下载文档原格式
第2章金属材料组织和性能的控制内容提要：本章介绍金属材料组织和性能的影响因素及其控制方法，包括纯金属的结晶、合金的结晶、金属的塑性加工、钢的热处理、钢的合金化、表面技术等内容。
纯金属的结晶部分主要介绍纯金属结晶的条件和结晶过程，同素异构转变，细化铸态金属晶粒的措施。
合金的结晶部分主要介绍发生匀晶反应的合金的结晶过程和发生共晶反应的合金的结晶过程。
铁碳合金的结晶部分主要介绍铁碳相图、典型铁碳合金的平衡结晶过程。
并介绍铁碳合金的成分-组织-性能关系。
金属的塑性加工部分主要介绍金属塑性变形的微观机理、塑性变形对金属组织和性能的影响，以及再结晶对金属组织和性能的影响。
钢的热处理部分主要介绍热处理的原理和热处理工艺（退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理），以及钢的热处理新技术。
钢的合金化部分主要介绍合金元素在钢中的作用，合金元素对钢的热处理、钢的机械性能、工艺性能的影响。
表面技术部分介绍电刷镀、热喷涂、气相沉积、激光表面改性等新技术。
学习目标：本章是工程材料课程的重点章。
着重掌握以下内容：铁碳相图、典型铁碳合金的平衡结晶过程，杠杆定律，铁碳合金的成分-组织-性能关系。
过冷奥氏体的等温转变（C曲线）、过冷奥氏体的连续冷却转变，钢的淬透性、淬硬性。
退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理等热处理工艺。
合金元素在钢中的作用，合金元素对钢的热处理、钢的机械性能的影响。
熟悉纯金属、合金的结晶、金属的塑性加工、再结晶对金属组织和性能的影响规律。
表面技术部分作一般了解。
学习建议：1．本章阐述了金属材料组织与性能的影响因素和规律，是工程材料学的基本理论基础。
本章是课程的重点，需要扎扎实实地学习好，掌握金属材料组织与性能的主要影响因素和规律，为后面学习金属材料知识打好基础。
2．本章内容多，按排学习学时应多一些。
本章中有一些难点和重点，要着重理解。
学习时可以安排几次讨论。
3．若有条件，参观机械厂、热处理厂，以便对金属材料的生产和加工过程有所了解。
材料科学基础重点总结5材料的强化途径材料的强化强韧化意义希望材料既有足够的强度，又有较好的韧性，通常的材料二者不可兼得。
提高材料的强度和韧性，节约材料，降低成本，增加材料在使用过程中的可靠性和延长服役寿命提高金属材料强度途径强度是指材料抵抗变形和断裂的能力，提高强度可通过以下两种途径： 1 完全消除内部的缺陷，使它的强度接近于理论强度 2 大量增加材料内部的缺陷，提高强度增加材料内部缺陷，提高强度，即在金属中引入大量缺陷，以阻碍位错的运动四种强化方式：固溶强化细晶强化形变强化（加工硬化) 第二相粒子强化实际上，金属材料的强化常常是多种强化方式共同作用的结果。
材料强度缺陷数量冷加工状态退火状态无缺陷的理论强度材料强度与缺陷数量的关系固溶强化：当溶质原子溶入溶剂原子形成固溶体时，使材料强度硬度提高，塑性韧性下降的现象。
强化本质：利用点缺陷（间隙原子和置换原子）对位错运动的阻力使金属基体获得强化强化机理：1溶质原子的溶入使固溶体的晶格发生畸变，对在滑移面上的运动的位错有阻碍作用；2位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。
影响因素不同溶质原子所引起的固溶强化效果存在很大差别，影响因素主要有：1 溶质原子的原子数分数越高，强化作用也越大。
2溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作用也越大。
3间隙溶质原子比置换原子具有较大的固溶强化效果。
4溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。
固溶强化效果与溶质原子的质量分数成正比关系。
大多数溶质原子在室温的溶解度比较小，为了提高固溶度从而提高固溶强化的效果，可以将其加热到较高温度，经过保温后快速冷却到室温，使溶质原子来不及析出而得到过饱和固溶体，这就是固溶处理。
经过固溶处理后还可以经过时效处理进一步提高其强度。
对过饱和固溶体在适当温度下进行加热保温，析出第二相，使强度硬度升高的热处理工艺称为时效。
时效硬化的本质是从过饱和固溶体中析出弥散第二相，属于第二相强化途径。
第二篇金属材料组织和性能的控制第一章金属的结晶（crystallize）1.1.本章内容（1）（1）金属结晶的基本概念；（2）（2）金属的结晶过程；（3）（3）晶粒度；（4）（4）铸锭的结构。
2.2.本章重点（1）（1）过冷度的概念，过冷度对结晶过程的影响规律；（2）（2）结晶的基本过程；（3）（3）获得细晶粒的方法。
3.3.本章学时安排计划2学时。
4.4.本章作业P8，（五）3、4、5§1-1金属结晶的概念一、一、结晶的概念：钢材经过冶炼、注锭、轧制、锻造、机加工和热处理等工艺过程。
1．1．结晶：生产上将金属的凝固(solidify，solidification)叫做结晶。
2．2．近程有序：在液体金属内部，在短距离的小范围内，原子做近似于固态结构的规则排列，即存在近程有序的原子集团。
3．3．长程有序：金属由液态转变为固态的凝固过程，实质是就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程。
