晶体结
构体心立方bcc 面心立方fcc 密排六方
hcp
原子数 2 4 6
原子间
距
a
配位数8 12 12
致密度0.68 0.74 0.74
四面体
间
隙
半
径
0.126a 0.06a 0.06a
八面体
间
隙
半
径
0.067a 0.146a 0.146a
四面体
间
隙
数
12 8 8
八面体
间
隙
数
6 4 4
晶向指数[UVW]，晶向族
[uvw]→u=（2U-V）/3，v=（2V-U）/3，t=-
（u+v），w=W→[uvtw]
空间点阵和晶体点阵：为便于了解晶体中原子排列的规律性，通常将实体晶体结构
简化为完整无缺的理想晶体。若将其中
每个院子抽象为纯几何点，即可得到一
个由无数几何点组成的规整的阵列，称
为空间点阵，抽象出来的几何点称为阵
点或结点。由此构成的空间排列，称为
晶体点阵；与此相应，上述空间点阵称
为晶格。
热过冷纯全属在凝固时,其理论凝固温度(T m)不变,当液态金属中的实际温度低于
T m时,就引起过冷,这种过冷称为热过冷。成分过冷：结晶过程中由于固液界面的溶质再分配所引起的，由成分变化与实际温
度分布共同决定的过冷度。成分过冷对
晶体成长形状和铸锭组织的影响金属一
般为粗糙界面:Ⅰ纯金属: 取决于液固
前沿温度分布；正温度梯度——平面晶；
负温度梯度——树枝状。Ⅱ固溶体：取
决于液固前沿温度分布+成分过冷；负温
度梯度——树枝状，但正温度梯度下：随
成分过冷程度增大分别形成平面晶、胞
状晶和树枝晶。
动态过冷度当界面温度T i 冷度称为动态过冷度。即只有液固界面 取得动态过冷度，才能使晶核长大。 结构起伏液态金属中大量不停“游动”着的原子团簇不断地分化组合，由于“能量起 伏”，一部分金属原子（离子）从某个团 簇中分化出去，同时又会有另一些原子 组合到该团簇中，此起彼伏，不断发生 着这样的涨落过程，似乎原子团簇本身 在“游动”一样，团簇的尺寸及其内部原子 数量都随时间和空间发生着改变的现 象。 能量起伏液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时 间不停地变化，时高时低的现象。 均匀形核液相中各个区域出现新相晶核的几率都是相同的，是液态金属绝对纯净、 无任何杂质，喝不喝型壁接触，只是依 靠液态金属的能量变化，由晶胚直接生 核的理想过程。临界半径 非均匀形核液态金属中总是存在一些微小的固相杂质点，并且液态金属在凝固时 还要和型壁相接触，于是晶核就可以 优先依附于这些现成的固体表面上形 成，需要的过冷度较小。临界半径非 均匀形核的临界球冠半径与均匀 形核的临界半径是相等的。 晶核长大的微观结构：光滑界面和粗糙界面。 晶粒大小的控制控制过冷度；变质处理； 振动、搅动。 表面细晶区的形成：当液态金属浇入温度较 低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到 强烈的激冷作用，产生很大的过冷度而 大量非均质生核。这些晶核在过冷熔体 中也以枝晶方式生长，由于其结晶潜热 既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散 失，从而形成了无方向性的表面细等轴 晶组织。 柱状晶区的形成：在结晶过程中由于模壁温 度的升高，在结晶前沿形成适当的过冷 度，使表面细晶粒区继续长大（也可能 直接从型壁处长出），又由于固-液界面处 单向的散热条件（垂直于界面方向），处 在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的 单向热流的作用下，以表面细等轴晶凝 固层某些晶粒为基底，呈枝晶状单向延 伸生长，那些主干取向与热流方向相平 行的枝晶优先向内伸展并抑制相邻枝晶 的生长，在淘汰取向不利的晶体过程中， 发展成柱状晶组织。 中心等轴晶的形成：内部等轴晶区的形成是 由于熔体内部晶核自由生长的结果。随 着柱状晶的发展，熔体温度降到足够低， 再加之金属中杂质等因素的作用，满足 了形核时的过冷度要求，于是在整个液 体中开始形核。同时由于散热失去了方 向性，晶体在各个方向上的长大速度是 相等的，因此长成了等轴晶。 固溶体与金属化合物的区别固溶体晶体结 构与组成它的溶剂相同，而金属化合物的晶 体结构与组成它的组元都不同，通常较复杂。 固溶体相对来说塑韧性好，硬度较低，金属 化合物硬而脆。固溶体合金结晶特点（1）异 分结晶：固溶体合金结晶时所结晶出的固相 成分与液相的成分不同，这种结晶出的晶体 与母相化学成分不同的结晶称异分结晶（或 选择结晶）。（2）固溶体合金结晶需要一定的 温度范围。固溶体的结晶过程概括为：固溶 体晶核的形成，造成相内的浓度梯度，从而 引起相内的扩散过程，这种将破坏相界面处 的平衡，因此晶体必须长大才能使相界面处 重新达到平衡。 影响置换固溶体溶解度的因素原子尺寸因 素；电负性因素；电子浓度因素；晶体结构 因素。 相律相律F=C-P+2压力为常数时 F=C-P+1。F为平衡系统的自由度数，C为 平衡系统的组元数，P为平衡系统的相 数。他的含义是：在只受外界温度和压 力影响的平衡系统中，它的自由度数等 于系统的组元数和相数之差加上2。 杠杆定律 a r b L ωα ωL=rb/ab ×100% 杠杆定律的应（1）可以确定系统中可能存在 的最多平衡相数。（2）可以解释纯金属 与二元合金的结晶差别。纯金属结晶恒 温进行，二元合金变温进行。（3）计 算各相的相对量（只适应两相区，三点 要选准） 成分起伏液相中总会有某些微笑体积可能 偏离液相的平均成分，这些微小体积的 成分、大小和位置都是在不断地变化着， 这就是成分起伏。 枝晶偏析固溶体合金不平衡结晶的结果， 使先后从液相中结晶出的固相成分不同，再 加上冷速较快，不能使成分扩散均匀，结果 就使每个晶粒内部的化学成分很不均匀。先 结晶的部分含高熔点组元较多，后结晶的部 分含低熔点组元较多，在晶粒内部存在着浓 度差别，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，又称枝晶偏析。 在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分 不均匀的现象称作枝晶偏析。枝晶偏析特点： 1不仅与冷速有关，而且还与液固现象的距离 有关。2 冷速越大，液固相线间距越大，枝 晶偏析越严重。3枝晶偏析会影响合金的力 学、腐蚀、加工等性能。4生产上常将铸件加 热到固相线以下100-200℃长时间保温，以使 原子充分扩散、成分均匀，消除枝晶偏析， 这种热处理工艺称作扩散退火。 宏观偏析在材料宏观范围内出现的成分不 均匀偏析。 铁素体与奥氏体铁素体是溶于α-Fe 中的 间隙固溶体，为体心立方结构，常用符 号F或α表示。奥氏体是碳溶于γ-Fe中 的间隙固溶体，为面心立方结构，常用 符号A或γ表示。碳溶于体心立方晶格 δ-Fe 中的间隙固溶体，称为δ铁素体， 以δ表示。奥氏体塑性很好，具有顺磁 性。 工业纯铁含铁量为ωC=99.8%~99.9%，塑性 和韧性很好，但其强度很低。 渗碳体Fe3C，含碳量为ωC=6.69%，可用C m 表示，具有很高的硬度，但塑性差，低 温下具有一定的铁磁性。 单相区——5个 相图中有5个基本的相，相应的有5个相区： 液相区(L)——ABCD以上区域 δ固溶体区——AHNA 奥氏体区(γ)——NJESGN 铁素体区(α)——GPQ(Fe3C)——DFK直线以左 渗碳体区 两相区——7个 7个两相区分别存在于两个相应的单相区之 间： L+δ——AHJBA L+γ——BJECB L+Fe3C——DCFD δ+γ——HNJH γ+α——GPSG γ+ Fe3C——ESKFCE α+ Fe3C——PQLKSP+ Fe3C+ 三相区——3个 包晶线——水平线HJB(Lδ+γ) 共晶线——水平线ECF(Lγ+Fe3C) 共析线——水平线PSK(γ+α+ Fe3C) Fe-Fe3C相图中的特性点 符号T /℃ C % 说明 A1538 0 纯铁的熔点 B1495 0.53 包晶转变时液相成分 C1148 4.30 共晶点 D1227 6.67 渗碳体的熔点 E1148 2.11 碳在γ-Fe中的最大溶 F1148 6.67 渗碳体的成分 G912 0 纯铁α?γ转变温度 H1495 0.09 碳在δ-Fe中的最大溶 J1495 0.17 包晶点 K727 6.67 渗碳体的成分 N1394 0 纯铁γ?δ转变温度 P727 0.0218 碳在α-Fe中的最大溶 S727 0.77 共析点 Q600 0.0057 600?C碳在α-Fe中的 包晶转变发生在1495℃（水平线HJB），反 应式为：L B+δHγJ 式中L0.53——含碳量为0.53%的液相； δ0.09——含碳量为0.09%的δ固溶体； γ0.17——含碳量为0.17%的γ固溶体，即 奥氏体，是包晶转变的产物。 含碳量在0.09~0.53%之间的合金冷却到 1495℃时，均要发生包晶反应，形成奥 氏体。 包晶转变的实际应用（1）组织设计：如在轴 承合金需要的软基体上分布硬质点的组 织。（2）细化晶粒作用：TiAl3 共晶转变发生在1148℃（水平线ECF），反应 式为：L CγE+Fe3C 共晶转变的产物是奥氏体与渗碳体的机械混 合物，称为莱氏体，用L d 表示。凡是含 碳量大于 2.11%的铁碳合金冷却到 1148℃时，都会发生共晶反应，形成莱 氏体。 共析转变发生727℃（水平线PSK），反应式为：γSαP+Fe3C 共析转变的产物是铁素体与渗碳体的机械混合物，称为珠光体，用字母P表示。含 碳量大于0.0218%的铁碳合金，冷却至 727℃时，其中的奥氏体必将发生共析 转变，形成珠光体。 Fe-Fe3C相图中的ES、PQ、G S三条特性线也是非常重要的，它们的含义简述如下：ES线（A cm线）是碳在奥氏体中的溶解度曲线。 奥氏体的最大溶碳量是在1148℃时，可 以溶解2.11%的碳。而在727℃时，溶碳 量仅为0.77%，因此含碳量大于0.77%的 合金，从1148℃冷到727℃的过程中， 将自奥氏体中析出渗碳体，这种渗碳体 称为二次渗碳体(Fe3C II)。 PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线。727℃时铁素体中溶解的碳最多(0.0218%)，而 在200℃仅可以溶解7×10-7%C。所以铁碳 合金由727℃冷却到室温的过程中，铁素 体中会有渗碳体析出，这种渗碳体称为 三次渗碳体(Fe3C III)。由于三次渗碳体沿 铁素体晶界析出，因此对于工业纯铁和 低碳钢影响较大；但是对于含碳量较高 的铁碳合金，三次渗碳体（含量太少） 可以忽略不计。 GS线（A3线）是冷却过程中，奥氏体向铁素体转变的开始线；或者说是加热过程中， 铁素体向奥氏体转变的终了线（具有同 素异晶转变的纯金属，其固溶体也具有 同素异晶转变，但其转变温度有变化）。二元相图的分析和使用 1.二元相图的分析步骤：①首先看相图中是否 存在稳定化合物，如存在的话，则以稳 定化合物为独立组元，把相图分成几个 部分进行分析。②在分析各相区时先要 熟悉单相区中所标的相，让后根据相接 触法则辨别其他相区。③找出三相共存 水平线及其相接触（以点接触）的三个 单相区从这三个单相区与水平线相互配 置位置，可以确定三相平衡转变的性 质。④利用相图分析典型合金的结晶过 程及组织 2.应用相图时要注意的问题 ①相图反映的是在平衡条件下相的平 衡，而不是组织的平衡。②相图给出的 是平衡状态时的情况。③二元相图只反 映二元析合金相的平衡关系。根据相图 判断合金的性能①根据相图判断合金的 力学性能和物理性能②根据相图判断合 金的铸造性能；合金的铸造性能主要表 现为流动性、缩孔及热裂倾向等。根据 液固相线之间的距离X。X越大，成分 偏析越严重(因液固相成分差别大)；X越 大，流动性越差（因为枝晶发达）；X越 大，热裂倾向越大（因为液固两相共存 的温区大） 纯铁、钢、白口铁 1.纯铁——含碳量<0.0218%，显微组织为铁素 体。 2.钢——含碳量0.0218%～2.11%，特点是高温 组织为单相奥氏体，具有良好的塑性， 因而适于锻造。