安徽工业大学金属学与热处理考试难点

第1章金属的性能金属的使用性能：指金属材料制成零件后为保证其正常工作及一定使用寿命应具备的性能。包括力学性能、物理性能和化学性能。金属的工艺性能：指金属在加工成零件或构件过程中应具备的适应加工的性能。包括冶炼性能、铸造性能、锻压性能、切削加工性能、焊接性能及热处理工艺性能等。强度：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。指标为伸长率δ和断面收缩率ψ。塑性：材料在外力作用下抵抗永久变形和破坏的能力韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。硬度：指材料对局部塑性变形、压痕或划痕的抗力。第2章金属与合金的结构空间点阵：将构成晶体的原子等抽象为几何点，得到一个由无数几何点在三维空间规那么排列而成的阵列-是数学上的抽象。晶格：描述原子或原子团在晶体中排列方式的几何空间格架。晶胞：从晶格中选取出来的一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元。晶体缺陷：实际晶体中原子组合〔原子、分子、离子或原子团〕排列在局部区域的某些不规那么现象。位错：晶体中某处有一列或假设干列原子发生了有规律的错排现象，使长度达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内的原子离开其平衡位置，发生了有规律的错动合金：由≥2种金属元素，或金属/非金属元素，经熔炼/烧结等方法形成的具有金属特性的物质组元：组成合金的最根本的独立的物质。可以是元素，也可以是化合物相：合金中的相指具有同一聚集状态，相同晶体结构，成分根本相同，并有明确界面与其他局部分开的均匀组成局部。合金在固态下相即为合金相。组织：用肉眼或显微镜所观察到的组成相的形状、分布及各相之间的组合状态。固溶体：以合金某一组元为溶剂，在其晶格中溶入其它组元原子〔溶质〕后所形成的一种合金相。仍然保持溶剂的晶体结构。固溶强化：溶质元素产生晶格畸变，使固溶体强度、硬度升高的现象。中间相：当溶质含量超过固溶体的溶解度时，将出现晶体结构和任一组元都不相同的新相，即金属间化合物。由于金属间化合物在二元合金相图中总是处于两个组元或端际固溶体区域之间的中间部位，故又称之为中间相1.金属有哪几种常见的晶体结构？原子排列和晶格常数有什么特点？答：体心立方结构：Cr、V、Mo和α-Fe等30多种纯金属。晶胞特点：8个原子组成立方体，体中心有一个原子，在体对角线上原子相互接触-最密排方向。晶格常数：a=b=c；轴间夹角α=β=γ=90o面心立方结构：Cu、Ni、Al、γ-Fe等约20种纯金属，晶胞特点：8个原子组成立方体，每一面中心有一个原子，在面对角线上原子相互接触-最密排方向。晶格常数：a=b=c；轴间夹角α=β=γ=90o密排六方结构：Mg、Zn、Cd、Be等20多种纯金属晶胞特点：12个原子组成一个简单六方体，上下两个六方面的中心各有一个原子，而且在两个六方面之间还有三个原子，晶格常数：a=b〔六方面的边长〕、c〔上下六方面的距离〕；α=β=90o，γ=120o实际晶体中的晶体结构缺陷有哪些？①点缺陷：三个方向上的尺寸都很小，不越过几个原子间距。空位、间隙原子、置换原子②线缺陷：在两个方向的尺寸很小，而第三个方向上的尺寸很大。刃型位错、螺型位错、混合位错。③面缺陷：一个方向上尺寸很小，其余两个方向上的尺寸那么很大。晶体外外表，各种内界面〔晶界、孪晶界、亚晶界、相界、层错等〕。④体缺陷：三个方向上的尺寸都较大。空洞、固溶体内的偏聚区、夹杂物等。说明晶界有哪些特性？(1)晶界有界面能，晶粒越细晶界越多，能量越高，越不稳定。晶粒有自发长大的趋势。(2)常温下，晶粒越细，金属的强度和硬度越高。细化晶粒是强化金属的重要手段之一。(3)原子在晶界处的扩散速度比在晶粒内快。(4)相变时新相往往首先在母相的晶界上形核。