金属热处理(za)

一、名词解释（共10分）1.相起伏：液态金属中规则排列的原子集团时聚时散的现象叫做相起伏，又叫结构起伏。2.几何硬化：若某一滑移系的取向处于软取向，在拉伸时随着晶体取向的改变，滑移面的法向与外力轴的夹角越来越远离45°，从而使滑移越来越困难，该现象即为几何硬化。3.刃型位错：在金属晶体中，由于某种原因，晶体的一部分相对于另一部分出现一个多余的半原子面。这个多余的半原子面又如切入晶体的刀片，刀片的刃口线即为位错线。这种线缺陷称为刃型位错。半原子面在上面的称正刃型位错，半原子面在下面的称负刃型位错。4.滑移带：将表面抛光的单晶体金属试样进行拉伸，当试样经适量的塑性变形后，在金相显微镜下可以观察到，在抛光的表面上出现许多互相平行的线条，这些线条称为滑移带。5.下坡扩散：沿浓度降低的方向进行扩散，使浓度趋于均匀化。6.临界晶核半径：当晶粒半径等于Rk时，这种晶胚既可能消失，也可能长大成为稳定的晶核，此时半径为Rk的晶核称为临界晶核，Rk即为临界晶核半径。7.上坡扩散：沿浓度升高的方向进行扩散，使浓度趋于两极化。8.加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。9.能量起伏：能量起伏是指体系中每个微小体积所实际具有的能量，会偏离体系平均能量水平而瞬时涨落的现象。10.滑移系：晶体中一个滑移面及该面上一个滑移方向的组合称一个滑移系。11.固溶强化：融入固溶体中的原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使塑性变形更加困难，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。这种通过形成固溶体使金属强化的现象称为固溶强化。反应扩散：通过扩散使固溶体内的溶质组元超过固溶极限而不断形成新相的扩散过程，称为反应扩散。12.成分过冷：在固溶体合金凝固时，在正的温度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差别，导致固液界面前沿的熔体的温度低于实际液相线温度，从而产生的过冷称为成分过冷。相律：相律是表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和相数之间的关系，是系统的平衡条件下的数学表达式。13.弥散强化：许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内使材料强度增加的现象称为弥散强化。二、请作图画出立方晶系的(101)、(111)、(112)和(100)晶面以及[101]、[112]和[100]晶向（共8分）三、请说明金属材料在热加工后的组织和性能是如何变化的。（8分）答：（1）改变铸锭组织，金属在高温下变形抗力低塑性好，热加工易变形，变形量大，通过热加工，是铸锭组织缺陷得到明显改善，使金属材料的力学性能有明显提高。（2）形成纤维组织，纤维组织使材料的力学性能呈各向异性，沿着流线方向具有较高力学性能，垂直于流线方向性能则较低。（3）形成带状组织，带状组织使金属材料的力学性能产生方向性，特别是横向塑性和韧性明显降低，使材料切削性能恶化。（4）改变晶粒大小。合理选择加工温度，变形量及加工后的冷却速度，以获得细小均匀晶粒，提高材料性能。四、为什么液态金属结晶时，晶胚的尺寸必须达到临界晶核半径的要求？（8分）答：由公式可以看出,当时，随着晶胚尺寸r的增大，系统自由能增加，这个过程不能自动进行，这种晶胚不能成为稳定的晶核，而是瞬时形成瞬时消失；但当时，随着晶胚尺寸r的增大，伴随着系统的自由能降低，这一过程可以自动进行，晶胚可以自发的长大成为稳定的晶核而不再消失。五、液态金属结晶时为什么必须过冷？（8分）答：由知系统的自由能随着温度的升高而降低，由图可知，当温度低于理论结晶温度Tm时，即固态金属自由能才低于液态金属的自由能，液态金属可以自发地转变为固态金属，如果温度高于Tm，液态金属自由能低于固态金属自由能，此时固态金属要熔化成液态金属自由能才能降低。