2012山东大学考研材料科学基础

《材料科学基础》\综述2. 课程的基本内容和要求（1 ）通过学习应着重掌握材料成分、组织、结构及加工过程与性能间的相互关系。

（2 ）掌握材料的结合方式、晶体学基础、材料的晶体结构。

（3 ）掌握点缺陷、线缺陷、面缺陷的模型和特点。

（4 ）掌握纯金属的结晶过程、结晶的热力学条件、形核规律、长大规律，了解结晶理论的实际应用。

（5 ）掌握相图的基本知识，二元相图的基本类型，二元相图的分析与使用方法，熟练应用铁碳相图。

（6 ）掌握三元相图的成分表示法、三元系平衡转变的定量法则、三元匀晶相图、三元共晶相图、三元相图的四相平衡转变、具有化合物的三元相图的分析方法。

（7 ）掌握单晶体的塑变、多晶体的塑变的规律，掌握塑性变形对金属组织与性能的影响，金属及合金强化的位错解释。

（8 ）掌握金属及合金在退火过程中的变化，掌握回复、再结晶、晶粒长大及金属热变形的规律。

（9 ）掌握典型钢中相变的一般规律、相变产物的生成条件、形态和结构本质，能初步选用典型热处理工艺。

第一章材料的晶体结构6 学时1. 教学内容与学时（1 ）原子的结合方式2 学时（2 ）晶体学基础2 学时（3 ）典型晶体结构及其几何特征 2 学时2. 重点与难点（1 ）重点：空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体结构。

（2 ）难点：六方晶系布拉菲指数标定，原子的堆垛方式。

3. 习题：1 －3 题第二章晶体缺陷12 学时1. 教学内容与学时（1 ）点缺陷2 学时（2 ）线缺陷8 学时（3 ）面缺陷2 学时2. 重点与难点（1 ）重点：位错等有关基本概念，点缺陷的平衡性质，位错的运动与晶体滑移的关系，位错的性质，柏氏矢量的性质与应用，位错反应。

（2 ）难点：位错模型，位错的应力场，不全位错的原子模型。

3. 习题：6-8,10-12 题。

第三章材料的相结构8 学时1. 教学内容与学时（1 ）固溶体1 学时（2 ）中间相1 学时（3 ）陶瓷晶体相1 学时（4 ）分子相5 学时2. 重点与难点（1 ）重点：各种相的概念及其分类方法。

《材料科学基础》试题库名词解释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、不平衡共晶、伪共晶、离异共晶 11、临界变形度12、淬透性、淬硬性 13、固溶体置换固溶体间隙固溶体14、均匀形核、非均匀形核 15、成分过冷 16、共析（共析）（包晶）反应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30、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，也是位错扫过后晶体相对滑动的量。

31、柯氏气团32、动态再结晶33、交滑移攀移34、相组织35、线缺陷36、热加工冷加工37、全位错不全位错38、位错反应39、相律40、相图描述各相平衡存在条件或共存关系的图解，也可称为平衡时热力学参量的几何轨迹。

41、点阵畸变在局部范围，原子偏离其正常的点阵位置，造成点阵畸变。

42、过冷度相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度。

43、形变织构多晶形变过程中出现的晶体学取向择优的现象。

44、二次再结晶再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。

45、滑移系晶体中一个滑移面及该面上的一个滑移方向的组合称一个滑移系。

46、孪生晶体受力后，以产生孪晶的方式进行的切变过程。

47、刃型位错和螺型位错模型将晶体上半部切开，插入半个晶面，再粘合起来；这样，在相当于刃端部为中心线的附近一定范围，原子发生有规则的错动。

其特点是上半部受压，下半部受拉。

这与实际晶体中的刃型位错造成的情景相同，称刃型位错模型。

同样，将晶体的前半部切开，以刃端为界使左右两部分沿上下发生一个原子间距的相对切变，再粘合起来，这时在已切动和未切动交界线附近，原子错动情况与真实的螺位错相似，称螺型位错模型。

一名词解释1 空间点阵2 合金3 离异共晶4 奥氏体5 反偏析6 滑移系7 柏氏矢量8 柯氏气团9 动态再结晶10 交滑移11 晶胞12 不平衡共晶31 相14 成分过冷15 异质形核16 置换固溶体17 不全位错18 位错反应19反应扩散20 热加工21 晶体结构22 伪共晶23 相律24 间隙固溶体25 枝晶偏析26 晶胞27 全位错28 铃木气团29 冷加工30 复滑移二问答题1说明各种原子结合键(五种键)的形成和本质，画出其示意图。

