金屬學與熱處理KS

1、金屬學與熱處理總結一、金屬的晶體結構晶格類型晶胞中的原子數(shù)原子半徑配位數(shù)致密度體心立方2868%面心立方41274%密排六方61274%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rA間隙半徑rB晶胞：在晶格中選取一個能夠完全反映晶格特征的最小的幾何單元，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。晶體:原子在三維空間作有規(guī)則的周期性排列的物質(zhì)。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合起來，這種結合方式稱為金屬鍵。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

2、殊結構組態(tài)。金屬典型晶體結構:體心立方結構，面心立方結構和密排立方結構。固溶強化:在固溶體中，隨著溶質(zhì)濃度的增加，固溶體的強度、硬度提高，而朔性、韌性和電阻則有所下降，這種現(xiàn)象稱為固溶強化。Fe-Fe3C相圖分析P110P113鋼中的雜質(zhì)元素及其影響P123-P125鎮(zhèn)靜鋼缺陷的種類:縮孔、縮松、偏析、氣泡等形變強化：在塑性變形過程中，隨著金屬內(nèi)部組織的變化，金屬的力學性能也將產(chǎn)生明顯的變化，即隨著變形程度的增加，金屬的強度、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化。偽共晶：在不平衡結晶條件下，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

3、。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、或用其它方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。過冷度：理論結晶溫度與實際結晶溫度的差稱為過冷度?；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。塑性變形的方式：以滑移和孿晶為主。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構和性能的一種熱加工工藝。淬透性：是表征鋼材淬火時獲得馬氏體的能力的特性。熱應力：工件在加熱(或冷卻)時，由于不同部位的溫度差異，導致熱脹(或冷縮)的不一致所引起的應力稱為熱應力。再結晶：冷變形后的金屬加熱到一定溫

4、度或保溫足夠時間后，在原來的變形組織中產(chǎn)生了無畸形的新晶粒，位錯密度顯著降低，性能也發(fā)生顯著變化，并恢復到冷變形前的水平，這個過程稱為再結晶。固態(tài)金屬擴散的條件：1、擴散要有驅動性2、擴散原子要固溶3、溫度要足夠高4、時間要足夠長影響擴散的因素：溫度：溫度越高，擴散速度越大； 晶體結構：體心結構的擴散系數(shù)大于面心結構的擴散系數(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。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。過冷奧氏體的種類：珠光體、貝氏體、馬氏

5、體M（馬氏體）形態(tài)：板條狀馬氏體、片狀馬氏體。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：鐵素體為體心結構，奧氏體面心結構；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變或由奧氏體發(fā)生共析轉變得到，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。退火的目的：均勻鋼的化學成分及組織；細化晶粒；調(diào)整硬度，改善鋼的成形及切削加工性能；消除內(nèi)應力和加工硬化；為淬火做好組織準備。低溫回火：低溫回火溫度約為150250,回火組織主要為回火馬氏體。中溫回火：中溫回火溫度在350500之間，回火組織主要為回火托氏

6、體。高溫回火：高溫回火溫度約為500650，回火組織為回火索氏體。滲碳方法的種類：根據(jù)滲碳劑的不同，滲碳方法有固體滲碳、氣體滲碳和離子滲碳。優(yōu)質(zhì)鋼的品質(zhì)判定方法：優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼的優(yōu)質(zhì)鋼等級wp、ws均0.035，高級優(yōu)質(zhì)鋼等級wp、ws均0.030；合金結構鋼的優(yōu)質(zhì)鋼等級wp、ws均0.035，高級優(yōu)質(zhì)鋼等級wp、ws均0.025。淬硬性：表示鋼淬火時的硬化能力，用淬成馬氏體可能得到的最高硬度表示。二、純金屬的結晶相起伏：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。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)金屬結晶

