金属学与热处理第二版 复习总结

金属学与热处理第二版 复习总结

哈工大（威海） 14级 苏同学

此文档只总结了部分重要概念与影响因素（不包含第八章、第十二章、第十三章）

另外，第十章、十一章的热处理的具体工艺也是重点，此文档没有涉及。

概念

金属最外层的电子数很少，一般为1～2个，不超过3个。 金属键

? 原子共用自由电子形成 ? 无饱和性和方向性。 金属晶体

原子排列密度高，能变形，导电，导热。 金属原子特点

? 外层电子少，易失去 ? 有自由电子

? 金属离子与自由电子形成键。 ? 金属键无方向性 ? 有良好的塑性

晶体：各向异性是晶体区别于非晶体的一个重要标志 柏氏矢量的意义及特征

? 反映位错的点阵畸变总量 ? 反映晶体的滑移量及方向 ? 与位错线有确定的位置关系 ? 具有守恒性 相界

共格界面、半共格界面、非共格界面三类。共格界面界面能最低 ? 界面处晶体缺陷集中，原子能量高

? 界面是氧化、腐蚀的优先发生地 ? 界面是固态相变的有效形核位置 ? 界面原子的扩散速度远高于晶内

? 存在内吸附现象。异类原子可降低界面能时，会向界面偏聚 ? 界面阻碍位错运动，组织越细小，强度硬度越高

? 界面能越大，界面迁移速度越大；晶粒长大可以降低界面能。 固溶体结晶的特点

（１）异分结晶：固相成分与液相成分不同，晶体与母相成分不同称为异分结晶（选择结晶）。

（２）固溶体结晶需要在一定的温度范围：每一温度下，结晶出一定数量的固相。温度的降低，固相的数量增加成分分别沿着固相线和液相线变化

非平衡凝固总结：

（1） 固相平均成分线和液相平均成分线偏离固相线与液相线。

冷却速度越快，偏离越严重

�牐�2）固溶体成分不均匀。

先结晶部分总是富高熔点组元，后结晶的部分富低熔点组元。 区域偏析、晶内偏析、枝晶偏析

�牐�3）结晶温度。凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温度。 伪共晶——靠近共晶点附近合金得到全部共晶组织 离异共晶——共晶组织没有显示出共晶的特征

不平衡共晶——在不该出现共晶的合金里出现共晶组织

孪生变形的特点

（1）切应力作用下发生，临界切应力远大于滑移时。 （2）是一种均匀切变。

（3）孪晶有对称关系。在一定范围内改变了晶体的取向。 多晶体塑性变形的特点 ?各晶粒变形不同时性??

?晶粒间、晶粒内变形的不均匀性???相邻晶粒变形的协调性??

? 配位数：一个原子周围最近邻并且等距离的原子的个数。 致密度——晶胞中原子所占的体积 配位数 原子数 原子半径 3 体心立方 2 8 r?a 4 2面心立方 4 12 r?a4 1密排六方 6 12 r?a 2

一种材料具有几种不同晶体结构的性质称多晶型性

晶体缺陷是指晶体结构中偏离完整晶格排列的微观区域。 ? 液态金属的结构

致密度 0.68 0.74 0.74

? 不是完全无序的

? 不断有近程有序的原子集团（晶胚）出现

? 这种结构时而形成，时而散开，称为结构起伏

? 液相的结构起伏提供了各种尺寸的有序原子集团，成为结晶时核胚的来源。 结构条件

? 等温等压条件下化学反应自发进行的条件是体系的自由能降低。热力学

在数值上，临界形核功等于形成的新相临界晶核界面能的1/3

抵消形成临界晶核时所增加的能量的是液相的能量起伏。这是均匀形核的能量条件

? 结构条件

? 要求原子排列接近晶体

? 可由液相结构起伏满足

? 热力学条件

? 要求结晶过程体系自由能降低

? 可由液相具有的过冷度满足

? 能量条件

? 要求能克服体系增加的临界形核功

? 可由液相中的能量起伏满足 2?Tm1?Lm?T?TLm?T热力学条件：?Gv=-??TTm16??3Tm21能量条件：?Gc??3(Lm?T)2?T2 结构条件：r*?? 形核时能量变化包含体积自由能的降低和新相界面能的增加

? 形核时需要满足结构、热力学、能量三方面条件 ? 临界形核功等于新相界面能的1/3

? 过冷度显著影响均匀形核，金属材料的形核率随过冷度增大而增大。 ? 有效形核需要的过冷度较大

非均匀形核：实际金属结晶时依附于液相中的外来固体表面形核的方式 均质和异质形核具有相同的临界晶核半径 ? 长大过冷度

? 动态过冷度（ΔTk）：晶核长大需要的界面附近的过冷度。 ? 粗糙界面与光滑界面的动态过冷度不同。

? 粗糙界面的晶核长大机制 垂直长大机制

? 光滑界面的晶核长大机制 a. 二维晶核长大

b. 螺型位错长大机制

表层细晶区

形成原因：

（1）过冷度ΔT大。

（2）模壁作为非均匀形核的位置。 特点：

——晶粒细小，组织致密，机械性能好 ——薄，无实用意义 柱状晶区 形成原因：

(1) 细晶区形成后，模壁温度升高，结晶前沿过冷度ΔT较低，不易形成新的

晶核；

(2) 细晶区中某些取向有利的晶粒可以显著长大；

(3)晶体沿垂直于模壁 (散热最快)相反方向择优生长成柱状晶。

特点：组织粗大而致密；为“铸造织构”

铸造织构：铸造过程中形成的一种晶体学位向一致的铸态组织。 ——又称“结晶织构” 中心等轴粗晶区 形成原因：

（1）液体温度全部降到结晶温度以下，可同时形核。 （2）未熔杂质、冲断的枝晶分枝可作为非均匀形核的核心。

（3）散热失去了方向性，各方向长大速度相差不大。 ——长成等轴晶。 由于过冷度ΔT不大，晶粒较粗大。 固溶体

B组元的原子完全溶入固相的A组元，并保持A的晶体结构所形成的合金相。 A,B分别称为溶剂组元与溶质组元。 间隙固溶体

原子半径很小的溶质原子溶入到溶剂中时，填入到溶剂晶格的间隙 中间相——金属化合物

概念：溶质含量超过溶解度极限时出现的具有全新晶体结构的新相。 键性：主要金属键，兼有离子键、共价键。 种类：

正常价化合物：符合化合物原子价规律，具有严格的化合比，成分固定不变。结构与相应分子式的离子化合物晶体结构相同

电子化合物：按一定价电子浓度的比值组成一定晶格类型的化合物。电子化合物的熔点和硬度都很高，而塑性较差。

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：当非金属原子半径与金属原子半径的比值大于0.59时，形成复杂晶体结构的金属间化合物，与间隙相相比，间隙化合物的熔点和硬度及化学稳定性都要低一些。

二元相图几何规律

1.相区接触法则——相邻相区相数差一

2.二元相图中的水平线——三相平衡，与三个单相区，三个两相区接触。 3.二元相图最大相数为3

4.两条水平线涉及的相有两个相同时，两条水平线之间是由这两个相组成的两相区