1、10.过程自发进行的判据1）自由能最低原理即等温等容条件下，体系的自由能永不增大，自发过程的方向力图减小体系的自由能，平衡条件下体系的自由能最小。（2）自由焓判据（吉布斯自由能判据）即等温等压条件下，只做体积功的体系自由焓永不增大，自发过程的方向使体系自由焓降低，平衡条件下体系的自由焓最小。11界面张力因为气相中原子的作用力远小于液相，使界面原子受的合力指向液相内部，从而使接触面有自动缩小的趋势，这个使界面缩小的力称为界面张力。薄膜拉伸试验表明：界面张力也可以定义为单位面积所具有的能量，一般用表示，单位是J/m2。12.润湿13.过冷液态金属冷却到冷却到平衡结晶温度Tm（熔点）时，并没有开始结
2、晶，而是冷却到低于Tm时，固相才开始结晶析出（形核并长大），这种现象叫做过冷14.均质形核 异质形核均质形核是指在均一的液相中，靠自身的结构起伏和能量起伏形成新相核心的过程，也被称为自发形核；异质形核是指依附在液相中某种固体表面（外来夹杂物表面或容器壁上等）形核的过程，也被称为非自发形核。15.晶胚 晶核根据液态金属结构模型，液态金属中有大量大小不一近程有序排列的原子小集团，即晶胚。当温度高于结晶温度Tm时，它们是不稳定的，当液态金属具有一定过冷度以后，某些较大的原子集团借助结构起伏使其尺寸大于某一临界尺寸才能称为一个结晶核心，即晶核。16.形核能力在凸面上形成的晶核包含原子数最多，平面上次之
3、，凹面上最少。可见，即使是同一种物质作为形核基底，起形核能力也不同，跟界面的曲率方向和大小有关，凹面的形核能力最强。17.形核率单位时间、单位体积内所形成的晶核数目。它用来衡量形核能力的强弱。18.形核剂的选择条件失配度小、粗糙度大、分散性好、高温稳定性好19.小平面界面，非小平面界面光滑界面，在液固相界面处液相和固相截然分开，固相表面为基本完整的原子密排面。微观上，界面是平整光滑的，但宏观上看，它往往由若干弯折的小平面组成，呈小平面台阶状特征，故也称小平面界面（faceted）。粗糙界面，在液固界面处存在着几个原子层的过渡层，从微观上看是高低不平的，无明显边界，但从宏观上看，界面却呈无曲折的
4、平面状，因此也称非小平面界面（nonfaceted）。20.生长方式界面结构连续长大的界面用原子的尺度来衡量是坎坷不平的，对于接纳从液相沉积来的原子来说各处都是等效的，从液相中扩散来的原子很容易与晶体结合起来，正是由于这种原因，其晶体长大远比光滑界面容易。侧面长大的界面结构为小平面的光滑界面，这种界面用原子尺度来衡量是光滑的，与单个原子不容易结合，只有依靠在界面上出现台阶，然后从液相中扩散来的原子沉积在台阶的边缘，依靠台阶向侧面扩展而长大。21.溶质再分配由于合金在结晶过程中，析出固相的溶质含量不同于液相，而使界面前沿溶质富集或者贫化的现象，叫做溶质再分配。22.成分过冷由溶质再分配导致界面前
5、沿平衡凝固温度发生变化而引起过冷称为成分过冷。23. 成分过冷对晶体生长的影响成分过冷对晶体生长形态的影响为：随着成分过冷的增加，晶体的生长形态从平面状向胞状、胞状枝晶、柱状枝晶和等轴枝晶发展。24.胞状晶与树枝晶明显的区别胞状晶与树枝晶明显的区别：树枝晶具有明显的晶体学特征，其主干和各次分枝的生长方向与特定的晶向平行（密排、自由能问题）25.偏析金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象称为偏析。根据偏析区域的不同，可将偏析分为微观偏析和宏观偏析两种。微观偏析指树枝晶或胞状晶内部与晶间成分的差异。偏析程度用偏析比来表示：微观偏析对铸件性能危害较大，它可造成材料本身冲击韧性、塑性及耐腐蚀性能的降低
