材料科學(xué)基礎(chǔ)重點(diǎn)知識(shí)

1、51、金屬結(jié)晶的必要條件 ：過(guò)冷度-理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的度不變時(shí)原子的平均能量肯定，但原子的熱振動(dòng)能量凹凸起伏的現(xiàn)均成分，消滅此起彼伏的現(xiàn)象。結(jié)晶過(guò)程：形核和長(zhǎng)大過(guò)程交替重疊在一起進(jìn)展2、過(guò)冷度與液態(tài)金屬結(jié)晶的關(guān)系：液態(tài)金屬結(jié)晶的過(guò)程是形核與晶 核的長(zhǎng)大過(guò)程。從熱力學(xué)看，沒(méi)有過(guò)冷度結(jié)晶就沒(méi)有趨動(dòng)力。依據(jù)kR 1T 可知當(dāng)過(guò)冷度T =0R為無(wú)窮大，臨界形k臨界形核功：Gv*=163/3G3形核率：在單位時(shí)間單位體積母相中形成的晶核數(shù)目。受形核功因子和原子集中機(jī)率因子把握。 液中心溫度越高。在凝固結(jié)晶前沿的過(guò)冷度隨離界面距離的增加而減小。純金屬結(jié)晶平面生長(zhǎng)。負(fù)的溫度梯度：過(guò)冷度隨離界面距離

2、的增加而增加。純金屬結(jié)晶樹(shù)枝狀生長(zhǎng)。5、光滑界面即小平面界面：液固兩相截然分開(kāi)，固相外表為根本完 整的原子密排面，微觀上看界面光滑，宏觀上看由不同位向的小平面組成故呈折線狀的界面。 1粗糙界面即非小平面界面 ：固液兩相間界面微觀上看凹凸不平，存在很薄的過(guò)渡層，故從宏觀上看界面反而平直，不消滅曲折小平面晶。晶體的長(zhǎng)大也需要過(guò)冷度，所以液態(tài)金屬結(jié)晶需要過(guò)冷度。 這段停留時(shí)間3、均勻形核和非均勻形核直接成核的過(guò)程。非均勻形核：液態(tài)金屬原子依附于固態(tài)雜質(zhì)顆粒上形核的方式。 義：r0，晶核不能自動(dòng)形成。rrcGvG0，晶核可以自動(dòng)形成，并可以穩(wěn)定生長(zhǎng)。的界面。晶態(tài)合晶的制備7、晶粒細(xì)化的方法和原理的大小

3、細(xì)晶強(qiáng)化：通過(guò)細(xì)化晶粒來(lái)提高材料強(qiáng)度的方法處理：往液態(tài)金屬中參加形核劑，促使形成大量的非均勻晶核，以細(xì)化晶粒的方法；振動(dòng)與攪拌：使正在生長(zhǎng)的枝晶裂開(kāi)，供給能量促使自發(fā)晶核的形成。機(jī)理：晶粒越細(xì)小，位錯(cuò)塞集群中位錯(cuò)個(gè)數(shù)n=n061、集中固體中原子或分子的遷移，是固體中物質(zhì)遷移的唯一方式。 遷移能而且還需要空位形成能，因此導(dǎo)致間隙原子集中速率比置換本質(zhì)：原子每個(gè)平衡位置都對(duì)應(yīng)一個(gè)勢(shì)能谷，在相鄰平衡位置之間都隔著一個(gè)勢(shì)壘，由于原子的熱振動(dòng)存在能量起伏，總會(huì)有局部原子具有足夠高的能量，能夠跨越勢(shì)壘，從原來(lái)的平衡位置躍遷到相鄰的平衡位置上去。故固態(tài)集中是原子熱激活的過(guò)程。2、固態(tài)金屬集中條件：溫度要足夠

4、高，溫度越高原子熱振動(dòng)越激烈原子被激活而進(jìn)展遷移的幾率越大時(shí)間要足夠長(zhǎng)，只有經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能造成物質(zhì)的宏觀遷移集中原子要固溶，集中原子沒(méi)有動(dòng)力集中無(wú)法進(jìn)展，集中的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度。3、集中的分類：1 按是否消滅相：原子集中、反響集中集中叫自集中；濃度向高濃度集中叫逆集中即上坡集中；4 晶粒內(nèi)部的集中稱體集中；在外表進(jìn)展的集中稱為外表集中；沿晶界進(jìn)展的集中稱為晶界集中。固溶體中的原子集中速率高得多?？驴线_(dá)爾效應(yīng)：由置換互溶原子因相對(duì)集中速度不同而引起標(biāo)記移動(dòng)的不均衡集中現(xiàn)象。緣由：低熔點(diǎn)組元集中快，高熔點(diǎn)組元擴(kuò)散慢，正是這種不等量原子交換造成的6、影響集中的因素：溫度：溫度是影響集中的主要

