金相学的作用

金相学讲义

一、金相学

金属和合金的性能取决于它的成分和组织结构。

金相学指利用显微镜来研究金属中相的形貌；

其后随着各种相关的学科和技术的发展，“金相学”的覆盖面逐渐扩大，经而成为综合地研究金属和合金成分、组织与性能关系的科学，其研究手段也推广到肉眼、放大镜、光学显微镜、电子显微镜以及X射线衍射等。

二、金相学的作用

1、合金钢热处理的研究

钢的热处理原理是以钢在加热和冷却过程中的相变为依据的，金相技术则是相变研究的重要手段。利用金相法研究不同钢种在不同温度下的等温分解过程，并综合成等温转变曲线，从中引出了临界淬火速度的概念，明确了不同合金元素对淬透性的影响。

形状记忆合金也是通过金相分析而发现的。人们对Cu-Zn合金作高温金相分析发现，马氏体针随温度的升降，长度会缩短和伸长，此类马氏体称为热弹性马氏体，具有形状记忆效应。在冷却时使它变形，再加热到临界点以上时，又恢复到原有形状。

2、控制机械产品的质量

产品生产过程中的每一个环节，比如我们锅炉行业，从原材料验收、焊接工艺评定、加工工艺的控制的质量评定等，都要分别按照不同的标准，通过金相和其他的检验来确定合格与否。3、失效分析

机械装备和零件在使用过程中难以避免的，会出现变形、断裂、磨损及腐蚀等形式的失效，分析失效原因，并找出预防及补救措施，就是失效分析。失效分析涉及众多学科和技术，需要广泛收集原始资料并运用多种技术手段进行测试分析。其中对于判别失效最重要和最广泛的手段就是金相分析，而某些失效事故往往只须金相分析就可做出结论。

三、金相学的发展概况

1、金相显微镜

金相显微镜是专门用于观察金属和矿物等不透明物体金相组织的显微镜。这些不透明物体无法在普通的透射光显微镜中观察，故金相和普通显微镜的主要差别在于前者以反射光，而后者以透射光照明。在金相显微镜中照明光束从物镜方向射到被观察物体表面，被物面反射后再返回物镜成像。这种反射照明方式也广泛用于集成电路硅片的检测工作。

金相显微镜是金相分析的主要仪器。20世纪初使用开始使用倒立式金相显微镜，影响成像质量的主要因素是像差，特别是色差和像域弯曲。早期采用延长摄影距离的办法来改进，所以出现了大型的卧式显微镜，如东德的Neophot系列。60 年代后，金相专用的平场宽视域物镜的研制成功，无需长距离投影已经可以保证摄影质量。目前金相显微镜采用立式投影，结构紧凑。采用高分辨率的摄像头或更高分辨率的数码相机进行金相照片拍摄，既提高了效率，也降低了成本。

光学显微镜的景深与物镜的数值孔径成反比，随着放大倍数的加大，景深迅速下降。尤其是用侵蚀法显示组织，试样上的凹陷深度一般为数微米，超出了油浸物镜的景深。

80年代后期推出“共焦激光扫描显微镜”利用激光束扫描试样，解决了光学显微镜景深浅的问题，分辨率也有所提高。

2、制样技术

金相试样绝大多数需要经过研磨、抛光、合适的组织显示，才能进行观察和分析。如果使用不正确的制样程序，会造成假象，即观察到的图像并不是真正的内部组织状态，而是伪组织。试样在机械研磨、抛光的过程中，表层发生了严重的塑性变形。所以试样制备技术对于金相研究具有重要的意义，也是金相学中最活跃的研究领域。

侵蚀试剂是显示组织的重要手段。至今金属和合金的侵蚀试剂已经有数百种。另外还采用了真空沉积、电解阳极、热染、真空阳极及磁侵等侵蚀技术。其中值得重视的是恒电位控制法，用于电解和抛光不同金属或不同状态的金属的同种金属，对显微组织中的析出相、碳化物进行侵蚀或进行选择性侵蚀。比一般的侵蚀方法更有效、可靠，而且具有良好的重现性。

国外已经研制了系列化的制样设备，并推荐了适用于不同材料的制样规范，致力于压缩制样步骤，提高制样质量和缩短制样时间。

3、分析技术

金相组织的判定是金相分析的核心，它包括定性和定量两方面。在常规的金相检验中，以各种金相检验标准作为判定的依据。我国已经相继发布和修订了包括国标和部标在内的金相标准100余种，内容涉及钢铁、非铁材料冶金产品以及汽车，机械、焊接等各种典型零部件的金相检验标准。

金相组织的评定正在由定性分析向定量分析发展，并已逐步体现在金相检验标准中。如YB27-77《钢的晶粒度测定法》对晶粒度的测定方法规定“一般采用比较法”，GB6394-1986《钢的平均晶粒度测定法》等效采用美国ASTM E112-81，同时规定了采用比较法、面积法、截点法三种方法。2002年根据ASTM E112-96对GB/T6394重新起草发布。由于测量误差正比于测量次数平方根的倒数，因此要提高测量精度，所需测量次数应以二次方律增长，而手工测量难以满足这一要求。于是出现了图像分析仪。利用计算机来完成成百上千次的重复测量和运算，从而为定量金相的应用创造了条件。

图像分析仪可以测出面积、周长、直径等参数。把这些基本的参数进行不同组合，可完成复杂的图像识别功能。再将处理结果进行转换，获得最终结果。

四、宏观组织检验

1、概述：

用肉眼或借助于30倍以下的放大镜对金属的组织结构和缺陷进行检查。这是一种较古老的检验方法，也是控制金属材料和产品质量、研究铸造和加工工艺的一种重要而简便的方法，是其它仪器和手段所无法替代的。

目前通常的宏观组织检查的内容有：断口检查、酸蚀试样、塔形试样、元素的接触印痕检查。

焊接接头主要检查焊接缺陷、熔深和焊角尺寸。

2、断口检验

在材料被折断的断口上，记录着许多有关材料质量方面的内容，如白点、过烧、过热、夹杂、气孔等。断口检验包括宏观和微观（扫描电镜）两方面。断口检验一般采用纵向断口。

《蒸汽锅炉安全技术监察规程》第110条也规定了断口检验，但这和上面说的断口检验不同，这里是用压断的断口检验代替射线探伤，确定焊接的裂纹、未熔合、未焊透、内凹、气孔、夹渣等缺陷。检查的内容基本与考规中的压断试验相同。