6、（有害相析出、弱化晶界、有利组元贫化等），所以一般考虑控制微观偏析，使成分尽量均匀化。宏观偏析通常指整个铸锭或铸件范围内产生的成分不均匀现象。造成宏观偏析的原因往往是液相在枝晶间和枝晶外的流动，以及游离或熔断固相的沉浮引起的。一般将宏观偏析分为正偏析、逆偏析、比重偏析、V形偏析和逆V形偏析、带状偏析、区域偏析、层状偏析26.规则共晶， 非规则共晶规则共晶：由金属金属形成共晶体，属于非小平面共晶；非规则共晶：由金属非金属形成共晶体，属于非小平面小平面共晶。如Fe-C、Al-Si系。27.共晶凝固方式在不同的合金体系中，由于共晶两相在析出过程表现的相互关系不同，其结晶方式可分为共生生长和离异生长两
7、种。（1）共生生长这种两相彼此合作生长的方式，称为共生生长。共生生长需要两个基本条件： 两相生长能力要相近，且后析出相能容易在先析出相上形核和长大。先析出相称为领先相，它可以是初生相也可以不是。 两组元在界面前沿的横向传输能保证等速生长的要求（2）离异生长有的共晶合金两相生长时，没有共同的生长界面，而是两相分离，并以不同的生长速度进行结晶，这就是离异生长方式，形成的共晶组织称离异共晶体。离异共晶又分为晶间偏析型和领先相呈团球型两类。28.伪共晶把不是准确共晶成分的合金（共晶点附近的亚共晶和过共晶）形成的完全共晶组织称为伪共晶。29.凝固方式（1）糊状凝固：砂型铸造时，固、液边界线的间距很宽，在
8、很长一段凝固时间内，固液共存的两相凝固区几乎贯穿了整个铸件断面，这种凝固方式称为糊状凝固；（2）逐层凝固：金属型铸造时，固、液边界线的间距很窄，整个凝固过程中，仅有很薄一层两相共存区，凝固层由表面向中心逐渐加厚，这种方式称为逐层凝固。30.凝固方式的影响因素：铸件的凝固方式由合金液固相线温度间隔、铸件断面温度梯度两个因素共同决定。一般凝固温度间隔大的合金，往往倾向于糊状凝固。另一方面温度梯度对凝固方式的影响也相当显著。当温度梯度很大时，即使是结晶温度间隔宽的合金也可以趋向中间凝固和逐层凝固。如工业纯铝，砂型铸造时以糊状凝固方式凝固，而在金属型铸造时以逐层凝固的方式进行。31. 充型能力控制液态
9、金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，称为液态金属的充型能力。充型能力与金属本身的流动能力、铸型性质、铸件结构及浇注条件有关。32. 影响液态金属充型能力的因素（1）金属性质凝固潜热、液相密度、比热容、凝固温度、热导率都与充型能力有关。（2）铸型性质铸型密度、比热容、热导率，初始温度、涂料层厚度、涂料层热导率。（3）浇注条件浇注温度、浇注速度、浇注系统中的压头阻力损失（浇道复杂弯曲等，影响流道的平均流速）。（4）铸件结构铸件的模数为：与充型能力有关。铸件结构越复杂（表面积大，模数小），有薄壁等充型能力差。33. 收缩控制（1）液态收缩 液态合金从浇注温度降低到熔点所发生的体积收
