材料科学基础总结(金属)

1、其内部结构包括四个层次：①原子结构；②结合键；③原子的排列方式；④显微组织。

2、结合键的定义：所谓结合键是指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。

3、化学键有：离子键、共价键、金属键。物理键：氢键、分子间力

4、共价键具有方向性、饱和性。金刚石、单质硅、SiC、H2、O2、F2、碳-氢化合物。

5、共价晶体特点：结构稳定,熔点高,质硬脆,一般是绝缘体,其导电性能差。

6、离子键的特点：常温下，电绝缘体；在高温熔融状态时，正负离子在外电场作用下可以自由运动，即呈现离子导电性。离子键没有方向性、无饱和性。

7、离子晶体的特点：离子键很强，故有高硬度、熔点，强度大，固体下不导电，熔融时才导电。离子间发生相对位移，电平衡破坏，离子键破坏，脆性材料。较高熔点（正、负离子间有很强的电的吸引力）

8、金属键的定义：由金属正离子和自由电子之间互相作用而结合称为金属键。

9、金属键的特点：金属键无方向性，金属键无饱和性，具有高对称性。

10、金属键型晶体的特征：良好的延展性、良好的导电性、具有正的电阻温度系数、导热性好、金属不透明、具有金属光泽（自由电子可吸收可见光的能量）

11、范德瓦尔斯键没有方向性和饱和性。

12、

13、晶体的定义：物质的质点(分子、原子或离子)在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质叫晶体。

14、非晶体在整体上是无序的；近程有序。

15、晶体的特征：（1）周期性（不论沿晶体的哪个方向看去，总是相隔一定的距离就出现相同的原子或原子集团。这个距离称为周期）液体和气体都是非晶体。（2）有固定的凝固点和熔点（3）各向异性（沿着晶体的不同方向所测得的性能通常是不同的：晶体的导电性、导热性、热膨胀性、弹性、强度、光学性质）。

16、晶体与非晶体的区别

17、a.根本区别：质点是否在三维空间作有规则的周期性重复排列

b.晶体熔化时具有固定的熔点,而非晶体无明显熔点,只存在一个软化温度范围

c.晶体具有各向异性，非晶体呈各向同性（多晶体也呈各向同性，称“伪各向同性”）

18、点代表原子(分子或离子)的中心，也可是彼此等同的原子群或分子群的中心，各点的周围环境相同。这种点的空间排列称为空间点阵（布拉菲点阵）（有14种）。

19、将阵点用一系列平行直线连接起来，构成空间格架叫晶格。

20、从点阵中能保持点阵特征的最基本单元叫晶胞。

21、空间点阵虽然只可能有14种，但晶体结构则是无限多的。

22、晶向指数意义：代表相互平行、方向一致的所有晶向

24、晶向族：晶体中原子排列情况相同但空间位向不同的一组晶向，用表示。

25、晶体结构中那些原子密度相同的等同晶向称为晶向轴

26、不同晶向之间的夹角

29、晶面族：晶体中具有相同条件（原子排列和晶面间距完全相同），空间位向不同的各组晶面，用{hkl}表示。

30、若晶面与晶向同面，则hu+kv+lw=0;.若晶面与晶向垂直，则u=h, k=v, w=l。如(111)与[111]互相垂直，(110)与[110]互相垂直

31、相交于某一晶向直线或平行于此直线的晶面构成一个晶带，此直线称为晶带轴.同一晶带中的晶面叫共带面。

32、设晶带轴的指数为[uvw]，则晶带中任何一个晶面的指数（hkl）都必须满足：hu+kv+lw=0，满足此关系的晶面都属于以[uvw]为晶带轴的晶带。

33、已知两个非平行的晶面指数为（h1k1l1）和（h2k2l2）则其交线即为晶带轴的指数。u=k1l2－k2l1，v=l1h2－l2h1，w=h1k2－h2k1

34、晶面间距（即相邻的两个平行晶面之间的垂直距离）

35、低指数的晶面其面间距较大，而高指数面的面间距小。例：{100}面的晶面间距最大，{120}面的间距较小，而{320}面的间距就更小。

36、晶面间距

37、晶面夹角?

?

?

