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(gè)數(shù)84126126原子半徑rA間隙半徑rB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，用來分析原子排列的規(guī)律性，這個(gè)最小的幾何單元稱為晶胞。金屬鍵：失

2、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，這種結(jié)合方式稱為金屬鍵。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(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

3、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)晶過程、阻力、動(dòng)力，過冷度、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)。過冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)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(xì)化晶粒的方法。過冷度與液態(tài)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(xué)的角度上看，沒有過冷度結(jié)晶就沒

4、有趨動(dòng)力。根據(jù) 可知當(dāng)過冷度為零時(shí)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(shí)，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(xì)化晶粒的方法：增加過冷度、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(shí)向各個(gè)方向生長，形成表面細(xì)晶區(qū)。柱狀晶區(qū)：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)晶前沿過冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向

5、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(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)成分過冷，成分過冷區(qū)的擴(kuò)大，促使新的晶核形成長大形成等軸晶。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)晶過程及不同成分合金在室溫下的顯微組織。合金、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)

6、晶條件下，成分在共晶點(diǎn)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(diǎn)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(jì)算?；緝?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；五種滲碳體的來源及形態(tài)。奧氏體與鐵

7、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。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

8、衡組織為FP，F(xiàn)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?；緝?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?；疲壕w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)?；频谋举|(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&g

9、t;。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)存能的變化?；緝?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

10、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(fù)到完全軟化狀態(tài)，這個(gè)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(shí)，使金屬材料的致密度增加；使粗大的柱狀晶變細(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。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

11、（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，加熱速度過快或過慢，都可能使再結(jié)晶溫度升高。塑性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)過回復(fù)、再結(jié)晶、晶粒長大三個(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

12、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?？驴线_(dá)爾效應(yīng)，擴(kuò)散第二定律表達(dá)式?？驴线_(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。擴(kuò)散第一定律表達(dá)式：擴(kuò)散第一定律表達(dá)式： 其

13、中，J為擴(kuò)散流量；D為擴(kuò)散系數(shù)；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，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。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P體，F(xiàn)e3C顆粒越細(xì)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

14、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

15、，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=bG1/2 ，可知強(qiáng)度與位錯(cuò)密度（）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；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)件在使用過程中的安全性，零件的某些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中或過載現(xiàn)象時(shí)，使該處產(chǎn)生塑

16、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(qiáng)化也給材料生產(chǎn)和使用帶來麻煩，變形使強(qiáng)度升高、塑性降低，給繼續(xù)變形帶來困難，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

17、，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；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s=0KS0-1/2的規(guī)律，S0 片層間距。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，符合的規(guī)律，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

18、；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)象稱為細(xì)晶強(qiáng)化。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)，應(yīng)力集中越小，所以材料的強(qiáng)度越高。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s=0Kd-1/2 晶粒的平均直（d）越小，材料的屈服強(qiáng)

19、度（s）越高。細(xì)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(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控制變形度、退火溫度來細(xì)化晶粒?？梢酝ㄟ^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)力集中引起的開裂的機(jī)會(huì)也越小。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

20、及第二相沿晶界析出。三、FeFe3C相圖，結(jié)晶過程分析及計(jì)算 1. 分析含碳0.530.77的鐵碳合金的結(jié)晶過程，并畫出結(jié)晶示意圖。點(diǎn)之上為液相L；點(diǎn)開始L；點(diǎn)結(jié)晶完畢；點(diǎn)之間為單相；點(diǎn)開始轉(zhuǎn)變；點(diǎn)開始 P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為+ P。結(jié)晶示意圖：2. 計(jì)算室溫下亞共析鋼（含碳量為）的組織組成物的相對(duì)量。組織組成物為、P，相對(duì)量為：或3. 分析含碳0.772.11的鐵碳合金的結(jié)晶過程。點(diǎn)之上為液相L；點(diǎn)開始L；之間為L+；點(diǎn)結(jié)晶完畢；點(diǎn)之間為單相；點(diǎn)開始Fe3C轉(zhuǎn)變；點(diǎn)開始 P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為P + Fe3C。結(jié)晶過程示意圖。4. 計(jì)算室溫下過共析鋼（含碳量為）的組織組成物的相對(duì)

21、量。組織組成物為P、Fe3C，相對(duì)量為：或5. 分析共析鋼的結(jié)晶過程，并畫出結(jié)晶示意圖。點(diǎn)之上為液相L；點(diǎn)開始L；點(diǎn)結(jié)晶完畢；點(diǎn)之間為單相；點(diǎn) P共析轉(zhuǎn)變；室溫下顯微組織為P。 結(jié)晶示意圖：6. 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。含碳3.0%的亞共晶白口鐵室溫下組織組成物為P、Fe3C，相對(duì)量為： 相組成物為F、Fe3C，相對(duì)量為：7. 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

