材料科学基础12章相变(推荐完整)
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《材料科学基础》名词解释AOrowan mechanism (奥罗万机制)位错绕过第二相粒子,形成包围第二相粒子的位错环的机制。
Austenite(奥氏体)碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体。
B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。
Half-coherent interface(半共格相界)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一一对应,于是在界面上将产生一些位错,以降低界面弹性应变能。
这时两相原子部分保持匹配,这样的界面称为半共格界面。
Sheet texture(板织构)轧板时形成的组织的择优取向。
Peritectic reaction(包晶反应)固相和液相生成另一成分的固溶体的反应Peritectic segregation(包晶偏析)新生成的固相的芯部保留残余的原有固相,新相本身成分也不均匀。
Peritectic phase diagram(包晶相图)具有包晶反应的相图Peritectoid reaction(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。
Cellular structure(胞状结构)成分过冷区很小时,固相突出部分局限在很小区域内,不生成侧向枝晶。
Intrinstic diffusion coefficient(本征扩散系数)依赖热缺陷进行的扩散的扩散系数。
Transformed ledeburite(变态莱氏体)渗碳体和奥氏体组成的莱氏体冷却至727℃时奥氏体发生共析反应转变为珠光体,此时称变态莱氏体。
Deformation twins(变形孪晶)晶体通过孪生方式发生塑性变形时产生的孪晶(BCC,HCP)Chill zone(表层细晶区)和低温铸模模壁接触,强烈过冷形成的细小的方向杂乱的等轴晶粒细晶区。
Burger’s vector(柏氏矢量)表征位错引起的晶格点阵畸变大小和方向的物理量。
Asymmetric tilt boundary(不对称倾斜晶界)晶界两侧晶粒不对称的小角度晶界,界面含两套垂直的刃型位错。
第12章陶瓷材料12.1复习笔记一、陶瓷概述(1)陶瓷①定义传统上“陶瓷”是陶器与瓷器的总称。
后来,发展到泛指整个硅酸盐材料,包括玻璃、水泥、耐火材料、陶瓷等。
②分类陶瓷一般归纳为:工程陶瓷和功能陶瓷。
(2)新型无机材料新型无机材料是指在传统硅酸盐材料的基础上,用无机非金属物质为原料,经粉碎、配制、成型和高温烧结制得的无机材料,如功能陶瓷,特种玻璃,特种涂层等。
(3)新型无机材料与传统硅酸盐材料的比较①从组成上看新型无机材料的组成远远超过硅酸盐的范围,除氧化物和含氧酸盐之外,还有碳化物、氮化物、硼化物、硫化物及其他盐类和单质。
②从性能上看a.新型无机材料不仅具有熔点高,硬度高,化学稳定性好,耐高温,耐磨损等优点;b.一些特殊陶瓷还具有一些特殊性能,如介电性、压电性、铁电性、半导性、软磁性、硬磁性等。
二、陶瓷材料的典型结构陶瓷是指由金属(类金属)和非金属元素之间形成的化合物。
这些化合物的结合键主要是离子键或共价键。
1.离子晶体陶瓷结构(1)分类①NaCl型结构:MgO、NiO、FeO等;②CaF2型结构:等;③刚玉型结构:等;④钙钛矿型结构:。
(2)刚玉型结构(如图12-1-1所示)图12-1-1Al2O3晶体结构刚玉型结构中每晶胞有6个氧离子、4个铝离子。