5、因素，隨著T 的上升，集中系數(shù)D 成指數(shù)上升小，集中速度快固溶度不同引起濃度梯度差異；晶體的各向異性；隙原子則不然濃度6合金元素相變集中和反響集中：通過(guò)集中而產(chǎn)生相的現(xiàn)象。84J D dCdx須位于一條直線上dC 為濃度梯度。集中系數(shù)D D expQ RT DQdx00集中激活能，RTD指數(shù)關(guān)系，溫度上升，集中系數(shù)急劇增大。;集中的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度，阻力為集中激活能5、集中機(jī)制：間隙集中機(jī)制、空位集中機(jī)制、換位集中機(jī)制僅涉及到原子遷移能，而置換固溶體中原子的集中機(jī)制不僅需要杠桿定律：Wa/W=o/oa=cb/ca當(dāng)三元合金在肯定溫度下處于三相平衡時(shí)合金的成分點(diǎn)3蝴蝶形規(guī)律：反映兩相平衡相對(duì)應(yīng)

6、關(guān)系的共軛連線是非固定長(zhǎng)度的水平線，隨溫度下降，它們一方面下移，另一方面繞成分軸轉(zhuǎn)動(dòng)。固態(tài)互不溶解三元共晶：E3mnp組成的四相平衡平面WA=oq/Aq*100%WL=Ao/AqW(A+C)/Wo=Eq/Ef*WL射分析法、膨脹試驗(yàn)法、電阻試驗(yàn)法。W(A+B+C)/Wo=qf/Ef*WL四相平衡 包共晶反響：L+a+ 包晶反響：L+a+降溫判別四相平衡反響類型：三根液相成分變溫線溫度走向均指向中心屬共晶反響；兩根液相成分變溫線的溫度走向指向中心，一根背離中心屬包共晶反響；一根溫度走向指向中心，兩根背離中心，屬包晶反響。說(shuō)出圖中各點(diǎn)M、N、P、E室溫下的顯微組織。M：BBCA；NAA；P：CAB

7、C；E A。b E 點(diǎn)合金室溫下組織組成物的相對(duì)量和相組成物的相對(duì)量。E 點(diǎn)合金室溫下組織組成物的相對(duì)量ABC相組成物的相對(duì)量為：WA=Ea/Aa100%WB=Eb/Bb100%WC=Ec/Cc100%c M B 組元，當(dāng)液相成K 時(shí)，發(fā)生二元共晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為，當(dāng)液相成分為 E 時(shí)，發(fā)生三元共晶轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為A織為：A。71、建立方法：熱分析法、金相分析方法、硬度測(cè)定方法、X2、二元相圖中有哪些幾何規(guī)律： 相區(qū)接觸法則；三相區(qū)是一條水平線；三相區(qū)中間是由它們中一樣的相組成的兩相區(qū)；單相區(qū)邊界限的延長(zhǎng)線進(jìn)入相鄰的兩相區(qū)。3兩組元在液態(tài)、固態(tài)均無(wú)限互溶的合金狀態(tài)圖。平衡。夠的集中時(shí)間，凝固過(guò)

8、程偏離平衡條件的凝固。6、固溶體結(jié)晶與純金屬結(jié)晶的比較能量起伏； 構(gòu)造條件：構(gòu)造起伏。 不同點(diǎn)：合金在一個(gè)溫度范可能性：相率分析，必要性：成分均勻化合金結(jié)晶是選分結(jié)晶：需成分起伏。內(nèi)偏析晶間偏析消退方法： 集中退火在固相線以下較高溫度經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的保溫，使原子集中充分，使之轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饨M織。共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶組織的二元系相圖。9、由一種液相在恒溫下同時(shí)結(jié)晶出兩種固相的反響稱為 共晶反響。所生成的兩種混合物稱為共晶體，成分確定。成分位于E 點(diǎn)以左，M 點(diǎn)以右的合金稱為亞共晶合金E 點(diǎn)以右，N 點(diǎn)以左的合金成為過(guò)共晶合金。10、偽共晶： 在不平衡結(jié)晶條件下，成分在共晶點(diǎn)四周的亞共晶或過(guò)共晶合金也可能得

