第
9章 材料的亚稳态
一、简答题
1．亚共析钢TTT 图如图9-1所示，按图中所示的不同冷却和等温方式热处理后，分析其形成的组织并作显微组织示意图。
图9-1
答：（1）α＋珠光体（α先形成于γ晶界处）；
（2）细片珠光体（屈氏体）；
（3）屈氏体＋马氏体（屈氏体先形成于γ晶界处）；
（4）上贝氏体＋马氏体（贝氏体呈羽毛状，从晶界向晶内生长）；
（5）马氏体组织。
2．w （C ）为1.2％钢淬火后获得马氏体和少量残留奥氏体组织，如果分别加热至180℃，300℃和680℃保温2h ，各将发生怎样的变化？说明其组织特征并解释之。
答：180℃回火：马氏体针叶中开始分解出微细碳化物，易浸蚀，呈暗色。
300℃回火：残留奥氏体发生分解，转变成α＋细碳化物，马氏体也分解成α＋细
碳化物，原马氏体形态不太明显。
680℃回火：碳化物呈粒状分布于铁素体基体中，组织为粒状珠光体。
3．共析钢的奥氏体化有几个主要过程？合金元素对奥氏体化过程有什么影响？
答：共析钢奥氏体化有四个主要过程：奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化、晶粒长大。合金元素的主要影响通过碳的扩散体现，碳化物形成元素阻碍碳的扩散，降低奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化速度。
4．何谓钢的冷脆性？是怎样产生的？如何防止？
答：（1）随着温度的降低，大多数钢材的强度会有所增加，而韧性下降。金属材料在低温下呈现的脆性称为冷脆性。值得一提的是，具有面心立方晶格结构的奥氏体不会发生低温脆性，而体心立方晶格的铁素体会发生低温脆性。钢材中磷含量的增加会显著增加钢材的冷脆性。
（2）产生原因：磷在纯铁中溶解度高，强度升高，塑韧性降低，钢的脆性转变温度急剧降（低温脆性）。
（3）防止措施：炼钢时控制磷的含量。
5．简述金相显微试样制备步骤。
答：金相显微试样的制备步骤主要包括取样、镶样、磨制、抛光、侵蚀等工序。
（1）取样。显微试样的选取应根据研究的目的，取其具有代表性的部位。确定好部位后就可把试样截下，试样的尺寸通常采用直径Φ12～15mm，高12～15mm的圆柱体或边长12～15mm的方形试样。
试样的截取方法视材料的性质不同而异，软的金属可用手锯或锯床切割，硬而脆的材料（如白口铸铁）则可用锤击打下，对极硬的材料（如淬火钢）则可采用砂轮片切割或电脉冲加工。不论采用那种方法，在切取过程中均不宜使试样的温度过于升高，以免引起金属组织的变化，影响分析结果。
（2）镶样。当试样的尺寸太小（如金属丝、薄片等）时，直接用手来磨制很困难，需要使用试样夹或利用样品镶嵌机，把试样镶嵌在低熔点合金或塑料（如胶木粉、聚乙烯及聚合树脂等）中。
（3）磨制。试样的磨制一般分粗磨和细磨两道工序。粗磨的目的是为了获得一个平整的表面。经粗磨后试样表面虽较平整，但仍还存在有较深的磨痕。细磨的目的就是为了消除这些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，为下一步的抛光作好准备。
（4）抛光。细磨后的试样还需进一步抛光。抛光的目的是去除细磨时遗留下来的细微磨痕而获得光亮的镜面。抛光方法一般分为机械抛光、电解抛光和化学抛光三种。
（5）侵蚀。经抛光后的试样若直接放在显微镜下观察，只能看到一片亮光，除某些非金属夹杂物（如MnS及石墨等）外，无法辨别出各种组成物及其形态特征。必须使用浸蚀剂对试样表面进行浸蚀，才能清楚地显示出显微组织的真实情况。
浸蚀方法是将试样磨面浸入浸蚀剂中，或用棉花沾上浸蚀剂擦拭表面。浸蚀时间要适
当，一般试样磨面发暗时即可，如果浸蚀不足可重复浸蚀。浸蚀完毕后立即用清水冲洗，
接着用酒精冲洗，最后用吹风机吹干。这样制得的金相试样即可在显微镜下进行观察和分析研究。