其中:①氧离子占密排六方结点位置,铝离子配置在氧离子组成的八面体间隙中,但只填2/3如图12-1-1(b)所示;②铝离子的排列要满足铝离子之间的间距最大,因此每三个相邻的八面体间隙,就有一个是有规律地空着,如图12-1-1(a)所示。
(3)钙钛矿型结构(如图12-1-2所示)图12-1-2钙钛矿结构钙钛矿型结构中每个晶胞中有1个钛离子、1个钙离子、3个氧离子。
其中:①原子半径较大的钙离子与氧离子作立方最密堆积;②半径较小的钛离子位于氧八面体间隙中,构成钛氧八面体[TiO6]。
钛离子只占全部八面体间隙的1/4。
2.共价晶体陶瓷结构共价晶体陶瓷多属金刚石结构。
第一章材料的结构1.1材料的键合方式1离子键 2共价 3金属键4二次键 5混合键 6材料的结合键与性能1.2晶体学基本知识1晶体的特征 2空间点阵与晶胞 3晶系和布拉菲点阵 4空间点阵与晶体结构的关系5晶体的对称性概念 6晶面指数和晶向指数 7晶面间距 8晶面及晶向间的夹角 9晶带1.3纯金属的晶体结构1典型纯金属的晶体结构 2点阵常数与原子半径r的关系 3配位数和致密度 4 晶体中原子堆垛方式 5晶体结构中的间隙 6同素异构现象 7原子半径 8其他晶体结构1.4合金相结构1固溶体 2金属间化合物1.5陶瓷材料的晶体相结构1离子键结合的陶瓷晶体结构 2共价键结合的陶瓷晶体结构1.6非晶态金属(金属玻璃)1.6.1金属玻璃的获得与分类1.6.2金属玻璃结构模型1.7准晶体1.7.1准晶体的结构模型1.7.2准晶的稳定性1.8高分子材料的结构1.8.1高分子链结构1.8.2高分子的聚集态结构第2章空位与位错2.1 空位1空位的热力学分析 2空位的迁移 3材料中空位的实际意义2.2位错的基本类型及特征1刃型位错 2螺型位错 3混合位错2.3柏氏矢量2.3.1确定柏氏矢量的方法2.3.2柏氏矢量的特征和意义2.4位错的运动1位错滑移的晶格阻力 2刃型位错的运动 3螺型位错的运动 4混合位错的运动2.5位错的应变场和应力能2.5.1位错的应变能2.5.2位错的应力场2.6位错的受力2.6.1作用在位错上的力2.6.2位错的线张力2.7位错与晶体缺陷的交互作用1位错与点缺陷之间的交互作用 2位错之间的交互作用 3位错的塞积2.8位错的萌生与增殖2.8.1晶体中位错的萌生2.8.2晶体中位错的增殖2.9实际晶体中的位错组态1 FCC,BCC,HCP晶体中单位位错的柏氏矢量 2层错 3不全位错 4位错反应与扩展位错5位错的实际观察第三章材料的表面与界面3.1材料的表面3.1.1表面晶体学3.1.2表面热力学3.1.3实际表面3.2材料的界面3.2.1界面的定义和种类3.2.2晶界3.2.3相界3.2.4多晶材料中的界面第4章材料的凝固4.1金属液态结构与性能特点4.1.1液态金属与固态金属的比较4.1.2金属液态结构4.2金属结晶的基本规律4.2.1金属结晶的微观现象4.2.2金属结晶的宏观现象4.3晶核的长大4.3.1晶核长大的条件4.3.2液一固界面的微观结构4.3.3晶体长大的机制4.3.4纯金属长大的形态4.4结晶理论的应用4.4.1铸锭的组织及控制4.5聚合物的凝固第5章二元合金相图及合金的凝固和组织5.1二元相图的表示方法5.1.1二元合金中存在的相5.1.2二元相图的表示含义和杠杆定律5.1.3用实验方法测绘二元相图5.2匀晶相图及固溶体合金的凝固和组织1 相图分析2 固溶体合金的平衡凝固和组织3 固溶体合金的非平衡凝固和组织4 固溶体合金凝固过程中的溶质分布5 区域熔炼6 成分过冷及其对晶体成长形状和铸锭组织的影响5.3共晶相图及共晶系合金的凝固和组织1相图分析 2共晶系合金的平衡凝固和组织 3共晶组织及其形成机理 4共晶系合金的非平衡凝固和组织5.4包晶相图及其合金的凝固和组织1相图分析 2包晶系合金的平衡凝固和组织 