7、的關系：液態(tài)金屬結晶的過程是形核與晶核的長大過程。從熱力學的角度上看，沒有過冷度結晶就沒有趨動力。根據(jù) 可知當過冷度為零時臨界晶核半徑Rk為無窮大，臨界形核功（）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)金屬不能結晶。晶體的長大也需要過冷度，所以液態(tài)金屬結晶需要過冷度。細化晶粒的方法：增加過冷度、變質(zhì)處理、振動與攪拌。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構與性質(zhì)，并以明確界面分開的成分均一組成部分稱為合金相。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)。

8、亞結構細化，出現(xiàn)形變織構。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。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。塑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、再結晶、晶粒長大三個階段由破碎的或纖維組織轉變成等軸晶粒，亞晶尺寸增大；儲存能降低，內(nèi)應力松弛或被消除；各種結構缺陷減少；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。轉變產(chǎn)物（P、B、M）的特征、性能特點：片狀P體，片層間距越小，

9、強度越高，塑性、韌性也越好；粒狀P體，F(xiàn)e3C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，亞結構為位錯，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞結構為位錯，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，亞結構為位錯，具有良好的綜合機械性能；高碳馬氏體為片狀，亞結構為孿晶，強度硬度高，塑性和韌性差?；鼗鸱€(wěn)定性：淬火鋼對回火時發(fā)生軟化過程的抵抗能力?；鼗鸫嘈裕轰撛谝欢ǖ臏囟确秶鷥?nèi)回火時，其沖擊韌性顯著下降，這種脆化現(xiàn)象叫做鋼的回火脆性。正火的目的：改善鋼的切削加工性能；細化晶粒，消除熱加工缺陷；消除

10、過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火；提高普通結構零件的機械性能。形變強化：隨變形程度的增加，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，結果即產(chǎn)生固定的割階、位錯纏結等障礙，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。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

11、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。細化晶粒的方法：結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。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。1. 計算室溫下亞共析鋼（含碳量為）的組織組成物的相對量。組織組成物為、P，相對量為：或2. 計算室溫下過共

12、析鋼（含碳量為）的組織組成物的相對量。組織組成物為P、Fe3C，相對量為：或3. 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： 相組成物為F、Fe3C，相對量為： 4. 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 ；Fe3C：由液相析出，形態(tài)連續(xù)分布（基體）； Fe3C：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；Fe3C共析：奧氏體共析轉變得到，片狀；Fe3C共晶：液

13、相共晶轉變得到，粗大的條狀。5. 計算室溫下含碳量為合金相組成物的相對量。相組成物為、Fe3C，相對量為： 6. Fe3C的相對量：當x=6.69時Fe3C 含量最高，最高百分量為： 7. 過共析鋼中Fe3C 的相對量：當x=2.11時Fe3C含量最高，最高百分量為： 8. Fe3C 的相對量計算：當x=0.0218時Fe3C含量最高，最高百分量為：9. 共析滲碳體的相對百分量為：10. 共晶滲碳體的相對百分量為：11. 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：鐵素體為體心結構，奧氏體面心結構；鐵素體最高含碳量為0.0218%， 奧氏體最

14、高含碳量為2.11%，鐵素體是由奧氏體直接轉變或由奧氏體發(fā)生共析轉變得到，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。12. 說出Fe -Fe3C相圖中室溫下的顯微組織工業(yè)純鐵(0.0218C)室溫組織：亞共析鋼（0.02180.77C）室溫組織： P；共析鋼：0.77C；室溫組織：P過共析鋼：0.772.11C室溫組織：P Fe3C亞共晶白口鐵：2.114.30C；室溫組織：共晶白口鐵：4.30C；室溫組織：過共晶白口鐵：4.306.69C。室溫組織：十二、固態(tài)金屬擴散的條件是什么？ 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；擴散要有驅動力，沒有動力擴散無法進行，擴散的驅動力為化學位梯度。十五、簡述位錯與塑性、強度之間的關系。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構組態(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