有热酸蚀、冷酸蚀和电解酸蚀三种，以热酸

蚀效果最好。用于显示结晶或加工造成的组织特

征细节、化学不均匀性，以及物理不均匀性。

4、塔形检验方法

将钢材车削制成不同直径的阶梯试样，用酸

蚀或磁力探伤方法检验钢中发纹的情况。

发文是港内夹杂物、气孔、疏松和空隙沿加

工方向伸展排列而成的线状缺陷。解决发纹的根

5、硫印试验

通过预先在硫酸溶液中浸泡过的相纸覆盖在

钢样上，得到的印迹来确定钢中硫化物夹杂的分

布位置。

原理是H2S析出使感光乳剂的卤化银转变为

硫化银而变黑，从而显示出六的分布印迹。

6、钢中常见的宏观缺陷及评定原则

（1）一般疏松：在整个试块商城均匀分布的

细小暗点或空隙。

评定原则：根据分散在整个截面上的暗

点和空隙的数量、大小及分布状态，并考虑枝晶

的促膝而定，分为4个级别。

（2）中心疏松：暗点和空隙集中于试块的中心部位。

评定原则：以暗点和空隙的数量、大小及密集程度而定，分为4个级别。

（3）缩孔：在铸锭头部或铸件浇冒口，因最后凝固部位得不到液态金属的补充而形成的空洞。评定原则：根据裂缝和空洞大小而定，分为3级。属于不允许存在缺陷。

（4）偏析：化学成分不均匀。方形偏析、点状偏析。分4级。

（5）气泡：铸锭在凝固过程中释放气体所造成的。皮下气泡属不允许存在的缺陷。

内部气泡：分3级。

（6）翻皮：在横截面上呈现亮白色弯曲不规则的条带，在其周围常伴有气孔和夹杂物。

浇注过程中，因表面氧化膜卷入钢液，在凝固前未能浮出所致。

属于不允许存在的缺陷。

（7）白点：钢中的氢和组织应力共同作用下产生的细微裂纹，常见于含有Cr、Ni、Mn

等的合金钢基地和金工具钢中，又是大型碳钢锻件中也有出现。

属于不允许存在的缺陷。

（8）轴心晶间裂纹和内裂：一般出现在高合金不锈耐热钢中。

（9）夹杂物：因冶炼或浇注系统的耐火草料、熔渣或其他脏物进入，也料操作不当、

合金料未熔化，或异金属混入钢中所致。

属于不允许存在的缺陷。

（10）其他宏观缺陷：折叠、粗晶、热加工裂缝、分层、流线、脱碳、中心增碳、挤

压裂纹等。

五、铁碳相图及C曲线

金属和合金的性能取决于它的成分和组织结构。

金属和合金的组织通常是指它由那些相所组成，以及它们之间的相互配置（包括形状、数量大小和分布）。

“相”之组织中成分和性能均匀一致的部分。相与相之间有明显的分界。

铁碳合金：钢和铁是工业中应用最广泛的金属材料。它主要由铁和碳组成的合金（其中也有少量Si、Mn、S、P）。通常在分析和研究问题时，总是把钢和铁看作由铁和碳组成的二元合金。

铁碳合金相图是研究钢铁组织和性能的基础。

碳在钢中有三中存在形式：与铁形成铁基的间隙固溶体；与铁形成化合物Fe3C；在一定条件下形成游离态的石墨。

铁碳相图中有4种合金相：液态；奥氏体；铁素体；渗碳体。

铁碳合金通常按含碳量分为3大类：工业纯铁、钢、生铁。

铁碳合金中常见的基本形态如下：

铁素体(ferrite)：碳和合金元素溶解在α-Fe中形

成的固溶体。在室温时碳溶解度约为0.006%。硬

度低、塑性好。

碳和合金元素在δ-Fe中形成的固溶体称为

δ铁素体。

奥氏体()：碳和合金元素溶解在γ-Fe中形成的固

溶体。塑性高，屈服极限较低，无磁性。例如20#

Ac1：735℃；Ar1：680℃；Ac3：855℃，正火温

度890-920℃。

珠光体(pearlite)：铁素体和渗碳体形成的机械混

合物。在高温缓冷条件下，可得到粗片状的层状

组织。随着奥氏体过冷度的增大，片层逐渐变得

球化退火热处理后得到球状珠光体。

贝氏体(Bainite) ：中温转变区域的产物。

上贝氏体：成束的、大致平行的铁素体板条（lath）自奥氏体晶界的一侧或两侧向奥氏体晶粒内部长大，渗碳体（有时还有残余奥氏体）分布与铁素体板条之间。典型的外貌像羽毛。

下贝氏体：成一定角度约60度黑色针状，在晶界和晶内均产生。

粒状贝氏体：由铁素体和他所包围的小岛状富碳奥氏体区域组织所组成。一般认为这种组织的低合金耐热钢，具有良好的抗蠕变性能。

马氏体(martensite)：碳固溶于α-Fe中的过饱和固溶体。基本分为高碳马氏体和低碳马氏体两类。是钢件强化的主要手段。

低碳马氏体：低碳钢和低合金钢淬火后得到的马氏体组织，以条状铁素体为单元，大致相互平形成定向排列组成的晶区。在一个奥氏体晶粒内可以有几个马氏体晶区。

高碳马氏体：含碳高的淬火马氏体成片状。马氏体片间不平行，在一个奥氏体晶粒内，初生的马氏体片胶粗大，往往贯穿整个奥氏体晶粒，愈后形成的马氏体片愈小，片间夹角较大，生成时互相撞击，已形成显微裂纹。

回火组织：淬火马氏体组织在回火过程中将发生分解，析出碳化物。随着回火温度的增高，析出的碳化物成为渗碳体，颗粒继续增多，并且集聚长大。

低温回火：（150-450℃）得到回火马氏体组织。其特征为认然能够看待原马氏体形态，其碳化物极其细小。获得一定的韧性，同时保持高的硬度。

中温回火：（250-450℃）得到回火托氏体组织。马氏体形态逐渐消失，碳化物呈细小颗粒，光学显微镜下认然不易分辨。

高温回火：（500-700℃）得到回火索氏体组织，其特征为铁素体和细小的粒状碳化物。

莱氏体：奥氏体和渗碳体的两相混合物，是共晶转变的产物。硬而脆，一般存在于含碳量大于2.06%的生铁中，在某些高碳高合金钢的铸造组织中也会出现。

六、合金元素的作用和钢的热处理

1 合金元素的作用

对淬透性的影响：除Co、Al外，几乎所有合金元素都使奥氏体分解速度延缓，降低临界冷却速度，并降低Ms点。其中以Mn、Ni、Mo、Cr等元素增加钢的淬透性最为显著。

2、钢的热处理：常用的热处理工艺有退火、正火、淬火、回火、化学热处理等。在热处理过程中，由于工艺或操作不当，易出现过热、过烧、变形、硬度不足、氧化、脱碳、淬火开裂等缺陷。

七、金相试样的制备和组织的显示

每次金相检验都有其特定的检验目的，合理的取样，才能保证被检验对象具有充分的代表性，正确和高质量的制备试样，才能确保显微组织恰当的显示及观察的真实性。

金相试样的制备过程通常包括：取样及编号、镶嵌、研磨、抛光、组织显示5道工序。由于检验的目的和对象不同，试样制备的具体方法和工序也不可能完全相同。

金相组织的显示，显示方法有光学法、化学侵蚀法、电解侵蚀法、热蚀法、恒电位选择侵蚀法、干涉层法等。对于锅炉行业一般常用的是低碳钢、低合金钢退火或正火状态，一般用2-4%的硝酸酒精溶液腐蚀就可以显示组织。

八、钢铁材料的组织鉴别及评定

最好先知道金属材料的牌号和热处理状态，可以提高判断的准确性。结合前面介绍的各种相的特征，进行组织的鉴别。

评定则根据所检验的对象，采用相应的标准。例如游离渗碳体和带状组织评定，按照GB/T13299-1991《钢的显微组织评定方法》。非金属夹杂物的评定按照GB/T10561-1989《钢中非金属夹杂物显微评定方法》。

锅炉原材料检验中的组织鉴别主要是低碳钢、低合金钢，组织一般是铁素体和珠光体，有时出现游离渗碳体、贝氏体等组织。例如15CrMo如果热轧后冷速过大，会产生贝氏体组织，将降低材料的塑性和韧性，这是应该防止的。原材料中的魏氏组织、带状组织、脱碳层、晶粒度等均按有关标准进行评定。