根据室温组织的不同， 钢又可以分为： 亚共析钢：含碳量0.0218%~0.77%，具有铁素体α+珠光体P的组织，且含碳量越高（接 近0.77%）,珠光体的相对量越多，铁素 体量越少。 共析钢：含碳0.77%，组织是全部珠光体P。过共析钢：含碳量0.77%～2.11%，组织是珠光体P+渗碳体Fe3C。 3.白口铁——含碳量2.11%～6.69%，特点是液 态结晶时都有共晶转变，因而具有良好 的铸造性能。但是即使在高温也是脆性 材料，不能锻造。根据室温组织不同， 白口铁又分为： 亚共晶白口铁：含碳2.11%～4.30%，组织是珠光体P+渗碳体Fe3C+莱氏体L d'。 共晶白口铁：含碳4.30%，组织是莱氏体L d'。过共晶白口铁：含碳4.3%~6.69%，组织是渗碳体Fe3C+莱氏体Ld'。 工业纯铁在缓慢冷却过程中发生的组织转变主要是同素异晶转变和Fe3C III的析出。共析钢从液态冷却到室温要发生三次组织转 变：匀晶转变L→γ（奥氏体），共析转变 γ→(α+Fe3C)（珠光体P）,α中析出三次渗 碳体(Fe3C III)。室温下共析钢的组织组成 全部为珠光体（可以忽略Fe3C III），共析 钢只有一种组织（忽略Fe3C III），即珠光 体P，珠光体由α和Fe3C两个相组成。 应用杠杆定律可以计算出α和Fe3C两个 相的相对量。 亚共析钢含碳0.45%的亚共析钢是应用十 分广泛的一种钢，通常称为45号钢。45 钢在液态到室温的冷却过程中将发生以 下转变：匀晶转变L0.45→L0.53+δ，包晶 转变L0.53+δ→γ0.45，同素异晶转变 γ0.45→α+γ0.77，共析转变 γ0.77→(α+Fe3C)。室温下45钢的组织为： 铁素体α+珠光体P（α+Fe3C）。所有亚共 析钢的室温组织都是由铁素体和珠光体 组成，区别仅在于相对量的差别：含碳 量越高（越接近0.77%C），珠光体的量越 多、铁素体的量越少。组织组成物 ωα=49.5%，ωP=50.5%，相组成物 ωα=94.3%，ωFe3C =5.7%。 过共析钢在液态到室温的冷却过程中，首 先进行匀晶转变，形成单相固溶体γ；当 温度到达ES线以下时，过饱和的固溶体 γ中析出渗碳体（二次渗碳体Fe3C II），奥 氏体γ的成分变到共析点S(0.77%C)；共 析转变γ0.77→(α+Fe3C)，形成珠光体P。 因此，过共析钢的室温组织为珠光体 P(α+Fe3C)+Fe3C II。对于过共析钢，随着含 碳量增高，钢中Fe3C II的量增大。由于大 量的Fe3C II会形成网状结构，造成钢的脆 性急剧增高，所以实际生产中使用的钢 含碳量一般都低于1.5%；另外，含有网 状Fe3C II的钢不能直接使用，需要经过锻 造（压碎Fe3C II网）或相应的热处理后才 能使用。 共晶白口铁在从液态缓慢冷却到室温的过 程中，首先在1148℃进行共晶转变，液 相全部凝固成为高温莱氏体Ld（共晶组 织），在1148℃到727℃之间，莱氏体中 的奥氏体γ将按照ES线的变化趋势析出 二次渗碳体Fe3C II，而奥氏体在727℃时 的含碳量降到0.77%；此时，奥氏体进行 共析转变，将全部转变成珠光体P。经过 共析转变的莱氏体，称为低温莱氏体， 用符号Ld'表示，以区别Ld。珠光体中的 渗碳体叫做共析渗碳体，共晶组织中的 渗碳体叫做共晶渗碳体。 亚共晶白口铁冷却过程中组织转变与共晶 白口铁类似，只是在共晶转变之前，液 相中先结晶出奥氏体。到达1148℃时， 剩余的液相成份为4.3%C，再往下面，液 相的转变就与共晶白口铁一样了。先结 晶出来的奥氏体和共晶奥氏体一样，在 以后的冷却过程中依次析出二次渗碳体 （难以明显看出）和进行共析转变。室 温下亚共晶白口铁的平衡组织为： P+Fe3C II+Ld'。 过共晶白口铁在从液态到室温的冷却过程 中，先从液相中结晶出来的是一次渗碳 体Fe3CI，剩余的液相在1148℃进行共晶 转变。因此，过共晶白口铁的室温组织 为：Fe3C I+Ld’。 碳对钢性能的影响碳钢的组成相只有铁素 体和渗碳体两种，组织组成物有先共析铁素 体、珠光体和二次渗碳体三种。由于铁素体 硬度低、塑性好，渗碳体硬度非常高、塑性 为0；所以，由铁素体和渗碳体均匀混合的珠 光体具有良好的综合性能，即具有良好的强 度和硬度,同时也具有较好地塑性和韧性。对 于亚共析钢，随着含碳量的增加，珠光体的 相对量提高，钢的强度、硬度增高，塑性、 韧性下降。对于过共析钢，随着含碳量的增 加，二次渗碳体数量增加，并且形成网状结 构，不仅造成钢的塑性、韧性下降，同时也 使强度下降；只有硬度增高。 铁碳相图的应用;选用材料：由铁碳相图可知， 合金中随着含碳量的不同，其组织各不 相同，从而导致其力学性能不同。因此， 我们就可以根据机器零件所要求的性能 来选择不同含碳量的材料。 叛断切削加性能：低碳钢中铁素体较多，塑 性好，加工性不好；中碳钢中铁素体含量 比例适当，钢的硬度适当，易于加工。 制定热加工工艺：在铸造工艺方面，根据相 图可以确定合适的熔化温度和浇注温度， 含碳量为4.3%的铸铁铸造性最好；在锻造 工艺方面，可以选择钢材的轧制和锻造的 温度范围应在奥氏体区。 应用于热处理生产：由相图可知合金在固态 加热和冷却过程中均有组织的变化，可以进 行热处理。并且可以正确选择加热温度 单晶体金属塑性变形 单晶体塑性变形有“滑移”和“孪生”等不 同方式，大多数情况以滑移方式发生。 正应力只能引起晶格的弹性伸长，或进 一步把晶体拉断，切应力可使晶格在发 生弹性歪扭之后，进一步造成滑移。通 过大量的晶面滑移，最终使试样拉长变 细。 滑移：晶体的一部分相对于另一部分沿 一定晶面发生相对的滑动。 滑移变形要点： （1）滑移只能在切应力的作用下发生 （2）滑移常沿晶体中原子密度最大的晶 面和晶向发生。 这是因为只有在最密晶面（滑移面）之 间的面间距及最密晶向（滑移方向）之 间的原子间距才最大，因而原子结合力 最弱，所以在最小的切应力下使能引起 它们之间的相对滑动。 （3）滑移时晶体的一部分相对于另一部 分沿滑移方向位移的距离为原子间距的 整数倍，滑移的结果会在晶体的表面上 造成台阶。 （4）滑移的同时必然伴有晶体的转动， 沿外力方向。 滑移系：滑移面数与滑移方向数的乘积。 滑移系越大，金属滑移的可能性越大， 即金属塑性越好。 孪生：当晶体在切应力的作用下发生孪 生变形时，晶体的一部分沿一定的晶面 （孪生面）和一定的晶向（孪生方向） 相对于另一部分晶体作均匀地切变，在 切变区域内，与孪生面平行的每层原子 的切变量与它距孪生面的距离成正比， 并且不是原子间距的整数倍。这种切变 不会改变晶体的点阵类型，但可使变形 部分的位向发生变化，并与未变形部分 的晶体以孪晶界为分界面构成了镜面对 称的位向关系。通常把对称的两部分晶 体称为孪晶，而将形成孪晶的过程称为 孪生。 滑移与孪生的异同：孪生是原子的相对切变 距离小于孪生方向上一个原子间距。孪 生也是通过位错运动来实现的。但产生 孪生的位错的柏氏矢量小于一个原子间 距。孪生对塑性变形的贡献比滑移小得 多。大多数bcc金属的孪生临界切应力大 于滑移临界切应力，所以滑移先于孪生 进行；fcc金属的孪生临界切应力远大于 滑移临界切应力，所以一般不发生孪生 变形。 固溶强化：由于固溶体中存在着溶质原子，使得合金的强度和硬度升高，而塑性、 韧性下降，这种现象称为固溶强化。 加工硬化：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，这一现象称为加工硬化或形 变强化。 细晶强化：通过在均匀材料中加入硬质 颗粒，使晶粒内运动的位错在晶界处其 运动被阻，使材料的强度、硬度增加， 这一现象称为细晶强化 弥散强化：在母体金属中形成析出物(碳 化物、氮化物、金属间化合物等)，析出 物具有阻碍位错运动的作用，在母相呈 微细弥散分布状态，能提高强度，这一 现象称为弥散强化。 冷加工纤维组织是纯金属和单相合金在冷塑性变形时和变形度很大的条件下，各 晶粒伸长成纤维状形成的组织。 热加工纤维组织：在热加工过程中，铸 锭中的粗大枝晶和各种夹杂物都要沿变 形方向伸长，这样就使枝晶间富集的杂 质和非金属夹杂物的走向逐渐与变形方 向一致，一些脆性杂质破碎成链状，塑 性的夹杂物变成条带状、线状或片层状， 在宏观试样上沿着变形方向变成一条条 细线，这就是热加工钢中的流线。由一 条条流线勾划出来的组织，叫做热加工 纤维组织。 形变织构与单晶体一样，多晶体在塑性 变形时也伴随着晶体的转动过程，故当 形变量很大时，多晶体中原为任意取向 的各个晶粒会逐渐调整其取向而彼此趋 于一致，这一现象称为晶粒的择尤取向， 这种由于金属塑性变形使晶粒具有择尤 取向的组织叫做形变织构。 同一种材料随加工方式不同，可能出现 不同类型的织构： （1）丝织构在拉拔时形成，各晶粒的 某一晶向平行或近似平行于拉拔方向， （2）板织构在轧制时形成，各晶粒 某一晶面平行于轧制方向，而某一晶向 平行于轧制方向。 回复：即在加热温度较低时，仅因金属中的一些点缺陷和位错迁移而所引起的某 些晶内的变化。晶粒大小和形状无明显 变化。回复的目的是消除大部分甚至全 部第一类内应力和一部分第二类和第三 类内应力。 多边形化：冷变形金属加热时，原来处 于滑移面上的位错，通过滑移和攀移， 形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。多 边形化的驱动力来自弹性应变能的降 低。多边形化降低了系统的应变能。 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 织中产生了无畸变的新晶粒，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。再结晶不是相变。再结晶的目的 是释放储存能，使新的无畸变的等轴晶 粒形成并长大，使之在热力学上变得更 为稳定。 动态回复与再结晶：在再结晶温度以上 进行热加工时，在塑性变形过程中发生 的，而不是在变形停止后发生的回复与 再结晶。 回复和再结晶的驱动力：金属处于热力 学不稳定状态，有发生变化以降低能量 的趋势，预先冷变形所产生的储存能的 降低是回复和再结晶的驱动力。 再结晶形核机制：亚晶长大形核机制、 晶界凸出形核机制。 再结晶温度：经过严重冷变形（变形度 在70%以上）的金属，在约1h的保温时 间内能够完成再结晶（>95%转变量）的 温度。扩散机制：空位扩散机制、间隙扩散机制 固态金属扩散条件：扩散要有驱动力、 扩散原子要固溶、温度要足够高、时间 要足够长。 下坡扩散：沿着浓度降低的方向进行的 扩散，使浓度趋于均匀化。如铸锭（件） 的均匀化退火、渗碳等过程。 上坡扩散：沿着浓度升高的方向进行的 扩散，使浓度发生两极分化。例如奥氏 体向珠光体转变。 反应扩散：通过扩散使固溶体的溶质组 元浓度超过固溶体浓度极限而形成新相 的过程称为反应扩散或相变扩散。反应 扩散所形成的新相，既可以是新的固溶 体，也可以是各种化合物。 扩散驱动力：扩散的驱动力不是浓度梯 度，而是化学位梯度。此外，在温度梯 度、应力梯度、表面自由能差以及电场 和磁场的作用下，也可以引起扩散。 扩散激活能：固态扩散是原子热激活的 过程，固态原子从原来的平衡位置跃迁 到相邻的平衡位置所必需的能量称为扩 散激活能。 影响扩散的因素：温度、键能和晶体结 构、固溶体类型、晶体缺陷、化学成分。 菲克第一、二定律： 如果扩散系数与浓度C、距离x无关，则 第二定律可以写为 共析钢的加热转变 从铁碳相图中看到，钢加热到727℃（状 态图的PSK线，又称A1温度）以上的温 度，珠光体转变为奥氏体。这个加热速 度十分缓慢，实际热处理的加热速度均 高于这个缓慢加热速度，实际珠光体转 变为奥氏体的温度高于A1，定义实际转 变温度为Ac1。Ac1高于A1，表明出现热 滞后，加热速度愈快，Ac1愈高，同时完 成珠光体向奥氏体转变的时间亦愈短。 共析碳钢（含0.77%C）加热前为珠光体 组织，一般为铁素体相与渗碳体相相间 排列的层片状组织，加热过程中奥氏体 转变过程可分为四步进行 第一阶段：奥氏体晶核的形成。由Fe-Fe3C 状态图知：在A1温度铁素体含约 0.0218%C，渗碳体含6.69%C，奥氏体含 0.77%C。在珠光体转变为奥氏体过程中， 原铁素体由体心立方晶格改组为奥氏体 的面心立方晶格，原渗碳体由复杂斜方 晶格转变为面心立方晶格。