10、缩。（2）凝固收缩 合金在凝固阶段的体积收缩，它取决于状态改变和凝固温度范围。（3）固态收缩 固态合金因温度降低发生的体积收缩，对铸件的尺寸精度有影响。液态收缩和凝固收缩是产生缩孔、缩松的主要原因；固态收缩是铸件产生铸造应力、变形、裂纹的主要原因。34. 缩孔和缩松形成缩孔的影响因素和凝固方式的影响因素类似（凝固方式本身影响缩孔的形成），也可归纳为：金属性质、铸型性质、铸件结构、浇注条件。35.应力凝固过程中的收缩，除了产生缩孔、缩松外，还会导致凝固应力、变形、甚至裂纹。根据产生铸造应力的原因，可将其分为：（1）热应力铸件冷却时因各部分冷却速度不同，造成在同一时刻各部分的收缩量不同，彼此不能协
11、调，相互制约的结果形成热应力。（2）相变应力具有固态相变的合金铸件，冷却过程中各部分发生相变的时间不一致，以及相变时比体积变化，导致各部分的体积和长度变化的时间不一致，产生相变应力。（3）机械阻碍应力铸件收缩时，受浇注系统、冒口和本身结构的机械阻碍而产生的应力。36.凝固组织控制表面细等轴晶区，紧靠型壁形成外壳层，紊乱排列的细小等轴晶。柱状晶区，自外向内沿热流方向，彼此平行排列的柱状晶。内部等轴晶区，紊乱排列的粗大等轴晶。37. 晶区生成的简单过程金属或合金液浇人铸型后，型壁激冷形核，同时晶核又不断地从型壁脱落、游移，从而在型壁附近沉积细小晶粒，构成表面细晶粒区；一旦表层由细晶粒连成牢固的凝固
12、层后，液体对流强度大大减弱，固液界面前沿晶体在与型壁垂直的单向热流作用下，向液体中心延伸，形成柱状晶区。 值得指出的是，最初各枝晶的取向是很乱的， 只有那些主干平行于热流方向的枝晶才能向前延伸，而将取向不的枝晶逐渐淘汰，这样柱状晶的生长方向越来越一致。晶体的这种相互竞争、相互淘汰的生长过程称为择优生长；在柱状晶生长过程中，液体内部也将可能出现过冷，形成新的等轴晶，或从别处漂游到这个区域的游离晶生长成新的等轴晶，最终 形成内部等轴晶区。38.获得细等轴晶组织可采取的措施（1） 适当降低浇注温度 （2） 合理运用铸型对液态合金的强烈激冷作用（3） 孕育处理（4）动态晶粒细化有时候想获得平行排列的柱
13、状晶组织，提高零件的抗高温蠕变能力，或者获得良好的磁性，可以采用定向凝固技术。39. 焊接生产中的凝固过程控制1、焊接熔池特征（1） 体积小，冷却速度大。 （2） 过热温度高。（3） 动态下凝固。 （4） 对流强烈。2.焊缝凝固特点（1） 外延生长 （2） 弯曲柱状晶 （3） 凝固界面生长形式多样性 3. 熔池凝固组织控制焊接过程中，改善凝固组织，防止粗晶产生的主要措施有： （1） 变质处理。（2） 振动结晶。 （3） 优化焊接工艺参数。 40.制约着微晶玻璃形成的原因（1）熔体中存在的各种聚合的硅氧四面体，进一步联结成更为大型的结构时，因硅氧结合键键能很大，打开结合键需要很高的能量，这就使得
14、硅酸盐熔体的结构重建比金属熔体困难得多，即形核所需越过的势垒要高得多；（2）硅酸盐熔体有巨大的溶解能力，几乎可把任何外来的形核质点溶解在本体之中，故非均匀形核亦变得非常困难。由于这两个原因，硅酸盐熔体中形成非晶玻璃，反而要容易得多。41. 硅酸盐熔体析晶条件如果创造一定的条件，硅酸盐熔体还是具备形成晶体（析晶）的条件。这就需要在熔体中创造非均匀形核的条件。（1）形成非互溶液相可以实现析晶；（2）（2）是使用固体颗粒形核剂；（3）（3）通过光化学反应获致。加：孕育处理：变质处理：成过过冷：由溶质再分配导致界面前沿平衡凝固温度发生变化而引起过冷称为成分过冷粗糙界面：光滑界面：平衡分配系数：有效平衡
