1、空间点阵和晶胞的区别。
空间点阵是将实际晶体看成理想晶体之后，将理想晶体中的每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，这些点在空间呈周期性规则排列，并具有完全相同的周围环境，这种由它们在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵。
晶胞是在空间点阵中取出的一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）
2、晶胞的选取原则：
（1）选取的六面体应反映出点阵的最高对称性。
（2）平行六面体内的棱和角相等的数目应最多。
（3）当平行六面体的棱边夹角存在直角时，直角数目应最多。
（4）当满足上述条件时，晶胞应具有最小的体积。
3、晶向指数的的表示方法：[110] 晶向族：< u v w > 例：立方晶系中的八条对角线[111]...就可表示为< 111 >.
4、晶面指数。
注意：不能将坐标原点选在待确定指数的晶面上，以免出现零截距。
晶面指数取的是各轴上截距的倒数，并且化为互质的整数比。如：?，?，?，则晶面指数为（362），晶面族用{362} 表示。
注意：具有相同指数的晶向和晶面必定是互相垂直的。如：[110] 垂直于（110），[111] 垂直于（111）
5、晶面间距最大的平面上的原子最多，称为最密排面。※通常低指数的晶面间距较大. 晶面指数d与晶面指数(h k l）的关系式：(27页公式2.8)
6、三种典型的金属晶体结构
7、相：是指合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。
固溶体：是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体。
固溶体的分类：置换固溶体（换掉了原子）和间隙固溶体（占据了空隙）
固溶体的特点：
（1）固溶体的结构与溶剂相同；
（2）固溶体的成分可在一定范围变化；
（3）固溶体一般位于相图的两侧；
（4）固溶体的强度、硬度比纯金属高，导电性下降；
（5）在多相合金中，固溶体一般作为基体相。
8、形成置换固溶体的影响因素：
a、晶体结构类型：晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件。
b、原子尺寸因素：原子尺寸因素的影响主要与溶质原子的溶入所引起的点阵畸变及结构状态有关。△r越大，溶入后点阵畸变程度越大，畸变能越高，结构的稳定性越低，溶解度
则越小。
c、化学亲和力（电负性因素）：溶质与溶剂元素之间的化学亲和力越强，即合金组元间电负性差越大，倾向于生成化合物而不利于形成固溶体；生成的化合物越稳定，则固溶体的溶解度就越小。只有电负性相近的元素才可能具有大的溶解度。
d、原子价因素：当原子尺寸因素较为有利时，在某些以一价金属为基的固溶体中，溶质的原子价越高，其溶解度越小。溶质原子价的影响实质上是“电子浓度”所决定的。当超过极限电子浓度时，固溶体就不稳定而要形成另外的相。
9、固溶强化：固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低，称为固溶强化。
10、AB型化合物结构（MgO,CaO,BaO,MnO,FeO...）：立方晶系，面心立方点阵。会求临界半径比。
11、AB2型化合物结构：
（1）CaF2,属立方晶系，面心立方点阵，正负离子数1：2.
（2）TiO2,属四方晶系，这类的结构还有：GeO2,PbO2,SnO2,MnO2,VO2,MgF2,FeF2... 12、点缺陷（零维缺陷）缺陷尺寸处于原子大小的数量级上，即三维方向上缺陷的尺寸都很小。
点缺陷的种类：空位（肖特基缺陷）；
间隙原子；
错位原子或离子；
外来原子或离子（杂质质点）；
双空位等复合体。
点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。
13、晶体缺陷包括辐照缺陷、电荷缺陷、热缺陷、杂质缺陷和非化学计量缺陷。
14、热平衡缺陷（2种）：肖特基缺陷和弗伦克尔缺陷
15、缺陷反映方程式
（1）例1·写出NaF加入YF3中的缺陷反应方程式
以正离子为基准，反应方程式为：
以负离子为基准，反应方程式为：
（2）例2·写出CaCl2加入KCl中的缺陷反应方程式
以正离子为基准，缺陷反应方程式为：
以负离子为基准，则缺陷反应方程式为：
缺陷反映方程式的书写规律：
※低价正离子占据高价正离子位置时，该位置带有负电荷，为了保持电中性，会产生负离子空位或间隙正离子。
※高价正离子占据低价正离子位置时，该位置带有正电荷，为了保持电中性，会产生正离子空位或间隙负离子。
16、线缺陷（一维缺陷，位错）：指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，即缺陷尺寸在一维方向较长，另外二维方向上很短。
17、位错的两种类型：刃型位错和螺型位错。
18、位错基本示意图：
19、刃型位错和螺型位错的区别：
（1）刃型位错的位错线与滑移方向垂直，而螺型位错的位错线与滑移方向平行。
（2）刃型位错有一个额外的半原子面，而螺型位错无额外的半原子面。
（3）刃型位错线不一定是直线也可以是折线或者曲线，但必与滑移方向垂直也垂直于滑移矢量，而螺型位错线一定是直线，而且移动方向与晶体滑移的方向垂直。
（4）刃型位错周围的点阵发生了弹性畸变，既有切应变又有正应变（就正刃型位错而言，上方受压应力，下方受拉应力），而螺型位错周围的点阵也发生弹性畸变，但是只有平行于位错线方向的切应变而无正应变。
（5）刃型位错的畸变区比螺型位错的畸变区要窄，且都是线缺陷。
20、伯氏矢量和位错线的关系：
（1）刃型位错b·?=0 ；伯氏矢量与位错线垂直
（2）右螺型位错b·?=b ；伯氏矢量与位错线平行
（3）左螺型位错b·?= - b ;伯氏矢量与位错线平行
21、位错运动最基本的两种方式：滑移和攀移。
22、位错的滑移
位错的滑移是在外加切应力的作用下，通过位错中心附近的原子沿伯氏矢量方向在滑移面上不断地做少量的位移（小于一个原子间距）而逐步实现的。
刃型位错的滑移特点：刃型位错的运动方向始终垂直于位错线而平行于伯氏矢量，刃型位错的滑移面就是由位错线与伯氏矢量所构成的平面，因此刃型位错的滑移限于单一的滑移面上。
螺型位错的滑移特点：在滑移时，螺型位错的移动方向与位错线垂直，也与伯氏矢量垂直，对于螺型位错，由于位错线与伯氏矢量平行，故它的滑移不限于单一的滑移面上。
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，这一过程称为交滑移。
双交滑移：如果交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移。
23、位错的攀移（只有刃型位错有，螺型位错没有攀移）
位错的攀移：刃型位错除了可以在滑移面上滑移外，还可以在垂直于滑移面的方向上运动，即发生攀移。
刃型位错攀移的结果是导致晶体中空位或间隙质点的增殖或减少。
24、割阶与扭折：在位错的滑移过程中，其位错线往往很难同时实现全长的运动。因此一根运动的位错线，特别是在受阻的情况下，有可能通过其中一部分线段（n个原子间距）首先进行滑移。若由此形成的曲折线段就在位错的滑移面上时，称为扭折；若该曲折线段垂直于位错的滑移面时，则称为割阶。
割阶与扭折的特点：
（1）刃型位错的割阶部分仍为刃型位错，而扭折部分则为螺型位错。
（2）螺型位错中的扭折和割阶线段，由于均与伯氏矢量相垂直，故均属于刃型位错。（3）所有割阶产生的位错是刃型位错，但扭折不一定。
25、位错的增殖方式：双交滑移增殖，攀移增殖和弗兰克-里德位错源。
26、晶界和亚晶界：多数晶体物质由许多晶粒所组成，属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界，它是一种内界面；而每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成，相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界。
根据相邻晶粒之间位向差θ角的大小不同可将晶界分为两类：①小角度晶界——相邻晶粒位向差小于10°的晶界；亚晶界均属于小角度晶界，一般小于2°；②大角度晶界——相邻晶粒位向差大于10°的晶界，多晶体中的晶界大多属于此类。
27、小角度晶界的结构特点
小角度晶界的分类：倾斜晶界、扭折晶界和重合晶界。
纯扭折晶界和倾斜晶界的不同之处在于倾斜晶界形成时，转轴在晶界内，而扭折晶界的转轴则垂直于晶界。在一般情况下，小角度晶界都可以看成是两部分晶体绕某一轴旋转一角度而形成的，只不过其转轴既不平行于晶界也不垂直于晶界。
28、大角度晶界的结构特点
大角度晶界的结构比较复杂，其中原子排列较不规则，不能用位错模型来描述。
