第一章金屬的晶體結(jié)構(gòu)第一節(jié)金屬的晶體結(jié)構(gòu)※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)．區(qū)別晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣。2．掌握標(biāo)定立方晶系和六方晶系晶面和晶向的方法。3．熟悉體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)的特征、原子堆垛方式和晶體中的間隙。4．了解晶體的多晶型性特性及其對(duì)金屬性能的影響。※本節(jié)重要考點(diǎn)1．重點(diǎn)掌握：立方晶系(米勒指數(shù))晶面和晶向的標(biāo)定方法；2．掌握：六方晶系(四指數(shù))晶面和晶向的標(biāo)定方法。※本節(jié)重要概念※考點(diǎn)精講 (1)晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)(原子、離子、分子)在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體。 (2)(單)晶體性能：具有固定的熔點(diǎn)；各向異性 (3)多晶體一般顯示出各向同性，即偽等向性。非晶體：原子在三維空間的不規(guī)則排列或長(zhǎng)程無(wú)序。各向同性，無(wú)固定的熔點(diǎn)。但在一定條件下可以轉(zhuǎn)變晶體。 (1)晶體結(jié)構(gòu)—晶體中原子、離子或原子團(tuán)在三維空間有規(guī)律的周期性的實(shí)際排列。 (2)空間點(diǎn)陣—將構(gòu)成晶體的原子、離子或原子團(tuán)抽象為幾何點(diǎn)(稱之為陣點(diǎn))，由幾何點(diǎn)做周期性的規(guī)則排列所形成的三維陣列。所有陣點(diǎn)的周圍環(huán)境相同．1122 (1)晶格：用一系列平行直線將陣點(diǎn)連接起來(lái)，形成的三維空間格架。它的實(shí)質(zhì)仍是空間點(diǎn)陣。 (2)晶胞：從晶格中選取的、能夠完全反映晶格特征的最小幾何單元。通常為平行六面體。三斜晶系：a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°簡(jiǎn)單三斜點(diǎn)陣單斜晶系：a≠b≠c，α＝γ＝90°≠β簡(jiǎn)單單斜點(diǎn)陣，底心單斜點(diǎn)陣正交晶系：a≠b≠c，α＝β＝γ＝90°簡(jiǎn)單正交點(diǎn)陣，底心正交點(diǎn)陣，體心正交點(diǎn)陣，面心正交點(diǎn)陣六方晶系：a＝b≠c，α＝β＝90°，γ＝120°簡(jiǎn)單六方點(diǎn)陣菱方晶系：a＝b＝c，α＝β＝γ≠90°簡(jiǎn)單菱方點(diǎn)陣正方晶系：a＝b≠c，α＝β＝γ＝90°簡(jiǎn)單正方點(diǎn)陣，體心正方點(diǎn)陣bc (1)體心立方結(jié)構(gòu)1)晶胞：晶胞的8個(gè)角上各有1個(gè)原子，構(gòu)成立方體，在立方體的中心還有1個(gè)原子。晶胞的原子數(shù)為2 (2)面心立方結(jié)構(gòu)1)晶胞：在晶胞的8個(gè)角上各有1個(gè)原子，構(gòu)成立方體，在立方體6個(gè)面的中心各有1個(gè)原子。晶胞原子數(shù)為44×4πR34)致密度：K＝V＝4 () (3)密排六方結(jié)構(gòu)1)晶胞：在晶胞的12個(gè)角上各有1個(gè)原子，構(gòu)成六方柱體，上低面與下底面的中心各有1個(gè)原子，晶胞內(nèi)還有3個(gè)原子。每個(gè)晶胞中的原子數(shù)為6334×4πR3 ()的理論密度的計(jì)算已知某金屬晶體的原子半徑，求該晶體的密度？一個(gè)晶胞的質(zhì)量原子數(shù)×(1摩爾質(zhì)量／(6．02×10－23))ρ＝一個(gè)晶胞的體積＝a3BC晶體中的間隙有四面體間隙和八面體間隙兩種。間隙中所能容納的最大圓球半徑稱為間隙半徑，其大小為間隙中心至點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)中心的距離。 (1)體心立方結(jié)構(gòu)中的間隙1)八面體間隙2)四面體間隙 (2)面心立方結(jié)構(gòu)中的間隙1)八面體間隙2)四面體間隙44位置：體對(duì)角線的1／4處(靠近頂點(diǎn))，或用三組相互垂直的面將晶胞分成八個(gè)小立方體，每個(gè)小立方體的體心 (3)密排六方結(jié)構(gòu)中的間隙1)八面體間隙2)四面體間隙晶體中原子列的方向叫做晶向，表征晶向方位的標(biāo)記稱為晶向指數(shù)。 (1)用坐標(biāo)法確定晶向指數(shù)的步驟3)將坐標(biāo)值按比例化為最小整數(shù)，放在一個(gè)方括號(hào)中，就得到該晶向的晶向指數(shù)[uvw] (2)討論晶向指數(shù)[uvw]不是指一個(gè)晶向，而是代表一組相互平行的晶向平行晶向的晶向指數(shù)相同，或數(shù)字相同而正負(fù)號(hào)相反，如[111]與[iii]．原子排列相同但空間位向不同的所有晶向稱為晶向族，以＜uvw＞表示。在立方晶系中，＜晶向． (3)立方晶系中的一些重要晶向晶體中的原子層面叫做晶面。表征晶面方位的標(biāo)記稱為晶面指數(shù)。 (1)晶面指數(shù)的標(biāo)注方法：1)建立右手坐標(biāo)系，確定原點(diǎn)(非晶面內(nèi)陣點(diǎn))，以三條棱邊為坐標(biāo)軸x、y、z，并以晶胞棱邊的長(zhǎng)2)以晶格常數(shù)為單位求出晶面在三個(gè)坐標(biāo)軸上的截距。3)取截距的倒數(shù)4)將它們化為最小整數(shù)，放入加圓括號(hào)盅，即得到該晶面的晶面指數(shù)(hkl)。 (2)討論1)如果晶面平行于哪個(gè)軸，則相應(yīng)的那個(gè)指數(shù)為0。2)晶面指數(shù)(hkl)不是指一個(gè)晶面，而是代表一組相互平行的晶面．3)平行晶面的晶面指數(shù)相同，或數(shù)字相同而正負(fù)號(hào)相反，如(100)與(i00)平行．．4)同一種晶體結(jié)構(gòu)中，原子排列情況相同而空間位向不同的所有晶面稱為晶面族，以{hkl}表示。 (3)立方晶系中的晶向指數(shù)和晶面指數(shù)2)在立方晶系中，當(dāng)一晶向[uvw]與某一晶面(hkl)垂直時(shí)，則晶向指數(shù)與晶面指數(shù)完全相等，即指數(shù)和晶面指數(shù)紹的用三個(gè)指數(shù)表示晶向和晶面，原則上適用于任意晶系。即以X1、X2、Z為三個(gè)坐標(biāo)軸，X1軸與X2軸夾角為120°，Z軸與X1、X2軸垂直。但用三坐標(biāo)系標(biāo)注六方晶系的晶向和晶面有一個(gè)很大的缺點(diǎn)：晶體中等價(jià)的晶向和晶面不具有類似的指數(shù)。從右圖可以看出，密排方向D1和D2是晶體學(xué)的等價(jià)方向，但其晶向指數(shù)卻分別是[100]和[110]。晶胞的六個(gè)柱面是晶體學(xué)的等價(jià)晶面，但其晶面指數(shù)卻分別是(100)和(1－10)。這給晶體研究帶來(lái)不便。 (1)四軸坐標(biāo)系標(biāo)定六方晶系晶向的方法比較方便容易的方法步驟是：1)用三軸坐標(biāo)系求出晶向指數(shù)[UVW]2)根據(jù)以下關(guān)系進(jìn)行換算 (2)四軸坐標(biāo)系標(biāo)定六方晶系晶面的方法：55上的度量長(zhǎng)度為六角底面的棱邊長(zhǎng)度，即晶格常數(shù)a，Z軸垂直于底面，其度量單位為棱邊高度，即晶c晶面指數(shù)就以(hkil)表示，分別為晶面在X1、X2、X3及Z軸上的截距的倒數(shù)化成最小 (3)六方晶系中一些重要的晶面和晶向指數(shù)12．立方晶系的重要計(jì)算公式 (1)立方晶系兩晶向間的夾角公式 (2)立方晶系兩平行晶面間的距離公式aa多晶型性：當(dāng)外部條件(如溫度和壓強(qiáng))改變時(shí)，元素的晶體結(jié)構(gòu)由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)，元素的這種性質(zhì)稱為多晶型。這種轉(zhuǎn)變稱之為多晶型轉(zhuǎn)變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)改變時(shí)，金屬的性能(如體積、強(qiáng)度、塑性、磁性、導(dǎo)電性等)往往要發(fā)生突變。多晶型轉(zhuǎn)變是金屬能通過(guò)熱處理改變性能的原因之一。本節(jié)名校真題年河北工業(yè)大學(xué))；理工大學(xué))1．空間點(diǎn)陣是由—在空間做有規(guī)律的重復(fù)排列。(2011年河北工業(yè)大學(xué))2．在立方晶系中，點(diǎn)陣常數(shù)是指—。(2012年華南理工大學(xué))AB度C．最近鄰原子中心間距之半n1．在立方晶系中，{111}晶面族包括等四組晶面。(2010年華南理工大學(xué))6677CP4．面心立方晶體結(jié)構(gòu)的原子半徑為，原子數(shù)為，配位數(shù)為，致密度為 。(2012年華南理工大學(xué))1年河北工業(yè)大學(xué))為．7．布拉菲點(diǎn)陣共有種，歸納為個(gè)晶系；面心立方結(jié)構(gòu)單個(gè)晶胞中的原子數(shù)為 ，密排六方結(jié)構(gòu)單個(gè)晶胞中的原子數(shù)為．(2007年青島科技大學(xué))的晶面指數(shù)為．第二節(jié)實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)本節(jié)的復(fù)習(xí)思路應(yīng)以認(rèn)識(shí)“晶體缺陷”在材料科學(xué)中的重要意義。本節(jié)常見(jiàn)題型仍以名詞解釋、選擇、填空等小分值考題為主，即使出現(xiàn)分值稍大的題型，也莫過(guò)于簡(jiǎn)答題。※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)2．掌握點(diǎn)缺陷的種類，形成以及對(duì)材料性能及擴(kuò)散的影響。3．熟悉位錯(cuò)的基本類型和柏氏矢量的物理意義。4．掌握晶界的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)晶體性能的影響。※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)88※本節(jié)重要概念※考點(diǎn)精講 (1)點(diǎn)缺陷的類型1)肖拓基空位：原子從平衡位置遷移至晶體的表面所形成的空位。