北京科技大学_金属学_讲义完成版.doc

明明如月第 1 页 共 13 页一、金属与合金的晶体结构 1. 原子间的键合 1)金属键, 2)离子键, 3)共价键 2．晶体学基础 1）空间点阵， 2）晶系及布喇菲点阵， 3）晶向指数与晶面指数 3．金属的晶体结构 1）典型的金属晶体结构，2）原子的堆垛方式，3）晶体结构中的间隙， 4）晶体缺陷 4．合金相结构 1）置换固溶体，2）间隙固溶体，3）影响固溶体溶解度的主要因素 4）中间相 5．晶体缺陷 1）点缺陷, 2)晶体缺陷的基本类型和特征, 3)面缺陷 二、金属与合金的凝固 1．金属凝固的热力学条件 2．形核 1）均匀形核，2）非均匀形核 3．晶体生长 1）液-固界面的微观结构，2）金属与合金凝固时的生长形态，3）成分过冷 4．凝固宏观组织与缺陷 三、金属与合金中的扩散 1．扩散机制 2．扩散第一定律 3．扩散第二定律 4．影响扩散的主要因素四、二元相图 1．合金的相平衡条件 2．相律 3．相图的热力学基础 4．二元相图的类型与分析 五、金属与合金的塑性变形 1．单晶体的塑性变形 1）滑移，2）临界分切应力,3）孪生，4）纽折 2．多晶体的塑性变形 1）多晶体塑性变形的特点，2）晶界的影响， 3.塑性变形对组织与性能的影响 1）屈服现象,2)应力-应变曲线及加工硬化现象,3)形变织构等 六、回复和再结晶 1．回复和再结晶的基本概念 2．冷变形金属在加热过程中的组织与性能变化 3．再结晶动力学 4．影响再结晶的主要因素 5．晶粒正常长大和二次再结晶 七、铁碳相图与铁碳合金 1．铁碳相图明明如月第 2 页 共 13 页2．铁碳合金 3．铁碳合金在缓慢冷却时组织转变 八、固态相变 1．固态相变的基本特点 2．固态相变的分类 3．扩散型相变 1）合金脱溶，2）共析转变，3）调幅分解 4．非扩散型相变复习方法的话大家还是根据自己的习惯有所不同。

重要的是坚持我个人有一些看法希望与 大家分享刚开始看，很难把握重点，看的太细，会浪费时间而且，第一遍看完之后，往往都是只有 一个大概的轮廓，细节部分是很难记住的所以第一边看要抓大放小，把握大致脉络短时间内 对专业课内容有一个全局的把握，以利于第二遍的深入阅读这就算达到了目标再看的时候，每看完一节或一章，对主要内容进行概括尤其是把重要的知识点用简练的语 言概括出来，列成条目以利于以后把握重点，节约时间一定要相信，手过一遍，胜过口过十遍 做笔记能加深我们对知识的理解和记忆再以后做题时每遇到问题回来看自己总结的笔记，并且把做题时重要的类型题的解法归纳到 笔记中坚持下去做到点——线——面的复习，这样下来专业课不拿高分都难了二：知识梳理二：知识梳理第一章：第一章：金属与合金的晶体结构① 1)金属键, 2)离子键, 3)共价键 考点：金属键（2001 年，2004 年，2007 年）简述什么是金属键？5 分 剖析：金属中自由电子和原子核之间靠静电作用产生的键合力 ② 晶体学基础 10 分 1) 空间点阵（2008 年）在空间中由几何阵点周期性规则排列并具有完全相同的周围环境，在 三维空间规则排列的阵列成为空间点阵，简称点阵。

