金属学与热处理

1、金属晶体结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

2、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：

3、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。22、确定晶向指数的步骤有哪些？答：以晶胞的三个棱边为坐标轴，以棱边长度作为作为坐标轴的长度单位；

4、从坐标轴原点引一有向直线平行于待定晶向；在所引有向直线上任取一点，求岀改点在X、丫、Z轴上的坐标轴；将三个坐标轴按比例化为最小简单整数，依次写入方括号中，即得所求的晶向指数。23、如何确定晶面指数？简要写岀步骤。答：以晶胞的三条相互垂直的棱边为参考坐标轴X、丫、Z,坐标原点 0应位于待定晶面之外，以免岀现零截距；以棱边长度为度量单位，求岀待定晶面在各轴上的截距；取各截距的倒数，并化为最小简单整 数，放在圆括号内，即为所求的晶面指数。24、根据几何形态特征不同，晶体缺陷可分成哪几类？各有何特征？答：点缺陷。特征是三个方向上的尺寸都很小，相当于原子的尺寸，例如空位、间隙原子等； 线缺陷。特征是在两

5、个方向上的尺寸很小，另一个方向上的尺寸相对很大。属于这一类的主要是位错； 面缺陷。特征是一个方向上的尺寸很小，另外两个方向上的尺寸相对很大，例如晶界、亚晶界等。25、柏氏矢量有何特点和作用？答： 1）用柏氏矢量可以可以判断位错的类型。2）用柏氏矢量可以表示位错区域晶格畸变总量的大小；3）用柏氏矢量可以可以表示晶体滑移的方向和大小；4）一条位错线的柏氏矢量是恒定不变的；5）对于一个位错来说，同时包含位错线和柏氏矢量的晶面是潜在的滑移面。26、什是表面能？影响表面能的因素主要有哪些？ 答：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。 外部介质的性

6、质；裸露晶面的原子密度；晶体表面的曲率；晶体的性质，如熔点等。第二章 纯金属的结晶1、结晶过程是形核和长大的过程。2、在过冷夜体中形成固态晶核时，可能有两种形核方式：一种是均匀形核，另一种是非均匀形核，又称异 质形核或非自发形核。3、决定晶体长大方式和长大速度的主要因素是晶核的界面结构和界面前沿液体中的温度梯度。4、晶体长大机制包括：二维晶核长大机制、螺型位错长大机制和连续长大机制。5、晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示 纯金属铸锭的宏观组织通常由三个晶区所组成，即外表层的细晶区、中间的柱状晶区和心部的等轴晶区。6、纯金属铸锭的宏观组织通常由三个晶区所组成，即外表层的细

7、晶区、中间的柱状晶区和心部的等轴晶 区。7、铸锭或铸件中经常存在一些缺陷，常见的缺陷有缩孔、气孔及夹杂物等。8、相起伏：短程有序的原子集团总是处于瞬间出现，瞬间消失，此起彼伏。这种不断变化着的短程有序原 子集团称为结构起伏，或称为相起伏。9、均匀形核：若液相中各个区域出现新相晶核的几率都是相同的，这种形核方式即为均匀形核。10、非均匀形核：在过冷夜体中形成固态晶核时，新相优先出现于液相中的某些区域称为非均匀形核。11、形核率：是指在单位时间单位体积液相中形成的晶核数目。12、等轴晶粒：枝晶在三维空间得以均衡发展，各方向上的一次晶轴近似相等，这时形成的晶粒叫做等轴晶 粒。13、柱状晶粒：如果枝晶

8、某一个方向上的一次晶轴长得很长，而在其他方向长大时受到阻碍，这样形成的细 长晶粒叫做柱状晶粒。14、细晶强化：在常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度则越高，同时塑性韧性也好。这种用细化晶粒来 提高材料强度的方法称为细晶强化。15、变质处理：是在浇注前往液态金属中加入形核剂（又称变质剂），促进形成大量的非均匀晶核来细化晶 粒。16、影响过冷度的因素有哪些？如何影响？ 答：过冷度随金属的本性和纯度的不同，以及冷却速度的差异可以在很大的范围内变化。1 ）金属不同，过冷度的大小也不同；2）金属的纯度越高，则过冷度越大。3）过冷度的大小主要取决于冷却速度，冷却速度越大，则过冷度越大，实际结晶温度越低。冷

