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材料科学基础复习资料材料科学基础是各个工程领域的基本学科，是各个领域的基础。
材料科学基础涵盖了材料的结构、物理与化学性质、制备工艺等方面内容，是材料科学领域学习过程中必须掌握的知识。
因此，为帮助有需要的人顺利复习材料科学基础知识，本文整理了一些相关的复习资料。
一、材料基础知识1. 基本的物理性质：包括化学成分、密度、电导率、热导率等基本参数，通常在每种材料的材料数据表中都可查到。
2. 结构相关：晶体结构：晶体结构指材料中原子、离子、分子排布的类型和规律，常用的晶体结构有：立方晶系、四方晶系、六方晶系、等轴晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系等。
非晶态：非晶态作为一种新兴的材料类型，其分子呈无序排列，在某些情况下可能拥有更好的性能。
3. 材料特性：热膨胀系数：在温度变化时，材料线膨胀的速度大小，通常用公式ΔL/L0 = αΔT 表示，其中α为热膨胀系数。
韧性：材料在受到剪切力或拉伸力时的弹性变形程度，是一种考量材料性能的指标，通常可以通过材料变形曲线进行查看。
4. 金属与合金相关：金属材料通常具有良好的导电、导热等特性，同时在高温、高压等环境下具有较强的稳定性。
合金则通常是由多个金属或者非金属元素组成的混合物，其性质与材料组分、配比等有关。
二、材料治理、工艺及应用1. 材料的处理：常用材料的处理包括固化、焊接、框架处理、表面处理以及高压工艺等，其中固化的过程包括了煅烧、烧结等过程。
2. 材料配方：通常材料的配方根据材料的成分、目的等进行确定，其中分子键长、键能以及分子排列等指标都可能用来确定最终配方。
3. 材料的加工工序：通常材料加工工序包括切削、钣金、打压成形等过程，每个工序都会影响材料的性质和特性。
三、材料的主要分类1. 材料的物理分类：主要涉及到材料的形态、密度以及各种物理性质，通常有固体、液体、气体以及等离子体等分类方式。
2. 材料的化学分类：不同的元素应用于不同的方案分类，这种分类通常依据材料的化学成分。
1、鲍林规则：鲍林根据已测定的晶体结构数据和晶格能公式所反映的关系，提出的判断离子化合物结构稳定性的规则，共包含五条规则。
2、晶体：质点在三维空间作有序排列的固体晶胞：是晶体结构中的最小单元。
3、晶子学说：玻璃结构是一种不连续的原子集合体，即无数“微晶”分散在无定形介质中。
无规则网络学说：玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形成连续的三维空间网络结构。
但玻璃的网络与晶体的网络不同，玻璃的网络是不规则的、非周期性的4、扩散型相变：在相变时，依靠原子或离子的扩散来进行的相变。
非扩散型相变：相变过程不存在原子离子的扩散，或虽存在扩散但不是相变所必须的或不是主要过程的相变。
5、热缺陷：也称本征缺陷，指由热起伏的原因所产生的空位和间隙质点。
杂质缺陷：也称组成缺陷，是由外加杂质的引入所产生的缺陷。
6、点缺陷：亦称为零维缺陷，缺陷尺寸为原子大小数量级，包括空位、间隙原子、杂质原子和色心等。
线缺陷：亦称一维缺陷或位错，是指在一维方向上偏离理想晶体中的周期性、规则性排列所产生的缺陷，包括棱位错和螺形位错；7、烧结：一种或多种固体粉末经过成型，在加热到一定温度后开始收缩，在低于熔点温度下变成致密、坚硬的烧结体，这个过程叫烧结。
固相反应：固体直接参与反应并起化学变化，同时至少在固体内部或外部的一个过程中起控制作用。
8、肖特基缺陷：质点由表面位置迁移到新的表面位置，在晶体表面形成新的一层，同时在晶体内部留下空位，其特征是正负离子空位成比例出现。
弗伦克尔缺陷：质点离开正常格点后进入到晶格间隙位置，其特征是空位和间隙质点成对出现。
9、硼反常现象：当数量不多的碱金属氧化物同氧化硼一起熔融时，碱金属所提供的氧不象熔融玻璃中作为非桥氧出现在结构中，而是使硼氧三角体转变为桥氧组成的硼氧四面体，致使玻璃从原来两度空间的层状结构转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络结构，并使玻璃的各种物理性能变好。
这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性能随碱金属或碱土金属加入量的变化规律相反，所以称之为硼反常现象10、均匀成核：晶核从均匀的单相熔体中产生的几率处处相同的成核过程。
材料科学基础复习资料
导论
材料科学是研究材料的结构、性质和应用的科学，是现代工程技术领域的基础学科。
它对于工程师和科学家在材料选择、设计和开发方面至关重要。
本篇文档将以复习资料的形式，对材料科学的基础知识进行系统梳理和总结。
第一章材料的结构与组成
1.1 原子结构与元素周期表
- 原子的组成：质子、中子和电子
- 元素周期表的基本结构和主要特征
- 元素周期表的分类：金属、非金属和半金属
1.2 结晶与非晶结构
- 结晶的概念和特征
- 结晶的晶体结构：离子晶体、共价晶体和金属晶体
- 非晶态材料的特点和应用
1.3 晶体缺陷
- 点缺陷：空位、间隙、杂质点等
- 线缺陷：位错、脆性断裂和塑性变形
- 面缺陷：晶界、孪晶和堆垛层错
