金属材料与热处理复习资料docWord文档下载推荐.docx
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26.含碳量小于2.11%的铁碳合金为 钢 ,wc>
2.11%为铸铁
27.纯铁在912℃以下转变为α-Fe,其晶体结构为 体心立方 。
28.铁碳合金中碳的存在形式有两种:
渗碳体和石墨 。
29.根据钢中的含氧量和凝固时放出一氧化碳的程度,可分为镇静钢、半镇静钢和 沸腾钢 。
30.过共析钢的室温平衡组织为 珠光体 和二次渗碳体。
31.亚共析钢的室温相结构由铁素体 和珠光体组成,wc越高,组织中珠光体越多。
32.金属的铸造性能包括 流动性 、收缩性和偏析倾向等。
33.金属的断裂包括 裂纹源的形成 和裂纹的扩展两个基本过程。
34.金属材料在塑性变形过程中形成的残留应力主要有:
宏观内应力、微观内应力、 晶格畸变盈利 等。
35.金属在外力作用下的变形过程可分为 弹性变形 、塑性变形和断裂三个阶段。
36.在常温或低温下,金属塑性变形的方式主要有 滑移 和孪生等。
37.金属材料断裂之前极少或没有宏观塑性变形,工作应力小于屈服极限的断裂称为 疲劳断裂。
38.在轧制成形时,金属塑性变形中出现的形变织构为 板织构 。
39.金属材料断裂之前发生大量的塑性变形,工作应力大于屈服极限的断裂称为 。
40.在拉拔成形时,金属塑性变形中出现的形变织构为 丝织构 。
41.影响晶粒长大的因素主要有温度、 保温时间 、第二相质点、相邻晶粒的相位差等。
42.冷变形后的金属在再结晶时,产生了等轴 的新晶粒。
43.形变金属在退火过程中,金属组织的变化可分为 回复 、再结晶和晶粒长大三个阶段。
44.根据冷变形度的不同,金属材料再结晶及形核机制包括畸变形核 、晶界突出形核机制。
45.在影响再结晶温度的因素中,金属的纯度越高,再结晶温度 越高 。
46.在再结晶过程中,亚晶长大成为再结晶晶核的方式可能有两种:
亚晶合并 和亚晶界移动形核。
47.影响再结晶晶粒大小的因素主要有:
变形度、 加热温度 、原始晶粒大小、合金元素及杂质等。
48.从金属学的角度来看,在 再结晶 温度以下的加工过程称之为冷加工。
49.对于固态金属来说,原子扩散机制主要有空位扩散机制和 两种。
50.影响扩散的主要因素包括:
温度 、键能和晶体结构、固溶体类型,晶体缺陷、化学成分等。
51.根据扩散过程中是否出现新相,固态扩散可分为 原子 和反应扩散两种。
52.根据扩散过程中是否发生浓度变化,固态扩散可分为自和互扩散两种。
53.根据固态相变过程中形核和长大的特点,可将固态相变分成扩散型相变、 和过渡型相变。
54.热处理通常是由加热、 保温 和冷却三个阶段组成。
55.钢在450~650℃温度范围内出现的回火脆性叫 高温回火脆性 。
56.钢在250~400℃温度范围内出现的回火脆性叫 低温回火脆性 。
57.共析钢中奥氏体形成的四个基本过程为奥氏体形核、奥氏体的长大、渗碳体溶解 以及奥氏体成分的均匀化。
58.钢从奥氏体状态快速冷却,抑制其扩散性分解,在较低温度下发生的无扩散型转变称25.钢的热处理的目的是改变钢的 组织 ,从而改变其性能。
59.影响奥氏体形成速度的因素主要有:
加热温度和保温时间、 加热速度 、化学成分等。
60.钢中马氏体高强度、高硬度的原因主要有碳的固溶强化、 相变强化以及时效强化。
61.钢在热处理加热时,奥氏体晶粒长大是通过 晶格改组 、碳在奥氏体和铁素体中的扩散以及铁素体向奥氏体转变而进行的。
