金属学与热处理复习资料

1、1.该图显示了立方系统(1 2 3)、(0-1 2)和(4 2 1)的晶面以及-1 0 2、-2 1 1和3 4 6的晶体取向2.脱位环的每一部分都是螺旋脱位还是边缘脱位？答：螺旋位错的伯努利矢量平行于位错线，而位错只有一个伯努利矢量，位错环不可能处处平行于一个方向，所以位错环的每个部分都不可能是螺旋位错；边缘位错的伯努利矢量垂直于位错线。如果伯努利矢量垂直于位错环所在的平面，那么位错环总是一个叶片型断层。这种位错的滑移面是由位错环和柏柏尔矢量方向组成的棱形面，也称为棱形位错。3.在简单的立方二维晶体中画出正边位错和负边位错1)用伯努利电路求出正负边缘位错的伯努利矢量2)如果正负边缘错位颠倒，

2、伯努利矢量会相应改变吗？3)写出贝叶斯向量的方向和大小答：1)2)相应地改变3)4.为什么金属结晶时必须过冷？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时会过热吗？为什么？答：根据热力学，在一定条件下，结晶能否发生取决于固相的自由度是否低于液相的自由度，也就是说。g=GS-GL0；只有当温度低于理论晶化温度Tm时，固体金属的自由能才低于液体金属的自由能，并且液体金属能够自发地转变成固体金属，因此金属在晶化时必须过冷。影响过冷度的因素：1)金属的性质，不同的金属，不同的过冷度；2)金属纯度越高，金属纯度越高，过冷度越大；3)冷却速度，冷却速度越大，过冷度越大。固体金属熔化时会出现过热。原因：根据热力学

3、，熔化是否能在一定条件下发生取决于液相从固态金属熔化时的过热。原因：自由度是否低于固相的自由度，即？g=G1-GS0；只有当温度高于理论晶化温度Tm时，液态金属的自能才低于固态金属的自由能，固态金属才能自发地转变成液态金属，因此金属在熔化时必须过热。5.解释晶体生长形状和温度梯度之间的关系。(1)正温度梯度下生长的界面形态：界面光滑的结晶晶体可以生长成表面致密、几何形状规则的晶体，不受其他因素的干扰。当具有粗糙界面结构的晶体在正温度梯度下生长时，其界面是平行于熔点等温面且垂直于散热方向的直界面，因此具有平面生长模式，这可以称为平面生长模式。(2)负温度梯度下生长的界面形貌粗糙的晶体在负温度梯度

4、下生长成树枝状晶体。主干称为主晶轴或主晶分支。其他被称为二级晶体或三级晶体。当界面光滑的材料在负温度梯度下长大时，如果杰克逊因子不太大，它可能会生长成枝晶，如果杰克逊因子太大，即使在负温度梯度下，它仍可能形成形状规则的晶体。6.简要描述三个晶体区域形成的原因以及每个晶体区域的性能特征形成原因：1)表面细晶区：低温型壁吸热，散热强烈，使型壁附近的薄液极度过冷。原始的模壁也可以作为非均匀成核的基础，大量的晶核立即在这种稀薄的液体中产生，并同时向各个方向生长。由于有大量的晶核，晶核很快彼此相遇，不能继续生长，在模具壁附近形成薄的等轴晶区。2)柱状晶区：随着模具壁温的升高，温度梯度变缓；过冷度小，不能

5、形成新的晶核，但有利于附近一些小晶粒的生长3)中心等轴晶区：柱状晶生长到一定程度后，铸锭中心部分开始成核生长中心部分的液体温度大致均匀，各晶粒在各个方向的生长接近一致，形成等轴晶。性能特点：1)表面细晶区：结构致密，力学性能好；2)柱状晶区：结构致密，有弱表面，力学性能具有方向性；3)中心等轴晶区：各晶粒分支紧密重叠，无弱表面，力学性能无方向性。7.什么是宪法过冷？在固溶结晶过程中，成分过冷对晶体生长模式和铸锭结构有什么影响？当固溶体合金凝固时，在正温度梯度下，由于固液界面前液相组分的差异，固液界面前熔体的温度低于实际液相线温度，由此产生的过冷称为结构过冷。这种过冷完全是由界面前部液相的成分差