9、却速度越慢， 则过冷度越小。17、金属的结晶形核有哪些要点？答：液态金属的过冷度必须大于临界过冷度，晶胚尺寸必须大于临界晶核半径； 临界晶核半径值大小与晶核的表面能成正比，与过冷度成反比； 均匀形核既需要结构起伏，也需要能量起伏； 晶核的形成过程是原子的扩散迁移过程，因此结晶必须在一定的温度下进行； 在工业生产中，液体金属的凝固总是以非均匀形核方式进行。18、纯金属铸锭的宏观组织通常哪几个晶区组成？ 答：外表层的细晶区、中间的柱状晶区和心部的等轴晶区1）细晶区：晶粒细小，组织致密，力学性能好，但厚度较薄，实际意义不大。2）柱状晶区：组织比较致密，但存在弱面，其性能有方向性。3）中心等轴晶区：不

10、存在明显的弱面，其性能也没有方向性；缺点是等轴晶的树枝晶体比较发达，分枝较 多，因此显微缩孔较多，组织不够致密。经热压力加工之后，一般均可焊合，对性能影响不大。第三章 二元合金的相结构与结晶1、合金存在的状态通常由合金的成分、温度和压力三个因素确定。2、建立相图的方法有实验测定和理论计算两种。3、两组元在液态时相互无限互溶，在固态时相互有限互溶，发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图， 称为二元共晶相图。4、两组元不但在液态无限互溶，在固态也无限互溶的二元合金系所形成的相图，匀晶相图。5、固溶体与纯组元相比，结构发生的变化主要表现在：晶格畸变、偏聚与有序和有序固溶体等。6、相：是指合金中结构相

11、同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。7、相图：是表示在平衡条件下合金系中合金的状态与温度、成分间关系的图解，又称为状态图或平衡图。8、匀晶转变：结晶时总是从液相结晶出单相的固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。9、共晶转变：在一定的温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的转变过程，称为共晶 转变或共晶反应。10、共析转变：一定成分的固相，在一定温度下分界为另外两个一定成分固相的转变过程，称为共析转变。 第四章 铁碳合金1、 在铁的同素异构转变中，纯铁在1538 C有体心立方晶格；冷却至1394 C时，为面心立方晶格。2、 渗碳体是铁与碳形成的间隙化合物Fe3C ，含碳量为

12、6.69%。3、GS线又称为 A3线，它是在冷却过程中由奥氏体析岀铁素体的开始线。4、金属的铸造性，包括金属的流动性、收缩性和偏析倾向等。5、铸件从浇注温度至室温的冷却过程中，其体积和线尺寸减小的现象称为收缩性。6、镇静钢钢锭的缺陷主要有缩孔、缩松、偏析、气泡等。7、在沸腾钢锭纵剖面的宏观组织示意图中，从表面至心部由坚壳带、蜂窝气泡带、中心坚固带、二次气泡 带和锭心带等组成。10、镇静钢：钢液在凝固时不析岀一氧化碳，得到成分比较均匀，组织比较致密的钢锭，这种钢叫做镇静 钢。第五章 三元合金相图第六章金属及合金的塑性变形与断裂1 、金属材料经压力加工变形后，不仅改变了其外形尺寸，而且也使内部组织

13、和性能发生变化。2、金属弹性变形的实质就是金属晶格在外力作用下产生的弹性畸变。3、滑移面总是原子排列最密的晶面。4、滑移方向总是原子排列最密的晶向。5、一个滑移面和一个滑移方向组成一个滑移系。6、塑性变形后，金属材料的物理性能和化学性能将发生明显变化。7 、塑性变形后，其残留应力包括：宏观内应力、微观内应力、点阵畸变等。8、滑移系：表示金属晶体在发生滑移时滑移动作可能采取的空间位向。9、孪生：晶体的一部分沿一定的晶面和一定的晶向相对于另一部分晶体作均匀地切边。10、塑性断裂：又称延性断裂，断裂前发生大量的宏观塑性变形，断裂时承受的工程应力大于材料的屈服强 度。4、脆性断裂：金属在断裂过程中，极

14、少或没有宏观塑性变形，但在局部区域仍存在一定的微观塑性变形。11、什么是固溶强化？产生固溶强化的原因是什么？ 答：合金中产生固溶强化的主要原因：一是在固溶体中溶质与溶剂的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；而是在位错线上偏聚的溶质对位错的顶 扎作用。12、合金元素形成固溶体时其固溶强化有哪些规律？答：在固溶体的溶解度范围内，合金元素的质量分数越大，则强化作用越大； 溶质原子与溶剂原子的尺寸相差越大，则造成的晶格畸变越大，因而强化效果越大； 形成间隙固溶体的溶质元素的强化作用大于形成置换固溶体的元素； 溶质原子与溶剂原子的价电子数相差越

