金属学总复习

1、金属学总复习金属学总复习 第一章第一章 金属材料的性能金属材料的性能 一、金属材料常用力学性能指标：一、金属材料常用力学性能指标： 强度、塑性、韧性、硬度和抗疲劳性能。强度、塑性、韧性、硬度和抗疲劳性能。 1.强度的定义：强度的定义：金属在静载荷作用下，抵抗塑性金属在静载荷作用下，抵抗塑性 变形或断裂变形或断裂 的能力。的能力。 强度包括强度包括抗拉强度（）、屈服强度（）抗拉强度（）、屈服强度（） 2.塑性：塑性：金属材料产生永久变形而不被破坏的金属材料产生永久变形而不被破坏的 能力。能力。 塑性指标：塑性指标：伸长率（伸长率（）和断面收缩率（）和断面收缩率（ ）。）。 b s 伸长率和断面收

2、缩率的计算：伸长率和断面收缩率的计算： a、伸长率的计算：、伸长率的计算： b、断面收缩率的计算：、断面收缩率的计算： l1-l0 l0 100%= S0-S1 S0 =100% 3.硬度：金属材料抵抗局部变形的能力。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（常用硬度种类：布氏硬度（HB）、洛氏硬度）、洛氏硬度(HRA、HRB、 HRC)和维氏硬度和维氏硬度(HV)。 应用：应用： 布氏硬度主要用于测量较软的材料，如有色金属、灰口铸布氏硬度主要用于测量较软的材料，如有色金属、灰口铸 铁。铁。 洛氏硬度主要用于硬质合金、淬火钢。洛氏硬度主要用于硬质合金、淬火钢。 维氏硬度主要用

3、于测量渗碳层、渗氮层的硬度。维氏硬度主要用于测量渗碳层、渗氮层的硬度。 4、冲击韧性(k) ：材料在材料在冲击载荷冲击载荷作用下作用下 抵抗破坏的能力。抵抗破坏的能力。 金属的金属的k与温度直接相关：与温度直接相关： （1）T，k （2）存在韧脆转变温度）存在韧脆转变温度Tk ：当：当T Tk 时，金时，金 属为脆性状态属为脆性状态k 5、疲劳强度：、疲劳强度：金属材料在金属材料在无数次循环应力无数次循环应力或或交交 变载荷变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，用作用下而不致引起断裂的最大应力，用-1 表示。表示。 零件的疲劳断裂过程可分为裂纹产生裂纹产生、裂纹扩展裂纹扩展 和瞬间断裂瞬间断裂

4、三个阶段 。 金属材料的化学性能包括抗金属材料的化学性能包括抗氧化性氧化性、耐蚀性耐蚀性、高高 温稳定性温稳定性。 金属材料的工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊金属材料的工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊 接性能、切削加工性能接性能、切削加工性能 第二章第二章 金属的晶体结构金属的晶体结构 一、金属基本知识一、金属基本知识 金属特性：金属特性：具有金属光泽，导电性、导热性优良，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。塑性较好，正的电阻温度系数。 良好的导电性良好的导电性：在外加电场作用下，金属中的自由：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

5、。电子能够沿外加电场方向定向运动，形成电流。 良好的导热性良好的导热性：自由电子的运动和正离子的振动。：自由电子的运动和正离子的振动。 良好的塑性良好的塑性：金属发生塑变时，原子改变其彼此间：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。的位置，但不会破坏键，能经受变形而不断裂。 正电阻温度系数正电阻温度系数： T，正离子或原子振幅，正离子或原子振幅 加大，阻碍电子的通过，加大，阻碍电子的通过，R。 具有金属光泽：具有金属光泽：自由电子易吸收可见光粒自由电子易吸收可见光粒 子子能量能量跃迁到高能级跃迁到高能级跳回原低能级跳回原低能级 可见光粒子能量释放。可见光粒子

6、能量释放。 二、晶体与非晶体二、晶体与非晶体 晶体：具有规则外形的物质，具有固定的熔点。 非晶体：内部质点呈杂乱无章排列的物质，无固 定的熔点。 三、晶格、晶胞三、晶格、晶胞 1、晶格：、晶格：描述原子在空间中的排列形式的几何空描述原子在空间中的排列形式的几何空 间构架。间构架。 2、晶胞、晶胞：反映晶格特征的最小几何单位。反映晶格特征的最小几何单位。 四、金属晶格的类型四、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、碱金属、-Fe、难熔金属（、难熔金属（V、Nb、 Ta、Cr、M

