金属学总复习

常用力学性能指标：强度、塑性、韧性、硬度和抗疲劳性能。

1.强度：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。

抗拉强度（σb ）屈服强度（σs ）条件屈服极限（σ0.2）

2.塑性：金属材料产生永久变形而不被破坏的能力。

塑性指标：伸长率（δ）和断面收缩率（ Ψ ）。

a 、伸长率的计算：(L'-L)/L ×100％=δ

b 、断面收缩率的计算：

3.硬度：金属材料抵抗局部变形的能力。

常用硬度种类：布氏硬度（HB ）、洛氏硬度(HRA 、HRB 、HRC)和维氏硬度(HV)。布氏硬度主要用于测量较软的材料，如有色金属、灰口铸铁。洛氏硬度主要用于硬质合金、淬火钢。维氏硬度主要用于测量渗碳层、渗氮层的硬度。硬度测试方法：压入法、划痕法、回弹高度法。HBS 表示用淬火钢球作为压头测出的硬度值。HBW 表示用硬质合金球作为压头测出的硬度值。HV=HB=1/10HR

冲击韧性(αk 是冲击韧度，Ak 是冲击吸收功) ：材料在冲击

载荷作用下抵抗破坏的能力。

金属的αk 与温度直接相关：（1）T ↓，αk ↓（2）存在韧脆转

变温度Tk ：当T< Tk 时，金属为脆性状态αk ↓ ↓

疲劳强度：金属材料在无数次循环应力或交变载荷作用下而

不致引起断裂的最大应力，用σ-1表示。

金属材料的化学性能包括抗氧化性、耐蚀性、高温稳定性。 ()2/cm J S

A a k k

=

金属材料的工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能

第二章

一、金属基本知识

金属是指具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度升高而增加。金属特性与金属键强弱有关。

金属特性：具有金属光泽，导电性、导热性优良，塑性较好，正的电阻温度系数。

良好的导电性：在外加电场作用下，金属中的自由电子能够沿外加电场方向定向运动，形成电流。

良好的导热性：自由电子的运动和正离子的振动。

良好的塑性：金属发生塑变时，原子改变其彼此间的位置，但不会破坏键，能经受变形而不断裂。

正电阻温度系数：T↑，正离子或原子振幅加大，阻碍电子的通过，R↑。具有金属光泽：自由电子易吸收可见光粒子→能量↑→跃迁到高能级→跳回原低能级→可见光粒子能量释放。

晶体：具有规则外形的物质，具有固定的熔点。性能表现为各向异性

1、晶格：描述原子在空间中的排列形式的几何空间构架。

2、晶胞：反映晶格特征的最小几何单位。

致密度(k)：晶胞中原子本身所占整个晶胞的体积百分数

配位数：晶体结构中，与任一原子最近邻并且等距离的原子数

配位数和致密度均是表示晶体原子排列的紧密程度。配位数、致密度越大，晶体原子排列越紧密。

四、金属晶格的类型：体心立方、面心立方、密排六方。

1、体心立方晶格（BCC）

原子个数：2个；原子半径；致密度：0.68；配位数：8。

常见金属：碱金属、α-Fe、难熔金属（V、Nb、Ta、Cr、Mo、W

2、面心立方晶格（FCC）

原子个数：4；原子半径：；致密度：0.74；配位数：12。

典型金属：Al、γ-Fe、贵金属、Ni、Pb、Pd、Pt等。

3、密排六方晶格（HCP）

原子个数：6个；原子半径：；致密度：0.74；配位数：12 典型金属：Mg、Zn、Be、Cd等。

晶面指数求法：

建立坐标→求截距→取倒数→化整→⑸加（）。

晶向指数的求法：

定原点→建坐标→求坐标→化最小整数→加[ ]。

体心立方晶格：密排面为{110},密排方向为<111>, 。

面心立方晶格：密排面为{111}, 密排方向为<110>。

密排六方晶格：密排面为{0001}, 密排方向为<1120>

适当提高冷却速度，可以细化同素异构转变后的晶粒，从而提高金属的机械性能。

钢能够进行多种热处理就是因为铁能够在固态下发生同素异晶转变。晶界属于同一固相（结构相同）但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界）

亚晶界每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成,相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界(

单晶体→各向异性；多晶体→各向同性。

金属晶体中常见缺陷：点缺陷、线缺陷和面缺陷。

点缺陷包括空位、间隙原子、置换原子。

线缺陷是指位错，包括刃型位错、螺旋位错和混合位错。

晶体的面缺陷包括两大类：

⑴晶体的外表面；

⑵内界面：晶界、亚晶界、孪晶界（孪晶之间的界面称为孪晶界）、相界（相之间的界面称为相界）等。

按相界上原子间匹配程度好坏，将相界分为共格相界、非共格相界、半共格相界。

晶界的特点晶界晶粒之间的界面，其中畸变，缺陷和杂质较多，表面活性较强。在腐蚀环境下，易于优先腐蚀。

结晶:物质由液态转变为具有晶体结构的固相的过程。

过冷现象：金属的实际结晶温度T＜理论结晶温度Tm的现象。

过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差值。△T=Tm-T，△T＞0

是结晶的必要条件。

同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶

温度越低。

金属结晶的条件：能量起伏、成分起伏和结构起伏。

纯金属结晶过程：形核和晶粒长大。

描述结晶进程的两个参数

•（1）形核率：单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。用N表示。

•意义: N 越大，结晶后获得的晶粒越细小，材料的强度高，韧性也好

（2）长大速度：晶核生长过程中，液固界面在垂直界面方向上单位时间内迁移的距离。用G表示。

•纯金属结晶的条件：1 存在过冷度2 具有能量起伏3 具有结构起伏

•晶核：液体中存在着许多诸如杂质类似于晶体的小集团，当低于理论晶温度时，这些小集团中的一部分就成为稳定的结晶核心，称为晶核。

•晶核（粒）长大的条件：1存在动态过冷2有足够高的温度3合适的晶体表面结构

晶核形成方式：均匀形核和非均匀形核。△T↑→rk↓，越易形核。

均匀形核：在过冷液体金属中，依靠液态金属自身能量变化获得驱动力，由晶胚直接成核的过程。

非均匀形核：在过冷液体金属上，晶胚依附在其它物质（杂质或添加剂）表面上成核的过程。