29、扩散(Diffusion)是物质中原子（分子或离子）的迁移现象，是物质传输的一种方式。扩散是一种由热运动引起的物质传递过程。扩散的本质是原子依靠热运动从一个位置迁移到另一个位置。扩散是固体中原子迁移的唯一方式。扩散会造成物质的迁移，会使浓度均匀化，而且温度越高，扩散进行得越快。
30、研究扩散的两种方法：
（1）表象理论—根据所测量的参数描述物质传输的速率和数量等；
（2）原子理论—扩散过程中原子是如何迁移的。
31、固态扩散的条件：
（1）温度足够高；
（2）时间足够长；
（3）扩散原子能固溶；
（4）具有驱动力，化学位梯度。
32、菲克第一定律：在稳态扩散过程中，扩散通量J与浓度梯度成正比：
※J为扩散通量，表示单位时间内通过垂直于扩散方向x的单位面积的扩散物质质量，其单位为kg/(m2s)；
※D为扩散系数，其单位为m2/s；
※C是扩散物质的质量浓度，其单位为kg/m3。
※式中的负号表示物质从高浓度向低浓度扩散的现象，扩散的结果导致浓度梯度的减小，使成份趋于均匀。
例题：设有一条内径为30mm的厚壁管道，被厚度为0.1mm铁膜隔开。通过管子的一端向管内输人氮气，以保持膜片一侧氮气浓度为1200 mol／m2，而另一侧的氮气浓度为100mol ／m2 。如在700℃下测得通过管道的氮气流量为2.8×10-4mol／s，求此时氮气在铁中的扩散系数。
33、菲克第二定律
34、克肯达尔效应
定义：由于不等量扩散而导致的界面移动的现象称为克肯达尔效应。
产生克肯达尔效应的主要原因：扩散过程中锌的扩散流要比铜的扩散流大得多。界面向扩散系数大的一侧移动，即铜扩散系数DCu不可能与DZn相等，只能是DZn>Dcu 。
互扩散系数：D=DAXB+DBXA
结论：置换式固溶体中扩散的主要机制是空位扩散。
克肯达尔效应的理论意义：
（1）克肯达尔效应直接否定了置换型固溶体扩散的换位机制，支持了空位机制。
（2）克肯达尔效应说明，在扩散系统中每一种组元都有自己的扩散系数。
35、真正决定组元扩散的基本因素为化学势差?μi/?xi,扩散总是导致扩散组元的化学势差减小，直至为零。（化学势梯度）
除了化学势差外，引起上坡扩散还可能是：
（1）弹性应力的作用：大半径的原子跑向点阵伸长部分，小半径原子跑向受压部分，造成固溶体中溶质原子的不均匀分布。
（2）晶界的内吸附：溶质优先向晶界扩散，富集在晶界上，造成晶界上的溶质浓度高于在晶内的浓度。
（3）大的电场或温度场。
36、扩散机制
不容易比较容易很容易比较容易比较容易比较容易
扩散机制的分类：
（1）交换机制：直接交换和环形交换
（2）间隙机制：间隙、推填和挤列
（3）空位机制：空位
（4）晶界扩散及表面扩散
37、影响扩散的因素：
（1）温度：温度是影响扩散速率的最主要因素。温度越高，原子热激活能量越大，越易发生迁移，扩散系数越大。
（2）固溶体类型：不同类型固溶体，原子的扩散机制是不同的。间隙固溶体的扩散激活能一般均较小。
（3）晶体结构：①同素异构转变；②合金元素在不同结构的固溶体中；③晶体致密度；④结构不同的固溶体中扩散元素溶解度不同而造成的浓度梯度；⑤各向异性。
（4）晶体缺陷：晶界、表面和位错等对扩散起着快速通道的作用，加快了原子的扩散。（5）化学成分：不同金属的自扩散激活能与其点阵的原子间结合力有关，因而与表征原子间结合力的熔点、熔化潜热、体积膨胀或压缩系数相关，熔点高的金属的自扩散激活能必然大。
（6）应力的作用：①如果合金内部存在着应力梯度，那么，即使溶质分布是均匀的，也可能出现化学扩散现象。②外界施加应力，在合金中产生弹性应力梯度，促进原子迁移。
38、弹性模量代表了原子离开平衡位置的难易程度，也表征了原子间的相互作用，也反应了不同方向原子（离子）排列的紧密程度。
39、弹性不完整性的现象包括：包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性。
包申格效应：预先加载产生少量塑性变形（小于4％），而后再同向加载则δe(弹性极限)升高，但反向加载则δe下降。
弹性后效：在弹性极限δe范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象称为弹性后效或滞弹性。
弹性滞后：应变落后于应力，δ-e曲线上加载线与卸载线形成一封闭回线。
40、晶体超过弹性极限后，开始屈服，出现塑性变形。
41、单晶体的塑性变形
常温及低温下，塑性变形方式：滑移（主要），孪生，扭折。
塑性变形时位错只沿着一定的晶面和晶向运动，这些晶面和晶向分别称为“滑移面”和“滑移方向”。
滑移的临界分切应力：
Ф：滑移面法向与外载荷的夹角。Ф与λ互余
COSФCOSλ是取向因子。因子大：软取向；因子小：硬取向。
当Ф=90°或λ=90°时，不滑移；当Ф=λ=45°时，取向因子=0.5，最大。
例题：取向因子与什么有关系？
解：各滑移系（滑移面及滑移方向）与F的位置有关。
滑移的临界分切应力的影响因素：①晶体结构（类型及缺陷）；②温度；③变形速度。42、孪生
变形与未变形两部分晶体合称为孪晶；
切变区与未切变区的分界面为孪晶界；
发生均匀切变的那组晶面称为孪晶面；
孪生面的移动方向称为孪生方向。
43、孪生的特点及与滑移的异同点：
相同点：
※都是在切应力作用下产生的剪切应变过程。
※都不改变晶体结构。
※都存在临界分切应力。
※都是晶体中的一部分相对于另一部分沿一定的晶面和晶向的平移。
不同点：
※对塑性变形的贡献小，但是可以改变位向，因此可以进一步诱发滑移。
※孪晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。
※滑移的机制是位错的产生和移动，而孪生是孪生区内的原子沿滑移方向的均匀切变，不全位错参与。
※孪生的临界分切应力大。一般，晶体对称度越低，越容易发生孪生。变形温度越低，加载速度赵高，也越容易发生孪生。
44、孪晶的形成
45、在晶体中形成孪晶的主要方式有三种：其一是通过机械变形而产生的孪晶，也称为“变形孪晶”或“机械孪晶”，它的特征通常呈透镜状或片状；其二为“生长孪晶”，它包括晶体自气态（如气相沉积）、液态（液相凝固）或固体长大时形成的孪晶；其三是变性金属在其结晶退火过程中形成的孪晶，也称“退火孪晶”，它往往以相互平行的孪晶面为界横贯整个晶粒，是在再结晶过程中通过堆垛层错的生长形成的。
46、六方：滑移系少，容易出现孪生变形
体心立方：在低温，形变速度快，滑移受阻时，也会出现孪生现象。
面心：滑移系较多，形变孪晶很少，较多的是退火孪晶。
47、孪晶的特点：孪生的变形量虽然少，但是他可以改变滑移系的方位，由不利转为有利位置，从而进一步滑移。两者相辅相成，有时交替进行。
48、晶粒取向的影响：
※多晶体由很多小单晶组成，晶粒取向各不相同，变形影响因素复杂。
※变形时要保持整体的连续性，所以要相互配合。
※各晶粒不一定在最有利于滑移的方向进行滑移。
49、霍尔－佩奇公式：说明的是：多晶体的屈服强度δs与晶粒平均直径d的关系
室温下：
50、影响固溶强化的因素：
※溶质含量越高，作用越强；效果在低浓度区域明显与基体相差越大，强化作用越强。
※间隙型原子比置换型强化作用大；
※间隙原子在体心中的强化效果要强于面心中。但由于间隙固溶度小，所以作用也是有限。※价电子数相差越大，固溶强化作用越显著。
51、Cottrel气团（柯氏气团）：在固溶体合金中，溶质原子或杂质原子可以与位错交互作用而形成溶质原子气团。
屈服的物理本质：
上屈服点：挣脱Cottrel气团，需要较大的应力
下屈服点：挣脱以后位错的运动就容易，应力下降
柯氏气团具有钉扎效应
低碳钢屈服现象的的解释：①柯氏气团；②位错增殖理论。
52、退火过程的三个阶段：
回复：无畸变晶粒出现之前，亚结构和性能变化阶段
再结晶：从畸变最大的区域开始产生无畸变的晶粒核心，最终取代变形晶粒的过程。
晶粒长大：是指再结晶结束之后晶粒的继续长大
53、回复机制——温度不同，回复机制也不同：
低温：点缺陷迁移，使点缺陷密度下降。
中温：位错滑移，相遇相消
高温：刃位错可以攀移：位错墙和多边化结构
中高温下的回复，本质上就是位错的滑移和攀移
54、再结晶过程：①形核和长大；②不是生成新相：产生无畸变再结晶晶核→逐渐长大形成等轴晶粒→取代全部变形组织
55、形核的方式：（1）晶界弓出形核；（2）亚晶形核：①亚晶合并机制；②亚晶迁移机制。
三种再结晶形核方式的示意图
（a）亚晶粒合并形核
（b）亚晶粒长大形核
（c）凸出形核
56、再结晶温度：冷变形金属开始进行再结晶的最低温度称为再结晶温度。再结晶温度并不是一个物理常数，它随材质变化而变化，随变形程度、晶粒大小等变化而变化。
57、再结晶的影响因素：
a、变形程度：变形↑，储能↑，驱动力↑，T↓，G ↑；T不会总↓，而有一个稳定值（0.35-0.4Tm）；另外一种说法，每一T都有一个临界变形量。
b、原始晶粒尺寸：尺寸↓，变形抵抗力↑，储能↑，T↓；尺寸↓，晶界数量↑，形核区域↑，T↓