(5)能降低晶界界面能的元素将优先富集于晶界，形成内吸附。(6)晶界容易被优先腐蚀和氧化。第3章纯金属的结晶结构起伏：液态金属从宏观上看是原子作无规那么排列的非晶体，但其中包含着许多类似晶体结构的、时大时小、时长时消的原子有序集团，这种现象称为“结构起伏〞。尺寸越小的结构起伏在液体中出现的几率越大，而且在每一温度下，结构起伏都有一极限尺寸，温度越低，该极限尺寸越大。能量起伏：液体中各微区的能量分布存在差异，而且a处在起伏变化之中。过冷：金属的实际结晶温度低于理论结晶温度〔熔点〕的现象。过冷度：金属的理论结晶温度Tm与实际结晶温度Tn之差。晶粒度：晶粒的大小。通常用晶粒的平均面积或直径表示。晶粒度号越大，晶粒越细。1、何谓细晶强化？如何获得细晶粒组织？细晶强化：细化晶粒不仅能提高材料的强度和硬度，还能提高材料的韧性和塑性。工业上将通过细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。方法：(1)增加结晶时的冷却速度〔2〕变质处理〔3〕振动或电磁搅拌2、试比拟均匀形核与非均匀形核的异同点。相同点：1〕形核的驱动力和阻力相同；2〕临界晶核半径相等；3〕形成临界晶核需要形核功；4〕结构起伏和能量起伏是形核的根底；5〕形核需要一个临界过冷度；6〕形核率在到达极大值之前，随过冷度增大而增加。不同点：与均匀形核相比，非均匀形核的特点：1〕非均匀形核与固体杂质接触，减少了外表自由能的增加；2〕非均匀形核的晶核体积小，形核功小，形核所需结构起伏和能量起伏就小；形核容易，临界过冷度小；3〕非均匀形核时晶核形状和体积由临界晶核半径和接触角共同决定；临界晶核半径相同时，接触角越小，晶核体积越小，形核越容易；4〕非均匀形核的形核率随过冷度增大而增加，当超过极大值后下降一段然后终止；此外，非均匀形核的形核率还与固体杂质的结构和外表形貌有关。第4章二元合金的凝固与相图相图：是说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图示，也称为平衡图或状态图。是合金体系中相的状态与温度、成分间关系的简明图解——恒压下相律：表示材料在平衡条件下，系统的自由度数f与组元数c和平衡相数p之间关系的定律。f=c-p+2晶内偏析：不平衡凝固过程中通常先结晶的固溶体内部含高熔点组元，而后结晶的外部那么富含低熔点组元。这种在晶粒内部出现的成份不均匀现象称为晶内偏析，是微观偏析。枝晶偏析：如果固溶体是以树枝状结晶长大的，那么枝干〔含高熔点组元较多〕与枝间〔含低熔点组元较多〕会出现成份差异，称为枝晶偏析，属于晶内偏析。成分过冷：由于固溶体的选择结晶，在结晶前沿的液相中造成了一个过冷区域，这个过冷区域是因为液相中的成分变化而引起的，所以叫成分过冷共晶转变：由一个液相同时结晶出两种成分不同的固相的转变。伪共晶：在非平衡凝固条件下，成分接近共晶成分的亚共晶或过共晶合金，凝固后组织却可以全部是共晶体，称为伪共晶试给出采用热分析法建立二元合金相图的步骤。将给定两组元配制成一系列不同成分的合金；(2)将它们分别熔化后在缓慢冷却的条件下，分别测出它们的冷却曲线；(3)找出各冷却曲线上的相变临界点〔曲线上的转折点〕；(4)将各临界点注在成分-温度坐标；(5)连接具有相同意义的各临界点，并作出相应的曲线〔上临界点表示结晶开始，其连线构成液相线；下临界点表示结晶结束，其连线构成固相线〕。(6)将各相标注在各相区〔由上述曲线所围成的区间〕中，即得到一张完整的相图。2说明固溶体合金的平衡结晶特点，并给出固溶体的平衡结晶与纯金属的平衡结晶的异同。答：结晶特点(1)异分结晶(2)固溶体合金的结晶需要在一定的温度范围。相同点：根本过程：形核－长大；热力学条件：⊿T>0，存在过冷度；能量条件：能量起伏；结构条件：结构起伏。不同点：合金在一个温度范围内结晶；可能性：相律分析；必要性：成分均匀化；合金结晶是异分结晶：需成分起伏。