(zhì)。3)精煉提高金屬的純度第二章.金屬及合金的塑性變形與斷裂（6學(xué)時(shí)）一、金屬的塑性變形金屬塑性變形的本質(zhì)和規(guī)律；塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響；§塑性變形對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響1.顯微組織的變化2.亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化3.形變織構(gòu)§性能的變化對(duì)性能的影響力學(xué)性能：利:深沖板材變形控制;弊：制耳。(各向異性)2.物理性能:硅鋼片{100}[100]織構(gòu)可減少鐵損。a使金屬及合金的比電阻增加，導(dǎo)電性能和電阻溫度系數(shù)下降，熱導(dǎo)率也略為下降。b提高金屬的內(nèi)能，使其化學(xué)活性提高，腐蝕速度增快。c金屬中的晶體缺陷（位錯(cuò)及空位）增加，因而使擴(kuò)散激活能減少，擴(kuò)散速度增加。§殘余內(nèi)應(yīng)力第一類(lèi)殘余應(yīng)力（sⅠ）：宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個(gè)物體變形不均勻引起。第二類(lèi)殘余應(yīng)力（sⅡ）：微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒變形不均勻引起。第三類(lèi)殘余應(yīng)力（sⅢ）：點(diǎn)陣畸變，由位錯(cuò)、空位等引起。80-90%。2消除：去應(yīng)力退火。3利：預(yù)應(yīng)力處理，如汽車(chē)板簧的生產(chǎn)。

弊：引起變形、開(kāi)裂,如黃銅彈殼的腐蝕開(kāi)裂。二、單晶體的塑性形變●滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向(滑移方向）產(chǎn)生相對(duì)位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式?！駥\生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生均勻切變并形成晶體取向的鏡面對(duì)稱(chēng)關(guān)系。三、多晶體的塑性形變晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性1）原因：各晶粒之間變形具有非同時(shí)性。2）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會(huì)導(dǎo)致晶體分裂）3）條件：獨(dú)立滑移系35個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變化）晶界對(duì)變形的阻礙作用晶界對(duì)變形的影響:滑移、孿生多終止于晶界,極少穿過(guò)?！窆倘軓?qiáng)化（固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。）●細(xì)晶強(qiáng)化（通過(guò)細(xì)化晶粒來(lái)同時(shí)提高金屬的強(qiáng)度、硬度、塑性和韌性的方法稱(chēng)細(xì)晶強(qiáng)化。）●加工硬化(隨著變形程度的增加，材料的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性下降，這一現(xiàn)象即為加工硬化或形變強(qiáng)化。)※沒(méi)有加工硬化,金屬就不會(huì)發(fā)生均勻塑性變形?！庸び不菑?qiáng)化金屬的重要手段之一，對(duì)于不能熱處理強(qiáng)化的金屬和合金尤為重要?！駨浬?qiáng)化(在晶內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí)，第二相顆粒越細(xì)，分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強(qiáng)化方法稱(chēng)彌散強(qiáng)化或沉淀強(qiáng)化。)四、金屬韌性斷裂與脆性斷裂的主要類(lèi)型、定義、特征●塑性斷裂又稱(chēng)為延性斷裂，斷裂前發(fā)生大量的宏觀塑性變形，斷裂時(shí)承受的工程應(yīng)力大于材料的屈服強(qiáng)度。塑性斷裂分為解理、準(zhǔn)解理、韌窩、沿晶及疲勞斷裂等。1、材料因素（內(nèi)在因素）

