金属学总复习

常用力学性能指标：强度、塑性、韧性、硬度和抗疲劳性能。

1.强度：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。

抗拉强度（σb ）屈服强度（σs ）条件屈服极限（σ0.2）2.塑性：金属材料产生永久变形而不被破坏的能力。

塑性指标：伸长率（δ）和断面收缩率（ Ψ ）。

a 、伸长率的计算：(L'-L)/L ×100％=δb 、断面收缩率的计算：3.硬度：金属材料抵抗局部变形的能力。

常用硬度种类：布氏硬度（HB ）、洛氏硬度(HRA 、HRB 、HRC)和维氏硬度(HV)。

布氏硬度主要用于测量较软的材料，如有色金属、灰口铸铁。

洛氏硬度主要用于硬质合金、淬火钢。

维氏硬度主要用于测量渗碳层、渗氮层的硬度。

硬度测试方法：压入法、划痕法、回弹高度法。

HBS 表示用淬火钢球作为压头测出的硬度值。

HBW 表示用硬质合金球作为压头测出的硬度值。

HV=HB=1/10HR冲击韧性(αk 是冲击韧度，Ak 是冲击吸收功) ：材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力。

金属的αk 与温度直接相关：（1）T ↓，αk ↓（2）存在韧脆转变温度Tk ：当T< Tk 时，金属为脆性状态αk ↓ ↓疲劳强度：金属材料在无数次循环应力或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力，用σ-1表示。

金属材料的化学性能包括抗氧化性、耐蚀性、高温稳定性。

()2/cm J SA a k k=金属材料的工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能第二章一、金属基本知识金属是指具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度升高而增加。

金属特性与金属键强弱有关。

金属特性：具有金属光泽，导电性、导热性优良，塑性较好，正的电阻温度系数。

良好的导电性：在外加电场作用下，金属中的自由电子能够沿外加电场方向定向运动，形成电流。

良好的导热性：自由电子的运动和正离子的振动。

良好的塑性：金属发生塑变时，原子改变其彼此间的位置，但不会破坏键，能经受变形而不断裂。

正电阻温度系数：T↑，正离子或原子振幅加大，阻碍电子的通过，R↑。

具有金属光泽：自由电子易吸收可见光粒子→能量↑→跃迁到高能级→跳回原低能级→可见光粒子能量释放。

晶体：具有规则外形的物质，具有固定的熔点。

性能表现为各向异性1、晶格：描述原子在空间中的排列形式的几何空间构架。

2、晶胞：反映晶格特征的最小几何单位。

致密度(k)：晶胞中原子本身所占整个晶胞的体积百分数配位数：晶体结构中，与任一原子最近邻并且等距离的原子数配位数和致密度均是表示晶体原子排列的紧密程度。

配位数、致密度越大，晶体原子排列越紧密。

四、金属晶格的类型：体心立方、面心立方、密排六方。

1、体心立方晶格（BCC）原子个数：2个；原子半径；致密度：0.68；配位数：8。

常见金属：碱金属、α-Fe、难熔金属（V、Nb、Ta、Cr、Mo、W2、面心立方晶格（FCC）原子个数：4；原子半径：；致密度：0.74；配位数：12。

典型金属：Al、γ-Fe、贵金属、Ni、Pb、Pd、Pt等。

3、密排六方晶格（HCP）原子个数：6个；原子半径：；致密度：0.74；配位数：12 典型金属：Mg、Zn、Be、Cd等。

晶面指数求法：建立坐标→求截距→取倒数→化整→⑸加（）。

晶向指数的求法：定原点→建坐标→求坐标→化最小整数→加[ ]。

体心立方晶格：密排面为{110},密排方向为<111>, 。

面心立方晶格：密排面为{111}, 密排方向为<110>。

密排六方晶格：密排面为{0001}, 密排方向为<1120>适当提高冷却速度，可以细化同素异构转变后的晶粒，从而提高金属的机械性能。

钢能够进行多种热处理就是因为铁能够在固态下发生同素异晶转变。

晶界属于同一固相（结构相同）但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界）亚晶界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(单晶体→各向异性；多晶体→各向同性。