比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别。

画图说明固溶体中溶质原子的偏聚、有序、无序等分布状态，并说明其形成过程。

2 根据回复与再结晶的有关原理，画图说明一块纯锡板被子弹击穿后，弹孔周围晶粒尺寸的分布情况。

3画图表示位错与第二相粒子的作用机制？4 画图说明金属熔液过冷度和形核率之间的关系，并解释其原因。

5从能量角度说明上坡扩散的可行性以及应力引起上坡扩散的原因。

6 如下图所示，已知位错环ABCD的柏氏矢量为b, 切应力为 ，问：（1）位错环的各边分别是什么位错？（2）设想在晶体中怎样才能得到这个位错？（3）在图中切应力的作用下，位错环将如何运动？7 试述固态相变的特点。

说明过饱和Al-Cu合金各脱溶析出相的形态和结构特征，画出各析出相的析出动力学曲线。

画图说明调幅分解发生的能量条件。

8 试述晶粒大小对金属室温强度和塑性、韧性的影响。

9 共晶系中二元合金在不平衡结晶条件下将产生什么组织，分析其形成条件、形成过程和组织特征。

10 对钨板在1100℃、锡板在室温进行加工变形，它们的组织、性能变化有何异同？11 在一个简单立方晶胞内画出一个（110）晶面和一个[112]晶向。

12 如何根据一根位错线的柏氏矢量来判断其所导致的晶体滑移的方向和大小？13 在什么条件下可在三元相图的垂直截面中判断四相反应类型？如何判断？14 根据下图，用组织组成物填写各区，说明合金1在不平衡冷却条件下可能得到什么组织？1m e nαA B% → B15位错的线张力可表示为T＝αGb2, 求一曲率半径为R、柏氏矢量为b的位错保持弯曲平衡所需的切应力。

第10章回复与再结晶§1 冷变形金属在加热时的变化一、显微组织的变化二、性能的变化（一）力学性能的变化回复阶段：强度、硬度、塑性等力学性能变化不大。

再结晶阶段：随加热温度升高，强度、硬度显著下降，塑性急剧升高。

当晶粒长大时，强度、硬度继续下降，塑性在晶粒严重粗化时，也下降。

（二）物理性能的变化回复阶段：，密度变化不大，电阻明显下降；再结晶阶段：密度急剧升高。

（三）内应力的变化回复阶段，内应力部分消除；再结晶阶段，内应力全部消除。

§2 回复一、回复过程中微观结构的变化机制回复：回复的驱动力：弹性畸变能的降低。

根据回复阶段加热温度及内部结构变化特征、机制不同，将其分为三类：（一）低温回复温度：0.1T m~0.3 T m。

结构变化：主要是点缺陷的运动，空位浓度降低。

（二）中温回复温度：0.3T m~0.5 T m。

结构变化：除点缺陷的运动外，位错也开始运动，位错密度降低。

（三）高温回复温度：≥0.5 T m。

结构变化：位错运动发生多边化，形成亚晶结构；总的应变能下降。

二、回复动力学特点：①无孕育期；②变化速率先快后慢；③最后趋于恒定值。

回复过程的表达式：dx / dt= - cx (c=c0exp(-Q/RT))→ln(x0/x)= c0texp(-Q/RT)。

如果采用两个不同温度将同一冷变形金属的性能回复到同样程度，则有：三、去应力退火§3 再结晶再结晶：经冷变形的金属在足够高的温度下加热时，通过新晶粒的形核及长大，以无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒的过程。

再结晶是一个显微组织彻底改组、变形储能充分释放、性能显著变化的过程。

一、再结晶的形核及长大形核的两种方式：晶界凸出形核、亚晶形核。

（一）晶界凸出形核变形度较小时，再结晶核心一般以凸出形核方式形成。

如右图所示。

若界面由I向II推进，则：当α>π/2时，晶界可以自发生长，因此，凸出形核所需的能量条件为：ΔE>2σ/ lΔE-单位体积A、B相邻晶粒储存能差；ΔA-增加的晶界面积。