c、微量溶质原子：溶质原子越多，T↑；；原因：钉扎晶界和位错；不同溶质原子对T的影响程度不同，与原子与位错的相互作用强弱和其扩散系数有关。
d、第二相粒子：具有两重性。变形过程中，第二相阻碍位错，引起位错塞积，储能增加，T↓。再结晶过程中，也会阻碍位错的重排和迁移，从而阻碍再结晶，T↑；如果粒子大小和间距都大，容易在第二相粒子表面上再结晶，则后一种影响是次要的，T↓。反之，T↑
58、晶体凝固的热力学条件——即需要有过冷度
59、形核的两种方式：均匀形核和非均匀形核
60、均匀形核
总的自由能变化：
σ为比表面能，可用表面张力表示。在一定温度下，ΔGv和σ是确定值，所以ΔG是r的函数。ΔG在半径为r*时达到最大值。
当r＞r*时，晶胚的长大使体系自由能降低，这些晶胚就成为稳定的晶核。因此，半径为r*的晶核称为临界晶核，而r*为临界半径。
结论：临界半径由过冷度ΔT决定：过冷度越大，临界半径r* 越小，则形核的几率增大，晶核的数目增多。
结论：形成临界晶核自由能仍是增高的(ΔG*＞0)，其增值相当于其表面能的1/3，即ΔGv 只能补偿表面能的2/3，而不足的1/3液相中存在的能量起伏体系中每个微小体积所实际具有的能量，会偏离体系平均能量水平而瞬时涨落的现象。
61、非均匀形核
计算时利用球冠体积、表面积表达式，结合平衡关系计算能量变化和临界形核功。σlw=σsw+σsl cosθ
a. θ=0时，△Gk不为0，杂质本身即为晶核；
b. 180>θ>0时, △Gk非<△Gk, 杂质促进形核；
c. θ=180时，△Gk不为△Gk ，杂质不起作用。
非均匀形核功比均匀形核功要小
62、影响非均匀形核的因素：
a、过冷度：（N-△T曲线有一下降过程）。
b、外来物质表面结构：θ越小越有利。点阵匹配原理：结构相似，点阵常数相近。
C、外来物质表面形貌：表面下凹有利。
63、晶粒细化的办法：
（1）增加过冷度；
（2）使用形核剂；
（3）振动促进形核；
64、枝晶偏析：固溶体通常以树枝状生长方式结晶，非平衡凝固导致先结晶的枝干和后结晶的枝间的成分不同，故称为枝晶偏析。
65、共晶相图
（1）组成共晶相图的两组元，其相互作用的特点是：液态下两组元能无限互溶，固态下只能部分互溶（形成有限固溶体或化合物），甚至有时完全不溶，并具有共晶转变。所谓共晶转变是在一定条件下（温度、成分），由均匀液体中同时结晶出两种不同固相的转变，所得到的两固相的混合物成为共晶组织（体）。具有共晶转变的相图称为共晶相图。
（2）共晶合金的特点：
1.熔点分别低于各纯组元；
2.比纯金属具有更好的流动性，防止枝晶的形成；
3.恒温转变，减少铸造缺陷；
4.其组织弥散细小混合，层状或杆状组织，性能优异的原位复合材料。
（3）共晶相图分析
发生共晶转变的温度称为共晶温度。发生共晶转变的液相成分点E称为共晶点或共晶成分。
共晶转变：LE→αM+βN
端部固溶体合金（W（Sn）＜19%的合金））：w（Sn）=10%的Pb-Sn合金平衡凝固示意图
共晶合金（W（Sn）=61.9%的合金））：Pb-Sn共晶合金平衡凝固过程示意图
亚共晶合金（W（Sn）=50%的合金））：亚共晶合金的平衡凝固示意图
66、共晶合金的非平衡凝固
（1）伪共晶：在非平衡条件下，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。
（2）离异共晶：由于非平衡体数量较少，通常共晶体中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间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。
67、包晶相图
有些合金当凝固到一定温度时，已结晶出来的一定成分的固相与剩余液相（有确定成分）发生反应生成另一种固相的恒温转变过程称为包晶转变。
①包晶成分ω（Ag）为（42.4%）的合金：室温组织为β+αII
②DC成分42.4%＜ω（Ag）＜66.3%合金：室温组织为β+αII
③PD成分10.5%＜ω（Ag）＜42.4%α+βII+β+ αII
包晶相图产生原因：扩散
★68、铁碳合金的二元相图实例分析
（1）铁碳合金——碳钢和铸铁：
含碳量为0.0218% ～2.11%的称钢
含碳量为2.11%～6.69%的称铸铁
（2）碳在钢铁中的四种存在形式：
①铁素体F（体心立方结构）：碳原子固溶到α-Fe中形成的间隙固溶体。
②奥氏体A（面心立方结构）：碳原子固溶到γ-Fe中形成的间隙固溶体。
③渗碳体Fe3C（正交点阵）：铁与碳形成的间隙化合物，含碳量6.69%；室温相——常作为钢的第二弥散强化相；渗碳体具有高硬度、高脆性、低强度和低塑性。
④游离态石墨（六方结构）：碳也可能以游离态石墨稳定相存在。
（3）典型铁碳合金的平衡组织相图
①工业纯铁的结晶过程（Wc≤0.0218%）：
1点以上 L ；1~2点 L+δ；2~3点δ铁素体相； 3~4点δ+A； 4~5点A ； 5~6点 A+F； 6~7点 F；7点以下 F+ Fe3CIII；室温下：相组成物F、Fe3C
②共析钢（ Wc=0.77% ）的组织转变：
③亚共析钢（0.0218%＜ Wc＜0.77%）的组织转变：
④过共析钢的（ 0.77%＜ Wc＜2.11% ）组织转变：
⑤共晶生铁（Wc=4.3%）的组织转变：
⑥亚共晶生铁（ 2.11%＜ Wc＜4.3% ）的组织转变：
⑦过共晶生铁（ 4.3%＜ Wc＜6.69% ）的组织转变：
69、碳量对铁碳合金的组织和性能的影响
（1）组织组成物的变化：
α+Fe3CⅢ→α+P→P →P+ Fe3CⅡ→P+ Fe3CⅡ+ Ld′→Ld′→Ld′+ Fe3CⅠ（2）组织形态的变化：
70、平衡分配系数
K0＜1，随溶质增加，合金凝固的开始温度和终结温度降低；（捺的）
K0＞1，随溶质增加，合金凝固的开始温度和终结温度升高；（撇的）
71、表征液体混合程度的有效分配系数=Ke
72、成分过冷的产生原因及概念
由于液相中溶质的分布发生变化而改变了凝固温度，这可由相图中的液相线来确定，因此，将界面前沿液体中的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，称为成分过冷。
73、成分过冷取决于两个因素：
--界面处液体中溶质的质量浓度分布
--界面实际温度分布
74、铸锭(件)的宏观组织通常由三个区组成：（原因及特点）
（1）表面细晶粒区：大的过冷度及非均匀形核；综合性能好
（2）柱状晶粒区：过冷度减小，形核困难；各向异性
（3）中心等轴晶粒区：非均匀形核方式；中心粗大
75、铸件的凝固方式：
76、偏析
（1）宏观偏析：①正常偏析（正偏析）；②反偏析；③比重偏析。
（2）显微偏析：①胞状偏析；②枝晶偏析；③晶界偏析。
第68条为重点复习内容，有20分，很简单的计算题，要想复习这种计算题，请带上本宝宝。求领走······
对了，还有一些内容没有收录在这上面，敬请读者自己完成，不然，会死的很惨很惨。
材料科学基础考题 I卷 一、名词解释（任选5题，每题4分，共20分） 单位位错；交滑移；滑移系；伪共晶；离异共晶；奥氏体；成分过冷答： 单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。 交滑移：两个或多个滑移面沿着某个共同的滑移方向同时或交替滑移，称为交滑移。滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向合起来叫做一个滑移系。 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：由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中的a相依附于初生a相生长，将共晶体中另一相B推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。 奥氏体：碳原子溶于丫-Fe形成的固溶体。 成分过冷：在合金的凝固过程中，将界面前沿液体中的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称为成分过冷。 二、选择题（每题2分，共20分） 1. 在体心立方结构中，柏氏矢量为a[110]的位错（A ）分解为a/2[111]+a/2[l11]. （A）不能（B）能（C）可能 2. 原子扩散的驱动力是：（B ） （A）组元的浓度梯度（B）组元的化学势梯度（C）温度梯度 3?凝固的热力学条件为：（D ） （A）形核率（B）系统自由能增加 （C）能量守衡（D）过冷度 4?在TiO2中，当一部分Ti4+还原成Ti3+，为了平衡电荷就出现（A） （A）氧离子空位（B）钛离子空位（C）阳离子空位 5?在三元系浓度三角形中，凡成分位于（ A ）上的合金，它们含有另两个顶角所代表的两 组元含量相等。 （A）通过三角形顶角的中垂线 （B）通过三角形顶角的任一直线 （C）通过三角形顶角与对边成45°的直线 6?有效分配系数k e表示液相的混合程度，其值范围是（B ） （A）1vk e 简答题 1?空间点阵与晶体点阵有何区别？晶体点阵也称晶体结构，是指原子的具体排列；而空间点阵则是忽略了原子的体积，而把它们抽象为纯几何点。 2?金属的3种常见晶体结构中，不能作为一种空间点阵的是哪种结构？密排六方结构。 3?原子半径与晶体结构有关。当晶体结构的配位数降低时原子半径如何变化？原子半径发生 收缩。这是因为原子要尽量保持自己所占的体积不变或少变，原子所占体积2人=原子的体积(4/3 n3r间隙体积)，当晶体结构的配位数减小时，即发生间隙体积的增加，若要维持上述方程的平衡，则原子半径必然发生收缩。 4?在晶体中插入柱状半原子面时能否形成位错环？不能。因为位错环是通过环内晶体发生滑 移、环外晶体不滑移才能形成。 5?计算位错运动受力的表达式为，其中是指什么？外力在滑移面的滑移方向上的分切应力。6?位错受力后运动方向处处垂直于位错线，在运动过程中是可变的，晶体作相对滑动的方向 应是什么方向？始终是柏氏矢量方向。 7. 位错线上的割阶一般如何形成？位错的交割。 8?界面能最低的界面是什么界面？共格界面。 9?小角度晶界都是由刃型位错排成墙而构成的”这种说法对吗？否，扭转晶界就由交叉的 同号螺型位错构成 10.为什么只有置换固熔体的两个组元之间才能无限互溶，而间隙固熔体则不能？这是因为形成固熔体时，熔质原子的熔入会使熔剂结构产生点阵畸变，从而使体系能量升高。熔质与熔剂原子尺寸相差越大，点阵畸变的程度也越大，则畸变能越高，结构的稳定性越低，熔解度越小。一般来说，间隙固熔体中熔质原子引起的点阵畸变较大，故不能无限互溶，只能有 限熔解。 综合题 1. 作图表示立方晶体的(123) ( 0 -1 -2) (421)晶面及卜102]卜211][346]晶向。 2. 写出立方晶体中晶向族<100>, <110>, <111>等所包括的等价晶向。 3. 写出立方晶体中晶面族{100}, {110}, {111}, {112}等所包括的等价晶面。 4. 总结3种典型的晶体结构的晶体学特征。 5. 在立方晶系中画出以[001]为晶带轴的所有晶面。 6. 面心立方晶体的(100),(110),(111)等晶面的面间距和面密度，并指出面间距最大的面。 7. Ni的晶体结构为面心立方结构，其原子半径为r =0.1243求Ni的晶格常数和密度。 8. Mo的晶体结构为体心立方结构，其晶格常数a=0.3147nm，试求Mo的原子半径r。 9. 在Fe中形成1mol空位的能量为104. 67kJ,试计算从20C升温至850C时空位数目增加多少倍？ 10. 判断下列位错反应能否进行。 1) a/2[10-1]+a/6卜121]宀a/3[11-1] 2) a[100]宀a/2[101]+a/2[10-1] 3) a/3[112]+a/2[111] 宀a/6{1]1 4) a[100] a/2[111]+a/2[1-1-1] 11. 若面心立方晶体中有b=a/2[-101]的单位位错及b=a/6[12-1]的不全位错，此二位错相遇 产生位错反应。 1) 问此反应能否进行？为什么？ 2) 写出合成位错的柏氏矢量，并说明合成位错的类型。 12. 已知柏氏矢量b=0.25nm，如果对称倾侧晶界的取向差=1及10°求晶界上位错之间的距 离。从计算结果可得到什么结论？ 13. ①计算fee和bee晶体中四面体间隙及八面体间隙的大小(用原子半径尺表示)，并注明间 第二章思考题与例题 1. 离子键、共价键、分子键和金属键的特点，并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因 2. 从结构、性能等方面描述晶体与非晶体的区别。 3. 何谓理想晶体何谓单晶、多晶、晶粒及亚晶为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性何谓空间点阵、晶体结构及晶胞晶胞有哪些重要的特征参数 4. 比较三种典型晶体结构的特征。（Al、α-Fe、Mg三种材料属何种晶体结构描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。）何谓配位数何谓致密度金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等方面比较有何异同 5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。何谓间隙固溶体它与间隙相、间隙化合物之间有何区别（以金属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么 6. 已知Cu的原子直径为A，求Cu的晶格常数，并计算1mm3Cu的原子数。 7. 已知Al相对原子质量Ar（Al）=，原子半径γ=，求Al晶体的密度。 8 bcc铁的单位晶胞体积，在912℃时是；fcc铁在相同温度时其单位晶胞体积是。当铁由bcc转变为fcc时，其密度改变的百分比为多少 9. 何谓金属化合物常见金属化合物有几类影响它们形成和结构的主要因素是什么其性能如何 10. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。 11. 设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。反之，求（3121）及（2112）的正交坐标的表示。（练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。 12.在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标，6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数，各个棱边和对角线的晶向指数。 13. 写出立方晶系的{110}、{100}、{111}、{112}晶面族包括的等价晶面，请分别画出。 14. 在立方晶系中的一个晶胞内画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 15 在六方晶系晶胞中画出[1120]，[1101]晶向和（1012）晶面，并确定（1012）晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 16.在立方晶系的一个晶胞内同时画出位于（101），（011）和（112）晶面上的[111]晶向。 17. 在1000℃，有W C为%的碳溶于fcc铁的固溶体，求100个单位晶胞中有多少个碳原子（已知：Ar(Fe)=，Ar(C)=） 18. r-Fe在略高于912℃时点阵常数a=，α-Fe在略低于912℃时a=，求：（1）上述温度时γ-Fe和α-Fe的原子半径R；（2）γ-Fe→α-Fe转变时的体积变化率；（3）设γ-Fe→α-Fe转变时原子半径不发生变化，求此转变时的体积变 第一章原子排列 本章需掌握的内容： 材料的结合方式：共价键，离子键，金属键，范德瓦尔键，氢键；各种结合键的比较及工程材料结合键的特性； 晶体学基础：晶体的概念，晶体特性（晶体的棱角，均匀性，各向异性，对称性），晶体的应用 空间点阵：等同点，空间点阵，点阵平移矢量，初基胞，复杂晶胞，点阵参数。 晶系与布拉菲点阵：种晶系，14种布拉菲点阵的特点； 晶面、晶向指数：晶面指数的确定及晶面族，晶向指数的确定及晶向族，晶带及晶带定律六方晶系的四轴座标系的晶面、晶向指数确定。 典型纯金属的晶体结构：三种典型的金属晶体结构：fcc、bcc、hcp； 晶胞中原子数、原子半径，配位数与致密度，晶面间距、晶向夹角 晶体中原子堆垛方式，晶体结构中间隙。 了解其它金属的晶体结构：亚金属的晶体结构，镧系金属的晶体结构，同素异构性 了解其它类型的晶体结构：离子键晶体结构：MgO陶瓷及NaCl，共价键晶体结构：SiC陶瓷，As、Sb 非晶态结构：非晶体与晶体的区别，非晶态结构 分子相结构 1. 填空 1. fcc结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______致密度为___________配位数是________________晶胞中原子数为___________，把原子视为刚性球时，原子的半径是____________；bcc结构的密排方向是_______，密排面是_____________致密度为___________配位数是________________ 晶胞中原子数为___________，原子的半径是____________；hcp结构的密排方向是_______，密排面是______，密排面的堆垛顺序是_______，致密度为___________配位数是________________，晶胞中原子数为 ___________，原子的半径是____________。 