第15章 化学成分的不均匀性

复合材料第三部分 复合材料的增强材料第十五章 复合材料的界面及界面优化设计教学目的:通过本章的学习，掌握复合材料的界面及 作用，聚合物基复合材料的界面及改性方法，几种聚 合物基复合材料的形成和改善界面的途径，界面表征 的方式。

重点内容: 1、复合材料的界面及界面改性方法。

2、复合材料改善界面的途径。

难点:复合材料界面与性能的关系。

熟悉内容:复合材料界面的研究内容及方法。

12主要英文词汇：Composite material---复合材料 Composite interface---复合材料界面 Residual stress of composite interface---复合材料界面 残余应力 Reaction of composite interface---复合材料界面反应 Modification of composite interface---复合材料的界 面改性 Mechanics of composite interface---复合材料界面力学3Bonding strength of composite interface---复合材料界面 黏结强度 Optimum design of composite interface---复合材料界面 优化设计 Compatibility of composite interface---复合材料界面相 容性 Mechanics of composite---复合材料力学 Micromechanics of composite---复合材料细观力学4参考教材或资料：1、复合材料学----周祖福 （武汉理工大学出版社，2004年） 2、现代复合材料----陈华辉 邓海金 李 明 （中国物质出版社,1998） 3、复合材料概论----王荣国 武卫莉 （哈尔滨工业大学出版社,1999） 4、复合材料--------吴人洁（天津大学出版社,2000） 5、复合材料科学与工程---倪礼忠,陈麒(科学出版社,2002) 6、复合材料及其应用—尹洪峰,任耘（陕西科学技术出版社,2003） 7、高性能复合材料学---郝元恺,肖加余 (化学工业出版社,2004) 8、新材料概论--- 谭毅, 李敬锋(冶金工业出版社,2004) 9、先进复合材料----鲁 云 朱世杰 马鸣图 （机械工业已出版社,2004） 10、复合材料--------周曦亚（化学工业出版社,2005）515、复合材料的界面及界面优化设计21世纪对材料要求多样化，复合材料开发有很大发 展，复合材料整体性能的优劣与界面结构和性能关系密 切。