①晶體特征（晶體結(jié)構(gòu)、位錯(cuò)）②化學(xué)成分

③顯微組織（晶粒大小，各相，第二相，夾雜）

④處理工藝（熱處理、強(qiáng)化處理）2、環(huán)境因素（外因）

①.裂紋和應(yīng)力狀態(tài)的影響②溫度的影響③其他影響因素.例如環(huán)境介質(zhì)對(duì)斷裂有很大影響，某些金屬與合金在腐蝕介質(zhì)和拉應(yīng)力的同時(shí)作用下，產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕斷裂。金屬材料經(jīng)酸洗、電鍍，或從周?chē)橘|(zhì)中吸收氫之后，產(chǎn)生氫脆斷裂。第三章金屬的回復(fù)與再結(jié)晶（4學(xué)時(shí)）一、金屬的回復(fù)與再結(jié)晶（1）回復(fù)與再結(jié)晶的概念和應(yīng)用；●回復(fù)是指冷塑性變形的金屬在加熱時(shí)，在光學(xué)顯微組織發(fā)生改變前（即在再結(jié)晶晶粒形成前）所產(chǎn)生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能的變化過(guò)程?！窭渥冃魏蟮慕饘偌訜岬揭欢囟然虮刈銐驎r(shí)間后，在原來(lái)的變形組織中產(chǎn)生了無(wú)畸變的新晶粒，位錯(cuò)密度顯著降低，性能也發(fā)生顯著變化，并恢復(fù)到冷變形前的水平，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為再結(jié)晶。（2）冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化（3）臨界變形度的概念；（4）再結(jié)晶晶粒度的控制；（5）熱加工與冷加工的區(qū)別。二、金屬的回復(fù)塑性變形對(duì)材料組織與性能的影響冷變形金屬在加熱時(shí)的組織和性能變化回復(fù)動(dòng)力學(xué)預(yù)先冷變形所產(chǎn)生的儲(chǔ)存能的降低?；貜?fù)機(jī)理（一般認(rèn)為，回復(fù)是空位和位錯(cuò)在退火過(guò)程中發(fā)生運(yùn)動(dòng)，從而改變了它們的數(shù)量和組態(tài)的過(guò)程。）※多邊化的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自彈性應(yīng)變能的降低?；貜?fù)退火的應(yīng)用回復(fù)退火在工程上稱(chēng)之為去應(yīng)力退火，使冷加工的金屬件在基本上保持加工硬化狀態(tài)的條件下降低其內(nèi)應(yīng)力（主要是第一類(lèi)內(nèi)應(yīng)力），減輕工件的翹曲和變形，降低電阻率，提高材料的耐蝕性并改善其塑性和韌性，提高工件使用時(shí)的安全性。三、金屬的再結(jié)晶再結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的共同點(diǎn)，是兩者都經(jīng)歷了形核與長(zhǎng)大兩個(gè)階段；兩者的區(qū)別是，再結(jié)晶前后各晶粒的晶格類(lèi)型不變，成分不變，而同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變則發(fā)生了晶格類(lèi)型的變化。再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力也是預(yù)先冷變形所產(chǎn)生的儲(chǔ)存能的降低（回復(fù)）再結(jié)晶過(guò)程A形核B長(zhǎng)大界面移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力是無(wú)畸變的新晶粒與周?chē)w的畸變能差。再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)●再結(jié)晶溫度通常定義為：經(jīng)過(guò)嚴(yán)重冷變形（變形度在70%以上）的金屬，在約1h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)晶晶粒大小的控制再結(jié)晶退火的組織再結(jié)晶的作用晶粒正常長(zhǎng)大與二次再結(jié)晶●晶粒長(zhǎng)大定義隨著加熱溫度的升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒之間就會(huì)互相吞并而長(zhǎng)大，這一現(xiàn)象稱(chēng)之為晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)功能從整體來(lái)看，晶體長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力是晶粒長(zhǎng)大前后總的界面能差。晶粒長(zhǎng)大的類(lèi)型●晶粒長(zhǎng)大分為兩種類(lèi)型：一種是隨溫度的升高或保溫時(shí)間的延長(zhǎng)晶粒均勻連續(xù)地長(zhǎng)大，稱(chēng)之為正常長(zhǎng)大；另一種是晶粒不均勻不連續(xù)地長(zhǎng)大，稱(chēng)為反常長(zhǎng)大，或二次再結(jié)晶。五、金屬的熱加工熱加工過(guò)程中的回復(fù)與再結(jié)晶冷加工與熱加工的區(qū)別●在工業(yè)生產(chǎn)中，熱加工通常是指將金屬材料加熱至高溫進(jìn)行鍛造、熱軋等的壓力加工過(guò)程●從金屬學(xué)的角度來(lái)看，所謂熱加工是指在再結(jié)晶溫度以上的加工過(guò)程；在再結(jié)晶溫度以下的加工過(guò)程稱(chēng)為冷加工。熱加工后的組織與性能一）改善鑄錠組織二）纖維組織●由一條條流線勾劃出來(lái)的組織，叫做纖維組織。三）帶狀組織●復(fù)相合金中的各個(gè)相，在熱加工時(shí)沿著變形方向交替地呈帶狀分布，這種組織稱(chēng)為帶狀組織.四）晶粒大小特別注意不要在臨界變形度范圍內(nèi)加工，否則會(huì)得到粗大的晶粒組織。第四章有色金屬及其合金的組織及強(qiáng)化機(jī)理（6學(xué)時(shí)）●有色金屬：除鋼鐵以外的所有金屬統(tǒng)稱(chēng)為有色金屬。一、鋁合金的類(lèi)型、強(qiáng)化機(jī)理及組織根據(jù)合金元素的含量和加工工藝性能特點(diǎn)，把鋁合金分為：（加工）變形鋁合金和鑄造鋁合金變形鋁合金又可分為1.防銹鋁(不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金)和2.硬鋁3.超硬鋁4.鍛鋁（可熱處理強(qiáng)化的鋁合金）強(qiáng)化機(jī)理:1.形變強(qiáng)化2.沉淀強(qiáng)化鋁合金加熱到單相區(qū)保溫后，快速冷卻得到過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝叫固溶處理。3.固溶強(qiáng)化4.細(xì)晶強(qiáng)化在鋁合金中添加微量合金元素細(xì)化組織是提高機(jī)械性能的另一種重要手段?！慊鸺訒r(shí)效處理是鋁合金強(qiáng)化的重要手段?！鶎?duì)于鑄造鋁合金，過(guò)剩相強(qiáng)化是主要手段。二、銅合金的強(qiáng)化機(jī)理及組織、雜質(zhì)對(duì)性能的影響銅合金的強(qiáng)化機(jī)理1.固溶強(qiáng)化加入Zn、Sn、Al、Ni等合金元素，形成銅的固溶體——固溶強(qiáng)化，使銅的強(qiáng)度升高。2.時(shí)效強(qiáng)化Be、Si、Zn等在Cu中的溶解度隨溫度的降低而降低，使合金具有時(shí)效強(qiáng)化的功能。3.過(guò)剩相強(qiáng)化