2. bcc点阵晶面指数h+k+l=奇数时，其晶面间距公式是________________。 3. Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是________________。 4. 在体心立方晶胞中，体心原子的坐标是_________________。 5. 在fcc晶胞中，八面体间隙中心的坐标是____________。 6. 空间点阵只可能有___________种，铝晶体属于_____________点阵。Al的晶体结构是__________________， -Fe的晶体结构是____________。Cu的晶体结构是_______________， 7点阵常数是指__________________________________________。 8图1是fcc结构的(-1,1,0 )面，其中AB和AC的晶向指数是__________，CD的晶向指数分别 是___________，AC所在晶面指数是--------------------。 材料科学基础试卷(一) 一、概念辨析题（说明下列各组概念的异同。任选六题，每小题3分，共18分） 1 晶体结构与空间点阵 2 热加工与冷加工 3 上坡扩散与下坡扩散 4 间隙固溶体与间隙化合物 5 相与组织 6 交滑移与多滑移 7 金属键与共价键 8 全位错与不全位错 9 共晶转变与共析转变 二、画图题（任选两题。每题6分，共12分） 1 在一个简单立方晶胞内画出［010］、［120］、［210］晶向和（110）、（112）晶面。 2 画出成分过冷形成原理示意图（至少画出三个图）。 3 综合画出冷变形金属在加热时的组织变化示意图和晶粒大小、内应力、强度和塑性变化趋势图。 4 以“固溶体中溶质原子的作用”为主线，用框图法建立与其相关的各章内容之间的联系。 三、简答题（任选6题，回答要点。每题5分，共30 分） 1 在点阵中选取晶胞的原则有哪些？ 2 简述柏氏矢量的物理意义与应用。 3 二元相图中有哪些几何规律？ 4 如何根据三元相图中的垂直截面图和液相单变量线判断四相反应类型？ 5 材料结晶的必要条件有哪些？ 6 细化材料铸态晶粒的措施有哪些？ 7 简述共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。 8 晶体中的滑移系与其塑性有何关系？ 9 马氏体高强度高硬度的主要原因是什么？ 10 哪一种晶体缺陷是热力学平衡的缺陷，为什么？ 四、分析题（任选1题。10分） 1 计算含碳量w=0.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后，组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对含量。 2 由扩散第二定律推导出第一定律，并说明它们各自的适用条件。 3 试分析液固转变、固态相变、扩散、回复、再结晶、晶粒长大的驱动力及可能对应的工艺条件。 五、某面心立方晶体的可动滑移系为(111) [110].（15分） (1) 指出引起滑移的单位位错的柏氏矢量. (2) 如果滑移由纯刃型位错引起,试指出位错线的方向. (3) 如果滑移由纯螺型位错引起,试指出位错线的方向. (4) 在(2),(3)两种情况下,位错线的滑移方向如何? (5) 如果在该滑移系上作用一大小为0.7MPa的切应力，试确定单位刃型位错和螺型位错 线受力的大小和方向。（点阵常数a=0.2nm)。 六、论述题（任选1题，15分） 1 试论材料强化的主要方法、原理及工艺实现途径。 2 试论固态相变的主要特点。 3 试论塑性变形对材料组织和性能的影响。 第一章 8．计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例 (1)NaF (2)CaO (3)ZnS 解：1、查表得：X Na =0.93,X F =3.98 根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为：21(0.93 3.98)4[1]100%90.2%e ---?= 共价键比例为：1-90.2%=9.8% 2、同理，CaO 中离子键比例为：21(1.00 3.44)4[1]100%77.4%e ---?= 共价键比例为：1-77.4%=22.6% 3、ZnS 中离子键比例为：21/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-?=中离子键含量 共价键比例为：1-19.44%=80.56% 10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义．说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。 答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。 稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，热力学上不稳定，但向稳定结构转变速度慢，能保持相对稳定甚至长期存在。但在一定条件下，亚稳态结构向稳态结构转变。 第二章 1．回答下列问题： (1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向： (001）与[210]，(111）与[112]，(110)与 [111],(132)与[123],(322)与[236］ (2)在立方晶系的一个晶胞中画出（111)和 （112)晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 (3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于（101). (011)和（112)晶面上的[111]晶向。 解：1、 2．有一正交点阵的 a=b, c=a/2。某晶面在三个晶轴上的截距分别为 6个、2个和4个原子间距，求该晶面的密勒指数。 3．立方晶系的 ｛111}, 1110}, {123）晶面族各包括多少晶面？写出它们的密勒指数。 4．写出六方晶系的{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数，在六方晶胞中画出[1120]、[1101]晶向和(1012)晶面，并确定(1012)晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 5．根据刚性球模型回答下列问题： (1)以点阵常数为单位，计算体心立方、面心立方和密排六方晶体中的原子半径及四面体和八面体的间隙半径。 (2）计算体心立方、面心立方和密排六方晶胞中的原子数、致密度和配位数。 6．用密勒指数表示出体心立方、面心立方和密排六方结构中的原子密排面和原子密排方向，并分别计算这些晶面和晶向上的原子密度。 解：1、体心立方 密排面：{110}2114 1.414a -+? = 《材料科学基础》上半学期容重点 第一章固体材料的结构基础知识 键合类型（离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健）及其特点；键合的本质及其与材料性能的关系，重点说明离子晶体的结合能的概念； 晶体的特性（5个）； 晶体的结构特征（空间格子构造）、晶体的分类； 晶体的晶向和晶面指数（米勒指数）的确定和表示、十四种布拉维格子； 第二章晶体结构与缺陷 晶体化学基本原理：离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体； 典型金属晶体结构； 离子晶体结构，鲍林规则（第一、第二）；书上表2－3下的一段话；共价健晶体结构的特点；三个键的异同点（举例）； 晶体结构缺陷的定义及其分类，晶体结构缺陷与材料性能之间的关系（举例）； 第三章材料的相结构及相图 相的定义 相结构 合金的概念： 固溶体 置换固溶体 （１）晶体结构 无限互溶的必要条件—晶体结构相同 比较铁（体心立方，面心立方）与其它合金元素互溶情况（表３－１的说明） （２）原子尺寸：原子半径差及晶格畸变； （３）电负性定义：电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律；（４）原子价：电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系；间隙固溶体 （一）间隙固溶体定义 （二）形成间隙固溶体的原子尺寸因素 （三）间隙固溶体的点阵畸变性 中间相 中间相的定义 中间相的基本类型： 