2023年金属学及其热处理知识点归纳总结.pdf

1 第一章 金属与合金的晶体结构 1、晶体：原子在三维空间中有规律的周期性重复排列的物质 2、晶体与非晶体的区别：晶体中原子等质点是规则排列的，非晶体中质点是无规则堆积在一起的；晶体具有明显、固定的熔点，伴有体积与性能的突变；晶体有各向异性，非晶体则各向同性；（各向异性：不同方向上的性能有差异）。3、空间点阵：几何点(原子)在空间排列的阵列。晶格：几何点(原子)排列的空间格架。4、晶胞：晶格中体积最小，对称性最高的平行六面体，是能代表原子排列形式特征的最小几何单元。5、晶系与布拉菲点阵：7 种晶系（立方、正方、斜方、菱方、六方、单斜、三斜），14 种布拉菲点阵。6、晶胞的结点数（原子数）计算：N=Ni+Nf/2+Nc/8。（Ni，Nf，Nc 为晶胞内，晶胞面上，晶胞角上的结点数）7、晶向：晶体点阵中，由阵点组成的任一直线，代表晶体空间内的一个方向，称为晶向。晶向指数表示，最小正整数化uvw 8、晶面：晶体点阵中，由阵点所组成的任一平面，代表晶体的原子平面，称为晶面。晶面不能通过原点，用最小整数化（ukl）表示，ukl代表晶面在各轴的截距的倒数。与那个轴平行，截距就为。9、晶向族：晶体中原子密度相同（即原子列中两个原子间距相同）而空间位向不同的各组晶向。用表示，例的晶向族有：100、010、001、00、0 0、00。10、晶面族：晶体中原子排列分布相同而空间位向不同的各组等同晶面。用uvw表示，例100的晶面族有：（100）、（010）、（001）、（00）、（0 0）、（00）。11、晶带：晶体中两个或者两个以上的晶面形成的集合。12、晶带面：在晶体结构和空间点阵中平行于某一轴向的所有晶面均属于同一个晶带，这些晶面叫做晶带面。13、晶带轴：与晶带面的交线相互平行，通过坐标原点的那条平行直线成为晶带轴。晶带轴的晶向指数即为该晶带的指数。（晶带指数）14、晶带定律：同一晶带所有晶面的法线都与晶带轴垂直。所以属于uvw 晶带的晶面，他们的指数（hkl）符合：hu+kv+lw=0；立方晶系中指数相同的晶面与晶向互相垂直：100(100)；121(121)；15、已知两晶面指数（h1k1l1）、（h2k2l2），求两晶面的晶面轴uvw。解：u=k1l2-k2l1；v=l1h2-l2h1；w=h1k2-h2k1 16、已知某个晶面(hkl)同时属于两个晶带u1v1w1、u2v2w2，求 hkl。h=v1w2-v2w1；k=w1u2-w2u1；l=u1v2-u2v1 17、晶面间距的计算：立方晶系的面间距公式：d=a/(h2+k2+l2)1/2；面间距大的晶面，其指数较低；面间距小的晶面，其指数较高；晶体外表面通常为低指数晶面，面间距大的晶面密排面 17、最典型最常见的晶体结构有三种类型：体心立方结构、面心立方结构、密排六方结构，前两种属于立方晶体系，后一种属于六方晶系。18、晶向指数的标定：将三个坐标值按比例化为最小简单整数依次写入方括号中，平行时截距为无穷。晶面指数的标定：取各截距的倒数，并化为最小简单整数，放在（）内，平行时截距为无穷。晶体的各向异性（单晶体）：产生原因：不同晶向上的原子紧密程度不同所致。多晶体具有各向同性 19、致密度：晶胞中原子所占的体积与晶胞体积之比。K为晶体的致密度；n 为一个晶胞实际包含的原子数；v 为一个原子的体积；V为晶胞的体积。K=（n v）/V 20、配位数：指晶体结构中，与任一原子最近邻、等距离的原子数目,也可以理解为和任一原子接触的原子数目。b.c.c 中为 8 配位数越大，原子排列越紧密；（描述原子排列紧密程度：致密度、配位数）21、结构类型 晶胞原子数 晶格常数 原子半径 配位数 致密度 体心立方 2 a 3a/4 8 0.68 面心立方 4 a 2a/4 12 0.74 密排六方 6 a、c a/2 12 0.74 22、晶向原子密度:单位长度上的原子数。