调质钢、高强度钢、弹簧钢、模具钢、双相钢、铸钢、轴承钢、工具钢、不锈钢、高温合金等都有相应的评定标准，就不作介绍了。

九、焊接件的金相检验

焊接接头由焊缝、热影响区、母材三部分组成。

焊缝组织：焊接时，由于热源的作用，焊接熔池在极短

的时间内，在高温下发生一系列的冶金反映。焊接熔池的结

晶有着一定的特殊性：熔池小，周围被冷金属包围，所以熔

池冷却速度很大；熔池中液体金属处于很高的温度；焊接时，

熔池随热源的移动而移动，由于焊条的摆动和电弧的吹力，

使熔池发生强烈的搅拌作用。因此焊缝的凝固组织具有连续

长大和柱状晶的基本特征。熔化的液态金属冷却时，在熔合

线附近的半熔化态的母材温度较低，起着熔化的模壁作用。

它和焊缝金属具有相近的化学成分，相同的晶格类型，成为

焊缝金属凝固时的结晶表面。在一定过冷度下，直接从熔池

壁母材金属的晶粒上进行长大，因此焊缝金属的晶粒和熔合线附近的母材晶粒是相联的。

焊缝的二次结晶组织对低碳钢而言，为铁素体和珠光体。随着含碳量的增加，组织中的珠光体量也增加；当焊缝含合金元素较多或冷却速度较大时，焊缝中会出现贝氏体和马氏体；焊缝经过多层焊接后，后面的焊层对前面的焊层再加热，相当于正火处理，可获得细小的等轴晶粒，从而改善焊缝的机械性能。

过热段，粗大魏氏组织1490~1100℃。热影响区：索氏体+粒状贝氏体+铁素体

后又冷却到室温。焊接时受热的这部分原材料称为热影响区。

不易淬火钢的热影响区组织：半熔化区、过热区、（相变重结晶区）正火区、（不完全重结晶区）不完全正火区

易淬火钢：淬火区、不完全淬火区、回火区。

焊接接头的缺陷：

1、裂缝：

热裂缝，从焊缝金属结晶开始到Ar3温度，即高温下产生。由于焊缝中低熔点的共晶及夹杂熔化，在拉应力的作用下，造成热影响区的热裂缝。多位沿晶开裂，有纵向或横向裂纹。

冷裂纹，在Ar3以下温度冷却过程中或冷却后。通常在马氏体转变温度范围以下（200-300℃）。

由于氢的析出、淬硬组织和内应力的存在。多发生在热影响区，特别是焊道下熔合线附近。冷裂纹常具有延迟性质，所以又称为“延迟裂纹”。金相检验表明，冷裂纹的微观特征多位穿晶开裂。

2、过烧和淬硬组织：

气焊时由于焊接工艺不当，会出现过烧组织，造成晶粒粗大，沿晶氧化，使接头强度低、塑

性差，严重影响焊接接头质量

焊接接头淬硬组织会降低焊接接头的塑性和冲击韧性，促使裂缝的形成。

12CrMo，电焊，层间未焊透根部严重内凹

十、运行金相

高温下长期运行过程中，原在室温下稳定的金相组织，也会产生很大的变化。与温度一样，时间对组织变化也产生影响，在高温下段时间内产生的扩散过程，在较低温度下而在较长时间内也能够产生。

组织变化会引起性能变化，例如，时效会引起常温冲击韧性下降，珠光体组织中碳化物的球化会引起钢材强度的降低等等。

2、珠光体球化和碳化物聚集

钢中珠光体的球化及碳化物的聚集，是低合金热强钢在使用过程中常出现的一种组织变化形式。

对珠光体钢来讲，钢中的珠光体最初呈层片状，用于片状珠光体的表面积大，具有较大的表面能，这种具有较大能量的状态要自行趋向于较小能量的状态，因此珠光体组织中片状碳化物自行趋向于球状。此外，随着时间的增加和其他条件的变化，小的球体还要聚集成大的球体。在这两种过程进行的同时，碳化物在港中的分布也发生变化，因为晶界上的扩散速度较大，所以碳化物尽量在晶界上析出。

碳化物的球化会使低合金热强钢的高温及常温机械性能变化，强度和硬度降低，加速钢材的蠕变过程。

3、热脆性：在蠕变条件下长期工作的热强钢部件，工作范围400-550℃，使室温冲击韧性下降的现象称之为热脆性。

比较明显的是用于温度540℃的高温螺栓25Cr2Mo1V，在长期使用后冲击韧性降低，脆性敏感性增大，甚至断裂。其金相组织常常可以发现有明显的晶界。

十一、锅炉的失效案例

金属学及热处理习题参考答案(1-9章)

第一章金属及合金的晶体结构 一、名词解释: 1 ?晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。 2?非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。 3 ?晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 4?晶胞：构成晶格的最基本单元。 5. 单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。 6?多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。 7?晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 8. 合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 9. 组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 10. 相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 11. 组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 12. 固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相 、填空题: 1 .晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。 2?常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3?实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4?根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5?置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 6 ?合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。 7. 同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光—泽，正的电阻温度系数。 8. 金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。 9. 位错两种基本类型是刃型位错和螺型位错，多余半原子面是刃型位错所特有的 10. 在立方晶系中，｛120｝晶面族包括(120)、(120)、(102)、(102)、(210)、(210)> (201)、

金属学材料学课后习题答案

1-1. 为什么说钢中的S、P杂质元素在一般情况下是有害的？ 答：S容易和Fe结合形成熔点为989℃的FeS相，会使钢在热加工过程中产生热脆性；P与Fe结合形成硬脆的Fe3P相，使钢在冷变形加工过程中产生冷脆性。 1-2. 钢中的碳化物按点阵结构分为哪两大类？各有什么特点？ 答：可以分为简单点阵结构和复杂点阵结构，简单点阵结构的特点：硬度较高、熔点较高、稳定性较好；复杂点阵结构的特点：硬度较低、熔点较低、稳定性较差。 1-3. 简述合金钢中碳化物形成规律。 答：①当r C/r M>0.59时，形成复杂点阵结构；当r C/r M<0.59时，形成简单点阵结构；②相似者相溶：完全互溶：原子尺寸、电化学因素均相似；有限溶解：一般K都能溶解其它元素，形成复合碳化物。③强碳化合物形成元素优先与碳结合形成碳化物。④N M/N C 比值决定了碳化物类型⑤碳化物稳定性越好，溶解越难，析出难越，聚集长大也越难。1-4. 合金元素对Fe –Fe3C 相图的S、E 点有什么影响？这种影响意味着什么？ 答：凡是扩大γ相区的元素均使 S、E点向左下方移动；凡是封闭γ相区的元素均使S、E 点向左上方移动。S点左移，意味着共析碳量减少； E点左移，意味着出现莱氏体的碳含量减少。 1-19. 试解释40Cr13已属于过共析钢，而Cr12钢中已经出现共晶组织，属于莱氏体钢。 答：①因为Cr属于封闭y相区的元素，使S点左移，意味着共析碳量减小，所以钢中含有Cr12%时，共析碳量小于0.4%，所以含0.4%C、13%Cr的40Cr13不锈钢就属于过共析钢。②Cr使E点左移，意味着出现莱氏体的碳含量减小。在Fe-C相图中，E点是钢和铁的分界线，在碳钢中是不存在莱氏体组织的。但是如果加入了12%的Cr，尽管含碳量只有2%左右，钢中却已经出现了莱氏体组织。 1-21. 什么叫钢的内吸附现象？其机理和主要影响因素是什么？ 答：合金元素溶入基体后，与晶体缺陷产生交互作用，使这些合金元素发生偏聚或内吸附，使偏聚元素在缺陷处的浓度大于基体中的平均浓度，这种现象称为内吸附现象。机理：从晶体结构上来说，缺陷处原子排列疏松、不规则，溶质原子容易存在；从体系能量角度上分析，溶质原子在缺陷处的偏聚，使系统自由能降低，符合自然界最小自由能原理。从热力学上说，该过程是自发进行的，其驱动力是溶质原子在缺陷和晶内处的畸变能之差。影响因素：①温度：随着温度的下降，内吸附强烈；②时间：通过控制时间因素来控制内吸附；③缺陷类型：缺陷越混乱，畸变能之差越大，吸附也越强烈； ④其他元素：不同元素的吸附作用是不同的，也有优先吸附的问题；⑤点阵类型：基体的点阵类型对间隙原子有影响。 1-22. 试述钢中置换固溶体和间隙固溶体形成的规律。 答：置换固溶体的形成的规律：决定组元在置换固溶体中的溶解度因素是点阵结构、原子半径和电子因素，无限固溶必须使这些因素相同或相似. ①Ni、Mn、Co与y-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似，即无限固溶；②Cr、V与α-Fe的点阵结构、原子半径和电子结构相似，形成无限固溶体；③Cu和γ-Fe点阵结构、原子半径相近，但电子结构差别大——有限固溶；④原子半径对溶解度影响：ΔR≤±8%，可以形成无限固溶；≤±15%，形成有限固溶；>±15%，溶解度极小。间隙固溶体形成的规律：①间隙固溶体总是有限固溶体，其溶解度取决于溶剂金属的晶体结构和间隙元素的原子尺寸；②间隙原子在固溶体中总是优先占据有利的位置；③间隙原子的溶解度随溶质原子的尺寸的减小而增大；④同一溶剂金属不同的点阵结构，溶解度是不同的，C、N原子在y-Fe中的溶解度高于a-Fe。