2)弗蘭克爾空位：原子遷移至晶格的間隙中所形成的空位4)間隙原子：位于晶體點(diǎn)陣間隙的原子．5)置換原子：位于晶體點(diǎn)陣陣點(diǎn)的異類原子． (2)點(diǎn)缺陷的平衡濃度：點(diǎn)缺陷是一種熱力學(xué)平衡缺陷，即在一定溫度下，點(diǎn)缺陷有一定的平衡濃度．溫度升高．點(diǎn)缺陷濃度提高。 (3)點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生及運(yùn)動(dòng)1)點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生平衡點(diǎn)缺陷：原子熱振動(dòng)中的能量起伏；2)點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)缺陷的遷移、復(fù)合導(dǎo)致其濃度降低；點(diǎn)缺陷聚集導(dǎo)致其濃度升高或塌陷。 (4)點(diǎn)缺陷對(duì)金屬的影響1)結(jié)構(gòu)變化晶格畸變。如空位引起晶格收縮，間隙原子引起晶格膨脹，置換原子引起晶格收縮或膨脹。2)性能變化物理性能：電阻增大、體積膨脹、密度減小。力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度升高。3)加速金屬中的擴(kuò)散過(guò)程因而凡是與擴(kuò)散有關(guān)的相變、化學(xué)熱處理、高溫下的塑性變形和斷裂等，都與空位和間隙原子的存在和運(yùn)動(dòng)有著密切的關(guān)系。2．線缺陷—各種類型的位錯(cuò) (1)位錯(cuò)的概念、意義與類型；1)概念：晶體中某處一列或若干列原子有規(guī)律的錯(cuò)排。2)意義：對(duì)材料的力學(xué)行為(如塑性變形、強(qiáng)度、斷裂)起到?jīng)Q定性的作用，對(duì)材料的擴(kuò)散、相變過(guò)程有較大影響3)位錯(cuò)類型：刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、混合型位錯(cuò)。其中位錯(cuò)線、晶體滑移方向、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向具有確定的關(guān)系 (2)刃型位錯(cuò)的特征：①刃型位錯(cuò)有一個(gè)多余的半原子面．66②刃型位錯(cuò)線是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)晶格畸變管道，其中既有正應(yīng)變，也有切應(yīng)變。對(duì)于正刃型位錯(cuò)，滑移面之上晶格受到壓應(yīng)力，滑移面之下為拉應(yīng)力。③位錯(cuò)線與晶體的滑移方向相垂直，位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向與位錯(cuò)線垂直。 (3)螺型位錯(cuò)的特征①螺型位錯(cuò)沒(méi)有額外半原子面。②螺型位錯(cuò)線是一個(gè)具有一定寬度的細(xì)長(zhǎng)晶格畸變管道，只有切應(yīng)變，位錯(cuò)線周圍的彈性應(yīng)力場(chǎng)呈軸對(duì)稱分布③位錯(cuò)線與晶體的滑移方向平行，位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向與位錯(cuò)線垂直。 (4)位錯(cuò)的性質(zhì)位錯(cuò)的實(shí)際形狀不是一條直線，位錯(cuò)及其畸變區(qū)是一條管道。位錯(cuò)是晶體已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界，因而不能中斷于晶體內(nèi)部。但可在表面露頭，或終止于晶界和相界，或與其他位錯(cuò)相交，或自行封閉成環(huán)。 (5)柏氏矢量1)確定方法：①在位錯(cuò)周圍沿著點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)形成封閉回路；②在理想晶體中按同樣順序作同樣大小的回路；③在理想晶體中從終點(diǎn)到起點(diǎn)的矢量即為柏氏矢量。2)物理意義與應(yīng)用：①代表位錯(cuò)，并表示其特征(強(qiáng)度、畸變量)；②表示位錯(cuò)引起的晶體滑移的方向和大小；③一條位錯(cuò)線具有唯一的柏氏矢量；④判斷位錯(cuò)類型，如位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直，則是刃型位錯(cuò)；若位錯(cuò)線與柏氏矢量平行，則是螺型位錯(cuò)。3)表示方法：柏氏矢量的方向可用晶向指數(shù)表示，柏氏矢量的大小稱為位錯(cuò)強(qiáng)度，可用其模表示，它表示了該b＝[uvw]柏氏矢量為：b＝[110] (6)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)—滑移和攀移兩種形式1)滑移①作用于單位長(zhǎng)度位錯(cuò)上的力為：F＝τb，方向垂直于位錯(cuò)線，并且指向未滑移區(qū)。②位錯(cuò)滑移的規(guī)律和特點(diǎn)位錯(cuò)滑移規(guī)律：當(dāng)刃型位錯(cuò)線沿滑移面滑過(guò)整個(gè)晶體時(shí)，就會(huì)在晶體的表面沿柏氏矢量方向產(chǎn)生一個(gè)滑移的臺(tái)階，其寬度等于柏氏矢量b。在滑移時(shí)，刃型位錯(cuò)的方向垂直于位錯(cuò)線而與柏氏矢量平行。刃型位錯(cuò)的滑移面是由位錯(cuò)線與柏氏矢量所構(gòu)成的平面，故滑移面確定。當(dāng)螺型位錯(cuò)線沿滑移面滑過(guò)整個(gè)晶體時(shí)，同樣就會(huì)在晶體的表面沿柏氏矢量方向產(chǎn)生一個(gè)寬度等于柏氏矢量b的滑移臺(tái)階。在滑移時(shí)，螺型位錯(cuò)的方向與位錯(cuò)線垂直，也與柏氏矢量垂直。由于螺型位錯(cuò)線與柏氏矢量平行，故滑移面不確定。位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有位錯(cuò)中心附近少數(shù)原子的發(fā)生微量彈性位移，其它大多數(shù)原子仍處于平衡位置。2)攀移—在高溫下原子的擴(kuò)散或外加應(yīng)力的作用下，刃型位錯(cuò)的半原子面擴(kuò)大或縮小，導(dǎo)致位錯(cuò)線在垂直于滑移面的法線方向的運(yùn)動(dòng)。通常將多余半原子面向上移動(dòng)稱為正攀移，向下運(yùn)動(dòng)稱為負(fù)攀移。攀移的特點(diǎn)：①擴(kuò)散需要熱激活，受溫度影響大，比滑移需要更高的能量。②純剪應(yīng)力不能引起體積變化，對(duì)攀移不起作用。③過(guò)飽和空位的存在有利于攀移進(jìn)行。 (7)位錯(cuò)密度1)定義：通常把單位體積中所包含的位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度稱為位錯(cuò)密度。或穿過(guò)單位截面積的位錯(cuò)線數(shù)目。2)研究方法：①浸蝕法；②TEM觀察法；③X射線衍射法。3)位錯(cuò)密度與晶體強(qiáng)度的關(guān)系當(dāng)位錯(cuò)密度較低時(shí)，晶體的強(qiáng)度τc隨著位錯(cuò)密度ρ的增加而減小；當(dāng)位錯(cuò)密度較高時(shí)，晶體的強(qiáng)度τc隨著位錯(cuò)密度ρ的增加而增大。3．面缺陷—各種界面 (1)表面1)概念；金屬與真空或氣體、液體等外部介質(zhì)相接觸的界面2)表面能：由于在表面層產(chǎn)生了晶格畸變，所以其能量就要升高，將這種單位面積上升高的能量稱為比表面能，簡(jiǎn)稱表面能。表面能與外部介質(zhì)、裸露晶面及表面的曲率等有關(guān)。3)表面吸附：外來(lái)原子或氣體分子在表面上富集的現(xiàn)象。包括物理吸附和化學(xué)吸附。 (2)晶界1)概念：晶體結(jié)構(gòu)相同但取向不同的晶粒之間的界面。簡(jiǎn)稱晶界。通常將產(chǎn)生單位面積晶界所需要的能量，或單位面積晶界高出其晶體內(nèi)部的能量稱為晶界能。2)分類：①小角度晶界：相鄰晶粒的位向差小于10°的晶界。其結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)列，又分為對(duì)稱傾側(cè)晶界和扭轉(zhuǎn)晶界。②大角度晶界：相鄰晶粒的位向差大于10°的晶界。其結(jié)構(gòu)為幾個(gè)原子范圍內(nèi)的原子的混亂排列，可視為一個(gè)過(guò)渡區(qū)。③亞晶界：位相差小于1°的亞晶粒之間的邊界。為位錯(cuò)結(jié)構(gòu)(多變化)④孿晶界：兩塊相鄰孿晶的共晶面。分為共格孿晶界和非共格孿晶界。⑤堆垛層錯(cuò)：在實(shí)際晶體中，晶面堆垛順序發(fā)生局部差錯(cuò)而產(chǎn)生的一種晶體缺陷稱為堆垛層錯(cuò)，簡(jiǎn)稱層錯(cuò)。 (3)相界1)概念；具有不同晶體結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為相界2)分類：共格界面、半共格界面和非共格界面。非共格界面的晶界能最高，半共格界面的晶界能次之，共格界面的晶界能最低。 (4)晶界的特性1)界面能會(huì)引起界面吸附。2)界面上原子擴(kuò)散速度較快。3)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用。4)易被氧化和腐蝕。5)原子的混亂排列有利于固態(tài)相變的形核。本節(jié)名校真題年河北工業(yè)大學(xué))1．晶界處原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，故其腐蝕速度一般都比晶內(nèi)快。(2007年青島科技大學(xué))2．螺型位錯(cuò)和刃型位錯(cuò)都可以進(jìn)行交滑移。(2007年青島科技大學(xué))C．位錯(cuò)類型和柏氏矢量都不同。2．在實(shí)際晶體中．晶面堆垛順序發(fā)生局部差錯(cuò)二產(chǎn)生的一種晶體缺陷稱為．(2012年華南理工大學(xué))3．單晶體α－Fe的原子密排面的堆垛方式為，單晶γ－Fe的原子密排面的堆垛方式為 5．刃型位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線相互；螺型位錯(cuò)的柏氏矢量與位錯(cuò)線相互。 (2007年青島科技大學(xué))界面和界面，其中界面能最低。(2011年華南理工大學(xué))7．可以把位錯(cuò)理解為晶體中區(qū)和區(qū)的邊界。