材料科学基础

选择+填空1.细化晶粒/细晶强化不但可以可以提高金属材料的强度，同时还可以改善其塑性和韧性。

2.加工硬化是一种有同的强化手段，其缺点是材料在高温下不适用。

3.一般认为反应时效是一种有害现象，其原因是塑性韧性降低，脆性增大。

4.固态下原子扩散的驱动力是化学位梯度，回复与再结晶的驱动力是储存能的降低5.上坡扩散是指由低浓度向高浓度方向的扩散，扩散驱动力是化学势的改变。

6.在黄铜棒上绕上钨丝，…这一现象可用克根达尔效应描述。

7.再结晶形核时，对于弓出形核机制，多发生在较小冷塑性变形的金属中。

8.再结晶的二维晶粒稳定形状的充分必要条件是晶界是平直的，其界面夹角是120°9.形变织构的性质与变形金属的原始条件、形变方式、形变程度有关。

10.Ds、Dgb、Dl,是表面、晶界和体扩散系数，洗由大到小的顺序Ds＞Dgb＞Dl。

11.金属液体在凝固时产生临界晶核半径的大小主要取决于过冷度。

12.相界可分为共格，半共格、非共格三种类型。

13.间隙相Fe4N为面心立方结构，其中N原子位于晶胞内的一个八面体间隙。

14.α-Fe的滑移面为｛110｝，滑移方向为＜111＞,共有12个滑移系。

15.面心立方结构的密排面为｛111｝，滑移方向＜110＞，共有12个滑移系。

16. 在常温下。

金属塑性变形主要通过滑移方式进行，此外还有孪生等方式。

17.钢中马氏体基本上可分为板条马氏体和片状马氏体两种，在钢中含碳量约低于0.6%。

马氏体以板条状为主，高于此含量。

则以片状为主。

18.Fe-Fe3C相图上在二次渗碳体呈网状,共析渗碳体呈片状。

19.a个原子从bcc向fcc转变过程的变化率为8.17%。

20.渗碳处理常常在钢的奥氏体区域进行。

这是因为奥氏体中的碳浓度高铁素体中碳碳浓度。

21.根据结合力的强弱可把结合键分为：强键和弱键。

强键包括：离子键、共价键、金属键。

22.人为的将晶体结构抽象为空间点阵，并由此将晶体分为7个晶系和14种布拉菲点阵。

23.按几何特征可将晶体缺陷分为点缺陷、面缺陷和线缺陷。

24.相律是描述系统的组元数、相数和自由度之间关系的法则。

25.所有自发的位错反应必须满足的两个条件是几何条件和能量条件。

26.位错的柏氏矢量集中反应了位错区域内畸总量的大小和方向。

27.根据晶界两侧的位相差可将晶界分为小角度晶界和大角度晶界。

28.金属沉淀强化后的屈服强度δs 与沉淀相粒子平均间距L的关系为δs∝1/L。

29.间隙相和间隙固溶体的区别在于间隙固溶体中间隙原子在溶剂晶格的间隙中，间隙相中原子在正常原子位上。

30.晶粒尺寸和形核率N，线长大速度V之间的关系是V/N越大，晶粒尺寸越大。

31.液体金属非均匀形核时润湿角θ为0°时完全润湿，不需要形核功。

32.从液相形成非晶的玻璃化温度Tg与平衡凝固温度下Ti的关系Tg＜Ti。

33.室温下金属塑性变形的主要方式是滑移。

34.造成钢热加工时开裂的杂质元素是S。

35.碳在γ-Fe中的最高溶解度是2.1136.混合型位错的位错线与柏氏矢量的关系为呈任一角度。

37.面心立方晶胞的八面体间隙的个数是4.38.常压下，三元合金相图中，三相平衡的系统中的自由度数为1.39.三元相图中，连接线是指在水平截面上，两相平衡时各相成分点之间的连线。

40.两个成分一定的固相在恒温下转变成另一成分一定的固相，这个转变为包析转变。

41.螺型位错的柏氏矢量与位错线之间的关系为平行。

42.亚共晶合金，共晶合金和过共晶合金中铸造性能最好的是共晶合金。

43.固溶体、间隙相和间隙化合物中室温下硬度最高的是间隙相。

44.fcc、bcc、密排六方三种晶体结构中塑性最好的是fcc。

45.碳钢中渗碳体呈粒状分布时钢的韧性最好。

46.合金中脆而硬的第二相呈粒状分布在塑性相的基体上可使材料的塑性明显改善。

47.片状P的片层间距增加，钢的强度增加。

48.正常偏析，比重偏析，反偏析和枝晶偏析中，枝晶偏析能用热处理均匀化退火消除。

49.马氏体+残余奥氏体，上贝氏体、铁素体+珠光体和奥氏体+贝氏体组织中的铁素体+珠光体不是亚稳态。

50.铁碳合金在不同温度下，可能出现不同的组织，如，铁素体、铁素体+球状石墨、贝氏体、铁素体+奥氏体。

其中属于亚稳态的是贝氏体。

51.立方晶系中与（110）晶面垂直的是晶向是【110】。

52.运用区域熔炼方法可以提高金属的纯度。

名词解释：1.晶胞：在晶格中选取一个能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成为晶胞。

2.再结晶：冷变形后的金属加热到一定的温度之后，在原来的形变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，并恢复到完全软化状态。

3.马氏体：C溶于α-Fe形成的过饱和固溶体，呈体心四方点阵。

4.伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或共晶合金也能得到全部共晶组织，这种共晶组织称为伪共晶。