正常价化合物：正常价化合物、正常价化合物表示方法 电子化合物：电子化合物、电子化合物种类 原子尺寸因素有关的化合物：间隙相、间隙化合物 二元系相图： 杠杆规则的作用和应用； 匀晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反应、包晶（析） 型二元系的包晶（析）反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点； 三元相图： 三元相图成分表示方法； 了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义； 第四章材料的相变 相变的基本概念：相变定义、相变的分类（按结构和热力学以及相变方式分类）； 按结构分类：重构型相变和位移型相变的异同点； 马氏体型相变：马氏体相变定义和类型、马氏体相变的晶体学特点，金属、瓷中常见的马氏体相变（举例）（可以用许教授提的一个非常好的问题――金属、瓷马氏体相变性能的不同――作为题目） 有序-无序相变的定义 玻璃态转变：玻璃态转变、玻璃态转变温度、玻璃态转变点及其黏度按热力学分类：一级相变定义、特点，属于一级相变的相变；二级相变定义、特点，属于二级相变的相变； 按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变（spinodal相变）按原子迁动特征分类：扩散型相变、无扩散型相变 材料科学基础 第零章材料概论 该课程以金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料为对象，从材料的电子、原子尺度入手，介绍了材料科学理论及纳观、微观尺度组织、细观尺度断裂机制及宏观性能。核心是介绍材料的成分、微观结构、制备工艺及性能之间的关系。 主要内容包括：材料的原子排列、晶体结构与缺陷、相结构和相图、晶体及非晶体的凝固、扩散与固态相变、塑性变形及强韧化、材料概论、复合材料及界面，并简要介绍材料科学理论新发展及高性能材料研究新成果。 材料是指：能够满足指定工作条件下使用要求的，就有一定形态和物理化学性状的物质。 按基本组成分为：金属、陶瓷、高分子、复合材料 金属材料是由金属元素或以金属元素为主，通过冶炼方法制成的一类晶体材料，如Fe、 Cu、Ni等。原子之间的键合方式是金属键。陶瓷材料是由非金属元素或金属元素与非金属元素组成的、经烧结或合成而制成的一类无机非金属材料。它可以是晶体、非晶体或混合晶体。原子之间的键合方式是离子键，共价键。 聚合物是用聚合工艺合成的、原子之间以共价键连接的、由长分子链组成的髙分子材料。它主要是非晶体或晶体与非晶体的混合物。原子的键合方式通常是共价键。 复合材料是由二种或二种以上不同的材料组成的、通过特殊加工工艺制成的一类面向应用的新材料。其原子间的键合方式是混合键。 材料选择： 密度 弹性模量:材料抵抗变形的能力 强度:是指零件承受载荷后抵抗发生破坏的能力。 韧性：表征材料阻止裂纹扩展的能力功能成本 结构(Structure) 性质(Properties) 加工(Processing) 使用性能(Performance) 在四要素中，基本的是结构和性能的关系，而“材料科学”这门课的主要任务就是研究材料的结构、性能及二者之间的关系。 宏观结构←显微镜下的结构←晶体结构←原子、电子结构 重点讨论材料中原子的排列方式（晶体结构）和显微镜下的微观结构（显微组织）的关系。以及有哪些主要因素能够影响和改变结构，实现控制结构和性能的目的。 第一章材料结构的基本知识 1.引言 材料的组成不同，性质就不同。 同种材料因制备方法不同，其性能也不同。这是与材料的内部结构有关：原子结构、原子键合、原子排列、显微组织。 原子结构 主量子数n 期末总复习 一、名词解释 空间点阵：表示晶体中原子规则排列的抽象质点。 配位数：直接与中心原子连接的配体的原子数目或基团数目。 对称：物体经过一系列操作后，空间性质复原；这种操作称为对称操作。 超结构：长程有序固溶体的通称 固溶体：一种元素进入到另一种元素的晶格结构形成的结晶，其结构一般保持和母相一致。 致密度：晶体结构中原子的体积与晶胞体积的比值。 正吸附：材料表面原子处于结合键不饱和状态，以吸附介质中原子或晶体内部溶质原子达到平衡状态，当溶质原子或杂质原子在表面浓度大于在其在晶体内部的浓度时称为正吸附； 晶界能：晶界上原子从晶格中正常结点位置脱离出来，引起晶界附近区域内晶格发生畸变，与晶内相比，界面的单位面积自由能升高，升高部分的能量为晶界能； 小角度晶界：多晶体材料中，每个晶粒之间的位向不同，晶粒与晶粒之间存在界面，若相邻晶粒之间的位向差在10°～2°之间，称为小角度晶界； 晶界偏聚：溶质原子或杂质原子在晶界或相界上的富集，也称内吸附，有因为尺寸因素造成的平衡偏聚和空位造成的非平衡偏聚。 肖脱基空位：脱位原子进入其他空位或者迁移至晶界或表面而形成的空位。 弗兰克耳空位：晶体中原子进入空隙形而形成的一对由空位和间隙原子组成的缺陷。 刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直的位错。 螺型位错：柏氏矢量与位错线平行的位错。 柏氏矢量：用来表征晶体中位错区中原子的畸变程度和畸变方向的物理量。 单位位错：柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错 派—纳力：位错滑动时需要克服的周围原子的阻力。 过冷：凝固过程开始结晶温度低于理论结晶温度的现象。 过冷度：实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 均匀形核：在过冷的液态金属中，依靠金属本身的能量起伏获得成核驱动力的形核过程。 过冷度：实际结晶温度和理论结晶温度之间的差值。 形核功：形成临界晶核时，由外界提供的用于补偿表面自由能和体积自由能差值的能量。 马氏体转变：是一种无扩散型相变，通过切变方式由一种晶体结构转变另一种结构，转变过程中，表面有浮凸，新旧相之间保持严格的位向关系。或者：由奥氏体向马氏体转变的 金属学与热处理总结 一、金属的晶体结构 重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。 基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。晶体的特征、晶体中的空间点阵。 晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。 金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。 位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。 位错的柏氏矢量具有的一些特性： ①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。 刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。 晶界具有的一些特性： ①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。 二、纯金属的结晶 重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。 基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。 相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。 变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。 过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。从热力学的角度上看， 一、单项选择题(请在每小题的4个备选答案中，选出一个最佳答案， 共10小题；每小题2分，共20分) 1、材料按照使用性能，可分为结构材料和 。 A. 高分子材料； B. 功能材料； C. 金属材料； D. 复合材料。 2、在下列结合键中，不属于一次键的是： A. 离子键； B. 金属键； C. 氢键； D. 共价键。 3、材料的许多性能均与结合键有关，如大多数金属均具有较高的密度是由于： A. 金属元素具有较高的相对原子质量； B. 金属键具有方向性； C. 金属键没有方向性； D.A 和C 。 3、下述晶面指数中，不属于同一晶面族的是： A. (110)； B. (101)； C. (011- ）；D. (100)。 4、 面心立方晶体中，一个晶胞中的原子数目为： A. 2； B. 4； C. 6； D. 14。 5、 体心立方结构晶体的配位数是： A. 8； B.12； C. 4； D. 16。 