正刃型位錯(cuò)所在華裔面之上晶格受應(yīng)力，之下受應(yīng)力。8．位錯(cuò)引起的晶格畸變大小可用表示。(2010年華南理工大學(xué))9．位錯(cuò)的滑移面是和所構(gòu)成的晶面。刃型位錯(cuò)的滑移面有個(gè)，刃型位錯(cuò)的滑移面有個(gè)。(2010年華南理工大學(xué))1．簡(jiǎn)述金屬晶體中缺陷的類型．(2011年河北工業(yè)大學(xué))2．如圖所示一位錯(cuò)換，該位錯(cuò)環(huán)各部分能否都是螺型位錯(cuò)或各部分都是刃型位錯(cuò)，為什么？指出個(gè)部分位錯(cuò)的性質(zhì)．(2010年青島科技大學(xué))六、請(qǐng)分別指出刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)中的位錯(cuò)線、柏氏矢量、滑移方向、受力方向、位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向之間的關(guān)系，并分別說(shuō)明兩種位錯(cuò)的位錯(cuò)線運(yùn)動(dòng)方向的一般規(guī)律。(2012年青島科技大學(xué))七、如圖所示有A、B兩個(gè)刃型位錯(cuò)，請(qǐng)指出這兩個(gè)刃型位錯(cuò)分別是什么類型的刃型位錯(cuò)？并用柏氏矢量回路畫(huà)出這兩個(gè)刃型位錯(cuò)的柏氏矢量。(2011年青島科技大學(xué))第二章純金屬的結(jié)晶第一節(jié)金屬結(jié)晶的基本規(guī)律※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)1．了解金屬結(jié)晶的宏觀現(xiàn)象和微觀過(guò)程。2．掌握結(jié)晶的熱力學(xué)條件和結(jié)構(gòu)條件。※本節(jié)重要考點(diǎn)※本節(jié)重要概念※考點(diǎn)精講 (1)過(guò)冷：金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度Tn總是低于理論結(jié)晶溫度Tm，這種現(xiàn)象稱為過(guò)冷。 (2)過(guò)冷度：金屬的理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差，以△T表示，△T＝Tm－Tn (3)過(guò)冷度與金屬的本性、純度、冷卻速度有關(guān)。冷卻速度越大，實(shí)際凝固溫度越低，過(guò)冷度越大。過(guò)冷是凝固的必要條件之一。結(jié)晶過(guò)程是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。當(dāng)液態(tài)金屬過(guò)冷至理論結(jié)晶溫度以下的實(shí)際結(jié)晶溫度時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后首先在液體中形成具有某一臨界尺寸的晶核，然后這些晶核再不斷凝聚液體中的原子繼續(xù)長(zhǎng)大，與此同時(shí)，液態(tài)金屬中又產(chǎn)生第二批晶核。以此類推，原有的晶核不斷長(zhǎng)大，同時(shí)又不斷產(chǎn)生新的第三批、第四批晶核……就這樣液態(tài)金屬不斷形核，使液態(tài)金屬越來(lái)越少，直到各個(gè)晶粒相互接單位體積自由能差為：ΔGV＝－ΔHf液體金屬中，存在著不斷變化的短程有序原子集團(tuán)稱為結(jié)構(gòu)起伏，或稱為相起伏。仿佛在液態(tài)金屬中不斷涌現(xiàn)出一些極微小的固體結(jié)構(gòu)一樣。根據(jù)結(jié)晶的熱力學(xué)條件可以判斷：只有在過(guò)冷液體中出現(xiàn)較大的相起伏才可能在結(jié)晶時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ш耍@些相起伏就是晶核的胚芽，稱為晶胚。可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)起伏是形核的必要條件之二。本節(jié)名校真題液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)是金屬原子呈．(2011年華南理工大學(xué))BC兩個(gè)基本過(guò)程．(2009年青島科技大學(xué))2．純金屬的實(shí)際開(kāi)始結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，這種現(xiàn)象稱為，理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差稱為．(2010年華南理工大學(xué))1．金屬平衡結(jié)晶時(shí)，冷卻曲線上的平臺(tái)溫度是系統(tǒng)向外界散熱熱量與結(jié)晶潛熱補(bǔ)償溫度熱量相等的溫度，因此，平臺(tái)溫度為金屬理論結(jié)晶溫度。(2009年青島科技工大學(xué))2．金屬結(jié)晶時(shí)都遵循著形核和長(zhǎng)大的一般規(guī)律，也就是說(shuō)結(jié)晶分為兩個(gè)階段，形核階段完成后，所有的晶核同步進(jìn)入長(zhǎng)大階段。(2009年青島科技工大學(xué))金屬根本不同．(2011年華南理工大學(xué))簡(jiǎn)述金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件和結(jié)構(gòu)條件(2012年華南理工大學(xué))第二節(jié)晶核的形成本節(jié)常見(jiàn)題型以名詞解釋、選擇、判斷、填空題等小分值考題為主，也會(huì)出現(xiàn)分值稍大的題型，如公式推導(dǎo)和分析為內(nèi)容的簡(jiǎn)答題。※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)2．熟悉影響形核率的主要因素※本節(jié)重要考點(diǎn)※本節(jié)重要概念※考點(diǎn)精講 (1)概念：過(guò)冷液體中各個(gè)區(qū)域出現(xiàn)新相固態(tài)晶核的幾率是相同的，這種形核方式即為均勻形核。 (2)晶胚形成時(shí)能量的變化(以球形晶胚為例)：2σTLΔT (3)臨界晶核半徑：r*LΔTm當(dāng)晶胚的半徑r＜臨界晶胚半徑時(shí)，晶胚不能成晶核；當(dāng)晶胚的半徑r＞臨界晶胚半徑時(shí)，晶胚穩(wěn)定下來(lái)成為晶核；當(dāng)晶胚的半徑r＝臨界晶胚半徑時(shí)，晶胚可能成為晶核，也可能消失。可知，過(guò)冷度△T增大時(shí)，臨界晶胚半徑減小，所需要的結(jié)構(gòu)起伏小，晶核形成容易。 (4)臨界形核功形核功來(lái)提供．形核功由液體中的能量起伏提供。*2σTmrLΔTm可見(jiàn)，能量起伏是形核的必要條件之三。增大過(guò)冷度，臨界形核功減小，所需能量起伏小，有利于形核。 (5)形核率與過(guò)冷度的關(guān)系形核率：?jiǎn)挝粫r(shí)間單位體積液相內(nèi)形成的晶核數(shù)目。①當(dāng)過(guò)冷度≥臨界過(guò)冷度時(shí)，才可能形核。②形核率先是隨著過(guò)冷度增加而增加，超過(guò)極大值后，隨過(guò)冷度增大而減小。③金屬的凝固傾向極大，一般在達(dá)到極大值前，已經(jīng)凝固完畢 (1)概念：新相固態(tài)晶核優(yōu)先出現(xiàn)在過(guò)冷液體中的某些區(qū)域，這種形核方式即為非均勻形核。 (2)晶胚形成時(shí)能量的變化： (3)臨界晶核半徑*2σS／L*可見(jiàn)，非均勻形核的臨界晶核(曲率)半徑與均勻形核的臨界晶核半徑相等，但非均勻形核的晶核 (4)臨界形核功*2σS／L* s s通常情況下，非均勻形核所需要的形核功小于均勻形核的形核功，形核所需能量起伏小，有利于形核，或可以在低得多的過(guò)冷度下形核。 (5)影響形核率的因素①過(guò)冷度的影響。與均勻形核相比，非均勻形核所需要過(guò)冷度小得多，而且隨著過(guò)冷度增加，形核率增大至極大值后，還要下降一段，然后形核終止。②固體雜質(zhì)的影響。若固體雜質(zhì)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)與晶核點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)匹配，就可顯著減小二者間的表面能，獲得小的接觸角θ，有效地促進(jìn)非均勻形核；在曲率半徑和θ角相同的情況下，固體雜質(zhì)表面為凹面時(shí)晶核體積較小，形核較容易．③物理因素。如振動(dòng)、攪拌等。本節(jié)名校真題1．在非均勻形核中，外來(lái)雜質(zhì)形狀對(duì)形核有重要影響，其中對(duì)形核最為有利．(2010年華南理工大學(xué))2．純金屬凝固時(shí)，非均勻形核比均勻形核所需的過(guò)冷度要小得多，這是因?yàn)椋?2012年華南理工大學(xué))A．在未熔雜質(zhì)上不需要再形核B．非均勻形核的臨界形核半徑較小C．非均勻形核的臨界形核功較小液態(tài)金屬凝固時(shí)有兩種形核方式．即形核和形核，鑄造生產(chǎn)中液態(tài)金屬以 形核的方式進(jìn)行。(2011年華南理工大學(xué))什么是非均勻形核？為什么實(shí)際金屬的結(jié)晶過(guò)程主要按非均勻形核方式進(jìn)行？(2011年華南理工大學(xué))1．均勻形核和非均勻形核(2010年華南理工大學(xué))2011年河北工業(yè)大學(xué))五、公式推導(dǎo)題(2011年青島科技大學(xué))純金屬結(jié)晶時(shí)形成一個(gè)半徑為r的球體，請(qǐng)根據(jù)形核前后體系自由能的變化推導(dǎo)： (1)臨界晶核半徑的表達(dá)式； (2)臨界形核功與形核界面能的關(guān)系。第三節(jié)晶核的長(zhǎng)大本節(jié)常見(jiàn)題型以名詞解釋、選擇、判斷、填空題等小分值考題為主，也會(huì)出現(xiàn)分值稍大的題型，如以原理分析為內(nèi)容的簡(jiǎn)答題。※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)1．理解晶體長(zhǎng)大機(jī)制的實(shí)質(zhì)、熱力學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)條件。2．掌握界面微觀結(jié)構(gòu)和溫度梯度對(duì)晶體長(zhǎng)大形態(tài)的影響3．