62.按热处理在零件整个生产工艺过程中的位置和作用不同,热处理工艺可分为预先热处理和最终热处理
63.根据加热、冷却方式及获得的组织和性能不同,钢的热处理工艺可分为普通热处理、表面热处理 和形变热处理。
64.使钢中碳化物球化,获得粒状珠光体的热处理工艺称为 球化退火。
65.按照冷却方式的不同,退火可分为 等温冷却 和连续冷却退火。
66.工件在淬火过程中产生的内应力主要有 热应力 和组织应力等。
67.在钢的热处理工艺中,淬火方法主要有:
单液淬火法、双液淬火法、 预冷淬火和等温淬火法。
68.工件加热或冷却时,由于内外温差导致热胀冷缩不一致而产生的内应力称为 热应力 。
69.钢淬火加热时温度太高,使奥氏体晶界出现局部熔化或者发生氧化的现象称为 过烧。
70.根据工件的组织和性能要求不同,回火可分为低温回火、 中温回火 和高温回火等几种。
71.对于刀具,量具等淬火工件,其回火工艺应选用低温回火 。
72.根据钢材的用途,工业用钢可以分为 结构钢 、工具钢和特殊性能钢三大类。
73.钢的淬硬性主要取决于碳含量 。
74.工具钢是用于制造各种加工工具的钢种,根据工具的用途可分为刃具钢、 模具钢 、量具钢等。
75.工业用钢按照其化学成分可分为碳钢和合金钢 两大类。
76.根据碳在铸铁中的存在形式,铸铁可分为:
灰口铸铁、 白口铸铁 、麻口铸铁等。
77.灰口铸铁热处理可以改变基体组织,但不能改变石墨的形态和分布 。
78.根据石墨的存在形态,灰口铸铁可分为:
普通灰口铸铁、 球墨铸铁 、可锻铸铁、蠕墨铸铁等。
二、理解性基本知识点
1.在面心立方晶格中,原子密度最大的晶面族是什么?
{110}
2.在面心立方晶格中,原子密度最大的晶向是?
<
111>
3.实际情况下,液态金属结晶时的特征?
4.二元合金在进行共晶反应时为3 相平衡共存。
5.二元合金在进行共析反应时为__3___相平衡共存。
6.室温下平衡组织为F+P的铁碳合金是含碳量位于0.0218%~0.77%之间的亚共析钢。
7.室温下平衡组织为P+Fe3CⅡ的铁碳合金是含碳量位于__0.77%~2.11%__之间的过共析钢。
8.室温下平衡组织为P+Fe3CⅡ+L′d的铁碳合金是含碳量位于多少之间的亚共晶白口铁?
(_2.11%~4.3%)
9.室温下平衡组织为Fe3CⅡ+L′d的铁碳合金是含碳量位于__4.3%~6.69%_____之间的过共析钢。
10.多晶体金属的晶粒越细,强度和塑性如何变化?
(强度和塑性越高)
11.塑性变形后的金属经再结晶后的组织、性能变化情况如何?
(组织和性能都将恢复到原来状态)
12.钢淬火后所获得的马氏体组织的粗细主要取决于什么?
(奥氏体晶粒大小)
13.45钢为得到回火索氏体组织,应进行什么处理?
(淬火后高温回火)
14.合金调质钢必须具备的热处理性能是什么?
(良好的综合力学性能)
15.在立方晶系中指数相同的晶面和晶向关系如何?
(相互垂直)
16.晶体中的刃型位错属于何缺陷?
(线缺陷)
17.液态金属结晶时,过冷度越大,则表现如何?
(促进结晶的进行)
18.液体金属中原子的排列情况?
(无规则)
19.液态金属结晶时,冷却速度越快,则实际结晶温度将?
(越低)
20.随着温度下降,固溶体中析出二次相,会使合金的_强度、硬度升高___,这种现象称为合金的弥散硬化。
21.铸造性能最佳的合金应该是什么成分的合金?
(共晶成分)
22.滑移通常沿晶体中原子密度_最大___的晶面和晶向而发生。
23.加工硬化使金属的强度和塑性如何变化?
