金属学知识点中学教育中考_中学教育-中学课件.pdf

金属是具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度的升高而增加。晶体的三个特性：原子按一定的规律周期性地重复排列着；具有一定的熔点；各向异性（异向性）空间点阵：由这些阵点有规则地周期性重复排列所形成的三维空间阵列。晶格：将阵点用直线连接起来形成空间格子 晶格常数/点阵常数：晶胞的棱边长度 布拉菲点阵：14 种类型，7 个晶系，常见类型：体心立方结构 a-Fe Cr V、面心立方结构 r-Fe Cu Ni、密排六方结构 Zn Mg Be 配位数：晶体结构中与任一个原子最近邻、等距离的原子数目 致密度：原子排列的紧密程度，原子所占体积与晶胞体积之比。晶向指数和晶面指数画图 晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向 晶向uvw 与晶面(hkl)平行 hu+kv+lw=0 垂直 u=h v=k w=l 晶面间距公式 P17 伪等向性：多晶体中的晶粒位向是任意的，晶粒的各向异性被互相抵消，因此在一般情况下整个晶体不显示各向异性。晶体缺陷：点、线、面缺陷。点缺陷：1、原子迁移到晶体的表面上，肖脱基空位。2、迁移到晶格间隙中，弗兰克尔空位 刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直。螺型位错：柏氏矢量与位错线平行 晶体内部位错线是封闭的 晶界特性：高温弱化，低温强化。过冷度：金属理论结晶温度与实际结晶温度之差。结晶的过程是形核、长大两个过程交错重叠 结构起伏/相起伏：不断变化着的短程有序原子集团。晶核形成：均匀形核、非均匀形核。晶体长大机制：1、二维晶核长大机制 2、螺型位错长大机制（光滑界面长大）；3、连续长大机制（粗糙界面长大）晶体长大的要点：1、具有粗糙界面的金属，其长大机制为连续长大，长大速度大，多需过冷度小。2、具有光滑界面的金属化合物、半金属或非金属等，其长大机制两种：二维长大和螺型位错长大，长大速度慢，所需过冷度大。3、晶体成长的界面形态与界面前沿的温度梯度和界面的微观结构有关，正温度梯度是，光滑界面的一些小晶面互成一定角度，呈锯齿张；粗糙界面的形态为平行于 Tm 等温的平直界面，呈平面长大方式；在负的温度梯度下长大时，一般金属和非金属都呈树枝状，只有杰克逊因子 a 值较高的物质保持光滑界面形态。细晶强化：细化建立来提高材料强度的方法 细化晶粒的方法：1、控制过冷度 2、变质处理 3、振动或搅动 铸锭组织：1、细晶区。2、柱状晶区。3、等轴晶区(可能部分铸锭没有)。穿晶组织：柱状晶长大到铸锭中心，直到与其他柱状晶相遇而止的铸锭组织。铸锭、铸件缺陷：缩孔、气泡、夹杂物 晶体的结构特点分为：固溶体和金属化合物。固溶体晶格类型与溶剂的晶格类型相同，金属化合物是新相 固溶强化：固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶度的强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降。晶格畸变程度大，固溶强化程度高 匀晶相图：两组元不但在液态无限互溶，而且在固态也无限互溶的二元合金系所形成的相图 固溶体合金的结晶特点：1、异分结晶 2、固溶体合金的结晶需要一定的温度范围 晶内偏析/枝晶偏析：晶粒内部化学成分不均匀的现象。消除晶内偏析均匀化退火 伪共晶组织：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金，也可能得到全部共晶组织，这种非共晶成分的合金所得到的共晶组织。离异共晶：两相分离的共晶 相图特征 P103 等温截面等边三角形 金属塑性变形通过滑移进行（滑移是在切应力作用下发生的）滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向结合起来。