15、大，则强化作用越大。13、金属的断裂有哪些主要方式？各有何特点？ 答：主要方式有：塑性断裂和脆性断裂1）塑性断裂：又称延性断裂，断裂前发生大量的宏观塑性变形，断裂时承受的工程应力大于材料的屈服强 度。设计时只需按材料的屈服强度计算承载能力，一般就能保证安全使用。2）脆性断裂：金属在断裂过程中，极少或没有宏观塑性变形，但在局部区域仍存在一定的微观塑性变形。断 裂时承受的工程应力通常不超过材料的屈服强度。设计时必须从脆断角度计算其承载能力，并充分估计过载 的可能性。第七章金属及合金的回复与再结晶1、发生异常晶粒长大的原因是弥散的夹杂物、第二相粒子或织构对晶粒长大过程的阻碍。2、再结晶退火的目的是降

16、低硬度，提高塑性，恢复并改善材料的性能。3、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，这个过程称为再结晶。4、再结晶退火：是将冷变形金属加热到规定温度，并保温一定时间，然后缓慢冷却到室温的一种热处理工 艺。其目的是降低硬度，提高塑性，恢复并改善材料的性能。5、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沿变形方向伸长，在宏观试样上沿着变形 方向变成一条条细线，叫做纤维组织。6、影响再结晶晶粒长大的因素有哪些？如何影响？答：温度：温度越高，晶粒长大速度就越快； 杂质及合金元素：杂质及合金元素溶入基体后都能阻碍晶界运动，特别是晶界偏聚

17、现象显着的元素，其作 用更大； 第二相质点：弥散的第二相质点对于阻碍晶界移动起着重要的作用； 相邻晶粒的位向差：晶界的界面能与相邻晶粒间的位向差有关，小角度晶界的界面能小于大角度晶界的界 面能，而界面移动的驱动力又与界面能成正比，因此，前者的移动速度要小于后者。第八章扩散1、根据扩散过程中是否发生浓度变化，扩散包括：自扩散和互（异）扩散。2、根据扩散方向是否与浓度梯度的方向相同进行分类，扩散包括：下坡扩散和上坡扩散。3、金属粘接是扩散在工业中应用的良好例子，主要有：钎焊、扩散焊、电镀、包金属、浸镀等。第九章钢的热处理原理1、共析钢中奥氏体形成的基本过程包括：奥氏体形核、奥氏体长大、剩余渗碳体溶

18、解和奥氏体成分均匀化 等。2、影响奥氏体形成速度的因素有：加热时间和保温时间、原始组织的影响、化学成分的影响等。3 、在热处理生产中，钢在奥氏体化后通常有两种冷却方式：一种是等温冷却方式，一种是连续冷却方式。4、马氏体高强度、高硬度的主要原因有：碳原子的固溶强化、相变强化以及时效强化等。5、马氏体是碳在a -Fe中的过饱和间隙固溶体。6、钢中马氏体的两种基本形状是：板条状马氏体和片状马氏体。7、钢中的马氏体一般有两种类型的结构：体心立方和体心正方。8 、板条状马氏体的亚结构为位错；片状马氏体的亚结构为孪晶。9、马氏体转变：钢从奥氏体状态快速冷却，拟制其扩散性分解，在较低温度下发生的无扩散型相变

19、叫做马 氏体转变。10、贝氏体转变：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，过冷奥氏体发生的转变称 为贝氏体转变。11、在金属热处理中，固态相变有哪些特点？答：相变阻力大。新相必然受到母相的约束，不能自由胀缩而产生应变。因此导致弹性应变能的而外增 加；新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系；母相晶体缺陷对相变起促进作用；易于岀现过 渡相。12、固态相变有哪些类型？有何特点？并举实例。答：扩散型相变：相变是依靠相界面的扩散移动而进行的。珠光体转变和奥氏体转变等都属于这一类相变； 非扩散型相变：新相的成长是通过类似塑性变形过程中的滑移和孪生那样，产生切边和转动而进行的；马 氏体

20、转变属于这一类相变。 过渡型相变：介于上述两类之间的一种叫过渡型相变。钢种贝氏体转变就属于这种类型的相变。13、粒状珠光体的形成、组织和性能有哪些特性？答： 1）粒状珠光体组织是渗碳体呈颗粒状分布在连续的铁素体基体中。2）粒状珠光体组织既可以由过冷奥氏体直接分界而成，也可以由片状珠光体球化而成，还可以由淬火组织回 火形成。3）与片状珠光体相比，粒状珠光体的硬度和强度较低，但塑性和韧性较好，且冷变形能力、可加工性能以及 淬火工艺性也好。第十章钢的热处理工艺1、完全退火的目的是：细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削加工性。2、测定淬透性常用的方法是末端淬火法。3、采用真空加热或可

