哈工大-金属学与热处理习题及参考解

1、金属学和热处理概要一、金属的晶体结构核心内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的分布数、密度、原子半径、八面体、四面体间距数；晶体指数、晶体指数校准；伯纳德矢量特性，晶界特性。基本内容：致密六边形金属晶体结构的配位数、诱导密度、原子半径、稠密配位中原子的堆叠顺序、立方、晶格、金属键的概念。晶体的特征，晶体的空间晶格。格点类型晶体细胞中的原子数原子半径位数施加密度体心立方体28是68%面心立方41274%六字密行61274%格点类型Fcc(A1)Bcc(A2)Hcp(A3)间隙类型正四面体正八面体四面体平面八面体四面体正八面体间隔数84126126原子半径rA间隙半径rB单位单元：在晶格内选择完全

2、反映晶格特性的最小几何单元，用于分析原子阵列的规律性。这个最小的几何体单位称为单位单元。金属键：外部原子失去电子的正离子和扩散在其间的自由电子的静电作用相结合，称为金属键。电位：晶体中原子的排列在一定范围内产生规则故障的特殊结构配置。电势的泊松矢量具有一些特性。可以用电位的泊松矢量判断电位的类型。伯纳德向量的守恒性，即伯纳德向量与循环开始和循环路径无关。电位的泊松矢量部分相同。叶片电位的泊松矢量垂直于电位线。螺旋平行；混合是任意角度。晶界具有的一些特性：晶界的能量高，自发生长，倾向于将晶界直线化，减少晶界的总面积。在晶界，原子的扩散速度高于晶体，熔点低于晶体。相变时新的地位优先于晶界核的形成。

3、晶界中容易发生杂质或溶质原子的富集或分离。晶界容易腐蚀和氧化。室温下，晶界可以阻止电位的运动，提高材料的强度。二、纯金属的结晶核心内容：均匀核过冷和临界核半径，临界核工作之间的关系；晶粒细化的方法，铸锭3结晶区的形成机制。基本内容：结晶过程、电阻、动力、过冷、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，不均匀核的临界核半径，临界核作用。相变：在液态金属中，按时间分散、起伏、不断变化的服务规则排列的原子组。过冷：理论结晶温度和实际结晶温度之间的差异称为过冷。变质处理：用液态金属在铸造中添加核剂，形成大量不均匀核，使粒子变细的方法。过冷与液态金属结晶的关系：液态金属结晶过程是原子核和原

4、子核的生长过程。从热力学的角度来看，没有过冷晶体，就没有推力。极限为0时，临界核半径Rk为无穷大，临界核功率也为无穷大。当临界核半径Rk和临界核工作无限时，不能制造核，因此液体金属不能结晶。晶体的生长也需要过冷却，因此液体金属晶体需要过冷却。精制模具的方法：过冷增加，变质处理，振动和搅拌。铸锭三结晶区的形成机制：表面微晶区：高温液体倒入模具中，结晶首先从模具壁开始，在模具壁一层附近的液体中产生巨大的过冷，并且模具壁可以用作异质核的基础，因此在这个薄层中立即形成大量晶核，同时向各个方向生长，形成表面微晶区。柱状晶区：在形成表面微晶区的过程中，如果模具温度迅速上升，液体金属冷却速度将减慢，晶体前沿

5、冷却较小，无法产生新的晶芯。在垂直模具壁方向上，热最快，因此晶体在相反的方向上生长成圆周晶体。中心等轴晶体区域：随着柱状晶的生长，中心部分的液体实际温度分布区域变平，溶质原子的再分配导致固体-液体界面前端出现成分和冷却，成分和冷却区域扩大，形成新的晶核，形成等轴。由于液体的流动，表面层微晶的一部分被卷入液体中，或柱状晶的树突被冲洗出来，进入前端的液体起了核的晶种作用，而不是磁发生。三、二元合金的相结构和结晶核心内容：杠杆定律、相定律及应用。基本内容：室温下相、均匀、共晶、包晶相图的结晶过程和其他成分合金的微观结构。合金，过冷成分；非平衡结晶和枝晶分离的基本概念。拓朴规则：f=c-p 1其中f是

6、自由度，c是群组元素的数目，p是相数。伪共晶：在非均匀结晶条件下，共晶点附近的共晶或超共晶合金也可以得到所有称为伪共晶的组织。合金：具有两种或多种金属或金属与非金属、冶炼或烧结或其他方法组合而成的金属特性的物质。合金相：合金中组件(组元素)原子之间的相互作用，形成相同的晶体结构和特性，通过明确的界面分隔的部分成分称为合金相。四、铁碳合金核心内容：铁碳合金的结晶过程和室温下平衡组织、组织成分和相成分的计算。基本内容：铁氧体和奥氏体、二次渗碳体和共晶渗碳体的异同、三种温度调节变形。钢的碳含量对平衡组织和性能的影响；二次塞门紧，三次塞门紧，共晶塞门紧相对体积计算；五种渗碳体的起源和形态。奥氏体和铁素

