2024年材料科学基础知识点总结.doc

金属學与热处理總結

一、金属的晶体构造

重點内容：面心立方、体心立方金属晶体构造的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙個数；晶向指数、晶面指数的標定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。

基本内容：密排六方金属晶体构造的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛次序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特性、晶体中的空间點阵。

晶格类型

fcc(A1)

bcc(A2)

hcp(A3)

间隙类型

正四面体

正八面体

四面体

扁八面体

四面体

正八面体

间隙個数

8

4

12

6

12

6

原子半径rA

间隙半径rB

晶胞：在晶格中选用一种可以完全反应晶格特性的最小的几何單元，用来分析原子排列的规律性，這個最小的几何單元称為晶胞。

金属键：失去外层价電子的正离子与弥漫其间的自由電子的静電作用而結合起来，這种結合方式称為金属键。

位錯：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律錯動的一种特殊构造组态。

位錯的柏氏矢量具有的某些特性：

①用位錯的柏氏矢量可以判断位錯的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起點及回路途径無关；③位錯的柏氏矢量個部分均相似。

刃型位錯的柏氏矢量与位錯线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。

晶界具有的某些特性：

①晶界的能量较高，具有自发長大和使界面平直化，以減少晶界總面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔點较低；③相变時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常温下晶界可以制止位錯的运動，提高材料的强度。

二、纯金属的結晶

重點内容：均匀形核時過冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的措施，铸锭三晶区的形成机制。

基本内容：結晶過程、阻力、動力，過冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；結晶的热力學条件和构造条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。

相起伏：液态金属中，時聚時散，起伏不定，不停变化著的近程规则排列的原子集团。

過冷度：理论結晶温度与实际結晶温度的差称為過冷度。

变质处理：在浇铸前去液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的措施。

過冷度与液态金属結晶的关系：液态金属結晶的過程是形核与晶核的長大過程。從热力學的角度上看，没有過冷度結晶就没有趋動力。根据可知當過冷度為零時临界晶核半径Rk為無穷大，临界形核功（）也為無穷大。临界晶核半径Rk与临界形核功為無穷大時，無法形核，因此液态金属不能結晶。晶体的長大也需要過冷度，因此液态金属結晶需要過冷度。

细化晶粒的措施：增長過冷度、变质处理、振動与搅拌。

铸锭三個晶区的形成机理：表面细晶区：當高温液体倒入铸模後，結晶先從模壁開始，靠近模壁一层的液体产生极大的過冷，加上模壁可以作為非均质形核的基底，因此在此薄层中立即形成大量的晶核，并同步向各個方向生長，形成表面细晶区。柱状晶区：在表面细晶区形成的同步，铸模温度迅速升高，液态金属冷却速度減慢，結晶前沿過冷都很小，不能生成新的晶核。垂直模壁方向散热最快，因而晶体沿相反方向生長成柱状晶。中心等轴晶区：伴随柱状晶的生長，中心部位的液体实际温度分布区域平缓，由于溶质原子的重新分派，在固液界面前沿出現成分過冷，成分過冷区的扩大，促使新的晶核形成長大形成等轴晶。由于液体的流動使表面层细晶一部分卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而進入前沿的液体中作為非自发生核的籽晶。

三、二元合金的相构造与結晶

重點内容：杠杆定律、相律及应用。

基本内容：相、匀晶、共晶、包晶相图的結晶過程及不一样成分合金在室温下的显微组织。合金、成分過冷；非平衡結晶及枝晶偏析的基本概念。

相律：f=c–p+1其中，f為自由度数，c為组元数，p為相数。

伪共晶：在不平衡結晶条件下，成分在共晶點附近的亚共晶或過共晶合金也也許得到所有共晶组织，這种共晶组织称為伪共晶。

合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，經熔炼或烧結、或用其他措施组合而成的具有金属特性的物质。

合金相：在合金中，通過构成元素（组元）原子间的互相作用，形成具有相似晶体构造与性质，并以明确界面分開的成分均一构成部分称為合金相。

四、铁碳合金

重點内容：铁碳合金的結晶過程及室温下的平衡组织，组织构成物及相构成物的计算。

基本内容：铁素体与奥氏体、二次渗碳体与共析渗碳体的异同點、三個恒温转变。

钢的含碳量對平衡组织及性能的影响；二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体相對量的计算；五种渗碳体的来源及形态。

奥氏体与铁素体的异同點：

相似點：都是铁与碳形成的间隙固溶体；强度硬度低，塑性韧性高。

不一样點：铁素体為体心构造，奥氏体面心构造；铁素体最高含碳量為0.0218%，奥氏体最高含碳量為2.11%，铁素体是由奥氏体直接转变或由奥氏体发生共析转变得到，奥氏体是由包晶或由液相直接析出的