5 分 2) 晶系及布喇菲点阵（2007 年，2004 年） 考点：7 中晶系的点阵参数，14 种布喇菲点阵，晶体结构与布喇菲点阵的区别 剖析：布喇菲点阵中每个阵点周围环境相同，法国数学家布喇菲经过推倒只可能有 14 种， 也可表诉为除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置构成的点阵 难点：空间点阵与晶体结构的区别 ⑶ 晶向指数与晶面指数（2008，2007，2006，2005，2004，2003，2002）画出 fcc 中（110）晶面原子的排列情况，在体心立方中画出一个最密排方向并表明晶向指 数，再画出过该方向的两个不同的低指数晶面，写出对应的晶面指数，这两个面与其平行 的密排方向构成什么关系？20 分③ 金属的晶体结构（年年考）（年年考）2020 分分明明如月第 3 页 共 13 页1）典型的金属晶体结构 fcc，bcc，hcp，年年考年年考重中之重，考察晶胞中的原子数，点阵常数与原子半径，配位数和致密度，要烂熟于胸 2）原子的堆垛方式 体心立方：ABABABA 或 ACACACAC, 面心立方：ABCABCABC 或 ACBACBACB 3）晶体结构中的间隙:四面体间隙和八面体间隙画图（2008）20 分 ④ 合金相结构 20 分 1）置换固溶体，2）间隙固溶体，3）影响固溶体溶解度的主要因素 （2007，2006，，2005，2004，2003，2001，2000）所谓固溶体是指溶质原子以原子态溶入金属溶剂的点阵晶格中所组成的单一均匀固体，其 特点是保持溶剂的点阵结构类型。

置换固 VS 间隙固溶体？影响固溶度的因素有：ⅰ：原子尺寸因素当溶剂、溶质原子直径尺寸相对差小于±15℅有利于形成大的代为固溶体，当两组 元的直径相对差大于 41℅时，有利于形成高的间隙固溶体ⅱ：负电性因素溶剂、溶质的负电性差越小溶解度越大，一般小于 0.4～0.5 会有较大的 溶解度ⅲ：电子浓度因素有两方面的含义：一是原子价效应，即同一溶剂金属中，溶质的原子 价越高，溶解度越小：而是相对价效应即高价溶质融入低价溶剂是的高于相反的情况 4）中间相(2006,2004,)合金中组元之间形成的、与纯组元结构均不同的新相，处在相图的中间 区域 ⑤ 晶体缺陷 20 分 1）点缺陷：点缺陷的几种基本类型，空位，间隙，杂质，溶质原子等 3) 晶体缺陷的基本类型和特征：点缺陷，线缺陷即位错，面缺陷即晶界相界 （2007，2006，2005） 07：点缺陷和线缺陷为何会发生交互作用？这种交互作用如何影响力学性能？举例说明或画图 说明什么是小角度晶界的为错模型？描述大角度晶界有何模型？其含义是什么？解析答案：1：点缺陷产生畸变，是局部能量升高，附近有弹性应变场，为错也是如此，但 为错周围应力场状态不同，有的为压应力，有的为拉应力;点缺陷会聚集到为错上是应变能降 低，使系统能量降低，吸附溶质的为错是一种稳定的组态，此时为错被钉扎而难以运动，使强 度提高，会产生上下屈服点效应。

2：小角度晶界可看成是由大量的、两侧原子完全对应的好区和一组平行或相互垂直的 位错组成，取向差完全是靠为错产生的；晶界能是位错能量的加和大角度晶界模型有非晶模 型、小岛模型、重合位置点阵模型，后者的含义是特殊的打角度晶界内一部分原子同属界面两 侧点阵，重合点本身构成一超点阵，晶界过其密排面是能量最低明明如月第 4 页 共 13 页第二章：金属与合金的凝固第二章：金属与合金的凝固1．金属凝固的热力学条件：△G＜0,对任何一个反应，只有放出能量反应才能发生，金属的凝固 和相变同样如此 2．形核 1）均匀形核，2）非均匀形核 均匀形核：指不依靠外来表面，而在晶体内部自发形核，过冷度要求比较大 非均匀形核：依靠外来表面或孕育剂形核，过冷度要求较小 3.晶体生长 1）液固界面的微观结构， 2）成分过冷 如图 液固界面的微观结构2）成分过冷 指凝固时，液固界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布决定的凝固温度时 产生的过冷，称为成分过冷 4．凝固宏观组织与缺陷明明如月第 5 页 共 13 页金属铸锭的组织1－表层细晶区 2－柱状晶区 3－中心等轴晶区 各个晶区是如何形成的，都有什么特点？第三章：第三章：金属与合金中的扩散金属与合金中的扩散1．扩散机制：交换机制、间隙机制、空位机制、晶界扩散及表面机制，其中空位机制是置 换固溶体中最重要机制。