掌握生產(chǎn)中細(xì)化鑄件晶粒的常用方法以及原理※本節(jié)重要考點(diǎn)1．掌握：界面微觀結(jié)構(gòu)和溫度梯度對(duì)晶體長(zhǎng)大形態(tài)的影響。2．重點(diǎn)掌握：生產(chǎn)中細(xì)化鑄件晶粒的常用方法以及原理※本節(jié)重要概念正溫度梯度和負(fù)溫度梯度，光滑界面和粗糙界面※考點(diǎn)精講 (1)實(shí)質(zhì)—是液相原子遷移到固相上的速率大于固相原子遷移到液相上的速率，使固－液界面向液體中推進(jìn)。 (2)熱力學(xué)條件—即要求固－液界面前沿液體中有一定過(guò)冷度，這種過(guò)冷度稱為動(dòng)態(tài)過(guò)冷度。只有這樣，晶體長(zhǎng)大時(shí)的體積自由能的降低才會(huì)大于晶體表面能的增加，符合長(zhǎng)大過(guò)程的能量條件。固相界面接納液相原子的難易程度與界面微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。 (3)動(dòng)力學(xué)條件—即液相原子能不斷地向固液界面擴(kuò)散提供原子，這就要求液相有足夠的溫度，以使液態(tài)金屬原子具有足夠的擴(kuò)散能力。固相界面接納液相原子的速度也與界面微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。2．固—液界面的微觀結(jié)構(gòu)與晶體生長(zhǎng)機(jī)制 (1)光滑界面的微觀結(jié)構(gòu)與晶體生長(zhǎng)機(jī)制1)光滑界面的微觀結(jié)構(gòu)：從原子尺度看，界面是光滑平整的，液、固兩相被截然分開(kāi)．在光學(xué)顯微鏡下，光滑界面由曲折的若干小平面組成，又稱小平面界面。2)光滑界面的生長(zhǎng)機(jī)制：包括二維晶核生長(zhǎng)機(jī)制和依靠晶體螺型位錯(cuò)臺(tái)階長(zhǎng)大機(jī)制。二維晶核如同均勻形核那樣，在平整界面上形成具有一定寬度的平面原子集團(tuán)的核心。 (2)粗糙界面的微觀結(jié)構(gòu)與晶體生長(zhǎng)機(jī)制1)粗糙界面的微觀結(jié)構(gòu)：從原子尺度看，界面是高低不平的，液、固兩相間存在幾個(gè)原子間距厚度的過(guò)渡層。在過(guò)渡層中，液相與固相的原子犬牙交錯(cuò)的分布著。在光學(xué)顯微鏡下，粗糙界面是平直2)粗糙界面的生長(zhǎng)機(jī)制：在粗糙界面上，幾乎有一半的空位可接受原子，液體原子很容易進(jìn)入空位與晶體連接．由于所有位置都是生長(zhǎng)位置，所以液相原子可以連續(xù)地向界面添加，界面的性質(zhì)永遠(yuǎn)不變，從而使界面沿其法線方向迅速地向液相推進(jìn)．這種長(zhǎng)大方式稱為連續(xù)長(zhǎng)大，也稱垂直生長(zhǎng)。3．液固界面前沿液體中的溫度梯度 (1)正溫度梯度：正溫度梯度是指液相中的溫度隨至界面距離的增加而提高的溫度分布狀況。其結(jié)晶前沿液體中的過(guò)冷度隨至界面距離的增加而減小。此時(shí)所產(chǎn)生的結(jié)晶潛熱主要通過(guò)型壁傳到散出。 (2)負(fù)溫度梯度：負(fù)溫度梯度是指液相中的溫度隨至界面距離的增加而降低的溫度分布狀況，即其過(guò)冷度隨至界面距離的增加而增大。此時(shí)所產(chǎn)生的結(jié)晶潛熱主要通過(guò)尚未結(jié)晶的過(guò)冷液相散失。 (1)在正溫度梯度下，具有粗糙界面結(jié)構(gòu)的晶體，其界面為平行于熔點(diǎn)Tm等溫面的平直面，長(zhǎng)大方式為平面長(zhǎng)大方式；具有光滑界面結(jié)構(gòu)的晶體，其顯微界面呈小臺(tái)階狀，與熔點(diǎn)Tm等溫面呈一定角度分布著，但從宏觀來(lái)看，熔點(diǎn)Tm等溫面仍為平行于的平直面，這種情況有利于形成具有規(guī)則形狀的晶體(大多成長(zhǎng)為以密排面為表面的晶體)。 (2)在負(fù)溫度梯度下，具有粗糙界面結(jié)構(gòu)的晶體呈樹(shù)枝狀長(zhǎng)大形態(tài)；具有光滑界面結(jié)構(gòu)的晶體，有的出現(xiàn)樹(shù)枝狀長(zhǎng)大特征，有的則仍保持小臺(tái)階狀長(zhǎng)大形態(tài)。 (1)長(zhǎng)大速度(長(zhǎng)大線速度)與過(guò)冷度的關(guān)系當(dāng)界面過(guò)冷度大于動(dòng)態(tài)過(guò)冷度時(shí)，晶體才能長(zhǎng)大。具有粗糙界面的大多數(shù)金屬，動(dòng)態(tài)過(guò)冷度很小，在較小的過(guò)冷度下即可獲得較大的長(zhǎng)大速度，其長(zhǎng)大速度一般隨過(guò)冷度的增大而增加。 (2)晶體長(zhǎng)大的要點(diǎn)如下：機(jī)制為連續(xù)長(zhǎng)大，長(zhǎng)大速度大，所需過(guò)冷大度小。2)半金(如Si、Sb等)或非金屬，具有光滑界面，其長(zhǎng)大機(jī)制有兩種方式：其一為二維晶核長(zhǎng)大方式，其二為螺型位錯(cuò)長(zhǎng)大方式，它們的長(zhǎng)大速度都很慢，所需過(guò)冷度較大。3)晶體成長(zhǎng)的界面形態(tài)與界面前沿的溫度梯度和界面的微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)，在正的溫度梯度下長(zhǎng)大時(shí)，光滑界面的一些小晶面互成一定角度，呈鋸齒狀；粗糙界面的形態(tài)為平行于Tm等溫面的平直界面，呈平面長(zhǎng)大方式。在負(fù)的溫度梯度下長(zhǎng)大時(shí)，一般金屬和半金屬的界面都呈樹(shù)枝狀，只有一些無(wú)機(jī)化合物仍然保持著光滑界面形態(tài)。常溫下，晶粒越細(xì)小，強(qiáng)度越高，塑性液越好。因此控制鑄件晶粒的大小具有重要的實(shí)際意義。鑄件晶粒大小取決于兩個(gè)重要因素：形核率N和長(zhǎng)大速度G。N／G的比值越大，晶粒越細(xì)小。通過(guò)增220N度G或增加N／G的比值，都會(huì)使晶粒細(xì)化。常用方法有： (1)增加過(guò)冷度(適于小件和薄壁件)。 (2)變質(zhì)處理(適于大件和厚壁件)。 (3)澆注時(shí)，采用振動(dòng)和攪拌等方法。本節(jié)名校真題金屬結(jié)晶后晶粒大小取決于結(jié)晶時(shí)的形核率N和長(zhǎng)大速度G，要細(xì)化晶粒必須．(2010年華南理工大學(xué))1．在純金屬結(jié)晶時(shí)，晶體按照平面狀方式長(zhǎng)大的條件是。(2010年華南理工大學(xué))2．金屬結(jié)晶后晶粒大小取決于結(jié)晶時(shí)的形核率N和長(zhǎng)大速度G，要細(xì)化晶粒必須． (2010年華南理工大學(xué))3．純金屬凝固時(shí)，要得到枝晶組織，界面前沿液體中的溫度梯度必須為，要實(shí)現(xiàn)定向凝固，界面前沿液體中的溫度梯度必須為(2012年華南理工大學(xué))4．從原子尺度看，生長(zhǎng)著的晶體的固液界面可以分為和兩類微觀結(jié)構(gòu)(2010年青島科技大學(xué))1．金屬結(jié)晶時(shí)過(guò)冷度越大，結(jié)晶后晶粒越細(xì)。(2011年華南理工大學(xué))3．無(wú)論溫度分布如何，常用純金屬生長(zhǎng)都是呈樹(shù)枝狀界面。(2007年青島科技大學(xué))1．簡(jiǎn)述純金屬長(zhǎng)大形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系。(2011年河北工業(yè)大學(xué))第四節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷本節(jié)常見(jiàn)題型以選擇、填空題等小分值考題為主，也會(huì)出現(xiàn)分值稍大的題型，如以原理分析為內(nèi)容的簡(jiǎn)答題。本節(jié)的復(fù)習(xí)思路是運(yùn)用高等數(shù)學(xué)和物理化學(xué)的知識(shí)，推到臨界形核半徑和臨界形核功的公式，并弄清其物理意義。221※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)1．了解得到發(fā)達(dá)的柱晶區(qū)或等軸晶區(qū)應(yīng)該采取的措施及其基本原理2．掌握鑄錠三晶區(qū)形成的原因及每個(gè)晶區(qū)的組織和性能特點(diǎn)※本節(jié)重要考點(diǎn)1．得到發(fā)達(dá)的柱晶區(qū)或等軸晶區(qū)應(yīng)該采取的措施及其基本原理。2．掌握：鑄錠三晶區(qū)形成的原因及每個(gè)晶區(qū)的組織和性能特點(diǎn)※本節(jié)重要概念※考點(diǎn)精講特點(diǎn) (1)外表層的等軸細(xì)晶區(qū)。外表層由細(xì)小的等軸晶所組成。組織致密，力學(xué)性能好，但厚度一般都很薄。 (2)中間的柱狀晶區(qū)柱狀晶區(qū)由垂直于型壁的粗大柱狀晶所構(gòu)成。晶粒彼此間的界面比較平直，組織比較致密。但當(dāng)沿不同方向生長(zhǎng)的兩組柱狀晶相遇時(shí)，會(huì)形成柱晶間界。柱晶間界是雜質(zhì)、氣泡、縮孔較富集的地 (3)中心等軸晶區(qū)1)優(yōu)點(diǎn)：與柱狀晶區(qū)相比，等軸晶區(qū)的各個(gè)晶粒在長(zhǎng)大時(shí)彼此交叉，枝叉間的搭接牢固，裂紋不易擴(kuò)展；不存在明顯的弱面；各晶粒的取向各不相同，其性能也沒(méi)有方向性。2)缺點(diǎn)；等軸晶的樹(shù)枝狀晶體比較發(fā)達(dá)，分枝較多，因此顯微縮孔較多，組織不夠致密。但顯微縮孔一般均未氧化，因此鑄錠經(jīng)熱壓力加工之后，一般均可焊合，對(duì)性能影響不大。可見(jiàn)，一般的鑄件，尤其是鑄件，都要求得到發(fā)達(dá)的等軸晶組織。 (1)縮孔。1)形成：金屬鑄件在凝固冷卻期間，由于液態(tài)及凝固收縮，若在鑄件最后凝固的地方?jīng)]有得到液態(tài)金屬或合金的補(bǔ)縮，就會(huì)形成孔洞。通常把分散和細(xì)小的孔洞稱為縮松，大而集中的孔洞稱為縮孔。一些純金屬、接近共晶成分的合金易產(chǎn)生縮孔。2)危害：有效承載面積減小；導(dǎo)致應(yīng)力集中，可能成為裂紋源；降低鑄件的氣密性，特別是承受壓應(yīng)力鑄件，容易產(chǎn)生泄露而報(bào)廢。 (2)氣孔1)形成：當(dāng)金屬液體凝固時(shí)，其中所溶解的氣體(氫氣、氧氣和氮?dú)獾?將以分子狀態(tài)逐漸富集于固液界面前沿的液體中，形成氣泡。這些氣泡長(zhǎng)大到一定程度后便可能上浮，若鑄錠表面已經(jīng)凝固而222未能浮出表面，則氣泡將保留在鑄錠內(nèi)部，形成氣孔。2)危害：與縮孔類似。靠近鑄錠表層的皮下氣孔，則可能由于表皮破裂而被氧化，在壓力加工時(shí)不能焊合，易在表面形成裂紋。 (3)夾雜物鑄錠中的夾雜物，根據(jù)來(lái)源可分為兩類：一類稱為外來(lái)夾雜物，如在澆注過(guò)程中混入的耐火材料；另一類稱為內(nèi)生夾雜物，它是在液態(tài)金屬冷卻過(guò)程中形成的，如金屬與氣體形成的金屬氧化物或其他金屬夾雜物，當(dāng)除不盡時(shí)即殘留在鑄錠內(nèi)，其形狀、大小和分布隨夾雜物不同而不同，通常在光學(xué)顯微鏡下都可以觀察到。夾雜物的存在對(duì)鑄錠(件)的塑韌性會(huì)產(chǎn)生不良影響．本節(jié)名校真題鑄件在凝固時(shí)若不出現(xiàn)成分過(guò)冷，則鑄件組織將是：(2012年華南理工大學(xué))簡(jiǎn)述鋼錠中常見(jiàn)的宏觀組織缺陷，消除或改善方法。(2011年河北工業(yè)大學(xué))223第三章二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶第一節(jié)合金的相結(jié)構(gòu)本節(jié)常見(jiàn)題型以名詞解釋、選擇、判斷、填空題為主，也會(huì)出現(xiàn)分值稍大的題型，如以原理分析為內(nèi)容的簡(jiǎn)答題。※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)1．了解固溶體和金屬間化合物在合金中的作用。2．掌握金屬材料中相結(jié)構(gòu)的基本類型和各種相的形成規(guī)律、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能特點(diǎn)。※本節(jié)重要考點(diǎn)※本節(jié)重要概念※考點(diǎn)精講 (1)合金：兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬，經(jīng)熔煉或燒結(jié)，或用其他方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。 稱元。 (3)相：相是合金中晶體結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一并以界面相互分開(kāi)的組成部分。由一種固相組成的合金稱為單相合金，由幾種不同固相組成的合金稱為多相合金。根據(jù)相的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以將其分為固溶體和金屬間化合物兩大類。 (1)固溶體的概念固溶體是固態(tài)下一種組元(溶質(zhì))溶解在另一種組元(溶劑)中形成的新相，其特點(diǎn)是具有溶劑組元的點(diǎn)陣類型。晶格與固溶體相同的組元稱為溶劑，其他的組元即為溶質(zhì)。工業(yè)上所使用的金屬材料，絕大多數(shù)以固溶體為基體，有的甚至完全由固溶體組成，適合于變形成形。 (2)固溶體的分類1)按溶質(zhì)原子在晶格中所占位置不同，可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體。2)按溶質(zhì)組元在固溶體中的溶解度(或固溶度)不同，可將固溶體分為有限固溶體和無(wú)限固溶體。3)按溶質(zhì)原子與溶劑原子的相對(duì)分布不同，可將固溶體分為無(wú)序固溶體和有序固溶體。有序固溶體可以是置換式的有序，也可以是間隙式的有序。 (3)置換固溶體金屬元素彼此之間一般都能形成置換固溶體，但固溶度的大小往往相差十分懸殊。哪些因素影響置換固溶體的固溶度？②電負(fù)性因素，電負(fù)性差值越大，則越不利于形成固溶體，而易于形成化合物。④晶體結(jié)構(gòu)因素，溶質(zhì)與溶劑的晶體結(jié)構(gòu)相同是置換固溶體形成無(wú)限固溶體的必要條件。 (4)間隙固溶體B①溶質(zhì)原子的大小。注意：間隙間隙固溶體只能是有限固溶體。 (5)固溶體的結(jié)構(gòu)雖然固溶體仍保持著溶劑的晶格類型，但與純組元相比，結(jié)構(gòu)還是發(fā)生了變化，有的變化還相當(dāng)大，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①晶格畸變。晶格畸變的大小可由晶格常數(shù)的變化所反映。形成置換固溶體時(shí)，晶格常數(shù)隨著溶質(zhì)原子的溶入而變大或變小。形成間隙固溶體時(shí)，晶格常數(shù)總是隨著溶質(zhì)原子的溶入而變大。②從微觀上看，無(wú)序固溶體中可能存在偏聚和短程有序。當(dāng)同種原子間的結(jié)合力大于異種原子間的結(jié)合力時(shí)，溶質(zhì)原子傾向于成群地聚集在一起，形成偏聚區(qū)；反之，當(dāng)異種原子間的結(jié)合力大于同種原子間的結(jié)合力時(shí)，則溶質(zhì)原子的近鄰皆為溶劑原子，溶質(zhì)原子傾向于按一定的規(guī)則呈有序分布，這種有序分布通常只在短距離小范圍內(nèi)存在，稱之為短程有序。③有序固溶體當(dāng)溫度低于某一溫度時(shí)，無(wú)序固溶體中的溶質(zhì)原子會(huì)在整個(gè)晶體中都按一定順序排列起來(lái)，既由短程有序轉(zhuǎn)變?yōu)橛行颍@樣的固溶體稱為有序固溶體，或稱為超結(jié)構(gòu)、超點(diǎn)陣。有序固溶體有確定的化學(xué)成分，可用化學(xué)式來(lái)表示其組成。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，有序固溶體實(shí)質(zhì)上是介于固溶體和化合物之間的一個(gè)相，但更接近于化合物。225 (6)固溶體的性能著溶質(zhì)濃度的增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性有所下降，這種現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化。間隙原子造成的晶格畸變比置換原子的大，所引起的晶格畸變較大，強(qiáng)化效果也較好。②固溶體的電阻率升高。③當(dāng)無(wú)序固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚬倘荏w時(shí)，硬度和脆性顯著增加，而塑性和電阻則明顯降低。概念：當(dāng)溶質(zhì)原子的加入量超過(guò)固溶體的固溶度極限時(shí)，還會(huì)形成一種新相，其晶體結(jié)構(gòu)均不同于任一組元，由于這種新相具有金屬性質(zhì)，所以稱為金屬化合物，又稱中間相。結(jié)合鍵和晶體結(jié)構(gòu)的多樣性，使金屬間化合物具有許多特殊的物理化學(xué)性能，成為新的功能材料和耐 (1)正常價(jià)化合物—兩種電負(fù)性較大的元素以化合價(jià)規(guī)律形成的化合物AAA，組元成分固定不變。合金強(qiáng)化相 (2)電子化合物—價(jià)電子濃度符合某些特定值的化合物晶體結(jié)構(gòu)：按照一定電子濃度的比值形成的化合物，電子濃度不同，所形成的的化合物的晶體結(jié)構(gòu)也不同．不遵守化合價(jià)規(guī)則，雖然可用化學(xué)式表示，但其成分在一定范圍變化，因此可看作是以化合物為基的固溶體． (3)間隙相和間隙化合物2)晶體結(jié)構(gòu)：主要受組元的原子尺寸因素控制。CVC226e此類。3)性能：①間隙相具有極高的熔點(diǎn)、硬度和明顯的金屬特性(導(dǎo)電、導(dǎo)熱、金屬光澤)．它們是硬質(zhì)合金、合金工具鋼和高溫金屬陶瓷的重要組成相，也是常用的耐磨涂層材料．②間隙相化合物也具有很高的熔點(diǎn)和硬度，但與間隙相相比，它們的熔點(diǎn)和硬度要低一些，而且加熱時(shí)也較易分解。鋼中常見(jiàn)的間隙化合物。其中的Fe3C是鋼鐵材料中的一種基本組成相，稱為滲碳體．(Fe，Mn)3C、 本節(jié)名校真題、名詞解釋：置換固溶體(2011年華南理工大學(xué))；相(2011年河北工業(yè)大學(xué))；合金(2011年河北工業(yè)大學(xué))1．二元合金的相結(jié)構(gòu)可分為兩大類，即和。(2010年華南理工大學(xué)) 。第二節(jié)二元合金相圖的建立本節(jié)常見(jiàn)題型以名詞解釋、填空題為主。杠桿定律作為計(jì)算方法常出現(xiàn)在綜合題中。※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)2．熟悉熱分析法建立相圖的過(guò)程。率的表達(dá)式及作用2274．掌握運(yùn)用杠桿定律計(jì)算兩平衡相的相對(duì)含量的方法。※本節(jié)重要考點(diǎn)相的相對(duì)含量※本節(jié)重要概念※考點(diǎn)精講 (1)相圖相圖是描述在平衡條件下合金中相的狀態(tài)(類型、數(shù)量)與溫度、壓力、成分之間關(guān)系的圖解，又稱為狀態(tài)圖或平衡圖。利用相圖，可以知道不同成分的合金在不同溫度下的平衡狀態(tài)，它存在哪些相、相的成分及相對(duì)含量如何，以及在加熱或冷卻時(shí)可能發(fā)生那些轉(zhuǎn)變等。二元系合金通常采用溫度T－二組元成分x二維坐標(biāo)圖，其中T為縱坐標(biāo)，x為橫坐標(biāo)。 (2)相律及其應(yīng)用相律是描述合金系統(tǒng)的組元數(shù)C、平衡共存的相的數(shù)目P和自由度F之間關(guān)系的法則。FF相律是理解、分析相圖重要的理論依據(jù)。利用相律：①可以判斷在一定條件下系統(tǒng)最多可能平衡共存的相數(shù)目；②可以判斷測(cè)繪的相圖是否正確；③利用相律可以解釋純金屬與二元合金結(jié)晶時(shí)的一些區(qū)別。 (1)配制一系列不同成分的Cu－Ni合金，測(cè)定這些合金在冷卻曲線。每個(gè)合金的冷卻曲線上有兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，所對(duì)應(yīng)的溫度代表兩個(gè)臨界點(diǎn)，溫度較高的臨界點(diǎn)是結(jié)晶開(kāi)始溫度，稱為上臨界點(diǎn)，溫度較低的臨界點(diǎn)是結(jié)晶終了溫度，稱為下臨界點(diǎn)。純鎳和純銅的冷卻曲線都是一水平線段，只有一個(gè)臨界點(diǎn)。 (2)將上述臨界點(diǎn)標(biāo)在溫度成分坐標(biāo)圖上，再將兩類臨界點(diǎn)連接成線，得到Cu－Ni合金相圖．其中上臨界點(diǎn)的連線稱為液相線，表示合金結(jié)晶的開(kāi)始溫度或加熱過(guò)程中熔化終了溫度；下臨界點(diǎn)的連線稱為固相線，表示合金結(jié)晶的終了溫度或加熱過(guò)程中熔化開(kāi)始溫度．這兩條線把Cu－Ni合金相圖劃分成三個(gè)區(qū)．在液相線以上，所有的合金都處于液態(tài)，是液相單相區(qū)，用L表示；在固相線以下，所有的合金都已結(jié)晶完畢，是固相單相區(qū)，以α表示；在液相線和固相線之間，所有的合金已開(kāi)始結(jié)晶，但結(jié)晶過(guò)程未結(jié)束，是液相和固相兩相并存區(qū)，以α＋L表示。F個(gè)平衡相的成分也隨之而定。那么，如何計(jì)算某一合金在給定溫度下，兩個(gè)平衡相的相對(duì)含量？WCCLabW0Cα－CLabWCCLabW0Cα－CLab本節(jié)名校真題1．當(dāng)系統(tǒng)的壓力為常數(shù)時(shí)，相律的表達(dá)式為。當(dāng)組元數(shù)位2時(shí)，共存相得最大數(shù)為 ，此時(shí)自由度為。(2011年華南理工大學(xué))島科技大學(xué))第三節(jié)勻晶相圖及固溶體結(jié)晶本節(jié)常見(jiàn)題型以名詞解釋、填空題為主，也會(huì)出現(xiàn)以原理分析為內(nèi)容的簡(jiǎn)答題，且分值較大。※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)2．熟悉固溶體合金的平衡結(jié)晶過(guò)程，結(jié)晶后的組織狀態(tài)，相的相對(duì)量計(jì)算，以及組織與性能的影響規(guī)律。3．成分過(guò)冷的形成以及成分過(guò)程對(duì)固溶體晶體生長(zhǎng)形態(tài)和組織的影響4．了解固溶體合金的平不平衡結(jié)晶過(guò)程，結(jié)晶后的組織特點(diǎn)。228229※本節(jié)重要考點(diǎn)織與性能的影響規(guī)律2．掌握：成分過(guò)冷的形成以及成分過(guò)程對(duì)固溶體晶體生長(zhǎng)形態(tài)和組織的影響3．理解固溶體合金的不平衡結(jié)晶過(guò)程，結(jié)晶后的組織特點(diǎn)。4．理解固溶體合金結(jié)晶時(shí)的溶質(zhì)分配5．能夠根據(jù)均晶相圖大致判斷合金的性能※本節(jié)重要概念※考點(diǎn)精講兩組元在液態(tài)和固態(tài)下都能無(wú)限互溶的二元系所形成的相圖，稱為勻晶相圖。在這類合金中，結(jié)晶時(shí)都是從液相結(jié)晶出單相的固溶體，這種結(jié)晶過(guò)程稱為勻晶轉(zhuǎn)變。L→α合金的平衡結(jié)晶過(guò)程平衡結(jié)晶是指在極緩慢冷條件下進(jìn)行結(jié)晶的過(guò)程。成分為O的合金自高溫緩慢冷卻至t1溫度時(shí)，開(kāi)始從液相中析出α固溶體，根據(jù)平衡相成分的確定方法，可知液相的成分為L(zhǎng)1，固相成分為α1。當(dāng)溫度緩慢冷卻至t2溫度時(shí)，便有一定數(shù)量的α固溶體結(jié)晶出來(lái)，此時(shí)的固相成分為α2，液相的成分為L(zhǎng)2。為了達(dá)到平衡，除了在t2溫度直接從液相中結(jié)晶出的α2外，原有的α1相也必須改變?yōu)榕cα2相同的成分。與此同時(shí)，液相成分也由L1向L2變化。在溫度不斷下降過(guò)程中，α的成分將不斷地沿固相線變化，液相成分將不斷地沿液相線變化。同時(shí)，α相的數(shù)量不斷增多，而液相L的數(shù)量不斷減少，兩相的含量可用杠桿定律求出。當(dāng)溫度緩慢冷卻至t3溫度時(shí)，最后一滴液體結(jié)晶成固溶體，結(jié)晶完畢，得到與原合金成分相圖的α固溶體。3．固溶體合金結(jié)晶的特點(diǎn)(與純金屬相比)結(jié)構(gòu)起伏—臨界晶核半徑能量起伏—臨界形核功②不同點(diǎn)：結(jié)晶需要一定的溫度范圍異分結(jié)晶—需成分起伏結(jié)晶出的固相與母相化學(xué)成分不同的結(jié)晶稱為選分結(jié)晶，或稱選分結(jié)晶。既然固溶體結(jié)晶屬于異分結(jié)晶，那么在結(jié)晶時(shí)的溶質(zhì)原子必然要在液相和固相之間重新分配，這種溶質(zhì)原子的重新分配程度通常用分配系數(shù)表示。討論：K0值的大小反映了溶質(zhì)組元重新分配的強(qiáng)弱程度。結(jié)晶由上述固溶體的結(jié)晶過(guò)程可知，固相α在形成過(guò)程中成分是變化的，與合金的平均成分不一致，而在最后形成成分與合金成分一致的均勻固溶體α相，因而固溶體的結(jié)晶過(guò)程是和液相及固相內(nèi)的原子擴(kuò)散過(guò)程密切相關(guān)的。固溶體合金結(jié)晶過(guò)程中有兩類擴(kuò)散，一種是在單相(L或α)內(nèi)進(jìn)行的體內(nèi)擴(kuò)散，另一種是α／L兩相界面處發(fā)生的相間擴(kuò)散。只有在極緩慢的冷卻條件下，即在平衡結(jié)晶條件下，才能使每個(gè)溫度下的擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行完全，使液相或固相的整體處于均勻一致。 (1)不平衡結(jié)晶在實(shí)際生產(chǎn)中，液態(tài)合金的冷卻速度較大，在一定溫度下擴(kuò)散過(guò)程尚未進(jìn)行完全時(shí)溫度就繼續(xù)下降了，這樣就使得液相尤其是固相內(nèi)保持著一定的濃度梯度，造成各相內(nèi)成分的不均勻。這種偏離平衡結(jié)晶條件的結(jié)晶，稱為不平衡結(jié)晶。在分析不平衡結(jié)晶時(shí)，通常假設(shè)液體的成分可以通過(guò)擴(kuò)散、對(duì)流或攪拌等作用完全均勻化，而固相內(nèi)卻來(lái)不及進(jìn)行擴(kuò)散。 (2)不平衡結(jié)晶過(guò)程分析L。分 (3)不平衡結(jié)晶的顯微組織固溶體不平衡結(jié)晶的結(jié)果，使每個(gè)晶粒內(nèi)部的化學(xué)成分不均勻，先結(jié)晶的部分含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶的部分含低熔點(diǎn)組元較多，這種在一個(gè)晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱為晶內(nèi)偏析。由于固溶體晶體通常呈樹(shù)枝狀，使枝干和枝間化學(xué)成分不同，所以稱為枝晶偏析。影響晶內(nèi)偏析的因素：①分配系數(shù)K0；②溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度．5．成分過(guò)冷對(duì)固溶體生長(zhǎng)形態(tài)的影響 (1)成分過(guò)冷的形成固溶體合金在非平衡結(jié)晶時(shí)，由于溶質(zhì)組元再重新分布，在固液界面前沿的液相中形成溶質(zhì)的濃度梯度，使液體的實(shí)際溫度低于其理論熔點(diǎn)，從而產(chǎn)生了一個(gè)過(guò)冷區(qū)。因此，稱為成分過(guò)冷。產(chǎn)生成分過(guò)冷的條件： (2)成分過(guò)冷對(duì)固溶體晶體生長(zhǎng)形態(tài)的影響①若液體的實(shí)際溫度梯度大于臨界溫度梯度時(shí)，則不會(huì)產(chǎn)生成分過(guò)冷，這是固溶體合金的結(jié)晶和純金屬一樣，在正的溫度梯度下晶體生長(zhǎng)以平面式向前推進(jìn)，鑄錠組織為等軸晶②若液體的實(shí)際溫度梯度明顯小于臨界溫度梯度時(shí)，則形成很大成分過(guò)冷區(qū)，這時(shí)晶體以樹(shù)枝狀生長(zhǎng)，得到發(fā)達(dá)的樹(shù)枝狀晶組織。③當(dāng)成分過(guò)冷區(qū)較小時(shí)，晶體表面前沿只能稍稍突向伸展于液體中，小的成分過(guò)冷限制了它的生長(zhǎng)，不能形成樹(shù)枝晶。這種生長(zhǎng)方式稱為胞狀生長(zhǎng)。形成的胞狀結(jié)構(gòu)在橫截面上呈規(guī)則的六角形，在縱截面上則為一組平行的棒狀晶體。6．根據(jù)勻晶相圖判斷固溶體合金的性能 (1)判斷固溶體合金的力學(xué)性能和物理性能合金的強(qiáng)度、硬度和導(dǎo)電性與相圖上的固溶度有關(guān)。→強(qiáng)度和硬度高，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性性降低。 (2)判斷合金的鑄造性能水平距離大→液固兩相成分間隔大，k0小→成分過(guò)冷區(qū)寬→整個(gè)液體形核，并枝晶生長(zhǎng)→較寬的垂直距離大→凝固溫度間隔大→凝固時(shí)間長(zhǎng)→“糊狀凝固”嚴(yán)重，流動(dòng)性更差→分散縮孔嚴(yán)重，熱裂傾向大本節(jié)名校真題平衡分配系數(shù)。(2009年青島科技大學(xué))固溶體合金結(jié)晶時(shí)，其平衡常數(shù)K0表示了固液兩平衡相中的之比值，當(dāng)K0＜1時(shí)，K0越小，則液相線何固相線之間的水平距離越，且非平衡晶體的成分偏析越。當(dāng)產(chǎn)生晶內(nèi)偏析時(shí)，工業(yè)上常用法加以消除。(2011年華南理工大學(xué))三、什么是成分過(guò)冷？畫(huà)出示意圖分析圖成分過(guò)冷的形成，并說(shuō)明成分過(guò)冷對(duì)晶體長(zhǎng)大方式即鑄錠組織的影響。(2013年哈爾濱工業(yè)大學(xué))第四節(jié)共晶相圖及其合金的結(jié)晶本節(jié)常見(jiàn)題型有名詞解釋、填空題和選擇題以及以原理分析為內(nèi)容的簡(jiǎn)答題。※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)2．掌握共晶相圖合金的平衡結(jié)晶過(guò)程，結(jié)晶后的組織狀態(tài)，相的相對(duì)量計(jì)算，以及組織與性能的影響規(guī)律。3．掌握共晶相圖合金的不平衡結(jié)晶過(guò)程，結(jié)晶后的組織特點(diǎn)。※本節(jié)重要考點(diǎn)相組成物和組織組成物的相對(duì)量計(jì)算。※本節(jié)重要概念※考點(diǎn)精講 相圖分析：個(gè)兩相共存區(qū)；1個(gè)三相共存區(qū)(即與三個(gè)兩相區(qū)接觸的水平線) (2)共晶轉(zhuǎn)變：由某一成分的液相在恒溫下同時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)一定成分的固相的反應(yīng)稱為共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng)。