金属学与热处理KS

1金属学与热处理总结一、金属的晶体结构晶格类型晶胞中的原子数原子半径配位数致密度体心立方2a43868%面心立方4a421274%密排六方6a211274%晶格类型fcc(A1)bcc(A2)hcp(A3)间隙类型正四面体正八面体四面体扁八面体四面体正八面体间隙个数84126126原子半径rAa42a432a间隙半径rB423a422a435a432a426a212a晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。晶体:原子在三维空间作有规则的周期性排列的物质。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。位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。金属典型晶体结构:体心立方结构，面心立方结构和密排立方结构。固溶强化:在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而朔性、韧性和电阻则有所下降，这种现象称为固溶强化。Fe-Fe3C相图分析P110—P113钢中的杂质元素及其影响P123-P125镇静钢缺陷的种类:缩孔、缩松、偏析、气泡等形变强化：在塑性变形过程中，随着金属内部组织的变化，金属的力学性能也将产生明显的变化，即随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降，这一现象即为加工硬化或形变强化。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。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、或用其它方法组合而成的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的差称为过冷度。2滑移：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。塑性变形的方式：以滑移和孪晶为主。热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却下来，让其获得所需要的组织结构和性能的一种热加工工艺。淬透性：是表征钢材淬火时获得马氏体的能力的特性。热应力：工件在加热(或冷却)时，由于不同部位的温度差异，导致热胀(或冷缩)的不一致所引起的应力称为热应力。再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸形的新晶粒，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，这个过程称为再结晶。固态金属扩散的条件：1、扩散要有驱动性2、扩散原子要固溶3、温度要足够高4、时间要足够长影响扩散的因素：①温度：温度越高，扩散速度越大；②晶体结构：体心结构的扩散系数大于面心结构的扩散系数；③固溶体类型：间隙原子的扩散速度大于置换原子的扩散速度；④晶体缺陷：晶体缺陷越多，原子的扩散速度越快；⑤化学成分：有些元素可以加快原子的扩散速度，有些可以减慢扩散速度。过冷奥氏体：在临界温度以下处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。过冷奥氏体的种类：珠光体、贝氏体、马氏体M（马氏体）形态：板条状马氏体、片状马氏体。奥氏体与铁素体的异同点：相同点：都是铁与碳形成的间隙固溶体；强度硬度低，塑性韧性高。不同点：铁素体为体心结构，奥氏体面心结构；铁素体最高含碳量为0.0218%，奥氏体最高含碳量为2.11%，铁素体是由奥氏体直接转变或由奥氏体发生共析转变得到，奥氏体是由包晶或由液相直接析出的；存在的温度区间不同。退火的目的：均匀钢的化学成分及组织；细化晶粒；调整硬度，改善钢的成形及切削加工性能；消除内应力和加工硬化；为淬火做好组织准备。低温回火：低温回火温度约为150~250℃,回火组织主要为回火马氏体。中温回火：中温回火温度在350~500℃之间，回火组织主要为回火托氏体。高温回火：高温回火温度约为500~650℃，回火组织为回火索氏体。渗碳方法的种类：根据渗碳剂的不同，渗碳方法有固体渗碳、气体渗碳和离子渗碳。优质钢的品质判定方法：优质碳素结构钢的优质钢等级wp、ws均≤0.035％，高级优质钢等级wp、ws均≤0.030％；合金结构钢的优质钢等级wp、ws均≤0.035％，高级优质钢等级wp、ws均≤0.025％。淬硬性：表示钢淬火时的硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。3二、纯金属的结晶相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。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TRk1可知当过冷度T为零时临界晶核半径Rk为无穷大，临界形核功（21TG）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。晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。合金相：在合金中，通过组成元素（组元）原子间的相互作用，形成具有相同晶体结构与性质，并以明确界面分开的成分均一组成部分称为合金相。金属塑性变形后的组织与性能：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。变形金属加热时显微组织的变化、性能的变化：随温度的升高，金属的硬度和强度下降，塑性和韧性提高。电阻率不断下降，密度升高。金属的抗腐蚀能力提高，内应力下降。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；各种结构缺陷减少；强度、硬度降低，塑性、韧度提高；电阻下降，应力腐蚀倾向显著减小。转变产物（P、B、M）的特征、性能特点：片状P体，片层间距越小，强度越高，塑性、韧性也越好；粒状P体，Fe3C颗粒越细小，分布越均匀，合金的强度越高。第二相的数量越多，对塑性的危害越大；片状与粒状相比，片状强度高，塑性、韧性差；上贝氏体为羽毛状，亚结构为位错，韧性差；下贝氏体为黑针状或竹叶状，亚结构为位错，位错密度高于上贝氏体，综合机械性能好；低碳马氏体为板条状，亚结构为位错，具有良好的综合机械性能；高碳马氏体为片状，亚结构为孪晶，强度硬度高，塑性和韧性差。回火稳定性：淬火钢对回火时发生软化过程的抵抗能力。回火脆性：钢在一定的温度范围内回火时，其冲击韧性显著下降，这种脆化现象叫做钢的回火脆性。正火的目的：改善钢的切削加工性能；细化晶粒，消除热加工缺陷；消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火；提高普通结构零件的机械性能。4形变强化：随变形程度的增加，材料的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象叫形变强化或加工硬化。机理：随塑性变形的进行，位错密度不断增加，因此位错在运动时的相互交割加剧，结果即产生固定的割阶、位错缠结等障碍，使位错运动的阻力增大，引起变形抗力增加，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。固溶强化：随溶质原子含量的增加，固溶体的强度硬度升高，塑性韧性下降的现象称为固溶强化。强化机理：一、是溶质原子的溶入，使固溶体的晶格发生畸变，对滑移面上运动的位错有阻碍作用；二、是位错线上偏聚的溶质原子形成的柯氏气团对位错起钉扎作用，增加了位错运动的阻力；三、是溶质原子在层错区的偏聚阻碍扩展位错的运动。所有阻止位错运动，增加位错移动阻力的因素都可使强度提高。细化晶粒的方法：结晶过程中可以通过增加过冷度，变质处理，振动及搅拌的方法增加形核率细化晶粒。对于冷变形的金属可以通过控制变形度、退火温度来细化晶粒。可以通过正火、退火的热处理方法细化晶粒；在钢中加入强碳化物物形成元素。改善金属材料韧性的途径：①尽量减少钢中第二相的数量；②提高基体组织的塑性；③提高组织的均匀性；④加入Ni及细化晶粒的元素；⑤防止杂质在晶界偏聚及第二相沿晶界析出。1.计算室温下亚共析钢（含碳量为x）的组织组成物的相对量。组织组成物为α、P，相对量为：PPWxW1W,%1000218.077.00218.0或%1000218.077.077.0xW2.计算室温下过共析钢（含碳量为x）的组织组成物的相对量。组织组成物为P、Fe3CⅡ，相对量为：PCFePWxW1W,%10077.069.669.63或%10077.069.677.03xWCFe3.计算含碳3.0%铁碳合金室温下组织组成物及相组成物的相对量。含碳3.0%的亚共晶白口铁室温下组织组成物为P、Fe3CⅡ，相对量为：%4.13W,%0.46%100W77.069.611.269.6%4.591W,%6.40%10011.23.411.20.3γFeγγ3PCPLdLdⅡ相组成物为F、Fe3C，相对量为：5%2.551F,%8.44%10069.60.333CFeCFeWW4.相图中共有几种渗碳体？说出各自的来源及形态。相图中共有五种渗碳体:Fe3CⅠ、Fe3CⅡ、Fe3CⅢ、Fe3C共析、Fe3C共晶；Fe3CⅠ：由液相析出，形态连续分布（基体）；Fe3CⅡ：由奥氏体中析出，形态网状分布；Fe3CⅢ：由铁素体中析出，形态网状、短棒状、粒状分布在铁素体的晶界上；Fe3C共析：奥氏体共析转变得到，片状；Fe3C共晶：液相共晶转变得到，粗大的条状。5.计算室温下含碳量为x合金相组成物的相对量。相组成物为α、Fe3C，相对量为：CFeCFeWxW331W,%10069.66.Fe3CІ的相对量：%1003.469.63.43xWCFe当x=6.69时Fe3CІ含量最高，最高百分量为：%100%10069.669.63CFeW7.过共析钢中Fe3CⅡ的相对量：%6.2277.069.677.03xWCFe当x=2.11时Fe3CⅡ含量最高，最高百分量为：%6.2277.069.677.011.23CFeW8.Fe3CⅢ的相对量计算：%10069.63xWCFe当x=0.0218时Fe3CⅢ含量最高，最高百分量为：%33.0%10069.60218.03CFeW9.共析渗碳体的相对百分量为：%2.11%1000218.069.60218.077.03CFeW10.共晶渗碳体的相对百分量为：%8.47%11.269.611.230.43CFeW11.说出奥氏体与铁素体的异同点。相同点：都是铁与碳形成的间隙固溶体；强度硬度低，塑性韧性高。不同点：铁素体为体心结构，奥氏体面心结构；铁素体最高含碳量为0.0218%，奥氏体最高含碳量为2.11%，铁素体是由奥氏体直接转变或由奥氏体发生共析转变得到，奥氏体是由包晶或由液相直接析出的；存在的温度区间不同。12.说出Fe-Fe3C相图中室温下的显微组织工业纯铁(0.0218％C)室温组织：α亚共析钢（0.0218％～0.77％C）室温组织：P＋α；6共析钢：0.77％C；室温组织：P过共析钢：0.77％～2.11％C室温组织：P＋Fe3CⅡ亚共晶白口铁：2.11％～4.30％C；室温组织：PCFeLd3共晶白口铁：4.30％C；室温组织：dL过共晶白口铁：4.30％～6.69％C。室温组织：十二、固态金属扩散的条件是什么？①度要足够高，温度越高原子热振动越激烈原子被激活而进行迁移的几率越大；②时间要足够长，只有经过相当长的时间才能造成物质的宏观迁移；③扩散原子要固溶，扩散原子能够溶入基体晶格形成固溶体才能进行固态扩散；④扩散要有驱动力，没有动力扩散无法进行，扩散的驱动力为化学位梯度。十五、简述位错与塑性、强度之间的关系。位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。晶体塑性变形的方式有滑移和孪晶，多数都以滑移方式进行。滑移的本