工程材料—合金的结晶
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⼯程材料基础名词解释⼯程材料基础名词解释⼀、合⾦:合⾦是指由两种或两种以上的⾦属元素、或⾦属元素与⾮⾦属元素组成的具有⾦属特性的物质。
⼆、固溶体:合⾦组元通过溶解形成⼀种成分和性能均匀、且结构与组元之⼀相同的固相称为固溶体。
三、固溶强化:通过融⼊某种溶质元素形成固溶体⽽是⾦属的强度、硬度升⾼的现象称为固溶强化。
四、结晶:物质从液态冷却转变为固态的过程称为凝固,凝固后的物质可以为晶体也,可以为⾮晶体。
若凝固后的物质为晶体,则这种凝固称为结晶。
五、相图:指在平衡条件下,合⾦的成分、温度和组织之间关系的图形。
六、硬度:是指材料抵抗局部变形,特别是塑形变形、压痕或划痕的能⼒。
七、热处理:是指采⽤适当的⽅式在固态下对⾦属进⾏加热、保温和冷却,以获得所学的组织和性能⼯艺⽅法。
⼋、本质晶粒度:根据标准试验⽅法,在c?930保温⾜够时间(3-8⼩时)±10后测定的钢中晶粒的⼤⼩。
是表⽰钢中奥⽒体晶粒长⼤的倾向性。
九、淬⽕:把钢进⾏奥⽒体化,保温后以适当⽅式冷却,已获得马⽒体或以下贝⽒体组织的热处理⼯艺⽅法称为淬⽕。
⼗、回⽕脆性:淬⽕钢回⽕时冲击韧性并不总是随挥回⽕温度的升⾼⽽简单的增加,有些钢在某个温度范围内回⽕时,其冲击韧性显著下降,这种脆化现象称为回⽕脆性。
⼗⼀、调质:⽣产上习惯将淬⽕加⾼温回⽕称为调质处理。
⼗⼆、变质处理:在液态⾦属结晶之前,特意加⼊某些难熔固态颗粒,造成⼤量以⾮⾃发晶核的固态质点,使结晶时晶核数量⼤⼤增加,从⽽提⾼了形核率,细化晶粒,这种处理⽅式即为变质处理。
⼗三、过冷和过冷度:实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷,理论结晶温度T0与实际结晶温度T1之差称为过冷度。
⼗四、时效:⾦属或合⾦在⼤⽓温度下经过⼀段时间后,由于过饱和固溶体脱溶和晶格沉淀⽽使强度逐渐升⾼的现象。
⼗五、红硬性:⼜叫热硬性,钢在⾼温下保持硬度的能⼒。
⼗六、选材的基本原则:所选的材料的使⽤性能应能满⾜零件的使⽤要求,易加⼯,成本低,寿命⾼。
金属材料的性能特点一般地,金属材料与非金属材料相比,金属材料具有良好的力学性能,而且工艺性能也较好。
即使都是金属材料,不同成分和不同状态下的性能也会有很大的差异。
造成这些性能差异的主要原因是材料内部结构不同,因此掌握金属与合金的内部结构特点,对于合理选材具有重要意义。
金属材料是靠原子间金属键结合起来的。
金属键——金属材料内部,呈一定规律排列的正离子与公有化的自由电子靠库仑力结合起来,这种结合力即为金属键。
(正离子+公有电子云、无方向性、非饱和性)金属材料的性能特点:1、良好的导电、导热性。
2、正的电阻温度系数3、良好的塑性4、不透明、有金属光泽第一节晶体的基本知识金属材料一般都是晶体,具有晶体的特性。
一、晶体——内部原子呈规则排列的物质。
晶体材料(单晶体)的特性:①具有固定的熔点。
②具有规则的几何外形。
③具有“各向异性”。
二、晶格、晶胞和晶格常数1、晶格——描述晶体中原子排列规律的空间点阵。
将原子的振动中心抽象为一几何点,再用直线的连接表示原子之间的相互作用。
2、晶胞——由于晶格排列具有周期性,研究晶格时,取出能代表晶格特征的最小基本单元即称为晶胞。
3、晶格常数——用来描述晶胞大小与形状的几何参数。
三条棱长:a、b、c三条棱的夹角:α、β、γ对于简单立方晶胞:棱长a=b=c 夹角α= β= γ= 90°第二节纯金属的晶体结构一、典型的晶格类型各种晶体由于其晶格类型和晶格常数不同,往往呈现出不同的物理、化学及力学性能。
除少数金属具有复杂晶格外,大多数晶体结构比较简单,典型的晶格结构主要有以下三种:1、体心立方晶格(bcc)2、面心立方晶格(fcc)3、密排六方晶格(hcp)1、体心立方晶格(bcc )晶格常数: a = b = c ;α=β=γ= 90°密排方向(原子排列最紧密的方向):立方体的对角线方向原子半径:属于bcc 晶格的金属主要有:α-Fe 、Cr 、W 、Mo 、V 等ar 432、面心立方晶格(fcc )晶格常数: a = b = c ;α=β=γ= 90°密排方向:立方体表面的对角线方向原子半径:属于fcc 晶格的金属主要有:γ-Fe 、Cu 、Al 、Au 、Ag 等。
第三章复习题(合金的结晶和合金化原理)1、由于物质中热能(Q)或成分(C)不均匀所引起的宏观和微观迁移现象统称为扩散现象。
2、在研究空间内温度或浓度不随时间而变化的扩散称为稳态扩散。
3、在研究空间内温度或浓度随时间而变化的扩散称为非稳态扩散。
4、单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散通量与温度或浓度梯度成正比,这一规律称为扩散第一定律。
5、不属于恒温转变的是合金液相结晶成一个固相。
6、由一个液相同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。
7、由一个液相和一个固相反应生成另外一种固相的转变称为包晶转变。
8、由共晶转变得到的两相混合组织称为共晶组织。
9、某合金结晶时先发生L→a,然后又发生L+a→b,完成结晶后只有b相,则该合金称为包晶合金。
10、不属于恒温转变的是合金液相结晶成一个固相。
11、由一个液相同时结晶出两种固相的转变称为共晶转变。
12、由一个液相和一个固相反应生成另外一种固相的转变称为包晶转变。
13、由共晶转变得到的两相混合组织称为共晶组织。
14、某合金结晶时先发生L→a,然后又发生L+a→b,完成结晶后只有b相,则该合金称为包晶合金。
15、在只有固态下发生的相变称为固态相变。
16、固溶体随温度降低,溶解度减小,多余的溶质原子形成另一种固溶体或化合物的过程称为脱溶沉淀。