晶面原子密度:单位面积上的原子数。23、同素异构转变：当外部条件改变时，金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶型转变或同素异构转变。随温度、压力而变化；例如：由石墨结构转变为金刚石结构。24、晶体缺陷的几何特征将它们分为：点缺陷、面缺陷、线缺陷。2 25、点缺陷：空位、间隙原子、置换原子。特征：三个方向上的尺寸都很小，相当于原子的尺寸。（零维缺陷）结构上：造成晶格畸变。性能上：强度，电阻；影响扩散过程 26、线缺陷：位错，位错分为刃型位错和螺型位错。特征：两个方向上的尺寸很小，另一个方向尺寸相对很大。（一维缺陷）；刃型位错：(1)有一额外半原子面；(2)位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道。螺型位错：没有额外半原子面；是一个具有一定宽度的细长的晶格畸变管道，其中只有切应变，而无正应变；位错线与晶体滑行方向平行，位错线运动的方向与位错线垂直 27、柏氏矢量：表示位错的性质，还可表示晶格畸变的大小和方向，人们在研究位错时能够摆脱位错区域内原子排列具体细节的约束，这就是柏氏矢量。意义：可判定位错性质；位错线柏氏矢量刃型，位错线柏氏矢量螺型；描述了晶格畸变的大小与方向，指出了滑移后晶体上下部相对位移的方向与大小柏氏矢量方向代表滑移方向。位错只能终止于晶体表面，内部成封闭环 28、位错发生的条件：几何条件：b 前=b 后；能量条件：b2 前 b2 后；（U=Gb2 ）29、位错密度：单位体积包含的位错总长度:=L/V(m/m3)或穿越单位截面积的位错线的数目:退火软化金属中=1010 1012m-2；冷变形金属中=1015 1016 m-2。30、金属强度和位错的关系：(1)理论上：位错的存在是材料具有良好塑性变形的前提；低密度位错利于强度的提高；(2)实际中：位错密度较低时，（位错密度）则（强度），晶须，无工业实际意义；位错密度较高时，则；工业意义：形变强化、马氏体相变强化。31、位错的产生：金属结晶、塑性变形、相变过程中；位错的观察：透射电镜等 面缺陷：特征在一个方向上尺寸很小，；另外两个方向上的尺寸相对很大，例如：晶界、亚晶界等。面缺陷包括晶体外表面和内表面两类，外表面包括晶体表面，内表面包括晶界、亚晶界、孪晶界、堆垛层错、相界等 ；32、晶界特性：(1)晶界有界面能，晶粒越细晶界越多，能量越高，越不稳定。为降低能量、减少晶界长度，晶粒有长大的趋势。(在一定的温度下)；(2)相变时新相晶核往往优先在界面上形成。(3)晶界对材料的塑性变形起阻碍作用，晶粒越细，界面积越大，材料的强度越高。晶界强化或细晶强化（4）晶界由于有界面能，且低熔点杂质含量较高，故熔点低于晶内；（5）表面容易被腐蚀和氧化。第二章 纯金属的结晶 1、结晶概念:物质由液态转变为具有晶体结构的固相的过程称为结晶。结晶和凝固的区别：金属由液态转变为固态的过程称为凝固，由于凝固后的固态金属通常是晶体，所以又将这一转变过程称为结晶。金属结晶的宏观现象：(1)过冷现象：金属在低于熔点的温度结晶的现象；(2)结晶过程伴随潜热释放 结晶潜热：液相结晶为固相时释放的热量。2、过冷度：金属的实际结晶温度与理论结晶温度之差。3、金属结晶的微观过程:（1）形核：从液体中形成具有一定临界尺寸的小晶体(晶核)的过程（2）长大：晶核由小变大长成晶粒的过程实际金属最终形成多晶体；注：单个晶粒由形核长大。多个晶粒形核与长大交错重叠 当只有一个晶核时 单晶体；晶核越多，最终晶粒越细 4、金属结晶的条件：热力学条件：G=G(转变后)G(转变前)rK。rK与T成反比。T rK。均匀形核既需结构起伏，又需能量起伏液体中的自然现象。结晶必须在一定温度下进行(扩散条件)在工业生产中，液态金属凝固总是以非均匀形核进行。均匀形核T=0.2Tm；非均匀形核T=0.02Tm 8、晶核长大的机制：光滑界面有两种机制：(1)二维晶核长大机制速度很慢(2)晶体缺陷长大机制 结构上存在台阶时，如螺型位错，速度较(1)快；粗糙界面主要有一种机制：(3)垂直长大机制（连续长大）界面上所有位置均为生长点：垂直界面连续长大；长大速度远较(1)(2)快；金属晶体长大的主方式 3 9、晶粒大小及控制 （1）晶粒大小对材料性能的影响：常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度越高，塑性和韧性也越好。但高温下晶界为弱区，晶粒细小强度反而下降，但晶粒过于粗大会降低塑性。此时须采用适当粗晶粒度。（2）铸造中晶粒大小的控制：形核率越大，长大速度越小，则单位体积中的晶粒数目越多，晶粒越细小。单位体积中的晶粒数目为：ZV=0.9（N/G）3/4；细化晶粒：提高形核率 N，降低晶核长大速度 G；控制晶粒大小方法：增加过冷度：过冷度增大，N、G 均增大，但 N 提高的幅度远高于 G增加过冷度 加大冷却速度变质处理：添加固相微粒或表面非均匀形核；变质处理定义：在浇注前往液体中加入变质剂(孕育剂)，促进形成大量的非均匀晶核，该工艺称为。孕育剂选择原则：点阵匹配：即结构相似、尺寸相当。孕育剂熔点远高于金属本身；振动、搅拌：机械方法、电磁波搅拌、超声波搅拌等。3、过冷度越大，则实际结晶温度越低。反之，冷却速度越慢，则过冷度越小。4、纯金属结晶过程是恒温过程。5、相起伏：这种不断变化着的近程的有序原子集团称为结构起伏或称为相起伏。6、晶核的形成分为均匀形核、非均匀形核。非均匀形核是最常见的。7、晶体以树枝状形式长大，过冷度越大，形核率、长大速度越大。8、控制晶粒大小有三种方法 （1）控制过冷度 过冷度越大，晶粒越细小（2）变质处理（3）振动、搅动 9、铸锭中的缺陷：缩孔、气孔、偏析等 （1）缩孔分为：集中缩孔、分散缩孔。（2）气孔（气泡）（3）偏析分为：显微偏析、区域偏析 10、铸锭三晶区（1）表层细晶区（2）柱状晶区（3）中心等轴区 第三章 二元合金相图和合金的凝固 1、合金：由两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。2、组元：组成合金最基本的、能独立存在的物质。合金系：由给定的组元以不同的比例配制成的一系列成分不同的合金系统。3、合金相：指合金中结构相同，成分和性能均一，并有界面与其他部分分开的均匀组成部分。（金属或合金均由相构成单相合金、多相合金。）根据相的晶体结构特点将其分为固溶体（单相）和金属化合物两大类。4、固溶体：合金的组元之间以不同的比例相互混合，混合后形成的固相的晶体结构与组成合金的某一组元的相同，这种相就称为固溶体。（1）分类按溶质原子在晶格中所占位置分类：置换固溶体、间隙固溶体。5、固溶体的结构特点：(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；(4)有序固溶体（长程有序化）；（当固溶体发生偏聚或有序化时，强度和硬度增加，而塑性和韧性降低。）6、固溶体的性能：（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，随着溶质原子的，固溶体的电阻率，电阻温度系数，导热性。7、固溶强化：在固体中，随着溶质溶度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑性有所下降，这种现象称为固溶强化。8、固溶强化的特点：(1)溶质与溶剂原子相差越大，溶质原子浓度越高，所引起的晶格畸变越大，固溶强化效果越大；（固溶强化的原因）(2)间隙原子的强化效果比置换原子的大。因为间隙原子引起的点阵畸变大。（3）综合机械性能好。适当控制溶质含量，不仅可以显著提高材料强硬度，而且材料的塑韧性不会明显降低。9、固溶体的应用：（1）结构材料的基体相；（2）精密电阻、电热材料等 10、金属化合物：它的原子间结合方式取决于元素的电负性差值，以金属键与离子键或共价键混合的方式，具有一定金属性质。11、相图:表示合金系中的状态(相)与温度，成分之间关系的图解。又称状态图或平衡图;相变：相与相之间的转变；12、相平衡与平衡相：合金系统在一定的外界条件下(温度、压力)，经历任意长时间后，合金中各相的成分都是均匀、不变的，且各相的相对重量也不变，则各相处于平衡状态，称之为相平衡；这时的相称为这种条件下的平衡相。13、相图相率：相律表示在平衡条件下，系统的自由度数 f、组元数 c 和相数 p 之间的关系。f=c-p+2；恒压条件下：f =c-p+1 14、匀晶转变：结晶时都是从液相结晶出单相的固溶体，这种结晶过程称为匀晶转变。4 15、固溶体合金的结晶特点 16、与纯金属相比,固溶体结晶特点：(1)异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同，这种结晶称为或选择结晶。(2)结晶需要在一定的温度范围内进行 17、固溶体的不平衡结晶：枝晶偏析，现象：枝晶内部化学成分不均匀。原因：合金凝固：L时在一定温度范围内结晶，树枝晶主干在较高温度先凝固，枝及边部在较低温度后凝固；影响晶内偏析的因素：（1）分配系数 k0，k0=k/kL：一定温度下液固两平衡相中的溶质浓度之比值。k0 1时,k0 越小偏析越小。实质是与液相线和固相线间的水平距离或成分间隔有关间隔越小，偏析越小。（2）溶质原子扩散能力：扩散能力大偏析小（3）冷却速度：一般 V小，偏析小。但 V过大时，因晶粒细小而成分均匀 18、区域偏析:固溶体合金由于不平衡结晶造成大范围内化学成分不均匀的现象。应用：区域提纯 19、成分过冷定义：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。20、成分过冷对晶体成长形状和铸锭组织的影响：金属一般为粗糙界面: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；固溶体：取决于液固前沿温度分布+成分过冷。负温度梯度树枝状，但正温度梯度下：随成分过冷程度增大分别形成平面晶、胞状晶和树枝晶。1、杠杆定律 4、晶内偏析：对于在一个晶粒内部或一个枝晶的枝干和枝晶间的不同部位间化学成分不均匀，称为晶内偏析。晶内偏析又称枝晶偏析。消除方法：扩散退火或均匀化退火。5、共晶反应：在一定的温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相转变的过程，称为共晶转变或共晶反应。共晶体(共晶组织)定义：由共晶反应形成的细密的两相或多相机械混合物 8、共析转变：一定成分的固相，在一定温度下分解为另外两个一定成分的固相的转变过程，称为共析转变。9、共晶成分的合金铸造性能特别好。原因：液相线与固相线间隔小。10、纯金属，单相固溶体锻造性能好。第四章 铁碳合金 1、基本相：铁素体(或 F)、奥氏体(或 A)、渗碳体(Fe3C)2、组织：（1）铁素体(F)、（2）奥氏体(A)、（3）渗碳体(Fe3C)（4）珠光体(P)：F Fe3C；共析反应产物 （5）莱氏体(Ld)：AFe3C；共晶反应产物、（6）变态莱氏体(Ld)：PFe3C 3、室温下铁碳合金的组织：工业纯铁：F+Fe3C；共析钢：P；亚共析钢：F先共析 P；过共析钢：P+Fe3C；共晶白口铁：Ld(P+Fe3C Fe3C)；亚共晶白口铁：P+Ld；过共晶白口铁：Fe3C+Ld 4、含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响：（1）对平衡组织的影响：引起相的相对含量的变化，引起组织变化（2）对力学性能的影响：随碳含量增加，碳素钢的硬度线性提高而塑韧性下降；强度先随硬度的提高而提高，但大约当 C%0.9%后，强度反而下降；因为铁素体是软韧相，渗碳体是脆影响。（3）对工艺性能的影响：切削加工性能：材料的硬度太软,容易粘刀,切削热大,影响表面粗糙度;材料的硬度太硬,刀具磨损严重。钢的硬度为HB170250 时，切削加工性能较好。可锻性：低碳钢塑性好，可锻性好。随含碳量增加，可锻性变差。铸造性：共晶成分的铸铁流动性好，缩孔集中，偏析小，铸造性好；液相线和固相线距离越大，流动性差，分散缩孔多，偏析大，铸造性越差。所以，钢的铸造性差。5、杂质元素对钢性能的影响：少量的锰、硅、硫、磷及微量的氧、氢、氮等元素，它们会影响到钢的质量和性能。（1）锰的影响：脱氧剂。有益元素，碳钢中不超过 0.8%，固溶强化；形成 MnS，消除硫的有害影响。（2）硅的影响：脱氧剂，有益元素，碳钢中含量不超过 0.5%，固溶强化。（3）硫的影响：有害元素，矿石和燃料带入。以 FeS夹杂物形式存在晶界上“热脆”，原因：形成 Fe+FeS共晶，熔点为 989，低于热加工的加热温度 1150，而导致热加工时开裂。若钢中含氧量高时，还会形成熔点更低（940）的 Fe+FeO+FeS三相共晶，危害更大。防止热脆：（1）降硫：普通碳素结构钢要求：S0.040%0.050%（2）改变硫的存在方式：加入适当的 Mn，Mn与 S 的化学亲和力大于 Fe，优先形成 MnS，MnS 的熔点 1600，高于热加工温度，可避免热脆的发生。（4）磷的影响：有害杂质元素，矿石和生铁等炼钢原料带入。磷在钢中固溶强化作用很强，但同时剧烈地降低钢的韧性，尤其是低温韧性，使韧脆转变温度升高，称为“冷脆”。韧性降低体现在两方面：(1)冲击功 Ak；(2)韧脆转变温度 Tk 5（5）氮气的影响：降低钢的韧度，形成蓝脆。消除方法：加 Al形成 AlN（6）氢气的影响：氢脆，消除方法：锻后缓冷。尤大型锻件。（7）氧气的影响：氧化物夹杂物，如 FeO、A12O3、SiO2、MnO、CaO、MgO 等，对钢的塑性、韧性、疲劳强度等影响很大。1、重结晶：固态下的相变结晶过程称为重结晶。2、铁素体是碳溶于-铁中的间隙固溶体，是软韧相，韧性好。为体心立方晶格。奥氏体是碳溶于 r-铁中的间隙固溶体，是高温存在相。为面心立方晶格。3、渗碳体含碳量为 6.69，是脆硬相，硬度高 4、中碳钢切割性能好 5、正火提高硬度，退火降低硬度。第六章 金属的塑性变形和再结晶 1、在常温和低温下金属塑性变形主要是通过滑移、孪生等其他方式。2、滑移：是指在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面和晶向，相对于另一部分发生相对移动的一种运动状态。3、滑移系：晶体中一个滑移面及该面上一个滑移方向的组合称一个滑移系。4、金属晶体中的滑移系越多，滑移过程中可能采取的空间取向便越多，故这种金属的塑性便越好。5、滑移的特点：发生在最密排晶面，滑移方向为最密排晶向；只在切应力下发生，存在临界分切应力 面心立方结构的滑移系最多，塑性最好，如，铝，铜。体心立方结构次之，如铁，密排六方结构最差。6、临界分切应力(K)：使滑移系开动的最小分切应力。影响因素：取决于金属本性，与外力无关，取向无关；组织敏感参数：金属不纯，变形速度愈大，变形温度愈低，k愈大。当 K时，发生滑移 7、e：材料的弹极限或是屈服极限屈服点，表示材料保持完全弹性变形时的最大应力；s：条件屈服极限或屈服强度，表示材料对起始微量塑性变形的抗力；b：强度极限或抗拉强度，表示材料对最大均匀塑性变形的抗力；：伸长率、：收缩率，-1；8、s 的影响因素：与k 有关；与外力取向有关:s K/(cos cos)9、多晶体塑性变形的特点（1）不均匀性（2）传递性（3）协调性 10、交滑移：多个滑移面同时沿一个滑移方向进行的滑移。11、孪生：晶体在切应力下其一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分作均匀切变。特点：孪生前后变形部分晶体位向改变，两部分之间以孪生面为镜面对称。切变区域内与孪晶面平行的每层原子的切变量与它距孪晶面的距离呈正比，相邻原子间的相对位移为原子间距的分数倍；存在临界分切应力:孪 滑 变形速度极快，声响，变形量小。12、影响塑性变形方式的因素：（1）晶体结构：滑 单晶体。原因：晶界阻碍位错运动；位向差晶粒之间须协调。意义：晶界强化金属材料强化机制之一。15、晶界强化（细晶强化）定义：通过细化晶粒，增加晶界，提高材料强度的方法。特点：强化程度与晶粒大小有关：d,；霍耳 配奇关系式：s=0+kd-1/2；是唯一同时提高、ak、的机制；只适于常温条件 细化晶粒的方法：增加过冷度；变质处理；振动与搅拌；对于冷变形的金属可以通过控制变形度，退火温度来细化晶粒。16、固溶强化：合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变从而使合金强度提高的现象。固溶强化的程度主要取决于以下因素：基体原子和溶质原子之间的尺寸差别。尺寸差别越大，原始晶体结构受到的干扰就越大，位错滑移就越困难。6 合金元素的量。加入的合金元素越多，强化效果越大。如果加入过多太大或太小的原子，就会超过溶解度。这就涉及到另一种强化机制，分散相强化。间隙型溶质原子比置换型原子具有更大的固溶强化效果。溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。原理：溶入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。这种通过溶入某种溶质元素来形成固溶体而使金属强化的现象称为固溶强化。在溶质原子浓度适当时，可提高材料的强度和硬度，而其韧性和塑性却有所下降。效果：屈服强度、拉伸强度和硬度都要强于纯金属；大部分情况下，延展性低于纯金属；导电性比纯金属低很多；抗蠕变，或者在高温下的强度损失，通过固溶强化可以得到改善。17、第二相强化：复相合金与单相合金相比，除基体相以外，还有第二相的存在。当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将会产生显著的强化作用。这种强化作用称为第二相强化。分类：对于位错的运动来说，合金所含的第二相有以下两种情况：（1）不可变形微粒的强化作用（绕过机制）。（2）可变形微粒的强化作用（切过机制）。弥散强化和沉淀强化均属于第二相强化的特殊情形。效果：第二相强化的主要原因是它们与位错间的交互作用，阻碍了位错运动，提高了合金的变形抗力。18、加工硬化：随着变形程度的增加，金属的强度、硬度显著升高、而韧性、塑性显著下降，这一现象称为加工硬化。产生加工硬化的原因：随着塑性变形的进行，位错的密度不断增加，因此，位错运动时的相互交割加剧，产生位错塞积群、割阶、缠结网等障碍，阻碍位错进一步运动，引起变形抗力增加，因此提高了金属的强度。用途：利用加工硬化可以提高金属的强度。危害：加工硬化给金属件的进一步加工带来困难。如在冷轧钢板的过程中会愈轧愈硬以致轧不动，因而需在加工过程中安排中间退火，通过加热消除其加工硬化。又如在切削加工中使工件表层脆而硬，从而加速刀具磨损、增大切削力等。19、消除加工硬化现象：再结晶退火 14、回复不能消除残余应力和加工硬化。16、在再结晶温度以下进行塑形变形称为冷加工；在再结晶温度以上进行塑形变形称为热加工。17、金属内部同时进行着加工硬化和回复、再结晶软化两个相反的过程，不过此时的回复、再结晶是边加工边发收的，因此称为动态回复和动态再结晶。18、变形中断或终止后保温过程中，或者在随后的冷却过程中所发生的的回复与再结晶称为静态回复和静态再结晶。第七章 钢在加热和冷却时的转变 1、回复：经冷塑变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前所产生的某些亚结构和性能的变化过程。特点：加热 T低：T回=(0.250.3)T 熔；显微组织无明显变化：仍保留拉长、畸变的晶粒 晶粒内部亚结构发生变化：点缺陷 ；位错密度异号位错的合并；同号位错的规整化：形成回复亚晶，仍保留高位错密度；机制：退火过程中发生空位和位错 性能变化：HB、略 ，、略；R；耐腐蚀性提高；原因：晶格畸变 内应力。总体：力性变化不大，加工硬化基本保持；理、化性能变化较大。回复的应用：去应力退火；目的：保持强硬度水平;消除内应力，防止变形、开裂;恢复物理、化学性能。2、退火：将金属加热到某温度保温一定时间，而后缓慢冷至室温，通过组织结构的变化使材料热力学稳定性得以提高的热处理工艺。根据退火温度不同(或T再，T 再0.4T 熔；实际:+100200；显微组织显著变化：转变为等轴无畸变新晶粒 亚结构：位错密度大大降低；性能显著变化：HB、；、；内应力完全消除。机制：亚晶合并相邻，亚晶界中位错通过攀移和滑移消失；亚晶界移动；晶界突出形核，变形度较小，40%时 影响 T再的因素：T再：指开始出现再结晶现象时的最低温度；T熔：T熔，T再；原因：原子间结合力 7 强，难扩散；纯度：纯度，杂质%，T 再；原因：阻碍原子扩散与晶界迁移；变形程度：变形程度，T再；原因：储存能，驱动力；当60%,趋于稳定；当，T再；无再结晶过程 5、比较再结晶与重结晶的差别：重结晶：由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过程。再结晶：无晶格类型转变；冷变形后再结晶退火中：畸变铁素体无畸变铁素体 6、晶粒长大：随 T，t，晶粒长大。驱动力：界面能 界面多少：细晶粗晶；界面形态：界面能 界面曲率；（直晶界最稳定）；长大方式：“大吃小”；晶界拉直:120，近六边形 影响再结晶晶粒度的因素：（1）再结晶加热温度：T，d 原因：原子扩散能力强、晶界易迁移；（2）预先变形量：=1090%：,d；=210%：异常长大；90%：异常长大；原因：驱动力因素形核因素形变织构因素，形变均匀度（关键）（3）合金元素、杂质及第二相质点；均阻碍晶界运动细化；第二相愈弥散、细小、量愈多细化效果愈明显。注意：分布须均匀，否则可能引起二次再结晶。其它因素：原始晶粒尺寸、变形温度等 再结晶晶粒大小的控制：1、形变度；形变度越大，晶粒越细小 2、再结晶退火温度：T，晶粒长大；3、原始晶粒尺寸；4、合金元素及杂质：增加变形金属的储存能，阻碍晶界的运动，细化晶粒 再结晶应用：再结晶退火；目的：中间退火：消除加工硬化；冷拔铁铬铝电阻丝生产中：氢气保护再结晶退火 无相变金属的细晶强化(如 Al、Cu等)：冷塑变+再结晶退火细化的再结晶晶粒 7、热加工对组织、性能的影响：热加工：钢材的热锻与热轧（1）消除铸态组织缺陷：气孔、疏松、微裂纹的焊合；破碎粗大的铸态晶粒；再结晶过程 晶粒、组织的细化；减轻枝晶偏析；实际热加工温度远高于再结晶温度 成分均匀化，塑韧性，热加工组织优于铸态（2）改善第二相、夹杂的分布；纤维组织（流线）：铸态组织的 枝晶偏析、夹杂物分布沿加工方向细碎延伸形成的组织。