材料力学名词解释(1)

名词解释 第一章： 1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等 13.弹性极限：式样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。 14.静力韧度：金属材料在静拉伸时单位体积材料断裂前所吸收的功。 15.正断型断裂：断裂面取向垂直于最大正应力的断裂。 16.切断型断裂：断裂面取向与最大切应力方向一致而与最大正应力方向约成45度的断裂 17.解理断裂：沿解理面断裂的断裂方式。 第二章： 1.应力状态软性系数：材料或工件所承受的最大切应力τmax和最大正应力σmax比值 2.缺口效应：由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。（1：应力集中2.使塑性材料强度增高塑性降低） 3.缺口敏感度：缺口试样的抗拉强度σbn的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb的比值，称为缺口敏感度 4.缺口强化现象：在存在缺口的条件下出现了三向应力状态，并产生应力集中，试样的屈服应力比单向拉伸时高 5.布氏硬度：用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度 6.洛氏硬度：采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度

金属学及热处理习题参考答案

第一章金属及合金的晶体结构 一、名词解释： 1．晶体：原子（分子、离子或原子集团）在三维空间做有规则的周期性重复排列的物质。2．非晶体：指原子呈不规则排列的固态物质。 3．晶格：一个能反映原子排列规律的空间格架。 4．晶胞：构成晶格的最基本单元。 5．单晶体：只有一个晶粒组成的晶体。 6．多晶体：由许多取向不同，形状和大小甚至成分不同的单晶体（晶粒）通过晶界结合在一起的聚合体。 7．晶界：晶粒和晶粒之间的界面。 8．合金：是以一种金属为基础，加入其他金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。 9．组元：组成合金最基本的、独立的物质称为组元。 10．相：金属中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。 11．组织：用肉眼观察到或借助于放大镜、显微镜观察到的相的形态及分布的图象统称为组织。 12．固溶体：合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。 二、填空题： 1．晶体与非晶体的根本区别在于原子（分子、离子或原子集团）是否在三维空间做有规则的周期性重复排列。 2．常见金属的晶体结构有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。 3．实际金属的晶体缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。 4．根据溶质原子在溶剂晶格中占据的位置不同，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体两种。 5．置换固溶体按照溶解度不同，又分为无限固溶体和有限固溶体。 6．合金相的种类繁多，根据相的晶体结构特点可将其分为固溶体和金属化合物两种。 7．同非金属相比，金属的主要特征是良好的导电性、导热性，良好的塑性，不透明，有光泽，正的电阻温度系数。 8．金属晶体中最主要的面缺陷是晶界和亚晶界。

(完整版)金属材料学(第二版)课后答案主编戴启勋

第一章钢的合金化原理 1．名词解释 1）合金元素: 特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。（常用M 来表示） 2）微合金元素: 有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr 和B 等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 % ）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。3）奥氏体形成元素:在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如Mn, Ni, Co, C, N, Cu ； 4）铁素体形成元素: 在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V，Nb, Ti 等。5）原位析出: 元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物如Cr 钢中的Cr：ε-FexC→ Fe3C→ （ Fe, Cr）3C→ （ Cr, Fe）7C3→ （Cr, Fe）23C6 6）离位析出: 在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC 和强度提高（二次硬化效应）。如V，Nb, Ti 等都属于此类型。 2．合金元素 V、Cr 、W、Mo 、Mn 、 Co、Ni 、Cu 、 Ti 、Al 中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在 a-Fe 中形成无限固溶体？哪些能在 g-Fe 中形成无限固溶体？答：铁素体形成元素：V、Cr、W、Mo、Ti、Al ； 奥氏体形成元素：Mn、Co、Ni 、Cu 能在a-Fe 中形成无限固溶体：V、Cr；能在g-Fe 中形成无限固溶体：Mn 、Co、Ni 3．简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？ 答：（1）扩大γ相区：使A3 降低，A4 升高一般为奥氏体形成元素分为两类：a.开启 γ相区：Mn, Ni, Co 与γ-Fe 无限互溶. b.扩大γ相区：有C，N，Cu 等。如Fe-C 相图，形成的扩大的γ相区，构成了钢的热处理的基础。 （2）缩小γ相区：使A3 升高，A4 降低。一般为铁素体形成元素 分为两类:a.封闭γ相区：使相图中γ区缩小到一个很小的面积形成γ圈,其结果使δ相区与α 相区连成一片。如V, Cr, Si, A1, Ti, Mo, W, P, Sn, As, Sb 。 b.缩小γ相区：Zr, Nb, Ta, B, S, Ce 等 （3）生产中的意义：可以利用M 扩大和缩小γ相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。 4．简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。 答：答：1）改变了奥氏体区的位置 2）改变了共晶温度：（l）扩大γ相区的元素使A1，A3 下降； （2）缩小γ相区的元素使A1，A3 升高。当Mo>8.2%, W>12%,Ti>1.0%,V>4.5%,Si>8.5% ，γ 相区消失。