金属晶体中常见缺陷：点缺陷、线缺陷和面缺陷。

点缺陷包括空位、间隙原子、置换原子。

线缺陷是指位错，包括刃型位错、螺旋位错和混合位错。

晶体的面缺陷包括两大类：⑴晶体的外表面；⑵内界面：晶界、亚晶界、孪晶界（孪晶之间的界面称为孪晶界）、相界（相之间的界面称为相界）等。

按相界上原子间匹配程度好坏，将相界分为共格相界、非共格相界、半共格相界。

晶界的特点晶界晶粒之间的界面，其中畸变，缺陷和杂质较多，表面活性较强。

在腐蚀环境下，易于优先腐蚀。

结晶:物质由液态转变为具有晶体结构的固相的过程。

过冷现象：金属的实际结晶温度T＜理论结晶温度Tm的现象。

过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差值。

△T=Tm-T，△T＞0是结晶的必要条件。

同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。

金属结晶的条件：能量起伏、成分起伏和结构起伏。

纯金属结晶过程：形核和晶粒长大。

描述结晶进程的两个参数•（1）形核率：单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。

用N表示。

•意义: N 越大，结晶后获得的晶粒越细小，材料的强度高，韧性也好（2）长大速度：晶核生长过程中，液固界面在垂直界面方向上单位时间内迁移的距离。

用G表示。

•纯金属结晶的条件：1 存在过冷度2 具有能量起伏3 具有结构起伏•晶核：液体中存在着许多诸如杂质类似于晶体的小集团，当低于理论晶温度时，这些小集团中的一部分就成为稳定的结晶核心，称为晶核。

•晶核（粒）长大的条件：1存在动态过冷2有足够高的温度3合适的晶体表面结构晶核形成方式：均匀形核和非均匀形核。

△T↑→rk↓，越易形核。

均匀形核：在过冷液体金属中，依靠液态金属自身能量变化获得驱动力，由晶胚直接成核的过程。

非均匀形核：在过冷液体金属上，晶胚依附在其它物质（杂质或添加剂）表面上成核的过程。

1.固液界面微观结构有两种类型：光滑界面；粗糙界面2.晶粒生长机制：垂直长大，横向长大。

晶粒生长的形态包括：平面状、胞状、树枝状•LS↓→cosθ↑→θ↓非均匀形核的临界形核功＜均匀形核的1.正温度梯度纯金属晶体生长形态→平面状晶2.负温度梯度纯金属晶体生长形态→树枝晶晶粒细化的作用：晶粒越细，金属材料的强度、硬度越高，塑性、韧性越好。

细化晶粒的途径：增大过冷度；变质处理；机械振动、电磁搅拌等。

铸锭三晶区：表层细晶区；中间柱状晶区；中心等轴晶区。

铸锭常见缺陷有缩孔、气孔、夹杂物，偏析，裂纹等。

合金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属通过熔炼等方法制成的具有金属特性的物质相合金中具有同一聚集状态，成分和性能均一，并以界面互相分开的组成部分。

组元组成合金的最基本的独立的物质。

合金的相结构类型：固溶体；金属化合物。

固溶强化的定义固溶强化是指溶质原子溶于溶剂晶格后形成固溶体，溶剂金属的强度↑，硬度↑，塑性，韧性↓的现象。

固溶体的结构特点及性能(1) 保持着溶剂的晶格类型；(2) 晶格发生畸变；(3) 偏聚与（短程）有序；有序固溶体（长程有序化）。

性能：（1）固溶体强硬度高于组成它的纯金属，塑韧性低于组成它的纯金属;（2）物理性能方面，随着溶入的溶质原子↑，固溶体的电阻率↑，电阻温度系数↓，导热性↓。

二元相图中匀晶相图、共晶相图的分析及杠杆定律的应用。

枝晶偏析冷却过程并非无限缓慢，扩散不完全→枝晶内部中心区域与边部区域化学成分不均匀消除枝晶偏析的方法均匀化退火平衡分配系数K0对枝晶偏析的影响（K0>1,K0<1）k0 <1时, k0越大偏析越小;k0 >1时, k0越小偏析越小成分过冷的定义固溶体结晶过程中，尽管液相实际温度分布一定，但由于液相中溶质分布发生变化，改变了液相的熔点，这种由成分变化引起的过冷现象。