6．为什么共析钢过冷奥氏体转变为珠光体的形核率和长大速度具有极大值的特征。答：因为过冷奥氏体转变为珠光体是受过冷度和原子扩散两个因素控制的。随着转变温度的降低，过冷度增加，过冷奥氏体转变珠光体的相变驱动力增大，孕育期减小，珠光体转变的形核率增加，长大速度增大；但随着过冷度增大，转变温度降低，原子扩散能力减弱，因而导致过冷奥氏体转变珠光体的孕育期变大，又使珠光体转变的形核率减小，长大速度减小，故过冷奥氏体转变为珠光体的形核率和长大速度具有极大值。
7．分别论述过冷奥氏体产生热稳定化和机械稳定化的机理及影响因素。
答：（1）奥氏体的热稳定化。淬火时因缓慢冷却或在冷却过程中停留引起过冷奥氏体稳定性提高，使马氏体转变迟滞现象称为过冷奥氏体的热稳定化。
产生机理：C 、N 原子在适当温度下（热稳定化温度）向点阵位错处偏聚，钉扎位错，不仅强化奥氏体，使马氏体相变切变阻力增大，同时钉扎马氏体核坯，阻碍其长大，使过冷奥氏体转变马氏体产生迟滞现象，导致过冷奥氏体的热稳定化，因此发生必须附'γ→α加化学驱动力以克服溶质原子钉扎力。
影响热稳定化的因素：①等温温度。等温温度升高，C 、N 原子偏聚速度增大，达到最大稳定化时间缩短，稳定化速度增大；②等温时间。等温时间延长，C 、N 原子偏聚量增加，奥氏体稳定化程度增加；③化学成分。C 、N 原子影响最重要，无C 的Fe-Ni 合金无热稳定化现象，C 、N 原子总量大于0.01%就产生稳定化现象。C%增加，稳定化作用增加。强碳化物形成元素Cr 、Mo 、V 促进热稳定化作用；Ni 、Si 等非碳化物形成元素对热稳定化无影响。
（2）奥氏体的机械稳定化。在M s 点以上温度对过冷奥氏体进行塑性变形，会使随后的马氏体转变发生困难，M s 点下降，引起过冷奥氏体稳定化称为机械稳定化。
产生机理：由于塑性变形引入缺陷（或使缺陷增加），破坏了母相与新相（或其核坯）之间的共格关系，使马氏体转变时原子运动发生困难。
影响机械稳定化因素：①已转变马氏体量。已转变马氏体量增加，对周围奥氏体机械作用增强，奥氐体切变阻力增大，机械稳定化程度增加；②马氏体相变会造成母相塑性变形引入缺陷（或使缺陷增加），破坏了母相与新相（或其核坯）之间的共格关系，因而产生机械稳定化。M s 点以下等温停留，热稳定化和机械稳定化往往同时产生。
8．何谓高聚物的玻璃化转变温度？简述其影响因素。
答：非晶态的线性高聚物在不同温度下按力学性质分为玻璃态、高弹态和黏流态3种。
当温度较低时，分子热运动能力有限，不仅使整个大分子链无法运动，就是链段甚至个别链节也不能运动，使整个大分子失去柔韧性，这时高聚物类似于过冷液体的普通硅酸盐玻璃，因此称这种状态为玻璃态。高聚物呈现玻璃态的最高温度（Tg）称为玻璃化温度，即高聚物由高弹态向玻璃态的转变温度。在玻璃化转变时，除了高聚物的弹性模量E等力学性能数据发生不连续的明显变化外，聚合物的膨胀系数、热容、介电常数等也均将发生显著的变化。故玻璃化转变不是热力学相变，而是非平衡条件下的状态转变，这可看作一种体积松弛过程。玻璃化温度是高分子材料极重要的性质，是塑料和橡胶的分界线。
影响玻璃化温度的因素很多，通常有：
（1）链的柔顺性；
（2）分子间力的影响；
（3）共聚的影响；
（4）增塑剂的影响等。
9．某厂采用9Mn2V钢制造塑料模具，要求硬度为58～63 HRC。采用790℃油淬后200～220℃回火，使用时经常发生脆断。后来改用790℃加热后在260～280℃的硝盐槽中等温4h后空冷，硬度虽然降低至50HRC，但寿命大大提高，试分析其原因。
答：9Mn2V钢在淬火低温回火处理后，得到的主要是片状马氏体的回火组织，由于片状马氏体的亚结构为孪晶，且在形成时有微裂纹存在，故脆性较大。硝盐等温淬火得到的是下贝氏体，其基体铁素体的亚结构是高密度的位错，且无微裂纹存在，故脆性大为减小。
10．45钢的过冷奥氏体连续转变曲线如图9-2所示，请回答下列问题：（1）说明图中A1线、Ms、1线、2线、3线表示的意义；（2）过冷奥氏体转变产物有哪些？写出各