9、到全部共晶組織，這種共晶組織稱為偽共晶。離異共晶：兩相分別的共晶組織。形成緣由：平衡條件下，成分位11、室溫組織及其計(jì)算:計(jì)算室溫下亞共析鋼含碳量為 x 的組織組成物的相對(duì)量。Fe3CWFe3Cx6.69100%、P，WPx 0.02180.77 0.0218 100% ,W 1 WPWFe3C 0.0218 100% 0.33%6.69計(jì)算室溫下過(guò)共析鋼含碳量為 x 的組織組成物的相對(duì)量。P、Fe3C：WFe3C 0.77 0.0218 100% 11.2%6.690.0218W6.69 xP6.69 0.77 100% 1 WP4.302.11分析共析鋼的結(jié)晶過(guò)程，并畫(huà)出結(jié)晶示意圖。L；點(diǎn)

10、開(kāi)頭L；點(diǎn)結(jié)晶完畢；點(diǎn)之間WFe3C 6.692.11% 47.8% P。計(jì)算室溫下含碳量為 x 合金相組成物的相對(duì)量。、在肯定溫度下，肯定成分液相和一固體相反響形成另一種固相結(jié)晶過(guò)程稱包晶轉(zhuǎn)變。W相組成物為 Fe3C，相對(duì)量為：Fe C3x6.69100% ,W1WFe C3鐵素體：碳在-Fe 中形成的間隙固溶體。奧氏體：碳在-Fe 中形成的間隙固溶體Wx 4.3Fe 3C6.69 4.3100 %W 6.69100% 100%萊氏體：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物好似和Fe3C 的機(jī)械混合物。珠光體：和Fe3C的機(jī)械混合物。13、二次滲碳體與共析滲碳體的異同點(diǎn)。一樣點(diǎn)：都是滲碳體，成份、構(gòu)造、性能都一樣。WFe

11、3C6.69x 0.7722.6%不同點(diǎn)：來(lái)源不同，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉(zhuǎn)變得到的；形態(tài)不同二次滲碳體成網(wǎng)狀，共析滲碳體成片狀；對(duì)性能的影響不同，片狀的強(qiáng)化基體，提高強(qiáng)度，網(wǎng)狀降低強(qiáng)度。過(guò)共析鋼中Fe3CFe3C6.690.7714、固溶體的不平衡結(jié)晶當(dāng) x=2.11 時(shí)Fe3C含量最高，最高百分量為：緣由：冷速快假設(shè)液相成分均勻、固相成分不均勻。WFe3C 2.110.776.69 0.77 22.6%但每一時(shí)刻符合相圖；結(jié)晶的溫度范圍增大；組織多為樹(shù)枝狀。FeC)；含碳雖超過(guò) 002的鐵碳合金，15、穩(wěn)態(tài)凝固：從液固界面輸出溶質(zhì)速度等于溶質(zhì)從邊界層集中出去速度的凝固過(guò)

12、程。16、平衡安排系數(shù)： 在肯定溫度下，固、液兩平衡相中溶質(zhì)濃度的比值。k0=Cs/ClSP3于PSK(727)均將通過(guò)共析轉(zhuǎn)變，形成鐵素體和滲碳體兩相混合的共析體，稱為珠光體P 轉(zhuǎn)變特征圖LBH0即重分布的程度越大。包晶轉(zhuǎn)變共晶轉(zhuǎn)變：JESFe3C17固溶體合金凝固時(shí)，在固液界面處形成溶質(zhì)的濃度梯取決于液固界面前沿液體中的溶質(zhì)質(zhì)量分布和實(shí)際溫度分布這兩個(gè)因素。18、鑄錠的宏觀組織分為三晶區(qū)：123、中心等軸晶區(qū)觀偏析：正常偏析反常偏析和比重偏析。顯微偏析：胞狀，枝晶，共析轉(zhuǎn)變： PFe3CL+共析轉(zhuǎn)變+L1L2+熔晶轉(zhuǎn)變L+包晶轉(zhuǎn)變 L+包析轉(zhuǎn)變L1+L221、相圖中共有幾種滲碳體？說(shuō)出各自

13、的來(lái)源及形態(tài)。2、縮孔 34、夾雜物FeCFeC；3 3 3 33共晶20、說(shuō)明三個(gè)恒溫轉(zhuǎn)變，畫(huà)出轉(zhuǎn)變特征圖FeC ：由液相析出，形態(tài)連續(xù)分布基體Fe：由奧氏體中析3 3 0.090.53范圍的鐵碳合出，形態(tài)網(wǎng)狀分布； Fe C ：由鐵素體中析出，形態(tài)網(wǎng)狀、短棒狀、3 BHJ奧氏體共析轉(zhuǎn)變得到片狀；3共析金，于 HJB 水平線(1495)均將通過(guò)包晶轉(zhuǎn)變，形成單相奧氏體。共晶轉(zhuǎn)變(LCEFe3C)含碳放2.11一6.69范圍的鐵碳合金，ECF(1148)均將通過(guò)共晶轉(zhuǎn)變，形成奧氏體和滲碳體兩相混合的共晶體，稱為菜氏體(Ld)。FeC ：液相共晶轉(zhuǎn)變得到，粗大的條狀。3共晶22、分析含碳 0.5