铸件各部分化学成分不均匀的现象称为铸件各部分化学成分不均匀的现象称为“组分不均”。

在铸件制造过程中，组分不均是一种常见的质量问题，它可能导致铸件的性能下降，甚至造成铸件失效。

组分不均主要是由于铸造过程中的凝固过程造成的。

在铸造中，熔融金属经过凝固转变为固态金属。

凝固过程中，金属中的元素会以不同的速度凝固，从而导致组分不均。

例如，一些元素可能会首先凝固，而其他元素则会在后续凝固中分离出来。

这种不均匀的凝固过程会导致铸件内部的组分不均。

除了凝固过程，原材料的组分不均也可能导致铸件的组分不均。

如果铸造时使用的原材料中存在成分不均匀的情况，那么在铸造过程中，这种不均匀性就会传递到铸件中。

原材料的组分不均可能是由于生产过程中的操作不当，或者是原材料本身的质量问题导致的。

组分不均对铸件的性能和品质都有不利影响。

首先，组分不均可能导致铸件的力学性能降低。

例如，一些区域的成分偏低可能导致该区域的强度下降。

其次，组分不均还可能导致铸件出现表面缺陷，如气孔、夹杂物等。

这些缺陷不仅会影响铸件的外观，还可能导致铸件在使用过程中发生断裂等失效问题。

为了解决铸件组分不均的问题，可以采取一些措施。

首先，需要优化铸造工艺，尽量减少凝固过程中的组分分离现象。

其次，对原材料进行严格的质量控制，确保原材料的组分均匀稳定。

此外，还可以使用一些铸造辅助剂，如改善凝固过程的添加剂，来改善铸件的组分均匀性。

总之，铸件各部分化学成分不均匀的现象称为组分不均。

组分不均可能由凝固过程和原材料的组分不均引起，它对铸件的性能和品质有不利影响。

为了解决组分不均问题，需要优化铸造工艺，严格控制原材料质量，并使用适当的铸造辅助剂。

这样可以提高铸件的质量，确保其满足使用要求。

《金属学与热处理》复习题绪论基本概念：1.工艺性能:金属材料适应实际加工工艺的能力。

（分类）2.使用性能：金属材料在使用时抵抗外界作用的能力。

（分类）3.组织：用肉眼，或不同放大倍数的放大镜和显微镜所观察到的金属材料内部的情景。

宏观组织：用肉眼或用放大几十倍的放大镜所观察到的组织。

（金属内部的各种宏观缺陷）显微组织：用100-2000倍的显微镜所观察到的组织。

（各个组成相的种类、形状、尺寸、相对数量和分布，是决定性能的主要因素）4：结构：晶体中原子的排列方式。

第一章基本概念：1.金属：具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度升高而增加。

2.金属键；金属正离子和自由电子之间相互作用而形成的键。

3.晶体：原子（离子）按一定规律周期性地重复排列的物质。

4.晶体特性：(原子)规则排列；确定的熔点；各向异性；规则几何外形。

5.晶胞：组成晶格的最基本的几何单元。

6.配位数:晶格中任一原子周围与其最近邻且等距的原子数目。

7.晶面族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶面称为晶面族。

8.晶向族：原子排列相同但空间位向不同的所有晶向称为晶向族。

9.多晶型性：当外部条件（如温度和压强）改变时，有些金属会由一种晶体结构向另一种晶体结构转变。

又称为同素异构转变。

10.晶体缺陷：实际晶体中原子排列偏离理想结构的现象。

11.空位：晶格结点上的原子由于热振动脱离了结点位置，在原来的位置上形成的空结点。

12.位错：晶体中有一列或若干列原子发生了有规则的错排现象，使长度达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内的原子离开其平衡位置，发生了有规律的错动。

13.柏氏矢量：在实际晶体中沿逆时针方向环绕位错线作一个闭合回路。

在完整晶体中以同样的方向和步数作相同的回路，由回路的终点向起点引一矢量，该矢量即为这条位错线的柏氏矢量。

14.晶粒：晶体中存在的内部晶格位向完全一致，而相互之间位向不相同的小晶体。

15.各向异性：由于晶体中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而晶体在不同方向上的性能有所差异。

名词解释一百单八将1、晶体原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。

2、中间相两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。

由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。

3、亚稳相亚稳相指的是热力学上不能稳定存在，但在快速冷却成加热过程中，由于热力学能垒或动力学的因素造成其未能转变为稳定相而暂时稳定存在的一种相。

4、配位数晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。

5、再结晶冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶（指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程）6、伪共晶非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶。

7、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。

8、过时效铝合金经固溶处理后，在加热保温过程中将先后析出GP 区，θ ”，θ ’，和θ。

在开始保温阶段，随保温时间延长，硬度强度上升，当保温时间过长，将析出θ ’，这时材料的硬度强度将下降，这种现象称为过时效。

9、形变强化金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为形变强化。

10、固溶强化由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。

11、弥散强化许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种材料的强度往往会增加，称为弥散强化。

12、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。

13、扩展位错通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。

14、螺型位错位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。

金属学与热处理课后答案第一章填表：晶格类型原子数原子半径配位数致密度体心立方2a 43868%面心立方4a 421274%密排六方6a211274%5、作图表示出立方晶系（1 2 3）、（0 -1 -2）、（4 2 1）等晶面和[-1 0 2]、[-2 1 1]、[3 4 6] 等晶向10、已知面心立方晶格常数为a ，分别计算（100）、（110）、和（111）晶面的晶面间距；并求出【100】、【110】和【111】晶向上的原子排列密度（某晶向上的原子排列密度是指该晶向上单位长度排列原子的个数）答：（100）： d ℎkl =a ℎ2+k 2+l 2=a 1+0+0=a （110）：d ℎkl =a ℎ2+k 2+l 2=a 1+1+0=22a（111）：dℎkl=aℎ2+k2+l2=a1+1+1=33a14、何谓组元？何谓相？何谓固溶体？固溶体的晶体结构有何特点？何谓置换固溶体？影响其固溶度的因素有哪些？答: 组元：组成合金最基本的、独立的物质。

相：合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。

固溶体：合金组元之间以不同的比例相互混合形成的晶体结构与某一组元相同的固相。

固溶体的晶体结构特点：固溶体仍保持着溶剂的晶格类型，但结构发生了变化，主要包括以下几个方面：1)有晶格畸变，2)有偏聚与有序，3)当低于某一温度时，可使具有短程有序的固溶体的溶质和溶剂原子在整个晶体中都按—定的顺序排列起来，转变为长程有序，形成有序固溶体。