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+

+

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+

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+

+

=

六方系

立方系

正交系

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

)

(

3

4

1

)

(

)

(

)

(

1

c

l

a

k

hk

h

d

l

k

h

a

d

c

l

b

k

a

h

d

hkl

hkl

hkl

38、

39、配位数（CN ）

：晶体结构中任一原子周围最近且等距离的原子数。 40、致密度（K ）：晶胞中原子所占的体积分数，

n 为晶胞原子数，v 原子体积，V 晶胞体积。

41、

二、晶体缺陷

1、把实际晶体中偏离理想点阵结构的区域称为晶体缺陷。

2、点缺陷：在三维方向上尺寸都很小（远小于晶体或晶粒的线度）的缺陷。

3、金属中常见的基本点缺陷有空位、间隙原子和置换原子。

4、空位：空位就是未被占据的原子位置；

5、间隙原子：间隙原子可以是晶体中正常原子离位产生，也可以是外来杂质原子；

6、置换原子：位于晶体点阵位置的异类原子。

7、离位原子迁移到晶体的表面上，这样形成的空位通常称为肖脱基缺陷；

8、可迁移到晶体点阵的间隙中，这样的空位称弗兰克尔缺陷。

9、晶体中点缺陷的存在，一方面造成点阵畸变，使晶体的内能升高，增大了晶体的热力学不稳定性；另一方面，由于增大了原子排列的混乱程度，并改变了其0.74

12 6 密排六方 (hcp) 0.74 12 4 面心立方 (fcc) 0.68 8 2 体心立方 （bcc ） 致密度（K ） 配位数（CN ） 原子数 原子半径 结构特点 a r 43=a r 21=a r 42=V nv K =

周围原子的振动频率，又使晶体的熵值增大。熵值越大，晶体便越稳定。

10、点缺陷对性能的影响：（1）点缺陷存在使晶体体积膨胀，密度减小。（2）点缺陷引起电阻的增加。（3）过饱和点缺陷（如淬火空位、辐照缺陷）还提高了金属的屈服强度。

11、空位是热力学上稳定的点缺陷

12、线缺陷就是在两个方向上尺寸很小，在一个方向上尺寸很大的缺陷。位错是晶体内部一种有规律的管状畸变区

13、位错可分为刃性位错和螺型位错。

14、把多余半原子面在滑移面以上的位错称为正刃型位错，用符号“┻”表示；反之为负刃型位错，用“┳”表示。

15、滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面，

16、螺型位错的结构特征：无额外的半原子面，原子错排程轴对称，分右旋和左旋螺型位错；

一定是直线，与滑移矢量平行，位错线移动方向与晶体滑移方向垂直；

滑移面不是唯一的，包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面；

位错周围点阵也发生弹性畸变，但只有平行于位错线的切应变而无正应变，即不引起体积的膨胀和收缩；

位错畸变区也是几个原子间距宽度，同样是线位错。

17、滑移矢量与位错线成任意角度，这种晶体缺陷称为混合型位错。

18、位错线不能在晶体内部中断。

19、位错线:只能或者连接晶体表面(包括晶界)，或者连接于其它位错，或者形成封闭的位错环。

20、柏氏矢量b 越大，位错周围的点阵畸变也越严重

21、柏氏矢量的模｜b ｜称为位错强度。

22、刃型位错：柏氏矢量b ⊥位错线；

23、螺型位错：柏氏矢量b ∥位错线，其中同向为右螺，反向为左螺。

24、一根不分叉的任何形状的位错只有一个柏氏矢量。

相交于一点的各位错，同时指向结点或离开结点时，各位错的柏氏矢量 b 之和为零。

25、位错线不能中断于晶体的内部，而只能终止在晶体表面或晶界上，即位错线的连续性。

26、位错的柏氏矢量：

柏氏矢量模：

27、刃位错的运动：可有滑移和攀移两种方式。

螺位错的运动：只作滑移、而不存在攀移。

滑移：位错线沿着滑移面的移动。

攀移：位错线垂直于滑移面的移动。

28、正刃位错滑移方向与外力方向相同；负刃位错滑移方向与外力方向相反。

[]

uvw ka b =2

22w v u ka b ++=

29、

30、位错的攀移：指在热缺陷或外力作用下，位错线在垂直其滑移面方向上的运动，结果导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。

31、攀移的实质：是多余半原子面的伸长或缩短。

32、刃位错：除可在滑移面上滑移外，还可在垂直滑移面的方向上进行攀移运动。

33、螺位错：没有多余半原子面，故无攀移运动。

34、常把多余半原子面向上移动称正攀移，向下移动称负攀移。

35、攀移与滑移不同：

1）攀移伴随物质的迁移，需要空位的扩散，需要热激活，比滑移需更大能量。

2）低温攀移较困难，高温时易攀移。在许多高温过程如蠕变、回复、单晶拉制中，攀移却起着重要作用。

3）攀移通常会引起体积的变化，故属非保守运动。

4）作用于攀移面的正应力有助于位错的攀移。

压应力将促进正攀移，拉应力可促进负攀移。

5）晶体中过饱和空位也有利于攀移。

36、变形过程中位错肯定是以某种方式不断增殖，而能增值位错的地方称为位错源。

37、过饱和空位的聚集成片也是位错的重要来源。

38、晶界易成为位错运动的障碍物，位错间的相互作用也可产生障碍。

39、割阶则与原位错线不在同一滑移面上，除非割阶产生攀移，否则，割阶就不能随主位错线一道运动，成为位错运动的障碍，常称此为割阶硬化。

40、面缺陷：在两个方向上尺寸很大，在一个方向上尺寸很小的缺陷。

41、属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界；

42、而每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成，相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界。