所以，钢的 加热转变既有碳原子的扩散，也有晶体 结构的变化。基于能量与成分条件，奥 氏体晶核在珠光体的铁素体与渗碳体两 相交界处产生，这两相交界面越多，奥 氏体晶核越多。 第二阶段：奥氏体的长大。奥氏体晶核 形成后，它的一侧与渗碳体相接，另一 侧与铁素体相接。随着铁素体的转变（铁 素体区域的缩小），以及渗碳体的溶解 （渗碳体区域缩小），奥氏体不断向其两 侧的原铁素体区域及渗碳体区域扩展长 大，直至铁素体完全消失，奥氏体彼此 相遇，形成一个个的奥氏体晶粒。 第三阶段：残余渗碳体的溶解。由于铁 素体转变为奥氏体速度远高于渗碳体的 溶解速度，在铁素体完全转变之后尚有 不少未溶解的“残余渗碳体”存在，还需一 定时间保温，让渗碳体全部溶解。 第四阶段：奥氏体成分的均匀化。即使 渗碳体全部溶解，奥氏体内的成分仍不 均匀，在原铁素体区域形成的奥氏体含 碳量偏低，在原渗碳体区域形成的奥氏 体含碳量偏高，还需保温足够时间，让 碳原子充分扩散，奥氏体成分才可能均 匀。 珠光体转变为奥氏体并使奥氏体成分均 匀必须有两个必要而充分条件：一是温 度条件，要在Ac1以上加热，二是时间 条件，要求在Ac1以上温度保持足够时 间。在一定加热速度条件下，超过Ac1 的温度越高，奥氏体的形成与成分均匀 化需要的时间愈短；在一定的温度（高 于Ac1）条件下，保温时间越长，奥氏体 成分越均匀。 还要看到奥氏体晶粒由小尺寸变为大尺 寸是一个自发过程，在Ac1以上的一定 加热温度下，过长的保温时间会导致奥 氏体晶粒的合并，尺寸变大。相对之下， 相同时间加热，高的加热温度导致奥氏 体晶粒尺寸的增大倾向明显大于低的加 热温度的奥氏体晶粒长大倾向。奥氏体 晶粒尺寸过大（或过粗）往往导致热处 理后钢的强度降低，工程上往往希望得 到细小而成分均匀的奥氏体晶粒，为此 可以采用：途径之一是在保证奥氏成分 均匀情况下选择尽量低的奥氏体化温 度；途径之二是快速加热到较高的温度 经短暂保温使形成的奥氏体来不及长大 而冷却得到细小的晶粒。 晶粒度：工程上把奥氏体晶粒尺寸大小 定义为晶粒度，并分为8级，其中1～4 级为粗晶粒，5级以上为细晶粒，超过8 级为超细晶粒。 影响奥氏体晶粒大小的因素：加热温度 和保温时间、加热速度、钢的化学成分、 钢的原始组织。 钢在冷却时的转变：钢在奥氏体化后的 两种冷却方式：等温冷却方式、连续冷 却方式 珠光体转变及其组织 在温度A1以下至550℃左右的温度范围 内，过冷奥氏体转变产物是珠光体，即 形成铁素体与渗碳体两相组成的相间排 列的层片状的机械混和物组织。 在珠光体转变中，由A1以下温度依次降 到鼻尖的550℃左右，层片状组织的片间 距离依次减小。根据片层的厚薄不同， 这类组织又可细分为三种。 第一种是珠光体，其形成温度为A1～ 650℃，片层较厚，一般在500倍的光学 显微镜下即可分辨。用符号“P”表示。 第二种是索氏体，其形成温度为650℃～ 600℃，片层较薄，一般在800～1000倍 光学显微镜下才可分辨。用符号“S”表示。 第三种是屈氏体，其形成温度为600℃～ 550℃，片层极薄，只有在电子显微镜下 才能分辨。用符号“T”表示。 实际上，这三种组织都是珠光体，其差 别只是珠光体组织的“片间距”大小，形成 温度越低，片间距越小。这个“片间距” 越小，组织的硬度越高，屈氏体的硬度 高于索氏体，远高于粗珠光体。 珠光体转变过程 奥氏体转变为珠光体的过程也是形核和 长大的过程。当奥氏体过冷到A1以下时， 首先在奥氏体晶界上产生渗碳体晶核， 通过原子扩散，渗碳体依靠其周围奥氏 体不断地供应碳原子而长大。同时，由 于渗碳体周围奥氏体含碳量不断降低， 从而为铁素体形核创造了条件，使这部 分奥氏体转变为铁素体。由于铁素体溶 碳能力低（<0.0218%C），所以又将过剩 的碳排挤到相邻的奥氏体中，使相邻奥 氏体含碳量增高，这又为产生新的渗碳 体创造了条件。如此反复进行，奥氏体 最终全部转变为铁素体和渗碳体片层相 间的珠光体组织。 珠光体转变是一种扩散型转变，即铁原 子和碳原子均进行扩散。 贝氏体转变及其组织 过冷奥氏体在550℃～Ms（马氏体转变 开始温度）的转变称为中温转变，其转 变产物为贝氏体型，所以也叫贝氏体转 变。贝氏体用符号“B”表示，它仍是由铁 素体与渗碳体组成的机械混和物，但其 形貌与渗碳体的分布与珠光体型不同， 硬度也比珠光体型的高。根据贝 氏体的组织形态和形成温度区间的不同 又可将其划分为上贝氏体（B上）与下贝 氏体（B下）。上贝氏体的形成温度为 550℃～350℃，它的硬度比同样成份的 下贝氏体低，韧性也比下贝氏体差，所 以上贝氏体的机械性能很差，脆性很大， 强度很低，基本上没有实用价值。下贝 氏体的形成温度为350℃～Ms，它有较 高的强度和硬度，还有良好的塑性和韧 性，具有较优良的综合机械性能，是生 产上常用的组织。获得下贝氏体组织是 强化钢材的途径之一。 贝氏体的转变过程 在中温区发生奥氏体转变时，由于温度 较低，铁原子扩散困难，只能以共格切 变的方式来完成原子的迁移，而碳原子 则有一定的扩散能力，可以通过短程扩 散来完成原子迁移，所以贝氏体转变属 于半扩散型相变。在贝氏体转变中，存 在着两个过程，一是铁原子的共格切变， 二是碳原子的短程扩散。 当温度较高（550℃～350℃）时，条状 或片状铁素体从奥氏体晶界开始向晶内 以同样方向平行生长。随着铁素体的伸 长和变宽，其中的碳原子向条间的奥氏 体中富集，最后在铁素体条之间析出渗 碳体短棒，奥氏体消失，形成上贝氏体。 当温度较低（350℃～Ms）时，碳原子扩 散能力低，铁素体在奥氏体的晶界或晶 内的某些晶面上长成针状。尽管最初形 成的铁素体固溶碳原子较多，但碳原子 不能长程迁移，因而不能逾越铁素体片 的范围，只能在铁素体内一定的晶面上 以断续碳化物小片的形式析出，从而形 成下贝氏体。 马氏体转变及其组织 马氏体组织及其性能特点 过冷奥氏体在马氏体开始形成温度Ms 以下转变为马氏体，这个转变持续至马 氏体形成终了温度Mf。在Mf以下，过 冷奥氏体停止转变。除Al、Co元素外， 溶解到奥氏体中的元素均使Ms、Mf下 降。碳含量增多，Ms、Mf点降低。经冷 却后未转变的奥氏体保留在钢中，称为 残余奥氏体。在Ms与Mf温度之间过冷 奥氏体与马氏体共存。在Ms温度以下， 转变温度越低，残余奥氏体量越少。随 奥氏体中含碳量的增加Ms和Mf均会降 低，可见在同样的冷却速度下（或冷却 介质中），奥氏体中含碳量越高，马氏体 中的残余奥氏体就越多。 马氏体形成的温度也是碳原子难以扩散 的温度，它是由过冷奥氏体按无扩散型 转变机制的转变产物，马氏体与过冷奥 氏体含碳量相等，晶格同于铁素体体心 立方。体心立方晶格的铁素体在室温含 约0.008%C，对共析钢马氏体的晶格内含 约0.77%C，为此导致体心立方晶格畸变 为体心正方晶格，因此马氏体是含过饱 和碳的固溶体，是单一的相，同高温、 中温转变产物有本质区别。 马氏体的形貌常有针状及板条状两种， 前一种一般出现在高碳钢中，后一种一 般出现在低碳钢中。“针”或“条”的粗细主 要取决于奥氏体晶粒的尺寸大小，奥氏 体晶粒越大，“针”或“条”越粗。 马氏体的硬度主要取决于其中含碳量， 含碳量越高，马氏体硬度越高。实际淬 火钢硬度取决于马氏体，残余奥氏体， 以及其它不转变物（铁素体或二次渗碳 体）的含量。 马氏体转变的特点 马氏体转变同样是一个形核和长大的过 程。它的主要特点是：（1）无扩散性；（2） 有共格位向关系；（3）在不断降温的过 程中形成；（4）高速长大；（5）马氏体 转变的不完全性。 钢的回火 回火一般是紧接淬火以后的热处理工 艺，回火是淬火后再将工件加热到Ac1 温度以下某一温度，保温后再冷却到室 温的一种热处理工艺。淬火后 的钢铁工件处于高的内应力状态，不能 直接使用，必须即时回火，否则会有工 件断裂的危险。淬火后回火目的在于降 低或消除内应力，以防止工件开裂和变 形；减少或消除残余奥氏体，以稳定工 件尺寸；调整工件的内部组织和性能， 以满足工件的使用要求。 钢在回火时的转变 共析钢在淬火后得到的马氏体和残余奥 氏体组织是不稳定的，存在着向稳定组 织转变的自发倾向。回火加热可加速这 种自发转变过程。根据转变发生的过程 和形成的组织，回火可分为四个阶段： 第一阶段（200℃以下）：马氏体分解。 第二阶段（200℃～300℃）：残余奥氏体 分解。 第三阶段（250℃～400℃）：碳化物的转 变。 第四阶段（400℃以上）：渗碳体的聚集 长大与α相的再结晶。 回火脆性随着回火温度的升高，钢的 冲击韧性发生变化。在250℃～350℃和 500℃～650℃钢的冲击韧性明显下降， 这种脆化现象称为回火脆性 （1）低温回火脆性 淬火钢在250℃～3500℃范围内回火时 出现的脆性叫做低温回火脆性，也叫第 一类回火脆性。几乎所有的钢都存在这 类脆性。这是一种不可逆回火脆性，目 前尚无有效办法完全消除这类回火脆 性。所以一般都不在250℃～350℃这个 温度范围内回火。 （2）高温回火脆性 淬火钢在500℃～650℃范围内回火时出 现的脆性称为高温回火脆性，也称为第 二类回火脆性。这种脆性主要发生在含 Cr、Ni、Si、Mn等合金元素的结构钢中。 这种脆性与加热、冷却条件有关。加热 至600℃以上后，以缓慢的冷却速度通过 脆化温度区时，出现脆性；快速通过脆 化区时，则不出现脆性。此类回火脆性 是可逆的，在出现第二类回火脆性后， 重新加热至600℃以上快冷，可消除脆 性。 钢的淬火将亚共析钢加热到Ac3以上，共 析钢与过共析钢加热到Ac1以上（低于 Accm）的温度，保温后以大于Vk的速度 快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热 处理工艺叫淬火。马氏体强化是钢的主 要强化手段，因此淬火的目的就是为了 获得马氏体，提高钢的机械性能。淬火 是钢的最重要的热处理工艺，也是热处 理中应用最广的工艺之一。 淬火温度的确定 淬火温度即钢的奥氏体化温度，是淬火 的主要工艺参数之一。选择淬火温度的 原则是获得均匀细小的奥氏体组织。亚 共析钢的淬火温度一般为Ac3以上 30℃～50℃，淬火后获得均匀细小的马 氏体组织。如果温度过高，会因为奥氏 体晶粒粗大而得到粗大的马氏体组织， 使钢的机械性能恶化，特别是使塑性和 韧性降低；如果淬火温度低于Ac3，淬火 组织中会保留未溶铁素体，使钢的强度 硬度下降。 加热时间的确定 加热时间由升温时间和保温时间组成。 由零件入炉温度升至淬火温度所需的时 间为升温时间，并以此作为保温时间的 开始。保温时间是指零件烧透及完成奥 氏体化过程所需要的时间。加热时间通 常根据经验公式估算或通过实验确定。 生产中往往要通过实验确定合理的加热 及保温时间，以保证工件质量。 淬火冷却介质的确定 淬火过程是冷却非常快的过程。为了得 到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于 临界冷却速度Vk。但是，冷却速度快必 然产生很大的淬火内应力，这往往会引 起工件变形。 淬火的目的是得到马氏体组织，同时又 要避免产生变形和开裂。 对于理想的淬火冷却曲线，只要在“鼻尖” 温度附近快冷，使冷却曲线躲过“鼻尖”， 不碰上C曲线，就能得到马氏体。也就 是说，在“鼻尖”温度以上，在保证不出现 珠光体类型组织的前提下，可以尽量缓 冷；在“鼻尖”温度附近则必须快冷，以躲 开“鼻尖”，保证不产生非马氏体相变；而 在Ms点附近又可以缓冷，以减轻马氏体 转变时的相变应力。但是到目前为止， 还找不到完全理想的淬火冷却介质。常 用的淬火冷却介质是水、盐或碱的水溶 液和各种矿物油、植物油。 淬火方法 选择适当的淬火方法同选用淬火介质一 样，可以保证在获得所要求的淬火组织 和性能条件下，尽量减小淬火应力，减 少工件变形和开裂倾向。 （1）单液淬火它是将奥氏体状态的工 件放入一种淬火介质中一直冷却到室温 的淬火方法。这种方法操作简单，容易 实现机械化，适用于形状简单的碳钢和 合金钢工件。 （2）双液淬火它是先将奥氏体状态的 工件在冷却能力强的淬火介质中冷却至 接近Ms点温度时，再立即转入冷却能力 较弱的淬火介质中冷却，直至完成马氏 体转变。 （3）分级淬火它是将奥氏体状态的工 件首先淬入略高于钢的Ms点的盐浴或 碱浴炉中保温，当工件内外温度均匀后， 再从浴炉中取出空冷至室温，完成马氏 体转变（见图6-16曲线3）。 （4）等温淬火它是将奥氏体化后的工 件在稍高于Ms温度的盐浴或碱浴中冷 却并保温足够时间，从而获得下贝氏体 组织的淬火方法。 钢的淬透性 （1）淬透性的概念钢的淬透性是指 奥氏体化后的钢在淬火时获得淬硬层 （也称为淬透层）深度的能力，其大小 用钢在一定条件下淬火获得的淬硬层深 度来表示。 （2）影响淬透性的因素影响淬透性 的主要因素是化学成分，除Co以外，所 有溶于奥氏体中的合金元素都提高淬透 性。另外，奥氏体的均匀性、晶粒大小 及是否存在第二相等因素都会影响淬透 性。 （3）淬透性的测定及其表示方法淬 透性的测定方法很多，目前应用得最广 泛的是“末端淬火法”，简称端淬试验。试 验时，先将标准试样加热至奥氏体化温 度，停留30～40min，然后迅速放在端淬 试验台上喷水冷却。 钢的淬硬性：表示钢淬火时的硬化能力， 用淬成的马氏体可能得到的最高硬度表 示。它主要取决于马氏体中的含碳量。 含碳量越高，淬硬性越高。 钢的分类 一、按化学成分分类 按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金 钢两大类。 碳素钢按含碳量多少可分为低碳钢 （C%≤0.25%）、中碳钢（C%=0.25%～ 0.60%）和高碳钢（C%>0.6%）三类。 合金钢按合金元素的含量又可分为低合 金钢（合金元素总量<5%）、中合金钢（合 金元素总量为5～10%）和高合金钢（合 金元素总量>10%）三类。 合金钢按合金元素的种类可分为锰钢、 铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。 二、按冶金质量分类 按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可 分为普通钢（S%≤0.055%，P%≤0.045%）、 优质钢（S%、P%≤0.040%）和高级优质钢 晶体缺陷包括：1.点缺陷：空位间隙原子造成 的晶格畸变比空位严重。2.线缺陷：位错：刃型位错，螺旋型位错。面缺陷：晶界和亚晶界。 刃型位错：1.有一额外半原子面。2.位错线具有一定宽度的细大晶格畸变管道。 即有正应变和切应变。3.位错线与滑移方向相垂直，位错运动方向与滑移方向平行。 螺旋型位错：1.没有额外半原子面。2.螺旋形位错是一个具有一定宽度的细大晶格畸变管道。只有切应变。3.位错线与滑移方向平行，位错运动方向与位错线垂直。 滑移：晶体中一部分相对于另一部分晶体沿一定的滑移面和滑移方向所做的切变过 程。 滑移系：一个滑移面和该面上的一个滑 移方向合起来组成的。 加工硬化：金属随着变形量的增加强度硬度升高，塑性韧性降低的现象。 细晶强化：用细化晶粒增加晶界，提高 金属强度的方法。作用：提高材料的强 度，改善材料的塑性和韧性。 固溶强化：由于固溶体中存在着溶质原 子，使得合金的强度硬度提高而塑性韧 性有所下降的现象。机制：1.在固溶体中 溶质与溶剂原子半径差所引起的弹性畸 变，与位错之间产生的弹性交互作用， 对在滑移面上运动着的位错，有阻碍作 用。2.在位错线上偏聚的溶质原子对位错 的钉扎作用。 弥散强化：借助粉末冶金的方法，将第 二相粒子加入基体面，起强化作用；当 过饱和固溶体进行过时效处理时，可以 得到与基体非共格的析出相，此时位错 也是以绕过机制通过障碍。 形变织构：由于金属塑性变形，使晶粒具有择优取向的组织。 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。这种非共晶成分的 合金所得到的共晶组织。 离异共晶：在先共晶相数量较多，而共 晶组织甚少的情况下，有时共晶组织中， 与先共晶相同的那一相会依附与先共晶 相上先长，剩下的另一相则单独存在于 晶界处，从而使共晶组织的特征消失， 这种两相分离的共晶组织称为离异共 晶。 热加工：指在再结晶温度以上的加工过程。 冷加工：指在再结晶温度以下的加工过 程。 动态再结晶：在热加工过程中，边加工 边发生在金属内部同时的回复再结晶。 特点：1.在稳态，晶粒成等轴状，包括被 位错纠缠所分割的亚晶粒。2.晶界迁移速 度慢。 静态回复和静态再结晶：在随后的冷却 过程中发生的回复与再结晶。 晶粒长大：随着加热温度的升高或保温 时间延长，晶粒之间就会互相吞并而长 大的现象。包括正常长大和反常长大（二 次再结晶）。 晶粒长大的驱动力：晶粒长大前后总的 界面能差。 影响因素：1.温度越低，长大速度越快。 2.杂质及合金元素。 3.第二相质点。 4.相 邻晶粒的位向差。 反常长大：少素晶粒具有特别大的长大 能力，逐步吞噬掉周围的大量小晶粒， 其尺寸超过原始晶粒的几十倍或上百 倍，比临界变形后形成的再结晶晶粒还 要粗大得多的过程。 再结晶退火的目的：降低硬度，提高塑 性，恢复并改善材料性能。 影响因素：变形程度和退火温度。 再结晶织构：金属在再结晶退火形成的 织构。 避免措施：1.适当变形度，较低退火温度， 较短保温时间。2.两次变形，两次退火。 退火：形变金属的组织和性能在加热时， 逐渐发生变化，向稳定态转变的过程。 回复：冷塑性变形的金属在加热时，在 光学显微组织发生改变前，即在再结晶 晶粒形成前，所产生的某些亚结构和性 能变化过程。温度越高，回复程度越大。 目的：使金属内部缺陷数量减少，储存 能降低。 高温回复：1.较高温回复时，不仅原子有 很大的活动能力，而且位错也开始运动 起来：同一滑移面上的异号位错可以相 互吸引而抵消。2.温度更高时，位错不但 可以滑移，而且可以攀移，发生多边化。 多边化：冷变形后，金属加热时，原来 处在滑移面上的位错，通过滑移和攀移， 形成与滑移面垂直的亚晶界的过程。 驱动力：弹性应变能的降低。 再结晶：冷变形后的金属加热到一定温 度，或保温足够长时间，在原来的变形 组织中产生了无畸变的新晶粒，位错密 度显著降低，性能也发生显著变化，并 恢复到冷变形水平的过程。 驱动力：预先冷变形所产生的储存能的降低。 再结晶温度的影响因素：1.金属变形度越大， 储存能越大，驱动力越大，再结晶温度 越低。2.金属的纯度越高，再结晶温度越 低。3.形变金属的晶粒越细小，再结晶温 度越低。4.一定的加热速度和保温时间， 可以降低再结晶温度。 再结晶与同素异构转变的区别：1.相同部分： 都经历形核与长大。不同点：再结晶前 后各晶粒的晶格类型不变，成分不变； 同素异构改变发生了晶格的改变。 固态金属的扩散机制：1.空位扩散机制：温度 越高，空位浓度越高，扩散越强烈。2. 间隙扩散机制：原子尺寸越小，扩散越 强烈。 驱动力：化学位梯度。 发生扩散的满足条件：1.扩散驱动力。2.扩散 原子固溶。3.温度足够高。4.时间足够长。 上坡扩散：沿着浓度升高的方向发生的扩散。 反应扩散：通过扩散使固溶体的溶质组元浓 度超过固溶体极限而形成新相的过程。 特点：1.在界面处产生浓度梯度。2.二元 系的扩散层中每一层都为单相层。 起始晶粒度：将钢加热到临界温度以上，奥 氏体边界刚刚相互接触时的晶粒大小。 实际晶粒度：钢在具体热处理中，获得的实 际奥氏体晶粒大小。 本质晶粒度：标准试验方法，930度正负10， 加热保温三小时，侧得的晶粒大小。 影响奥氏体晶粒大小的因素：1.加热温度越 高，保温时间越长，晶粒大小越大。2. 加热速度越大，过热度越大，形核度增 加大于长大速度，晶粒越小。3.一定含碳 量的时候，碳含量越高，晶粒长大倾向 越大，超过一定含碳量，相反。4.原始组 织越细小，碳的弥散度越大，晶粒越细 小 过冷奥氏体：在临界温度以下存在且不稳定 的，将要发生转变的奥氏体。 片状珠光体通过球化退火工艺得到粒状珠光 体的方法：1.将钢奥氏体化，通过控制奥 氏体温度和时间，使奥氏体的碳浓度分 布不均匀，或保留大量未溶渗碳体质点， 并在A1温度线以下较高温度范围内缓 冷。2.将钢加热到略低于A1温度长时间 保温。 形成片状珠光体的驱动力：铁素体和渗碳体 之间相界面的减少。 伪共析体：偏离共析成分的亚共析钢或过共 析钢，过冷到伪共析区所形成的全部珠 光体组织。 马氏体转变：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，低于MS 点发生的无扩散形相变。 钢中的马氏体有两种结构：体心立方和体心 正方，其中体心正方在含碳量较高的钢 中出现。 临界淬火速度:淬火获得全部马氏体组织的最 小冷却速度。 板条状马氏体：特点：一条条细条状组织， 条与条之间，以小角度分开，束与束之 间以大角度分开。 片状马氏体：双凸透镜状，存在大量的显微 裂纹。 这两种不同形状的马氏体形成因素主要取决 于奥氏体中碳含量和转变开始温度MS. 含碳量小于0.2%，全部板条状马氏体， 大于1%，全部片状。 碳对马氏体晶格的固溶强化：间隙原子碳处 于a相晶格的扁八面体间隙中，造成晶 格的正方畸变而形成一个应力场，该应 力场与位错发生强烈的交互作用，从而 提高马氏体强度的现象。 相变强化：马氏体转变时，在晶体内造成密 度很高的晶格缺陷，无论板条状马氏体 中的高密度位错，还是片状马氏体中的 孪晶，都阻碍位错运动，从而使马氏体 强化的现象。 马氏体转变的特点：马氏体转变无扩散性， 切变共格性，具有特定的惯习面和位相 关系，在一个温度范围内进行，可逆。 马氏体转变动力学的主要形式变温和等温转 变两种。 钢在珠光体转变温度以下，马氏体转变温度 以上的温度范围内，过冷奥氏体将发生 贝氏体转变，又称中温转变。（F+C组成 的机械混合物）特点：扩散，有共格的 转变 600-350度上贝：由许多从奥氏体晶界向晶 内平行生长的条状铁素体和在相邻铁素 体条间存在的断续的，短杆状的渗碳体 组成的。 Ms-350度下贝：黑丝针叶状，双凸透镜状， 高密度位错。 B转变特点：形核与长大过程B中铁素体的 形成是按M转变机制进行的B中碳化 物的分布与形成温度有关。 回火：将淬火钢加热到低于临界点A1的某一 温度保温一段时间，使淬火组织转变为 稳定的回火组织，然后以适当的方式冷 却到室温的一种热处理工艺。 残余奥氏体（200-300度）：高温区回火时， 先析出碳化物，随后分解为珠光体。低 温区回火时，将转变为贝氏体。 回火S：淬火钢在500-600度回火得到的回复 或再结晶S的铁素体的粗粒状渗碳体饿 机械混合物。 调质处理：淬火加高温回火，获得回火S组 织的复合热处理工艺。 回火组织：回火M：在低温回火（150-250度）， 屈服极限大大加强，硬度也大大增大， 主要用作工具钢。 回火T：在中温回火（350-500度），在板条状 或片状成相基底上弥散析出细球化渗碳 体的复合组织。弹簧 回火S：高温回火（500-600度），等球状下的 基底上弥散析出粗球状渗碳体的复合组 织。 回火稳定性：淬火钢在回火时抵抗强度和硬 度下降的能力。 回火脆性：淬火钢回火时的冲击韧度并不是 总是随回火温度升高时单调地增大，有 些钢在一定的温度范围内回火时，其冲 击韧度显著下降的脆化现象。 250-400温度范围内出现的回火脆性低。 450-650温度范围内出现的回火脆性高， 又叫可逆回火脆性。 再结晶退火：把冷变形后的金属加热到再结 晶温度以上保持适当的时间，使变形晶 粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除 加工硬化和残余内应力的热处理工艺。 (当钢处于临界冷变形度6%-10%，采用正 火或完全退火) 正火：将钢加热到Ac3(或Acm)以上适当温度， 保温以后在空气中冷却得到珠光体类组 织的热处理工艺。（实质上完全奥氏体化 加伪共析转变） 主要应用以下几个方面：1）改善低碳钢的切 削加工性能。2）消除中碳钢的热加工缺 陷。3）消除过共析钢的网状碳化物，便 于球化退火。4）提高普通结构件的力学 性能 淬火：将钢加热到临界点AC3或AC1以上一 定温度，保温后大于临界冷却速度的速 度冷却得到M（或下B）的热处理工艺。 目的：使奥氏体化后的工作获得尽量多 的M，然后配以不同温度回火获得各种 需要的性能。 工作变形或开裂的原因：淬火过程中在工件 内由于热胀冷缩产生的内应力造成的。 