金属学与热处理总结 - 图文(3)

工业纯铁(<0.0218％C)室温组织：α

亚共析钢（0.0218％～0.77％C）室温组织： P＋α； 共析钢：0.77％C；室温组织：P

过共析钢：0.77％～2.11％C室温组织：P＋ Fe3CⅡ

??Fe3C??P 亚共晶白口铁：2.11％～4.30％C；室温组织：Ld? 共晶白口铁：4.30％C；室温组织：Ld过共晶白口铁：4.30％～6.69％C。室温组织： 四、晶面指数与晶向指数

1）、标出图①、图②中晶面的晶面指数及图③中所示晶向(AB，OC)的晶向指数。 Z Z Z C

Y Y A O B Y X X X ①②③

①：110②：（012）

AB：110 OC：[101]

2）、标出图①、图②中晶面的晶面指数及图③中所示晶向(AC，OB )的晶向指数。 Z Z C Z

Y Y A O Y X X X B ①②③

①：012②：（112）

AC：101 OB：[120] 3）、画出下列指数的晶向或晶面

（111）110（0 21） [1 1 0] 001

Z Z Z （021） Y Y Y

11 ????????????

X （111）（110） X X [110] [001] 五、固态下互不溶解的三元共晶相图的投影图如图所示。 1. 说出图中各点（M、N、P、E）室温下的显微组织。

M：B＋（B＋C）＋（A＋B＋C）； N：（A＋B）＋（A＋B＋C）； P：C＋（A＋B＋C）； E：（A＋B＋C）。

2. 求出E点合金室温下组织组成物的相对量和相组成物的相对量。 E点合金室温下组织组成物的相对量（A＋B＋C）为100% 相组成物的相对量为： WA=Ea/Aa×100% WB=Eb/Bb×100%

WC=Ec/Cc×100%

A E1 c B% B

· N A% E··M C% b K E2 E3·P a

C 3. 分析M点合金的结晶过程。

先从液相中结晶出B组元，当液相成分为K时，发生二元共晶转变，转变产物为（B＋C），当液相成分为E时，发生三元共晶转变，转变产物为（A＋B＋C）。室温下的显微组织为：B＋（B＋C）＋（A＋B＋C）。 六、固态下互不溶解的三元共晶相图的投影图如图所示。

A e1 B% B

A% E ·

e3 e2 C% C

1. 确定出E点合金A、B、C三个组元的化学成分。 2. 计算E点合金组织组成物的相对量 3. 计算E点合金相组成物的相对量

4. E点合金的化学成分与相组成物相对量之间有什么关系？为什么？

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A b D e1 B% B

A% E · c F H e3 a e2 C% C 1、 A、B、C三个组元的化学成分为：A=Ca% ，B=Ab% ，C=Bc% 2、E点合金组织组成物的相对量为：W(A＋B＋C)=100% 3、E点合金相组成物的相对量为：WA?EH?100%，W?EF?100%，

BAHBFWC?ED?100%

CD4、E点合金的化学成分与相组成物相对量是相等的，即：Ca=EH/AH，Ab=EF/BF，

Bc=ED/CD。因为三个组元在固态下互不溶解，都已纯金属的形成存在，所以三个相（A、B、C）的相对量就应该等于其各自的化学成分。

七、锻造或轧制的作用是什么？为什么锻造或轧制的温度选择在高温的奥氏体区？

锻造或轧制的作用是：把材料加工成形，通过锻造或轧制使铸锭中的组织缺陷得到明显的改善，如气泡焊合，缩松压实，使金属材料的致密度增加；粗大的柱状晶变细；合金钢中大块状碳化物初晶打碎并较均匀分布；使成分均匀，使材料的性能得到明显的改善。

奥氏体稳定存在是在高温区，温度升高材料的强度、硬度下降，塑性韧性升高，有利于变形；奥氏体为面心结构，塑性比其它结构好，塑性好，有利于变形；奥氏体为单相组织，单相组织的强度低，塑性韧性好，有利于变形；变形为材料的硬化过程，变形金属高温下发生回复与再结晶，消除加工硬化，即为动态回复再结晶，适合大变形量的变形。

八、什么是柯肯达尔效应？如何解释柯肯达尔效应？

由置换互溶原子因相对扩散速度不同而引起标记移动的不均衡扩散现象称为柯肯达尔效应。 Cu Ni

分析表明Ni向左侧扩散过来的原子数目大于Cu向右侧扩散过来的原子数目，且Ni的原子半径大于Cu的原子半径。过剩的Ni的原子使左侧的点阵膨胀，而右边原子减少的地方将发生点阵收缩，其结果必然导致界面向右侧漂移。 九、影响扩散的因素有哪些？

①温度：温度越高，扩散速度越大；

② 晶体结构：体心结构的扩散系数大于面心结构的扩散系数；

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③ 固溶体类型：间隙原子的扩散速度大于置换原子的扩散速度； ④ 晶体缺陷：晶体缺陷越多，原子的扩散速度越快；

⑤ 化学成分：有些元素可以加快原子的扩散速度，有些可以减慢扩散速度。 十、写出扩散第一定律的数学表达式，说出各符号的意义。 扩散第一定律表达式：J??DdC dx其中，J为扩散流量；D为扩散系数；

dC为浓度梯度。 dx扩散的驱动力为化学位梯度，阻力为扩散激活能

十一、写出扩散系数的数学表达式，说出各符号的意义及影响因素。 扩散系数D可用下式表示：

D?D0exp??QRT?

