金屬學(xué)總復(fù)習(xí)

1、金屬學(xué)總復(fù)習(xí)金屬學(xué)總復(fù)習(xí) 第一章第一章 金屬材料的性能金屬材料的性能 一、金屬材料常用力學(xué)性能指標(biāo)：一、金屬材料常用力學(xué)性能指標(biāo)： 強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度和抗疲勞性能。強(qiáng)度、塑性、韌性、硬度和抗疲勞性能。 1.強(qiáng)度的定義：強(qiáng)度的定義：金屬在靜載荷作用下，抵抗塑性金屬在靜載荷作用下，抵抗塑性 變形或斷裂變形或斷裂 的能力。的能力。 強(qiáng)度包括強(qiáng)度包括抗拉強(qiáng)度（）、屈服強(qiáng)度（）抗拉強(qiáng)度（）、屈服強(qiáng)度（） 2.塑性：塑性：金屬材料產(chǎn)生永久變形而不被破壞的金屬材料產(chǎn)生永久變形而不被破壞的 能力。能力。 塑性指標(biāo)：塑性指標(biāo)：伸長率（伸長率（）和斷面收縮率（）和斷面收縮率（ ）。）。 b s 伸長率和斷面收

2、縮率的計(jì)算：伸長率和斷面收縮率的計(jì)算： a、伸長率的計(jì)算：、伸長率的計(jì)算： b、斷面收縮率的計(jì)算：、斷面收縮率的計(jì)算： l1-l0 l0 100%= S0-S1 S0 =100% 3.硬度：金屬材料抵抗局部變形的能力。硬度：金屬材料抵抗局部變形的能力。 常用硬度種類：布氏硬度（常用硬度種類：布氏硬度（HB）、洛氏硬度）、洛氏硬度(HRA、HRB、 HRC)和維氏硬度和維氏硬度(HV)。 應(yīng)用：應(yīng)用： 布氏硬度主要用于測(cè)量較軟的材料，如有色金屬、灰口鑄布氏硬度主要用于測(cè)量較軟的材料，如有色金屬、灰口鑄 鐵。鐵。 洛氏硬度主要用于硬質(zhì)合金、淬火鋼。洛氏硬度主要用于硬質(zhì)合金、淬火鋼。 維氏硬度主要用

3、于測(cè)量滲碳層、滲氮層的硬度。維氏硬度主要用于測(cè)量滲碳層、滲氮層的硬度。 4、沖擊韌性(k) ：材料在材料在沖擊載荷沖擊載荷作用下作用下 抵抗破壞的能力。抵抗破壞的能力。 金屬的金屬的k與溫度直接相關(guān)：與溫度直接相關(guān)： （1）T，k （2）存在韌脆轉(zhuǎn)變溫度）存在韌脆轉(zhuǎn)變溫度Tk ：當(dāng)：當(dāng)T Tk 時(shí)，金時(shí)，金 屬為脆性狀態(tài)屬為脆性狀態(tài)k 5、疲勞強(qiáng)度：、疲勞強(qiáng)度：金屬材料在金屬材料在無數(shù)次循環(huán)應(yīng)力無數(shù)次循環(huán)應(yīng)力或或交交 變載荷變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，用作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力，用-1 表示。表示。 零件的疲勞斷裂過程可分為裂紋產(chǎn)生裂紋產(chǎn)生、裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展 和瞬間斷裂瞬間斷裂

4、三個(gè)階段 。 金屬材料的化學(xué)性能包括抗金屬材料的化學(xué)性能包括抗氧化性氧化性、耐蝕性耐蝕性、高高 溫穩(wěn)定性溫穩(wěn)定性。 金屬材料的工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊金屬材料的工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、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 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu) 一、金屬基本知識(shí)一、金屬基本知識(shí) 金屬特性：金屬特性：具有金屬光澤，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性優(yōu)良，具有金屬光澤，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性優(yōu)良， 塑性較好，正的電阻溫度系數(shù)。塑性較好，正的電阻溫度系數(shù)。 良好的導(dǎo)電性良好的導(dǎo)電性：在外加電場(chǎng)作用下，金屬中的自由：在外加電場(chǎng)作用下，金屬中的自由 電子能夠沿外加電場(chǎng)方向定向運(yùn)動(dòng)，形成電流