43、相邻晶粒的位向差小于10°的晶界称为小角度晶界。

44、相邻晶粒的位向差大于10°的晶界称为大角度晶界。

45、孪晶是指两个晶体(或一个晶体的两部分)沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为“孪晶(twin)”，此公共晶面就称孪晶面。

46、具有不同结构的两相之间的分界面称为“相界”。按结构特点，相界面可分为共格、半共格和非共格相界三种类型。

47、晶粒越细,材料的强度越高，这就是细晶强化。

固体中的相结构

1、合金是由两种或两种以上的金属或金属与非金属，经过熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。

2、通常把组成合金的最简单、最基本而且能独立存在的物质称为组元。

3、合金相（简称相）：材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。（如单相、两相、多相合金。）。

4、固溶体是一种组元(溶质)溶解在另一种组元(溶剂，一般是金属)中，其特点是溶剂（或称基体）的点阵类型不变，

5、固溶体的特点：点阵类型和溶剂点阵类型相同；固溶体中的结合键主要是金属键。

6、分类：按照溶质原子在溶剂点阵中所占据的位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体；按溶解度大小可分为无限固溶体和有限固溶体；按各组元原子在点阵中排列的秩序性可分为无序固溶体和有序固溶体。

7、置换式固溶体在一定条件下可能是无限固溶体，但间隙固溶体都是有限固溶体。

8、影响置换固溶体固溶度的大小因数：

a）组元的晶体结构类型：晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件；

如果溶质与溶剂的晶体结构类型相同，则溶解度通常也较不同结构时为大；b）原子尺寸因素：指形成固溶体的溶质原子半径与溶剂原子半径的相对差值大小，常以⊿r表示。⊿r ＝（r A－r B）/r A×100% ，⊿r越大，固溶度越小，这是因为溶质原子溶入将引起溶剂晶格产生畸变。⊿r越大，引起的晶格畸变越大，畸变能越高，极限溶解度就越小。

c）电负性因素（化学亲和力）：指元素吸引电子的能力。化学亲和力很强，则倾向于形成化合物而不利于形成固溶体；即使形成固溶体，固溶度亦很小。d）电子浓度因素：指固溶体中价电子总数e与原子总数a之比。

e) 在大多数情况下温度越高，固溶度越大。

9、间隙固溶体：形成间隙固溶体的溶剂元素大多是过渡族元素，溶质元素一般

是原子半径小于0.1nm的一些非金属元素，即氢、硼、碳、氮、氧等。一般固溶度都很小。固溶度大小除与溶质原子半径大小有关以外，还与溶剂元素的晶格类型有关，因为它决定了间隙的大小。

10、固溶体的物理性能：固溶体的电阻率是随溶质浓度的增加而增加的，而且在某—中间浓度时电阻率最大。固溶体的硬度、强度往往高于组成它的各组元，儿属性则较低——（固溶强化）；间隙式溶质原子的强化效果比置换式溶质原子更显著；溶质和溶剂原子尺寸相差越大或固溶度越小，固溶强化越显著。

金属间化合物也称为中间相：

11、固溶体与金属化合物在结构、键性、性能方面有什么差异？

固溶体是固态下一种组元（溶质）溶解在另一种组元（溶剂）中而形成的新相；固溶体具有溶剂组元的点阵类型；固溶体的硬度、强度往往高于组成它的成分，而塑性则较低。固溶体是以金属键相结合。

金属间化合物就是金属与金属，或金属与类金属之间所形成的化合物；结构不同于组元结构而是一个新结构；金属间化合物具有极高的硬度、较高的熔点，而塑性很差。金属化合物可能是以金属键或离子键或共价键相结合。

12、碳可以溶入铁中而形成间隙固溶体，试分析是α-Fe还是γ-Fe能溶入较多

的碳，为什么？

γ-Fe能溶入较多的碳。原因：碳原子通常溶于八面体间隙中，面心立方晶格的八面体间隙半径和碳原子半径比较接近。而体心立方晶格的八面体间隙半径远小于碳的原子半径。

13、正常价化合物：按照化学上的原子价规律所形成的化合物。

14、正常价化合物与组元间电负性的关系：电负性差越大，化合物越稳定，越趋于离子键结合。电负性差越小，化合物越不稳定，越趋于金属键结合。

15、正常价化合物包括从离子键、共价键过渡到金属键为主的一系列化合物。

16、正常价化合物通常具有较高的硬度和脆性。

17、电子化合物的特点：凡具有相同的电子浓度，则该相的晶体结构类型相同。亦即结构稳定性，主要取决于电子浓度因素（休姆-罗塞里定律）。

当电子浓度为21/14时，电子化合物（一般称为β相）多数是体心立方结构。

当电子浓度为21/13时的电子化合物具有复杂立方结构。

当电子浓度为21/12时，形成具有密排六方结构的电子化合物，称为ε相。18、间隙相的主要特点：间隙相具有极高硬度和熔点，但很脆。许多间隙相具有明显的金属特性：金属的光泽、较高的导电性、正的电阻温度系数。