3包晶系合金的非平衡凝固和组织4包晶转变的实际应用5.5偏晶相图及其合金的凝固和组织5.6形成化合物的二元相图5.6.1形成稳定化合物的二元相图5.6.2形成不稳定化合物的二元相图5.7具有固态转变的二元相图1 具有共析转变的相图 2具有包析转变的相图 3具有偏析转变的相图 4具有熔晶转变的相图 5具有无序一有序转变的相图 6具有固溶度变化的相图 7具有磁性转变的相图5.8如何分析和使用二元相图1 相图中的线条和相区分析 2结合Fe—Fe,c相图分析合金的平衡凝固过程及其组织变化 3 Cu—Sn合金系相图 4 M92Si04一Si02系相图 5 Zr02一Si02系相图5.9相图热力学基础1 吉布斯自由能与成分的关系 2克劳修斯一克莱普隆方程 3相平衡条件4吉布斯自由能曲线与相图第6章三元相图及合金的凝固组织6.1三元相图的成分表示法6.2三元相图的杠杆定律和重心法则6.2.1杠杆定律6.2.2重心法则6.3匀晶三元相图1 相图的空间模型 2合金的凝固过程及组织 3等温截面(或水平截面)4 变温截面(或垂直截面)6.4简单共晶三元相图1 相图的空间模型2合金的凝固过程和组织 3等温截面 4变温截面6.5 固态有限溶解的三元共晶相图1 相图的空间模型 2合金的凝固过程和组织3等温截面 4变温截面6.6具有包共晶反应的三元相图1 相图的空间模型 2合金的凝固过程和组织 3等温截面 4变温截面 5 固相具有固溶度时的相区界面投影图6.7具有三元包晶反应的三元相图6.8形成稳定化合物的三元相图6.8.1形成一个稳定化合物的三元相图简化法6.8.2形成几个稳定化合物的三元相图简化法6.9三元相图总结1 三元系的两相平衡 2三元系的三相平衡 3三元系的四相平衡 4液相面投影图5三元相图中的相区接邻规则6.10三元相图实例分析1Pb—Sn—Bi系2AI—Cu—Mg系 3W—C—Co系4Ire—Cr—C系 5Mgo—A1203一Si02系第7章固体材料中的扩散7.1扩散方程7.1.1菲克第一定律7.1.2菲克第二定律7.1.3菲克第二方程的解7.2扩散的微观机制1交换机制2间隙机制 3空位机制 4其他扩散机制7.3扩散系数7.3.1扩散系数的测定方法7.3.2影响扩散系数的因素7.4扩散的热力学分析7.4.1扩散驱动力7.4.2上坡扩散7.5固溶体中的扩散7.5.1固溶体中的自扩散7.5.2 固溶体中的互扩散——Kirkendall效应7.6反应扩散7.6.1反应扩散的概念7.6.2反应扩散的速率7.7离子晶体中的扩散7.8非晶体中的扩散7.8.1长链聚合物中的扩散7.8.2无机玻璃中的扩散7.9材料中扩散问题的几个实例1粉体材料的烧结 2渗碳 3铸锭的均匀化 4金属表面的氧化第8章材料塑性变形8.1单晶体金属的塑性变形8.1.1单晶体的滑移8.1.2扭折8.1.3孪生8.2多晶体的塑性变形8.2.1晶粒边界8.2.2晶界对多晶体塑性变形的影响8.2.3多晶体塑性变形的微观特点8.3单相固溶体合金塑性变形特点8.3.1屈服现象8.3.2应变时效8.4复相合金的塑性变形8.5金属冷加工后的组织与性能的变化8.5.1金属塑性变形后的组织变化8.5.2加工硬化8.5.3变形后金属中的残余应力8.5.4多晶体材料的织构(择优取向)8.6陶瓷材料的塑性变形8.7聚合物的变形8.7.1热塑性聚合物的变形8.7.2热固性塑料的变形第9章冷变形金属的回复再结晶与热加工9.1概述9.2冷变形金属的回复9.2.1回复动力学9.2.2回复过程的组织变化与回复机制9.3冷变形金属的再结晶1再结晶的形核 2再结晶动力学 3再结晶温度 4再结晶后的晶粒大小及再结晶全图5再结晶织构 