21、控气氛加热，是防止氧化和脱碳的根本方法。4、形变热处理是将塑性变形和热处理有机结合在一起的一种复合工艺。5、钢的表面淬火有：感应加热、激光加热、电子束加热及火焰加热等淬火工艺。6、通过加热使介质中的原子扩散渗入工件一定深度的表层，改变其化学成分和组织并获得与心部不同性能 的热处理工艺叫做化学热处理。7、化学热处理的一般过程通常是由分解、吸附和扩散三个基本过程组成的。8、根据渗碳剂的不同，渗碳方法有：固体渗碳、气体渗碳和离子渗碳等。9、 完全退火：是将钢件或钢材加热至AC3以上20 30 C,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10、均匀化退火：又称扩散

22、退火，它是将钢锭、铸件或段坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后 缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。11、 淬火：将钢加热至临界点AC3或ACi以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏 体（或下贝氏体）的热处理工艺叫做淬火。12、 分级淬火：是将奥氏体状态的工件首先淬入温度略高于钢的Ms 点的盐浴或碱浴炉中保温，当工件内外 温度均匀后，再从浴炉中取岀空冷至室温，完成马氏体转变。13、 等温淬火：是将奥氏体化后的工件淬入Ms点以上某温度的盐浴中，等温保持足够长时间，使之转变为 下贝氏体组织，然后取岀再进行空冷的淬火方法。14、钢的淬透性：是指奥氏体化后的钢在淬火

23、时获得马氏体的能力，其大小以钢在一定条件下淬火获得的淬 透层深度和硬度分布来表示。15、表面淬火：是将工件快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得淬火组织的热处理方法。16、渗碳：将低碳钢件放入渗碳介质中，加热保温，使活性碳原子渗入钢件表面并获得高碳深层的工艺方法 叫做渗碳。17、渗氮：向钢件表面渗入氮元素，形成富氮硬化层的化学热处理称为渗氮，通常也称为氮化。18、在生产实践中，如何根据钢种进行退火和正火工艺的选择？答：含碳量 Wc 0.25%的低碳钢，通常采用正火代替退火，用正火可以提高钢的硬度，改善低碳钢的切削加工性能；可以细化晶粒，提高低碳钢硬度；Wc =0.25% 0.5%的中

24、碳钢也可用正火代替退火；Wc =0.5% 0.75%的钢，因含碳量较高，正火后的硬度显着高于退火的情况，难以进行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性；wc =0.75%以上的高碳钢或工具钢一般均采用球化退火作为预备热处理。19、常见的淬火冷却介质有哪些？冷却介质对淬火有什么影响？ 答：常用淬火介质有水、盐水或碱水溶液及各种矿物油等。 影响：介质冷却能力越大，钢的冷却速度越快，越容易超过钢的临界淬火速度，则工件越容易淬硬，淬硬层 的深度越深，但冷却速度过大将产生巨大的淬火应力，易于使工件产生变形或开裂。20、什么是等温淬火？有哪些特性？答：等温淬火：是将奥氏体化后的工件淬入Ms

25、点以上某温度的盐浴中，等温保持足够长时间，使之转变为下贝氏体组织，然后取出再进行空冷的淬火方法。 下贝氏体组织的强度、硬度较高而韧性良好，故等温淬火可显着提高钢的综合力学性能；等温过程中碳 钢的贝氏体转变一般可以完成，等温淬火后不需进行回火；等温淬火可以显着减小工件变形和开裂倾向，适宜处理形状复杂、尺寸要求精密的工具和重要的机器零 件，等温淬火液只能适用于尺寸较小的工件。21、什么是钢的淬透性？淬透性对淬火工件有何影响？ 答：钢的淬透性：是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小以钢在一定条件下淬火获得的淬 透层深度和硬度分布来表示。1）钢的淬透性越高，能淬透的工件界面尺寸越大，对于大

26、截面的重要工件，为了增加淬透层的深度，必须选 用过冷奥氏体很稳定的合金钢；2）对于形状复杂、要求变形很小的工件，如果钢的淬透性较高，可以在较缓慢的冷却介质中淬火，甚至可以 再空气中冷却淬火，因此淬火变形很小。22、感应加热表面淬火有哪些特点？答：感应加热时，由于电磁感应和集肤效应，工件表面在极短时间里达到Ac3以上很高的温度，而工件心部仍处于相变点之下；感应加热升温速度快，保温时间极短；感应加热表面淬火后，工件表层强度高；感应加热表面淬火后，工件的耐磨性比普通淬火的高；感应加热淬火件的冲击韧性与淬硬层深度和 心部原始组织有关；感应加热淬火时，由于加热速度快，无保温时间，工件一般不产生氧化和脱碳；感