金属学金相学名词解释

金属：具有正的电阻温度特性的物质。 晶体：物质的质点（原子、分子或离子）在三维空间作有规则的周期性重复排列的物质叫晶体。原子排列规律不同，性能也不同。 点阵或晶格：从理想晶体的原子堆垛模型可看出，是有规律的，为清楚空间排列规律性，人们将实际质点（原子、分子或离子）忽略，抽象成纯粹几何点，称为阵点或节点。为便于观察，用许多平行线将阵点连接起来，构成三维空间格架。这种用以描述晶体中原子（分子或离子）排列规律的空间格架称为空间点阵，简称点阵或晶格。 晶胞：由于排列的周期性，简便起见，可从晶格中取出一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元来分析原子排列的规律性。这个用以完全反映晶格特征最小的几何单元称为晶胞。多晶型转变或同素异构转变：当外部条件（如温度和压强）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。 空位：某一温度下某一瞬间，总有一些原子具有足够能量克服周围原子约束，脱离原平能位置迁移到别处，在原位置上出现空节点，形成空位。到晶体表面，称为肖脱基空位；到点阵间隙中，称弗兰克尔空位； 位错：它是晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象，使长达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内原子离开平衡位置，发生有规律的错动，所以叫做位错。基本类型有两种：即刃型位错和螺型位错。 晶界：晶体结构相同但位相不同的晶粒之间的界面称为晶粒间界，简称晶界。小角度晶界位相差小于10°，基本上由位错组成。大角度晶界相邻晶粒位相差大于10°，晶界很薄。 亚晶界和亚结构：分别泛指尺寸比晶粒更小的所有细微组织及分界面。 柯氏气团：刃型位错的应力场会与间隙及置换原子发生弹性交互作用，吸引这些原子向位错区偏聚。小的间隙原子如C、N 等，往往钻入位错管道；而大置换原子，原来处的应力场是受压的，正位错下部受拉，由相互吸引作用，富集在受拉区域；小的置换原子原来受拉，易于聚集在受压区域，即位错的上部。使畸变能降低，同时使位错难以运动，造成金属的强化。这就是利用溶质原子与位错交互作用的柯垂尔气团--柯氏气团。用以解释钢的脆化、强度提高等宏观现象。 元：组成合金的最基本的独立的物质，简称元 相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面互相分开的组成部分，称之为相。 组织：由于形成条件不同，形成具有不同形状、大小数量及分布的相相互结合而成的综合体。固溶体：组元以不同比例混合后形成的固相晶体结构与组成合金的某一组元相同，这种相称固溶体 化合物：是构成的组元相互作用，生成不同与任何组元晶体结构的新物质 相图：是表示合金系中合金的状态与温度、压力与成分之间关系的一种图解。又称状态图或平衡图。 表象点：位于相图中，并能表示合金成分、温度的点称表象点。 吉布斯相律：相律是表示平衡条件下，系统的自由度数、组元数和相数之间的关系，是系统平衡条件的数学表达式。相律可用下式表示：f = c -p +2 当系统的压力为常数时，则为：f = c-p + 1式中，c 系统的组元数，p 平衡条件下系统中相数，f 为自由度数。 自由度：是指在保持合金系中相的数目不变的条件下，合金系中可以独立改变的影响合金状态因素的数目 匀晶转变：从液相结晶出单相的固溶体，这种结晶过程称匀晶转变 异分结晶：固溶体结晶过程中，结晶出的固相与母相成分不同，这种结晶也称为选择结晶。

金属材料常见金相组织的名称和特征

金属材料常见金相组织的名称和特征 名称定义特征 奥氏体 碳与合金元素溶解在γ-Fe中 的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立 方晶格 晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏 体分布在马氏体针间的空隙处 铁素体碳与合金元素溶解在a-Fe中的固 溶体 亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆 滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析 出 渗碳体碳与铁形成的一种化合物在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状过共析钢冷却时沿Acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状铁碳合金冷却到Ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状 珠光体 铁碳合金中共析反应所形成 的铁素体与渗碳体的机械混合 物 珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷 度。过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小在 A1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放 大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳 体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体在 650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从 珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍 才能分辨的片层，称为索氏体在600~550℃形成的珠 光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层， 仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大 10000倍才能分辨的片层称为屈氏体 上贝氏体 过饱和针状铁素体和渗碳体 的混合物，渗碳体在铁素体针间 过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物， 其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板 条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化 物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称 轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽 毛可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢，看不 清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳 低合金钢，羽毛很清楚，针粗。转变时先在晶界处形 成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶 下贝氏体同上，但渗碳体在铁素体针内 过冷奥氏体在350℃~Ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片；在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。与回火马氏体不同，马氏体有层次之分，下贝氏体则颜色一致，下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高，针叶比低碳低合金钢细

金属学原理名词解释 江苏大学

1.形核功：形成临界晶核所需的能量，即临界晶核形成功 2.晶胚：当温度降到熔点以下时，在液态金属中存在结构起伏，即有瞬时存在的有序原子集团，它可能成为均匀形核的“胚芽”或称晶胚 3.临界晶核：半径为临界晶核半径r*=-2γ/ΔGv 4.动态过冷度：理论结晶温度与实际温度差值，保证凝固速度大于熔化速度的过冷度 5.粗糙界面：指微观上在固液面两相界面高低不平，存在几个原子层厚度的过渡层地界面 6.光滑界面：指微观上在固液两相界面光滑，固液两相截然分开，固相表面为基本完整的原子密排面 7.伪共晶：非平衡凝固条件下，某些非共晶成分（过/亚共晶）的合金得到的共晶组织 8.不平衡共晶：成分小于饱和溶解度的合金，由于结晶时冷速快，结晶过程中，固溶体呈枝晶偏析，其浓度偏离了相图中固相所指浓度，因此合金冷却到固相线时的结晶并未结束，并剩余液相。当合金冷却共晶温度时发生共晶反应，此时形成的共晶组织是不平衡共晶 9.离异共晶：共晶体中α相依附于初生α相生长，将共晶体中另一相β推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相之间的组织特点消失，这种两相分离的共晶体叫做离异共晶 10.上坡扩散：溶质原子从低浓度向高浓度扩散的过程 11.均匀化退火：将产生偏析的铸件加热在低于固相或100C~200C温度范围内长时间保温是源自充分扩散，以获得成分均匀的铸件《扩散退火》 12.反应扩散：伴随化学反应而形成新相的扩散《相变扩散》 13.柯肯达尔效应：由扩散系数不同而引起原子对接面移动的现象 14.互扩散：伴有浓度变化的扩散 15.自扩散：不依赖于浓度梯度，仅有热振动而产生的扩散 16.成分过冷：在合金凝固过程中，液相中溶质的分布发生变化而改变了凝固温度，将界面前沿液体中实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷 17.平衡分配系数：一定温度下，两相平衡是固液两相成分之比。即Ko=Cs/CI 18.区域熔炼：利用稳态凝固产生宏观偏析的原理进行金属提炼的办法 19.有效分配系数：Ke=结晶过程中固体在相界处的浓度/此时剩余固体的平均浓度 20.直线法则：二元系统两相平衡共存时，合金成分点与两平衡相的成分点必须位于一条直线上 21.重心法则：处于三相平衡的合金，其成分必位于共轭三角形重心位置 22.连接线：三元系中，两相平衡时自由度为2，温度给定后仅剩一个自由度，即只有一个平衡相的成分独立可变，另一瓶横向成分随之变化，两瓶横向的成分存在着对应关系，连接对应成分点的直线叫连接线 23.单变量线：三元系中，平衡相的成分随温度变化的空间曲线 24.滑移系：晶体中一个滑移面及该面上一个滑移方向的组合 25.临界分切应力：滑移系开动所需最小分切应力 26.复滑移：两个或两个以上滑移系同时或交替进行的滑移 27.交滑移：当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移的过程 28.双交滑移：交滑移后的位错在原滑移面平行的滑移面上继续运动的现象 29.孪生：晶体受力后，以产生孪晶的方式进行的切变过程叫孪生 30.加工硬化：金属经塑性变形，其力学性能发生明显变化，即随着变形程度的增加，金属的强度，硬度增加。而塑性、韧性下降。 31.形变织构：多晶体形变过程中出现的晶体取向择优的现象 32.动态回复：在热变形过程中发生的回复过程

金属材料学名词解释总

二.名词解释 1）合金元素: 特别添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从而得到一定的物理、化学或机械性能的化学元素。(常用M来表示) 2）微合金元素: 有些合金元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这种化学元素称为微合金元素。3）奥氏体形成元素: 在γ-Fe中有较大的溶解度,且能稳定γ相；如Mn, Ni, Co, C, N, Cu；4）铁素体形成元素: 在α-Fe中有较大的溶解度，且能稳定α相。如：V，Nb, Ti 等。 5）原位析出: 元素向渗碳体富集，当其浓度超过在合金渗碳体中的溶解度时, 合金渗碳体就在原位转变成特殊碳化物如Cr钢中的Cr： ε-FexC→Fe3C→（Fe, Cr）3C→（Cr, Fe）7C3→（Cr, Fe）23C6 6）离位析出: 在回火过程中直接从α相中析出特殊碳化物，同时伴随着渗碳体的溶解，可使HRC和强度提高（二次硬化效应）。如V，Nb, Ti等都属于此类型。 7）液析碳化物：由于碳和合金元素偏析，在局部微小区域内从液态结晶时析出的碳化物。8）网状碳化物：过共析钢在热轧（锻）加工后缓慢冷却过程中由二次碳化物以网状析出于奥氏体晶界所造成的。 9）合金渗碳体：渗碳体内经常固溶有其他元素，在碳钢中，一部分铁为锰所置换；在合金钢中为铬、钨、钼等元素所置换，形成合金渗碳体。 10）二次硬化：淬火钢在较高温度下回火，硬度不降低反而升高的现象称为二次硬化 11）变质处理：就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒。 12）回火稳定性：淬火钢对回火过程中发生的各种软化倾向（如马氏体的分解，碳化物的析出与铁素体的再结晶）的抵抗能力。 13）固溶处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。 14）红硬性：指材料在一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力。 15）微合金钢：指化学成分规范上明确列入需加入一种或几种碳氮化物形成元素。 16）蠕变极限：在某温度下，在规定时间达到规定变形时所能承受的最大应力。 17）固溶强化：通过融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。 18）细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化 19）晶间腐蚀：晶界上析出连续网状富铬的Cr23C6引起晶界周围基体产生贫铬区，贫铬区成为微阳极而发生的腐蚀。

铸件的金相检测

第三章铸件的金相检测 一、铸件金相检测的意义； 二、铸铁的材质分类； 1. 灰口铸铁； 2. 球墨铸铁； 3. 蠕墨铸铁； 三、铸件的金相检测； 1. 铸件的实体取样； 2. 实体取样设备的操作及点检； 3. 金相试样的制作； 4. 金相检测及金相检测设备的应用与保养； 4.1金相检测设备的介绍； 4.2 OLYMPUS金相显微镜及金相影像分析软件的应用； 4.3基恩士体式显微镜的应用； 4.4Leica CTR6000金相显微镜及其图像分析的应用； 四、铸件中常见的冶金缺陷； 五、XX各种材质金相示例；

铸件的金相检测 一、金相检测的意义： 铸铁力学性能的高低是由其金相组织所决定的，所以铸件金相的检测对铸件材质的检测具有重要意义。 铸铁是以铁元素为基的含有碳、硅、锰、磷、硫等元素的多元铁合金，但其中对铸铁的金相组织起决定作用的主要是铁、碳和硅，故合金相图是分析合金金相组织的有用工具。 ---详细资料《金属学与热处理》 1、合金相图中的基本相 在铁碳合金相相中的基本相主要有石墨、铁素体，珠光体，马氏体，渗碳体，奥氏体等等，以下分别介绍。 铁素体:是碳溶于α铁中的间隙固溶体，为体心立方晶格，常用符号为F或α。 珠光体:是铁素体和渗碳体组成的混合物，可分为片层状珠光体和球状珠光体，常用符号为P。 马氏体:是奥氏体组织经过热处理降温到190~170℃时冷却转变而来，常用符号为M。 渗碳体:是铁与碳形成的间隙化合物，常用符号为C m。 奥氏体:是溶于γ铁中的间隙固溶体，常用符号为A。 石墨：是碳以游离状态存在的一种形式，它与天然石墨没有什么差别，常用符号为G。 2、铁－碳双重相图及其分析 对铸铁合金长期使用与研究的结果，人们得到了如图2﹣1所示的铁碳合金双重相图，即Fe－Fe3C介稳定系相图与Fe－C（石墨）稳定系相图，分别以实线和虚线表示。表2﹣1为图中各临界点的温度及含碳量。 图2-1 铁－碳相图 G－石墨Fe3C－渗碳体

金属学原理重点名词解释

金属键：金属中的自有电子与金属正离子相互作用所构成的键合。 空间点阵：把原子（或原子集团）抽象成纯粹的几何点，而完全忽略它的物理性质，这种抽象的几何点在晶体所在空间作周期性规则排列的阵列称为空间点阵。晶向族：晶体中原子排列结构相同的一族晶向。 晶面族：晶体中，有些晶面的原子排列情况相同，面间距完全相等，其性质完全相同，只是空间位向不同，这样一族晶面称为晶面族。 配位数：晶体结构中，与任一原子最近邻并且等距的原子数。 致密度：若把金属晶体中的原子视为直径相等的钢球，原子排列的紧密程度可以用钢球所占空间的体积百分数来表示，称为致密度。即： 致密度=单位晶包中原子所占体积/单位晶包体积 同素异构转变：当外界条件（主要指温度和压力）改变时，元素的晶体结构可以发生转变，这种转变称为同素异构转变。 晶胚：当温度降到熔点以下时，在液态金属中存在结构起伏，即有瞬时存在的有序原子集团，这种近程有序的原子集团就是晶胚。 形核功：形成临界晶核要有的自由能增加。 动态过冷度：能保证凝固速度大于融化速度的过冷度称为动态过冷度。 光滑界面：光滑界面以上为液相，一下为固相，液固两相截然分开，固相的表面为基本完整的原子密排面，所以，从微观上看界面是光滑的，从宏观上看，它往往由不同位向的小平面所组成，故呈折线状。这类界面也称小平面界面。 粗糙界面：液固两相之间的界面从微观上来看是高低不平的，存在几个原子层厚度的过渡层，在过渡层中约有半数的位置为固相原子所占据，由于过渡层很薄，所以，从宏观上来看，界面反而显得平直，不出现曲折小平面，这类界面又称非小平面界面。 伪共晶：在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。 离异共晶：在先共晶相数量多，而共晶体数量甚少的情况下，共晶体与先共晶相相同的那一相将依附于已有的粗大先共晶相长大，并把共晶体中的另一相推向最后凝固的边界处，从而使共晶组织特征消失。这种两相分离的共晶称为离异共晶。上坡扩散：由低浓度向高浓度进行的扩散。

实验一 金相分析操作指导书

金相检验 -低碳钢和铸铁的组织的观察与分析 实验指导书 XX大学

（一）金相样品的制备方法概述 在用金相显微镜来检验和分析材料的显微组织时，需将所分析的材料制备成一定尺寸的试样，并经磨制、抛光与腐蚀工序，才能进行材料的组织观察和研究工作。 一．金相样品的制备过程一般包括如下步骤： 取样、镶嵌、粗磨、细磨、抛光和腐蚀。分别叙述如下： 1．取样 （1）选取原则 应根据研究目的选取有代表性的部位和磨面，例如，在研究铸件组 织时，由于偏析现象的存在，必须从表层到中心，同时取样观察， 而对于轧制及锻造材料则应同时截取横向和纵向试样，以便分析表 层的缺陷和非金属夹杂物的分布情况，对于一般的热处理零件，可 取任一截面。 （2）取样尺寸 截取的试样尺寸，通常直径为12—15mm，高度和边长为12—15mm 的圆柱形和方形，原则以便于手握为宜。 （3）截取方法 视材料性质而定，软的可用手锯或锯床切割，硬而脆的可用锤击， 极硬的可用砂轮片或电脉冲切割。无论采取哪种方法，都不能使样 品的温度过于升高而使组织变化。 2．镶嵌 当试样的尺寸太小或形状不规则时，如细小的金属丝、片、小块状或要进行边缘观察时，可将其镶嵌或夹持。见图1所示。 （1）热镶嵌 用热凝树脂（如胶木粉等），在镶嵌机上进行。适应于在低温及不大 的压力下组织不产生变化的材料。 （2）冷镶嵌 用树脂加固化剂（如环氧树脂和胺类固化剂等）进行，不需要设备， 在模子里浇铸镶嵌。适应于不能加热及加压的材料。 （3）机械夹持 通常用螺丝将样品与钢板固定，样品之间可用金属垫片隔开，也适 应于不能加热的材料。

3．粗磨 取好样后，为了获得一个平整的表面，同时去掉取样时有组织变化的部分，在不影响观察的前提下，可将棱角磨平，并将观察面磨平，一定要将切割时的变形层磨掉。一般的钢铁材料常在砂轮机上磨制，压力不要过大，同时用水冷却，操作时要当心，防止手指等损伤。而较软的材料可用挫刀磨平。砂轮的选择，磨料粒度为40、46、54、60等号，数值越大越细，材料为白刚玉，棕刚玉、绿碳化硅、黑碳化硅等，代号分别为GB、GZ、GC、TH、或WA、A、TL、C，尺寸一般为外径×厚度×孔径=250×25×32，表面平整后，将样品及手用水冲洗干净。 4．细磨 以消除粗磨存在的磨痕，获得更为平整光滑的磨面，是在一套粒度不同的金相砂纸上由粗到细依次进行磨制，砂纸号数一般为120、280、01、 03、05、或120、280、02、04、06号，粒度由粗到细，对于一般的材

(完整版)金属材料学复习答案(完整)

第一章答案 1、为什么说钢中的S、P杂质元素总是有害的？ 答：S容易和Fe结合成熔点为989℃的FeS相，会使钢产生热脆性；P和Fe结合形成硬脆的Fe3P相使钢在冷加工过程中产生冷脆性。 2、合金元素对Fe-C相图的S、E点有什么影响？这种影响意味着什么？ 答：凡是扩大γ相区的元素均使S、E点向左下方移动，如Mn、Ni; 凡是封闭γ相区的元素均使S、E点向左上方移动，如Cr、Si、Mo。E点左移意味着出现莱氏体的碳含量减小；S点左移意味着共析碳含量减小。 3、那些合金元素能够显著提高钢的淬透性？提高钢的淬透性有什么作用？ 答：B、Mn、Mo、Cr、Si、Ni等元素能够显著提高钢的淬透性。提高钢的淬透性一方面可以使工件得到均匀而良好的力学性能，满足技术要求;另一方面在淬火时，可以选用比较缓和的冷却介质以减小零件的变形和开裂的倾向。 4、为什么说合金化的基本原则是“复合加入”？举二例说明合金复合作用的机 理。 答：1.提高性能，如淬透性；2.扬长避短，合金元素能对某些方面起积极作用，但往往还有些副作用，为了克服不足，可以加入另一些合金元素弥补，如Si-Mn，Mn-V;3.改善碳化物的类型和分布，某些合金元素改变钢中碳化物的类型和分布或改变其他元素的存在形式和位置，从而提高钢的性能，如耐热钢中Cr-Mo-V,高速钢中V-Cr-W。 5、合金元素提高钢的韧度主要有哪些途径？ 答：1.细化A晶粒；2.提高钢的回火稳定性；3.改善机体韧度；4.细化碳化物；5.降低或消除钢的回火脆性；6.在保证强度水平下适当降低碳含量；7.提高冶金质量；8.通过合金化形成一定量的残余A，利用稳定的残余A提高钢的韧度。 6、钢的强化机制有那些？为什么一般的强化工艺都采用淬火-回火？ 答：固溶强化、细晶强化、位错强化、第二相强化。因为一般的钢的强化都要求它有一定的强度的同时又要保持一定的任性，淬火后钢中能够形成M,这给了钢足够的强度，但是带来的后果就是韧度不够，而回火能够在强度降低不大的情况下给淬火钢以足够的韧性，这样能够得到综合力学性能比较优良的材料，所以一般钢的强化工艺都采用淬火加回火。 7、铁置换固溶体的影响因素？ 答：1.溶剂与溶质的点阵结构；2.原子尺寸因素；3.电子结构。 第二章 1、叙述构件用钢一般的服役条件、加工特点、性能要求? 答：服役条件：工程结构件长期受静载荷；互相无相对运动；受大气（海水）侵蚀；

金相分析总结

金相分析总结 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

1.金相试样的制备步骤：取样、镶嵌、标识、磨光、抛光、显示 ⑴若选取的试样的形状、大小便于用手握持，则不必镶嵌 ⑵若检验非金属夹杂物或铸铁中石墨，就不必进行侵蚀 2.纵断面主要用于： ①检验非金属夹杂物的数量、大小和形状 ②检验晶粒的变形程度和锻造显微组织 ③检验钢材的带状组织，及通过热处理对带状组织的消除程度 3.横断面主要作用于： ①检验从表面到中心金相组织变化情况及偏析 ②检验表层各种缺陷 ③检验表面热处理结果 ④检验非金属夹杂物在整个断面上的分布 ⑤测定晶粒度等 4.镶嵌分为：有机材料镶嵌法、机械夹持法 5.金属变形层（金属扰乱层）：金相试样在制备中磨面的微观变化，严重变形 的粉末金属与磨料的混合物，形成了高度变形玷污区（污染区） 6.金属变形层的危害：若抛光后未完全消除金属扰乱层，则侵蚀后在金相显微 镜下就观察不到真实组织而出现假象 故磨光和抛光时试样制备中极为重要的两道工序 7.扰乱层的产生: ①使用外形圆润的抛光粉 ②抛光压力过大（磨光） 8.扰乱层变薄：①减轻磨光、抛光压力 ②使用外形尖锐的抛光粉 完全避免：不用机械抛光，改用化学抛光 消除：扰乱层较厚的试样，一次侵蚀不能将其消除，可采用抛光、侵蚀交替进行法，直至真是组织清晰为止 9.磨光的目的：①得到平整光滑的磨面 ②莫面上允许有极细儿均匀，单一方向的磨痕 10.抛光目的：消除试样细磨时所留下的细微磨痕，得到平整光滑的镜面 机械抛光、电解抛光、化学抛光、复合抛光 11.机械抛光原理:抛光微粉与磨面间的相对机械作用使磨面变成光滑镜面的过 程 主要作用：①磨削（切削）作用【主要作用】 ②滚压作用 12.化学抛光：将试样侵入一定成分的溶液中，依靠化学药剂对表面的不均匀性 溶解，得到波浪形的平面 不适于高倍观察，适合低、中倍 13.化学侵蚀法：将抛光好的金相试样，侵入化学试剂中，或用化学试剂揩擦试 样磨面，显示出显微组织的方法 侵蚀原理 侵蚀时间及深浅程度：当抛光面失去光泽变成灰暗即可【变黑说明寝室过度】 14.常见宏观缺陷的特征及产生原因：