置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体。

影响置换固溶体固溶度的因素：原子尺寸，电负性，电子浓度，晶体结构15、何谓固溶强化？置换固溶体和间隙固溶体的强化效果哪个大？为什么？答：固溶强化：在固溶体中，随着溶质浓度的增加，固溶体的强度、硬度提高，而塑性、韧性有所下降的现象。

间隙固溶体的强化效果大于置换固溶体的强化效果。

原因：溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大，所引起的晶格畸变也越大，强化效果越好。

铸锭中化学成分不均匀的现象铸锭是指在铸造过程中制成的基本块状产品，广泛应用于金属加工、航空航天、汽车工业和建筑等行业。

然而，在实际生产中，铸锭中出现了化学成分不均匀的现象，影响了产品的质量和使用效果。

造成铸锭化学成分不均匀的原因有很多。

一方面是制造过程中原料的质量控制不到位，另一方面是铸造过程中温度、压力等因素不均衡。

这些因素导致的化学成分不均匀包括区域性组分差异、表面氧化层等。

铸锭的区域性组分差异主要是在铸造过程中温度、流速、合金浓度的不均匀分布。

当温度不均匀时，不同区域的原料合金成分会发生改变，导致铸锭中的化学成分出现不均匀。

另外，流速过快或过慢，也会导致铸锭中的化学成分分布不均。

此外，合金浓度的不均匀分布也会对化学成分的均匀性造成影响。

铸锭的表面氧化层也是导致化学成分不均匀的原因之一。

在铸造过程中，铸锭表面会因为接触空气而产生氧化层，这种氧化层的存在会导致铸锭的化学成分不均匀。

因此，在生产过程中需要采取一些有效措施，减少或者消除氧化层的产生，确保铸锭中化学成分均匀。

针对铸锭化学成分不均匀的问题，生产企业可以从以下几个方面入手。

首先，需要加强原料质量控制，确保原料成分的均匀性。

其次，需要对铸造过程中的温度、流速、压力等因素进行优化，确保各因素分布均匀，避免化学成分不均匀。

另外，在铸造过程中需要精细控制各项参数，确保合金浓度的均匀分布。

最后，需要对铸锭进行精细处理，消除表面氧化层等因素的影响，确保铸锭中的化学成分均匀。

总之，铸锭中化学成分不均匀的问题给生产企业带来了很大的影响，需要采取有效措施来加以解决。

通过加强原料质量控制、优化铸造过程、精细控制各项参数以及精细处理铸锭等方法，可以有效地提高铸锭的化学成分均匀性。

名词解释第一章液态金属及合金的结构和性质1材料成型：将原材料制成具有一定形状、尺寸和性能的制品（零件、部件、构件、物品等）的工艺过程称为材料成型。

2铸造：熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属在重力场和外力场（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满铸型，凝固后获得一定形状和性能金属零件或毛坯的成形方法。

3塑性成型：利用金属的塑性 ，使金属在外力作用下成型的一种成型方法。

也称为金属塑性加上或金属庄力加工。

4焊接成型：用加热或加压等工艺．使两个分离的表面产生原子间的结合，从而形成不可拆卸接头的材料成型方法。

5能量起伏：是指液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停地变化，时高时低的现象。

6结构起伏：是指液态金属中大量不停“游动”着的原子集团不断地分化组合，由于“能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该集团中，此起彼伏，不断发生着这样的涨落过程，似乎原子集团本身在“游动”一样，集团的尺寸及其内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象。

7浓度起伏：是指在多组元液态合金中，由于各种元素的原子之间结合力的不同．结合力较强的原子容易结合在一起．而把另外的一些原子排斥到别处，因此，在原子集团中有的A原子多，有的B原子多的现象．即原子集团之间还存在成分的不均匀性，称此为“浓度起伏”。

8金属键：依靠金属正离子和自由电子之间的静电引力而使金属原子牢固地结合在一起的方式称为金属键。

9液体的粘滞性：液体在外力作用下流动时，由于质点间的内聚力，使液体的内部产生内摩擦力．阻滞液层间的相对滑动。

液体的这种性质称为液体的粘滞性。

10表面张力：在夜体表面上存在一个平行于表面且各方向大小相等的张力，称之为表面张力11润湿角：表面张力σLG与固液界面张力σLS之间的夹角θ，称为液体的润湿角。

12流动性：液态金属本身所具有的流动能力，称为流动性。

充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。