19、间隙化合物：主要受组元的原子尺寸因素控制。通常是由过渡族金属与原子半径很小的非金属元素组成。当金属（M）与非金属（X）的原子半径比值RX/RM ＜0.59且电负性差较大时，化合物具有比较简单的晶体结构，称为间隙相（若RX/RM＜0.59且电负性差较小时，可形成间隙固溶体）；而当RX/RM＞0.59且电负性差较大时，形成具有复杂结构的化合物，称为间隙化合物。

20、金属化合物的特点：种类繁多、晶体结构复杂、具有极高的硬度、较高的熔点，而塑性很差。含有较多的离子键及共价键。

纯金属的结晶

1、物质由液态到固态的转变过程称为凝固。

2、如果液态转变为结晶态的固体，这个过程称为结晶

3、金属的熔化潜热(Lm)远小于其气化潜热(Lb)

4、金属的实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度(ΔT )。纯金属的实际凝固温度Tn总比其熔点Tm低，这种现象叫做过冷。

ΔT = T m－T n

5、纯度越高，过冷度越大

6、其它条件相同时，冷却速度越快，过冷度也越大。

7、结晶的基本条件：热力学第一定律：能量守恒定律；热力学第二定律，在等温等压下，过程自动进行的方向是系统自由能降低的方向，这个过程一直进行到自由能具有最低值为止。G = H ?TS = U + pV ?TS

其中U是系统的内能，T是温度，S是熵，p是压强，V是体积，H是焓。

8、金属结晶的结构条件：液体的原子排列：

①短程有序，长程无序。

②短程有序集团不断出现和消失，处于变化之中。

③这些瞬间出现、消失的有序集团称为结构起伏或相起伏。

相起伏或结构起伏是结晶的结构条件

9、自发形核(均匀形核)：在液态金属中，存在大量尺寸不同的短程有序的原子集团。当温度降到结晶温度以下时，短程有序的原子集团变得稳定，不再消失，

成为结晶核心。这个过程叫自发形核。

10、在液态金属中，时聚时散的近程有序的原子集团是形成晶核的胚芽，叫晶胚

11、非自发形核（非均匀形核）：实际金属内部往往含有许多其它杂质。当液态金属降到一定温度后，有些杂质可附着金属原子，成为结晶核心，这个过程叫非自发形核。

12、均匀形核的能量条件：在过冷条件下，晶胚形成时，系统自由能变化包括体积自由能的下降和表面能的增加。

13、把半径恰为r*的晶核称为临界晶核，而r*称为晶核的临界半径。

14、形核规律：

①r＜r*，其进一步长大将导致体系总自由能增加，因此这种晶胚不能成为晶核，会重新熔化；

②r>r*，其进一步长大将导致体系自由能减小，因此半径大于r*的晶胚能够成为晶核；临界晶核的形成是需要能量的。

③r=r*，其长大的趋势和熔化的趋势相等。

15、形成临界晶核时，液、固两相之间的自由能差只提供所需要的表面能的三分之二，另外的三分之一则需由液体中的能量起伏来提供。

16、所谓能量起伏是指体系中微小体积所具有的能量偏离体系的平均能量，而且微小体积的能量处于时起时伏，此起彼优状态的现象。能量起伏包括两个含义：一是在瞬时，各微观体积的能量不同，二是对某一微观体积，在不同瞬时，能量分布不同。在具有高能量的微观地区生核，可以全部补偿表面能，使⊿G＜0。

17、液态金属中的规则排列的原子团总是处于时起时伏，此起彼伏的变化之中，人们把液态金属中这种规则排列原子团的起伏现象称为相起伏或结构起伏。18、相起伏是产生晶核的基础。当把金属熔液过冷到熔点以下时，这种规则排列的原子团被冻结下来，成为规则排列的固相，就有可能成为均匀形核的胚芽，故称为晶胚。

19、ΔT =ΔT k时，r max=r k，最大晶核刚好能够转变为晶核，把这样的过冷度称为临界过冷度。

20、过冷度必须大于形核所需要的临界过冷度，这是结晶的动力学条件。

21、过冷度愈大，晶核的临界半径及临界形核功愈小，因而需要的能量起伏小，则形核率愈高；

22、过冷度愈大，原子活动能力愈小，原子从液相转移到临界晶核上的几率减小，不利于稳定晶核形成，则形核率愈低。

23、N＝N1·N2 式中N为总的形核率，N1为受形核功影响的形核率因子，N2为受原子扩散影响的形核率因子。单位时间在单位体积液体内形成晶核的数目称为形核率，单位cm-3s-1。