3、何谓非平衡结晶？固溶体的非平衡结晶有何特点？答：定义：偏离平衡结晶条件的结晶，称为不平衡结晶。结晶过程特点：(1)凝固过程中，液、固两相的成分偏离液、固相线。偏离程度取决于冷却速度，冷却速度越快，偏离程度越大；(2)先结晶的局部总是富含高熔点组元，后结晶的局部富含低熔点组元；(3)非平衡结晶总是导致结晶结束温度低于平衡结晶时的结束温度。4、何谓枝晶偏析？说明产生枝晶偏析的原因及消除方法。答：枝晶偏析：如果固溶体是以树枝状结晶长大的，那么枝干〔含高熔点组元较多〕与枝间〔含低熔点组元较多〕会出现成份差异，称为枝晶偏析，属于晶内偏析。产生原因：(1)冷却速度越大，扩散进行得越不充分，偏析程度越大；(2)相图中液—固相线相距愈远，组元元素原子的迁移能力愈低(扩散系数小)，晶内偏析将愈严重。消除偏析的方法：凝固后重新加热到略低于固相线温度并进行长时间保温，使原子充分扩散，获得成分均匀的固溶体—均匀化退火或称之为扩散退火。5、说明金属铸锭的组织及其形成原因。答：1)细晶区(激冷区)：锭模温度低，传热快，外层金属过冷度大，形核率大；模壁提供非均匀形核核心，增大形核率。厚度不大，晶粒很细。(2)柱状晶区：模壁由于液体金属加热而迅速升温，液态金属的过冷度减小，形核率降低。但此时长大速度受到的影响较小，造成处于优先长大方向〔即一次晶轴方向〕和与散热最快方向的反方向一致的晶核向液体内部快速平行长大，形成柱状晶区。(3)等轴晶区：柱状晶的开展，经过散热，铸锭中心局部的液态金属的温度全部降至熔点以下，再加上液态金属中杂质的作用，满足了形核时的过冷度要求，于是在整个剩余液体中同时形核。由于此时温度差不断降低并趋于均匀化，散热逐渐失去方向性，晶核在液体中可自由生长，在各个方向上的长大速度根本相等，形成等轴晶。6、合金铸锭中常存在哪些缺陷？分析这些缺陷产生的原因。答：(1)缩孔：由于钢液冷却收缩及结晶收缩，最后结晶部位得不到外来钢液补充形成的空洞。(2)疏松：枝晶生长过程中因枝晶间得不到金属液体补充而形成的。(3)气〔泡〕孔：砂型或钢液中形成的气泡未能从钢液中排出，而在铸件内形成的一种空洞。(4)偏析：铸锭中化学成分化学成分不均匀的现象。包括微观偏析和宏观偏析。(5)非金属夹杂，凝固过程中，金属和气体形成化合物残留于锭子内，或者外来杂物及耐火材料冲刷进液体中，这就是非金属夹杂物的来源。第五章铁碳相图铁素体：用符号F或α表示，是碳在α-Fe中的间隙固溶体，呈体心立方晶格。〔铁素体的性能特点是强度低、硬度低、塑性好〕奥氏体：用符号A或γ表示，是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，呈面心立方晶格。〔奥氏体的强度低，硬度不高，易于塑性变形〕渗碳体〔Fe3C相〕：是铁Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物，用Cm表示。〔渗碳体的机械性能特点是硬而脆〕珠光体：铁素体与渗碳体的共析混合物，是奥氏体共析反响的产物，用符号P表示莱氏体：奥氏体与渗碳体的共晶混合物，是共晶反响的产物，用符号Ld表示变态莱氏体：珠光体、二次渗碳体和渗碳体组成的混合物，用符号Ld’表示Fe-Fe3C相图〔1538、1495、1394、1227、1148、912、727；0.09、0.17、0.0218、0.77、2.11、4.3、6.69〕1、铁碳合金的分类、成分范围及室温组织种类工业纯铁亚共析钢共析钢过共析钢亚共晶白口铸铁共晶白口铸铁过共晶白口铸铁C含量〔%〕<0.02180.0218~0.770.770.77~2.112.11~4.34.34.3~6.69组织FF+PPP+Fe3CiiP+Fe3Cii+Ld’Ld’Fe3Ci+Ld’2分析含碳量分别为0.4%、1.2%、3.5%的铁碳合金结晶过程？3、钢中常存的杂质元素硫或磷对钢的性能有何影响及产生原因？