完整版金属学与热处理

金属学与热处理---第3章钢的热处理热处理就是将钢在固态下通过加热、保温和不同的冷却方式，改变金属内部组织结构，从而获得所需性能的操作工艺，作用:它不改变工件的形状和尺寸，只改变工件的性能，如提高材料的强度和硬度，增加耐磨性，或者改善材料的塑性、韧性和加工性等。

第一节热处理的基本原理一、钢在加热时的组织转变(一)钢在加热和冷却时的相变温度铁碳合金相图中的A1、A3和Acm 线是反映不同含碳量的钢在极为缓慢加热或冷却时的相变温度。

但钢在实际加热和冷却时不可能非常缓慢，因此，钢中的相转变不能完全按铁碳合金相图中的A1、A3和Acm线，而有一定的滞后现象，即出现过热(加热时)或过冷(冷却时)现象。

加热或冷却时的速度越大，组织转变偏离平衡临界点的程度也越大。

为区别起见，把冷却时的临界点记作Ar1、Ar3 、Arcm；加热时的临界点记作Ac1、A1c3、Accm。

例如，共析钢在平衡状态下珠光体和奥氏体的转变温度为A1；冷却时奥氏体转变为珠光体的温度为Ar1；加热时珠光体转变为奥氏体的温度为Ac1。

这些临界点是正确选择钢在热处理时的加热温度和冷却时结构发生变化的温度的主要依据。

(二)奥氏体的形成共析钢在常温时具有珠光体组织，加热到Ac1以上温度时，珠光体开始转变为奥氏体。

只有使钢呈奥氏体状态，才能通过不同的冷却方式转变为不同的组织，从而获得所需要的性能。

钢在加热时的组织转变，主要包括奥氏体的形成和晶粒长大两个过程。

在铁素体和渗碳体的相界面上首先出现许多奥氏体晶核。

这是因为铁素体与渗碳体是两个具有不同晶体结构的相，在二相界面上有晶格扭曲或原子排列紊乱等缺陷，原子处于高能量状态，有利于奥氏体核形成。

奥氏体晶核形成后，便开始长大。

它是依靠铁素体向奥氏体继续转变和渗碳体不断溶入而进行的。

铁素体向奥氏体转变的速度比渗碳体溶解快，因此，铁素体消失后，仍有部分残余渗碳体，它将随着时间的延长，继续不断地向奥氏体溶解直至全部消失。

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、纯金属的结晶重点内容：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。

基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。

铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。

相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。

过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。

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。

过冷度与液态金属结晶的关系：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R k 为无穷大，临界形核功（21T G ∆∝∆）也为无穷大。

（完整版）《⾦属学与热处理》复习题参考答案《⾦属学与热处理》复习题绪论基本概念：1.⼯艺性能:⾦属材料适应实际加⼯⼯艺的能⼒。

（分类）2.使⽤性能：⾦属材料在使⽤时抵抗外界作⽤的能⼒。

（分类）3.组织：⽤⾁眼，或不同放⼤倍数的放⼤镜和显微镜所观察到的⾦属材料内部的情景。

宏观组织：⽤⾁眼或⽤放⼤⼏⼗倍的放⼤镜所观察到的组织。

（⾦属内部的各种宏观缺陷）显微组织：⽤100-2000倍的显微镜所观察到的组织。

（各个组成相的种类、形状、尺⼨、相对数量和分布，是决定性能的主要因素）4：结构：晶体中原⼦的排列⽅式。

第⼀章基本概念：1.⾦属：具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度升⾼⽽增加。

2.⾦属键；⾦属正离⼦和⾃由电⼦之间相互作⽤⽽形成的键。

3.晶体：原⼦（离⼦）按⼀定规律周期性地重复排列的物质。

4.晶体特性：(原⼦)规则排列；确定的熔点；各向异性；规则⼏何外形。

5.晶胞：组成晶格的最基本的⼏何单元。

6.配位数:晶格中任⼀原⼦周围与其最近邻且等距的原⼦数⽬。

7.晶⾯族：原⼦排列相同但空间位向不同的所有晶⾯称为晶⾯族。

8.晶向族：原⼦排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族。

9.多晶型性：当外部条件（如温度和压强）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。

⼜称为同素异构转变。

10.晶体缺陷：实际晶体中原⼦排列偏离理想结构的现象。

11.空位：晶格结点上的原⼦由于热振动脱离了结点位置，在原来的位置上形成的空结点。

12.位错：晶体中有⼀列或若⼲列原⼦发⽣了有规则的错排现象，使长度达⼏百⾄⼏万个原⼦间距、宽约⼏个原⼦间距范围内的原⼦离开其平衡位置，发⽣了有规律的错动。

13.柏⽒⽮量：在实际晶体中沿逆时针⽅向环绕位错线作⼀个闭合回路。

在完整晶体中以同样的⽅向和步数作相同的回路，由回路的终点向起点引⼀⽮量，该⽮量即为这条位错线的柏⽒⽮量。

14.晶粒：晶体中存在的内部晶格位向完全⼀致，⽽相互之间位向不相同的⼩晶体。

可编辑修改精选全文完整版复习自测题绪论及第一章金属的晶体结构自测题(一)区别概念1．屈服强度和抗拉强度；2．晶体和非晶体；3 刚度与强度(二)填空1．与非金属相比，金属的主要特性是2．体心立方晶胞原子数是，原子半径是，常见的体心立方结构的金属有。