种转变产物的名称、相变类型、组织形态和性能特点；（1234下，各得到何种组织？（4）指出与V 1、V 2、V 3、V 4相对应的热处理工艺名称是什么？
答：（1）A1线为共析线；Ms 为马氏体转变开始线；1线为过冷奥氏体向铁素体转变开始线；2线为珠光体转变终了线；3线为贝氏体转变开始线。
（2）过冷奥氏体转变产物：①珠光体，扩散型相变，片状组织，强度较高，塑性较好；②铁素体，扩散型相变，块状组织，强度低，塑性好；③马氏体，非扩散型相变，板条或片状，强度高，脆性大；④贝氏体，兼有扩散与非扩散相变特点，上贝氏体，羽毛状，脆性大，下贝氏体，片状，强度高，韧性好。
（3）V 1—铁素体、珠光体；V 2—铁素体、珠光体；V 3—铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体；V 4—马氏体。
（4）V 1、V 2
—退火，V 3—正火，V 4—淬火。图9-2
11．说明晶体结构为何不存在5次或高于6次的对称轴？
答：5次或高于6次对称轴不能满足阵点周围环境相同的条件，不具有平移对称性，不能实现有规则周期排列的晶体结构。
二、计算题
1．非晶态合金的晶化激活能可用Ozawa 作图法，利用在不同的连续加热条件下测得的晶化温度Tx 和加热速率a 之间存在的线性关系求得，已测得非晶Fe 79B 16Si 5合1ln -x x
T a T 金预晶化相α-Fe 的如表9-1所示。求激活能。
表9-1晶化温度/Z
加热速率a/（K·）-1min （开始）1x T （开始）
2x T
2.55
10
20
772781790800786794803
812解：按表中数据作图（如图9-3所示），近似于直线，利用最小二乘法拟合1ln
-x x
T a T 出各直线方程为：从直线斜率求得α-Fe 预晶化相析出阶段的激活能为（382～407）kJ/mol 。
图9-3
2．由于结晶的不完整性，结晶态的高聚物中晶区和非晶区总是并存的。已测得两种结晶态的聚四氟乙烯的（体积分数）结晶度和密度分别为φ1＝51.3％，φ2＝74.2％和
第9章材料的亚稳态 材料的稳定状态是指其体系自由能最低时的平衡状态，通常相图中所显示的即是稳定的平衡状态。但由于种种因素，材料会以高于平衡态时自由能的状态存在，处于一种非平衡的亚稳态。同一化学成分的材料，其亚稳态时的性能不同于平衡态时的性能，而且亚稳态可因形成条件的不同而呈多种形式，它们所表现的性能迥异，在很多情况下，亚稳态材料的某些性能会优于其处于平衡态时的性能，甚至出现特殊的性能。因此，对材料亚稳态的研究不仅有理论上的意义，更具有重要的实用价值。 材料在平衡条件下只以一种状态存在，而非平衡的亚稳态则可出现多种形式，大致有以下几种型： 1).细晶组织。当组织细小时，界面增多，自由能升高，故为亚稳状态。其中突出的例子是超细的纳米晶组织，其晶界体积可占材料总体积的50%以上； 2).高密度晶体缺陷的存在。晶体缺陷使原子偏离平衡位置，晶体结构排列的规则性下降，故体系自由能增高。另外，对于有序合金，当其有序度下降，甚至呈无序状态（化学无序）时，也使自由能升高； 3).形成过饱和固溶体。即溶质原子在固溶体中的浓度超过平衡浓度，甚至在平衡状态是互不溶解的组元发生了相互溶解； 4).发生非平衡转变，生成具有与原先不同结构的亚稳新相，例如钢及合金中的马氏体。贝氏体，以及合金中的准晶态相等； 5).由晶态转变为非晶态，由结构有序变为结构无序，自由能增高。 9.1纳米晶材料 霍尔—佩奇(Hall-Petch)公式指出了多晶体材料的强度与其晶粒尺寸之间的关系，晶粒越细小则强度越高。但通常的材料制备方法至多只能获得细小到微米级的晶粒，霍尔—佩奇公式的验证也只是到此范围。如果晶粒更为微小时，材料的性能将如何变化？制得这种超细晶材料，是一个留待解决的问题。自20世纪80年代以来，随着材料制备新技术的发展，人们开始研制出晶粒尺寸为纳米（nm）级的材料，并发现这类材料不仅强度更高（但不符合霍尔一佩奇公式），其结构和各种性能都具有特殊性，引起了极大的兴趣和关注。纳米晶材料（或称纳米结构材料）已成为国际上发展新材料领域中的一个重要内容，并在材料科学和凝聚态物理学科中引出了新