5、。電子能夠沿外加電場(chǎng)方向定向運(yùn)動(dòng)，形成電流。 良好的導(dǎo)熱性良好的導(dǎo)熱性：自由電子的運(yùn)動(dòng)和正離子的振動(dòng)。：自由電子的運(yùn)動(dòng)和正離子的振動(dòng)。 良好的塑性良好的塑性：金屬發(fā)生塑變時(shí)，原子改變其彼此間：金屬發(fā)生塑變時(shí)，原子改變其彼此間 的位置，但不會(huì)破壞鍵，能經(jīng)受變形而不斷裂。的位置，但不會(huì)破壞鍵，能經(jīng)受變形而不斷裂。 正電阻溫度系數(shù)正電阻溫度系數(shù)： T，正離子或原子振幅，正離子或原子振幅 加大，阻礙電子的通過，加大，阻礙電子的通過，R。 具有金屬光澤：具有金屬光澤：自由電子易吸收可見光粒自由電子易吸收可見光粒 子子能量能量躍遷到高能級(jí)躍遷到高能級(jí)跳回原低能級(jí)跳回原低能級(jí) 可見光粒子能量釋放。可見光粒子

6、能量釋放。 二、晶體與非晶體二、晶體與非晶體 晶體：具有規(guī)則外形的物質(zhì)，具有固定的熔點(diǎn)。 非晶體：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)呈雜亂無章排列的物質(zhì)，無固 定的熔點(diǎn)。 三、晶格、晶胞三、晶格、晶胞 1、晶格：、晶格：描述原子在空間中的排列形式的幾何空描述原子在空間中的排列形式的幾何空 間構(gòu)架。間構(gòu)架。 2、晶胞、晶胞：反映晶格特征的最小幾何單位。反映晶格特征的最小幾何單位。 四、金屬晶格的類型四、金屬晶格的類型 體心立方、面心立方、密排六方。 1、體心立方晶格（BCC） 原子個(gè)數(shù)：2個(gè)；原子半徑： ；致密度： 0.68；配位數(shù)：8。 常見金屬：堿金屬、堿金屬、-Fe、難熔金屬（、難熔金屬（V、Nb、 Ta、Cr、M

7、o、W等）等） 2、面心立方晶格（FCC） 原子個(gè)數(shù)：4；原子半徑： ；致密度： 0.74；配位數(shù)：12。 典型金屬：Al、-Fe、貴金屬、貴金屬、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） 原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)：6個(gè)；原子半徑：個(gè)；原子半徑： 致密度：致密度：0.74；配位數(shù)：；配位數(shù)：12 典型金屬：典型金屬：Mg、Zn、Be、Cd等。等。 4、致密度和配位數(shù)致密度和配位數(shù)可表示晶格原子排列的緊可表示晶格原子排列的緊 密程度密程度 致密度和配位數(shù)越大，原子排列越緊密。致密度和配位數(shù)越大，原子排列越緊密。 ar 2 1 五、晶面指數(shù)

8、與晶向指數(shù)的求法五、晶面指數(shù)與晶向指數(shù)的求法 晶面指數(shù)求法：晶面指數(shù)求法： 建立坐標(biāo)建立坐標(biāo)求截距求截距取倒數(shù)取倒數(shù)化整化整 加（）加（） 晶面指數(shù)晶面指數(shù)作法：作法： 建坐標(biāo)建坐標(biāo)取倒數(shù)取倒數(shù)求截距求截距連線，畫剖面線。連線，畫剖面線。 晶向指數(shù)的求法：晶向指數(shù)的求法： 定原點(diǎn)定原點(diǎn)建坐標(biāo)建坐標(biāo)求坐標(biāo)求坐標(biāo)化最小整數(shù)化最小整數(shù)加加 晶向指數(shù)的作法：晶向指數(shù)的作法： 定原點(diǎn)定原點(diǎn)建坐標(biāo)建坐標(biāo)以以hkl中最大數(shù)字作為分母，化 為小于或等于1的分?jǐn)?shù)作出終點(diǎn)始、終點(diǎn)連線。 三種晶體結(jié)構(gòu)的密排面和密排方向：三種晶體結(jié)構(gòu)的密排面和密排方向： 體心立方晶格：密排面為110, 密排方向 為, 。 面心立方晶

