金属学与热处理资料总结
第一章
同素异构转变：当外部条件(如温度和压强)改变时，金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的
转变称为多品型转变或同素异构转变。 组元：组成合金最基本的、独立的物质。
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。
固溶体：合金的组元之间以个同的比例相互混合，混合后形成的固相的晶体结构与组成合金的某一 组元的相同，这种相就称为固溶体。
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，而塑性、韧性有所下降 的现象。间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体的强化效果。原因：溶质原子与溶剂原 子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果越好。间隙固溶体晶格畸变大 于置换固溶体的晶格畸变
缺陷：点缺陷（空位、间隙原于和置换原子），线缺陷（位错），面缺陷（晶界、亚晶界、堆垛层错）。 综上所述，不管是哪类点缺陷，都会造成晶格畸变，这将对金属的性能产生影响，如使屈服强 度升高、电阻增大、体积膨胀等。
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。可以吧位错理解为晶 体中已滑移区和未滑移区的边界。位错其实是一条具有一定宽度的晶格畸变管道。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型位错与柏氏矢量平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性：①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的 趋势；
②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶 界出形核；
④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；
⑤晶界易于腐蚀和氧化；
⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。
第二章 纯金属的结晶
什么是过冷度？为什么金属结晶一定要有过冷度？
答：过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。
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 T R k ?∝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 （21T G ?∝?）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。
过冷度与金属的本性和液态金属的冷却速度有关。金属的纯度越高，结晶时的过冷度越大；同一 金属冷却速度越大，则金属开始结晶温度越低，过冷度也越大。
在过冷液体中形成固态晶核时，可能有两种形核方式：一种是均匀形核，另一种是非均匀形核。
非均匀形核的形核率与均匀形核的相似，但除了受过冷度和温度的影响外，还受固态
杂质的结构、数量、形貌及其它一些物理因素的影响。
在工业生产中，液体金属的凝固总是以非均匀形核方式进行。
晶粒大小对金属的机械性能有很大影响，在常温下．金属的晶粒越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也越好。
固液界面的微观结构有两种类型，即光滑界面和粗糙界面。①具有粗糙界面的金属，其长大机理为垂直长大，所需过冷度小，长大速度大。②具有光滑界面的金属化合物、亚金属(如Si、Sb等)或非金属等，其长大机理有两种方式：其一为二维晶核长大方式；其二为螺型位错长大方式。它们的长大速度都很慢，所需的过冷度很大。
一般的金属结晶时，均以树枝状生长方式长大。
增加过冷度的方法主要是提高液态金属的冷却速度。
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。细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。
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。
第三章二元合金相图和合金的凝固
相图是表示合金系中的合金状态与温度、成分之间关系的图解。
匀晶相图：两组元在液态无限互溶、固态也无限互溶的二元合金相图，称为匀晶相图。
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。
晶内偏析：这种在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象，称为晶内偏析。消除办法：扩散退火或均匀化退火。
对于匀晶系合金而言，合金的强度和硬度均随着溶质组元含量的增加而提高。合金塑性的变化规律正好与上述相反，塑性值随着溶质浓度的增加而降低。
二元共晶相图：两组元在液态时相互无限互溶，在固态时有限互溶，发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图。
包晶相图：两组元在液态时相互无限互溶，在固态时相互有限溶解，并发生包晶转变的二元系相图。铸锭三个晶区的形成机理：
表面细晶区：当高温液体倒入铸模后，结晶先从模壁开始，靠近模壁一层的液体产生极大的过冷，加上模壁可以作为非均质形核的基底，因此在此薄层中立即形成大量的晶核，并同时向各个方向生长，形成表面细晶区。
中间的柱状晶区：在表面细晶区形成的同时，铸模温度迅速升高，液态金属冷却速度减慢，结晶前沿过冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散热最快，因而晶体沿相反方向生长成柱状晶。中心等轴晶区：随着柱状晶的生长，中心部位的液体实际温度分布区域平缓，由于溶质原子的重新分配，在固液界面前沿出现成分过冷，成分过冷区的扩大，促使新的晶核形成长大形成等轴晶。由于液体的流动使表面层细晶一部分卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而进入前沿的液体中作为非自发生核的籽晶。
比重偏析有时被用来除去合金中的杂质或提纯贵金属。
第四章：铁碳合金
铁碳合金中的碳有两种存在形式：渗碳体和石墨。
铁素体：碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，用符号F或α表示。
奥氏体：碳溶于γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体，以符号A表示。
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：铁素体为体心立方结构，奥氏体为面心立方结构；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。
二次渗碳体与共析渗碳体的异同点:
相同点：都是渗碳体，成份、结构、性能都相同。
不同点：来源不同，二次渗碳体由奥氏体中析出，共析渗碳体是共析转变得到的；形态不同二次渗碳体成网状，共析渗碳体成片状；对性能的影响不同，片状的强化基体，提高强度，网状
降低强度。
共析转变（PSK线）：一定成分的固相，在一定温度下分解为另外两个一定成分的固相的转变过程，称为共析转变。
包晶转变（HJB线）：一定成分的液相和一定成分的固相在一定的温度下生成一定成分的固相的反应称为包晶反应。
共晶转变（ECF线）：由一定成分的液相在恒温下同时转变成两个一定成分的固相的转变称为共晶转变。
GS线：奥氏体析出铁素体的开始线
ES线：碳在奥氏体中的溶解度曲线。
PQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线。
E点：渗碳体的成份（碳在奥氏体中的最大溶解度2.11%）