6、异造成的。随着温度梯度的增加，组分过冷度降低。组分过冷必须满足两个条件：一是固液界面前沿溶质富集引起的组分再分布；第二是固液界面前液相的实际温度分布，或者温度分布梯度必须达到一定值。对于合金来说，凝固过程伴随着溶质的再分布，并且液体成分总是在变化。溶质成分在液体中的重新分布改变了相应的固液平衡温度，该温度由合金的平衡相图定义。用“成分过冷”判断合金的微观生长过程。8.共晶点和共晶线之间是什么关系？共晶结构的一般形式是什么？它是如何形成的？(P84)答：关系：形态：两个固相的混合物形成：当含有某种成分的合金液体冷却时，两种或两种以上紧密混合的固体发生恒温可逆反应而形成的结构。9.铋(熔点：271

7、.5)和锑(熔点：630.7)在液态和固态下互溶，50%的合金在520开始凝固成固相，组成为87%。在400时，80%的合金开始凝固成成分为64%的固相。根据上述条件，要求：1)绘制铋锑相图，标出每条线和每一相区的名称2)从相图中确定合金的初始结晶温度和最终结晶温度=40%，并计算其平衡相组成及其在400时的含量回答：10.分析了 c=0.2%、WC=0.6%和WC=1.2%的铁碳合金从液相平衡冷却到室温的转变过程。c=0.23360 l-l-(1495度)- l- - (727度)-Fe3C；(=，=；以下同)c=0.63360 l-l-(727度)-Fe3C；c=1.23360 l-l-F

8、e3C-(727度)-Fe3C；室温下相组成的相对含量为：c=0.2%，渗碳体相对含量=(0.2-0.02)/6.67%，余量为铁素体c=0.6%，渗碳体相对含量=(0.6-0.02)/6.67%，余量为铁素体c=1.2%渗碳体相对含量=(1.2-0.02)/6.67%，余量为铁素体室温下组织成分的相对含量为：C=0.2%，珠光体相对含量=(0.2-0.02)/0.77%，余量为铁素体C=0.6%，珠光体相对含量=(0.6-0.02)/0.77%，余量为铁素体c=1.2%，渗碳体相对含量=(1.2-0.77)/6.67%，其余为珠光体11.分析c=3.5%和c=4.7%的Fe-C合金从液态到室

9、温的平衡结晶过程，绘制冷却曲线和显微组织转变示意图，计算室温下的显微组织组成和相组成。解决方案：下图显示了c=3.5%的铁-碳合金从液态到室温的平衡结晶过程：下图显示了c=4.7%的铁-碳合金从液态到室温的平衡结晶过程：12.为了区分这两种混合钢，工人们将两个碳钢样品A和B加热到850，然后缓慢冷却。金相组织如下：先共析区同样，样品B是过共析钢(6.69-x)/(6.69-0.77)=92.7%；X=1.2%，大约是T12钢的范围。当然，杠杆的另一端可以相应地使用。13.试图解释多晶体的塑性变形过程。金属颗粒越细，强度越高，塑性越好的原因是什么？答：根据霍尔-佩特奇公式，屈服强度s与晶粒直径D

10、2的平方根的倒数成线性关系。在多晶体中，滑移是否能从第一塑性变形晶粒转移到相邻晶粒，主要取决于滑移晶粒晶界附近的位错阻挡群产生的应力集中是否能激发相邻晶粒滑移系统中的位错源并使其开始，从而进行协调的多滑移。从=n0可以知道，栓塞位错数n越大，应力集中越大。位错数n与引起栓塞的晶界和位错源之间的距离成正比。晶粒尺寸越大，应力集中越大，晶粒尺寸越小，应力集中越小。在相同的外加应力下，较小的晶粒尺寸需要较大的外加应力才能使相邻晶粒发生塑性变形。在相同变形量下，晶粒细小，变形可以分散在更多的晶粒中，晶粒与晶界之间的应变差小，诱导应力集中减小，材料在断裂前可以承受较大的变形，因此具有较大的延伸率和面积收