3．设计刚度好的零件，应根据指标来选择材料。

是材料从状态转变为状态时的温度。

4 TK5 屈强比是与之比。

6．材料主要的工艺性能有、、和。

7 材料学是研究材料的、、和四大要素以及这四大要素相互关系与规律的一门科学；材料性能取决于其内部的，后者又取决于材料的和。

8 本课程主要包括三方面内容：、和。

(三)判断题1．晶体中原子偏离平衡位置，就会使晶体的能量升高，因此能增加晶体的强度。

( )2．因为面心立方和密排六方晶体的配位数和致密度都相同，因此分别具有这两种晶体结构的金属其性能基本上是一样的。

( )3．因为单晶体具有各向异性，多晶体中的各个晶粒类似于单晶体，由此推断多晶体在各个方向上的性能也是不相同的。

( )4．金属的理想晶体的强度比实际晶体的强度高得多。

5．材料的强度高，其硬度就高，所以其刚度也大。

(四)改错题1．通常材料的电阻随温度升高而增加。

3．面心立方晶格的致密度为0．68。

4．常温下，金属材料的晶粒越细小时，其强度硬度越高，塑性韧性越低。

5．体心立方晶格的最密排面是｛100｝晶面。

(五) 问答题1．从原子结合的观点来看，金属、陶瓷和高分子材料有何主要区别?在性能上有何表现?2．试用金属键结合的方式，解释金属具有良好导电性、导热性、塑性和金属光泽等基本特性。

(六) 计算作图题1．在一个晶胞中，分别画出室温纯铁(011)、(111)晶面及[111)、[011)晶向。

2．已知一直径为11．28mm，标距为50mm的拉伸试样，加载为50000N时，试样的伸长为0.04mm。

撤去载荷，变形恢复，求该试样的弹性模量。

3．已知a-Fe的晶格常数a=0.28664nm，γ-Fe的晶格常数a=0.364nm。

1.铁素体:是碳溶于α-Fe中的间隙固溶体,为体心立方结构.F或α2.δ铁素体:是碳溶于体心立方晶格δ-Fe中的间隙固溶体.δ3.奥氏体:是碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体,为面心立方结构.A或γ4.渗碳体:是铁与碳形成的间隙化合物Fe3C,含碳量Wc=6.69%,Cm5.珠光体:是奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所得到的铁素体和渗碳体交替形成的层状组织.P6.莱氏体:是高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变所形成的奥氏体和碳化物(或渗碳体)所组成的共晶体.L'd7.贝氏体:钢在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度区间以下，马氏体转变温度区间以上这一中温度区间转变而成的由铁素体及其内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳组织，即贝氏体转变的产物。

8.马氏体:是碳在α铁中的过饱和间隙固溶体,高硬度,高强度9.奥氏体形成过程:1.奥氏体的形核:铁素体渗碳体相界面上,Ac1以上温度保温珠光体不稳定;珠光体群边界;铁素体亚晶边界.2.奥氏体的长大:通过渗碳体的溶解,碳在奥氏体和铁素体中的扩散和铁素体向奥氏体转变而进行的.3.剩余渗碳体的溶解:铁素体消失后,在t1温度下继续保温或加热,随碳在奥氏体中继续扩散,剩余渗碳体向奥氏体中溶解.4.奥氏体成分均匀化:渗碳体全部溶入奥氏体后,长时间的保温或继续加热,让碳原子重复扩散10.过冷奥氏体转变:临界温度A1下冷却,A1~550珠光体,550~Ms贝氏体,Ms~Mf 马氏体11.珠光体转变:A1至鼻温内等温停留,片状A1~650粗珠光体,650~600细,索氏体,600~550极细,托氏体;片状珠光体球化退火粒状珠光体12.马氏体:1,板条状马氏体,每个板条马氏体为一个单晶体,立体形态扁条状,板条间残留奥氏体,显著改善钢力学性能,亚结构位错胞;2,片状马氏体,空间状态呈凸透镜状,亚结构孪晶,增加高碳钢件脆性13.铁碳合金根据组织特征按含碳量划为 1.工业纯铁<0.0218% 2.亚共析钢0.0218~0.77% 3.共析钢0.77% 4.过共析钢0.77~2.11% 5.亚共晶白口铁2.11~4.3% 6.共晶白口铁4.3% 7.过共晶白口铁4.3~6.69% （1）低碳钢－含碳量<0.25%（2）中碳钢－含碳量0.25%~0.6%（3）高碳钢－含碳量0.6%~2.11%14.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。

