材料科學基礎知識點總結

金屬學與熱處理總結上坡擴散；溶質(zhì)原子從低濃度向高濃度處擴散的過程稱為上坡擴散。表明擴散的驅動力是化學位梯度而非濃度梯度金屬鍵:自由電子與原子核之間靜電作用產(chǎn)生的鍵合力。滑移系:晶體中一個滑移面及該面上一個滑移方向的組合稱一個滑移系。形核率：單位時間、單位體積液體中形成的晶核數(shù)量。用N表示。過冷度：液體材料的理論結晶溫度（Tm）與其實際溫度之差反應擴散:伴隨有化學反應而形成新相的擴散稱為反應擴散。相：材料中結構相同、成分和性能均一的組成部分。（如單相、兩相、多相合金。過冷度：理論結晶溫度與實際結晶溫度的差稱為過冷度。細化晶粒的方法：增加過冷度、變質(zhì)處理、振動與攪拌。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。體心結構的滑移系個數(shù)為12，滑移面：{110}，方向＜111＞。面心結構的滑移系個數(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。七、金屬及合金的回復與再結晶影響再結晶的主要因素：①再結晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時間一定時）再結晶后的晶粒越粗大；②冷變形量：一般冷變形量越大，完成再結晶的溫度越低，變形量達到一定程度后，完成再結晶的溫度趨于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越細，再結晶晶粒也越細；④微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子，一般均起細化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再結晶，彌散分布的細小的第二相粒子不利于再結晶；⑥形變溫度，形變溫度越高，再結晶溫度越高，晶粒粗化；⑦加熱速度，加熱速度過快或過慢，都可能使再結晶溫度升高。性影響擴散的因素：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。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，中間需要進行再結晶退火，增加生產(chǎn)成本。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。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?？梢酝ㄟ^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：①盡量減少鋼中第二相的數(shù)量；②提高基體組織的塑性；③提高組織的均勻性；④加入Ni及細化晶粒的元素；⑤防止雜質(zhì)在晶界偏聚及第二相沿晶界析出。二、Fe一Fef相圖，結晶過程分析及計算1. 分析含碳0.53?0.77%的鐵碳合金的結晶過程，并畫出結晶示意圖。①點之上為液相-Y；②點結晶完①?600800a,7000.5 1.01.S2,02.①點之上為液相-Y；②點結晶完①?600800a,7000.5 1.01.S2,02.53.03.5「 1148110016001S3815001000a+FeaCsn14001394-BOOL+FegC十一L；①點開始L畢；②?③點之間為單相Y；③點開始Y~a轉變；④點開始y?P共析轉變；室溫下顯微組織為a+P。結晶示意圖：算室溫下亞共Vs八（含碳量為x的組織組成物的相對量。2.計析鋼0.77-xX100%0.77-xX100%Wq—1-% a0.77-0.0218W=x-0.0218Wq—1-% a0.77-0.02183. 分析含碳0.77?2.11%的鐵碳合金的結晶過程。點之上為液相L；①點開始L~y；①?②之間為L+y；②點結晶完畢；②?③點之間為單相Y;③點開始Y~Fe3C轉變；④點開始y?P共析轉變；室溫下顯微組織為P+Fe3C。結晶過程示意圖。/I &4.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、Fe3C[[,相對量為：w6.69-X ,ww x-0.77“皿W= x100%,W=1-W或W= x100%P6.69-0.77 6.69-0.775.分析共析鋼的結晶過程,并畫出結晶示意圖。①點之上為液相L；①點開始L—y:②點結晶完畢；②?①點之上為液相L；①點開始L—y:②點結晶完畢；②?③點之間為單相Y；③點Y—P共析轉變；室6. 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、FesJ相對量為：3.0-2.11W= x100%=40.6%,WLd4.3-2.11 y6.69-2.11W二…門xWx100%=46.0%,P6.69-0.77y=1-W=59.4%LdW=W-WFe^II yP=13.4%相組成物為F、Fe3C，相對量為：3.0W=x100%=44.8%, F=1-W =55.2%Fe3C6.69 Fe3C7.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、Fe3C3I 3II 3III 3共析3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；Fe3Cffl: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；3共析Fe3C：液相共晶轉變得到，粗大的條狀。3共晶8.