合金元素的加入量超過(guò)銅的最大溶解度時(shí)，便產(chǎn)生過(guò)剩相，使合金強(qiáng)度提高。但過(guò)剩相數(shù)量太多時(shí)，合金脆化，強(qiáng)度下降。4、細(xì)化晶粒強(qiáng)化

Cu中加入少量Fe、Ni等合金元素，能細(xì)化晶粒，提高機(jī)械強(qiáng)度。雜質(zhì)對(duì)性能的影響雜質(zhì)對(duì)銅性能的影響工業(yè)純銅常見(jiàn)雜質(zhì)：氧、硫、鉛、鉍、砷、磷等。這些雜質(zhì)的存在，均使銅的導(dǎo)電率降低。1.熱脆現(xiàn)象產(chǎn)生原因：鉛、鉍雜質(zhì)存在。2.冷脆現(xiàn)象產(chǎn)生原因：硫、氧雜質(zhì)存在3.銅的氫病第五章鑄鐵的石墨化原理（4學(xué)時(shí)）1、鑄鐵的定義、石墨化原理和過(guò)程●鑄鐵是含碳量大于2.11%并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的多元鐵基合金?！耔T鐵中石墨的結(jié)晶過(guò)程叫做石墨化過(guò)程。2、鑄鐵的特點(diǎn)及分類(lèi)1、鑄鐵的組織特點(diǎn)鋼的基體+G（石墨）基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種。2、鑄鐵的性能特點(diǎn)⑴力學(xué)性能低。由于石墨相當(dāng)于鋼基體中的裂紋或空洞，破壞了基體的連續(xù)性，且易導(dǎo)致應(yīng)力集中。⑵耐磨性能好。由于石墨本身有潤(rùn)滑作用。⑶消振性能好。由于石墨可以吸收振動(dòng)能量。⑷鑄造性能好。由于鑄鐵硅含量高,成分接近于共晶.⑸切削性能好。由于石墨使車(chē)屑容易脆斷，不粘刀3、常用鑄鐵的顯微組織特征與主要力學(xué)性能的比較第六章鐵碳合金（5學(xué)時(shí)）鐵碳相圖的組成結(jié)構(gòu)和分析方法；鐵碳相圖分析，各種典型成分鐵碳合金的組織和相的形成過(guò)程，平衡組織中相及組織組成物相對(duì)量的計(jì)算，熟悉各組織特征；掌握鐵碳合金的成分、組織與性能間的變化關(guān)系●成分過(guò)冷是在合金凝固過(guò)程中由于溶質(zhì)再分配引起的過(guò)冷。其他類(lèi)型的二元合金相圖：組元間形成化合物的相圖，偏晶、熔晶和合晶相圖，具有固態(tài)轉(zhuǎn)變的二元合金相圖第七章三元合金相圖（8學(xué)時(shí)）三元合金勻晶、簡(jiǎn)單共晶相圖的組成結(jié)構(gòu)和分析方法；水平、垂直的相圖分析，理解各種典型成分合金的組織和相的形成過(guò)程，掌握平衡組織中相及組織組成物相對(duì)量的計(jì)算第八章擴(kuò)散一、擴(kuò)散機(jī)理擴(kuò)散現(xiàn)象和本質(zhì)固態(tài)金屬擴(kuò)散的條件、類(lèi)型間隙機(jī)制、空位機(jī)制二、擴(kuò)散理論擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散方程的誤差函數(shù)解三、影響擴(kuò)散系數(shù)的因素及其應(yīng)用第九章金屬的固態(tài)轉(zhuǎn)變（4學(xué)時(shí)）相及其特點(diǎn)●相：物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同且均勻的部分。特點(diǎn)：相與相之間有分界面，可用機(jī)械的方法將它們分開(kāi)。系統(tǒng)中存在的相可以是穩(wěn)定的、亞穩(wěn)的或不穩(wěn)定的。系統(tǒng)在某一熱力學(xué)條件下，只有當(dāng)能量具有最小值的相才是最穩(wěn)定的。系統(tǒng)的熱力學(xué)條件改變時(shí)，自由能會(huì)發(fā)生變化，相的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)發(fā)生變化。固態(tài)相變的概念及基本內(nèi)涵●固態(tài)相變:是固體物質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生狀態(tài)的變化,是自然界中十分普遍的現(xiàn)象之一.