亚稳态是指触发器无法在某个规定时间段内达到一个可确认的状态。当一个触发器进入亚稳态时，既无法预测该单元的输出电平，也无法预测何时输出才能稳定在某个正确的电平上。在这个稳定期间，触发器输出一些中间级电平，或者可能处于振荡状态，并且这种无用的输出电平可以沿信号通道上的各个触发器级联式传播下去。 1．亚稳态发生的原因 在同步系统中，如果触发器的setup time / hold time不满足，就可能产生亚稳态，此时触发器输出端Q在有效时钟沿之后比较长的一段时间处于不确定的状态，在这段时间里Q端毛刺、振荡、固定的某一电压值，而不是等于数据输入端D的值。这段之间成为决断时间（resolution time）。经过resolution time之后Q端将稳定到0或1上，但是究竟是0还是1，这是随机的，与输入没有必然的关系。 2．亚稳态的危害 由于输出在稳定下来之前可能是毛刺、振荡、固定的某一电压值，因此亚稳态除了导致逻辑误判之外，输出0～1之间的中间电压值还会使下一级产生亚稳态（即导致亚稳态的传播）。逻辑误判有可能通过电路的特殊设计减轻危害（如异步FIFO中Gray码计数器的作用），而亚稳态的传播则扩大了故障面，难以处理。 3．亚稳态的解决办法 只要系统中有异步元件，亚稳态就是无法避免的，因此设计的电路首先要减少亚稳态导致错误的发生，其次要使系统对产生的错误不敏感。前者要*同步来实现，而后者根据不同的设计应用有不同的处理办法。用同步来减少亚稳态发生机会的典型电路如图1所 示。 左边为异步输入端，经过两级触发器同步，在右边的输出将是同步的，而且该输出基本不存在亚稳态。其原理是即使第一个触发器的输出端存在亚稳态，经过一个CLK周期后，第二个触发器D端的电平仍未稳定的概率非常小，因此第二个触发器Q端基本不会产生亚稳态。注意，这里说的是―基本‖，也就是无法―根除‖，那么如果第二个触发器Q出现了亚稳态会有什么后果呢？后果的严重程度是有你的设计决定的，如果系统对产生的错误不敏感，那么系统可能正常工作，或者经过短暂的异常之后可以恢复正常工作，例如设计异步FIFO时使用格雷码计数器当读写地址的指针就是处于这方面的考虑。如果设计上没有考虑如何降低系统对亚稳态的敏感程度，那么一旦出现亚稳态，系统可能就崩溃了。 4 亚稳态与系统可靠性 使用同步电路以后，亚稳态仍然有发生的可能，与此相连的是平均故障间隔时间MTBF（mean time between failure），亚稳态的发生概率与时钟频率无关，但是MTBF与时钟有密切关系。有文章提供了一个例子，某一系统在20MHz 时钟下工作时，MTBF约为50年，但是时钟频率提高到40MHz 时，MTBF 只有1 分钟！可见降低时钟频率可以大大减小亚稳态导致系统错误的出现，其原因在于，时钟周期如果尽可能的大于resolution time 可减小亚稳态传递到下一级的机会，可提高系统的MTBF，
材料科学基础-材料的亚稳态 (总分：180.00，做题时间：90分钟) 一、论述题(总题数：18，分数：180.00) 1.从内部微观结构角度简述纳米材料的特点。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的性能有突变的材料。按维数分，纳米材料的基本单元可分为3类：(1)零维，指在空间三维尺寸均处在纳米尺度，如纳米粉体材料；(2)一维，指在空间有二维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；(3)二维．指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。 