(强度升高,塑性降低)
24.为了改善高速钢铸态组织中的碳化物不均匀性,应进行什么处理?
(重新锻造)
25.纯金属的最低再结晶温度可用何试计算?
T=(0.35~0.40)T熔
26.塑性变形后的金属在加热时发生的再结晶过程是一个新晶粒代替旧的晶粒的过程,这种新晶粒的晶格类型是?
(与原来一样)
27.金属的热加工的定义是什么?
(再结晶温度以上的变形加工)
28.过冷奥氏体向贝氏体的转变属于何种转变?
(等温冷却转变)
29.钢经调质处理后获得的组织是?
(回火索氏体)
30.马氏体的硬度主要取决于?
(碳含量)
31.具有网状二次渗碳体的过共析钢,在球化退火前需进行一次什么处理工艺?
(正火)
32.完全退火主要适用于?
(亚共析成分的钢)
33.直径为4mm的45钢钢筋,加热到850℃,保温5分钟后,在10%的NaCl水溶液中淬火,其显微组织为_淬火马氏体和少量残余奥氏体___。
34.可锻铸铁中团絮状石墨由什么方式获得?
(渗碳体分解)
35.如果铸铁石墨化过程的第一、二、三阶段能够完全进行,则其显微组织为什么?
(铁素体基体上分布片状石墨)
36.铸铁石墨化过程的第一、二阶段完全进行,第三阶段未进行,其显微组织为?
(珠光体基体上分布片状石墨)
37.铸铁石墨化过程的第一、二阶段完全进行,第三阶段部分进行,其显微组织为?
(铁素体加珠光体基体上分布片状石墨)
三、基本概念
固溶体;
配位数;
均匀形核;
晶界;
奥氏体;
合金;
过冷度;
固溶强化;
形变织构;
加工硬化;
匀晶相图;
铁素体;
回火脆性;
热处理;
热加工后的带状组织;
回复;
调质处理;
球化退火;
反应扩散;
原子扩散;
固溶体:
合金在固态下,组元间互相溶解而形成的均匀相。
配位数:
在晶体中距任一原子最近且等距离的原子数目。
均匀形核:
新相晶核是在母相中均匀低生成的,即晶核有液相中的一些原子团直接形成,不受杂余粒子或外表面的影响。
晶界:
晶粒之间的交界面,也是更大范围的面缺陷。
奥氏体:
碳溶入γ-Fe中形成的面心立方结构的间隙固溶体。
合金:
将金属元素和其它元素(一种或多重金属、非金属)熔合在一起,得到具有金属特性的物质。
过冷度:
理论结晶温度与实际结晶温度之间的差值。
固溶强化:
通过溶入溶质元素形成固溶体,是金属材料的强度、硬度升高的现象。
形变织构:
金属形变后形成晶粒位向的有序结构。
加工硬化:
金属由于塑性变形加工而是的材料的强度、硬度升高的现象。
匀晶相图:
当合金两组元在液态和固态下均能无限溶解时所构成的相图。
铁素体:
碳溶于α-Fe中形成的体心立方结构的固溶体。
回火脆性:
这种因为在某些温度范围内回火而造成钢的韧性显著降低的脆化现象。
热处理:
是指将钢通过加热、保温和冷却的方法,以改变其结构和组织,获得所需性能的处理工艺。
热加工后的带状组织:
在热加工中,金属内各种夹杂物、偏析、晶粒等沿着热变形方向被拉长呈流线状。
回复:
当加热温度较低时,冷变形金属的显微组织无明显变化,力学性能也变化不大,但残余应力显著降低,物理和化学性能部分地恢复到变形前的状况的阶段。
调质处理:
淬火与高温回火相结合的处理工艺。
球化退火:
将钢加热至AC1+30~50℃,经适当保温后随炉冷却至500℃后空冷,是渗碳体球化的处理工艺。
反应扩散:
当某种元素通过扩散,自金属表面向内部渗透时,若该扩散元素的含量超过基体金属的溶解度,则随着扩散的进行会在金属表层形成中间相,这种通过扩散形成新相的现象称为反应扩散。
原子扩散:
在晶体中,原子在其平衡位置作热振动,并会从一个位置跳到另一个平衡位置,即原子扩散
四、基本问题
1.螺型位错的特征?