7、o、W等）等） 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、-Fe、贵金属、贵金属、Ni、Pb、Pd、Pt 等。等。 ar 4 3 ar 4 2 3、密排六方晶格（、密排六方晶格（HCP） 原子个数：原子个数：6个；原子半径：个；原子半径： 致密度：致密度：0.74；配位数：；配位数：12 典型金属：典型金属：Mg、Zn、Be、Cd等。等。 4、致密度和配位数致密度和配位数可表示晶格原子排列的紧可表示晶格原子排列的紧 密程度密程度 致密度和配位数越大，原子排列越紧密。致密度和配位数越大，原子排列越紧密。 ar 2 1 五、晶面指数

8、与晶向指数的求法五、晶面指数与晶向指数的求法 晶面指数求法：晶面指数求法： 建立坐标建立坐标求截距求截距取倒数取倒数化整化整 加（）加（） 晶面指数晶面指数作法：作法： 建坐标建坐标取倒数取倒数求截距求截距连线，画剖面线。连线，画剖面线。 晶向指数的求法：晶向指数的求法： 定原点定原点建坐标建坐标求坐标求坐标化最小整数化最小整数加加 晶向指数的作法：晶向指数的作法： 定原点定原点建坐标建坐标以以hkl中最大数字作为分母，化 为小于或等于1的分数作出终点始、终点连线。 三种晶体结构的密排面和密排方向：三种晶体结构的密排面和密排方向： 体心立方晶格：密排面为110, 密排方向 为, 。 面心立方晶

9、格： 密排面为111, 密排方向 为。 密排六方晶格：密排面为0001, 密排方向 为 纯铁的同素异构转变： 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。 什么叫晶界？什么叫亚晶界？ 单晶体各向异性；多晶体各向同性。 六、晶体缺陷六、晶体缺陷 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： 晶体的外表面； 内界面：晶界、亚晶界、孪晶界、相界等。 按相界上原子间匹配程度好坏，将相界分为按相界上原子间匹配程度好坏，将相界分为共共 格相界格相界、非共格相界非共格相界

10、、半共格相界半共格相界。 晶界的特点是什么？晶界的特点是什么？ 第三章第三章 纯金属的结晶纯金属的结晶 结晶结晶: 物质由液态转变为具有晶体物质由液态转变为具有晶体 结构的固结构的固 相的过程。相的过程。 过冷现象：金属的实际结晶温度过冷现象：金属的实际结晶温度T理论结理论结 晶温度晶温度Tm的现象。的现象。 过冷度：过冷度：T=Tm-T， T0是结晶的必要是结晶的必要 条件。条件。 同一金属，结晶时同一金属，结晶时冷却速度越大冷却速度越大，过冷度过冷度 越大越大，金属的，金属的实际结晶温度越低实际结晶温度越低。 一、金属结晶的条件：一、金属结晶的条件： 能量起伏、成分起伏和结构起伏。能量起伏

11、、成分起伏和结构起伏。 纯金属结晶过程：纯金属结晶过程：形核形核和和晶粒长大晶粒长大。 二、晶核形成方式：二、晶核形成方式：均匀形核和非均匀形均匀形核和非均匀形 核。核。T rk，越，越易形核。易形核。 形核率形核率N：单位时间、单位体积内所形成的晶核：单位时间、单位体积内所形成的晶核 数目。数目。 LS SL cos L，S，LScos 润湿效果很好润湿效果很好。 非均匀形核的临界形核功非均匀形核的临界形核功均匀形核的均匀形核的 临界形核功，易于形核。临界形核功，易于形核。 二、晶体生长二、晶体生长 1.固液界面微观结构有两种类型固液界面微观结构有两种类型：光滑界面光滑界面；粗粗 糙界面糙界

12、面 2.晶粒生长机制：晶粒生长机制：垂直长大垂直长大，横向长大横向长大。 横向长大方式包括：二维晶核台阶生长机制；螺横向长大方式包括：二维晶核台阶生长机制；螺 旋位错长大机制。旋位错长大机制。 三、固液界面前沿温度梯度对纯金属晶体 生长形态的影响 1.正温度梯度正温度梯度 纯金属晶体生长形态纯金属晶体生长形态平面状晶平面状晶 2.负温度梯度负温度梯度 纯金属晶体生长形态树枝晶树枝晶 晶粒细化的作用晶粒细化的作用：晶粒越细，金属材料的晶粒越细，金属材料的 强度、硬度越高，塑性、韧性越好强度、硬度越高，塑性、韧性越好。 细化晶粒的途径细化晶粒的途径：增大过冷度；变质处理； 机械振动、电磁搅拌等。 铸锭三晶区铸锭三晶区：表层细晶区；中间柱状晶区； 中心等轴晶区。 铸锭常见缺陷有缩孔、气孔、夹杂物等。 第四章 合金的相结构与结晶 基本概念：合金、相、组元。 合金的相结构类型：固溶体固溶体；金属化合物金属化合物。 固溶体的分类：按溶质原子在溶剂中的溶解度大小溶质原子在溶剂中的溶解度大小 有限、无限固溶体有限、无限固溶体；按溶质原子在固溶体