因此，一定要使实际结晶温度低于理论结晶温度才能满足结晶热力学条件。过冷度越大，固液两相自由能差值越大，即相变驱动越大，结晶速度越大，因此液态金属结晶时必须过冷。（液态金属与固态金属自由能之差为结晶驱动）六、某三元合金，组元分别为A,B,C，请在成分三角形内标注：（共8分）1．A=20%、B=30%的三元合金成分点O；2．A、B两组元成分之比固定为A:B=1:2的所有三元合金成分点。七、请画出铁碳合金相图，标注其相组成。试分析C=0.5%的铁碳合金的结晶过程，并计算其室温下的组织组成物的相对含量。（共20分）八、何谓钢的热处理?钢件为什么要进行热处理?钢件进行热处理的依据是什么?（12分）答：热处理是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到室温的一种热加工工艺。目的：（1）改变钢的内部组织结构，以改善其性能；（2）恰当的热处理工艺可以消除铸、焊、锻等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒，消除偏析，降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀；（3）热处理是机器零件加工工艺工程中的重要工序；（4）通过热处理可以使工件表面具有抗磨、耐腐蚀等特殊物理化学性能。进行热处理的依据：原则上只有在加热或冷却时发生溶解度显著变化或发生类似纯铁的同素异构体转变即有固态相变发生的合金才能进行热处理，而钢具有共析转变这一重要特性，像纯铁具有同素异构转变一样，碳钢在加热或冷却过程中越过临界点就发生固态相变，所以钢件能进行热处理。九、马氏体转变有哪些主要特征？（8分）答：（1）马氏体转变的无扩散性。马氏体转变是奥氏体在很大过冷度下进行的，铁原子、碳原子、合金元素，其活动能力很低；（2）马氏体转变切变共格性。马氏体转变是新相在母相特定的晶面上形成，并以母相的切变来保持共格关系的相变过程；（3）马氏体转变具有特定的惯习面和位向关系；（4）马氏体转变是在一个温度范围内进行；（5）马氏体转变的可逆性。在某些铁合金、镍与其他有色金属中，奥氏体冷却转变为马氏体，重新加热时已形成的马氏体又能无扩撒地转变为奥氏体，此即为马氏体转变的可逆性。十、碳含量为0.8%的碳钢其原始组织分别为马氏体和珠光体，在800℃奥氏体化时，其保温时间的选择有何不同？并简单分析原因。（10分）十一、为什么在常温下金属材料的晶粒越细，屈服强度、韧性越高？（8分）答：大部分日用金属材料是多晶体，在多晶体中，屈服强度是与滑移从先塑性变形的晶粒转移到相邻晶粒密切相关的，而这种转移能否发生，主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的位错塞积群所产生的应力集中，能否激发相邻晶粒滑移系中的位错源也开动起来，从而进行协调的多滑移。根据的关系式，应力集中的大小决定于塞积的位错数目，n越大，则应力集中也越大。当外加应力和其他条件一定时。位错数目n是与一起塞积的障碍——晶界到位错源的距离成正比。晶粒越大，这个距离越大，n越大，所以应力集中越大，则激发相邻晶粒发生塑性变形的机会比小晶粒要大得多。已滑移小晶粒晶界附近的位错塞积造成较小的应力集中，则需要在较大的外加应力下才能使相邻晶粒发生塑性变形。综上，可知晶粒越细小，金属材料的屈服强度越高。在外力作用下，细小晶粒的晶粒内部和晶界附近的应变相差较小，变形均匀，相对来说，因应力集中引起开裂的机会也越少，这就有可能在断裂之前承受较大的变形量，所以可以得到较大的伸长率和断面收缩率。由于细晶粒金属中的裂纹不易产生也不易扩展，因而在断裂过程中吸收了更多的能量，即表现出较高的韧性。综上所述，可知在常温下金属材料的晶粒越细小，则其屈服强度、韧性越高。十二、为了获得均匀细小的奥氏体或者球状珠光体或者片状的珠光体，在相同的奥氏体温度下，奥氏体化时间长短如何选择？并简单分析原因.（10分）