第一章金属的晶体结构1、除化学成分外，金属的内部结构和组织状态也是决定金属材料性能的重要因素。

2、将阵点用直线连接起来形成空间格子，称之为晶格。

3、晶胞中原子排列的紧密程度通常用两个参数来表征：配位数、致密度。

4、原子所占体积与晶胞体积之比称为致密度。

5、体心立方结构有两种间隙：一种是八面体间隙，另一种是四面体间隙。

6、在晶体中，由一系列原子所组成的平面称为晶面，任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。

7、晶体的点缺陷有三种：空位、间隙原子和置换原子。

8、塑性变形时，由于局部区域的晶体发生滑移即可形成位错。

9、刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直，螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行。

10、把单位体积中所包含的位错线的总长度称为位错密度。

11、晶体的面缺陷包括晶体的外表面和内界面两类。

12、晶体的内界面缺陷有：晶界、亚晶界、孪晶界、堆垛层错和相界等。

13、金属：是具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度的升高而增加。

14、晶体：原子在三维空间作有规则的周期性排列的物质称为晶体。

15、晶体结构：是指晶体中原子在三维空间有规律的周期性的具体排列方式。

16、点阵：能清楚地表明原子在空间排列规律性的原子的几何点，称之为点阵。

17、晶胞：晶格中能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，称为晶胞。

用来分析晶体中原子排列的规律性。

18、配位数：是指晶体结构中与任一个原子最邻近、等距离的原子数目。

19、螺型位错：设想在立方晶体右端施加一切应力，使右端上下两部分沿滑移面发生了一个原子间距的相对切边，这种晶体缺陷就是螺型位错。

20、表面能：由于在表面层产生了晶格畸变，其能量就要升高，这种单位面积上升高的能量称为比表面能，简称表面能。

21、什么是晶体？晶体有何特性？答：晶体：原子在三维空间作有规则的周期性排列的物质称为晶体。

1）晶体具有一定的熔点。

在熔点以上，晶体变为液体，处于非晶体状；在熔点以下，液体又变为晶体。

2）晶体的另一个特点是在不同的方向上测量其性能，表现出或大或小的差异，称为各向异性或异向性。

一，金属的热加工与冷加工热加工在工业生产中，热加工通常是指将金属材料加热至高温进行锻造、热轧等的压力加工过程几乎所有的金属材料都要进行热加工和进一步加工：除了一些铸件和烧结件之外，几乎所有的金属材料都要进行热加工，其中一部分成为成品，在热加工状态下使用,另一部分为中间制品，尚需进一步加工无论是成品还是中间制品，它们的性能都受热加工过程所形成组织的影响热加工和冷加工的定义：从金属学的角度来看，所谓热加工是指在再结晶温度以上的加工过程；在再结晶温度以下的加工过程称为冷加工。

例如铅的再结晶温度低于室温，因此，在室温下对铅进行加工属于热加工。

钨的再结晶温度约为1200度，即使在1000度拉制钨丝也属于冷加工。

热加工过程中存在加工硬化和回复再结晶软化两个相反的过程：如前所述，只要有塑性变形，就会产生加工硬化现象，而只要有加工硬化，在退火时就会发生回复再结品。

由于热加工是在高于再结晶温度以上的塑性变成过程，所以因塑性变形引起硬化过程和回复再结晶引起的软化过程几乎同时存在。

图7-26示意地表示了动静态再结晶的概念1.不过，这时的回复再结晶是边加工边发生的，因此称为动态回复和动态再结晶，而把变形中断或终止后的保温过程中，或者是在随后的冷却过程中所的回复于再结晶称为静态回复和静态再结晶2.它们与前面讨论的回复与再结晶（也属于静态回复和静态再结品）一致，唯一不同的地方是它们利用热加工的余热进行，而不需要重新加热金属材料热加工后的组织与性能受着热加工时的硬化过程和软化过程的影响1.由此可见，金属材料热加工后的组织与性能受着热加工时的硬化过程和软化过程的影响，而这个过程又受着变形温度、应变速率、变形程度以及金属本身性质的影响。

2.例如当变形程度大而加热温度低时，由变形引起的硬化过程占优势，随着加工过程的进行，金属的强度和硬度上升而塑性逐渐下降，金属内部的品格畸变得不到完全恢复，变形阻力越来越大，甚至会使金属断裂。

3.反之当金属变形程度较小而变形温度较高时，由于再结晶和晶粒长大占优势，金属的晶粒会越来越粗大，这时虽然不会引起金属断裂，也会使金属的性能恶化。