金属学与热处理最后一次课.docx
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金属学与热处理最后一次课
第一章:
金属的晶体结构
一、记忆类
金属键:
失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来,这种结合方式称为金属键。
晶体:
材料在固态下原子或分子在空间呈有序排列。
位错:
晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律的律动的一种特殊结构组态。
缺陷的类型:
点缺陷、面缺陷和线缺陷
点缺陷:
间隙原子、空位、置换原子
面缺陷:
晶体表面、晶粒间界、相界面
先缺陷:
位错(刃型位错和螺型位错)
面心立方,体心立方金属晶体结构配位数,致密度,八面体,四面体间隙:
晶体类型
晶胞中的原子数
配位数
致密度
体心立方
2
8
68%
面心立方
4
12
74%
晶格类型
面心立方
体心立方
间隙类型
正四面体
正八面体
四面体
扁八面体
间隙个数
8
4
12
6
原子半径rA
间隙半径rB
二、图示类
1、注意晶面指数的表示方法是()晶向是【】
2、作图时在正常坐标系中画在晶胞内
晶向指数、晶面指数标定:
晶面指数求法:
建立坐标——求截距——取倒数——化整——加()
晶面指数作法:
建立坐标——取倒数——求截距——连线,画剖面线
晶向指数的求法:
定原点——建立坐标——求坐标——化最小整数——加[]
晶向指数的作法:
定原点——建立坐标——以[hkl]中最大数字作为分母,化为小于或等于1的分数,作出重点——始、终点连线
第二章:
纯金属的结晶
一、记忆类
过冷度:
理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。
变质处理:
在浇铸前往液态金属中加入形核剂,促使形成大量的非均匀晶核,以细化晶粒的方法。
过冷度与液态金属结晶的关系:
液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程,从热力学的角度上看,没有过冷度结晶就没有趋动力。
根据Rk∝1/Δr可知当过冷度ΔT为零的临界晶核半径Rk为无穷大,临界形核功(ΔG∝1/ΔT2)也为无穷大。
临界晶核半径Rk与临界形核功为无穷大时,无法形核,所以液态金属不能结晶,晶体的成长也需要过冷度,所以液态金结晶需要过冷度。
第三章二元合金的相结构与结晶
一、记忆类
相:
合金中结构相同,成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。
合金:
两种或两种以上的金属,或金属与非金属,经熔炼或烧结,或用其他方法组合而成的具有金属特性的物质。
成分过冷:
由于界面前沿液相中的成分差别引起的过冷度叫做成分过冷。
过冷度:
金属结晶前,温度连续下降,当液态金属冷却到理论结晶温度时,并未开始结晶,而是需要继续冷却到理论结晶温度以下某一温度,液态才开始结晶。
金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差,称为过冷度。
非平衡结晶:
在实际冷却条件下合金以较大速度冷却,偏离平衡条件的结晶过程。
枝晶偏析:
也就是晶内偏析,是在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象,由于固溶体晶体通常呈树枝状,使枝干和枝间的化学成分不同,所以又称枝晶偏析。
伪共晶:
在不平衡结晶条件下,成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金也可能得到全部共晶组织,这种共晶组织称为伪共晶。
偏析:
合金中成分的不均匀分布。
如果其他条件相同,试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小:
(1)金属型与砂型浇注(<)
(2)变质处理与不变质处理(<)
(3)铸成薄件与厚件 (<) (4)浇注时振动与不振动 (<)
铸锭三晶区名称:
表面细晶区、柱状晶区和内部等轴晶区
二、大题类
杠杆定律及应用。
组织组成物及相组成物的计算。
1、已知A及B液态时无限互溶,固态时A在B中的最大溶解度为30%,室温时为10%,但B在固态和室温均不容与A,300度时含40%B的液态合金发生共晶反映,画出AB合金相图,计算含20、45、80合金结晶后在室温下的组织组成无和相的相对含量
2.按照下面给出的条件,示意画出二元合金的相图,并填出各区域的相组成物或者组织组成物(只填一种即可)。