内应力：1、热应力：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。前期：零件表面承受拉应力， 心部承受压应力。后期：心部受拉应力， 表面受压应力。 2.组织应力：工件冷却 过程中，由于内外温差造成组织转变不 同时，引起内外比体积的不同变化而产 生的内应力。组织应力引起的残留应力 在热应力正好相反，表面为拉应力，心 部为压应力。 退火：将钢加热到临界点AC1以上或以下温度，保温以后随炉缓慢冷却以获得近于 平衡状态组织的热处理工艺。目的: 均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒， 调整硬度，消除内应力和加工硬化，改 善钢的成型及切削加工性能，并为淬火 做好组织准备。 完全退火：将钢件或钢材加热到AC3以上20-20度，保温足够长时间，使组织完全 奥氏体化后缓慢冷却，以获得近于平衡 组织的热处理工艺，主要用于亚共析钢。等温退火：将A化后的钢较快地冷至稍低于A1温度等温，使A转变为P，再空冷至 室温，则可大大缩短退火时间的退火方 法。 不完全退火:将钢加热到AC1到AC3（亚共析钢）或AC1到ACM（过共析钢）之间， 经保温后缓慢冷却，以获得近于平衡组 织的热处理工艺。 目的：主要为了获得球化珠光体，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性能，又 称球化退火。 均匀化退火（扩散退火）：将钢锭或铸件，锻坯加热到略低于固相线温度下，长时间 保温然后缓慢冷却以消除化学成分不均 匀现象的热处理工艺。 目的：消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均 匀化。 去应力退火：为了消除铸件锻件焊接件及机械加工工件中的残留内应力，以提高尺 寸稳定性，防止工件变形和开裂，在精 加工或淬火之前将工件加热到AC1以下 某个温度，保温一定时间，然后缓慢冷 却的热处理工艺 回火的目的：减少或消除淬火应力，保证相应的组织转变，提高钢的韧性和塑性， 获得硬度强度，塑性韧性的适当配合， 以满足各种用途工件的性能要求。 低温回火：150=250.回火马氏体，用于刀具量具，滚动轴承，渗碳体及高频表面淬火 工件。 中温回火：350-500.回火T，主要用于各种弹簧零件及热锻模具。 高温回火：500-650.回火S，适用于中碳结构钢，或低合金钢制作的重要的机械零件。过热：工件在淬火加热时，由于温度过高，或者时间过长，造成奥氏体晶粒粗大的 缺陷。 过烧：淬火加热温度太高，使奥氏体晶界出现局部融化，或者发生氧化的现象。 钢从奥氏体状态冷却至MS点以下所用的冷却介质，叫做淬火介质。 介质冷却能力越大，冷却速度越快，越容易超过钢的临界淬火速度，工件越容易淬 硬，淬硬层深度越深 水，盐水，碱水以及各种矿物油 矿物油的优点：低温区的冷却速度比水小很多，可大大降低淬火工件的组织应力， 减少工件变形开裂的倾向 方法：1.单液淬火法：将加热到奥氏体状态的工件放入某种淬火介质中，连续冷却至 介质温度的淬火方法，适用于形状简单 的碳钢和合金钢工件（采用预冷淬火法）2.双液淬火法：将加热到奥氏体状态的工件先 在冷却能力较强的淬火介质中冷却至接 近MS点温度时，再立即转入冷却能力较 弱的淬火介质中冷却，直至完成马氏体 转变。 3.分级淬火法：将奥氏体状态的工件，首先淬 入温度略高于钢的MS点的盐浴中保温， 当工件内外温度均匀后，再从浴炉中取 出，空冷至室温，完成马氏体转变（适 用于尺寸较小的工件，如刀具量具和要 求变形很小的精密工件） 4.等温淬火：将奥氏体化的工件淬入MS点以 上某温度盐浴中，等温保持足够长时间， 使之转变为FB组织，然后取出空气中冷 却的淬火方法（适用于处理形状复杂， 尺寸要求精密的工具，和主要的机器零 件） 淬透性：钢在淬火时，获得马氏体的能力，临界淬火温度越低，淬透性越好。 淬透层深度：由表面测得50%马氏体这个位置的距离。 淬硬性：钢在正常淬火条件下，获得马氏体组织的最高硬度，取决于马氏体中的含 碳量。 14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？ 答: 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：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。 固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶剂原子在整个晶体中都按—定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。 置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。 影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构 何谓柏氏矢量？ 答：柏氏矢量：不但可以表示位错的性质，而且可以表示晶格畸变的大小和方向，从而使人们在研究位错时能够摆脱位错区域内原子排列具体细节的约束 1、名词解释： 过冷现象：结晶时，实际结晶温度低于理论结晶温度的现象。在一定压力下,当液体的 温度已低于该压力下液体的凝固点,而液体仍不凝固的现象叫液体的过冷现象 结构起伏液态金属中近程有序的原子集团处于瞬间出现、瞬间消失、此起彼伏、变化不定 的状态之中，仿佛在液态金属中不断涌现出一些极微小的固态结构一样。这种不断变化的近 程有序原子集团成为结构起伏。 能量起伏液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停地 变化，时高时低的现象。 2、根据结晶的热力学条件解释。为什么金属结晶时一定要有过冷度？冷却速度与过冷度有什么关系？ 答：由热力学第二定律知道，在等温等压条件下，一切自发过程都朝着使系统自由能降低的方向进行。液态金属要结晶，其结晶温度一定要低于理论结晶温度Tm，此时的固态金属自由能低于液态金属的自由能，两相自由能之差构成了金属结晶的驱动力。要获得结晶过程所必须的驱动力，一定要使实际结晶温度低于理论结晶温度，这样才能满足结晶的热力学条件。过冷度越大，液、固两相自由能的差值越大，即相变驱动力越大，结晶速度越快，所以金属结晶必须有过冷度。冷却速度越大，过冷度越大；反之，冷却速度越小，则过冷度越小. 12、常温下晶粒大小对金属性能有何影响？根据凝固理论，试述细化晶粒的方法有哪些？答：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。 细化晶粒的方法： 1）控制过冷度，在一般金属结晶时的过冷度范围内，过冷度越大，晶粒越细小；2）变质处理，在浇注前往液态金属中加入形核剂，促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒；3）振动、搅动，对即将凝固的金属进行振动或搅动，一方面是依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面是使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加. 3、何谓枝晶偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对金属性能有何影响,如何消除？ 2）答：枝晶偏析：在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象称为晶内偏析，由于固溶体晶体通常是树枝状，枝干，枝间的化学成分不同，所以之为枝晶偏析。形成原因：固溶体合金平衡结晶的结果，使前后从液相中结晶出的固相成分不同，再加上冷却较快，不能使成分扩散均匀，结果就使每个晶粒内部的化学成分很不均匀，先结晶的含高熔点组元多，后结晶的含低熔点组元多，再结晶内部存在浓 第十章钢的热处理工艺 10-1 何谓钢的退火？退火种类及用途如何？ 答： 钢的退火：退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 退火种类：根据加热温度可以分为在临界温度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。 退火用途： 1、完全退火：完全退火是将钢加热至AC3以上20-30℃，保温足够长时间，使 组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 其主要应用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、消除应力和加工硬化、提高塑韧性、均匀钢的化学成分和组织、改善钢的切削加工性能，消除中碳结构钢中的魏氏组织、带状组织等缺陷。 2、不完全退火：不完全退火是将钢加热至AC1- AC3（亚共析钢）或AC1-ACcm （过共析钢）之间，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。对于亚共析钢，如果钢的原始组织分布合适，则可采用不完全退火代替完全退火达到消除应力、降低硬度的目的。对于过共析钢，不完全退火主要是为了获得球状珠光体组织，以消除应力、降低硬度，改善切削加工性能。 3、球化退火：球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。 主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。其目的是降低硬度、改善切削加工性能，均匀组织、为淬火做组织准备。 4、均匀化退火：又称扩散退火，它是将钢锭、铸件或锻轧坯加热至略低于固相 线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。 5、再结晶退火：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当时间，然后 缓慢冷却至室温的热处理工艺。其目的是使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留应力，使钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。 6、去应力退火：在冷变形金属加热到再结晶温度以下某一温度，保温一段时间 然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。其主要目的是消除铸件、锻轧件、焊接件及机械加工工件中的残留应力（主要是第一类应力），以提高尺寸稳定性，减小工件变形和开裂的倾向。 10-2 何谓钢的正火？目的如何？有何应用？ 答： 钢的正火：正火是将钢加热到AC3或Accm以上适当温度，保温适当时间进行完全奥氏体化以后，以较快速度（空冷、风冷或喷雾）冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变。 目的：细化晶粒、均匀成分和组织、消除应力、调整硬度、消除魏氏组织、带状组织、网状碳化物等缺陷，为最终热处理提供合适的组织状态。 金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：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；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 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 2 a 4 38 68% 面心立方 4 a 4 212 74% 密排六方 6 a 2 112 74% 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8 4 12 6 12 6 原子半径 r A a 4 2a 4 3 2 a 间隙半径 r B () 4 2 3a -()42 2 a -()43 5a -()43 2a -()42 6a -()21 2a - 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。 