式中，D0为扩散常数，Q为扩散激活能，R为气体常数，T为热力学温度。由式上式可以看出，扩散系数D与温度呈指数关系，温度升高，扩散系数急剧增大。 十二、固态金属扩散的条件是什么？

①温度要足够高，温度越高原子热振动越激烈原子被激活而进行迁移的几率越大；②时间要足够长，只有经过相当长的时间才能造成物质的宏观迁移；③扩散原子要固溶，扩散原子能够溶入基体晶格形成固溶体才能进行固态扩散；④扩散要有驱动力，没有动力扩散无法进行，扩散的驱动力为化学位梯度。 十三、为什么晶体的滑移通常在密排晶面并沿密排晶向进行？

晶体滑移的实质是位错在滑移面上运动的结果，位错运动的点阵阻力为：?P?N??2?d?2G，位错exp???1????1???b?运动的点阵阻力越小，位错运动越容易，从公式中可以看出，ｄ值越大、ｂ值越小，位错运动的点阵阻力越小。ｄ为晶面间距，密排面的晶面间距最大；ｂ为柏氏矢量，密排方向的柏氏矢量最小。所以，晶体的滑移通常在密排晶面并沿密排晶向进行。 十四、晶界具有哪些特性？

①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 十五、简述位错与塑性、强度之间的关系。

位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。

晶体塑性变形的方式有滑移和孪晶，多数都以滑移方式进行。滑移的本质就是位错在滑移面上的运动，大量位错滑移的结果造成了晶体的宏观塑性变形。

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位错滑移的结果造成了晶体的宏观塑性变形，使材料发生屈服，位错越容易滑移，强度越低，因此增加位错移动的阻力，可以提高材料的强度。溶质原子造成晶格畸变还可以与位错相互作用形成柯氏气团，都增加位错移动的摩擦阻力，使强度提高。晶界、相界可以阻止位错的滑移，提高材料的强度。所以细化晶粒、第二相弥散分布可以提高强度。

十六、论述钢的渗碳通常在奥氏体区（930～950℃）进行，而且时间较长的原因。

虽然碳原子在α-Fe比γ-Fe中扩散系数大（１分），但钢的渗碳通常在奥氏体区进行，因为可以获得较大的渗层深度。因为：①根据，D?D0exp???Q??，温度（T）越高，扩散系数（D）越大，扩散速度越快，温度越高原子RT??热振动越激烈，原子被激活而进行迁移的几率越大，扩散速度越快；②温度高，奥氏体的溶碳能力大，1148℃时最大值可达2.11%，远比铁素体(727℃，0.0218%)大，③钢表面碳浓度高，浓度梯度大，扩散速度越快；④时间要足够长，只有经过相当长的时间才能造成碳原子的宏观迁移； 十七、与滑移相比孪晶有什么特点？

①孪晶是一部分晶体沿孪晶面对另一部分晶体做切变，切变时原子移动的距离不是孪晶方向原子间距的整数倍；②孪晶面两边晶体的位相不同，成镜面对称；③由于孪晶改变了晶体的取向，因此孪经晶抛光后仍能重现；④孪晶是一种均匀的切变。

十八、影响再结晶的主要因素有哪些？

①再结晶退火温度：退火温度越高（保温时间一定时），再结晶后的晶粒越粗大；②冷变形量：一般冷变形量越大，完成再结晶的温度越低，变形量达到一定程度后，完成再结晶的温度趋于恒定；③原始晶粒尺寸：原始晶粒越细，再结晶晶粒也越细；④微量溶质与杂质原子，一般均起细化晶粒的作用；⑤第二相粒子，粗大的第二相粒子有利于再结晶，弥散分布的细小的第二相粒子不利于再结晶；⑥形变温度，形变温度越高，再结晶温度越高，晶粒粗化；⑦加热速度，加热速度过快或过慢，都可能使再结晶温度升高。 十九、论述间隙原子、置换原子、位错、晶界对材料力学性能的影响。

间隙原子、置换原子与位错相互作用形成柯氏气团，柯氏气团增加位错移动的阻力；溶质原子造成晶格畸变，增加位错移动的摩擦阻力，使强度提高，这就是固溶强化的机理。晶界越多，晶粒越细，根据霍尔—配奇关系式σs=σ0＋Kd-1/2晶粒的平均直径d越小，材料的屈服强度σs越高。晶粒越细小，晶粒内部和晶界附近的应变度差越小变形越均匀，因应力集中引起的开裂的机会也越小，塑性越好。晶粒越细小，应力集中越小，不易产生裂纹，晶界越多，易使裂纹扩展方向发生变化，裂纹不易传播，所以韧性就好。

位错密度越高，则位错运动时越易发生相互交割，形成割阶，造成位错缠结等位错运动的障碍，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。根据公式?σ=abGρ

1/2

，位错密度（ρ）越大，强化效果越显著。

二十、什么是再结晶温度？影响再结晶温度的因素有哪些？

再结晶温度：经过严重冷变形(变形度在70％以上)的金属，在约1小时的保温时间内能够完成再结晶(>95％转

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