6、面心立方结构晶体的原子密排面是： A. {111}； B. {110}； C. (100)； D. [111]。 7、立方晶体中（110）和（211）面同属于 晶带 A. [110]； B. [100]； C. [211]； D. [--111]。 6、体心立方结构中原子的最密排晶向族是： A. <100>； B. [111]； C. <111>； D. (111)。 6、如果某一晶体中若干晶面属于某一晶带，则： A. 这些晶面必定是同族晶面； B. 这些晶面必定相互平行； C. 这些晶面上原子排列相同； D. 这些晶面之间的交线相互平行。 7、金属的典型晶体结构有面心立方、体心立方和密排六方三种，它们的晶胞中原子数分别为：A. 4, 2, 6; B. 6, 2, 4; C. 4, 4, 6; D. 2, 4, 6 7、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为： A. 肖脱基缺陷； B. 弗兰克缺陷； C. 线缺陷； D. 面缺陷 7、两平行螺旋位错，当柏氏矢量同向时，其相互作用力： A1（fcc）密排面：（100）密排方向：【110】h+k+l全基或全偶衍射 A2（bcc）密排面：（110）密排方向：【111】h+k+l为偶数衍射 A3（hcp）密牌面：（001）密排方向：【100】 2dsinθ=λ 性质、结构成分（研究对象）、合成/制备=效用 1.如何理解点缺陷是一种热力学平衡缺陷？ 随着点缺陷数量增加，熵增加导致自由能下降，但是同时内能增加导致自由能增加，所以有一个平衡浓度，此时有最低的自由能值。 2.何谓位错的应变能。何谓位错的线张力，其估算值为多少。 位错在晶体中引起畸变，使晶体产生畸变能，称之为位错的应变能或位错的能量。 线张力的定义为：位错线增加一个单位长度时，引起晶体能量的增加。 通常用Gb2/2作为位错线张力的估算值。 请问影响合金相结构的因素主要有哪几个。 原子尺寸、晶体结构、电负性、电子浓度。 3.请简要说明：（1）刃型位错周围的原子处于怎样的应力状态（为切应力还是正应力，为拉应力还是压应力）;(2)若有间隙原子存在，则间隙原子更容易存在于位错周围的哪些位置（可以以图示的方式说明）。 (1)刃型位错不仅有正应力同时还有切应力。所有的应力与沿位错线的方向无关，应力场与半原子面左右对称，包含半原子面的晶体受压应力，不包含半原子面的晶体受拉应力。 (2)对正刃型位错，滑移面上方的晶胞体积小于正常晶胞，吸引比基体原子小的置换式溶质原子或空位；滑移面下方的晶胞体积大于正常晶胞，吸引间隙原子和比基体原子大的置换式溶质原子。 4.铁素体钢在拉伸过程中很易出现屈服现象，请问：（1）产生屈服的原因？（2）如何可以消除屈服平台？ 由于碳氮间隙原子钉扎位错，在塑性变形开始阶段需使位错脱离钉扎，从而产生屈服延伸现象；当有足够多的可动位错存在时，或者使间隙原子极少，或者经过预变形后在一段时间内再拉伸。 5.如何提高（或降低）材料的弹性？举例说明，并解释。 选择弹性模量小的材料、或者减小材料的截面积、或者提高材料的屈服强度都可以提高弹性。 6.何谓加工硬化、固溶强化、第二相强化、细晶强化，说明它们与位错的关系 加工硬化：晶体经过变形后，强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。随着变形的进行，晶体内位错数目增加，位错产生交互作用，使位错可动性下降，强度上升。 固溶强化：由于溶质原子的存在，导致晶体强度、硬度增加，塑性、韧性下降的现象叫固溶强化。由于溶质原子的存在阻碍或定扎了位错的运动，导致强度的升高。 第二相强化：由于第二相的存在，导致晶体强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象叫第二相强化。由于第二相的存在，导致位错移动困难，从而使强度上升。 细晶强化：由于晶粒细化导致晶体强度、硬度上升，塑性、韧性不下降的现象叫细晶强化。 由于晶粒细化，使晶界数目增加，导致位错开动或运动容易受阻，使强度上升；又由于晶粒细化，使变形更均匀，使应力集中更小，所以，细晶强化在提高强度的同时，并不降低塑性和韧性。 7.说明金属在塑性变形后，其组织和性能将发生怎样的变化 金属塑性变形后，组织变化包括晶粒和亚结构的变化，其中，晶粒被拉长，形成 1.固相烧结：固态粉末在适当的温度，压力，气氛和时间条件下，通过物质与气孔之间的传质，变为坚硬、致密烧结体的过程。 液相烧结：有液相参加的烧结过程。 2.金属键:自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。 3.离子键：金属原子自己最外层的价电子给予非金属原子，使自己成为带正电的正离子，而非金属得到价电子后使自己成为带负电的负离子，这样正负离子靠它们之间的静电引力结合在一起。 共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。氢键：由氢原子同时与两个电负性相差很大而原子半径较小的原子（O，F，N等）相结合而产生的具有比一般次价键大的键力。 弗兰克缺陷：间隙空位对缺陷 肖脱基缺陷：正负离子空位对的 奥氏体：γ铁内固溶有碳和(或)其他元素的、晶体结构为面心立方的固溶体。 布拉菲点阵:除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。 不全位错：柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错。 玻璃化转变温度：过冷液体随着温度的继续下降，过冷液体的黏度迅速增大，原子间的相互运动变得更加困难，所以当温度降至某一临界温度以下时，即固化成玻璃。这个临界温度称为玻璃化温度Tg。 表面能:表面原子处于不均匀的力场之中，所以其能量大大升高，高出的能量称为表面自由能（或表面能）。 半共格相界：若两相邻晶体在相界面处的晶面间距相差较大，则在相界面上不可能做到完全的一一对应，于是在界面上将产生一些位错，以降低界面的弹性应变能，这时界面上两相原子部分地保持匹配，这样的界面称为半共格界面或部分共格界面。 柏氏矢量:描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向，也使位错扫过后晶体相对滑动的量。 柏氏矢量物理意义： ①从位错的存在使得晶体中局部区域产生点阵畸变来说：一个反映位错性质以及由位错引起的晶格畸变大小的物理量。 ②从位错运动引起晶体宏观变形来说：表示该位错运动后能够在晶体中引起的相对位移。 部分位错：柏氏矢量小于点阵矢量的位错 包晶转变：在二元相图中，包晶转变就是已结晶的固相与剩余液相反应形成另一固相的恒温转变。 包析反应:由两个固相反应得到一个固相的过程为包析反应。 包析转变：两个一定成分的固相在恒温（T）下转变为一个新的固相的恒温反应。包析转变与包晶转变的相图特征类似，只是包析转变中没有液相，只有固相。 粗糙界面：界面的平衡结构约有一半的原子被固相原子占据而另一半位置空着，这时界面称为微观粗糙界面。 重合位置点阵：当两个相邻晶粒的位相差为某一值时，若设想两晶粒的点阵彼此通过晶界向对方延伸，则其中一些原子将出现有规律的相互重合。由这些原子重合位置所组成的比原来晶体点阵大的新点阵，称为重合位置点阵。 成分过冷；界面前沿液体中的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。 《材料科学基础》试题库 一、名词解释 1、铁素体、奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、莱氏体 2、共晶转变、共析转变、包晶转变、包析转变 3、晶面族、晶向族 4、有限固溶体、无限固溶体 5、晶胞 6、二次渗碳体 7、回复、再结晶、二次再结晶 8、晶体结构、空间点阵 9、相、组织 10、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度 12、淬透性、淬硬性 13、固溶体 14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、间隙固溶体 17、临界晶核 18、枝晶偏析 19、钢的退火，正火，淬火，回火 20、反应扩散 21、临界分切应力 22、调幅分解 23、二次硬化 24、上坡扩散 25、负温度梯度 26、正常价化合物 27、加聚反应 28、缩聚反应 29、 30、 二、选择 1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中_____。 A、两组元的原子尺寸不同 B、仅一组元的扩散 C、两组元的扩散速率不同 2、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于_____。 