14、30.77的鐵碳合金的結(jié)晶過(guò)程，并畫(huà)出結(jié)晶示意圖。L；點(diǎn)開(kāi)頭L；點(diǎn)結(jié)晶完畢；點(diǎn)之間為單相；點(diǎn)開(kāi)頭P+ P。生了變化，滑移后的晶體各局部位向均未變化3.同一構(gòu)造的孿晶面奧氏體鐵素體Fe3C+Fe3C第十章P珠光體。4、孿生變形的應(yīng)力應(yīng)變曲線與滑移不同，消滅鋸齒狀的波動(dòng)。的滑動(dòng)?；频谋举|(zhì)是位錯(cuò)的移動(dòng)。方向大致是最密排面和最密排方向。移系。孿晶面和晶向發(fā)生切變，產(chǎn)生孿生變形局部的晶體位向發(fā)生了轉(zhuǎn)變，它是以孿晶面為對(duì)稱面與未變形局部相互對(duì)稱，這種對(duì)稱的兩局部晶體稱為孿晶；發(fā)生變形的那局部晶體稱為孿晶帶。tc=F/A*coscos.8、取向因子：coscos。硬位向：當(dāng) 和 只要有一個(gè)接近 90時(shí)，取

15、向因子趨近于零，s1、塑性變形：金屬在外力載荷的作用下，首先發(fā)生彈性變形。載荷增加到肯定值以后，除了發(fā)生彈性變形外，同時(shí)還發(fā)生塑性變形，即彈塑性變形。連續(xù)增加載荷，塑性變形也將漸漸增大，直至金屬發(fā)生斷裂。稱為加工硬化或應(yīng)變硬化。3、單晶體塑性變形根本方式：為滑移和孿生?；坪蛯\生都是切應(yīng) C開(kāi)頭。然而，滑移是不均勻切變，孿生為均勻切變。4、滑移和孿生區(qū)分：1、孿生使一局部晶體發(fā)生了均勻切變，而滑、孿生后晶體的變形局部的位向發(fā)12，滑移面：110，方向。面心構(gòu)造12，滑移面：111，方向。9、多晶體塑性變形的特點(diǎn)變形不均勻 ，施加同一外力時(shí)，那些受最大或接近最大分解切應(yīng)力位向的晶粒處于最小分解切

16、應(yīng)力位向的晶粒處于逐批發(fā)生的，軟位向的晶粒先變形，硬位向的后變形； 2各晶粒的變形量有大有?。?3即使在同一晶粒中，變形量亦不一樣，晶粒中心變形量小，靠近晶界處的變形量大。各晶粒間變形協(xié)調(diào) ：多晶體中每個(gè)晶粒都處于其他晶粒包圍之中，它的變形必定與其鄰近的晶粒。相互協(xié)調(diào)協(xié)作，不然就難以阻力公式料的裂開(kāi)。阻力公式力量較晶粒移變形時(shí)位錯(cuò)的移動(dòng)起阻礙作用所致。晶界原子排列越紊亂，滑移抗力就越大。多晶體的強(qiáng)度隨其晶粒細(xì)化而提高，晶粒越細(xì)則可能發(fā)生滑移的晶粒越多，變形就可以分散在更多的也使材料的塑性和韌性得到改善。11、固溶強(qiáng)化： 隨溶質(zhì)含量的增加，合金的強(qiáng)度、硬度提高，而塑(1)溶質(zhì)原子的原子數(shù)分?jǐn)?shù)越高，強(qiáng)化作用也越大，特別是當(dāng)原子數(shù)分?jǐn)?shù)很低時(shí)的強(qiáng)化效2)溶質(zhì)原子與基體金屬的原子尺寸相差越大，強(qiáng)化作用也越大。 (3)間隙型溶質(zhì)原子比置換原子具有較大固溶強(qiáng)化效果其強(qiáng)化作用大于面心立方晶體的；但間隙原子的固溶度很有限，故實(shí)際強(qiáng)化效果也有限。 (4)溶質(zhì)原子與基體金屬的價(jià)電子數(shù)相差越大，固溶強(qiáng)化作用越顯著，即固溶體的屈服強(qiáng)度隨合金電子濃度的增加而提高。假設(shè)其次相粒子與基體晶粒尺寸屬同一數(shù)量級(jí)，稱為 聚合型兩相合金；假設(shè)其次相粒子細(xì)小而彌撒地分布在基體晶粒中，稱為彌散分布型