6退火孪晶9.4晶粒长大9.4.1正常晶粒长大9.4.2反常晶粒长大(二次再结晶)9.5金属热加工9.5.1动态回复与动态再结晶9.5.2热加工后金属的组织与性能9.5.3超塑性第10章固态相变10.1固态相变概述1固态相变的分类 2固态相变的特点 3固态相变的热力学条件 4固态相变的形核5新相的长大 6相变动力学10.2过饱和固溶体的脱溶10.2.1脱溶的驱动力10.2.2脱溶顺序10.2.3脱溶方式及显微组织的变化10.2.4调幅分解10.3共析转变10.3.1 Fe—C合金中的共析转变10.3.2珠光体的形成过程10.3.3珠光体的组织特点及力学性能10.3.4有色合金中的共析转变10.4马氏体转变1 马氏体转变的特点 2马氏体转变热力学 3马氏体转变动力学 4马氏体转变晶体学 5热弹性马氏体和马氏体转变的可逆性 6有色合金中的马氏体 7非金属材料中的马氏体转变10.5贝氏体转变10.5.1贝氏体转变的特点10.5.2贝氏体的类型与组织形态10.5.3贝氏体转变的机制10.5.4贝氏体的性能10.6块型转变10.6.1纯金属中的块型转变10.6。
一、固态转变基本类型由于金属(合金)的结构和组织在固态下可以进行多种多样的形势转变,因此具有性能方面的多变性。
包括同素异形转变、脱溶、有序化转变等等,甚至回复、再结晶也属于固态转变。
分类:①扩散型相变;②非扩散型相变(切变型);③过渡型相变。
例1(名词解释):调幅分解例2(名词解释):一级相变、二级相变二、固态相变一般特点固态相变大多数为形核和生长的方式,由于此过程是在固态中进行,原子扩散速率甚低,且因新、旧相的比体积不同,其形核和生长不仅有界面能,还有因比体积差而产生的应变能,故固态相变往往不能达到平衡状态,而是通过非平衡转变形成亚稳相,且因形成时条件的不同,可能有不同的过渡相。
固态相变形成的亚稳相类型有多种,如固溶体脱溶产物、马氏体和贝氏体等。
固态相变要走转变阻力小、做功少的道路。
考点1:固态转变驱动力新旧两相自由能之差;阻力:新旧两相产生相界面引起界面自由能升高;新旧两相间因为比容不同导致的畸变能。
例:固态相变中,应变能产生的原因分析。
考点2:形核特点①非均匀形核;②核心的取向关系;③共格界面与半共格界面。
考点3:成长特点①惯习现象;②共格成长与非共格成长;③存在脱溶贯序。
例1(名词解释)惯习现象例2(名词解释):脱溶贯序考点4:新生组织形态应变能主导时优先形成饼状、圆片状;其次是针状;最后是球状。
界面能主导时,优先形成球状、其次是针状、最后是片状。
P.S. 脱溶基本完成后,新相、母相基本达到平衡浓度、再延长时间或者提高温度会发生新相聚集长大和形貌转化。
界面能主导:小粒子溶解、大粒子生长,半径越来越大,Δp=2σ/r (压应力)变小,脱溶相变稳定,向球形转变,脱溶相弯处向平处扩散;应变能主导:球状→立方状→棒状片状→编织组织。
例1:例题根据如图所示的析出物能够得到何种结论?例2:固态相变与液—固相变在形核、长大规律方面有何特点?分析这些特点对所形成的组织会产生什么影响?考点5:过渡相所谓过渡相是指成分或结构或两者都处于新旧相之间的一种亚稳态相。
材料科学基础相变相变是材料科学基础中重要的概念之一、相变指的是物质在一定的温度和压力下由一种物态转变为另一种物态的过程。
在相变过程中,物质的分子结构和物性发生了根本性的改变。
相变不仅在常见的物质如水和冰中发生,也在各种材料中都是普遍存在的。
相变的分类主要有几种,包括:一级相变和二级相变、固相变、液相变和气相变、晶体相变和非晶态相变等。
一级相变和二级相变是相变的基本分类之一、一级相变是指物质在相变过程中,在一定温度下会出现物质的两种形态共存的情况,例如水在0°C时同时存在液态水和固态冰。
在一级相变过程中,物质的温度保持不变,而吸收或释放的热量用于改变物质的物态。
二级相变则是指物质在相变过程中,直接从一种物态转变为另一种物态,没有物质两种形态共存的情况。