7、体的异同：相同点：铁和碳形成的间隙固溶体。强度硬度低，塑性韧性高。不同点：铁氧体的中心结构，奥氏体表面中心结构；铁氧体的最大碳含量为0.0218%，奥氏体的最大碳含量为2.11%，佩顿由奥氏体直接转化或奥氏体的共晶变异，奥氏体由奥氏体或液相直接析出。存在的温度间隔不同。二次塞门紧与共晶塞门紧的异同。相同点：都具有相同的渗碳体、成分、结构、特性。另一点：如果来源不同，第二次渗碳体在奥氏体中析出，共晶渗碳体为共晶变异；不同形态的二次渗碳体网状，联合分析渗碳体片状；由于对性能的影响不同，因此薄片的加强矩阵提高了强度，网格降低了强度。成分、组织和机械性能的关系：共晶钢。对于共晶钢，室温下平衡组织为f

8、p，f强度低，塑性和韧性好，p强度比f高，塑性和韧性差。随着碳含量的增加，f量减少，p量增加(组织成分的相对数量可以通过杠杆定律计算)。因此，在理工科钢中，碳含量增加时，强度硬度提高，塑性，韧性降低五、三元合金相图主要内容：固体状态下不溶解的三元共晶相图投影图的不同区域，线的结晶过程，室温组织。基本内容：构造固体状态下不溶解的三元共晶相图的任意点，并计算相对量。三元合金相图组成表示；直线定律、杠杆定律、重心定律。六、金属和合金的塑性变形和断裂核心内容：身体中心和面部中心结构的滑移系统；变形后金属的组织和性能。基本内容：固溶体强化机制和强化规律，第二相强化机制。大厅奇数关系；单晶塑性变形方法，滑

9、动的本质。塑性变形方法：滑动和双胞胎占主导地位。滑动：晶体的一部分沿着特定的晶面和晶体相对于其他部分滑动。滑移的本质是位错的移动。体心结构的滑动系统数为12，滑动面：110，方向111。面心结构的滑动系统数为12，滑动面：111，方向110。金属塑性变形后的组织和特性：纤维组织出现在微结构上，杂质在变形方向上拉长或粉碎成链状，光学显微镜无法分辨晶粒和杂质。子结构被细化，出现变形组织。性质：材料的强度、硬度增加、可塑性、韧性减少；提高电阻率会降低导电系数和电阻温度系数，减少防腐能力等。七、金属和合金的修复和再结晶主要内容：金属热加工的作用；变形金属加热时组织的变化，性能的变化，储存能量的变化。基

10、本内容：还原、重新连接概念，变形金属加热时储存能量的变化。再结晶后的粒度；影响再决定的主要因素的特性变化。变形金属加热时组织的变化，特性的变化：温度升高，金属的硬度和强度减少，塑性和韧性增加。电阻率持续下降，密度增大。金属的防腐能力提高，内部应力降低。再结晶：冷变形后将金属加热到一定温度后，在原来的变形组织中重新生成了没有扭曲的新模具，性能也发生了显着变化，恢复到完全软化状态，这称为再结晶。热加工的主要作用(或目的)是将钢加工成需要的各种形状，如棒材、板材、线材等。能明显改善铸锭的组织缺陷，如气泡焊接、收缩压缩、金属材料密度增加等；使粗柱状晶变细，合金钢中的大块状碳化物超晶破碎均匀分布。减少或

11、去除成分分离、均匀化学成分等。显着提高材料性能。影响再结晶的主要因素：再结晶退火温度：退火温度越高(绝缘时间常数)，再结晶后的晶粒大小越大。冷变形量：一般冷变形量越大，再结晶完成温度越低，变形到一定程度后，再结晶完成温度趋于稳定。原始粒子大小：原始粒子越细，再结晶粒子越薄。微量溶质和杂质原子，一般都有晶粒细化作用。第二相粒子、厚第二相粒子对再结晶有利，分散分布的小第二相粒子对再结晶不利。变形温度、变形温度越高，再结晶温度越高，晶粒粗糙度越高；加热速度，加热速度太快或太慢会提高再结晶温度。塑性变形后的金属随着加热温度的增加，会发生一些变化：微结构经过恢复、再结晶、结晶生长的三个阶段，或在纤维组织