答:
1无额外的半原子面,原子错排呈轴对称,分右旋和左旋螺型位错;
2一定是直线,与滑移矢量平行,位错线移动方向与晶体滑移方向垂直;
3滑移面不是唯一的,包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面;
4位错周围点阵也发生弹性畸变,但只有平行于位错线的切应变而无正应变,即不引起体积的膨胀和收缩;
5位错畸变区也是几个原子间距宽度,同样是线位错。
2.刃型位错的特征?
1有一额外的半原子面,分正和负刃型位错;
2可理解为是已滑移区与未滑移区的边界线,可是直线也可是折线和曲线,但它们必与滑移方向和滑移矢量垂直,3只能在同时包含有位错线和滑移矢量的滑移平面上滑移;
4位错周围点阵发生弹性畸变,有切应变,也有正应变;
5位错畸变区只有几个原子间距,是狭长的管道,故是线缺陷。
3.金属结晶的热力学条件是什么?
请分析其原因。
晶体凝固的热力学条件是,实际凝固温度应低于熔点Tm,即需要有过冷度。
晶体的凝固通常在常压下进行,从相律可知,在纯晶体凝固过程中,液固两相处于共存,自由度等于零,故温度不变。
按热力学第二定律,在等温等压下,过程自发进行的方向是体系自由能降低的方向。
由于纯晶体的液、固两相的自由能相等,故两相处于平衡而共存,此温度即为理论凝固温度,也就是晶体的熔点Tm。
事实上,在此两相共存温度,既不能完全结晶,也不能完全熔化,要发生结晶则体系必须降至低于Tm温度,而发生熔化则必须高于Tm。
在一定温度下,从一相转变为另一相的自由能变化为
式中,ΔT=Tm-T,是熔点Tm与实际凝固温度T之差。
由上式可知,要使ΔGv<0,必须使ΔT>0,即T<Tm,ΔT称为过冷度。
4.在非均匀形核过程中,形核率的主要影响因素有哪些?
液态金属均匀形核所需的过冷度很大,约0.2Tm,但通常情况下,金属凝固形核的过冷度一般不超过20℃,其原因在于非均匀形核,即由于外界因素,如杂质颗粒或铸型内壁等促进了结晶形核的形成,依附于这些已存在的表面可使形核界面能降低,因而形核可在较小过冷度下进行。
5.在铸锭的宏观组织中,柱状晶区有何特点?
影响柱状晶生长的因素?
随着"
细晶区"
壳形成,型壁被熔液加热而不断升温,使剩余液体的冷却变慢,并且由于结晶时释放潜热,故细晶区前沿液体的过冷度减小,形核变得困难,只有细晶区中现有的晶体向液体中生长。
在这种情况下,只有一次轴(即生长速度最快的晶向)垂直于型壁(散热最快方向)的晶体才能得到优先生长,而其他取向的晶粒,由于受邻近晶粒的限制而不能发展,因此,这些与散热相反方向的晶体择优生长而形成柱状晶区。
各柱状晶的生长方向是相同的.
6.什么是固溶强化?
固溶体的力学性能受哪些因素的影响?
并简要分析。
通过溶入溶质元素形成固溶体,结果使金属材料的强度、硬度升高的现象,称为固溶强化。
固溶体的力学性能主要受溶质与溶剂的相对量以及溶质原子与溶剂原子的尺寸大小等因素的影响。
因为溶质原子与溶剂原子的尺寸大小不同,当它溶入溶剂形成固溶体时会造成晶格畸变,一般大的溶质原子使点阵常数增大,产生正畸变;
而小的溶质原子使点阵常数减小,产生负畸变;
间隙溶质原子总是使点阵常数增大,产生正畸变(其原子尺寸大于晶格间隙尺寸),晶格畸变对位错运动有阻碍作用,故使固溶体的硬度、强度↑,塑性、韧性↓,一般间隙溶质原子的强化效果大于置换溶质原子的强化效果。
7.什么是细晶强化?