成分过冷对晶体（纯金属和合金）生长形态的影响。

纯金属:取决于液固前沿温度分布正温度梯度——平面晶；负温度梯度——树枝状伪共晶形成的条件成分控制在M或N附近比重偏析亚共晶或过共晶合金结晶时，初晶的密度与剩余液相的密度相差很大，则密度小的初晶将上浮或下沉的现象。

•共晶反应一个液相中同时析出两个新的固相•共析反应一个固相中同时析出两个新的固相•铁碳相图及分析铁碳合金相图分析（1）点：J点―包晶点（1495℃，0.17% C）；C点―共晶点（1148℃，4.3% C）；S点―共析点（727℃，0.77%）；E点―γ的最大溶碳量 2.11% C；P点―α的最大溶碳量0.0218% C(其它重要点见课本P68)（2）线：液相线ABCD;固相线AHJECF;包晶线HJB;共晶线ECF;共析线PSK;GS线：在加热过程中，铁素体溶于奥氏体的终了线；ES线：碳在奥氏体中的溶解度曲线;GP线：碳在铁素体中的溶解度曲线；PQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线（共析温度以下）（3）组织：见课本P77(4)组织组成物的含量和相组成物的的含量：见课本P73铁素体C在体心立方α－Fe中的间隙固溶体奥氏体C在面心立方γ－Fe中的间隙固溶体珠光体、莱氏体、共晶渗碳体、共析渗碳体、二次渗碳体。

纯铁：单相的@-Fe铁碳合金相图相图中重要温度与成分点、重要线意义。

典型铁碳合金的结晶过程的分析及室温下的组织组成及相组成物的分析与相对含量的计算。

侧重于亚共析钢和过共析钢。

掌握铁碳合金的分类及含碳量对铁碳合金性能的影响规律。

金属塑性变形的方式：弹性变形，塑性变形，断裂滑移在外力作用下，晶体相邻二部分沿一定晶面、一定晶向彼此产生相对的平行滑动。

滑移的特点⑴发生在最密排晶面，滑移方向为最密排晶向；⑵只在切应力下发生，存在临界分切应力、3滑移两部分相对移动的距离是原子间距的整数倍，滑移后滑移面两边的晶体位向仍保持一致；滑移系的组成：一个滑移面和该面上的一个滑移方向常见金属晶体滑移系的数目体心立方滑移面：｛110｝(110), (011), (101), (110), (011), (101)滑移方向：〈111〉滑移系数：6×2=12面心立方(f.c.c)滑移面：｛111｝(111), (111), (111), (111);滑移方向：〈110〉滑移系数: 4×3=12密排六方滑移系数目：1×3=3滑移面｛0001｝滑移方向〈1120〉塑性好坏的比较：①滑移系数目愈多，塑性愈好；②滑移系数相同时，滑移方向多者塑性较好塑性排序：f.c.c>b.c.c>h.c.p 滑移的本质→位错的逐步运动孪生晶体在切应力作用下，一部分相对于另一部分沿特定晶面与晶向产生一定角度的均匀切变。

塑性变形对金属组织晶粒变形：等轴状→拉长形成纤维组织、带状组织。

2亚结构的细化3.产生变形织构性能1.产生加工硬化2. 对物理性能和化学性能的影响3.产生残余应力合金中的强化方式1.晶界强化2固溶强化3位错强化4第二相强化冷变形后的金属在回复与再结晶阶段的组织和性能的变化。