2012-2013金属学及热处理复习思考题与期末考试题型特征

《金属学及热处理》复习资料第1章金属的性能1、名词解释强度、塑性、韧性、硬度。

强度：材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力。

塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。

指标为伸长率δ和断面收缩率ψ。

韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

硬度：指材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。

是材料力学性能的一个综合物理量。

第2章金属与合金的结构1、名词解释空间点阵、晶格、晶胞、晶体缺陷、合金、组元、相、组织、固溶体、固溶强化、中间相、同素异构转变。

空间点阵：将构成晶体的原子等抽象为几何点（阵点），得到一个由无数阵点在三维空间规则排列而成的阵列，阵点的周围环境必须相同。

晶格：描述原子或原子团在晶体中排列方式的几何空间格架。

晶胞：从晶格中选取出来的一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元.晶体缺陷：实际晶体中原子组合（原子、分子、离子或原子团）排列在局部区域的某些不规则现象。

合金：由一种金属元素跟其他金属或非金属熔合而成的、具有金属特性的物质。

组元：组成合金的最基本的独立的物质。

可以是元素，也可以是化合物。

相：指合金中具有同一聚集状态、结构相同、成分和性能均一，并有明确界面与其他部分分开的均匀组成部分。

合金在固态下相即为合金相。

组织：用肉眼或显微镜所观察到的组成相的形状、分布及各相之间的组合状态。

固溶体：以合金某一组元为溶剂，在其晶格中溶入其它组元原子（溶质）后所形成的一种合金相。

仍然保持溶剂的晶体结构。

固溶强化：溶质元素产生晶格畸变，使固溶体强度、硬度升高的现象。

中间相：当溶质含量超过固溶体的溶解度时，将出现晶体结构和任一组元都不相同的新相，即金属间化合物。

由于金属间化合物在二元合金相图中总是处于两个组元或端际固溶体区域之间的中间部位，故又称之为中间相。

多晶型转变或同素异构转变：具有多晶型性的金属在温度或压力变化时，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程。

2、金属有哪几种常见的晶体结构？晶胞内原子数和致密度各为多少？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Cr、V、Mg、W、Mo、Zn各属何种晶体结构？答：①体心立方结构：α-Fe、Cr、V、W和Mo等30多种纯金属。

晶胞特点：8个原子组成立方体，体中心有一个原子，在体对角线上原子相互接触-最密排方向；晶格常数：a=b=c；轴间夹角α=β=γ=90o ；晶胞原子数：8×1/8+1=2；原子半径：a43配位数：8 致密度：0.68②面心立方结构：γ-Fe、Al、Cu、Ni等约20种纯金属。

晶胞特点：8个原子组成立方体，每一面中心有一个原子，在面对角线上原子相互接触-最密排方向；晶格常数：a=b=c；轴间夹角α=β=γ=90o ；晶胞原子数：8×1/8+6×1/2=4 ；原子半径：a42；配位数：12；致密度：0.74密排六方结构：Mg、Zn等20多种纯金属晶胞特点：12个原子组成一个简单六方体，上下两个六方面的中心各有一个原子，而且在两个六方面之间还有三个原子，晶格常数：a=b（六方面的边长）、c（上下六方面的距离）；α=β=90o，γ=120o；晶包原子数：12×1/6+2×1/2+3=6 ；原子半径：0.5a ；配位数：12；致密度：0.743、实际晶体中的晶体结构缺陷有哪些？答:1）点缺陷：三个方向上的尺寸都很小，不超过几个原子间距。

空位、间隙原子、置换原子。

2）线缺陷：在两个方向的尺寸很小，而第三个方向上的尺寸很大。

刃型位错、螺型位错、混合位错。

3）面缺陷：一个方向上尺寸很小，其余两个方向上的尺寸很大。

晶体外表面，各种内界面（晶界、孪晶界、亚晶界、相界、层错等）4、在立方晶系中画出下列晶面和晶向，(001)、(110)、(111)、(211)、(121)、[001]、[110]、[111]、[211]、[121]。