24、依附在某些已有的固体上形核称之为非自发形核。

25、非均匀形核的最大形核率小于均匀形核。其原因是非均匀形核需要合适的“基底”，而基底数量是有限的，当新相晶核很快地覆盖基底时，使适合新相形核的基底大为减少。

26、固相杂质形貌不同，形核率也不同，凹面有利于形核，形核效能最高。

27、过热度增大，将改变固相杂质的表面状态，降低形核率

28、振动或搅动等物理因素也有利于促进形核。

29、系统总自由能随晶体体积的增加而下降是晶体长大的驱动力。

30、光滑界面是指固相表面为基本完整的原子密排面，固液两相截然分开，从微

观上看界面是光滑的。但是从宏观来看，界面呈锯齿状的折线。

31、粗糙界面在微观上高低不平、粗糙，存在几个原子厚度的过渡层。但是宏观上看，界面反而是平直的。

32、光滑界面在微观上是光滑的，在宏观上是粗糙的；粗糙界面在微观上是粗糙的，在宏观上是光滑的。

33、细化晶粒的好处：提高强度、硬度、塑性和韧性。

34、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。

35、过冷度增加，形核率N 与长大线速度G 均增加，但形核率增加速度高于长大线速度增加的速度，因此，增加过冷度可以使铸件的晶粒细化。在工业上增加过冷度是通过提高冷却速度来实现的。

36、采用导热性好的金属模代替砂模；在模外加强制冷却；在砂模里加冷铁以及采用低温慢速浇铸等都是有效的方法。

37、如果在浇注前向液态金属中加入某些难熔的团体颗粒，会显著地增加晶核数量，使晶粒细化。这种方法称为变质处理，加入的难熔杂质叫变质剂。

38、搅拌和振动能向液体中输入额外能量以提供形核功，促进晶核形成；可使结晶的枝晶碎化，增加晶核数量。

39、单晶体就是由一个晶粒组成的晶体。

40、标准晶粒度共分八级，一级晶粒度最粗。

相图

1、相：一个物系中，结构相同，成分和性能均一，并以界面相互分开的组成部分。

2、合金：由两种以上的金属和非金属熔合（或烧结）在一起而具有金属特性的物质。

3、组元：组成一个体系的基本单元，例如单质（元素）和化合物。

4、相平衡：在某一温度下，系统中个相经过很长时间也不互相转变，处于平衡状态。

5、相律是表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和平衡相数之间的关系式。

6、自由度数是指在不改变系统平衡相的数目的条件下，可以独立改变的，不影响合金状态的因素(如温度、压力、平衡相成分)的数目。f=c-p+1 （f 为自由度，c 为组成材料系统的组元数，p 为平衡相的数目）纯金属：f=1-2+1=0；二元合金：f=2-2+1

7、组元数(c)：决定一个相平衡系统成分所必需的最少的组元个数。C=1，单元系统；C=2，二元系统；C=3，三元系统。

8、由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。

9、如果固溶体是以树枝状结晶长大的，则枝干与枝间会出现成份差别，称为枝晶偏析。均匀化退火消除偏析。

10、平衡分配系数:

11、成分过冷；界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷。

12、液相中的温度梯度G 越小，越有利于形成成分过冷。

13、由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。

14、相组成物是指组成合金显微组织的基本相。 15、组织组成物是指合金在结晶过程中，形成的具有特定形态特征的独立组成部α

?L L S C C K /0=βα+?L

分。

16、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。

17、离异共晶：共晶体中的α相依附于初生α相生长，将共晶体中另一相β推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特点消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。

18、简单总结伪共晶、不平衡共晶和离异共晶的特点。

① 伪共晶——靠近共晶点附近的合金得到了全部共晶组织；

② 离异共晶——共晶组织没有显示出共晶的特征；

③ 不平衡共晶——在不应该出现共晶的合金里出现了共晶组织。

19、由一个液相与一个固相在恒温下生成另一个固相的转变称为包晶转变。 20、熔晶转变是一个固相转变为另一个固相和一个液相的恒温转变。

21、由一个一定成分的固相,在恒温下同时转变成另外两个一定成分的固相的过程，称为共析转变。

22、由两个一定成分的固相，在恒温下转变成另一个一定成分的固相的过程，称为包析转变。

23、稳定化合物是指两组元形成的具有一定熔点，并在熔点以下保持固有结构不发生分解的化合物。

24、

25、

βα?+L γδ+??→?L C 01381 工业纯铁------------------<0.0218%C 铸铁 过共晶铸铁----4.3~6.69%C 亚共晶铸铁-------2.11~4.3%C 共晶铸铁----------4.3%C