使流线与力性方向分布合理（3）缺陷：存在带状组织与纤维组织 带状组织：复相合金中各个相沿热加工方向交替呈带或层状组织。纤维组织：晶粒、区域偏析(成分偏析、夹杂物分布)沿加工方向延伸形成的组织。力性的各向异性 8、热加工与冷加工的应用：热加工优点：改善组织、塑性好，变形抗力小；缺陷：表面易氧化、粗糙、尺寸精度低；应用:（1）室温下硬度、脆性较大的金属；（2）截面尺寸大、精度低、变形量大；冷加工：（1）用于塑性好的金属；（2）截面小，精度与表面质量要求高；1、共析钢由珠光体到奥氏体的转变过程包括：奥氏体形核、奥氏体长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体均匀化。第八章 扩 散 1、物质传输方式：气、液：对流、扩散。固：扩散 2、扩散定义与本质：物质中原子或分子通过无规运动导致宏观迁移与传质的现象。（移动距离超过平均原子间距）。本质：大量原子不断克服原子之间 能垒，跃迁到邻近位置，实现宏观的物质迁移过程。阻力：邻近原子间势能垒 驱动力：热振动原子的能量起伏，与温度有关。扩散现象：柯肯达尔效应 3、扩散机制：换位扩散（难），空位扩散（主要机制），间隙扩散（小原子）；4、扩散条件：存在扩散驱动力热力学条件，梯度：化学位、温度、应力、电场、磁场等 扩散原子与基体有固溶性前提条件 足够高温度动力学条件：足够长时间宏观迁移的动力学条件 5、影响扩散的因素：(1)温度：T，D指数关系，原因：振动，能量起伏；空位，(2)基体的组织结构：结构类型：致密型 Q，D。固溶体相类型：间隙式置换式 Q 小；晶体缺陷：缺陷，D 空位多；(3)合金元素 A、影响基体点阵中原子间结合力，进而影响原子的扩散激活能 Q，影响 D。通常：若熔点或液相线则 Q，D B、合金元素对钢中碳扩散系数的影响是否形成碳化物 6、扩散的分类：自扩散扩散中无浓度变化，纯金属以及均匀固溶体中晶粒的长大，扩散与浓度梯度无关 互(异)扩散伴随有浓度变化的扩散，不均匀固溶体均匀化过程中异类原子的相对扩散、互相渗透过程，扩散与浓度梯度有关，又称化学扩散 下坡扩散沿浓度降低的方向扩散，即原子由高浓度区向低浓度区扩散。不均匀固溶体均匀化过程、渗碳等。上坡扩散沿浓度升高的方向扩散，即原子由低浓度区向高浓度区扩散。原子扩散无新相产生。扩散过程中，晶格类型始终不变，没有新相产生 反应扩散扩散中有新相产生。通过扩散使固溶体的溶质组员浓度超过固溶度极限而形成新相的过程 8 晶体结构：指晶体中原子在三维空间中有规律的周期性的具体排列方式 过冷度：金属的实际结晶温度与理论结晶温度之差。相：指合金中结构相同，成分和性能均一，并有界面与其他部分分开的均匀组成部分。（金属或合金均由相构成单相合金、多相合金。）根据相的晶体结构特点将其分为固溶体（单相）和金属化合物两大类。共晶转变：合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程称为共晶转变。屈服强度：屈服强度是材料开始发生明显塑性变形时的最低应力值。再结晶：当冷变形金属的加热温度高于回复温度时，在变形组织的基体上产生新的无畸变的晶核，并迅速长大形成等轴晶粒，逐渐取代全部变形组织，这个过程称为再结晶。枝晶偏析：由于冷却速度较快，使液相中的原子来得及扩散而固相中的原子来不及扩散。以至于固溶体先结晶中心和后结晶部分成分不同，成为晶内偏析。而金属的结晶多以枝晶方式长大，所以这种偏析多呈树枝状，先结晶的枝轴与后结晶的枝间成分不同，又称为枝晶偏析。固相线与液相线的水平距离和垂直距离越大，枝晶偏析越严重。铸铁的成分越靠近共晶点，偏析越小，反之越大。