15、分配系数：溶质再分配：单相合金的凝固过程是在某一温度范围内进行的。在平衡结晶过程中，这个温度范围从平衡相图的液相线开始，至固相线温度结束。随着温度的降低，固相成分沿着固相线变化，液相成分沿液相线变化。这样，液相和由它析出的固相具有不同的成分，这种由于合金在结晶过程中，析出固相的溶质含量不同于液相，而使界面前沿溶质富集或者贫化的现象，叫做溶质再分配。热裂：冷裂：临界形核功：产生晕圈组织的原因：第三章 材料成形热过程42焊接分类焊接分为熔焊、固态焊接和固液相焊接三大类。各类焊接的热过程特点是不同的。 熔焊是利用集中热源，对工件进行局部加热，使之产生局部熔化，再经过冷却凝固，形成一个牢固的接头； 固
16、态焊接是对工件进行局部加热至塑性状态，通过挤压使之成为一个牢固的接头； 固液相焊接是在两工件连接处的中间加入低熔点的钎料和钎剂，通过加热使钎料和钎剂熔焊，母材不熔化，然后经过冷却凝固，形成一个牢固的接头。43.电弧焊（熔焊）热过程的一般特点 1）熔焊使用的热源比较集中，焊接热源的能量密度比较大，相对加热面积比较小。2）焊接是一局部的不均的集中加热过程。在焊接处的温度梯度很大。加热的速度很快。3）一般焊接时热源是移动的，也就是热的作用具有瞬时性，因此焊件上的传热过程是一种准稳态的过程。44.凝固成形热过程的基本特点凝固成形的基本热过程是将金属材料加热熔化到液态，然后浇注到与零件的形状、尺寸相适应
17、的铸型空腔中，经过冷却凝固，获得毛坯或零件。因此，凝固成形的基本热过程包含加热熔化和冷却凝固两个部分。45. 冲天炉一般是通过焦碳的燃烧产生的热量来加热熔化铸铁的。分为：1. 预热区2. 熔化区 3. 过热区 4. 炉缸区46.预热区内的热交换特点（1）炉气给热以对流传热方式为主 （2）传递热量大 （3）预热区高度的变动大47.熔化区的热交换特点（1）炉气给热以对流传热为主 （2）熔化区呈凹形分布 （3）熔化区高度波动大48.过热区内热交换特点（1）铁水的受热以与焦炭接触传导传热为主 （2）传热强度大（3）炉气最高温度与区域高度起决定作用49.材料加热过程中的热效率假设能源提供的热量为Q0。，
18、而真正用加热金属材料的热量为Q，那么热效率的定义=Q/Q0 。50.温度场所谓温度场是加热和冷却过程中，某一瞬时的温度分布。51.焊接温度场所谓焊接温度场是指在焊接集中热源的作用下被焊工件上（包括内部）各点在某一瞬时的温度分布。52.焊接热传导的基本方程热总是从物体的高温部位向低温部位流动的，它的流动规律服从于傅立叶（Founer）定律。qn=dT/dn 式中 热导率J/（cms） 表示某一物体的导热能力。53.影响焊接温度场的因素影响焊接温度场的因素很多，其中主要的有以下几个方面： （1）热源的性质 （2）焊接工艺参数 （3）被焊金属的热物理性质 （4）焊件的板厚及形状54.凝固成形温度场凝
19、固成形包含金属材料的加热熔化和冷却凝固两大过程。铸件凝固过程中，许多现象都是温度的函数。因此，研究凝固过程传热所要解决的主要问题是不同时间，铸件和铸型中的温度场变化。55.焊接热循环在焊接热源的作用下，焊件上某一点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。56.长段多层焊接热循环所谓长段多层焊，就是指每道焊缝较长，例如1m以上，这样在焊完第一层再焊第二层时，第一层焊缝已经基本冷却到较低温度，一般多在100-200以下。57.短段多层焊接热循环所谓短段多层焊，就是指每道焊缝较短，一般约为50400mm左右，在这种情况下，未等前层焊缝冷却到较低温度，就开始焊接下一层焊缝。操作工艺繁琐，生产率低。58.