共析钢-------------0.77%C

过共析钢----------0.77~2.11%C 亚共析钢----------0.0218~0.77%C 钢

26、铁碳合金的基本相：(1) 奥氏体A(γ) 碳溶于γ-Fe 中形成的固溶体，面心立方，强度 低, 塑性好。 (2) 铁素体F(α)碳溶于α－Fe 中形成的固溶体，体心立方，强度、硬度低, 塑性、韧

性好。

(3) 渗碳体Fe 3C(Cm) 金属化合物。成分固定,为6.69%C 。性质硬而脆。是铁碳合金的 强化相。

27、铁碳合金的基本组织：莱氏体：共晶产物，1148℃进行，L → (γ + Cm )（Ld ）

珠光体：共析产物， 727℃进行，γ →( +Cm ) （P ）

28、Fe3C Ⅰ：直接从液体中结晶出来的，条、块状；

Fe3C Ⅱ：从奥氏体中析出的，易聚集在晶界上；

Fe3C Ⅲ：从铁素体中析出的，粒状，量少；

共晶Fe3C ：共晶反应产物，作为基体；

共析Fe3C ：共析反应产物，呈片状；

29、单相固溶体：固溶体的强度、硬度高于纯金属，固溶度越高，强度、硬度越高，塑性、韧性一般随固溶度增加而下降。

30、

0.02 6.69 500 600 700 800 900

1000

1100 1200 1300

1400 1500 1600

T ℃ 1227℃ 0.77 2.11 4.3 珠光体 奥+铁 铁 + 珠

渗碳体II +珠光体 奥氏体+ 渗碳体II 液体+奥氏体 液体 +渗碳体 液体 奥氏体+渗碳体II +莱氏体 渗碳体+莱氏体 渗碳体 +低温莱氏体 珠光体+渗碳体II +低温莱氏体 莱氏体 低温 莱氏体 G(913 ℃) 727℃ 1148℃ C% 铁素体 A(1538 ℃) S P E C K F D 奥氏体 d 液+d 奥+d 液体 液+奥 A B N J 奥氏体 A 3 A 1 Ac m

31、

32、

33、恒温转变线HJB ：

含碳量在0.09%~0.53%之间的合金冷却到1495℃时，均要发生包晶反应，形成奥氏体。 含碳量为0.17%的铁碳合金，在包晶反应终了时，δ相与液相同时耗尽，变为单相奥氏体。

含碳量为0.09~0.17%的铁碳合金，在包晶反应终了时，有多余的δ，随后通过通素异构转变变为奥氏体。

含碳量为0.17~0.53%的铁碳合金，在包晶反应终了时，有多余的液相，随后冷却过程中结晶成为奥氏体。

34、恒温转变线ECF ：L C →A E +Fe 3C 共晶转变线

35、莱氏体（又称高温莱氏体）共晶反应的产物，用符号“Ld ”表示。

36、变态莱氏体（又称低温莱氏体）是由珠光体、二次渗碳体和共晶渗碳体组成，

用符号“Ld ?”表示。

37、恒温转变线PSK ：

38、珠光体是铁素体和渗碳体两相的混合物，是共析反应的产物，用符号“P ”表示。

39、ES 线是碳在奥氏体中的溶解度曲线。含碳量大于0.77%的合金，从1148℃冷到727℃的过程中，将自奥氏体中析出渗碳体，这种渗碳体称为二次渗碳体(Fe3CII)。

40、PQ 线是碳在铁素体中的溶解度曲线。铁碳合金由727℃冷却到室温的过程中，铁素体中会有渗碳体析出，这种渗碳体称为三次渗碳体(Fe3CIII)。

41、GS 线是冷却过程中，奥氏体向铁素体转变的开始线；或者说是加热过程中，铁素体向奥氏体转变的终了线（具有同素异晶转变的纯金属，其固溶体也具有同素异晶转变，但其转变温度有变化）。

六、塑性变形

1. 弹性变形是指外力卸除后能够完全恢复的那部分变形。

J C

H B L γδ??→←+01495C

Fe P C

S 37270+??→←αγ

2.

塑性变形是指外力卸除后不能恢复的那部分变形。 3.

晶体的滑移通常是沿着一定的晶面发生的，此组晶面称为滑移面 3.