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a、Fe3C，相對量為:xW=x100%,W=1-WFe3C 6.69 Fe3C9. Fe3C[的相對量：Wx-9. Fe3C[的相對量：WFe3Ci 6.69-4.3當x=6.69時Fe3CI含量最高，最高百分量為：WFe3CI=6||x100%=100%10.過共析鋼中Fe3Cn10.過共析鋼中Fe3Cn的相對量：WFe3Cn 6.69-0.772.11-0.77當x=2.11時Fe3Cn含量最高，最高百分量為：WFe3cn=6.69—0.77=2 %x11-Fe3Cm的相對量計算：WFe3cni=669X100%當x=0.0218時Fe3Cm含量最高，最高百分量為：W12.當x=0.0218時Fe3Cm含量最高，最高百分量為：W12.共析滲碳體的相對百分量為：WFe3C13.共晶滲碳體的相對百分量為：WFe3C=0.0218x100%=0.33%Fe3Cni 6.690.77-0.0218.= x100%=11.2%6.69-0.02184.30-2.11= x%=47.8%6.69-2.1114.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。15.說明三個恒溫轉變，畫出轉變特征圖包晶轉變(LB+6H YJ含碳量0.09%?0.53%范圍的鐵碳合金，于HJB水平線(1495C)TOC\o"1-5"\h\zBH J均將通過包晶轉變，形成單相奧氏體。共晶轉變(LC Ye+Fe3C)含碳放2.11%—6.69%范圍的鐵碳合金，于ECF平線上(1148°C)C E3均將通過共晶轉變，形成奧氏體和滲碳體兩相混合的共晶體，稱為菜氏體(Ld)。727龍 *共析轉變(YS: aP+Fe3C)；含碳雖超過0.02%的鐵碳合金，于PSK水平線上(727C)均將通過共析轉變，形成鐵素體和滲碳體兩相混合的共析體，稱為珠光體(共析轉變(YS轉變特征圖包晶轉變共晶轉變轉變特征圖包晶轉變共晶轉變共析轉變各點成分為（c%）：B：0.53H：0.09；J：0.17；C：4.3；E：2.11S：0.77各點成分為（c%）：B：0.531.分析M點合金的結晶過程。先從液相中結晶出B組元，當液相成分為K時，發(fā)生二元共晶轉變，轉變產(chǎn)物為（B+C）,當液相成分為E時，發(fā)生三元共晶轉變，轉變產(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。AA%CAA%C確定出E點合金A、B、C三個組元的化學成分。計算E點合金組織組成物的相對量計算E點合金相組成物的相對量E點合金的化學成分與相組成物相對量之間有什么關系？為什么？CC1、 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+b+c）=100%3、 E點合金相組成物的相對量為：WA=麗x1°°%，WB=BFx1°°%，EDw二EDx1°°%CCD4、 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。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。十四、晶界具有哪些特性？①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；②原子在晶界上的擴散速度高于晶內(nèi)，熔點較低；③相變時新相優(yōu)先在晶界出形核；④晶界處易于發(fā)生雜質(zhì)或溶質(zhì)原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蝕和氧化；⑥常溫下晶界可以阻止位錯的運動，提高材料的強度。十七、與滑移相比孿晶有什么特點？①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；②孿晶面兩邊晶體的位相不同，成鏡面對稱；③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)；④孿晶是一種均勻的切變。十八、影響再結晶的主要因素有哪些？①再結晶退火溫度：退火溫度越高（保溫時間一定時），再結晶后的晶粒越粗大；②冷變形量：一般冷變形量越大，完成再結晶的溫度越低，變形量達到一定程度后，完成再結晶的溫度趨于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越細，再結晶晶粒也越細；④微量溶質(zhì)與雜質(zhì)原子，一般均起細化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再結晶，彌散分布的細小的第二相粒子不利于再結晶；⑥形變溫度，形變溫度越高，再結晶溫度越高，晶粒粗化；⑦加熱速度，加熱速度過快或過慢，都可能使再結晶溫度升高。二十、什么是再結晶溫度？影響再結晶溫度的因素有哪些？再結晶溫度：經(jīng)過嚴重冷變形（變形度在7°％以上）的金屬，在約1小時的保溫時間內(nèi)能夠完成再結晶（＞95％轉變量）的溫度。再結晶溫度并不是一個物理常數(shù)，這是因為再結晶前后的晶格類型不變，化學成

分不變，所以再結晶不是相變。影響再結晶溫度的因素：純度越高T越低；變形度越大T越低；加熱速度越小T越高。再再再二十一、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。二十二、什么是晶面間距？計算低指數(shù)晶面的晶面間距。晶面間距（d）:兩個平行晶面之間的垂直距離。通常，低指數(shù)的晶面間距較大，而高指數(shù)晶面間距較小。晶面間距越大，則該晶面上原子排列越密集。對于簡單立方點陣dhkl=a^（h2+k2+12）—1/2a23fcc:d=