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。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；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。 二、纯金属的结晶 1、热处理的定义：根据钢件的热处理目的,把钢加热到预定的温度，在此温度下保持一定的时间，然后以预定的速度冷却下来的一种综合工艺。钢的热处理是通过加热、保温和冷却的方法，来改变钢内部组织结构，从而改善其性能的一种工艺。凡是材料体系（金属、无机材料）中有相变发生，总可以采用热处理的方法，来改变组织与性能。 2、Ac1、Ac 3、Accm的意义：对于一个具体钢成分来说，A1、A3、Acm是一个点，而且是无限缓慢加热或冷却时的平衡临界温度。加热时的实际临界温度加注脚字母“C”，用Ac1、Ac3、Accm表示；冷却时的实际临界温度加注脚字母“r”，用Ar1、Ar3、Arcm表示。 3、什么是奥氏体化？奥氏体化的四个过程？是什么类型的相恋？将钢加热到AC1点或AC3点以上，使体心立方的α-Fe铁结构转变为面心立方结构的γ-Fe，这个过程就是奥氏体化过程。从铁碳相图可知，任何成分碳钢加热到Ac1以上，珠光体就向奥氏体转变；加热到Ac3或Accm以上，将全部变为奥氏体。这种加热转变称奥氏体化。共析钢的奥氏体化过程包括以下四个过程：形核；长大；残余渗碳体溶解；奥氏体成分均匀化。加热时奥氏体化程度会直接影响冷却转变过程，以及转变产物的组成和性能。是扩散型相变。 4、碳钢与合金钢的奥氏体化有什么区别？为什么？在同一奥氏体化温度下，合金元素在奥氏体中扩散系数只有碳的扩散系数的千分之几到万分之几，可见合金钢的奥氏体均匀化时间远比碳钢长得多。在制定合金钢的热处理工艺规范时，应比碳钢的加热温度高些，保温时间长些，促使合金元素尽可能均匀化。 5奥氏体晶粒的三个概念（初始晶粒、实际晶粒和本质晶粒）？奥氏体的初始晶粒：指加热时奥氏体转变过程刚刚结束时的奥氏体晶粒，这时的晶粒大小就是初始晶粒度。奥氏体实际晶粒：指在热处理时某一具体加热条件下最终所得的奥氏体晶粒，其大小就是奥氏体的实际晶粒度。奥氏体的本质晶粒：指各种钢的奥氏体晶粒的长大趋势。晶粒容易长大的称为本质粗晶粒钢；晶粒不容易长大的称为本质细晶粒钢； 6为什么要研究奥氏体晶粒大小？奥氏体晶粒大小会显著影响冷却转变产物的组织和性能。 7、工厂中对奥氏体晶粒大小的表征方法是什么？本质晶粒度的测试方法？统一采用与标准金相图片比较，来确定晶粒度的级别。生产中为了便于确定钢的本质晶粒度，只需测出930度左右的实际晶粒度，就可以判断。 8过冷奥氏体：奥氏体冷至临界温度以下，牌热力学不稳定状态，称为过冷奥氏体。 9、钢的共析转变？珠光体组织的三种类型？钢的共析转变：钢奥氏体化后，过冷到A1至“鼻尖”之间区域等温停留时，将发生共析转变，形成珠光体组织，其反应如下：γ→P(α+Fe3C)结构：FCC、BCC、正交；含碳：0.77%、0.0218%、6.69%珠光体的三种类型：珠光体，索氏体，屈氏体。 10、什么叫钢的C曲线？如何测定？影响C曲线的因素？过冷奥氏体等温转变曲线，也称TTT曲线。因曲线形状象英文字母“C”，故常称C曲线。在过冷奥氏体的转变过程中有组织（相变）转变和性能变化，因此可用金相法、硬度法、膨胀法或磁性法等来测定过冷奥氏体的等温转变过程，其中金相法是最基本的。金相法测定过冷奥氏体等温转变图---C曲线（基本方法），以共析钢为例：①用共析钢制成多组圆片状试样(φ10×1.5)；②取一组试样加热奥氏体化；③迅速转入A1以下一定温度熔盐浴中等温；④各试样停留不同时间后分别淬入盐水中，使未分解的过冷奥氏体变为马氏体；⑤这样在金相显微镜下就可以观察到过冷奥氏体的等温分解过程。钢的成分和热处理条件都会引起C曲线形状和位置的变化1)含碳量的影响2)合金元素的影响3)奥氏体化温度和保温时间的影响 11、什么叫CCT曲线？如何测定？连接冷却曲线上相同性质的转变开始点和终了点，得到钢种的连续冷却转变图称为CCT曲线。与测定C曲线的方法相同，一般也都用膨胀法或金相-硬度法等来测定CCT(Continuous Cooling Transformation)图；在测定时，首先选定一组具有不同冷却速度的方法，然后将欲测试样加热奥氏体化，并以各种冷却速度进行冷却，同时测 金属学与热处理期末练习题（含答案） 1、金属的机械性能主要包括强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度等指标，其中衡量金属材料在静载荷下机械性能的指标有____强度_______、_____硬度______、_________塑性__。衡量金属材料在交变载荷和冲击载荷作用下的指标有_______韧性____和____疲劳强度_______。 2、常见的金属晶格类型有___面心立方晶格____ 、___体心立方晶格___ ____和__密棑六方晶格_ ________。 3、常用的回火方法有低温回火、_中温回火__________ 和____高温回火_______ 。 4、工程中常用的特殊性能钢有___不锈钢______、耐热钢_________和耐磨刚。 5、根据铝合金成分和工艺特点，可将铝合金分为__变形铝合金_________和铸造铝合金两大类。 6、按冶炼浇注时脱氧剂与脱氧程度分，碳钢分为_镇静钢________、半镇静钢_________、特殊镇静钢_________和__沸腾钢_______。 7、铸铁中_________碳以石墨形式析出___________________的过程称为石墨化，影响石墨化的主要因素有_化学成分__________ 和冷却速度。 8、分别填写下列铁碳合金组织符号： 奥氏体A、铁素体F、渗碳体fe3c 、 珠光体P 、高温莱氏体ld 、低温莱氏体ld’。 9、含碳量小于%的钢为低碳钢，含碳量为的钢为中碳钢，含碳量大于% 的钢为高碳钢。 10、三大固体工程材料是指高分子材料、复合材料和陶瓷材料。 二、选择题（每小题1分，共15分） （ b ）1、拉伸试验时，试样拉断前能承受的最大拉应力称为材料的（）。 A 屈服点 B 抗拉强度 C 弹性极限 D 刚度 （b）2、金属的（）越好，其锻造性能就越好。 A 硬度 B 塑性 C 弹性 D 强度 （ c ）3、根据金属铝的密度，它属于（）。 A 贵金属 B 重金属 C 轻金属 D 稀有金属 （ d ）4、位错是一种（）。 第一章 1、为什么钢中的硫和磷一般情况下总是有害的？控制硫化物形态的方法有哪些？ 答：S与Fe形成FeS，会导致钢产生热脆；P与形成Fe3P，使钢在冷加工过程中产生冷脆性，剧烈降低钢的韧性，使钢在凝固时晶界处发生偏析。 硫化物形态控制：a、加入足量的锰，形成高熔点MnS；b、控制钢的冷却速度；c、改善其形态最好为球状，而不是杆状，控制氧含量大于0.02%；d、加入变形剂，使其在金属中扩散开防止聚焦产生裂纹。 2、钢的强化机制有哪些?为什么一般钢的强化工艺采用淬火加回火？答：a、固溶强化（合金中形成固溶体、晶格畸变、阻碍位错运动、强化） b、细晶强化（晶粒细化、晶界增多、位错塞积、阻碍位错运动、强化） c、加工硬化（塑性变形、位错缠绕交割、阻碍位错运动、强化） d、弥散强化（固溶处理的后的合金时效处理、脱溶析出第二相、弥散分布在基体上、与位错交互作用、阻碍位错运动、强化） 淬火处理得到强硬相马氏体，提高钢的强度、硬度，使钢塑性降低；回火可有效改善钢的韧性。淬火和回火结合使用提高钢的综合性能。 3、按照合金化思路，如何改善钢的韧性？ 答：a、加入可细化晶粒的元素Mo、W、Cr； b、改善基体韧性，加Ni元素； c、提高冲击韧性，加Mn、Si元素； d、调整化学成分； e、形变热处理； f、提高冶金质量； g、加入合金元素提高耐回火性，以提高韧性。 4、试解释40Cr13属于过共析钢，Cr12钢中已出现共晶组织，属于莱氏体钢。 答、Cr元素使共析点左移，当Cr量达到一定程度时，共析点左移到碳含量小于0.4%，所以40Cr13属于过共析钢；Cr12中含有高于12%的Cr元素，缩小Fe-C平衡相图的奥氏体区，使共析点右移。 5、试解释含Mn钢易过热，而含Si钢高淬火加热温度应稍高，且冷作硬化率高，不利于冷变性加工。 答：Mn在一定量时会促使晶粒长大，而过热就会使晶粒长大。 6、合金钢中碳化物形成规律①②③④⑤⑥⑦ 答：①、K类型：与Me的原子半径有关；②、相似相容原理；③、强碳化物形成元素优先于碳结合形成碳化物；④、NM/NC比值决定了K类型；⑤、碳化物稳定型越好，溶解越难，析出越难，聚集长大也越难。 第二章 1、简述工程钢一般服役条件、加工特点和性能要求。 答：服役条件：静载、无相对运动、受大气腐蚀。 加工特点：简单构件是热轧或正火状态，空气冷却，有焊接、剪切、 第一章 1?作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1-2）、（4 2 1）等晶面和［-1 0 2］、 今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。 解：设X方向的截距为5a, Y方向的截距为2a,则Z方向截距为3c=3X2a/3=2a,取截距的倒数，分别为 1/5a，1/2a, 1/2a 化为最小简单整数分别为2,5,5 故该晶面的晶面指数为（2 5 5） 4体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1） 晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面 3?某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数 解：（1 0 0）面间距为a/2, （1 1 0）面间距为"2a/2, （1 1 1）面间距为"3a/3 三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0） 7证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633 证明：理想密排六方晶格配位数为12,即晶胞上底面中心原子 与其下面的3个位于晶胞内的原子相切，成正四面体，如图所示 贝卩OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a 因厶ABC是等边三角形，所以有OC=2/3CE 由于(BC)2=(CE)2+(BE)2 有(CD)2=(OC)2+(1/2C)2，即 I /T J (CU)(c)2- ' 3 2 因此c/a=V8/3=1.633 8?试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为r=0.414R 解：面心立方八面体间隙半径r=a/2-v2a/4=0.146a 面心立方原子半径R二辺a/4，贝卩a=4R/\2，代入上式有 R=0.146X4R/ V2=0.414R 9. a ）设有一刚球模型，球的直径不变，当由面心立方晶格转变为体心立方晶格时，试计算其体积膨胀。b）经X射线测定，在912C时丫-Fe的晶格常数为0.3633nm, a -Fe的晶格常数为0.2892nm,当由丫-Fe转化为a -Fe时，求其体积膨胀，并与a）比较，说明其差别的原因。 解：a）令面心立方晶格与体心立方晶格的体积及晶格常数分别 为V面、V踢与a面、a体，钢球的半径为r，由晶体结构可知，对于面心晶胞有 4r=辺a 面，a 面=2辺/2r, V 面二（a 面）3= （2辺r）3 对于体心晶胞有 4r= \3a 体，a 体=4v3/3r, V 体二（a 体）3= （4\3/3r）3 则由面心立方晶胞转变为体心立方晶胞的体积膨胀厶V为 △V=2X V体-V 面=2.01r3 B）按照晶格常数计算实际转变体积膨胀厶V实，有 △V实=2^ V体-V 面=2x（0.2892）3-（0.3633）3=0.000425nm3 实际体积膨胀小于理论体积膨胀的原因在于由丫-Fe转化为a -Fe时,Fe原子的半径发生了变化，原子半径减小了。 