硫，热脆，原因：硫不溶于铁，它能与铁形成熔点为1190℃的FeS，FeS又与γ-Fe形成熔点更低的共晶体，共晶体一般分布于晶界，当钢材进行锻造时，由于晶界处FeS塑性不好而使钢的脆性增加；而当钢在1000~1200℃压力加工时，由于FeS-Fe共晶已经熔化，会使钢沿着奥氏体晶界开裂而脆，称为“热脆〞磷，冷脆，磷具有严重偏析倾向，磷的存在还使钢的焊接性能变差第十章钢的热处理原理与工艺热处理：在生产中，通过加热、保温和冷却，使钢发生固态相变，借此改变其内部组织结构，从而到达改善力学性能的目的的操作被称为热处理起始晶粒度：在奥氏体化过程中，奥氏体的转变刚刚完成时，奥氏体晶粒的大小称为起始晶粒度实际晶粒度：在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小称为实际晶粒度本质晶粒度：用以说明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为本质晶粒度过冷奥氏体：把在临界点以下暂时存在的奥氏体称为过冷奥氏体马氏体：是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。贝氏体：共析成分的奥氏体在“鼻子〞温度至Ms点范围内等温停留时，将发生贝氏体转变，形成铁素体和碳化物两相组成的非层片状组织——贝氏体回火脆性：淬火钢回火时的冲击韧性并不总是随回火温度的升高而简单增加，有些钢在250~400℃和450~650℃的范围内回火时，其冲击韧性比在较低温度回火时还显著下降，这种脆化现象称为回火脆性退火：是将钢加热到临界点以上或以下的某一温度，保温一定时间后，随炉冷却的一种热处理工艺正火：将工件加热到AC3或ACm以上30~50℃温度，保温一定时间，然后从炉子中取出放在空气中冷却的一种热处理工艺淬火：将钢加热到AC3或AC1以上的某一温度，保温一定时间，然后取出进行水冷或油冷获得马氏体的热处理工艺回火：就是讲淬火钢加热到低于临界点A1的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的一种热处理工艺比拟共析钢过冷奥氏体等温转变曲线和连续转变曲线的异同〔如图〕说明片状珠光体组织的分类，形貌特征及其性能特点？按片间距，片状珠光体分为3类：①珠光体，P〔A1~650℃之间形成的片层较粗〕；②索氏体，S〔600~650℃之间形成的片层较细的珠光体〕；③屈氏体，T〔550~600℃之间形成的片层极细的珠光体〕性能特点：片状珠光体的性能主要取决于珠光体的片层间距。间距越小，强度和硬度越高说明贝氏体组织的分类，形貌特征及其性能特点？根据转变温度不同，贝氏体分为①上贝氏体〔大约在“鼻子〞温度至350℃之间，光学显微镜下，上贝氏体组织形态呈羽毛状，电子显微镜研究说明，上贝氏体是由许多平行排列的铁素体条以及条之间不连续的短杆状渗碳体所组成〕；②下贝氏体〔大约在350℃至Ms之间形成，光学显微镜下，下贝氏体类似马氏体那样呈针状，但颜色暗黑，在电子显微镜下，下贝氏体的针片状铁素体内成行的分布着细微的ε碳化物〕性能特点：贝氏体的力学性能主要取决于其组织形态。上贝氏体的硬度可达HRC45左右，但塑性较差，脆性较大。下贝氏体不仅有高的强度、硬度，同时具有良好的塑性和韧性的综合力学性能4、马氏体主要两种形态：①板条马氏体〔光学显微镜下，显微组织是由成群的板条组成，板条马氏体是由束、块和板条等组织单元构成，板条是最根本的组织单元〕；②片状马氏体〔光学显微镜下，呈针状或竹叶状〕转变类型珠光体贝氏体马氏体转变温度高温(Ar1~550℃)中温(BS~MS)低温(<MS)扩散性Fe、C、Me扩散C扩散;Fe、Me不扩散C、Fe、Me不扩散组成相两相组织α+Fe3C两相组织α+FexC单相C过饱和α共格性无共格性共格性共格性性能特点：马氏体最主要的性能特点是高硬度、高强度，它的硬度随含碳量增加而升高；马氏体的塑性和韧性主要取决于它的亚结构；马氏体形成时因其比体积的增大，将会导致淬火零件的体积膨胀产生较大的内应力；马氏体具有铁磁性；马氏体电阻率随含碳量下降而下降5、共析钢珠光体、贝氏体、马氏体转变特点比拟6、钢的淬透性：指钢在淬火时获得马氏体的能力。