在工业生产中如何细化晶粒?
通过细化晶粒,使材料的强度越高,这就是细晶强化。
工业生产中细化晶粒的主要方法有:
1增加过冷度;
2进行变质处理;
3结晶时附加振动。
当前,利用形变诱导铁素体相变细化晶粒的方法已称为先进钢铁材料的研究热点。
8.何谓共晶转变和共析转变?
试比较这两种转变的不同点。
合金在相变过程中,在一定条件下(成分、温度),由液相直接析出两种固相的相变,称为共晶转变;
由一种固相析出其它两种固相的相变,称为共析转变。
9.影响置换固溶体固溶度的主要因素?
当溶质原子溶人溶剂中形成固溶体时,溶质原子占据溶剂点阵的阵点,或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子,这种固溶体就称为置换固溶体。
金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体,但溶解度视不同元素而异,有些能无限溶解,有的只能有限溶解。
影响溶解度的因素很多,主要取决于四个因素:
a.晶体结构,b.原子尺寸,c.化学亲和力(电负性),d.原子价。
10.金属经冷加工塑性变形后,组织和性能发生哪些变化?
1.显微组织的变化经塑性变形后,金属材料的显微组织发生明显的改变。
除了每个晶粒内部出现大量的滑移带或孪晶带外,随着变形度的增加,原来的等轴晶粒将逐渐沿其变形方向伸长。
当变形量很大时,出现纤维组织。
2.亚结构的变化随着变形度的增大,晶体中的位错密度迅速提高,大量位错发生聚集,并由缠结的位错组成胞状亚结构。
3.性能的变化a.加工硬化金属材料经冷加工变形后,强度(硬度)显著提高,而塑性则很快下降,即产生了加工硬化现象。
b.其他性能的变化经塑性变形后的金属材料,由于点阵畸变,空位和位错等结构缺陷的增加,使其物理性能和化学性能也发生一定的变化。
如塑性变形通常可使金属的电阻率增高,增加的程度与形变量成正比。
另外,塑性变形后,金属的电阻温度系数下降,磁导率下降,热导率也有所降低,铁磁材料的磁滞损耗及矫顽力增大。
11.什么叫加工硬化?
它给生产带来那些好处?
金属材料经冷加工变形后,强度(硬度)显著提高,而塑性则很快下降,即产生了加工硬化现象。
加工硬化是金属材料的一项重要特性,可被用作强化金属的途径。
特别是对那些不能通过热处理强化的材料如纯金属,以及某些合金,如奥氏体不锈钢等,主要是借冷加工实现强化的。
12.什么是金属的再结晶温度?
影响金属再结晶温度的因素主要有哪些?
冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为再结晶温度,它可用金相法或硬度法测定,即以显微镜中出现第一颗新晶粒时的温度或以硬度下降50%所对应的温度,定为再结晶温度。
再结晶温度并不是一个物理常数,它不仅随材料而改变,同一材料其冷变形程度、原始晶粒度等因素也影响着再结晶温度。
a.变形程度的影响随着冷变形程度的增加,储能也增多,再结晶的驱动力就越大,因此再结晶温度越低,同时等温退火时的再结晶速度也越快。
但当变形量增大到一定程度后,再结晶温度就基本上稳定不变了。
对工业纯金属,经强烈冷变形后的最低再结晶温度TR/K约等于其熔点Tm的0.35~04。
b.原始晶粒尺寸在其他条件相同的情况下,金属的原始晶粒越细小,则变形的抗力越大,冷变形后储存的能量较高,再结晶温度则较低。
c.微量溶质原子微量溶质原子的存在对金属的再结晶有很大的影响。
微量溶质原子存在显著提高再结晶温度的原因可能是溶质原子与位错及晶界间存在着交互作用,使溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚,对位错的滑移与攀移和晶界的迁移起着阻碍作用,从而不利于再结晶的形核和核的长大,阻碍再结晶过程。
d.第二相粒子第二相粒子的存在既可能促进基体金属的再结晶,也可能阻碍再结晶。
e.再结晶退火工艺参数加热速度、加热温度与保温时间等退火工艺参数,对变形金属的再结晶有着不同程度的影响。
13.影响扩散的主要因素有哪些?