9、格： 密排面為111, 密排方向 為。 密排六方晶格：密排面為0001, 密排方向 為 純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變： 鋼能夠進(jìn)行多種熱處理就是因?yàn)殍F能夠在 固態(tài)下發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變。 什么叫晶界？什么叫亞晶界？ 單晶體各向異性；多晶體各向同性。 六、晶體缺陷六、晶體缺陷 金屬晶體中常見缺陷：點(diǎn)缺陷、線缺陷和面 缺陷。 點(diǎn)缺陷包括空位、間隙原子、置換原子。 線缺陷是指位錯(cuò)，包括刃型位錯(cuò)、螺旋位錯(cuò) 和混合位錯(cuò)。 晶體的面缺陷包括兩大類： 晶體的外表面； 內(nèi)界面：晶界、亞晶界、孿晶界、相界等。 按相界上原子間匹配程度好壞，將相界分為按相界上原子間匹配程度好壞，將相界分為共共 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。 晶界的特點(diǎn)是什么？晶界的特點(diǎn)是什么？ 第三章第三章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 結(jié)晶結(jié)晶: 物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂芯w物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂芯w 結(jié)構(gòu)的固結(jié)構(gòu)的固 相的過程。相的過程。 過冷現(xiàn)象：金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度過冷現(xiàn)象：金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度T理論結(jié)理論結(jié) 晶溫度晶溫度Tm的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 過冷度：過冷度：T=Tm-T， T0是結(jié)晶的必要是結(jié)晶的必要 條件。條件。 同一金屬，結(jié)晶時(shí)同一金屬，結(jié)晶時(shí)冷卻速度越大冷卻速度越大，過冷度過冷度 越大越大，金屬的，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度越低實(shí)際結(jié)晶溫度越低。 一、金屬結(jié)晶的條件：一、金屬結(jié)晶的條件： 能量起伏、成分起伏和結(jié)構(gòu)起伏。能量起伏

11、、成分起伏和結(jié)構(gòu)起伏。 純金屬結(jié)晶過程：純金屬結(jié)晶過程：形核形核和和晶粒長大晶粒長大。 二、晶核形成方式：二、晶核形成方式：均勻形核和非均勻形均勻形核和非均勻形 核。核。T rk，越，越易形核。易形核。 形核率形核率N：單位時(shí)間、單位體積內(nèi)所形成的晶核：單位時(shí)間、單位體積內(nèi)所形成的晶核 數(shù)目。數(shù)目。 LS SL cos L，S，LScos 潤濕效果很好潤濕效果很好。 非均勻形核的臨界形核功非均勻形核的臨界形核功均勻形核的均勻形核的 臨界形核功，易于形核。臨界形核功，易于形核。 二、晶體生長二、晶體生長 1.固液界面微觀結(jié)構(gòu)有兩種類型固液界面微觀結(jié)構(gòu)有兩種類型：光滑界面光滑界面；粗粗 糙界面糙界

12、面 2.晶粒生長機(jī)制：晶粒生長機(jī)制：垂直長大垂直長大，橫向長大橫向長大。 橫向長大方式包括：二維晶核臺(tái)階生長機(jī)制；螺橫向長大方式包括：二維晶核臺(tái)階生長機(jī)制；螺 旋位錯(cuò)長大機(jī)制。旋位錯(cuò)長大機(jī)制。 三、固液界面前沿溫度梯度對(duì)純金屬晶體 生長形態(tài)的影響 1.正溫度梯度正溫度梯度 純金屬晶體生長形態(tài)純金屬晶體生長形態(tài)平面狀晶平面狀晶 2.負(fù)溫度梯度負(fù)溫度梯度 純金屬晶體生長形態(tài)樹枝晶樹枝晶 晶粒細(xì)化的作用晶粒細(xì)化的作用：晶粒越細(xì)，金屬材料的晶粒越細(xì)，金屬材料的 強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好。 細(xì)化晶粒的途徑細(xì)化晶粒的途徑：增大過冷度；變質(zhì)處理； 機(jī)械振動(dòng)、電磁攪拌等。 鑄錠三晶區(qū)鑄錠三晶區(qū)：表層細(xì)晶區(qū)；中間柱狀晶區(qū)； 中心等軸晶區(qū)。 鑄錠常見缺陷有縮孔、氣孔、夾雜物等。 第四章 合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 基本概念：合金、相、組元。 合金的相結(jié)構(gòu)類型：固溶體固溶體；金屬化合物金屬化合物。 固溶體的分類：按溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解度大小溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解度大小 有限、無限固溶體有限、無限固溶體；按溶質(zhì)原子在固溶體