17、由一个固相同时转变成两种成分不同但晶体结构相同且与母相晶体结构也相同的转变称为调幅分解。
18、由一个固相同时转变成两种固相的转变称为共析转变。
19、由两个固相转变成一种固相的转变称为包析转变。
20、原子扩散的结果使成分更均匀或形成新的相。
我的答案:√21、温度越高,扩散系数越小,扩散速度越慢。
我的答案:×22、渗碳温度越高,渗碳速度越快。
我的答案:√23、气氛碳势小于工件表面含碳量时气氛中的碳原子向工件内扩散。
我的答案:×24、工件表面与介质之间的换热系数越大,则工件加热或冷却速度越快,工件内的温度梯度也越大。
《工程材料》复习思考题参考答案第一章金属的晶体结构与结晶1.解释下列名词点缺陷,线缺陷,面缺陷,亚晶粒,亚晶界,刃型位错,单晶体,多晶体,过冷度,自发形核,非自发形核,变质处理,变质剂.答:点缺陷:原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小,主要指空位间隙原子、置换原子等。
线缺陷:原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大,而在其余两个方向上的尺寸很小.如位错。
面缺陷:原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大,而另一方向上的尺寸很小.如晶界和亚晶界.亚晶粒:在多晶体的每一个晶粒内,晶格位向也并非完全一致,而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块,它们相互镶嵌而成晶粒,称亚晶粒。
亚晶界:两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错:位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。
滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。
如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面,多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口,故称“刃型位错”。
单晶体:如果一块晶体,其内部的晶格位向完全一致,则称这块晶体为单晶体。
多晶体:由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度:实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核:在一定条件下,从液态金属中直接产生,原子呈规则排列的结晶核心.非自发形核:是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理:在液态金属结晶前,特意加入某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增加,从而提高了形核率,细化晶粒,这种处理方法即为变质处理。
变质剂:在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂.2.常见的金属晶体结构有哪几种?α—Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构?答:常见金属晶体结构:体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格;α-Fe、Cr、V属于体心立方晶格;γ-Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格;Mg、Zn属于密排六方晶格;3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题?答:用来说明晶体中原子排列的紧密程度。
合金的结晶知识点总结一、结晶的定义与特点结晶是指物质在一定条件下,由无序状态转变为有序状态的过程。
在固态金属和合金中,结晶是一种重要的物理现象,它影响着合金的性能和用途。
结晶的特点包括有序性、周期性、规则性和对称性。
二、合金的结晶方式合金的结晶方式主要包括共晶结晶、析出结晶、扩散控制结晶、再结晶等。
1. 共晶结晶共晶合金是由两种或两种以上的金属元素组成,且在一定温度范围内形成与基体共同结晶的合金。
共晶合金的共晶点温度比升华温度低,使得共晶合金易于结晶。
2. 析出结晶析出结晶是指在固溶体中析出新的相或晶粒,该过程是固溶体中溶质从固溶体中析出的过程。
3. 扩散控制结晶扩散控制结晶是由于界面扩散对固相反应速率的控制,因而在分解时呈现扩散控制的过程。
4. 再结晶再结晶是宏观特征是对晶体变形的恢复。
通过核心再结晶再结晶拟晶长大及晶粒细化,生产出具有良好性能的金属材料。
三、影响合金结晶的因素1. 温度温度是影响合金结晶的最主要因素之一。
合金的熔点、凝固温度和再结晶温度都与结晶过程有关,温度对合金结晶方式和晶粒尺寸都有很大的影响。
2. 成分合金的成分对结晶过程和晶粒尺寸都有重要的影响。
合金的成分不同,其结晶过程、成分的分布和晶粒尺寸都会有所差异。
3. 液态冷却速率冷却速率是指液态金属或合金在冷却过程中的冷却速率。
液态冷却速率对合金的宏观结构和微观结构都会产生重要的影响,从而影响合金的结晶方式和晶粒尺寸。
4. 添加元素合金中添加的元素对其结晶过程和晶粒尺寸都有很大的影响。
添加元素可以改变合金的化学成分和晶粒尺寸,从而对合金的性能产生影响。
四、合金结晶技术1. 凝固技术合金的凝固技术是其中最重要的一项技术,凝固技术可以影响合金的结晶方式、晶粒尺寸和组织结构,从而影响合金的性能和用途。
2. 热处理技术热处理技术包括退火、淬火、固溶处理、时效处理等,通过热处理技术可以改变合金的晶粒尺寸和组织结构,从而影响合金的性能和用途。