5、试说明间隙固溶体与间隙相之间的异同。

答：间隙固溶体：溶质原子分布在溶剂晶格的间隙中所形成的固溶体。

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，形成的具有简单晶体结构的金属化合物。

相同点：原子半径比都小于0.59；不同点：间隙相是一种中间相，其晶体结构与组元晶体结构完全不同；而间隙固溶体则保持容积组元的晶格类型。

第3章纯金属的结晶1、名词解释过冷现象、过冷度。

过冷现象：金属的实际结晶温度Tn总是低于理论结晶温度Tm的现象。

过冷度：金属的理论结晶温度Tm与实际结晶温度Tn之差。

△T=Tm-Tn>0——过冷度不恒定。

2、何谓细晶强化？从金属凝固结晶角度说明获得细晶粒组织的途径？答:常温下，细化晶粒不仅能提高材料的强度和硬度，还能提高材料的韧性和塑性。

工业上将通过细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。

途径：1）增加金属的过冷度 2）变质处理 3）振动或电磁搅拌第4章二元合金的凝固与相图1、名词解释相图、相律、杠杆定律、晶内偏析、枝晶偏析、宏观偏析。

相图：是表明合金系中各种合金相的平衡条件和相与相之间关系的一种简明图示。

相律：表示材料在平衡条件下，系统的自由度数f与组元数c和平衡相数p之间关系的定律。

f=c-p+2。

杠杆定律：利用相图确定和计算合金在两相区中两平衡相的成分和相对量的方法。

晶内偏析：固溶体不平衡凝固时，先结晶的固相内富含高熔点组元，后结晶的外部则富含低熔点组元。

这种在晶粒内部出现的成份不均匀现象称为晶内偏析，是微观偏析。

枝晶偏析：如果固溶体是以树枝状结晶长大的，则枝干（富含高熔点组元）与枝间（富含低熔点组元）会出现成份差别，称为枝晶偏析，属于晶内偏析。

宏观偏析：指在宏观区域成分不均匀的现象。

固溶体宏观偏析的出现，是由于凝固时液固界面不断向液相中推进，在液相与固相内溶质原子重新分布，结晶先后不同而出现的成分差异。

2、说明固溶体的平衡结晶与纯金属的平衡结晶的异同。

答：相同点：(1) 基本过程相同：形核－长大； (2) 热力学条件相同：⊿T>0，存在过冷度；能量条件相同：能量起伏； (4) 结构条件相同：结构起伏。

不同点：(1) 纯金属有固定的熔点，恒温结晶，合金在一个温度范围内结晶； (2) 固溶体合金的平衡结晶存在溶质原子的重新分配和均匀化； (3) 合金结晶是异分结晶，需成分起伏。

3、何谓非平衡结晶？固溶体的非平衡结晶有何特点？答：偏离平衡结晶条件的结晶，称为不平衡结晶。

固溶体非平衡凝固的特点：(1) 凝固过程中，液、固两相的平均成分偏离平衡相图中的液、固相线；结晶的温度范围增大；冷却速度越快，偏离程度越大； (2) 先结晶的部分总是富含高熔点组元，后结晶的部分富含低熔点组元； (3) 非平衡结晶总是导致结晶结束温度低于平衡结晶时的结束温度。

4、何谓枝晶偏析？说明产生枝晶偏析的原因及消除方法。

答：如果固溶体是以树枝状结晶长大的，则枝干（富含高熔点组元）与枝间（富含低熔点组元）会出现成份差别，称为枝晶偏析，属于晶内偏析。

产生原因：结晶温度间隔宽的固溶体合金，当冷却速度快时，发生不平衡结晶，先结晶的成分来不及充分扩散，使先结晶的主干与后结晶的支干及支干间的成分产生差异，形成枝晶偏析。

