金属学与热处理第二版 复习总结材料
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金属学与热处理第二版复习总结
哈工大(威海)14级同学
此文档只总结了部分重要概念与影响因素(不包含第八章、第十二章、第十三章)另外,第十章、十一章的热处理的具体工艺也是重点,此文档没有涉及。
概念
金属最外层的电子数很少,一般为1~2个,不超过3个。
金属键
➢原子共用自由电子形成
➢无饱和性和方向性。
金属晶体
原子排列密度高,能变形,导电,导热。
金属原子特点
➢外层电子少,易失去
➢有自由电子
➢金属离子与自由电子形成键。
➢金属键无方向性
➢有良好的塑性
晶体:各向异性是晶体区别于非晶体的一个重要标志
柏氏矢量的意义及特征
➢反映位错的点阵畸变总量
➢反映晶体的滑移量及方向
➢与位错线有确定的位置关系
➢具有守恒性
相界
共格界面、半共格界面、非共格界面三类。共格界面界面能最低➢界面处晶体缺陷集中,原子能量高
➢界面是氧化、腐蚀的优先发生地
➢界面是固态相变的有效形核位置
➢界面原子的扩散速度远高于晶
➢存在吸附现象。异类原子可降低界面能时,会向界面偏聚
➢界面阻碍位错运动,组织越细小,强度硬度越高
➢界面能越大,界面迁移速度越大;晶粒长大可以降低界面能。
固溶体结晶的特点
(1)异分结晶:固相成分与液相成分不同,晶体与母相成分不同称为异分结晶(选择结晶)。
(2)固溶体结晶需要在一定的温度围:每一温度下,结晶出一定数量的固相。温度的降低,固相的数量增加成分分别沿着固相线和液相线变化
非平衡凝固总结:
(1)固相平均成分线和液相平均成分线偏离固相线与液相线。
冷却速度越快,偏离越严重
(2)固溶体成分不均匀。
先结晶部分总是富高熔点组元,后结晶的部分富低熔点组元。
区域偏析、晶偏析、枝晶偏析
(3)结晶温度。凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温度。
伪共晶——靠近共晶点附近合金得到全部共晶组织
离异共晶——共晶组织没有显示出共晶的特征
不平衡共晶——在不该出现共晶的合金里出现共晶组织
孪生变形的特点
(1)切应力作用下发生,临界切应力远大于滑移时。
(2)是一种均匀切变。
(3)孪晶有对称关系。在一定围改变了晶体的取向。
多晶体塑性变形的特点
➢各晶粒变形不同时性
➢晶粒间、晶粒变形的不均匀性
➢相邻晶粒变形的协调性
➢配位数:一个原子周围最近邻并且等距离的原子的个数。致密度——晶胞中原子所占的体积
一种材料具有几种不同晶体结构的性质称多晶型性
晶体缺陷是指晶体结构中偏离完整晶格排列的微观区域。
➢液态金属的结构
➢不是完全无序的
➢不断有近程有序的原子集团(晶胚)出现
➢这种结构时而形成,时而散开,称为结构起伏
➢液相的结构起伏提供了各种尺寸的有序原子集团,成为结晶时核胚的来源。结构条件
➢等温等压条件下化学反应自发进行的条件是体系的自由能降低。热力学
在数值上,临界形核功等于形成的新相临界晶核界面能的1/3
抵消形成临界晶核时所增加的能量的是液相的能量起伏。这是均匀形核的能量条件
➢结构条件
➢要求原子排列接近晶体
➢可由液相结构起伏满足
➢热力学条件
➢要求结晶过程体系自由能降低
➢可由液相具有的过冷度满足
➢能量条件
➢要求能克服体系增加的临界形核功
➢可由液相中的能量起伏满足
322221*1613()Tm r Lm T T
Lm T Gv =-T Tm
Tm Gc Lm T T σπσ=
∝∆∆∆∆∝∆∆=∝∆∆结构条件:热力学条件:能量条件: ➢ 形核时能量变化包含体积自由能的降低和新相界面能的增加
➢ 形核时需要满足结构、热力学、能量三方面条件
➢ 临界形核功等于新相界面能的1/3
➢ 过冷度显著影响均匀形核,金属材料的形核率随过冷度增大而增大。 ➢ 有效形核需要的过冷度较大
非均匀形核:实际金属结晶时依附于液相中的外来固体表面形核的方式 均质和异质形核具有相同的临界晶核半径
➢ 长大过冷度
➢ 动态过冷度(ΔTk):晶核长大需要的界面附近的过冷度。
➢ 粗糙界面与光滑界面的动态过冷度不同。
➢ 粗糙界面的晶核长大机制
垂直长大机制
➢ 光滑界面的晶核长大机制
a. 二维晶核长大
b. 螺型位错长大机制
表层细晶区
形成原因:
(1)过冷度ΔT大。
(2)模壁作为非均匀形核的位置。
特点:
——晶粒细小,组织致密,机械性能好
——薄,无实用意义
柱状晶区
形成原因:
(1) 细晶区形成后,模壁温度升高,结晶前沿过冷度ΔT较低,不易形成新
的晶核;
(2) 细晶区中某些取向有利的晶粒可以显著长大;
(3) 晶体沿垂直于模壁(散热最快)相反方向择优生长成柱状晶。
特点:组织粗大而致密;为“铸造织构”
铸造织构:铸造过程中形成的一种晶体学位向一致的铸态组织。
——又称“结晶织构”
中心等轴粗晶区
形成原因:
(1)液体温度全部降到结晶温度以下,可同时形核。
(2)未熔杂质、冲断的枝晶分枝可作为非均匀形核的核心。
(3)散热失去了方向性,各方向长大速度相差不大。——长成等轴晶。
由于过冷度ΔT不大,晶粒较粗大。
固溶体
B组元的原子完全溶入固相的A组元,并保持A的晶体结构所形成的合金相。A,B分别称为溶剂组元与溶质组元。
间隙固溶体
原子半径很小的溶质原子溶入到溶剂中时,填入到溶剂晶格的间隙
中间相——金属化合物
概念:溶质含量超过溶解度极限时出现的具有全新晶体结构的新相。
键性:主要金属键,兼有离子键、共价键。
种类: