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据教材章节总结第一章金属：具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度升高而增加。金属键：由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。晶体：原子在三维空间作有规则的周期性排列的物质。各向异性：不同方向测量其性能时，表现出或大或小的差异。空间点阵：由阵点有规则地周期性重复排列所形成的三维空间阵列。晶胞：从晶格中选取一个能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，这个最小的几何单元称晶胞。晶格常数或点阵常数：晶胞的棱边长度一般称为晶格常数。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，可用原子所占体积与晶胞体积之比表示。晶面：在晶体中，由一系列原子所组成的平面称晶面。晶向：在晶体中，任意两个原子之间连线所指的方向。晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称晶向族。以uvw表示。多晶体：凡由两颗以上晶粒所组成的晶体称多晶体。多晶型转变或同素异构转变：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机构转变。晶体缺陷：在实际应用的金属材料中，总不可避免地存在一些原子偏离规则排列的不完整性区域。晶体缺陷几何特征：点缺陷空位间隙原子置换原子线缺陷位错面缺陷晶界、亚晶界空位：在某一温度瞬间，总有一些原子具有足够高的能量，克服周围原子的约束，脱离原来的平衡位置迁移到别处，于是在原位置上出现空结点。空位是一种热平衡缺陷，间隙原子也是一种热平衡缺陷。位错：晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排牌现象。位错分为刃型位错和螺型位错。刃型位错有正负之分，若额外半原子面位于晶体的上半部，则此位错线称为正刃型位错，反之，则称为负刃型位错。位错可理解为晶体已滑移区和未滑移区的边界。刃型位错的重要特征：1刃型位错有一额外半原子面。2位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中既有正应变，也有切应变。对于正刃型位错，滑移面之上晶格受到正应力，滑移面之下受到拉应力。负刃型位错与此相反。3位错线与晶体的滑移方向垂直，位错运动方向垂直于位错线。螺型位错通常用拇指代表螺旋前进方向，而其余四指代表螺旋的旋转方向，凡符合右手法则的称为右螺型位错，符合左手法则的称为左螺型位错。螺型位错的重要特征：1螺型位错没有额外半原子面。2螺型位错是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中只有切应变，而无正应变。3位错线与晶体滑移方向平行，位错线运动方向与位错方向垂直。柏氏矢量：有一个量，用它不但能表示位错的性质，而且可以表示晶格畸变的大小和方向，从而使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，这个量叫柏氏矢量刃型位错的柏氏矢量与位错线相垂直，螺型位错的柏氏矢量与位错线平行。晶体滑移量的大小即柏氏矢量b，滑移方向即柏氏矢量方向。位错密度：把单位体积中所包含的位错线的总长度称为位错密度。晶界：晶粒结构相同但位向不同的晶粒之间的界面位晶界。层错：在实际晶体中，晶面堆垛顺序发生局部差错而产生的一种晶体缺陷。层错能：把产生单位体面积层错所需的能量称为层错能。内吸附：由于晶界能的存在，当金属中存在有能降低晶界能的异类原子时，这些原子就向晶界偏聚，这种现象称为内吸附。反内吸附：凡是提高晶界能的原子，将会在晶粒内部偏聚，称为反内吸附。第二章过冷度：金属理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。相变潜热：1mol物质从一个相转变为另一个相时，伴随着放出或吸收的热量称为相变潜热。短程有序：在液体中的微小范围，存在着紧密接触规则排列的原子集团。长程有序：在晶体中大范围内的原子有序排列。结构起伏或相起伏：不断变化着的短程有序原子集团。均匀形核：若液相中各个区域出现新相晶核的几率都是相同的，这种形核方式即为均匀形核。非均匀形核：新相优先于出现于液相中的某些区域。过冷度越大，则临界晶核半径越小。形核功：形成临界晶核时，体积自由能的下降只补偿了表面能的2/3，还有1/3的表面能没有得到补偿，需要另外供给，需要对形核做功，这个功称为形核功。能量起伏：微区域内暂时偏离平衡能量的现象。过冷度、相起伏、能量起伏是形核的基础。临界形核功与过冷度的平方成成反比，过冷度越大，临界形核功显著降低，从而使结晶过程易于进行。形核率：单位时间单位体积液相中形成的晶核数目。形核率受两个方面的控制：一方面，随着过冷度的增加，临界形核半径和形核功随之减小，易于形核，形核率增加。另一方面，形核过程有迁移扩散过程，但是增加过冷度，就势必降低原子的扩散能力，造成形核困难，形核率减少。有效形核温度：在到达一定的过冷度之前，液态金属中基本不形核，一旦到达临界过冷度时，形核率急剧增加，相应的温度称为有效形核温度。金属玻璃：如果能使液态金属急剧降温，获得极大过冷度，以至没有形核就降温到原子难以扩散的温度，得到固体金属，它的原子排列状况与液态金属相似，这种材料称非晶态金属，又称金属玻璃。金属结晶形核的要点：1液态金属的结晶必须在过冷条件下进行，过冷度必须大于临界过冷度，晶胚尺寸必须大于临界晶核半径rk，前者提供形核驱动力，后者是形核的热力学条件。2rk值大小与晶核的表面能成正比，与过冷度成反比。过冷度越大，则rk值越小，形核率越大，但形核率有一极大值。如果表面能越大，形核所需的过冷度也应越大，凡是能降低表面能的办法都能促进形核。3均匀形核既需要结构起伏，也需要能量起伏。4晶核形成过程是原子的扩散迁移过程，因此结晶必须在一定的温度下进行。5在工业生产中，液态金属凝固总是以非均匀形核方式进行。光滑界面：从原子尺度看，界面是光滑平整的，液固两相截然分开，界面上的固相原子都位于固相晶体结构所规定的位置，形成平整的原子平面，通常为固相的密排晶面。在光学显微镜下，光滑界面由曲折的若干小平面组成，所以又称为小平面界面。粗糙界面：从原子尺度观察，这种界面高低不平，并存着几个原子间厚度的过渡层。在过渡层中，液相与固相犬牙交错分布，由于过渡层很薄，在光学显微镜下，这类界面是平直的，又称非小平面界面。晶体长大机制：1二维晶核长大机制螺位错长大机制连续长大机制正温度梯度：液相中的温度随至界面距离的增加而提高的温度分布状况。负温度梯度：液相中的温度随至界面距离的增加而降低的温度分布状况。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，所需过冷度小。2具有光滑界面的金属化合物、半金属或非金属等，其长大机制可能有两种方式，其一为二维晶核长大方式，其二为螺型位错长大方式，它们的长大速度都很慢，所需的过冷度较大。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。在正温度梯度下长大时，光滑界面的一些小晶面互成一定角度，呈锯齿状，粗糙界面的形态为平行于Tm等温面的平直界面，呈平面长大方式，在负温度梯度下长大，一般金属和半金属的界面都呈树枝状，只有那些杰克逊因子α值较高的物质仍然保持着光滑界面状态。晶粒度：晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示。细化晶粒的方法：1控制过冷度形核率和长大速度都与过冷度有关，增大结晶时的过冷度，形核率和长大速度均随之增加，但形核率的增长率大于长大速度的增长率。增加过冷度的方法主要是提高液态金属的冷却速度。措施：1采用金属型或石墨型代替砂型，局部加冷铁，采用水冷铸型。2降低浇注温度和浇注速度，使铸型温度不至于升高太快，延长凝固时间，晶核数目增多，获得细小晶粒。2变质处理在浇注前往液态金属中加入形核剂，促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒。3振动、搅拌对即将凝固的金属进行振动和搅拌，一方面，是输入能量使晶核提前形成，另一方面，是使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加。铸锭三晶区的形成：1表层细晶区当高温的液态金属被浇注到铸型中时，液体金属首先与铸型的模壁接触，一般来说，铸型的温度较低，产生很大的过冷度，形成大量晶核，再加上模壁的非均匀形核作用，在铸锭表层形成一层厚度较薄，晶粒很细的等轴晶区。2柱状晶区表层晶区形成后，由于液态金属的加热及凝固时结晶潜热的放出，使模壁的温度逐渐升高，冷却速度下降，结晶前沿过冷度减小，难以形成新的结晶核心，结晶只能通过已有晶体的继续生长来进行，由于散热方向垂直于模壁，因而晶体沿着与散热相反的方向择优生长形成柱状晶区。3中心等轴晶区当柱状晶区长大到一定程度，由于冷却速度进一步下降及结晶潜热的不断放出，使结晶前沿的温度梯度消失，导致柱状晶长大停止，当心部全部冷却到实际结晶温度以下时，以杂质和被冲下的晶枝碎块为结晶核心均匀长大，形成粗大的等轴晶区。从性能角度出发，外层细等轴晶区很薄，对铸锭机械性能影响不大，柱状晶粒由于彼此相妨碍，树枝的分枝较少，结晶后显微缩孔少，组织致密，但是柱状晶方向一致，使铸件的性能有方向性，柱状晶粒交界处容易聚集杂质而形成弱面，压力加工则易沿脆弱面开裂，粗大等轴晶长大时彼此交叉，不存在脆弱面，但树枝状晶体发达，分枝较多，因而显微缩孔多，结晶后组织不致密，但显微缩孔一般均未氧化，铸锭热压力加工时显微缩孔一般可焊合。铸锭组织的控制：1铸型的冷却能力铸型及刚结晶的固体的导热能力越大，越有利于柱状晶的生成。常采用导热性好与热容量大的铸型材料，增大铸型的厚度及降低铸型温度，以增大柱状晶区。2浇注温度与浇注速度柱状晶的长度随浇注温度的提高而增加，当浇注温度达到一定值时，可以获得完全的柱状晶区。这是由于浇注温度或者浇注速度的提高，均将使温度梯度增大，因而有利于柱状晶区的发展。3熔化温度熔化温度越高，液态金属的过热度越大，非金属夹杂物溶解得越多，非均匀形核数目减少，从而减少了柱状晶前沿液体中形核的可能性，有利于柱状晶的发展。定向凝固技术：通过单向散热使整个铸件获得全部柱状晶的技术称为定向凝固技术。第三章相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。组织：一般系指用肉眼或在显微镜下所观察到的材料内部所具有的微观组织特征和形貌图像。固溶体：合金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相同，这种相称为固溶体。这种组元称为溶剂，其他组员即为溶质。对固溶度的影响因数：1原子尺寸因素组元间的原子半径△r越接近，则固溶体的固溶度越大，△r越大，固溶体固溶度越小，有利于大量固溶的原子尺寸条件是△r不大于15%。2电负性因数元素的电负性定义为元素的原子获得或吸引电子的相对倾向。若两元素在元素周期表中的位置相距越远，电负性差值越大，则越不利于形成固溶体，而易于形成金属化合物。若两元素间的电负性差值越小，则形成的置换固溶体的固溶度越大。3电子浓度因素合金的电子浓度是指合金晶体结构中的价电子总数与原子总数之比，溶质在溶剂中的固溶度受电子浓度的控制，固溶体的电子浓度有一极限值，超过此极限值，固溶体就不稳定，要形成另外的新相。4晶体结构因素溶质与溶剂的晶体结构相同，是置换固溶体形成无限固溶体的必要条件。有序固溶体、超点阵、超结构：具有短程有序的固溶体，当低于某一温度时，可能使溶质和溶剂原子在整个晶体中都按一定的顺序排列起来，即有短程有序转变为长程有序，这样的固溶体称为有序固溶体，或称为超结构、超结构。固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑形、韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。电子化合物：由IB族或过渡族金属元素与IIB、IIIA、IVA族金属元素形成的金属化合物，它不遵守原子价规律，而是按照一定电子浓度的比值形成的化合物。间隙相、间隙化合物：根据非金属元素（以X表示）与金属元素（以M表示）的原子半径的比值，当rx/rm＜0.59时，形成具有简单结构的化合物，称为间隙相，当rx/rm＞0.59时，则形成具有复杂晶体结构的化合物，称为间隙化合物。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，称为匀晶相图。在这类合金中，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。Cu-Ni、Fe-Ni异分结晶或选择结晶：固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相的成分不同，这种结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶称为异分结晶，或称选择结晶。同分结晶：纯金属结晶时，所结晶出的晶体与母相的化学成分完全