金属学与热处理第二版--复习总结

金属学与热处理第二版--复

习总结

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金属学与热处理第二版复习总结

哈工大（威海） 14级苏同学

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内

存在内吸附现象。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范围：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、晶内偏析、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。在一定范围内改变了晶体的取向。

多晶体塑性变形的特点

➢各晶粒变形不同时性

➢晶粒间、晶粒内变形的不均匀性

➢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

0.74

12

6

密排六方

0.74 12 4 面心立方 0.68 8 2 体心立方 致密度 配位数 原子数 原子半径

a r 4

3=

a r 2

1=

a r 4

2=

➢ 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

*161

3()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