根据相图再画出合金的硬度与成分的关系曲线。
已知:
A,B组元在液态时无限溶解;在固态时能形成共晶,共晶成分为;A组兀在B组元中有限固溶、溶解度在共晶温度时为15%,在室温时为10%;B组元在A组元中不能溶解。
B组元比A组元的硬度高。
答:
正确相图与成分标注以及a相组织组成物如图(a)所示,b相组织组成物见图(b),c相组织组成物见图(c)
第四章铁碳合金
一、记忆类
铁素体与奥氏体:
铁素体:
碳在α-Fe中的固溶体。
奥氏体:
碳在γ-Fe中的固溶体。
P的组成
低温莱氏体(变态莱氏体)的组成
铁碳相图。
在下图所示的铁碳相图中按所给顺序写出各区的组织。
答:
(1)高温铁素体;
(2)高温铁素体+液相;(3)液相;(4)高温铁素体+奥氏体;(5)液相+奥氏体;(6)液相+渗碳体;(7)奥氏体;(8)铁素体;(9)奥氏体+铁素体;(10)奥氏体+二次渗碳体;(11)奥氏体+二次渗碳体+莱氏体;(12)莱氏体+一次渗碳体;(13)铁素体+珠光体+三次渗碳体;(14)珠光体;(15)珠光体+二次渗碳体;(16)低温莱氏体+珠光体+渗碳体;(17)低温莱氏体;(18)低温莱氏体+一次渗碳体。
钢中的常存杂质元素主要是指锰、硅、硫、磷及氮、氧、氢等元素,硫称为热脆,磷为冷脆。
氮为时效脆化(蓝脆),氢引起氢脆
二、大题类
钢的含碳量对平衡组织及结晶过程的影响:
例,含碳0.4%碳钢的结晶过程经过了匀晶转变,包晶转变,匀晶转变,单相冷却,同素异晶转变,共析转变等。
其室温组织相对量为:
铁素体%=(0.8%-0.4%)/0.8%=50%
珠光体%=1-50%=50%
相组织与组织组成的区别
典型钢在相图上的位置:
如,10钢,40钢,60钢,T12钢。
铁碳合金的结晶过程及室温下的平衡组织
三、考法
1、铁碳相图。
中各点、线成分、温度、反应式
2、分析某一成分钢的凝固过程,画出示意图。
3、计算
1.现有A,B两种铁碳合金。
A的显微组织为珠光体量占75%,铁素体量占25%;B的显微组织为珠光体量占92%,二次渗碳体量占8%,请计算并回答:
(1)这两种铁碳合金按显微组织的不同分属于哪一类钢?
(2)这两种铁碳合金的碳的质量分数各为多少?
(3)画出这两种材料在室温下平衡状态时的显微组织示意图,并标出各组织组成物的名称.
答:
(1)A:
亚共析钢;B:
过共析钢
(2)设A亚共析钢碳的质量分数为X1
WP=X1÷0.77%=75%
计算得:
X1=75%×0.77%=0.58%
设B过共析钢碳的质量分数为X2
WP=(6.69%-X2)÷(6.69%-0.77%)=92%
计算得:
X2=1.24%
第六章金属及合金的塑性变形与断裂
一、记忆类
固溶体强化机理:
一是在固溶体中溶质与溶剂的原子半径差所引起的弹性畸变,与位错之间产生的弹性交互作用,对在滑移面上的运动着的位错有阻碍作用。
二是在位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。
强化规律:
1.在固溶体的溶解度范围内,合金元素的质量分数越大,则强化作用越大。
2.溶质原子与溶剂原子的尺寸相差越大,则造成的晶格畸变越大,因而强化效果越大。
3.形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素。
4.溶质原子与溶剂原子的价电子数相差越大,则强化作用越大。
第二相强化机理:
由塑性较好的固溶体基体及其上分布的硬脆的第二相所组成的多相合金。
由于其第二相的存在而引起的强化,叫做第二相强化。
强化的主要原因是由于弥散细小的第二相离粒子与位错的交互作用,阻碍了位错的运动,从而提高了合金的塑性变形抗力。
有两种强化机制:
1.位错绕过第二相粒子(弥散强化)。
2.位错且过第二相粒子(沉淀强化)。
单晶体塑性变形的方式:
以滑移和孪生为主。
滑移本质:
晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对另一部分作相对的滑动。
滑移的本质是位错的移动。
影响多晶体塑性变形的两个主要因素是晶界、晶粒。
加工硬化现象是指随变形度的增大,金属强度和硬度显著
提高而塑性和韧性显著下降的现象,加工硬化的结果,使金属对塑性变形的抗力增大,造成加工硬化的根本原因是位错密度提高,变形抗力增大
三、大题类
金属塑形变性后的组织与性能:
组织:
显微组织出现纤维组织,杂质沿变形方向拉长为细带状或粉碎成链状,光学显微镜分辨不清晶粒和杂质。
亚结构细化,出现形变织构。
性能:
材料的强度、硬度升高,塑性、韧性下降;比电阻增加,导电系数和电阻温度系数下降,抗腐蚀能力降低等。
冷变形使金属材料内部形成哪些内应力?
这些内应力是如何形成的?
它们的作用范围有多大?
三种内应力:
1)第一类内应力(宏观内应力)。
由于不同部位变形不均匀造成,作用范围大。
2)第二类内应力(微观内应力)。
由于不同晶粒之间变形不均匀造成,作用范围在几个晶粒之间。
3)第三类内应力(晶格畸变)。
由于晶体缺陷大量增加造成,作用范围在原子尺度。
冷变形对金属材料的性能有何影响?
材料的强度、硬度升高,塑性、韧性下降;比电阻增加,导电系数和电阻温度系数下降,抗腐蚀能力降低等。
增加金属中的位错密度,是强化金属材料的途径之一。
那么,降低位错密度是否会使金属材料的强度降低?
无位错的金属材料强度是否最低?
为什么?
实验和理论研究表明:
晶体的强度和位错密度有如图9的对应关系,当晶体中位错密度很低时,晶体强度很高;相反在晶体中位错密度很高时,其强度也很高。
但目前的技术,仅能制造出直径为几微米的晶须,不能满足使用上的要求。
而位错密度很高易实现,如剧烈的冷加工可使密度大大提高,这为材料强度的提高提供途径。
第七章金属及合金的恢复与再结晶
一、记忆类
回复:
冷塑性变形的金属在加热时,在光学显微组织发生改变前所产生的某些亚结构和性能的变化过程。
再结晶:
冷变形后的金属加热到一定温度或者保温足够时间后,在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒,位错密度显著降低,性能也发生显著变化,并恢复到冷变形前的水平。
这个过程叫做再结晶。
影响再结晶的主要因素性能的变化规律:
1.再结晶退火温度:
退火温度越高,再结晶后的晶粒越粗大;1.冷变形量:
一般冷变形量越大,完成再结晶的温度越低,变形量达到一定程度后,完成再结晶的温度趋于一定;3.原始晶粒尺寸:
原始晶粒越细,再结晶晶粒也越细;4.微量溶质与杂质原子,一般均起细化晶粒的作用;5.第二相粒子,粗大的第二相粒子有利于再结晶,弥散分布的细小的第二相粒子不利于再结晶;6.形变温度,形变温度越高,再结晶温度越高,晶粒粗化;7.加热速度,加热速度过快或过慢,都可能使再结晶温度升高。
重点内容:
塑性变形后的金属随加热温度的升高会发生的一些变化:
显微组织经过回复、再结晶、晶粒长大三个阶段由破碎的或纤维组织转变成等轴晶粒,亚晶尺寸增大;储存能降低,内应力松弛或被消除;各种结构缺陷减小;强度、硬度降低,塑形、韧性提高;电阻下降,应力腐蚀倾向显著减小。
(六)作图题
1.拉制半成品铜丝的过程如图5—1,试在图的下部绘出不同阶段的组织和性能的变化示意图,并加以适当解释。
金属Ag经大变形量(70%)冷加工后,试样一端浸入冰水中,一端加热至0.9Tm,过程持续1小时,然后将试样冷至室温。
试画出沿试样长度的组织与硬度分布曲线,并简要说明之。
Ⅰ.温度T II.随T↑,再结晶,硬度大大↓, 且随T↑,再结晶的体积%↑,HB↓; Ⅲ.随温度↑,晶粒长大,晶界对位错运动阻碍↓,故HB进—步↓。 低碳钢(0.1%C)板经大变形量冷轧后,进行了再结晶退火,对其进行拉伸实验,拉伸至延伸率为8%时卸载,若: (1)卸载后立即拉伸; (2)卸载后室温下放置10天后拉伸; (3)卸载后
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- 金属 热处理 最后 一次