重庆大学材料科学与工程专业课考研资料——金属学与热处理

重大考研材料学院829金属学及热处理复习指导（1）大家好，重庆大学考研专业课829金属学及热处理主要参考崔忠圻主编《金属学及热处理》，机械工业出版社出版。第一轮复习，时间在3月-5月：主要针对课本知识，整理知识点，理解难点，同时以课后练习作为巩固。这一轮复习属于基本功阶段，因此，2013年的考生们应该根据自己的实际情况，多花时间在这一阶段，所谓磨刀不误砍柴工，只有基础知识打牢了，在接下来的几轮复习中才能如鱼得水。但是有的同学沉不住气，不能静下心来细细琢磨各个知识点，在这里，笔者给的建议是，每当静不下心来复习时，同学们千万不要丢开课本，出去放松去了，因为长此以往，一旦今后心情不好时，就很容易有放弃的念头。下面我把考试的基本同时又是重难点的内容列出提纲，供大家复习参考、对照课本进行掌握。第一章;金属的晶体结构一．基本内容：金属键、位错、晶体的概念；面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数、晶向指数、晶面指数的标定；晶格类型晶胞中的原子数配位数致密度体心立方2868%面心立方41274%二．重要内容：1．晶体、位错的概念位错：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：材料在固态下原子或分子在空间呈有序排列；2．面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度；八面体、四面体间隙。3．晶向指数、晶面指数的标定晶面指数求法：建立坐标~求截距~取倒数~化整~加（）晶面指数作法：建立坐标~求截距~取倒数~连线、画剖面线晶向指数求法：定原点~建坐标~求坐标~化最小整数~加【】晶向指数作法：定原点~建坐标~以{hkl}中最大数字作为字母，化为小于或等于1的分数第二章;纯金属的结晶一．基本内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。二．重点内容1.过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差；2.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。3.过冷度与液态金属结晶的关系（看书参考）：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程，从热力学的角度看，没有过冷度结晶没有驱动力。第三章;二元合金的相结构与结晶一．基本内容：相、匀晶、共晶、包晶相图的结晶过程及不同成分合金在室温下的显微组织，合金，成分过冷；非平衡结晶及枝晶偏析的基本概念。二．重点内容：1.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。2.偏析：合金中成分的不均匀分布。3.杠杠定律及运用，组织组成物（概念）及相组成物（概念）的计算。第四章;铁碳合金一．基本内容：铁碳合金的组元和基本相，铁碳相图，铁碳合金的结晶过程及室温下的平衡组织。二．重点内容1.铁素体和奥氏体铁素体：碳在a—Fe中的固溶体奥氏体：碳在r—Fe中的固溶体2.铁碳相图（会画）包晶反应（温度、成分）共晶，共析3.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%相组成与组织组成的区别。4.典型钢在相图上的位置。例10钢，40钢，60钢，T12钢第五章;三元合金相图（不考）第六章;金属及合金的塑性变形与断裂一．基本内容：固溶体强化机理与强化规律，第二相得强化机理，单晶体塑性变形的方式，滑移的本质，金属塑性变形后的组织和性能。二．重点内容1.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，出现形变组织、性能，材料的强度、硬度升高；塑性，韧性的下降，线密度增加。导电系数和电阻温度系数下降，防腐蚀能力降低等。2．冷变形会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？他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），由于不同晶粒之间不均匀形核，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；3．冷变形对金属材料的性能有何影响？第七章;金属及合金的回复与再结晶一．基本内容：回复、再结晶的概念，变形金属加热时显微组织的变化，性能的变化。影响再结晶的主要因素性能的变化规律。二．重点内容1．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稳定尺寸的等轴晶粒。第八章;扩散（不考）第九章;钢的热处理原理一．基本内容：冷却时转变产物（P、B、M）的特征，性能特点，热处理的概念，等温，连续C-曲线。二．重点内容：1、转变产物（P、M、B）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，位错度高于上贝氏体，综合机械性能好；低碳马氏体为马条状，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，塑性韧性差。第十章;钢的热处理工艺一．基本内容：淬透性、淬硬性、热应力、组织应力、回火脆性、回火稳定性。二．重点内容1．淬透性及影响因素：是表征钢材淬火时获得马氏体的能力的特性。例：合金元素的影响，Cr的作用2．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性。3．球化退火工艺（与完全退火区别）球化退火是使钢中碳化而进行的退火工艺。将钢加热到Ac1以上20~30摄氏度，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组成。