金属学与热处理章节重点总结

第1章金属和合金的晶体结构

1.1金属原子的结构特点：最外层的电子数很少，一般为1～2个，不超过3个。

金属键的特点：没有饱和性和方向性

结合力：当原子靠近到一定程度时，原子间会产生较强的作用力。结合力＝吸引力＋排斥力结合能＝吸引能＋排斥能（课本图1.2）

吸引力：正离子与负离子（电子云）间静电引力，长程力

排斥力：正离子间，电子间的作用力，短程力

固态金属原子趋于规则排列的原因：当大量金属原子结合成固体时，为使固态金属具有最低的能量，以保持其稳定状态，原子间也必须保持一定的平衡距离。

1.2晶体：基元在三维空间呈规律性排列。晶体结构：晶体中原子的具体排列情况，

也就是晶体中的这些质点在三维空间有规律的周期性的重复排列方式。

晶格：将阵点用直线连接起来形成空间格子。晶胞：保持点阵几何特征的基本单元

三种典型的金属晶体结构（要会画晶项指数，晶面指数）

共带面：平行或相交于同一直线的一组晶面组成一个晶带，这一组晶面叫做共带面

晶带轴：同一晶带中所有晶面的交线互相平行，其中通过坐标原点的那条直线。

多晶型转变或同素异构转变：当外部的温度和压强改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。

1.3合金：两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。组元：组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金的元素。相：是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分。固溶体：合金的组元通过溶解形成一种成分及性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相，称为固溶体。与固溶体结构相同的组元为溶剂，另一组元为溶质。

固溶体的分类：按溶质原子在溶剂晶格中的位置：置换固溶体与间隙固溶体。按溶质原子在固体中的溶解度：分为有限固溶体和无限固溶体。按溶质原子在固溶体内分布规则：分为有序固溶体和无序固溶体

固溶强化：在固体溶液中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，塑性韧性下降。

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：与间隙相相反（比值大于0.59）。

1.4点缺陷：⑴空位⑵间隙原子⑶置换原子。线缺陷：线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的原子发生了有规律的错排现象。（刃型位错、螺型位错、混合型位错）滑移矢量：表示位错的性质，晶格畸变的大小的物理量（刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直；螺形位错的柏氏矢量与其位错线平行。）。

面缺陷：晶体的面缺陷包括晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面两类，其中的内界面又有晶界、亚晶界、

小角度晶界、大角度晶界：两相邻晶粒位向差小于或大于10°

相界面的结构有三类：共格界面、半共格界面、非共格界面

习题3 、5做一下

第2章纯金属的结晶

2.1结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。

同素异构转变：金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变

过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。过冷是结晶的必要条件。（金属不同过冷度也不同，金属纯度越高过冷度越大。过冷度的速度取决于，冷却速度越大过冷度越大实际洁净无度越低，反之）

金属结晶:孕育—出现晶核—长大—金属单晶体

2.2从液体向固体的转变使自由能下降.液态金属结晶时，结晶过程的推动力是

自由能差降低（△F）是自由能增加，阻力是自身放热

2.3近程有序：在液体中的微小范围内，存在着紧密接触规则拍了的的原子集团。

远程有序：在大范围内原子时无序分布的，在晶体中大范围内却是有序排列的。

结构起伏或相起伏：近程有序在金属液体中各处瞬间出现、瞬间消失、此起彼伏、变化不定的现象。液态金属重要特点：存在着相起伏，只有在过冷液体中的相起伏才能成为晶胚。

2.4固态晶核两种形核方式：均匀形核（是指完全依靠液态金属中的晶胚形核的过程）

非均匀形核（是指晶胚依附于液态金属中的固态杂质表面形核的过程）。

晶核半径与△G的关系：当r

r＝rk时,△G最大，这样的晶胚称为临界晶核，rk为临界晶核半径。

r>r k时,晶胚成为稳定的晶核。临界晶核半径：晶胚刚好可以自发的长大成为稳定地晶核时的半径叫做临界晶核半径

均匀形核是在过冷液态金属中，依靠结构起伏形成大于临界晶核的晶胚，同时必须从能量起伏中获得形核功，才能形成稳定的晶核。形核功：半径为临界晶核半径的晶胚继续长大成为稳定晶核所需要做的最小功形核率N受两个矛盾的因素控制，一方面随过冷度增大，rk 、减小，有利于形核；另一方面随过冷度增大，原子从液相向晶胚扩散的速率降低，不利于形核。形核率可用下式表示：N=N1N2

2.5决定晶体长大方式和长大反方式主要原因：晶核界面结构、界面附近的温度分布及潜热的释放和逸散条件。生长线速度：单位时间内晶体长大的线速度。

活性质点：满足点阵匹配原理的界面，可对形核起催化作用。

变质处理：在浇注前往液态金属中加入形核剂，促进大量非均匀形核来细化晶粒的方法

变质剂：能提供结晶核心，或起阻止晶粒长大的作用的物质。

晶体长大的机制：二维晶核长大机制、螺形位错长大机制、垂直长大机制。常温下，金属晶粒越细小，则强度硬度越高，塑性韧性也越好

细化晶粒的方法：（1）提高过冷度。降低浇铸温度，提高散热导热能力适用于小件。（2）化学变质处理，加入形核剂（孕育剂）。促进非均匀形核，阻碍晶粒长大。（3）振动和搅拌。输入能量提高形核率；使凝固过程中正在长大的晶体破碎，增加核心。

第3章二元合金相图和合金的凝固（掌握二元合金图）

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示图

平衡: 是指在一定条件下合金系中参与相变过程的各相的成分和质量分数不再变化所达到的一种状态。影响相结构的因素：1、负电性因素2、原子尺寸因素3、电子浓度因素

建立相图的方法：热分析法，金相组织法，X射线分析法，硬度法，电阻法，热膨胀法，

相律：热力学平衡条件下，系统的组元数、相数和自由度数之间的关系。表达式：f=c-p+2; 压力为常数时，f=c-p+1。杠杠定律：（书上p67公式牢记）

有序固溶体: 又称为超点阵，溶质原子按适当比例并按一定顺序和一定方向围绕溶剂原子分布时就形成有序固溶体。

置换固溶体：指溶质原子位于溶剂晶格的某些节点位置所形成的固溶体。

间隙固溶体：溶质原子填入溶剂原子间的一些间隙中形成的固溶体。

晶格畸变：由于异类原子的溶入或塑性变形等原因造成的点阵中的原子偏离其正常平衡位置的现象。

影响固溶度的因素：1、原子尺寸因素2、负电性因素3、电子浓度因素 4 、晶体结构因素5、温度因素只有r溶质/ r溶剂<0.59 时，才有可能形成间隙固溶体。

金属间化合物一般具有高熔点、高硬度、和脆性大。分类：1、正常价化合物2、电子化合物3、间隙相合间隙化合物。

固溶体合金结晶两大特点：1 异分结晶－结晶时结晶出的固相与液相成分不同，也称为选择性结晶。2变温结晶－固溶体合金的结晶需要在一定温度范围内进行。

晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀现象。枝晶偏析：树枝晶的枝干和枝间化学成分不均匀的现象。