12、中转化为等轴晶，亚晶大小增加。储存可以减少，内部应力可以松弛或移除。减少各种结构缺陷；强度、硬度减少、塑料、韧性提高；电阻减少，应力腐蚀倾向明显减少。八、扩散主要内容：影响扩散的因素；扩散第一定律表达。基本内容：扩散活化能，扩散推进力。柯肯达尔效应，扩散的第二定律表达。kurkendal效应：由于相对扩散速度，取代互溶原子引起标记移动的不平衡扩散现象称为kurkendal效应。影响扩散的因素：温度：温度越高，扩散速度越大。晶体结构：面心结构的扩散系数大于面心结构的扩散系数。固溶体类型：间隙原子的扩散速度大于取代原子的扩散速度。晶体缺陷：晶体缺陷越多，原子的扩散速度就越快。化学成分：有些元素能提

13、高原子的扩散速度，有些元素能减慢扩散速度。扩散第一定律：扩散第一定律表达：其中j是扩散流。d是扩散系数。浓度梯度。扩散的动力是化学位置梯度，阻力是扩散活化能Ix、钢铁热处理原理核心内容：冷却时变形产品(p，b，m)的特性、性能特性、热处理的概念。基本内容：等温、连续C曲线。奥氏体化的四个过程；碳钢回火变形产品性能特性。热处理：将钢在固态下加热到预定温度，在该温度下保持一段时间，然后以一定速度冷却，以达到所需组织结构和性能的热处理工艺。变形产品(p，b，m)的特性，性能特性：片状p体，板材间距越小，强度、塑性、韧性、粒状p体，Fe3C粒子越小，分布越均匀，合金的强度越高。第二阶段的数量越多，塑料

14、的风险就越大。与颗粒相比，片状强度高，塑性，韧性差。上贝氏体为羽状，下结构为位错，韧性差异；下贝氏体黑色针状或竹叶状，电位，电位密度高于上贝氏体的综合力学性能；低碳马氏体为板状，子结构为位错，合成力学特性好。高碳马氏体为片状，子结构为孪晶，强度高，塑性和韧性差。等温，连续C曲线。10、钢铁热处理工艺主要内容：退火、标准化目的和工艺方法；调质的目的和工艺方法。基本内容：淬火、硬化、热应力、组织应力、回火脆性、回火稳定性、过冷奥氏体的概念。淬火加热缺陷及预防措施。热应力：由于工件加热(或冷却)时不同部分的温度差异，热膨胀(或冷收缩)不匹配而产生的应力称为热应力。组织应力：工件不同部分中组织变异不同

15、而产生的内部应力。淬透性：表征钢淬火时获得马氏体的能力的特性。硬：表示可浸入马氏体的硬度。回火稳定性：回火时硬化钢对软化过程的阻力。回火脆性：在钢的特定温度范围内回火会大大减少冲击韧性，这种脆性称为钢的回火脆性。过冷奥氏体：处于临界温度以下不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。退火的目的：均匀钢的化学成分和组织；晶粒细化；调整硬度，提高钢的成型和切削性能。消除内部应力和加工硬化；淬火的组织准备。标准化目的：提高钢的切削性能。精制模具以消除热加工缺陷。共晶钢网状碳化物去除，便于球化退火；改善一般结构零件的机械性质。11、工业用钢主要内容：材料强化方法；钢的分类和编号。基本内容：钢中常用合金元素的主要

16、作用。材料强化方法、钢的化学成分、金相热处理工艺及机械性能之间的关系。合金钢：基于铁的合金是合金钢，通过在碳钢基础上有意添加一个或多个合金元素，提高性能和工艺性能。金属学和热处理实践及参考解决方案一、讨论了四种加强机制、加强规则和加强方法。1、加强变形变形强化：随着变形程度的增加，材料的强度、硬度、塑料、韧性下降的现象称为变形强化或加工硬化。机制：随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，如果位置误差在运动时相互挤压加剧，结果将产生固定切割顺序、位错纠缠等障碍，导致位错运动的阻力增大，变形阻力增大，导致塑性变形继续困难，从而提高金属的强度。定律：变形程度的增加，材料的强度、硬度的增加，塑性、韧性的

17、减少，电位密度的增加， = BG 1/2公式表明，强度与电位密度()的二分之一平方成正比，电位的泊松矢量(b)越大，强化效果越强。方法：冷变形(挤压、滚动、快照皮宁等)。加强变形的实际重要性(优缺点):加强变形是加强金属的有效方法，对于一些未通过热处理加强的材料，通过加强变形可以提高材料的强度，强度可以增加两倍；是部分工件或半成品加工成型的重要因素，使金属均匀变形，使工件或半成品成型，如冷轧钢丝、零件冲压等。加强变形还可以提高零件或零部件使用过程中的安全性，当零件的特定部分发生应力集中或过载时，在该位置发生塑料变形，加工硬化中断了过载部分的变形，从而提高了安全性。相反，加强变形会给材料的制作和使用带来麻烦，要通过变形提高强度，降低塑性，继续变形有困难，中间进行再结晶退火，以增加生产成本。2、溶液强化随着溶质原子含量的增加，固溶体的强度硬度增加