20、影响焊接热循环的因素（1）焊件尺寸形状的影响 （2）接头形式的影响（3）焊道长度的影响 （4）焊接热输入的影响（5）预热温度的影响 （6）焊接时冷却条件的影响59焊接熔滴反应区熔滴反应区包括熔滴形成，长大，熔滴过渡。主要特点：1）温度高2）熔滴金属与气体，熔渣的接触面积大3）各相之间反应时间短4）熔滴金属和熔渣之间发生强烈混合60.氮与金属的作用1.影响 形成气孔，提高焊缝金属强度，降低塑性和韧性，引起时效脆化。2.除氮措施：1）加强对焊接区保护 2）选用合适的焊接参数 3）添加合金元素61.氢对金属的作用1.影响:氢脆 ，白点，形成气孔，产生冷烈纹2.控氢措施：1）限制焊接材料中的含氢量2）
21、清除焊丝和焊件表面上的杂质3）冶金处理4）控制焊接参数5）焊后脱氢处理62.氧对金属的作用1.影响：强度，塑性，韧性均下降，热脆，冷脆，时效硬化，降低导电性，导磁性，耐蚀性。2.控氧措施1）纯化焊接材料 2）控制焊接参数 3）脱氧63.焊接熔渣的作用（1）机械保护作用 （2）改善焊接工艺性能 （3）冶金处理作用64.熔渣对金属的氧化：扩散氧化，置换氧化。65.选择脱氧剂的原则：（1）对氧的亲和力大于金属与氧的亲和力（2）密度小于液态金属密度（3）考虑脱氧剂对焊缝性能的影响及成本第四章 塑性成形理论基础66.塑性成形/加工共性特点67.塑性成形/加工中工件所受外力主要有作用力和约束反力。作用力：
22、通常把加工设备的可动工具部分对工件所作用的力叫作作用力或主动力。约束反力：工件在主动力作用下变形时，其整体运动和质点流动受到工具的约束，生产约束反力，包括：正压力和摩擦力。68.应力状态当物体内部存在应力时，称其处于应力状态。当物体内部存在应变时，称其处于应变状态。69.变形程度工程应变工程应变：绝对变形量与工件原始尺寸之比 真实应变（真应变）：变形过程中原始尺寸L经过无穷多中间阶段逐渐变形l，则由L到l的真应变看作是这无穷多个阶段相对变形的总和70.屈服准则Trasca屈服准则: 当物体中的最大切应力达到某一临界值时，物体发生屈服；该临界值取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。Mi
23、ses注意到Trasca 屈服条件未考虑中间主应力的影响，从纯粹数学的观点出发，建议采用如下的屈服条件 71.塑性成形理论物理基础变形机制滑移、孪生、晶界滑动、扩散蠕变 1.滑移晶体在外力的作用下，其一部分沿着一定的晶面和该晶面上的一定晶向，相对于另一部分产生相对移动。滑移的距离是滑移方向上原子间距的整数倍，使大量原子从一个平衡位置滑移到另一个平衡位置，晶体产生宏观的塑性变形。滑移所沿的晶面叫滑移面，所沿的晶向叫滑移方向。72.滑移Schmid定律当作用一定滑移面和滑移方向上的分切应力达到一个临界值时，滑移便沿着它们发生。这就是Schmid临界切应力定律。滑移取向因子临界切应力是材料本身的属性
24、，与外应力和滑移系的取向无关。M=cosfcosl 称为取向因子。M取值小的滑移系难以产生变形，称为硬取向； M取值大的滑移系易于生产变形称为软取向。73.多晶体的变形特点1.每个晶粒都处于不同位向的晶粒的包围之中，晶粒在周围（邻居）的约束下变形，晶粒所受的应力状态发生变化；2.各个晶粒的取向不同，受力状态不同，造成各晶粒之间变形的不同时性和不均匀性；3.相邻晶粒之间的变形在晶界上需要协调配合；造成晶界处多系滑移的提前开始和晶界上变形困难，造成晶界和晶内变形的不均匀。74.孪 生 孪生：晶体在外力的作用下，其一部分沿着一定的晶面和该晶面（孪生面）上的一定晶向（孪生方向），产生均匀切变。孪生后，
25、晶体的变形部分与未变形部分形成关于孪生面的镜面对称。镜面两侧晶体的相对位向发生了改变，但不改变晶体的晶格点阵类型。孪生变形部分称为“机械孪晶”。75.滑移与孪生 滑移 孪生原子相对移动距离： 等于 小于 变形方向上一个原子间距生产变形的位错： 全位错 不全位错原子移动方向： 双向 单向/有极性变形均匀性： 集中在 在整个孪晶 滑移面上 带上均匀移动部分晶体取向： 不变 改变/镜面对称开动应力服从： H-P关系 H-P关系开动条件服从： Schmid定律 Schmid定律大多数bcc金属的孪生临界切应力大于滑移临界切应力，所以滑移先于孪生进行；fcc金属的孪生临界切应力远大于滑移临界切应力76.