偏析程度取决于合金液凝固时的冷却速度、偏析元素扩散速度及受液固相线温度间隔支配的溶质平衡分配系数。

消除方法：凝固后重新加热到略低于固相线温度并进行长时间保温，使原子充分扩散，获得成分均匀的固溶体—均匀化退火或称之为扩散退火。

5、说明金属铸锭的组织及其形成原因。

答：（1) 细晶区(激冷区)：锭模温度低，传热快，外层金属过冷度大，形核率大；模壁提供非均匀形核核心，增大形核率。

厚度不大，晶粒很细。

(2) 柱状晶区：模壁由于液体金属加热而迅速升温，液态金属的过冷度减小，形核率降低。

但此时长大速度受到的影响较小，造成处于优先长大方向（即一次晶轴方向）和与散热最快方向的反方向一致的晶核向液体内部快速平行长大，形成柱状晶区。

(3) 等轴晶区：柱状晶的发展，经过散热，铸锭中心部分的液态金属的温度全部降至熔点以下，再加上液态金属中杂质的作用，满足了形核时的过冷度要求，于是在整个剩余液体中同时形核。

由于此时温度差不断降低并趋于均匀化，散热逐渐失去方向性，晶核在液体中可自由生长，在各个方向上的长大速度基本相等，形成等轴晶。

6、何谓共晶反应？反应产物有何特点？答：液相在冷却过程中同时结晶出两个结构不同的固相的过程。

7、何谓共析反应？反应产物有何特点？答：由一个固相在恒温下转变为另外两个固相的转变。

第5章铁碳相图1、名词解释铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体(Ld)、变态莱氏体(Ld´)。

铁素体：用符号F或α表示，是碳在α-Fe中的间隙固溶体，呈体心立方晶格。

（铁素体的性能特点是强度低、硬度低、塑性好）奥氏体：用符号A或γ表示，是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，呈面心立方晶格。

（奥氏体的强度低，硬度不高，易于塑性变形）渗碳体（Fe3C相）：是铁Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物，用Cm表示。

（渗碳体的机械性能特点是硬而脆）珠光体：铁素体与渗碳体的共析混合物，是奥氏体共析反应的产物，用符号P表示。

莱氏体：奥氏体与渗碳体的共晶混合物，是共晶反应的产物，用符号Ld表示。

变态莱氏体：珠光体、二次渗碳体和渗碳体组成的混合物，用符号Ld’表示。

2、默画出Fe-Fe3C相图（包括重要的三相转变线、转变温度和分界点的成分），并标明各相区的相组成，给出用组织组成物表示的Fe-Fe3C相图。

3、说明铁碳合金的分类及其室温组织。

4、分析含碳量4、分别为0.40%、1.2%和3.5%的铁碳合金从液态平衡冷至室温时的结晶过程和室温组织。

并计算其室温下相组成物的相对含量和组织组成物的相对含量。

5、钢中常存的杂质元素硫或磷对钢的性能有何影响及产生原因？答：S的影响：热脆。

产生原因：形成（γ-Fe+FeS）共晶，熔点为989℃。

当钢在1150-1250℃进行热加工时，γ-Fe+FeS共晶熔化，使钢沿奥氏体晶界开裂而变脆。

P的影响：冷脆。

产生原因：应为磷化物是脆性物质，钢水冷凝时，它凝聚在钢的晶界周围，减弱其结合力，使钢在冷却时产生很大的脆性。

第10章钢的热处理原理与工艺1、名词解释热处理、奥氏体的起始晶粒度/实际晶粒度/本质晶粒度、过冷奥氏体、珠光体/贝氏体/马氏体、退火/正火/淬火/回火、回火脆性。

热处理：在生产中，通过加热、保温和冷却，使钢发生固态相变，借此改变其内部组织结构，从而达到改善力学性能的目的的操作被称为热处理。

起始晶粒度：在奥氏体化过程中，奥氏体的转变刚刚完成时，奥氏体晶粒的大小称为起始晶粒度。

实际晶粒度：在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小称为实际晶粒度。

本质晶粒度：用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为本质晶粒度。

过冷奥氏体：把在临界点以下暂时存在的奥氏体称为过冷奥氏体。