由于纳米微粒的超细尺寸，它与光波波长、中子波长、平均自由程等为同一数量级，因此量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧穿效应，以及体积分数超过50%晶界结构的影响使纳米材料呈现出特殊的力学、物理和化学性能。) 解析： 2.试分析的Ni3Al粒子尺寸对Ni-Al合金流变应力影响的作用机制。 （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(此例中的Ni3Al纳米颗粒是作为第二相分布于基体中的，故应以第二相微粒的弥散强化机制来分析之。) 解析： 3.说明晶体结构为何不存在5次或高于6次的对称轴? （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(5次或高于6次对称轴不能满足阵点周围环境相同的条件，不具有平移对称性，不能实现有规则周期排列的晶体结构。) 解析： 4.何谓准晶?如何描绘准晶态结构? （分数：10.00） __________________________________________________________________________________________ 正确答案：(准晶系不具有平移对称性，然而是呈一定周期性有序排列的类似于晶态的一种原子聚集态固体。在三维空间中，它们除了具有5次对称轴外，还有8，10或12次对称轴，其衍射花样呈现出非晶体学对称性。大多数准晶相是亚稳的，只能用快速凝固的方法获得。众所周知，用正三角形、正方或正六边形可做平面的周期拼砌，然而用正五边形来拼砌，不能无重叠或无任何间隙铺满整个平面。因此，准晶态结构不能如同晶体那样取一个晶胞来代表其结构，即无法通过平移操作实现周期性。目前较常用的是拼砌花砖方式的模型来表征准晶结构。例如：5次对称的准周期结构可用边长相等、角度分别为36°和144°(窄)，以及72°和108°(宽)的两种菱形，遵照特别的匹配法将其构造出来。) 解析：
材料科学基础知识精要与真题详解，益星学习网提供全套资料 目录 第一章原子结构与键合 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第二章固体结构 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第三章晶体缺陷 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第四章固体中原子及分子的运动 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第五章材料的形变和再结晶 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第六章单组元相图及纯晶体的凝固 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第七章二元系相图及合金的凝固 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第八章三元相图 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第九章材料的亚稳态 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第十章材料的功能特性 第一节重点与难点解析