固態(tài)相變的內(nèi)涵(三者必具其一)晶體結(jié)構(gòu)的變化化學(xué)成分的變化有序程度的變化固態(tài)相變的三種基本變化1.晶體結(jié)構(gòu)的變化只有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變而無(wú)成分變化的固態(tài)相變:純金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變固溶體的多形性轉(zhuǎn)變馬氏體相變2.化學(xué)成分的變化只有成分轉(zhuǎn)變而無(wú)相結(jié)構(gòu)的變化單相固溶體的調(diào)幅分解3.有序程度的變化合金的有序化轉(zhuǎn)變，點(diǎn)陣中原子的配位數(shù)的變化，以及與電子結(jié)構(gòu)變化相關(guān)的轉(zhuǎn)變磁性轉(zhuǎn)變超導(dǎo)轉(zhuǎn)變固態(tài)相變的類(lèi)型1.按相變過(guò)程中原子遷移特征1）擴(kuò)散型相變：特點(diǎn):依靠原子的長(zhǎng)距離擴(kuò)散；相界面非共格。舉例:珠光體、奧氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e,C都可擴(kuò)散。2）非擴(kuò)散型相變：特點(diǎn):舊相原子有規(guī)則地、協(xié)調(diào)一致地通過(guò)切變轉(zhuǎn)移到新相中；相界面共格、原子間的相鄰關(guān)系不變；化學(xué)成分不變。舉例:馬氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e,C都不擴(kuò)散。3）半擴(kuò)散型相變：特點(diǎn):切變，又有擴(kuò)散.舉例:貝氏體轉(zhuǎn)變，F(xiàn)e切變，C擴(kuò)散。2.按相變方式分類(lèi)1）非連續(xù)型相變：有核相變特點(diǎn):有形核階段，新相核心可均勻形成，也可擇優(yōu)形成。舉例:大多數(shù)固態(tài)相變屬于此類(lèi)。2）連續(xù)型相變：無(wú)核相變特點(diǎn):無(wú)形核階段，以成分起伏作為開(kāi)端，新舊相間無(wú)明顯界面舉例:調(diào)幅分解。3.按熱力學(xué)函數(shù)變化分類(lèi)：根據(jù)相變前后熱力學(xué)函數(shù)的變化，可將相變分為一級(jí)相變、二級(jí)相變和高級(jí)相變。1）一級(jí)相變●定義：在臨界溫度、壓力時(shí)，化學(xué)位的一階偏導(dǎo)數(shù)不相等的相變。特點(diǎn):相變時(shí)兩相的化學(xué)位相等，而化學(xué)位對(duì)溫度及壓力的一階偏微分（－S,V）不等的相變。伴隨潛熱的釋放和體積的改變。兩相能夠共存的條件是化學(xué)位相等。舉例:凝固、蒸發(fā)、升華、熔化以及大多數(shù)固態(tài)晶型轉(zhuǎn)變屬于此類(lèi)。2）二級(jí)相變●定義：二級(jí)相變：在臨界溫度、臨界壓力時(shí)，化學(xué)位的一階偏導(dǎo)數(shù)相等，而二階偏導(dǎo)數(shù)不相等的相變。特點(diǎn):相變時(shí)兩相的化學(xué)位相等，化學(xué)位的一階偏微分也相等，但二階偏微分不相等的相變。沒(méi)有相變潛熱和體積改變，有比容、壓縮系數(shù)、膨脹系數(shù)變化.舉例:磁性轉(zhuǎn)變、有序－無(wú)序轉(zhuǎn)變、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變等屬于此類(lèi)。3）高級(jí)相變●定義：在臨界溫度，臨界壓力時(shí)，一階，二階偏導(dǎo)數(shù)相等，而三階偏導(dǎo)數(shù)不相等的相變成為三級(jí)相變。依次類(lèi)推，自由焓的n-1階偏導(dǎo)連續(xù)，n階偏導(dǎo)不連續(xù)時(shí)稱(chēng)為高級(jí)相變。二級(jí)以上的相變