例如,水从液态直接转变为气态的过程。
固相变包括固固相变和固液相变。
固固相变指的是物质在固态下由一种结构转变为另一种结构。
这种相变在金属材料中尤为常见,例如铁的铁素体和奥氏体的相互转变。
固液相变是指物质在固态和液态之间的相变过程,例如冰的熔化就是固液相变的例子。
液相变通常指的是液体变为气体的相变过程,也就是蒸发过程。
在蒸发过程中,液体吸收外界的热量,分子动能增加,逐渐脱离液体表面,形成气体。
相反地,气体变为液体的过程称为凝结。
晶体相变是指物质晶体结构发生变化的相变过程。
晶体相变可以是由于温度的改变而引起,也可以是由于压力的改变而引起。
晶体相变的一个重要特点是在相变过程中结构的对称性发生了改变。
晶体相变的代表性例子之一是冰的六方晶相变为立方晶。
非晶态相变是指物质的非晶态结构发生变化的相变过程。
非晶态相变通常与玻璃态的形成有关,例如液态金属迅速冷却后变为非晶态。
非晶态相变在材料科学中的研究具有重要的理论和应用价值。
相变现象是材料科学基础中非常常见的现象。
通过对相变的深入研究,我们可以更好地理解材料的结构和性质变化规律,为材料设计和制备提供理论基础。
厦门理工学院《材料科学基础》练习题集 02第9章材料的凝固一、名词解释:1、均匀形核:在一定条件下,从液态金属中直接产生,原子呈规则排列的结晶核心。
2、非均匀形核:是液态金属依附在一些未溶颗粒表面或固液界面所形成的晶核。
3、变质处理:在液态金属结晶前,特意加入某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非均匀形核晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增加,从而提高了形核率,细化晶粒,这种处理方法即为变质处理。
4、变质剂:在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
5、枝晶偏析:实际生产中,合金冷却速度快,原子扩散不充分,使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多,后结晶含低熔点组元较多,这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析。
6、比重偏析:比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。
如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大,则在缓慢冷却条件下凝固时,先共晶相便会在液体中上浮或下沉,从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致,产生比重偏析。
7、溶质再分配8、成分过冷二、判断题:1、液态金属的结构特点是近程有序,长程无序。
()2、晶粒尺寸和形核率N、线长大速度Vg之间的关系是N/Vg越大,晶粒尺寸越大。
()3、区域提纯技术的理论基础是凝固过程中的溶质再分配。
()4、液-固粗糙界面可描述为微观粗糙、宏观平整。
()5、在结晶过程中,晶核越多,生长速率越慢,则凝固后的晶粒越细小。
()6、在单相固溶体铸锭结晶时,成分过冷越大,越易形成枝晶。
()7、由凝固理论可知,细化晶粒的途径是提高形核率,降低长大速率。
()8、金属-非金属型共晶具有粗糙-光滑型界面,所以它多为树枝状,针状或螺旋状。
()三、选择题:1、纯金属结晶均匀形核,当过冷度 T很小时,形核率低,是因为。
A、原子可动性低,相变驱动力低;B、原子可动性高,相变驱动力低;C、原子可动性低,相变驱动力高;D、原子可动性高,相变驱动力高;2、合金凝固时,出现成分过冷的原因是。