决定因素：淬透性是钢本身的固有属性，钢材的合理使用及热处理工艺的制定都淬透性密切相关。钢的淬硬性：指淬火后马氏体多能到达的最高硬度。决定因素：钢的含碳量7、以共析钢为例说明奥氏体的形成过程：奥氏体的形成遵循相变过程的普遍规律，即包括形核和长大两个根本过程，分为4阶段：①奥氏体形核；②奥氏体晶核长大；③剩余渗碳体的溶解；④奥氏体均匀化8、以共析钢为例说明淬火钢的回火转变过程：①马氏体中碳的偏聚〔20~100℃〕；②马氏体的分解〔100~250℃〕；③剩余奥氏体的转变〔200~300℃〕；④碳化物的转变〔250~400℃〕；⑤渗碳体的聚集长大和α相的再结晶〔400℃以上〕9、加热温度范围：正火：AC3或ACm以上30~50℃；淬火：①亚共析钢：AC3以上30~50℃；②过共析钢：QUOTE以上30~50℃；回火：①低温回火：150~250℃〔获得回火马氏体组织，使钢具有高的硬度、强度和耐磨性〕；②中温回火：350~500℃〔回火后的组织为回火屈氏体；性能：具有高的弹性极限〕；③高温回火：500~650℃〔得到回火索氏体组织；使工件的强度、塑性、韧性有较好的配合，即具有较高的综合力学性能〕10、淬火以得到细而均匀的奥氏体晶粒为原那么，以便得到冷却后获得细小的马氏体组织亚共析钢淬火温度在AC3以上30~50℃的原因：亚共析钢假设在AC1~AC3之间加热，淬火组织中会保存因不完全奥氏体化加热而存在的铁素体，使工件淬火后硬度不均匀，硬度和强度降低。过共析钢淬火温度在AC1以上30~50℃的原因：过共性刚假设在ACm以上加热，先共析渗碳体将全部溶入奥氏体，使奥氏体的含碳量增加，Ms和Mf点降低，淬火后不仅保存大量的剩余奥氏体，而且获得的马氏体粗大，因而耐磨性较差，韧性降低。11、渗碳方法：①气体渗碳〔加热到900~950℃〕；②液体渗碳；③固体渗碳12、感应加热外表淬火，就是利用“集肤效应〞的原理来加热零件的。根据电流频率不同分为：高频〔200~300kHz〕，中频〔2.5~8kHz〕，工频〔50Hz〕加热三种十一章工业用钢合金元素：是指为改变钢的某些性能而特别添加的元素奥氏体稳定化元素：亦称扩大γ区元素，扩大奥氏体区域的元素参加钢中后使QUOTE和温度降低，使S点、E点向左下方移动，在较宽的成分范围内促使奥氏体形成铁素体稳定化元素：这类元素参加钢中后，使A4点下降、A3点上升，使S点、E点向左上方移动，即有封闭奥氏体区和缩小奥氏体区的作用回火稳定性：在钢中参加一定合金元素后，淬火钢在回火时将使回火转变的几个阶段推迟或推向高温，使回火组织稳定性增加的现象韧脆转化温度：在冲击试验时，当试验温度低于某一温度时，金属材料将由韧性状态转变为脆性状态，冲击功明显下降，此温度称为韧脆转化温度晶间腐蚀：不锈钢在腐蚀介质工作时，产生的晶界腐蚀现象蠕变：就是金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象调质钢：淬火+高温回火后使用的优质碳素钢和合金结构钢统称为调质钢析出强化：钢中参加一些特殊合金元素后，将在一定条件下析出一些细小、弥散分布的合金碳化物，使金属的强度、硬度升高的现象1、钢的分类：=1\*GB2⑴按化学成分：①碳素钢：低碳钢〔<=0.25%〕、中碳钢〔~0.60%〕、高碳钢〔>0.06%〕；②合金钢：低〔<5%〕、中〔~10%〕、高〔>10%〕;=2\*GB2⑵按冶金质量〔钢中有害杂质的S、P的多数〕：①普通钢〔S%<=0.055%，P%<=0.045%〕、②优质钢〔S、P<=0.040%〕、③高级优质钢〔S%<=0.030%，P%<=0.035%〕；=3\*GB2⑶按用途：结构钢、工具钢、特殊钢；=4\*GB2⑷按金相组织分类：①按退火组织分类：亚共