10. 已知铁和铜在室温下的晶格常数分别为0.286nm和0.3607nm,求 《金属学与热处理》试题库 一、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 四、简答 1、简述工程结构钢的强韧化方法。（20分） 2、简述Al-Cu二元合金的沉淀强化机制（20分） 3、为什么奥氏体不锈钢（18-8型不锈钢）在450℃～850℃保温时会产生晶间腐蚀？如何防止或减轻奥氏体不锈钢的晶间腐蚀？ 4、为什么大多数铸造合金的成分都选择在共晶合金附近？ 5、什么是交滑移?为什么只有螺位错可以发生交滑移而刃位错却不能？ 6、根据溶质原子在点阵中的位置，举例说明固溶体相可分为几类？固溶体在材料中有何意义？ 7、固溶体合金非平衡凝固时，有时会形成微观偏析，有时会形成宏观偏析，原因何在？ 8、应变硬化在生产中有何意义？作为一种强化方法，它有什么局限性？ 9、一种合金能够产生析出硬化的必要条件是什么？ 10、比较说明不平衡共晶和离异共晶的特点。 11、枝晶偏析是怎么产生的？如何消除？ 12、请简述影响扩散的主要因素有哪些。 13、请简述间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的异同点？ 14、临界晶核的物理意义是什么？形成临界晶核的充分条件是什么？ 15、请简述二元合金结晶的基本条件有哪些。 16、为什么钢的渗碳温度一般要选择在γ-Fe相区中进行？若不在γ-Fe相区进行会有什么结果？ 17、一个楔形板坯经冷轧后得到相同厚度的板材，再结晶退火后发现板材两端的抗拉强度不同，请解释这个现象。 18、冷轧纯铜板，如果要求保持较高强度，应进行何种热处理？若需要继续冷轧变薄时，又应进行何种热处理？ 19、位错密度有哪几种表征方式？ 20、淬透性与淬硬性的差别。 21、铁碳相图为例说明什么是包晶反应、共晶反应、共析反应。 22、马氏体相变的基本特征？（12分） 23、加工硬化的原因？（6分） 24、柏氏矢量的意义？（6分） 25、如何解释低碳钢中有上下屈服点和屈服平台这种不连续的现象？（8分） 26、已知916℃时，γ-Fe的点阵常数0.365nm，（011）晶面间距是多少？（5分） 27、画示意图说明包晶反应种类，写出转变反应式？（4分） 28、影响成分过冷的因素是什么？（9分） 29、单滑移、多滑移和交滑移的意义是什么？（9分） 30、简要说明纯金属中晶粒细度和材料强度的关系，并解释原因。（6分） 第1章金属和合金的晶体结构 1.1金属原子的结构特点：最外层的电子数很少，一般为1～2个，不超过3个。 金属键的特点：没有饱和性和方向性 结合力：当原子靠近到一定程度时，原子间会产生较强的作用力。结合力＝吸引力＋排斥力结合能＝吸引能＋排斥能（课本图1.2） 吸引力：正离子与负离子（电子云）间静电引力，长程力 排斥力：正离子间，电子间的作用力，短程力 固态金属原子趋于规则排列的原因：当大量金属原子结合成固体时，为使固态金属具有最低的能量，以保持其稳定状态，原子间也必须保持一定的平衡距离。 1.2晶体：基元在三维空间呈规律性排列。晶体结构：晶体中原子的具体排列情况， 也就是晶体中的这些质点在三维空间有规律的周期性的重复排列方式。 晶格：将阵点用直线连接起来形成空间格子。晶胞：保持点阵几何特征的基本单元 三种典型的金属晶体结构（要会画晶项指数，晶面指数） 共带面：平行或相交于同一直线的一组晶面组成一个晶带，这一组晶面叫做共带面 晶带轴：同一晶带中所有晶面的交线互相平行，其中通过坐标原点的那条直线。 多晶型转变或同素异构转变：当外部的温度和压强改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。 1.3合金：两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。组元：组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金的元素。相：是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分。固溶体：合金的组元通过溶解形成一种成分及性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相，称为固溶体。与固溶体结构相同的组元为溶剂，另一组元为溶质。 固溶体的分类：按溶质原子在溶剂晶格中的位置：置换固溶体与间隙固溶体。按溶质原子在固体中的溶解度：分为有限固溶体和无限固溶体。按溶质原子在固溶体内分布规则：分为有序固溶体和无序固溶体 固溶强化：在固体溶液中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性韧性下降。 间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，将形成具有简单晶体结构的金属间化合物。间隙化合物：与间隙相相反（比值大于0.59）。 1.4点缺陷：⑴空位⑵间隙原子⑶置换原子。线缺陷：线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。（刃型位错、螺型位错、混合型位错）滑移矢量：表示位错的性质，晶格畸变的大小的物理量（刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直；螺形位错的柏氏矢量与其位错线平行。）。 面缺陷：晶体的面缺陷包括晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面两类，其中的内界面又有晶界、亚晶界、 小角度晶界、大角度晶界：两相邻晶粒位向差小于或大于10° 相界面的结构有三类：共格界面、半共格界面、非共格界面 习题3 、5做一下 第2章纯金属的结晶 2.1结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 同素异构转变：金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。过冷是结晶的必要条件。（金属不同过冷度也不同，金属纯度越高过冷度越大。过冷度的速度取决于，冷却速度越大过冷度越大实际洁净无度越低，反之） 金属结晶:孕育—出现晶核—长大—金属单晶体 2.2从液体向固体的转变使自由能下降.液态金属结晶时，结晶过程的推动力是 自由能差降低（△F）是自由能增加，阻力是自身放热 本答案非标准答案，仅作参考，祝大家期末取的好成绩！ 金属学与热处理铸造合金及其熔炼考试题纲 1．铁碳相图的二重性及其分析 从热力学观点上看，Fe-Fe3C相图只是介稳定的，Fe-C相图才是稳定的；从动力学观点看，在一定条件下，按Fe-Fe3C相图转变也是可能的，因此就出现了二重性。 分析：1）稳定平衡的共晶点C’的成分和温度与C点不同 2）稳定平衡的共析点S’的成分和温度与S点不同 2．稳定态和亚稳定态铁碳相图异同点 稳定平衡态的Fe-C相图中的共晶温度和共析温度都比介稳定平衡的高一点； 在共晶温度时，稳定平衡态的奥氏体的含碳量小于亚稳态平衡下奥氏体的含碳量。 3．用铁碳相图分析铸铁碳钢一二次结晶异同点 一次结晶：铁液降至液相线时，有初析石墨和初析奥氏体析出。温度继续下降，熔体中同时析出奥氏体和石墨，铸铁进入共晶凝固阶段。 当钢液温度降低至液相线时，有高温铁素体析出。温度下降至包晶温度时，发生包晶转变，生成奥氏体。温度继续下降，穿过L+γ区时，又有奥氏体自钢液中析出，此析出过程进行到固相线温度为止。 二次结晶：铸铁的固态相变即二次结晶。继续冷却，奥氏体中的含碳量沿E’S’线减小，以二次石墨的形式析出。当奥氏体冷却至共析温度以下，并达到一定的过冷度，就开始共析转变。两个固体相α与Fe3C相互协同地从第三个固体相长大（成对长大），形成珠光体。当温度下降至GS和PS线之间的区域是，有先共析铁素体α相析出。随着α相的析出，剩余奥氏体的含碳量上升。当温度达到共析转变温度时，发生共析转变，形成珠光体。结晶过程完了后，钢的组织基本上不在变化。 4．分析球状石墨形成过程 目前已基本肯定，球状石墨可以和奥氏体直接从熔体中析出。 在亚共晶或共晶成分的球墨铸铁中，首批小石墨在远高于平衡共晶转变温度就已成形，这是不平衡条件所造成的，但随着温度的下降，有的小石墨球会重新解体，而有的则能长大成球，随着这一温度的进行，又会出现新的小石墨球，说明石墨球的成核可在一定的温度范围内进行。 某些石墨球能在熔体中单独成长至一定尺寸，然后被奥氏体包围，而有的石墨球则很早的就被奥氏体包围，形成奥氏体外壳。总之，石墨球的长大包括；两个阶段，即：1）在熔体中直接析出核心并长大2）形成奥氏体外壳，在奥氏体外壳包围下成长。 5．灰铸铁的金相组织及其性能特点 灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨所组成，还有少量非金属夹杂物。 特点：强度性能差；硬度特点，同一硬度时，抗拉强度有一个范围，同一强度时，硬度也有一定的范围；较低的缺口敏感性；良好的减震性；良好的减磨性。 6．流动性的概念及其影响因素 钢的热处理总结 晶向指数[UVW]，晶向族 6. 能量起伏：液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停地变化，时高时低的现象。 7. 均匀形核：液相中各个区域出现新相晶核的几率都是相同的，是液态金属绝对纯净、无任何杂质，喝不喝型壁接触，只是依靠液态金属的能量变化，由晶胚直接生核的理想过程。临界半径 8. 非均匀形核：液态金属中总是存在一些微小的固相杂质点，并且液态金属在凝固时还要和型壁相接触，于是晶核就可以优先依附于这些现成的固体表面上形成，需要的过冷度较小。 临界半径 非均匀形核的临界球冠半径与均匀形核的临界半径是相等的。 晶核长大的微观结构：光滑界面和粗糙界面。 晶粒大小的控制：控制过冷度；变质处理；振动、搅动。 表面细晶区的形成：当液态金属浇入温度较低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核。这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织。 柱状晶区的形成：在结晶过程中由于模壁温度的升高，在结晶前沿形成适当的过冷度，使表面细晶粒区继续长大（也可能直接从型壁处长出），又由于固-液界面处单向的散热条件（垂直于界面方向），处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下，以表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底，呈枝晶状单向延伸生长，那些主干取向与热流方向相平行的枝晶优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，在淘汰取向不利的晶体过程中，发展成柱状晶组织。 中心等轴晶的形成：内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果。随着柱状晶的发展，熔体温度降到足够低，再加之金属中杂质等因素的作用，满足了形核时的过冷度要求，于是在整个液体中开始形核。同时由于散热失去了方向性，晶体在各个方向上的长大速度是相等的，因此长成了等轴晶。 10. 固溶体与金属化合物的区别：固溶体晶体结构与组成它的溶剂相同，而金属化合物的晶体结构与组成它的组元都不同，通常较复杂。固溶体相对来说塑韧性好，硬度较低，金属化合物硬而脆。 11. 影响置换固溶体溶解度的因素：原子尺寸因素；电负性因素；电子浓度因素；晶体结构因素。 历年试题 材料成型与控制专业01级金属学与热处理试题 一. 名词解释（每小题2分，共2０分）： 1.晶体 2.正火 3.无限固溶体 4. 