11、缩率。此外，如果晶粒细小，晶界将会弯曲，不利于裂纹的扩展。它能在断裂过程中吸收更多的能量，表现出更高的韧性。14.为什么金属材料在塑性变形后会保留残余内应力？研究这部分残余内应力的现实意义是什么？答：残余内应力存在的原因1)塑性变形导致金属零件或材料的不均匀变形，导致不均匀的宏观变形；2)塑性变形导致晶粒或亚晶粒不均匀变形，产生微观内应力；3)塑性变形导致金属中大量的位错或空位，这导致晶格中的一些原子偏离它们的平衡位置，导致晶格的内部应力扭曲。实际意义：可控制材料或工件的变形、开裂和应力腐蚀；残余应力可以用来提高工件的使用寿命。15.众所周知，钨、铁和铜的熔点分别为3399、1538和1083

12、，因此尝试估算它们的再结晶温度。溶液：t=Tm，其中=0.350.4，=0.4，钨、铁、铜的再结晶温度分别为33990.4，1 359.6，15380.4，615.2，10830.4，433.216.解释以下概念之间的本质区别：1)一次再结晶和二次再结晶；2)晶核在再结晶过程中生长，晶粒在再结晶后生长。解决方案：1)再结晶：当退火温度足够高且时间足够长时，在变形金属或合金的微观结构中将产生没有应变再结晶核心的新晶粒。新晶粒不断生长，直到原始变形结构完全消失，金属或合金的性能也发生显著变化。这个过程叫做重结晶。该过程的驱动力也来自残余变形储存的能量。与金属中的固相转变相似，再结晶也有一个转变孕育

13、期，但再结晶前后金属的晶格类型不变。再结晶后，正常晶粒应均匀连续。然而，在某些情况下，晶粒的生长只是少数晶粒的突然快速粗化，这使得晶粒之间的尺寸差异越来越大。这种异常晶粒生长称为异常晶粒生长。晶粒的不均匀生长类似于再结晶后均匀细小的等轴晶的再结晶，故称之为二次再结晶。其发生的基本条件是正常的晶粒生长过程受到分散相颗粒、织构或表面热腐蚀等的强烈阻碍。当一次再结晶结构继续加热时，一旦上述阻碍因素消除，一些特殊的晶界将迅速迁移，导致一些晶粒变大，大晶粒的界面通常是凹陷的答：奥氏体晶粒尺寸是奥氏体晶粒尺寸的量度，它是指每个奥氏体晶粒的平均面积和平均直径。一般来说，奥氏体晶粒越细，热处理后钢的强度、塑性

14、和冲击韧性越高。然而，如果奥氏体化温度过高或高温保温时间过长，钢的奥氏体晶粒将长大，钢的冲击韧性、裂纹扩展功和韧脆转变温度将显著降低。此外，粗晶粒钢零件的淬火变形和开裂倾向增加。特别是当晶粒尺寸不均匀时，钢的结构强度显著降低，导致应力集中和脆性断裂。18.简述钢中板条马氏体和片状马氏体的形态和亚结构，并解释它们在性能上的差异(P249)答：一般认为板条马氏体是位错马氏体，马氏体中有许多位错。片状马氏体为孪晶马氏体，马氏体内部亚结构为孪晶马氏体。板条马氏体的亚结构是位错，板条马氏体是孪晶性能差异(P253)19.简述碳钢(P268)的回火转变和回火组织答：碳钢回火时，随着回火温度的升高和回火时间

15、的延长，会相应发生以下变化1)马氏体中碳的偏析2)马氏体分解3)残余奥氏体的转变4)碳化物的转变5)渗碳体的聚集和生长以及相的恢复和再结晶20.什么是钢的退火？退火的类型和用途是什么？答：退火是一种热处理工艺，将钢加热至临界点或以下，然后用熔炉缓慢冷却，以获得接近平衡的微观结构。退火类型：1)完全退火目的：主要用于亚共析钢。其目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的可加工性。2)不完全退火的应用：用于过共析钢，主要获得球状珠光体组织，以消除内应力，降低硬度，改善可加工性。3)球化退火4)均匀化退火5)应力消除退火和再结晶退火21.淬火的目的是什么？有多少种淬火方法？比较几种淬火方法的优缺点(P288)答：目的是在奥氏体化后获得尽可能多的马氏体，然后在不同的温度下回火以获得各种所需的性能。淬火方法包括单液淬火法、双液淬火法、分段淬火法和等温淬火法。优点和缺点：22.请描述亚共析钢和过共析钢淬火加热温度的选择原则。为什么过共