26、扩散蠕变高温下，晶体中垂直于外力的晶界处空位形成能低，而平行于外力的晶界处空位形成能高，因而造成空位的浓度梯度，导致空位和原子的定向流动，引起晶粒形状改变，生产塑性变形。77. 冷变形中金属组织变化（1）形成纤维组织原来近似为球形的晶粒沿主应变方向产生相近的变形，被接长、拉细、或压缩。应变越大，晶粒形状变化越大。（2）产生结构缺陷塑性变形引入晶体的结构缺陷有位错、空位、间隙原子、堆垛层错、孪晶界、亚晶界及至晶界。主要由于这些结构缺陷密度的增高，造成金属储存能的升高和热稳定性的降低，产生加工硬化（3）产生晶体学择优取向多晶体塑性变形时,虽然各晶粒的转动受相邻晶粒的制约，但各晶粒的滑移面和滑移方向
27、还是趋于向外加应力的特定方向转动，产生了晶粒的择优取向，即晶体学织构（4）晶粒超细化、甚至非晶化，形成非平衡材料性能变化：冷变形造成的金属组织的变化，必然导致其性能的变化。（1）加工硬化（应变强化）（2）各向异性 （3）其他性能变化冷加工还会造成：密度降低，导电性降低，导热性降低，耐蚀性变差以及磁性变化等多种物理 化学性能的变化。78.热变形中组织性能变化1.消除缺陷：消除某些铸造缺陷，如使气孔、疏松锻合；消除或减轻铸造偏析；2.改善晶粒组织：均化和细化晶粒使性能（强度、塑性等）提高3.改善第二相分布：破碎粗大第二相和化合物，改善夹杂物与脆性相的分布形态。4.形成流线： 金属中存在的不溶性物质
28、沿着主应变方向拉长，形成流线。沿着流线方向材料性能提高。5.形成带状组织：铸锭中原来存在枝晶偏析合金元素的贫区与富区。热加工时，这些沿主应变方向扩展，形成带状。79.热塑性变形的特点金属在其再结晶及其以上（通常0.5Tm）温度进行的加工叫热加工。其特点是：1.变形温度高，加工硬化小； 2.变形抗力低、耗能少；3.塑性好；加工变形量大； 4.不易产生裂纹等加工缺陷。但：加工精度低；组织性能不均匀性大。80.塑性材料在外力作用下能连续地生产塑性变形而不断裂的能力81.影响塑性的因素内因材料本身的因素1.化学键 2.晶体结构 3.晶粒组织 一般的规律是晶粒越细，塑性越好4.合金相组成 一般，单相系（纯金属和固溶体）比多相系的塑性要高，固溶体比化合物的塑性要高。5.晶体中界面结构6.材料的冶金历史7.化学成分 有害杂质损害塑性，微量元素提高塑性。外因变形条件 一、变形温度 二、应力状态 三、应变状态82. 讨论