第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 附录 附录1 清华大学2009年《材料科学基础》考研试题与答案 附录2 吉林大学2010年《材料科学基础》考研试题与答案 附录3 中南大学大学2009年《材料科学基础》考研试题与答案 附录4 北京科技大学2010年《材料科学基础》考研试题与答案 附录5 天津大学2010年《金属材料科学基础》考研试题与答案 附录6 上海交通大学2007年《材料科学基础》考研试题与答案 附录7 华中科技大学2007年《材料科学基础》考研试题与答案 附录8 北京理工大学2008年《材料科学基础》考研试题与答案 附录9 东北大学2009年《材料科学基础》考研试题与答案 附录10 重庆大学2011年《金属学及热处理》考研试题与答案 第一章原子结构与键合 第一节重点与难点解析 一、原子结构 1．物质的组成 一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。原子结构直接影响原子间的结合方式。 2．原子的结构 原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成的。原子的体积很小，直径约为10-10m数量级，而其原子核直径更小，仅为10-15m数量级。原子的质量主要集中在原子核内。每个质子和中子的质量大致为1.67×10-24g，而电子的质量约为9.11×10-28g，仅为质子的1/1836。 3．原子的电子结构 描述原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数表示。多电子的原子中，核外电子的排布规律遵循三原则，即能量最低原理、Pauli不相容原理和Hund规则。 4．元素周期表 具有相同核电荷数的同一类原子为一种元素。元素周期表是元素周期律的具体表现形式，它反映了元素之间相互联系的规律，元素在周期表中的位置反映了该个元素的原子结构和一定的性质。
第 9章 材料的亚稳态 一、简答题 1．亚共析钢TTT 图如图9-1所示，按图中所示的不同冷却和等温方式热处理后，分析其形成的组织并作显微组织示意图。 图9-1 答：（1）α＋珠光体（α先形成于γ晶界处）； （2）细片珠光体（屈氏体）； （3）屈氏体＋马氏体（屈氏体先形成于γ晶界处）； （4）上贝氏体＋马氏体（贝氏体呈羽毛状，从晶界向晶内生长）； （5）马氏体组织。 2．w （C ）为1.2％钢淬火后获得马氏体和少量残留奥氏体组织，如果分别加热至180℃，300℃和680℃保温2h ，各将发生怎样的变化？说明其组织特征并解释之。 答：180℃回火：马氏体针叶中开始分解出微细碳化物，易浸蚀，呈暗色。 300℃回火：残留奥氏体发生分解，转变成α＋细碳化物，马氏体也分解成α＋细 碳化物，原马氏体形态不太明显。
680℃回火：碳化物呈粒状分布于铁素体基体中，组织为粒状珠光体。 3．共析钢的奥氏体化有几个主要过程？合金元素对奥氏体化过程有什么影响？ 答：共析钢奥氏体化有四个主要过程：奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化、晶粒长大。合金元素的主要影响通过碳的扩散体现，碳化物形成元素阻碍碳的扩散，降低奥氏体形成、渗碳体溶解、奥氏体均匀化速度。 4．何谓钢的冷脆性？是怎样产生的？如何防止？ 答：（1）随着温度的降低，大多数钢材的强度会有所增加，而韧性下降。金属材料在低温下呈现的脆性称为冷脆性。值得一提的是，具有面心立方晶格结构的奥氏体不会发生低温脆性，而体心立方晶格的铁素体会发生低温脆性。钢材中磷含量的增加会显著增加钢材的冷脆性。 （2）产生原因：磷在纯铁中溶解度高，强度升高，塑韧性降低，钢的脆性转变温度急剧降（低温脆性）。 （3）防止措施：炼钢时控制磷的含量。 5．简述金相显微试样制备步骤。 答：金相显微试样的制备步骤主要包括取样、镶样、磨制、抛光、侵蚀等工序。 （1）取样。显微试样的选取应根据研究的目的，取其具有代表性的部位。确定好部位后就可把试样截下，试样的尺寸通常采用直径Φ12～15mm，高12～15mm的圆柱体或边长12～15mm的方形试样。 试样的截取方法视材料的性质不同而异，软的金属可用手锯或锯床切割，硬而脆的材料（如白口铸铁）则可用锤击打下，对极硬的材料（如淬火钢）则可采用砂轮片切割或电脉冲加工。不论采用那种方法，在切取过程中均不宜使试样的温度过于升高，以免引起金属组织的变化，影响分析结果。 （2）镶样。当试样的尺寸太小（如金属丝、薄片等）时，直接用手来磨制很困难，需要使用试样夹或利用样品镶嵌机，把试样镶嵌在低熔点合金或塑料（如胶木粉、聚乙烯及聚合树脂等）中。 （3）磨制。试样的磨制一般分粗磨和细磨两道工序。粗磨的目的是为了获得一个平整的表面。经粗磨后试样表面虽较平整，但仍还存在有较深的磨痕。细磨的目的就是为了消除这些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，为下一步的抛光作好准备。 （4）抛光。细磨后的试样还需进一步抛光。抛光的目的是去除细磨时遗留下来的细微磨痕而获得光亮的镜面。抛光方法一般分为机械抛光、电解抛光和化学抛光三种。 （5）侵蚀。经抛光后的试样若直接放在显微镜下观察，只能看到一片亮光，除某些非金属夹杂物（如MnS及石墨等）外，无法辨别出各种组成物及其形态特征。必须使用浸蚀剂对试样表面进行浸蚀，才能清楚地显示出显微组织的真实情况。 浸蚀方法是将试样磨面浸入浸蚀剂中，或用棉花沾上浸蚀剂擦拭表面。浸蚀时间要适
材料科学基础知识精要 与真题详解 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022
材料科学基础知识精要与真题详解，益星学习网提供全套资料目录 第一章原子结构与键合 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第二章固体结构 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第三章晶体缺陷 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第四章固体中原子及分子的运动 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第五章材料的形变和再结晶 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解
第六章单组元相图及纯晶体的凝固 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第七章二元系相图及合金的凝固 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第八章三元相图 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第九章材料的亚稳态 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 第十章材料的功能特性 第一节重点与难点解析 第二节考研真题详解 第三节期末考试真题详解 附录 附录1 清华大学2009年《材料科学基础》考研试题与答案
附录2 吉林大学2010年《材料科学基础》考研试题与答案 附录3 中南大学大学2009年《材料科学基础》考研试题与答案 附录4 北京科技大学2010年《材料科学基础》考研试题与答案 附录5 天津大学2010年《金属材料科学基础》考研试题与答案 附录6 上海交通大学2007年《材料科学基础》考研试题与答案 附录7 华中科技大学2007年《材料科学基础》考研试题与答案 附录8 北京理工大学2008年《材料科学基础》考研试题与答案 附录9 东北大学2009年《材料科学基础》考研试题与答案 附录10 重庆大学2011年《金属学及热处理》考研试题与答案 第一章原子结构与键合 第一节重点与难点解析 一、原子结构 1．物质的组成 一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。原子结构直接影响原子间的结合方式。 2．原子的结构 原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成的。原子的体积很小，直径约为10-10m数量级，而其原子核直径更小，仅为10-15m 数量级。原子的质量主要集中在原子核内。每个质子和中子的质量大致为1.67×10-24g，而电子的质量约为9.11×10-28g，仅为质子的 1/1836。 3．原子的电子结构