4．4．结晶过程：金属从一种原子排列状态（晶态或非晶态）过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转变均属于结晶过程。
5．5．一次结晶：金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶。
6．6．二次结晶：金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称之为二次结晶。
二、结晶的条件：金属必须达到一定的过冷度。
①交点对应温度T处，液态和固态自由能相等，液态和固态长期共存，处于动平衡状态。
②T0为理论结晶温度或熔点，液态金属要结晶，就必须处于T温度以下，即金属必须过冷（over-cooling，supercooling；指液态金属实际冷却到结晶温度以下而暂不结晶的现象）③过冷度（degree of supercooling；理论结晶温度T与实际结晶温度Tn的差）对应的自由能差ΔF是使液体结晶的动力。
④只F大于建立晶体界面所需的表面能A 时，结晶过程才能进行。
三、1.过冷度可以由冷却曲线测定，平台处放出结晶潜热，平衡向外界散热。
凝固和组织控制原理一、课程介绍《凝固和组织控制原理》是材料科学与工程专业（金属材料工程模块）的主要学科基础课，是研究金属凝固过程相关现象及其物理本质的专业性课程。
本课程按照理论分析-研究手段-工程控制这一主线，以金属凝固过程的物理本质及影响凝固组织的主要因素作为核心内容，开展相关教学。
本课程旨在加深学生对金属材料凝固相关现象和知识的理解和掌握，为学习后续的课程做必要的知识储备；使学生进一步认识到金属材料的重要性，激发学生开展金属材料凝固相关前沿科学研究、推进凝固相关新技术应用的兴趣和热情。
本课程所涵盖的内容包括液态金属的结构与性质、凝固热力学与动力学、凝固过程中的传热与传质、单相合金，多相合金及金属基复合材料的凝固、凝固组织的控制、凝固缺陷、凝固新技术等内容，共10章，共32学时，全部为理论教学，以期末闭卷考试形式结课。
Introduction‘The principles of solidification and microstructure control’ is a specialized course concerning phenomenon and physical essence of solidification and is as well a required course for university students whose major is materials science and engineering. The course is focusing on the physical essence of solidification and main factors that affect the solidification microstructure, and the teaching activities is organized as theoretical analysis, research techniques and engineering control. The purpose of this course is threefold: Firstly, to deepen the understandings of the students about fundamentals of solidification of metallic materials, making them ready for the subsequent other courses. Secondly, to make students recognize the importance of metallic materials and thirdly, to stimulate their interests in frontier researches and development of novel techniques in solidification of metallic materials.The content of this course includes: structures and properties ofliquid metals, thermodynamics and kinetics of solidification, heat and mass transformation during solidification, solidifications of single-phase alloys, multi-phase alloys and metallic composites, control of solidification microstructures, solidification defects and new technologies of solidification. It will take 32 theoretical lessons. The examination adopts close-book mode.课程基本信息二、教学大纲1、教学目的《凝固和组织控制原理》是面向材料科学与工程专业（金属材料工程模块）本科生的一门学科基础课程。