例：Fe-C共析图，T10钢制造的锉刀，采用球化退火，920度退火，正确吗？会出现什么问题？第十一章 工业用钢一．基本内容：材料强化方法，钢的分类和牌号，典型零件的材料、成分、热处理工艺及组织。二．重点内容：1．材料强化方法：2．典型零件的材料、成分、热处理工艺及组织例：齿轮：20CrMnTi，渗碳钢，C%=0.2%，Cr%1.5%，Mn%1.5%，预备热处理是正火，最终热处理是渗碳后淬火加低温回火，其最终组织为表层是回火马氏体，心部是托氏体。连杆：40Cr，调质钢，C%=0.4%，Cr%1.5%，预备热处理是退火，最终热处理是淬火加高温回火，其最终组织是回火索氏体。弹簧：65Mn，弹簧钢，C%=0.65%，Mn%1.5%，预备热处理是退火，最终热处理是淬火加中温回火，其最终组织是回火托氏体。滚动轴承：GCr15，滚动轴承钢，C%=1.0%，Cr%=1.5%，预备热处理是球化退火，最终热处理是淬火加中温回火，其最终组织是回火索氏体。车刀：W18Cr4V，高速钢，W%=17.5~18.5%，Cr%=3.5~4.5%，V%1.5%，预备热处理是退火，最终热处理是淬火后加560度三次回火，其最终组织是回火马氏体加颗粒状碳化物。锉刀：T10，碳素工具钢，C%=1.0%，预备热处理是球化退火，最终热处理是淬火加低温回火，其最终组织是回火马氏体。冷冲压：Cr12MnV，冷作模具钢，C%1.0%，Cr%=11.5~12.5%，Mo%、V%1.5%，预备热处理是球化退火，最终热处理是淬火加低温回火，其最终组织是回火马氏体。机床床身：HT250，灰口铸铁，浇注后不进行热处理。（注：为什么选铸铁）请坚持一下此刻打盹，你将做梦；而此刻学习，你将圆梦。(责任编辑：文彦考研)第一章：金属的晶体结构§1—1晶体的基本知识一、晶体与非晶体1、晶体内部质点按一定的几何规律呈周期性规则排列的物质称为晶体。有固定的熔点（如铁为1538℃，铜为1083℃，铝为660℃）；一般具有规则的外形；在不同的方向上具有不同的性能，即表现出晶体的各向异性。2、非晶体及其特性内部质点无规则的堆积在一起的物质称为非晶体。与晶体相反，没有固定的熔点；表现出各向同性。晶体与非晶体在一定条件下可互相转化。二、晶格、晶胞和晶格常数1、晶格（图）假设原子为刚性小球，利用假想的几何线条连接起来构成一个空间格架，这种抽象的，用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架就叫晶格。2、晶胞(图）最小的能够完全反映晶格特征的几何单元称为晶胞。3、晶格常数如图，;，a、b、c为晶格常数。晶体中原子排列示意图（教材P5）晶胞选取应满足下列条件：(1)晶胞几何形状充分反映点阵对称性；(2)平行六面体内相等的棱和角数目最多；(3)当棱间呈直角时，直角数目应最多；(4)满足上述条件，晶胞体积应最小。§1—2金属的晶体结构一、金属的特性和金属键1、特性良好的导电性、导热性、塑性，具有金属光泽，不透明，正的电阻温度系数。2、原因这主要是与金属原子的内部结构以及原子间的结合方式有关。3、金属键当大量金属原子结合在一起，构成金属晶体时，金属原子失去外层电子变成正离子；失去的外层电子成为自由电子，为整个金属所共有，构成电子云，金属正离子在其平衡位置作高频率的热振动；金属离子和自由电子之间的引力与离子间和电子间的斥力相平衡，从而构成稳定的金属晶体。这种结合方式称之为金属键。金属特性的金属键理论解释(1)自由电子在电场的作用下定向运动形成电流，从而显示出良好的导电性。(2)随着温度升高，正离子振动的振幅要加大，对自由电子通过的阻碍作用也加大，因而，金属的电阻是随温度的升高而增加的，即具有正的电阻温度系数。(3)自由电子的运动和正离子的振动可以传递热能，因而使金属具有较好的导热性。⑷当金属发生塑性变形后，正离子与自由离子间所能保持金属键的结合，使金属显示出良好的塑性。⑸自由电子能吸收可见光的能量，故金属具有不透明性。吸收能量后跳到较高能级的电子，当它重新跳回到原来低能级时，就把所吸收的可见光的能量以电磁波的形式辐射出来，在宏观上就表示为金属的光泽。二、金属中常见的晶格1、体心立方晶格(图)a=b=cα=β=γ=90°晶胞中实际原子数为:具有体心立方晶格的金属有：α-Fe、Cr、W、Mo、V等。2、面心立方晶格(图)a=b=cα=β=γ=90°晶胞中原子数为：具有面心立方晶格的金属有：γ-Fe、Al、Cu、Au、Ag、Pb、Ni等。3、密排六方晶格(图)a=b≠cα=β=90°γ=120°密排六方晶格中原子数为：具有密排六方晶格的金属有：Mg、Zn、Be、Cd等。三、晶体结构的致密度（计算）致密度：是指晶胞中原子所占体积与该晶胞体积之比。1、体心立方的致密度2、面心立方与密排六方的致密度计算同体心立方，均为0.74。致密度数值越大，则原子排列越紧密四、配位数的概念配位数是指晶体结构中，与任一原于最近邻并且等距离的原子数。体心立方：8；面心立方：12；密排六方：12配位数的多少也可以反映原子排列的紧密程度。五、晶面与晶向在晶体中，由一系列原子所构成的平面称为晶面，任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。不同的晶面和晶向上原子排列的疏密程度不同，原子间相互作用也就不同，因而不同晶面和晶向就显示不同的力学性能和理化性能。表述不同晶面和晶向的原子排列情况及其在空间的位向称为晶面指数和晶向指数。1、晶面指数求法①设坐标②求截距③取倒数④化整数⑤列括号2、晶向指数求法①设坐标②求坐标值③化整数④列括号§1—3实际金属的晶体结构一、多晶体和亚组织㈠概念1、单晶体—把晶体看成是由原子按一定的几何规律作周期性排列而成的，即晶体内部的晶格位向是完全一致的晶体，这样的晶体称为单晶体。实际使用的工业金属材料，即使体积很小，其内部仍包含了许多颗粒状的小晶体，每个小晶体内部的晶格位向是一致的，而各个小晶体彼此间的位向都不同。2、晶粒;外形不规则的小晶体。3、晶界;晶粒与晶粒之间的界面。4、多晶体—实