1.温度温度是影响扩散速率的最主要因素。
温度越高,原子热激活能量越大,越易发生迁移,扩散系数越大。
2.固溶体类型不同类型的固溶体,原子的扩散机制是不同的。
间隙固溶体的扩散激活能一般均较小,3.晶体结构有些金属存在同素异构转变,当它们的晶体结构改变后,扩散系数也随之发生较大的变化。
4.晶体缺陷对于多晶材料,扩散物质通常可以沿三种途径扩散,即晶内扩散、晶界扩散和表面扩散。
若以QL,QS和QB别表示晶内、表面和晶界扩散激活能;
DL,DS和DB分别表示晶内、表面和晶界的扩散系数,则一般规律是:
QL>QB>QS,所以DS>DB>DL。
5.化学成分不同金属的自扩散激活能与其点阵的原子间结合力有关,因而与表征原子间结合力的宏观参量,如熔点、熔化潜热、体积膨胀或压缩系数相关,熔点高的金属的自扩散激活能必然大。
6.应力的作用如果合金内部存在着应力梯度,那么,即使溶质分布是均匀的,但也可能出现化学扩散现象。
14.影响材料断裂的基本因素有哪些?
简单说明它们是如何影响的。
影响材料断裂的基本因素有材料的力学性能、材料的冶金组织特点、材料的热处理工艺及材料的工作条件等。
材料的力学性能指标低、冶金组织存在缺陷、热处理后强韧性不匹配及存在较大应力、材料工作条件恶劣读容易导致材料断裂。
15.控制再结晶晶粒大小的因素有哪些?
a.变形度的影响当变形程度很小时,晶粒尺寸即为原始晶粒的尺寸,这是因为变形量过小,造成的储存能不足以驱动再结晶,所以晶粒大小没有变化。
当变形程度增大到一定数值后,此时的畸变能已足以引起再结晶,但由于变形程度不大,因此得到特别粗大的晶粒。
当变形量大于临界变形量之后,变形度愈大,晶粒愈细化。
b.退火温度的影响退火温度对刚完成再结晶时晶粒尺寸的影响比较弱。
提高退火温度可使再结晶的速度显著加快,临界变形度数值变小
16.钢的热处理有哪些主要作用?
钢的热处理是通过各种特定的加热和冷却方法,使钢件获得工程技术上所需性能的各种工艺过程的总称。
通过适当的热处理,不仅可以提高钢的使用性能,改善该的工艺性能,而且能够充分发挥钢的性能潜力,提高机械产品质量和经济效益。
17.分析固态金属扩散的条件。
物质的迁移可通过对流和扩散两种方式进行。
在固体中不发生对流,扩散是唯一的物质迁移方式,其原子或分子由于热运动不断地从一个位置迁移到另一个位置。
当固体中存在着成分差异时,原子将从浓度高处向浓度低处扩散。
如何描述原子的迁移速率,阿道夫·
菲克(AdolfFick)对此进行了研究,并在1855年就得出:
扩散中原子的通量与质量浓度梯度成正比,即
该方程称为菲克第一定律或扩散第一定律。
18.回复退火的作用与目的?
为了消除冷加工以及铸造、焊接过程中引起的残余内应力而进行的退火,称为去应力退火或回复退火。
回复退火还能降低硬度,提高尺寸稳定性,防止工件的变形和开裂。
钢的回复退火加热温度范围较宽,但不能超过Ac1点,一般在500-650℃之间;
回复退火后的冷却应尽量缓慢,以免产生新的应力。
19.淬火碳钢在回火时会发生哪些主要转变?
淬火碳钢在回火过程中的组织转变主要发生在加热阶段。
随着回火温度的升高
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