金属间化合物 5.晶界 6.相起伏 7.共晶转变 8.比重偏析 9.马氏体 10. 同素异构转变 二. 在同一个立方晶胞中画出以下晶面和晶向：（111）、（110）、（122）、[110]、[210]。（5分） 三. 晶粒大小对合金的常温力学性能有何影响？试分析其原因。(15分) 四.T8钢的过冷奥氏体等温冷却曲线如图所示，试分析以图中标明的几种冷却条件冷却之后各得到什么组织？对比这几种组织各具有什么样的力学性能特点．(10分) 五.．(15分) 六.冷塑性变形后的金属，在重新加热时其组织结构和力学性能各有何变化？(15分) 七．简述T8钢的奥氏体化过程由哪几个阶段组成？分析其中奥氏体晶核长大机理。(10分) 八.具有网状渗碳体的T12钢要获得回火马氏体，应进行哪些热处理？试说明每种热处理的加热温度和冷却条件。(10分) 02级材料加工各专业金属学与热处理期末考试题B 一. 名词解释（每小题3分，共30分） 1.非自发形核 2.滑移 3.再结晶 4.间隙固溶体 5.铁素体 6.珠光体 7.本质晶粒度 8.淬火 9.各向异性 10.合金 二. 填空（每空1分，共15分） 1.一个体心立方晶胞中包含（）个原子，一个面心立方晶胞中包含（）个原子，一个密排六方晶胞中包含（）个原子。 2. 纯铁在加热时，在912℃纯铁的晶格由（）转变为（），在1394℃纯铁的晶格由（）转变为（）。 3.结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，这两个基本过程分别是（）和（）。 4.纯金属的最低再结晶温度和熔点的关系是（）。 5.马氏体的显微组织形态主要有（）、（）两种。其中（）的韧性比较好。 6.钢的淬透性越高，则其C曲线位置越靠（），说明临界冷却速度越（）。 三. 选择（每题1分，共10分） 1.具有体心立方晶格的金属有（） a)Cu b)α-Fe c)γ-Fe 2.具有面心立方晶胞的金属有（）个滑移系。 a) 6 b)8 c)12 3.固溶体的晶体结构（）。 a) 与溶剂相同 b)与溶质相同 c) 与溶质和溶剂都不相同 4. 铁碳两个元素可能形成的相有（）。 a) 间隙固溶体 b)间隙化合物 c) 置换固溶体 5. 下列金属中塑性最好的是（） a) α-Fe b)Al c) Mg 6.冷变形金属再结晶后，（）。 a) 形成等轴晶，强度升高 b)形成柱状晶，强度升高 c) 形成等轴晶，塑性升高 7.与铁素体相比，珠光体的力学性能特点是（）。 第九章热处理工艺 (一)填空题 1. 淬火钢低温回火后的组织主要是；中温回火后的组织是；高温回火后的组织是，用于要求足够高的及高的的零件。 5.淬火钢低温回火后的组织是，其目的是使钢具有高的和；中温回火后的组织是，一般用于高的结构件；高温回火后的组织是，用于要求足够高的及高的的零件。 5 根据铁碳相图，碳钢进行完全退火的正常加热温度围是它仅用于钢。 6 钢球化退火的主要目的是，它主要适于钢。 7 钢的正常淬火加热温度围，对亚共析钢为；对共析和过共析钢则为℃。 8 把两个45钢的退火态小试样分别加热到Acl～Ac3之间和 Ac3以上温度快速水冷，所得组织前者为； 后者为。 9 把加热到Accm以上温度后缓冷下来的T10钢小试样重新 加热到Acl以下温度，然后快速水冷，所得到的组织为加。 10 淬火钢进行回火的目的是；回火温度越高，钢的强度与硬度越。 12．碳钢高温回火的温度一般为，回火组织为，高温回火主要适于类零件。 13．淬火钢在(250～400)℃回火后产生的脆性通常称为或或。 14 作为淬火介质，食盐水溶液（NaCl）浓度为 15．淬火应力主要包括和两种。 16．淬火时，钢件中的应力超过钢的强度时，便会引起钢件的变形；超过钢的强度时，钢件便会发生裂纹。 17．热应力的大小主要与冷却速度造成零件截面上的有关，冷却速度，截面温差，产生的热应力愈大。 19．为便利切削加工，不同钢材宜采用不同的热处理方法。 w(C)<0．5％的碳钢宜采用， w(C)超过共析成分的碳钢宜采用，w (C)＝在0．5％至共析成分之间的碳钢宜采用。 20．常见淬火缺陷有、、和等。21．感应加热是利用原理，使工件表面产生而加热的—种加热方法。 25．目前生产中用得较多的可控气氛渗碳法有和两种。 （二)判断题 1．回火索氏体和过冷奥氏体分解时形成的索氏体，两者只是形成过程不同，但组织形态和性能则是相同的。 （×） 2．硬度试验操作既简便，又迅速，不需要制备专门试样，也不会破坏零件，根据测得的度值还能估计近似的强度值，因而是热处理工人最常用的一种机械性能试验方法。 （√） 5．当把亚共析钢加热到Ac1和Ac3之间的温度时，将获得由铁素体与奥氏体构成的两组织，在平衡条件下，其中奥氏体的w(C)总是大于钢的w(C)。（√） 7．表面淬火既能改变钢表面的化学成分，也能改善其心部的组织与性能。（×） 8．淬火理想的冷却速度应该是在奥氏体等温转变曲线(即C 曲线)的“鼻部”温度时要快冷， 以避免奥氏体分解，则其余温度不必快冷，以减少淬火应力引起的变形或开裂。（×） 9．高碳钢淬火时，将获得高硬度的马氏体，但由于奥氏体向马氏体转变的终止温度在0℃以下，故淬火后钢中保留有少量残余奥氏体。（×） 金属学与热处理 一、填空题（30分，每空1分） 1、常见的金属晶体类型有___体心立方晶格、_面心立方_________晶格和密排六方晶格三种。 2、金属的整个结晶过程包括___型核_______、___长大_______两个基本过程组成。 3、根据溶质原子在溶剂晶格中所处的位置不同，固溶体分为___间隙固溶体_______与__置换固溶体________两种。 4、工程中常用的特殊性能钢有__不锈钢_______、___耐热钢______、耐磨钢。 5、常用的常规热处理方法有__回火________、正火和淬火、_退_火________。 6、随着回火加热温度的升高，钢的__强度________和硬度下降，而____塑性______和韧性提高。 7、根据工作条件不同，磨具钢又可分为__冷作磨具钢________、__热作磨具钢________和塑料磨具用钢等。 8、合金按照用途可分为__合金渗碳体________、_特殊碳化物_________和特殊性能钢三类。 9、合金常见的相图有__匀晶相图________、_共晶相图_________、包晶相图和具有稳定化合物的二元相图。 10、硬质合金是指将一种或多种难熔金属__碳化物________和金属粘结剂，通过__粉末冶金________工艺生产的一类合金材料。 11、铸铁的力学挺能主要取决于__机体组织________的组织和石墨的基体、形态、_____数量_____以及分布状态。 12、根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，铸铁可分为__灰口铸铁________、__白口铸铁________和麻口铸铁三类。 13、常用铜合金中，__青铜________是以锌为主加合金元素，__白铜________是以镍为主加合金元素。 14、铁碳合金的基本组织中属于固溶体的有___铁素体_______和___奥氏体_______,属于金属化合物的有___渗碳体_______，属于混合物的有____珠光体______和莱氏体。 二、选择题（30分，每题2分） 1、铜只有通过冷加工并经随后加热才能使晶粒细化，而铁则不需冷加工，只需加热到一定温度即使晶粒细化，其原因是（ C ） 金属学与热处理章节重点总 结 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 第1章金属和合金的晶体结构 1.1金属原子的结构特点：最外层的电子数很少，一般为1～2个，不超过3个。 金属键的特点：没有饱和性和方向性 结合力：当原子靠近到一定程度时，原子间会产生较强的作用力。结合力＝吸引力＋排斥力结合能＝吸引能＋排斥能（课本图1.2） 吸引力：正离子与负离子（电子云）间静电引力，长程力 排斥力：正离子间，电子间的作用力，短程力 固态金属原子趋于规则排列的原因：当大量金属原子结合成固体时，为使固态金属具有最低的能量，以保持其稳定状态，原子间也必须保持一定的平衡距离。 1.2晶体：基元在三维空间呈规律性排列。晶体结构：晶体中原子的具体排列情况， 也就是晶体中的这些质点在三维空间有规律的周期性的重复排列方式。 晶格：将阵点用直线连接起来形成空间格子。晶胞：保持点阵几何特征的基本单元 三种典型的金属晶体结构（要会画晶项指数，晶面指数） 共带面：平行或相交于同一直线的一组晶面组成一个晶带，这一组晶面叫做共带面 晶带轴：同一晶带中所有晶面的交线互相平行，其中通过坐标原点的那条直线。 多晶型转变或同素异构转变：当外部的温度和压强改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。 1.3合金：两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。组元：组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金的元素。相：是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分。固溶体：合金的组元通过溶解形成一种成分及性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相，称为固溶体。与固溶体结构相同的组元为溶剂，另一组元为溶质。 固溶体的分类：按溶质原子在溶剂晶格中的位置：置换固溶体与间隙固溶体。按溶质原子在固体中的溶解度：分为有限固溶体和无限固溶体。按溶质原子在固溶体内分布规则：分为有序固溶体和无序固溶体 固溶强化：在固体溶液中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性韧性下降。 间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，将形成具有简单晶体结构的金属间化合物。间隙化合物：与间隙相相反（比值大于0.59）。 1.4点缺陷：⑴空位⑵间隙原子⑶置换原子。线缺陷：线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。（刃型位错、螺型位错、混合型位错）滑移矢量：表示位错的性质，晶格畸变的大小的物理量（刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直；螺形位错的柏氏矢量与其位错线平行。）。 面缺陷：晶体的面缺陷包括晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面两类，其中的内界面又有晶界、亚晶界、 小角度晶界、大角度晶界：两相邻晶粒位向差小于或大于10° 相界面的结构有三类：共格界面、半共格界面、非共格界面 习题3 、5做一下 第2章纯金属的结晶 2.1结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 同素异构转变：金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。过冷是结晶的必要条件。（金属不同过冷度也不同，金属纯度越高过冷度越大。过冷度的速度取决于，冷却速度越大过冷度越大实际洁净无度越低，反之） 金属结晶:孕育—出现晶核—长大—金属单晶体 2.2从液体向固体的转变使自由能下降.液态金属结晶时，结晶过程的推动力是金属学与热处理 哈工大第三版版部分答案
金属学与热处理课后习题问题详解(崔忠圻版)
金属学与热处理知识点总结
北京科技大学金属学与热处理期末考试资料
金属学与热处理试卷及答案 期末练习题
金属材料学总结
(完整word版)金属学与热处理(哈尔滨工业大学_第二版)课后习题答案
《金属学与热处理》试题库
金属学与热处理章节重点总结
金属学与热处理铸造合金期末考试题答案
最全的金属学与热处理知识总结
金属学与热处理期末复习
第九章-金属学与热处理-热处理工艺习题
金属学与热处理试卷与答案A1
金属学与热处理章节重点总结
相关主题
文本预览