Lemn發(fā)生共晶反應(yīng)的溫度稱為共晶溫度，共晶反應(yīng)的產(chǎn)物稱為共晶組織．e點(diǎn)稱為共晶點(diǎn)，成分對(duì)應(yīng)于e點(diǎn)的合金稱為共晶合金．2．典型合金的平衡結(jié)晶及其組織 (1)含錫量wSn≤19％的合金(合金Ⅰ)組織：(α＋βⅡ)成分位于f和m之間的所有合金，平衡結(jié)晶過(guò)程與上述合金相似，其顯微組織也由α＋βⅡ組成，只是兩相的相對(duì)含量不同。 (2)共晶合金(合金Ⅱ)α＋β＋αⅡ＋βⅡ) (3)亞共晶合金(合金Ⅲ)室溫顯微組織；α＋(α＋β)＋βⅡ初生相α和共晶組織(α＋β)的相對(duì)含量：成分位于m和e之間的所有合金，平衡結(jié)晶過(guò)程與上述合金相似，其組織組成物相同，只是相對(duì)含量不同。 (4)過(guò)共晶合金(合金Ⅳ)室溫顯微組織：β＋(α＋β)＋αⅡ初生相β和共晶組織(α＋β)的相對(duì)含量：wβ＝×100％成分位于e和n之間的所有合金，平衡結(jié)晶過(guò)程與上述合金相似，其組織組成物相同，只是相對(duì)含量不同。3．共晶系合金的非平衡結(jié)晶及其組織 (1)偽共晶：在不平衡結(jié)晶條件下，成分在共晶點(diǎn)附近的亞共晶或過(guò)共晶合金，也可能得到全部的共晶組織，這種非共晶成分的合金所得到的完全共晶組織稱為偽共晶組織。 (2)離異共晶：在非平衡條件下，成分位于共晶線兩端點(diǎn)外附近的合金，由于先共晶數(shù)量較多而共晶組織數(shù)量很少，共晶組織中與先共晶相相同的那一相，會(huì)依附于先共晶相上生長(zhǎng)，剩下的另一相則單獨(dú)存在于晶界處，從而使共晶組織的特征消失，這種兩相分離的共晶稱為離異共晶。4．根據(jù)共晶相圖判斷合金的性能 (1)判斷合金的力學(xué)性能和物理性能合金的強(qiáng)度、硬度和導(dǎo)電性與成分呈直線關(guān)系。但當(dāng)共晶組織細(xì)密，且在不平衡結(jié)晶出現(xiàn)偽共晶時(shí)，其強(qiáng)度和硬度將偏離直線關(guān)系而出現(xiàn)峰值。 (2)判斷合金的鑄造性能共晶成分的合金熔點(diǎn)低，而且是恒溫凝固，故流動(dòng)性好，凝固后容易形成集中縮孔，而分散縮孔 (縮松)少，熱裂傾向也小本節(jié)名校真題、名詞解釋：二元相圖中，當(dāng)有二次相析出時(shí)，固溶線表現(xiàn)為()。ABC何謂共晶反應(yīng)？包晶反應(yīng)？試用相律分析說(shuō)明只有在共晶點(diǎn)何包晶點(diǎn)時(shí)才能三相共存。(2005年中山大學(xué))島科技大學(xué))根據(jù)下列條件畫(huà)出一個(gè)二元系共晶相圖。兩組元A何B的熔點(diǎn)分別是1000℃何700℃，含WB＝且此合金的α總量為50％。第五節(jié)包晶相圖及其合金的結(jié)晶本節(jié)常見(jiàn)題型有名詞解釋、填空題和選擇題以及以原理分析為內(nèi)容的簡(jiǎn)答題。※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)2．掌握包晶相圖合金的平衡結(jié)晶過(guò)程，結(jié)晶后的組織狀態(tài)，相的相對(duì)量計(jì)算，以及組織與性能的影響規(guī)律。3．掌握包晶相圖合金的不平衡結(jié)晶過(guò)程，結(jié)晶后的組織特點(diǎn)。※本節(jié)重要考點(diǎn)相組成物和組織組成物的相對(duì)量計(jì)算。3．了解包晶合金相圖的應(yīng)用。※本節(jié)重要概念※考點(diǎn)精講 相圖分析包晶反應(yīng)線1個(gè)三相共存區(qū)(水平線) (2)包晶轉(zhuǎn)變：在恒溫下由一定成分的液相與一定成分的固相作用，形成一個(gè)一定成分的固相的轉(zhuǎn)變過(guò)程．發(fā)生包晶反應(yīng)的溫度稱為包晶溫度．包晶反應(yīng)的產(chǎn)物稱為包晶組織．p點(diǎn)稱為包晶成分對(duì)應(yīng)于p點(diǎn)的合金稱為包晶合金．成分位于dp的合金稱為亞包晶合金成分位于pb的合金稱為過(guò)共晶合金。2．典型合金的平衡結(jié)晶及其組織 (1)包晶點(diǎn)(o點(diǎn))成分合金的結(jié)晶結(jié)晶過(guò)程：勻晶轉(zhuǎn)變、包晶轉(zhuǎn)變(轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)，L和α均無(wú)剩余)、脫溶轉(zhuǎn)變室溫顯微組織：(β＋αⅡ)包晶轉(zhuǎn)變開(kāi)始時(shí)，L和α的相對(duì)量為： (2)成分在dp之間合金的結(jié)晶結(jié)晶過(guò)程：勻晶轉(zhuǎn)變、包晶轉(zhuǎn)變(轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)，α剩余)、脫溶轉(zhuǎn)變室溫顯微組織：α＋β＋αⅡ＋βⅡ成分位于d和p之間的所有合金，平衡結(jié)晶過(guò)程與上述合金相似，其組織組成相同，只是相對(duì)含量不同． (3)成分在pb之間合金的結(jié)晶室溫顯微組織：β＋αⅡ成分位于p和b之間的所有合金，平衡結(jié)晶過(guò)程與上述合金相似，其組織組成物相同，只是相對(duì)含量不同。3．包晶系合金的非平衡結(jié)晶組織 (1)由于冷速較快，包晶轉(zhuǎn)變被抑制，剩余的液相在低于包晶溫度下，直接轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪啵瑥亩鴮?dǎo)致：①部分α相被保留下來(lái)；②β相的成分很不均勻，即包晶偏析； (2)位于d點(diǎn)左側(cè)的合金，在不平衡條件下，由于固相平均成分線的向下偏移，使最后凝固的液相可能發(fā)生包晶反應(yīng)，形成一些不應(yīng)出現(xiàn)的β相(異常包晶相)． (1)合金設(shè)計(jì)—在軸承合金中的應(yīng)用①結(jié)晶出硬的化合物②通過(guò)包晶反應(yīng)形成軟的固溶體，并把硬的化合物質(zhì)點(diǎn)包圍起來(lái)，從而得到在軟的基體上分布著硬的化合物質(zhì)點(diǎn)的組織。 (2)細(xì)化晶粒—鋁合金中添加少量鈦①結(jié)晶出的細(xì)小而彌散的初晶TiAl3，②L＋TiAl3→α，α相依附于TiAl3上形核并長(zhǎng)大，TiAl3起促進(jìn)非均勻形核作用。本節(jié)名校真題在一定溫度下，由一定成分的固相與一定成分的液相作用，形成另一個(gè)一定成分固相的過(guò)程稱為 轉(zhuǎn)變。(2011青島科技大學(xué))二、何謂共晶反應(yīng)？包晶反應(yīng)？試用相律分析說(shuō)明只有在共晶點(diǎn)何包晶點(diǎn)時(shí)才能三相共存。 (2005年中山大學(xué))三、畫(huà)圖說(shuō)明包晶轉(zhuǎn)變?cè)谳S承合金中的作用。(2012年減速大學(xué)大學(xué))Bi (2)寫(xiě)出相圖中兩條水平線的相變反應(yīng)，并指出反應(yīng)類型。 (3)設(shè)X合金平衡凝固完畢時(shí)的相組成物為β和(Bi)，其中相β占80％，則X合金中Bi組元的含量是多少？ (4)設(shè)Y合金平衡凝固完畢時(shí)的組織為初晶＋[β＋(Bi)]共晶，且初晶與共晶的百分含量相Pb是多少？ (5)Pb－30％Bi合金非平衡凝固后室溫下組織與平衡凝固組織有何不同。第四章鐵碳合金第一節(jié)鐵碳合金的基本相與Fe－Fe3C相圖※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)熟悉鐵碳合金的基本相以及鐵碳相圖中各點(diǎn)、線、區(qū)的含義，熟悉三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式。※本節(jié)重要考點(diǎn)1．重點(diǎn)掌握：三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式。。※本節(jié)重要概念※考點(diǎn)精講 (1)高溫鐵素體；碳溶解于高溫δ－Fe中的間隙固溶體，體心立方結(jié)構(gòu)，塑性好，表示為δ。 (2)鐵素體；碳溶解于α－Fe中的間隙固溶體，體心立方結(jié)構(gòu)，塑性好，鐵磁性，表示為F或α。 (3)奧氏體：碳溶解于γ－Fe中的間隙固溶體，面心立方結(jié)構(gòu)，塑性好．順磁性，表示為A或γ。 (4)滲碳體(Fe3C)：鐵與碳形成的間隙化合物，正交晶系．含碳量6．69％，硬而脆，230℃以下具有一定鐵磁性 (2)三個(gè)重要轉(zhuǎn)變②共晶轉(zhuǎn)變(水平線ECF)：L4．3＝γ2．11＋Fe3C反應(yīng)產(chǎn)物稱為萊氏體，以Ld表示。凡是含碳量在PSKFeC物稱為珠光體，以P表示。凡是含碳量在 (3)三條重要的特性曲線1)GS線：GS線又稱為A3線，它是冷卻過(guò)程中由奧氏體析出鐵素體的開(kāi)始線。2)ES線：ES線是碳在奧氏體中的溶解度曲線．當(dāng)溫度低于此曲線時(shí)，從奧氏體中析出二次滲碳ESAcm3)PQ線：PQ線是碳在鐵素體中的溶解度曲線。當(dāng)溫度低于此曲線時(shí)，就要從鐵素體中析出三本節(jié)名校真題理工大學(xué))2．γ－Fe的間隙比的大，奧氏體中碳原子位于間隙。(2011華南理工大學(xué))理工大學(xué))Fe，它具有晶體結(jié)構(gòu)，在℃時(shí)碳的最大溶解度為％。(2011年河北工業(yè)大學(xué))1．奧氏體是。(2013哈爾濱工業(yè)大學(xué))2．滲碳體是種(2013哈爾濱工業(yè)大學(xué))A．間隙相B．間隙化合物C．正常價(jià)化合物1．鐵素體的溶碳能力比奧氏體大得多第二節(jié)鐵碳合金的平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織出現(xiàn)名詞解釋、選擇、填空題等題型。※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)在熟悉鐵碳相圖各點(diǎn)、線的物理意義的基礎(chǔ)上，掌握7種典型成分鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程、室溫組織狀態(tài)，利用杠桿定律計(jì)算相組成物和組織組成物的相對(duì)量計(jì)算。2．掌握：利用杠桿定律計(jì)算相組成物和組織組成物的相對(duì)量計(jì)算。※本節(jié)重要概念※考點(diǎn)精講 2．工業(yè)純鐵的平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 (1)平衡結(jié)晶過(guò)程T1~T2：L→δT~T4：δ→γ 3．