软取向：滑移面的法向与外力轴的夹角接近 45 几何硬化：如果某一滑移系的取向处于软取向，那么，在拉伸时随着晶体取向的改变，滑移面的法向和外力轴的夹角越来远离 45，从而使滑移系越来越困难（反之为几何软化）面心立方的金属很少发生孪生变形。塑性变形对组织结构的影响：1、显微组织的变化 2、亚结构的细化 3、形变织构 塑性变形对金属性能的影响：1、加工硬化(再结晶退火处理)2、对物理和化学性能的影响 再结晶温度 T再Tm =0.25-0.35 Tm熔点（两个温度均以热力学温度）晶体长大的驱动力是晶粒长大前后总的界面能差。冷拔之后的应力去除去应力退火 8.1.何谓扩散，固态扩散有哪些种类？答：扩散是物质中原子（或分子）的迁移现象，是物质传输 的一种方式。固态扩散根据扩散过程是否发生浓度变化可以分为自扩散和 异扩散；根据扩散是否与浓度梯度的方向相同可分为上坡扩散和 下坡扩散；根据扩散过程是否出现新相可分为原子扩散和反应扩 散。8.3.扩散系数的物理意义是什么 影响因素有哪些？扩散系数 D=D0e(-Q/RT)，其物理意义相当于浓度梯度为 1 时的扩散 通量，D 的值越大，则扩散越快。影响因素？8.4.固态金属中要发生扩散必须满足哪些条件。固态金属要发生扩散，必须满足：1）扩散要有驱动力 2）扩散原子要固溶 3）温度要足够高 4）时间要足够长 7.1.用冷拔铜丝制成导线，冷拔之后应如何处理，为什么？答：冷拔之后应该进行退火处理。因为冷拔是在再结晶温度以下 进行加工，因此会引起加工硬化，所以要通过回复再结晶，使金属的强度和硬度下降，提高其塑性。7.3.已知 W、Fe、Cu 的熔点分别为 3399、1538和 1083，试估算 其再结晶温度。其再结晶温度。解：T再Tm，其中=0.350.4，取 =0.4，则 W、Fe、Cu 的 再结晶温度分别为 3399 0.4=1 359.6、1538 0.4=615.2和 1083 0.4=433.2 7.7.一块纯锡板被枪弹击穿，经再结晶退火后，一块纯锡板被枪弹击穿 何特征，并说明原因。答：晶粒异常长大，因为受子弹击穿后，大孔周围产生了较大的 变形度，由于变形度对再结晶晶粒大小有着重大影响，而且在受击穿 空洞的周围其变形度呈现梯度变化，因此当变形度达到某一数值的时 候，就会得到特别粗大的晶粒了。7-8钢丝断裂原因？答：颚板温度为 1000高于铁的再结晶温度，冷拔钢丝绳的钢材内部发生了再结晶，金属的强度和硬度下降，塑性提高，发生断裂。6.4 试用多晶体的塑性变形过程说明金属晶粒越细强度越高、晶粒越细强度越高 好的原因是什么？排列着具有一定的熔点各向异性异向性空间点阵由这些阵点有规则地周期性重复排列所形成的三维空间阵列晶格将阵点用直线连接起来形成空间格子晶格常数点阵常数晶胞的棱边长度布拉菲点阵种类型个晶系常见类型体心立方结构原子所占体积与晶胞体积之比晶向指数和晶面指数画图晶向族原子排列相同但空间位向不同的所有晶向晶向与晶面平行垂直晶面间距式伪等向性多晶体中的晶粒位向是任意的晶粒的各向异性被互相抵消因此在一般情况下整个晶体不型位错柏氏矢量与位错线垂直螺型位错柏氏矢量与位错线平行晶体内部位错线是封闭的晶界特性高温弱化低温强化过冷度金属理论结晶温度与实际结晶温度之差结晶的过程是形核长大两个过程交错重叠结构起伏相起伏不断变化着的答：由 Hall-Petch 公式可知，屈服强度 s 与晶粒直径平方根的 倒数 d v2 呈线性关系。在多晶体中，滑移能否从先塑性变形的晶粒 转移到相邻晶粒主要取决于在已滑移晶粒晶界附近的位错塞 积群所 产生的应力集中能否激发相邻晶粒滑移系中的位错源，使其开动起 来，从而进行协调性的多滑移。由=n0 知，塞积位错数目 n 越大，应力集中 越大。位错数目 n 与引起塞积的晶界到位错源的距离成正 比。