(完整版)金属学及热处理名词解释

1滑移系---一个滑移面和此方向的一个滑移方向结合起来，称为一个滑移系。 2反应扩散---指通过扩散使固溶体的溶质组元浓度超过固溶体极限而形成新相的过程 3淬硬性---指钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬度表示，它主要取决于马氏体中的含碳量。 4钢的化学热处理---化学热处理是将工件置于特定介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，改变表层的化学成分和组织，从而达到改进表层性能的 一种热处理工艺 5 C曲线---将奥氏体化后的共析钢快冷至临界点以下的某一温度等温停留，并测定奥氏体转 变量与时间的关系，即可得到过冷奥氏体等温转变动力学曲线。将各个温度下转 变开始和终了时间标注在温度——时间坐标中，并连成曲线，即得到共析钢的过 冷奥氏体等温转变曲线，这种曲线形状类似字母“C”，故称为C曲线，亦称TTT 图。 6再结晶—将冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状况，这个过程称为再结晶7超塑性--材料在一定条件进行热变形，可获得延伸率达500%---2000%的均匀塑性变形，且不发生缩颈现象，材料的这种特性称为超塑性 8加工硬化--随着塑性变形量增加，金属的流变强度也增加，这种现象称为形变强化或加工硬化。 9韧性断裂 10马氏体--钢中加热至奥氏体后快速淬火，所形成的高硬度的针片状组织。 11固溶体--由两种或两种以上组元在固态下相互溶解，而形成得具有溶剂晶格结构的单一的、均匀的物质。 12偏析----是指化学成分的不均匀性。 13相变—通过 14固溶强化--通过合金化(加入合金元素)组成固溶体，使金属材料得到强化 15原子配位数—晶体中任一原子周围最邻近且等距离的原子数 16超点阵 17非均匀形核—由于外界因素，如杂质颗粒或铸型内壁等，促进结晶晶核的形成。 18结构起伏—由于液相中原子运动强烈，在其平衡位置停留时间甚短，这种局部有序排列的原子团此消彼长的现象 19堆垛层错--实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序可能遭到破坏和错排，称为。。。 20不全位错—伯氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错 21成分过冷--在液固界面前沿会产生溶质富集区，它使合金液体为正温度梯度时，在液固界面前沿会出现类似负温度梯度的区域。这种现象称为成分过冷 22拓扑密堆相—由两种大小不同的金属原子所构成的一类中间相，其中大小原子通过适当的配合构成空间利用率和配位数都很高的复杂结构 23电子浓度—合金中价电子数目与原子数目的比值。e/a=(A(100-x)+Bx )/100 24包申格效应—材料经预先加载产生少量塑性变形，而后同向加载则Qe升高，反向加载则下降的现象 25致密度—把原子看成刚性圆球，晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比 26置换固溶体--溶质原子占据溶剂晶格中某些结点位置而形成的固溶体，它主要在金属元素之间形成

无机非金属材料名词解释

1. 胶凝材料：凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能 胶结其它物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料，又称胶结料。 2. 陶瓷：陶瓷是以无机非金属天然矿物或化工产品为原料，经原料处理、成型、干燥、烧成等工序制成的产品。是陶器和瓷器的总称。 3.IM :铝率又称铁率，其数学表达式为： IM=Al2O2 /Fe2O3 铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁含量的质量比，也表示熟料熔剂矿物中 铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例。 4. 玻璃形成体；能单独形成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的网络体系的 氧化物，称为玻璃的网络形成体，如SiO2、B2O3和P2O5等。 5. 萤石含率：指由萤石引入的CaF2量与原料总量之比，即： 萤石含率=（萤石x CaF2含量）/原料总量X 100% 1. 水硬性胶凝材料：和水成浆体后，既能在空气中硬化，又能在水中硬化的胶凝材料。如各种水泥等 2. 贱烧：指物料经过高温，合成某些矿物入水泥、水泥熟料，矿物等）或 使矿物分解获得某些中间产物〔如石灰和黏土熟料）的过程。 4. 玻璃熔化：玻璃配合料经过高温加热转变为化学组成均勾的、无气泡的、并复合成型要求的玻璃液的过程 3. 急凝：急凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。在水泥用水拌和的几分钟内物料就显示凝结。急凝放热，急凝往往是由于缓凝不够所引起，浆体已具有一定强度，重拌并不能使其再具塑性。 5. 水泥混凝土：由水泥、颗粒状集料以及必要时加入化学外加剂和矿物掺 和料，经合理配合的混合料，加水拌合硬化后形成具有凝聚结构的材料。

4. 凝结时间；水泥从加水开始到失去流动性，即从流体状态发展到较致密的固体状态，这个过程所需要的时间称凝结时间 1. 无机非金属材料；无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、人素化合物、硼化物、以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐和非氧化物等物质组成的材料。是除金属材料和有机高分子材料以外的所有材料的统称。 2. 水泥；凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥 3. 烧成；烧成通常是指将初步密集定形的粉块（生坯）经高温烧结成产品的过程。其实质是将粉料集合体变成致密的、具有足够强度的烧结体，如砖 瓦、陶瓷、耐火材等 4. KH: KH= （CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3 ） /2.8SiO2 石灰饱和系数KH是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（C3S+C3S）所需的氧化钙量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比 值。（即KH表熟料中二氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。） 5. 澄清剂：凡在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃粘度，促进排除玻璃液中气泡的物质称为澄清剂 2.玻璃：玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体。其内能和构性炳局于相应的晶体，其结构为短程有序，长程无序 4.SM: SM=SiO2/Al2O3+Fe2O3 硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。（表示了熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例） 5. 玻璃调整体；凡不能单独生成玻璃，一般不进入网络而是处于网络之外的氧化物，称为玻璃的网络外体。它们往往起调整玻璃一些性质的作用。

金属学课后习题

第一章 1.作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向 3.某晶体的原子位于正方晶格的节点上，其晶格常数a=b≠c，c=2/3a。今有一晶面在X、Y、Z坐标轴上的截距分别是5个原子间距，2个原子间距和3个原子间距，求该晶面的晶面参数。 解：设X方向的截距为5a，Y方向的截距为2a，则Z方向截距为3c=3X2a/3=2a，取截距的倒数，分别为 1/5a，1/2a，1/2a 化为最小简单整数分别为2,5,5 故该晶面的晶面指数为（2 5 5） 4.体心立方晶格的晶格常数为a，试求出（1 0 0）、（1 1 0）、（1 1 1）晶面的晶面间距，并指出面间距最大的晶面 解：（1 0 0）面间距为a/2，（1 1 0）面间距为√2a/2，（1 1 1）面间距

为√3a/3 三个晶面晶面中面间距最大的晶面为（1 1 0） 7.证明理想密排六方晶胞中的轴比c/a=1.633 证明：理想密排六方晶格配位数为12，即晶胞上底面中心原子与其下面的3个位于晶胞内的原子相切，成正四面体，如图所示 则OD=c/2，AB=BC=CA=CD=a 因△ABC是等边三角形，所以有OC=2/3CE 由于(BC)2=(CE)2+(BE)2 则 有(CD)2=(OC)2+(1/2c)2，即 因此c/a=√8/3=1.633 8.试证明面心立方晶格的八面体间隙半径为r=0.414R 解：面心立方八面体间隙半径r=a/2-√2a/4=0.146a 面心立方原子半径R=√2a/4，则a=4R/√2，代入上式有