金属学

第一章

1 晶体的概念

原子（离子、分子等）在三维空间有规则地周期性重复排列的物质称为晶体 晶体与非晶体的区别：

①晶体有各向异性②非晶体各向同性

各向异性：不同方向上的性能(力学性能、物理性能、化学性能等)有差异

2 晶体结构模型的建立

（1）假设：金属晶体中的原子为固定不动的刚性小球，每个原子具有相同的环境 （2）将原子、离子等抽象为几何的点，建立空间点阵、晶格等概念

①空间点阵：几何点(原子)在空间排列的阵列

②晶格：几何点(原子)排列的空间格架（晶体中原子一定规则排列的空间几何图形）

③晶胞：由于晶格中的原子排列具有周期性的特点，因此，为了简便起见，可以从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，来分析晶体中原子排列的规律性，这个最小的几何单元我们称为晶胞。

④布拉菲点阵：自然界中的晶体有成千上万，它们的晶体结构各不相同，但若根据晶胞的三个晶格常数和三个轴间夹角的相互关系对所有的晶体进行分析，发现它们的空间点阵只有14种类型，称为布拉菲点阵。又可以将这14种空间点阵归属与7个晶系。

3.金属中常见的晶体结构

①体心立方晶体结构特征分析（图1）

a.点阵参数: a=b=c α=β=γ=90°b.晶胞中原子数=1+8×1/8=2个c.原子半径

图1 图2

②.面心立方晶体结构特征（图2）

a.点阵参数：a=b=c α= β=γb.晶胞原子数：N=3+1=4

4.晶向指数和晶面指数的标定

①.晶向-在晶体中，由一系列原子所组成的平面为晶面，任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。（图3）

图 3图4

②.晶向指数（图4）─用数字符号定量地表示晶向，这种数字符号称为晶向指数。 以晶胞的三个棱边为坐标轴X,Y,Z，以晶格常数a,b,c作为坐标轴的长度单位。

A点坐标（1,0,0）B点坐标（1,1,0）B′坐标（1,1,1）

③晶向指数标定步骤（图5）

(1) 以晶胞为基础建立坐标体系(2)用晶向箭头的坐标减箭尾坐标(3) 三个坐标值最小整数化[u v w] 注意：用中括号表示，若晶向指向坐标为负方向时，坐标值中出现负值。

图5 图6

④晶面指数标定方法（图6）

(1) 建立坐标系(2) 求出待定晶面在各轴上的截距(3) 取各截距的倒数，最小整数化: ( h k l )

5实际金属的晶体结构

根据缺陷空间几何特征，将缺陷分为点缺陷、线缺陷、面缺陷。 常见的点缺陷有三种：1、空位2、间隙原子3、置换原子 线缺陷：晶体中的线缺陷就是各种类型的位错

面缺陷：包括晶体的外表面（表面或自由界面）和内界面两类，其中的内界面又有晶界、亚晶面、堆垛层错和相界等。

例：在晶体缺陷中，属于点缺陷的有

A、间隙原子 B、位错 C、晶界 D、缩孔

第二章纯金属的结晶

1.—— 冷却曲线( T-t )

(1) (2)

存在结晶平台 低于熔点才发生结晶

从图中看出，金属在结晶之前，温度连续下降，当液态金属冷却到理论结晶温度的时候，并没有开始结晶，而是需要继续冷却到Tm之下的某一个温度Tn，液态金属才开始结晶。

例：纯金属的实际结晶温度均低于理论结晶温度（）

2.过冷度

将理论的结晶温度Tm与实际结晶温度Tn之差，称为过冷度。以ΔT表示。 即ΔT=Tm-Tn。

过冷度越大，则实际结晶温度越低。过冷度随着金属的本性和纯度的不同，以及冷却速度的差异可以在很大的范围内变化。

3.晶核长大

（1）正温度梯度下生长的界面形态

光滑界面:成长为密排晶面为表面的晶体粗糙界面中:平面长大方式 （2）负温度梯度下生长的界面形态 形成如树枝状的骨架，称为树枝晶

（晶核成长初期，外形大多比较规则，随着晶核的成长，由于界面前沿的液体中过冷度比较大，晶体棱角形成，棱角处散热优于其他部位，晶体得到优先成长，如树枝样先长树干，再长出分枝，形成枝晶。）

第三章二元合金的相结构与结晶

相结构，实指合金的晶体结构，根据相的晶体结构特点，可以分为两大类：

固溶体：合金的组元之间以不同比例相互混合后形成的固相，其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，这种组元称为溶剂，其他的组元即为溶质。

金属化合物：合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相称之为金属化合物。

固溶强化：在固溶体中，随着溶质原子的加入，固溶体的强度、硬度升高，而塑性、韧性降低的现象叫作固溶强化。

第四章铁碳合金

1.Fe―Fe3C相图分析

掌握奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体、变态莱氏体的组织符号的写法

2.铁碳合金分类（注意钢和铁的分界点）

（1）工业纯铁Wc＜0.0218％（2）共析钢Wc=0.77％

（3）亚共析钢Wc=0.0218％～0.77％（4）过共析钢Wc=0.77％～2.11％ （5）亚共晶白口铁Wc=2.11％～4.3％（6）共晶白口铁Wc=4.3％ （7）过共晶白口铁Wc=4.30％～6.69％

第六章金属的塑性变形、回复与再结晶

1.金属的塑性变形

2.塑性变形对金属性能的影响

产生加工硬化

⑴定义：随变形度增大，金属的强硬度显著增高而塑韧性明显下降的现象~ ⑵原因：位错增殖↑↑

3.晶粒大小对塑形变形的影响

我们知道，多晶体的强度显著高于单晶体强度，一是因为多晶体中有晶界存在，使变形晶粒中的位错在晶界处受阻，每一晶粒中的滑移带也都终止在晶界附近；另一个就是各晶粒间存在着位向差，为了协调变形，要求每个晶粒必须进行多滑移，产生位错的相互交割。这两者都会大大的提高金属材料的强度。

晶粒越细小，晶界越多，其强化效果越显著

用这种用细化晶粒增加晶界提高金属强度的方法称为细晶强化。

4.再结晶

再结晶定义：变形金属在一定温度下，通过新晶核的形成与长大，由畸变晶粒转变为相同晶格类型等轴晶粒的过程。 思考：再结晶包括形核和长大两个过程，它是否是一个相变过程？

将工件加热到再结晶温度后，原子在晶格畸变较严重出重新生核长大从而取代了原来的旧晶粒，这一过程称为再结晶。再结晶没有完成晶格类型的转变，所以不是相变过程，也不影响金属的组织 5.晶粒的反常长大（二次再结晶）

二次再结晶：某些金属材料经过严重冷变形后，在较高温度下退火时，会出现反常的晶粒长大现象，即少数晶粒具有特别大的长大能力，逐步吞食掉周围的大量小晶粒，这个过程称为二次再结晶的过程。(——实质并非再结晶过程)

第九章钢的热处理原理

1.热处理的定义

热处理：金属或合金在固态下于一定介质中加热到一定温度，保温一定时间，以一定速度冷却下来的一种综合工艺 三个基本过程：加热、保温、冷却

2 影响奥氏体晶粒长大的因素（图6）

①加热温度和保温时间；T↑、t↑，A 晶粒长大；T 的影响远大于t ②加热速度—常规加热速度下影响不大

—工业上用快速加热，短时保温的超细化工艺。如高频加热，激光加热等

图6