晶粒越大，应力集中越大，晶粒小，应力集中小，在同样外加应 力下，小晶粒需要在较大的外加应 力下才能使相邻晶粒发生塑性变 形。在同样变形量下，晶粒细小，变形能分散在更多晶粒内进行，晶粒内部和晶界附近应变度相差较小，引 起的应力集中减小，材料 在断裂前能承受较大变形量，故具有较大的延伸率和断面收缩率。另 外，晶粒 细小，晶界就曲折，不利于裂纹传播，在断裂过程中可吸 收更多能量，表现出较高的韧性。3.1 在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状生长，在正温度梯度下 体合金却能呈树枝状成长？答 纯金属凝固时，要获得树枝状晶体，必需在负的温度梯度下；在 正的温度梯度下，只能以平面状长大。而固溶体实际凝固时，往往会 产生成分过冷，当成分过冷区足够大时，固溶体就会以树枝状长大。3.4.何谓成分过冷？成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组织有何影响？在固溶体合金凝固时，在正的温度梯度下，由于固液界面前 沿液相中的成分有所差别，导致固液界面前沿的熔体的温度低于 实际液相线温度，从而产生的过冷称为成分过冷。长大方式：由平面状生长变为胞状或树枝状生长。铸锭组织：大的过冷度使形核率增加，细晶区厚度增大。3.5 共晶点与共晶线的关系?共晶组织的形态？如何形成的？共晶点是共晶线上的一个点，成分在此点处的合金结晶全部为共晶组织。共晶组织的形态：层片状、棒状、球状、针片状、螺旋状等。共晶组织中的两个组成相的本质是其形态的决定性因素。2.3 为什么金属结晶时一定要有过冷度，影响过冷度的因素是什么，固态金属熔化时是否会出现过热，为什么？答：由热力学可知，在某种条件下，结晶能否发生，取决于固相的自 由度是否低于液相的自由度，即?G=GS-GL0；只有当温度低于理 论结晶温度 Tm 时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态 金属才能自发地转变为固态金属，因此金属结晶时一定要有过 冷度。影响过冷度的因素：1）金属的本性，金属不同，过冷度大小不同；2）金属的纯度，金属的纯度越高，过 冷度越大；3）冷却速度，冷却速度越大，过冷度越大。固态金属熔 化时会出现过热度。原因：由热力学可知，在某种条件下，熔化能否 发生，取决于液相自 固态金属熔化时会出现过热度。固相自由度是 否低于固相的自由度，即?G=GL-GS0；只有当温度高于理论结晶 温度 Tm 时，液态金属的自 由能才低于固态金属的自由能，固态金 属才能自发转变为液态金属，因此金属熔化时一定要有过热度。2.4.试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。相同点：均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径，非均 匀形核的临界形核功也等于三分之一.不同点：非均匀形核要克服的位垒比均匀形核的小得多，在相变 的形核过程通常都是非均匀形核优先进行。核心总是倾向于以使其总 的表面能和应变能最小的方式形成，因而析出物的形状是总应变能和 总表面能综合影响的结果。排列着具有一定的熔点各向异性异向性空间点阵由这些阵点有规则地周期性重复排列所形成的三维空间阵列晶格将阵点用直线连接起来形成空间格子晶格常数点阵常数晶胞的棱边长度布拉菲点阵种类型个晶系常见类型体心立方结构原子所占体积与晶胞体积之比晶向指数和晶面指数画图晶向族原子排列相同但空间位向不同的所有晶向晶向与晶面平行垂直晶面间距式伪等向性多晶体中的晶粒位向是任意的晶粒的各向异性被互相抵消因此在一般情况下整个晶体不型位错柏氏矢量与位错线垂直螺型位错柏氏矢量与位错线平行晶体内部位错线是封闭的晶界特性高温弱化低温强化过冷度金属理论结晶温度与实际结晶温度之差结晶的过程是形核长大两个过程交错重叠结构起伏相起伏不断变化着的