A、单相区中 B、两相区中 C、三相平衡水平线上 3、铸铁与碳钢的区别在于有无_____。 A、莱氏体 B、珠光体 C、铁素体 4、原子扩散的驱动力是_____。 A、组元的浓度梯度 B、组元的化学势梯度 C、温度梯度 5、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为_____。 A、原子互换机制 B、间隙机制 C、空位机制 6、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为_____。 A、肖脱基缺陷 B、弗兰克尔缺陷 C、线缺陷 7、理想密排六方结构金属的c/a为_____。 A、1.6 B、2×√(2/3) C、√(2/3) 8、在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及_____。 A、单相区 B、两相区 C、三相区 9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是_____。（其中Ko是平衡分配系数） A、1 《材料科学基础》课后习题答案 第一章材料结构的基本知识 4. 简述一次键和二次键区别 答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。 6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？ 答：材料的密度与结合键类型有关。一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。 9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。 答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。两相组织是指具有两相的组织。单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。 10. 说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说明稳态结构和亚稳态结构之间的关系。 答：同一种材料在不同条件下可以得到不同的结构，其中能量最低的结构称为稳态结构或平衡太结构，而能量相对较高的结构则称为亚稳态结构。所谓的热力学条件是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行，或者说结构转变必须存在一个推动力，过程才能自发进行。热力学条件只预言了过程的可能性，至于过程是否真正实现，还需要考虑动力学条件，即反应速度。动力学条件的实质是考虑阻力。材料最终得到什么结构取决于何者起支配作用。如果热力学推动力起支配作用，则阻力并不大，材料最终得到稳态结构。从原则上讲，亚稳态结构有可能向稳态结构转变，以达到能量的最低状态，但这一转变必须在原子有足够活动能力的前提下才能够实现，而常温下的这种转变很难进行，因此亚稳态结构仍可以保持相对稳定。 第二章材料中的晶体结构 1. 回答下列问题： （1）在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向： 32）与[236] （001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（132）与[123]，（2 （2）在立方晶系的一个晶胞中画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 解：（1） 中南大学考试试卷答案 2001 —— 2002 学年第二学期时间 110 分钟 材料科学与工程课程 64 学时 4 学分考试形式：闭卷 专业年级材料 1999 级总分 100 分，占总评成绩 70% 一、名词解释（5分×8） 1、金属玻璃 2、金属间化合物 3、离异共晶 4、晶界偏聚 5、科垂尔气团（Cottrell Atmosphere） 6、孪生 7、反应扩散 8、变形织构 参考答案： 1.金属玻璃：指金属从液态凝固后其结构与液态金属相同的固体； 2.金属间化合物：金属与金属、金属与某些非金属之间形成的化合物，结构与组成金属间化合物的纯金属不同，一一般具有熔点高、硬度高、脆性大的特点。 3.离异共晶：有共晶反应的合金中，如果成分离共晶点较远，由于初晶数量多，共晶数量很少，共晶中与初晶相同的相依附初晶长大，共晶中另外一个相呈现单独分布，使得共晶组织失去其特有组织特征的现象； 4.晶界偏聚：由于晶内与晶界上的畸变能差别或由于空位的存在使得溶质原子或杂质原子在晶界上的富集现象； 5.科垂尔气团：溶质原子在刃型位错周围的聚集的现象，这种气团可以阻碍位错运动，产生固溶强化效应等结果； 6.孪生：是晶体塑性变形的一种重要方式，晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向相对于另一部分晶体作均匀切变，使得相邻部分晶体取向不同，并以切变晶面（挛晶面）成镜面对称； 7.反应扩散：伴随有化学反应而形成新相的扩散称为反应扩散，如从金属表面向内部渗入金属时，渗入元素浓度超过溶解度出现新相； 8.变形织构：经过塑性变形后原来多晶体中位向不同的晶粒变成取向基本一致，形成晶粒的择优取向，择优取向后的晶体结构为织构，若织构是在塑性变形中产生的，称为变形织构。 二、问答题 1、（10分）标出hcp晶胞中晶面ABCDEF面、ABO面的晶面指数，OC方向、OC方向的晶向指数。这些晶面与晶向中，那些可构成滑移系？指出最容易产生滑移的滑移系。 试题二 1）（12分）根据CaTiO3晶胞图（见图1）回答下列问题： 1、晶面BCGF、DEG的晶面指数；晶向DF、HA的晶向指数。 2、结构中各离子的配位数为多少，写出其配位多面体； 3、晶胞分子数是多少？何种离子添何种空隙，空隙利用率是多少？ 4、结构中是否存在TiO32-离子，为什么？ 2）（11分）图2是镁橄榄石(Mg2[SiO4])结构示意图，试回答： 1．镁橄榄石属于哪种硅酸盐结构类型；2．计算说明O2-的电价是否饱和； 3．结构中有几种配位多而体，各配位多面体间的连接方式怎样? 4．镁橄榄石是否容易形成玻璃，为什么？ 二、（10分）写出下列缺陷反应式： 1、NaCl形成肖脱基缺陷。 2、AgI形成弗伦克尔缺陷（Ag+进入间隙） 3、TiO2掺入到Nb2O3中，请写出二个合理的方程，写出固溶体的化学式，并判断可能成立的方程是哪一种？ 三、（10分）判断下列叙述是否正确？若不正确，请改正。 1．Na2O-SiO2系统中随SiO2含量的增加，熔体的粘度将降低。 2．扩散的推动力是浓度梯度，所有扩散系统中，物质都是由高浓度处向低浓度处扩散。3．晶粒正常长大是小晶粒吞食大晶粒，反常长大是大晶粒吞食小晶粒。 4．固溶体是在固态条件下，一种物质以原子尺寸溶解在另一种物质中形成的单相均匀的固体。 5．在热力学平衡条件下，二元凝聚系统最多可以3相平衡共存，它们是一个固相、一个液相和一个气相。 四、（6分）什么叫弛豫表面？NaCl单晶表面具有什么样的结构特点？ 五、（6分）巳知Zn2+和Cr2+在尖晶石ZnCrO4中的自扩散系数与温度的关系分别为 1）试求1403K时Zn2+和Cr2+在ZnCrO4中的扩散系数。 2）如将细铂丝涂在两种氧化物ZnO和Cr2O3的分界线上，然后将这些压制成型的样品进行扩散退火。（标记物铂丝非常细，不影响离子在不同氧化物之间的扩散）。根据所得数据判断铂丝将向哪一方向移动？ 六、（6分）为什么在成核一生成机理相变中，要有一点过冷或过热才能发生相变?什么情况下需过冷，什么情况下需过热，各举一个例子。 七、（6分）粒径为1μ球状Al2O3由过量的MgO微粒包围，观察尖晶石的形成，在恒定温度下，第一个小时有20%的Al2O3起了反应，分别用扬德方程、金斯特林格方程计算完全反应的时间，对计算结果进行比较并说明为什么？ 八、（6分）陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？工艺上如何控制晶粒尺寸 （请列出三种途径）？ 九、（26分）图3 是A-B-C三元系统相图，根据相图回答下列问题： 1．在图上划分副三角形、用箭头表示各条界线上温度下降方向及界线的性质； 2．判断化合物D、M的性质； 3．写出各三元无变量点的性质及其对应的平衡关系式； 4．写出组成点G在完全平衡条件下的冷却结晶过程； 5．写出组成点H在完全平衡条件下进行加热时，开始出现液相的温度和完全熔融的温度；写出完全平衡条件下进行冷却，结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。 图 1材料科学基础上复习题库
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