2．菲克第一定律：J=-Dd ，它表示了物质从高的质量浓度区向低的质量浓度区方向迁移 菲克第一定律描述了一种稳态扩散，即浓度质量不随时间而改变 3．菲克第二定律 ，是一种非稳态扩散，某点的质量浓度随时间的改变而改变4．影响扩散的主要因素1：温度：是影响扩散最主要的因素，温度越高，扩散系数 D 越大2：固溶体类型：置换固溶体激活能大，扩散的慢；间隙固溶体扩散激活能小，扩散的 快3：晶体结构：低对称性的晶体结构中，存在扩散的各向异性，如六方结构晶体，平行 与垂直基面（0001）的扩散系数不同4：晶体缺陷：界面表面及位错是扩散的快速通道5：熔点同一合金系中，同一温度下熔点高的合金中扩散慢，熔点低的扩散快第四章：二元相图第四章：二元相图1．合金的相平衡条件及相律： 处于平衡状态下的多相（p 个相）体系，每个组元（共有 c 个组元）在各相中的化学势 都必须相等从相平衡条件可知，处于平衡状态的多元系中可能存在的相数有一定的限制这种限制 可用吉布斯相律表示为：明明如月第 6 页 共 13 页f=c-p+2 f 为体系的自由度数，c 为体系的组元数，p 为相数对于不含气相的体系，压力一般可 认为是常数，因此相律又可写成： f=c-p+1 相律给出了平衡状态下体系中存在的相数和组元数及温度、压力之间的关系，对分析和 研究相图有重要的指导作用。

2．相图的热力学基础 了解固溶体的成份自由能曲线，如图 Ω0 时：曲线为∩形，有两个最小值，即固溶体有一定的溶混间隙 多相平衡的公切线原理在二元系中，当两相（例如固相 α 和 β）平衡时，热力学条件为 ，即两组元分别在两相中的化学势相等因此，两相平衡时的成分由两相BBAA,成分－自由能曲线的公切线确定如图 杠杆法则：α 和 β 两相共存时，可用杠杆法则计算两相的相对量， 应用杠杆 法则时要找准三个点，即两个相点和一个成分点3．二元相图的类型与分析 匀晶相图：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变，对应的 固液转变图称为匀晶相图共晶相图：两组元在液态是无限固溶，液相线从两端纯组元向中间凹下，两液相线交 点对应的温度称为共晶温度，在该温度下液相通过共晶凝固同时结晶出两个固相，这两相的 混合物称为共晶组织或共晶体这种股也转变图称为共晶相图 共晶相图／共晶合金的平衡凝固及其组织是考试重点第五章第五章 金属与合金的塑性变形金属与合金的塑性变形 1．单晶体的塑性变形 滑移：当应力超过晶体的弹性极限时，晶体中就会产生层片之间的相对滑移， 大量的滑移线组成滑移带。

临界分切应力：滑移系开动所需要的最小分切应力，它是一个定值，与材料本身性质有关，与外力取向无关COSCOSAF孪生：晶体受力以后，以产生孪晶的方式进行的均匀切变过程叫孪生，切变区与未切变区呈晶 面对称的取向明明如月第 7 页 共 13 页④纽折：当晶体不能进行滑移变形，若此时孪生过程也因阻力太大无法进行时，随着外力继续增 大，超过某一临界值时晶体会产生适应性的局部弯曲，这种变形方式称为扭折，变形区域称为扭 折带滑移是单晶体变形的主要方式，孪生和扭折是滑移不能进行时的协调性变形2．多晶体的塑性 变形 1）多晶体塑性变形的特点： 多晶体中，每个晶粒与周围晶粒取向不同，处于有利位相的先滑移，故滑移开始的早晚不 同，滑移系的数目也不相同 不同位相晶粒滑移系取向不同，滑移方向也不相同，故滑移不可能从一个晶粒直接延续到 另一个晶粒 为了使多晶体中各晶粒之间的变形得到相互协调与配合，每个晶粒不只是在取向有利的方 向进行，而且必须在几个非有利的滑移系上进行才能使其形状做各种改变 ④多晶体是否能够塑性变形取决于它是否具备 5 个以上独立的滑移系来满足各晶粒变形时相 互协调的要求 FCC 有 12 滑移系，BCC 有 48 个滑移系，它们的多晶体有很好的塑性；而 FCP 只有 3 个独立滑移系，晶粒间协调性很差，所以其多晶体塑性变形能力低。

如gM2）晶界的影响：晶界上原子排列不规则，是严重错排区，位错不能通过，形成位错塞积群即晶界阻碍滑移 的进行由于晶界数量取决于晶粒的大小，因此晶界对多晶体起始塑变抗力的作用可通过。