共析鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 (1)平衡結(jié)晶過(guò)程T1~T2：L→γT2~T3：γ (2)室溫組織：片層狀珠光體P4．亞共析鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 (1)平衡結(jié)晶過(guò)程T1~T2：L→δT2：L＋δ→γT2~T3：L→γ (2)室溫組織：α＋P，即由先共析鐵素體和珠光體組成。由于放大倍數(shù)較小，不能清晰觀察到珠光體的片層特征。 (3)組織組成物和相組成物的相對(duì)量的計(jì)算1)組織組成物的相對(duì)量：2)相組成物的相對(duì)量：5．過(guò)共析鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 (1)平衡結(jié)晶過(guò)程T1~T2：L→γT2~T3：γ 二次滲碳體沿奧氏體晶界呈網(wǎng)狀分布。 (3)過(guò)共析鋼中二次滲碳體的最大含量計(jì)算6．共晶白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 (1)平衡結(jié)晶過(guò)程 二次滲碳體依附在共晶滲碳體上析出并長(zhǎng)大，難以分辨。珠光體分布在共晶滲碳體的基體上。7．亞共晶白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 (1)平衡結(jié)晶過(guò)程T1~T2：L→γ 8．過(guò)共晶白口鑄鐵的平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織 (1)平衡結(jié)晶過(guò)程室溫顯微組織形貌：Fe3C＋Ld白色板條狀先共晶滲碳體(或一次滲碳體)分布在共晶滲碳體上本節(jié)名校真題種。(2011青島科技大學(xué))。C．晶體結(jié)構(gòu)與組織形態(tài)都不同什么是過(guò)共析鋼？結(jié)晶過(guò)程如何？過(guò)共析鋼平衡組織中滲碳體最大含量為多少？FeFeC下列問(wèn)題。 (1)在相圖中標(biāo)出各區(qū)的組織組成物；1)影響鋼的奧氏體化(穩(wěn)定奧氏體，防止晶粒粗化)2)影響過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變(珠光體，貝氏體，馬氏體)3)影響殘余奧氏體和馬氏體的轉(zhuǎn)變(二次硬化，第二類回火脆性) (1)機(jī)器零件用鋼的合金化特點(diǎn)1)提高鋼的淬透性(除Al、Co外，均提高奧氏體穩(wěn)定性2)獲得能滿足使用要求的回火組織和性能(Mo、W)。 (2)滲碳鋼—經(jīng)滲碳處理后使用的鋼阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大元素(Ti、V)3)性能要求與應(yīng)用：心部要求強(qiáng)韌、表面高硬耐磨抗疲勞的零件，如拖拉機(jī)的變速齒輪、內(nèi)燃機(jī)凸4)工藝路線：下料→鍛造毛坯→粗切削加工→表面滲碳熱處理→熱處理→精切削加工熱處理：直接淬火＋低溫回火。5)熱處理后組織表層組織：回火馬氏體＋粒狀碳化物；心部組織：低碳馬氏體(淬透)或含鐵素體(未淬透) (3)調(diào)質(zhì)鋼—調(diào)質(zhì)處理后使用的結(jié)構(gòu)鋼4)工藝路線：下料→鍛造毛坯→預(yù)備熱處理→粗切削加工→最終熱處理→精切削加工最終熱處理：淬火＋高溫回火(600－650℃)．5)調(diào)質(zhì)處理后組織為回火索氏體。其組織特點(diǎn)以下：①在鐵素體基體上均勻分布的粒狀碳化物起彌散強(qiáng)化作用，溶入鐵素體的合金元素其固溶強(qiáng)化作用，從而保證鋼具有較高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。②作為基體組織的鐵素體是從淬火馬氏體轉(zhuǎn)變而成的，晶粒細(xì)小，使鋼的冷脆傾向大大減小。③組織均勻性好，減少了裂紋在局部薄弱地區(qū)形成的可能性，可以保證有良好的塑性和韌性。 (4)彈簧鋼的元素等極限或屈強(qiáng)比，高的疲勞強(qiáng)度，耐沖擊載荷，具有一定的塑性和韌性。4)熱成形彈簧工藝路線：熱軋鋼絲或扁鋼剪斷→熱卷成形→熱處理→噴丸熱處理為淬火＋中溫回火(400－450℃)5)彈簧熱處理后的組織：回火托氏體．回火托氏體具有以下特點(diǎn)：5)滾動(dòng)軸承鋼耐蝕性3)性能要求：很高的強(qiáng)度硬度、接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性4)工藝路線：下料→軋、鍛造毛坯→預(yù)備熱處理→粗切削加工→最終熱處理→精切削加工終熱處理作好組織準(zhǔn)備。5)熱處理組織：回火馬氏體＋細(xì)小均勻分布的碳化物＋少量的殘余奧氏體。 (1)碳素刃具鋼3)最終熱處理，淬火＋低溫回火(180－200℃) (2)低合金刃具鋼3)最終熱處理，淬火＋低溫回火(250－300℃) (3)高速鋼晶粒粗大并產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)、抗氧化耐腐蝕、熱硬性。3)性能要求：很高的熱硬性、耐磨性和足夠的強(qiáng)度，并兼有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性4)工藝路線：鑄件(萊氏體鋼)→鍛造→預(yù)備熱處理→粗切削加工→最終熱處理→精切削加工預(yù)備熱處理：等溫退火，其目的是獲得索氏體和細(xì)小粒狀碳化物，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，有利于切削加工。余奧氏體量二次硬化：淬火高速鋼在500－600℃回火時(shí)，由于細(xì)小彌散的W2C和VC型碳化物從馬氏體析出而使鋼的硬度和強(qiáng)度明顯升高的現(xiàn)象。與二次淬火有關(guān)。二次淬火：淬火高速鋼在500－600℃回火時(shí)，殘余奧氏體中的碳和合金元素由于碳化物的析出而 (4)冷作模具鋼CrMnMoWV入抗沖擊疲勞的元素4)Cr12MoV工藝路線：鑄件(萊氏體鋼)→鍛造→預(yù)備熱處理→粗切削加工→最終熱處理→精切削加工最終熱處理：淬火＋低溫回火(150－275℃)． (5)熱作模具鋼(熱態(tài)金屬或液態(tài)金屬成形的模具用鋼)W)細(xì)化晶粒并產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)，加入抗沖擊疲勞的元素Si。屬于中碳中合金鋼。3)性能要求：良好的耐磨性和一定的韌性4)5CrMnMo工藝路線：鍛造→預(yù)備熱處理→粗切削加工→最終熱處理→精切削加工。 (回火索氏體＋回火托氏體)(490~510℃) (1)不銹鋼提高耐蝕性的途徑2)降低碳含量，減少碳化物尤其是碳化鉻的析出，一方面避免基體中Cr含量的減少，另一方面抑制晶間腐蝕。3)加入Cr、Al、Si等，在鋼件表面形成致密的鈍化膜等提高基體金屬的電極電位．CrNi得單相固溶體組織，也減少微電池?cái)?shù)目。 (2)馬氏體不銹鋼(Cr13型不銹鋼)3)熱處理：淬火＋回火。淬火前得到單相奧氏體組織，淬火得到馬氏體。碳含量較低的不銹鋼經(jīng)高溫回火后得到回火索氏體組織，主要用于要求塑、韌較好的耐蝕零件。40Cr13經(jīng)低溫回火后得到回要用于制造醫(yī)療器具、量具。 (3)鐵素體不銹鋼(Cr17型不銹鋼鋼)3)熱處理：退火狀態(tài)使用。該類鋼在氧化性酸中具有良好的耐蝕性，同時(shí)具有較高的抗氧化性脆性大。引起脆性的原因：①晶粒粗大；③σ相脆性。 (4)奧氏體不銹鋼(18－8型不銹鋼鋼)3)性能：該類鋼有很好的耐蝕性，同時(shí)具有優(yōu)良的抗氧化性和力學(xué)性能。主要缺點(diǎn)：在400－850℃保溫或緩慢冷卻時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的晶界腐蝕破壞。4)熱處理：固溶處理＋穩(wěn)定化處理＋去應(yīng)力處理后快速冷卻獲得單相奧氏體組織的熱處理工藝。去應(yīng)力處理：消除鋼再冷加工或焊接后的殘余應(yīng)力的熱處理工藝。一般加熱至300－350℃回火。本節(jié)名校真題1．以下3種鋁合金中耐蝕性最好的是。(2011華南理工大學(xué))2．工業(yè)純鋁制造導(dǎo)線時(shí)，經(jīng)過(guò)冷拔處理后其強(qiáng)度。(2011華南理工大學(xué))導(dǎo)電性最好的是。(2011華南理工大學(xué))4．對(duì)于可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，其熱處理方法是(2011華南理工大學(xué)))2．紅硬性(2012南京航空航天大學(xué))鋼可分為和兩大類。(2011年河北工業(yè)大學(xué))Cr18Ni9工業(yè)常用的奧氏體不銹鋼，請(qǐng)寫(xiě)出該鋼的主要合金元素的含量及這些元素的主要作用。 (2012華南理工大學(xué))Cr3的齒輪，其加工工藝路線為：下料(棒料)→鍛造毛坯→熱處理1→粗加工齒形→熱處理1→精加工齒形→熱處理3→磨削。請(qǐng)說(shuō)明各熱處理工藝的名稱、目的、加熱溫度及冷卻方式。(2011華南理工大學(xué))第二節(jié)鑄鐵本節(jié)常見(jiàn)題型選擇題、判斷題、填空題和簡(jiǎn)答題。※本章復(fù)習(xí)要點(diǎn)熟悉鑄鐵的分類和性能特點(diǎn)，熟悉石墨的形成過(guò)程，掌握石墨與基體對(duì)鑄鐵性能的影響以及灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵的命名、組織特點(diǎn)和熱處理方法。※本節(jié)重要考點(diǎn)1．重點(diǎn)掌握：石墨與基體對(duì)鑄鐵性能的影響以及灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵的命名、組織特點(diǎn)和熱處理方法。※考點(diǎn)精講 (1)按碳的存在形式分類： (2)按石墨的形態(tài)分類： 與鋼相比)，熔煉簡(jiǎn)便、成本低廉，雖然強(qiáng)度、塑性和韌性較低，但是鑄造性能好，減摩和耐磨性好，良好的消振性和切削加工性及缺口敏感性。 (1)當(dāng)鐵液中C、Si的含量較高，并且冷且速度非常緩慢時(shí)，可直接從鐵液中析出石墨。 (2)已經(jīng)形成滲碳體的鑄鐵在高溫下長(zhǎng)時(shí)間退火，可使?jié)B碳體分解析出石墨。 (3)如果在澆鑄前向鐵液中加入硅鐵或鈣鐵等孕育劑，進(jìn)行孕育處理，促進(jìn)石墨的非均勻形核，可使灰鑄鐵粗片石