第五章：：1.材料：弹性变形；塑性变形：外形尺寸变化，内部组织性能变化 2.弹性的不完整性：（1）包申格效应：经预先加载产生少量变形（<4%），而后同向加载则se↗，反向加载则se↘（2）弹性后效：在弹性极限se范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象（3）弹性滞后：由于应变落后于应力，在s-e曲线上加载曲线与卸载线不重合，而形成一封闭回线 3.单晶体的塑性变形：滑移、孪生、扭折、晶界滑动、扩散性蠕变 4.滑移系：晶体中一个滑移面和该面上一个滑移方向组成 5.滑移的不均匀性：沿一定晶面、一定方向进行。即滑移面、滑移方向. 6.Fcc12个滑移系；hcp3个滑移系；bcc48个滑移系；一般滑移系愈多，滑移过程中可能采取的空间取向也就愈多，这种材料的塑性就愈好。hcp低温下或者当滑移受阻时会孪生。 7.孪生是在切应力作用下沿特定的晶面与晶向产生的均匀切变。（成核、长大两个阶段） 8.孪生的机制：孪生时每层晶面的位置是借助一个不全位错（肖克莱）的移动而成的，是借助位错增殖的极轴机制来实现的。 9.滑移变形的基本特点：Ⅰ) 滑移变形系不均匀切变，它只集中在某些晶面上；Ⅱ) 滑移结果两部分晶体产生相对移动，移动的距离△＝nb，仍保持晶体学的一致性；Ⅲ) 沿着一定的晶面和晶向进行，滑移系较多的材料为（fcc）一般具有较好塑性；Ⅳ) 在切应力作用下，且t＞tc；Ⅴ）滑移同时，滑移面和滑移方向将发生转动；Ⅵ）实质位错沿滑移面的运动过程 10.孪生的主要特点：Ⅰ）孪生是均匀切变;Ⅱ）相对移动距离不是孪生方向的原子间距的整数倍，孪生改变了晶体取向,面两边晶体位向不同成镜面对称；Ⅲ）每一层原子面均相对其邻面沿孪生方向位移了一定距离，且每一层原子相对于孪生面的切变量和它与孪生面的距离成正比；Ⅴ）在切应力作用下，且t > tc但tc(孪生)> tc(滑移)Ⅵ）实质借助一个不全位错运动而成，存在形核与长大过程。 11.晶粒大小对机械性能的影响: 晶粒愈细、晶界愈多→强化效应↑－细晶强化 12.塑性变形后组织与性能的变化{13.14（性能变化）.15} 13.晶粒形状变化：纤维状组织——强烈冷变形的特征；各向异性 14.加工硬化：塑性变形后在性能上最为突出的是强度（硬度）显著提高，塑性迅速下降，这就是加工硬化现象（加工硬化现象与位错间的交互作用有关） 15.变形织构：单向塑性变形时，多晶体中原为任意位向的各个晶粒经转动后会使各个晶粒的取向趋于一致，这个过程称为“择优取向”，择优取向后的晶体结构称为“织构”（Texture）——变形织构以区别退火织构和再结晶织构。 16.陶瓷材料脆断机理:结合键：共价键、离子键;晶体结构复杂、滑移系少、b大、P－N高，难于运动，难于满足多系滑移条件;显微裂纹→应力集中 17.冷变形材料在加热时先后经历：回复和再结晶晶粒长大 18.再结晶：将冷变形后的金属加热到一定温度后，会在原变形组织中生成新的无畸变、等轴的晶粒，新的晶粒会逐渐取代变形的组织，且金属性能也恢复到变形前的状态。（再结晶无晶体结构和化学成分的变化，不属于相变） 19.再结晶的转变驱动力：晶体的弹性畸变能 20.再结晶的形核机制：（1）晶界弓出形核：变形量较小（<20％）多晶体，其再结晶核心往往以晶界弓出方式形成或称应变导致的晶界迁移，凸出形核方式形成。（2）亚晶形核：当变形度较大（>20%）时，形成位错缠结组成的胞状结构→多边形化→亚晶，借助亚晶作为再结晶的核心 21.再结晶温度：冷变形材料开始进行再结晶的最低温度称为再结晶温度 22.再结晶后晶粒的长大：冷变形材料在完成再结晶后继续加热时会发生晶粒长大