5.位错：晶体中原子的排列在一定范围内反生有规律错动的一种特殊结构组态。

6.过冷度：理论熔点与实际结晶温度的差值。

7.成分过冷：将固液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过冷称为成分过冷。

8.微观偏析：是在一个晶粒范围内成分不均匀的现象，根据凝固时晶体生长形态的不同，可分为枝晶偏析、包状偏析和晶界偏析。

9.回复：指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前所产生的某些亚结构的变化。

10相变：从一个相变成另外一个相的过程。

11.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。

12.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。

13.金属间化合物：由不同金属或金属与金属组成的一类合金相，其点阵即不同与溶剂的点阵，而属于一种新的点阵。

14.加工硬化：随变形度的增加，材料的强度硬度升高，塑性韧性下降的现象叫加工硬化。

15.调幅分解：它不是一般的经典的形核长大过程，它是具有特殊相图的合金，由于成分涨落所造成的热力学不稳定性而产生的，其特点是不存在形核势垒，因而分解速度很快，新相的整个形成过程是连续不断的，新旧两相完全共格，在开始阶段两相点阵连续，没有明显的界面。

16.克根达尔效应：扩散界面两侧的两种原子，在互扩散到对方的基体中，当其扩散速率不等时，会发生原始界面的移动，界面移向原子扩散速率较大的一方，这种现象成为克根达尔效应。

计算、1.碳在γ-Fe 扩散，Do=2.0×10-5m2/s ，Q=1.4×105J/mol ，求碳在γ-Fe 中927℃时的扩散系数，并计算为了得到与927℃，渗碳10小时相同的结果，在870℃渗碳需要多长时间？D=Doexp(-Q/RT)D 927℃=2.0×10-5×exp{-1.4×105/8.31×（273+927）}= m2/sD 870℃=2.0×10-5×exp{-1.4×105/8.31×（273+870）}= m2/s∵ x 2∝Dt, ∴D 927℃×10×3600=D 870℃×t2.γ-Fe 在略高于912℃时的点阵常数a=0.3633nm,α-Fe 的点阵常熟a=0.2892nm,求上述温度时，γ-Fe 和α-Fe 的原子半径R ？答：对于fcc 的γ-Fe , 2a=4R, R=a 42⨯= nm 对于bcc 的α-Fe , 3a=4R, R=a 43⨯= nm3.已知α-Fe 的点阵常数ab=0.287nm,γ-Fe 的点阵常数af=0.365nm 求1）1cm3单晶α-Fe 中有多少个原子？ n=33cm1a ×2=321287.010×2=024.02×1021= 个2)γ-Fe 滑移面的晶面间距？γ-Fe 的滑移面为｛111｝晶面。

晶面间距为d=43af=473.1×0.365= nm 3）α-Fe 的致密度。

K=V vn =33r 342a π⨯≈0.684.根据Fe-Fe 3C 相图计算含碳0.65%的铁碳合金在室温的组织组成物和相组成物的相对含量？解：组织组成物的含量a%= 77.065.077.0-=15.58% P%=77.065.0=84.42% 相组成物含量 a%=69.665.069.6-=90.28% Fe 3C%=69.665.0=9.72%5.根据Fe-Fe 3C 相图计算。

1）含碳3.0%铁碳合金室温下组织组成物及相组成物的相对量？解：含碳3.0%的亚共晶白口铁室温下组织组成物为P 、Fe 3C Ⅱ 、Ld相对量 W Ld =11.23.411.20.3--×100%=40.6% Wr=1-W Ld =59.4%Wp=77.069.611.269.6--×Wr ×100%=46.0% W Fe3C Ⅱ=Wr-Wp=13.4% 相组成物为 F 、Fe 3C,相对量为 W Fe3C =69.60.3×100%=44.8% F=1-W Fe3C=55.2%2)室温下共析钢的组织组成物与恭喜渗碳体的相对量。

共析钢室温下的显微组织为P ，所以组织组成物Wp=100%共析渗碳体的相对白分量为 W Fe3C =0218.069.60218.077.0--×100%=11.2%6.根据Fe-FeC 相图计算出1） 二次渗碳体的最高百分含量W Fe3C Ⅱ=77.069.677.011.2--×100%=22.6%2） 计算共晶白口铁在室温下共晶渗碳体的相对量，及渗碳体的总量。

共析渗碳体的相对百分量为W Fe3C =11.269.611.230.4--×100%=47.8%渗碳体的总量 W Fe3C =69.630.4×100%=64.3%1.写出扩散第一定律的数学表达式，说出各符号的意义，影响扩散系数的因素有哪些？①温度：温度越高，扩散速度越大；②键能与晶体结构：通常致密度大的晶体结构中，原子扩散激活能较高，扩散系数较小，故体心结构的扩散系数大于面心结构的扩散系数；③固溶体类型：间隙原子的扩散激活能小，故其扩散速度大于置换原子的扩散速度；④晶体缺陷：晶体缺陷越多，原子的扩散速度越快；⑤化学成分：有些元素可以加快原子的扩散速度，有些可以减慢扩散速度。

当加入的合金元素使合金的熔点或使合金的液相线温度降低时，扩散系数增加，反之扩散系数减小。

2说明液态金属结晶时，细化晶粒的途径和方法。

答：控制过冷度。

形核率和长大速度都与过冷度有关，增大结晶时的过冷度，形核率和长大速度均随之增加，但两者的增大速率不同形核率的增长率大于长大速度的增长率，在一般的金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，则比值N/G越大，因而晶粒越细小。