滑移系：一个滑移面和其上的一个滑移方向组成一个滑移系 4. 滑移面和滑移方向往往是晶体中原子最密排的晶面和晶向， 5. 滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定的晶面（滑移面）和晶

向（滑移方向）产生相对位移。

6. 滑移发生的力学条件：

7. 晶体开始滑移。此时滑移方向上的分切应力达到临界值，称为临界分切应力

8. m 称为取向因子，m 越大，越有利于滑移。 9. 临界分切应力的大小主要取决于金属的本性，与外力无关。

10. 几何硬化：拉伸时，随着晶体取向的改变，滑移面的法向与外力轴的夹角越来越远离

45o ，使滑移变得越来越困难的现象。

11. 几何软化：经滑移和转动后，滑移面的法向与外力轴的夹角接近45o ，使滑移变得越

来越容易进行。

12. 单滑移：只有一组滑移系处于最有利的取向（m 最大）时，分切应力最大，便进行单

系滑移。

13. 多滑移：在多个（>2）滑移系上同时或交替进行的滑移。

发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带。

14. 交滑移:晶体在两个或多个不同滑移面上沿同一滑移方向进行的滑移。

15. 交滑移和多滑移的区别：

发生多滑移时会出现几组交叉的滑移带；发生交滑移时会出现曲折或波纹状的滑移带。 交滑移必须是纯螺型位错，因其滑移面不受限制。可以同时进行共向滑移。

16. 孪生现象:在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向发生均

匀切变并形成晶体取向的镜面对称关系。

17. 孪生变形的特点:1）孪生使一部分晶体发生了均匀的切变，而滑移是不均匀的，只集中

在一些滑移面上进行。

2）孪生后晶体变形部分与未变形部分成镜面对称关系，位向发生变化。

3）孪生比滑移的临界分切应力高

4）孪生对塑性变形的贡献比滑移小得多。孪生改变了晶体位向

5）滑移变形后的试样经抛光后滑移带消失。

18. 多晶体的塑性变形较单晶体困难，其屈服应力也高于单晶体。

19. 晶粒越细，强度越高，塑性韧性越好。

20. 合金塑性变形的基本方式仍是滑移和孪生

21. 晶粒越细，在一定体积内的晶粒数模越多，每个晶粒中塞积的位错少，提高塑性；应力 集中少，提高韧性。

22. 细晶强化是获得良好强、韧性配合的重要强化方法。

23. 固溶强化：当合金由单相固溶体构成时，随溶质原子含量的增加，其强度、硬度不断增 加，塑性、韧性不断下降。

24. 影响固溶强化效果的因素：

1) 溶质原子不同，溶质原子浓度越高，强化作用越大，但不保持线性关系；

λ?σλ??λτcos cos cos cos cos /cos o A P A P ===λ?cos cos =m m s k στ=

2)溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作用越大；

3)形成间隙固溶体的溶质元素比形成置换固溶体的溶质元素的强化作用大；

4)溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，则固溶强化作用越强。

25.固溶强化的实质：溶质原子与位错的弹性交互作用、电交互作用和化学交互作用。

26.第二相可通过相变热处理（沉淀强化，时效强化）或粉末冶金方法（弥散强化）获得。

27.多相合金根据第二相粒子的尺寸大小分类：1、聚合型：第二相的尺寸与基体晶粒尺寸

属同一数量级。2、弥散型合金：第二相很细小，且弥散分布于基体晶粒内。

28.塑性变形量很大时，各晶粒已不能分辨而成为一片如纤维状的条纹，称为纤维组织。

29.纤维组织具有明显的各向异性，纵向的强度和塑性高于横向。

30.变形织构：塑性变形过程中晶粒的转动，使绝大部分晶粒的某一位向与外力方向趋于一致的现象。特征:各向异性

31.丝织构：某一晶向趋于与拔丝方向平行。（拉拔时形成）

32.板织构：某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋于平行于主变形方向。（轧制时形成）

33.存储能：金属塑性变形时，外力所做的功除了转化为热量之外，还有约10%的变形功被保留在金属内部。表现变形金属的残留应力和点阵畸变。

34.残留应力是由于物体变形不均匀而产生的

35.宏观内应力：塑性变形时，工件各部分之间的变形不均匀而产生。

36.微观内应力：塑性变形时，晶粒或亚晶粒间或内部的变形不均匀照成的。

37.点阵畸变：金属和合金经塑性变形后，位错、空位等晶粒缺陷大大增强，使点阵中的一部分原子偏离其平衡，照成点阵畸变。

加工硬化：冷变形金属随着塑性变形量的增加，金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。回复与再结晶

1.恢复阶段：晶粒仍保持冷变形后的纤维状组织。

2.再结晶阶段：完全转变成无畸变的等轴晶粒。

3.经理长大阶段：晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。

4.性能变化：物理性能的变化：密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高；

电阻：电阻在回复阶段可明显下降

力学性能的变化：回复：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。

再结晶：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。

晶粒长大：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时下降。内应力的变化：回复阶段：大部分或全部消除第一类内应力，部分消除第二、三类内应力；