22、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。8. 計(jì)算室溫下含碳量為合金相組成物的相對(duì)量。相組成物為、Fe3C，相對(duì)量為：9. Fe3C的相對(duì)量：當(dāng)x=6.69時(shí)Fe3C 含量最高，最高百分量為： 10. 過共析鋼中Fe3C 的相對(duì)量：當(dāng)x=2.11時(shí)Fe3C含量最高，最高百分量為： 11. Fe3C 的相對(duì)量計(jì)算：當(dāng)x=0.0218時(shí)Fe3C含量最高，最高百分量為：12. 共析滲碳體的相對(duì)百分量為：13. 共晶滲碳體的相對(duì)百分量為：14. 說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

23、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. 舉例說明成分、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FP，F(xiàn)的

24、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. 說明三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變，畫出轉(zhuǎn)變特征圖包晶轉(zhuǎn)變(LBHJ)含碳量0.090.53范圍的鐵碳合金，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(LCEFe3C)含碳放2.11一6.69范圍的鐵碳合金，于ECF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(S PFe3C)；含碳雖超過002的鐵碳合金，于PSK水平線上(7

25、27)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LBHJ包晶轉(zhuǎn)變： EFe3CLC共晶轉(zhuǎn)變： PSFe3C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)1）、標(biāo)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)。 Z Z Z C Y Y A O B Y X X X ： ：（012） AB： OC：1012）、標(biāo)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)。 Z Z C Z Y Y A O Y X X X B ： ：（

26、112） AC： OB：120 3）、畫出下列指數(shù)的晶向或晶面（111） （0 21） 1 1 0 Z Z Z （021） Y Y YX （111） （110） X X 110 001五、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(diǎn)（M、N、P、E）室溫下的顯微組織。M：B（BC）（ABC）； N：（AB） （ABC）；P：C（ABC）； E：（ABC）。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（ABC）為100%相組成物的相對(duì)量為：WA=Ea/Aa×100%WB=Eb/Bb×100%WC=Ec/Cc

27、×100% A E1 c B% B · N A% E· ·M C% b K E2 E3 ·P a C3. 分析M點(diǎn)合金的結(jié)晶過程。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（BC），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（ABC）。室溫下的顯微組織為：B（BC）（ABC）。六、固態(tài)下互不溶解的三元共晶相圖的投影圖如圖所示。 A e1 B% B A% E · e3 e2C% C 1. 確定出E點(diǎn)合金A、B、C三個(gè)組元的化學(xué)成分。2. 計(jì)算E點(diǎn)合金組織組成物的相對(duì)量3. 計(jì)算E點(diǎn)合金相組成物的相對(duì)量4.

28、 E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？ A b D e1 B% B A% E · c F H e3 a e2C% C1、 A、B、C三個(gè)組元的化學(xué)成分為：A=Ca% ，B=Ab% ，C=Bc%2、E點(diǎn)合金組織組成物的相對(duì)量為：W(ABC)=100%3、E點(diǎn)合金相組成物的相對(duì)量為：，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，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（A、B、C）的相對(duì)量就應(yīng)該等于其各自的化學(xué)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

29、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(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

30、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)象稱為柯肯達(dá)爾效應(yīng)。 Cu Ni分析表明Ni向左側(cè)擴(kuò)散過來的原子數(shù)目大于Cu向右側(cè)擴(kuò)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(diǎn)陣膨脹，而右邊原子減少的地方將發(fā)生點(diǎn)陣收縮，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、寫出擴(kuò)散第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說出

31、各符號(hào)的意義。擴(kuò)散第一定律表達(dá)式： 其中，J為擴(kuò)散流量；D為擴(kuò)散系數(shù)；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)散激活能十一、寫出擴(kuò)散系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說出各符號(hào)的意義及影響因素。擴(kuò)散系數(shù)D可用下式表示：式中，D0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，只有經(jīng)過相當(dāng)長的時(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，沒有動(dòng)

32、力擴(kuò)散無法進(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：，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)陣阻力越小，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)越容易，從公式中可以看出，值越大、值越小，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)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(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(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

33、；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、

34、論述鋼的滲碳通常在奧氏體區(qū)（930950）進(jìn)行，而且時(shí)間較長的原因。雖然碳原子在-Fe比-Fe中擴(kuò)散系數(shù)大（分），但鋼的滲碳通常在奧氏體區(qū)進(jìn)行，因?yàn)榭梢垣@得較大的滲層深度。因?yàn)椋焊鶕?jù)，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)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，1148時(shí)最大值可達(dá)2.11%，遠(yuǎn)比鐵素體(727，0.0218%)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，只有經(jīng)過相當(dāng)長的時(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)

35、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；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(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，加熱速度過快或過慢

36、，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。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；溶質(zhì)原子造成晶格畸變，增加位錯(cuò)移動(dòng)的摩擦阻力，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)霍爾配奇關(guān)系式s=0Kd-1/2 晶粒的平均直徑d越小，材料的屈服強(qiáng)度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=abG1/2 ，位錯(cuò)密度（）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