再结晶阶段：内应力可完全消除。

5. 回复是指冷变形金属加热时，尚未发生光学显微组织变化前（即再结晶前）的微观结构及性能的变化过程。驱动力是弹性畸变能的降低。

6. 特点：组织不变；力学性能基本不变；内应力明显下降。

7. 低温回复温度：（0.1～0.3Tm）

特点：温度较低，原子活动能力有限，主要局限于点缺陷的运动，空位浓度显著下降。

8. 中温回复温度：（0.3～0.5Tm）

特点：原子活性能力增强，位错也被激活，位错密度也有所下降

9. 高温回复温度：较高温度（>0.5Tm）

特点：位错可以被充分激活，使同号刃型位错沿垂直于滑移面的方向排成小角度亚晶界——多边形化

10.多边化的驱动力：应变能的下降。多边形化的实现：攀移＋滑移

11.去应力退火：（回复退火）降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变形、开裂，提高

耐蚀性。

12.再结晶:当变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的形状开始发生变化，被拉长及破碎的晶粒通过重新生核、长大，变成新的均匀、细小的等轴晶粒的过程。

13.再结晶的驱动力：弹性畸变能的降低

14.再结晶的过程：再结晶过程也由形核和长大两个阶段组成。

15.再结晶过程特点： 1）组织恢复到变形前的状态。

2）加工硬化现象被消除。

3）经过再结晶过程之后，内应力完全消除。

16.再结晶的核心一般通过两种方式形成，即晶界凸出形核和亚晶形核

17.晶界凸出形核条件：冷变形度较小的金属。

凸出形核所需的能量条件：

18.亚晶形核机制——变形量较大时 19.晶界迁移的驱动力：相邻晶粒间的畸变能差 20.晶界移动的方向：背向其曲率中心

21.再结晶与相变的区别：再结晶不是相变

共同点：①形核-长大过程；②都使组织形态发生了彻底改变；③转变动力学也有固态 相变特点。

区 别：①再结晶前后各晶粒的点阵结构类型和成分都未变化。②再结晶温度不像结晶 那样有确定的转变温度。

22.再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度

纯度越高，再结晶温度越低； 加热速度太低或太高，再结晶温度提高。

23.测定方法：金相法、硬度法和X 射线衍射法

24.高纯金属：T 再＝(0.25～0.35)Tm 。

25.经验公式 工业纯金属：T 再＝(0.35～0.45)Tm 。

合金：T 再＝(0.4～0.9)Tm 。

26.影响T 再因素： ①变形量越大，驱动力越大，再结晶温度越低；

②纯度越高，再结晶温度越低；

③加热速度太低或太高，再结晶温度提高。

27.影响再结晶的因素：1）变形程度：变形量越大，驱动力越大，再结晶温度越低；

随变形量增大，结晶温度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进行。

2）退火温度：加热温度越高，再结晶转变速度越快，完成再结晶所

需时间越短。

3）原始晶粒尺寸：晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核；

4）微量溶质原子：溶入了其它元素，特别是易在晶界处存在聚集的

元素时，将降低再结晶的速度。

5）分散相粒子：间距和直径都较大时,提高畸变能，并可作为形核核

心，促进再结晶；

直径和间距很小时，提高畸变能，但阻碍晶界迁移，阻碍再结晶。

28.再结晶晶粒大小的控制：1、预先变形程度；2、原始晶粒尺寸：晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，使晶粒细化。3、合金元素和杂质：增加储存能，阻碍晶界移动，有利于晶粒细化。4、退火温度：退火温度越高，临界变形度越小，晶粒粗大。

29.再结晶的应用

再结晶退火：恢复变形能力；改善显微组织；消除各向异性；提高组织稳定性。

σ2>?E

再结晶温度：T再＋100～200℃。

30.晶粒长大：再结晶过程结束之后发生的晶粒长大过程。

31.条件：继续升温或者延长保温

32.驱动力：界面能差；长大方式：正常长大；

异常长大（二次再结晶）

33.晶粒的正常长大：长大是以大角度晶界迁移、晶粒相互吞食方式进行的。

34.晶粒的稳定形状

晶粒长大的极限：晶界平直状，迁移停止。

长大后的晶粒稳定的条件：晶界趋于平直;晶界夹角趋于120。;

35.晶粒的异常长大：再结晶完成后，少数再结晶晶粒的急剧长大现象。（二次再结晶）

36.驱动力：体系的总界面能降低

37.再结晶组织再结晶图：存在两个粗晶区，一是临界变形度区域；另一个是二次再结晶区域。

38.退火孪晶;有些结构的金属及合金，再结晶退火后经常出现孪晶组织，这种孪晶称为退火孪晶或再结晶孪晶

39.再结晶织构的性能：各向异性，使得变形不均匀，出现“制耳”。

40.热加工与冷加工的区别:凡在金属的再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷加工；而在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热加工。

41.冷加工常常产生加工硬化；热加工通常不会带来强化效果。

42.热加工的优点：1）可持续大变形量加工。2）动力消耗小。3）提高材料质量和性能