第二章材料的物理性质
2.1 密度与晶体的结构密度
- 密度的概念和计算方法
- 晶格常数与密度的关系
2.2 热膨胀与晶体的结构变化
- 热膨胀的定义和计算方法
- 晶体结构变化对热膨胀的影响
2.3 热导率与导热机制
- 热导率的定义和计算方法
- 材料的导热机制：电子传导、晶格振动传导和辐射传导。
第一章、晶体结构基础1、晶体的基本概念晶体的本质：质点在三维空间成周期性重复排列晶体的基本性质：结晶均一性、各向异性、自限性、对称性、最小内能性2、对称的概念物体中的相同部分作有规律的重复对称要素：对称面、对称中心、对称轴（对称轴的类型和特点）（L1、L2、L3、L4、L6、C 、P ）4次倒转轴不能被其他的对称要素及其组合取代对称操作:借助对称要素，使晶体的相同部分完全重复的操作对称要素的组合必须满足晶体的整体对称要求，不是无限的。
3、对称型（点群）：宏观晶体中只存在32种对称型对称型的概念（所具有的宏观对称要素以一定的顺序组合起来）4、晶体的分类 、晶族分类的依据5、晶面的取向关系 、晶面指数的含义和计算（举例）6、空间点阵的概念、 14种布拉维格子（ P (R) 、I 、F 、C 格子）7、晶胞的概念 、晶胞参数（计算）8、微观对称要素的特征、空间群的概念（只存在230种空间群）在微观对称操作中都包含有平移动作9、球体紧密堆积原理 （六方密堆、立方密堆）10、鲍林规则（离子晶体）11、决定晶体结构的因素：化学组成、质点相对大小、极化性质12、同质多晶、类质同晶13、典型的晶体结构（晶体结构的描述方法）CaF2结构、金刚石结构、金红石结构、刚玉结构、 CaTiO3、尖晶石结构14、硅酸盐晶体结构、硅酸盐晶体结构分类的依据15、层状硅酸盐晶体的结构特点，（晶胞参数a 和b 值相近）16、石英、鳞石英、方石英的结构特点第二章、晶体结构缺陷1、缺陷的概念（凡是造成晶体点阵的周期性势场发生畸变的一切因素）2、热缺陷 （弗伦克尔缺陷、肖特基缺陷）及计算 热缺陷是一种本征缺陷、高于0K 就存在，影响热缺陷浓度的因数：温度和热缺陷形成能（晶体结构）3、杂质缺陷、固溶体（晶态固体） 固溶体、化合物、混合物之间的比较4、非化学计量化合物结构缺陷 种类、形成条件、特点，缺陷的计算等5、连续置换型固溶体的形成条件6、影响形成间隙型固溶体的因素7、组分缺陷（补偿缺陷）：不等价离子取代 形成条件、特点（浓度取决于掺杂量和固溶度） 缺陷浓度的计算、与热缺陷的比较8、缺陷反应方程和固溶式产生的各种缺陷杂质基质−−→−i Cl K K Cl 2l C Cl Ca CaCl '++−→−⨯∙⨯∙'+'+−→−ClK K KCl 2l C 2V Ca CaCl9、固溶体的研究与计算写出缺陷反应方程固溶式、算出晶胞的体积和重量理论密度（间隙型、置换型）和实测密度比较10、位错概念刃位错：滑移方向与位错线垂直，伯格斯矢量b与位错线垂直螺位错：滑移方向与位错线平行，伯格斯矢量b与位错线平行第三章、非晶态固体1、熔体的概念：不同聚合程度的各种聚合物的混合物硅酸盐熔体的粘度与组成的关系2、非晶态物质的特点3、玻璃的通性4、Tg 、Tf 相对应的粘度和特点5、网络形成体、网络变化体、网络中间体计算（如Pb玻璃中Pb2＋的作用）6、玻璃形成的热力学观点（结晶化、玻璃化、分相）7、玻璃形成的动力学条件3T图---临界冷却速率8、玻璃形成的结晶化学条件（键强、键型）9、玻璃的结构学说（二种玻璃结构学说的共同之处和不同之处）10、玻璃的结构参数（注意给出的条件）Z可根据玻璃类型确定，先计算R，再计算X、Y11、硼的反常现象12、硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃的区别硅酸盐晶体与硅酸盐玻璃在结构上的区别：（1）在硅酸盐晶体中，[SiO4]骨架按一定的对称规律有序排列；在硅酸盐玻璃中[SiO4]骨架的排列是无序的。
材料科学基础期末总结复习资料材料科学基础期末总结复习资料1、名词解释（1）匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。
（2）共晶转变：合金系中某一定化学成分的合金在一定温度下，同时由液相中结晶出两种不同成分和不同晶体结构的固相的过程称为共晶转变。
（3）包晶转变：成分为H点的δ固相，与它周围成分为B点的液相L，在一定的温度时，δ固相与L液相相互作用转变成成分是J点的另一新相γ固溶体，这一转变叫包晶转变或包晶反应。
即HJB---包晶转变线，LB+δH→rJ（4）枝晶偏析：合金以树枝状凝固时，枝晶干中心部位与枝晶间的溶质浓度明显不同的成分不均匀现象。
（5）晶界偏析：晶粒内杂质原子周围形成一个很强的弹性应变场,相应的化学势较高,而晶界处结构疏松,应变场弱,化学势低,所以晶粒内杂质会在晶界聚集,这种使得溶质在表面或界面上聚集的现象称为晶界偏析（6）亚共晶合金：溶质含量低于共晶成分，凝固时初生相为基体相的共晶系合金。
（7）伪共晶：非平衡凝固时，共晶合金可能获得亚（或过）共晶组织，非共晶合金也可能获得全部共晶组织，这种由非共晶合金所获得的全部共晶组织称为伪共晶组织。
（8）离异共晶：在共晶转变时，共晶中与初晶相同的那个相即附着在初晶相之上，而剩下的另一相则单独存在于初晶晶粒的晶界处，从而失去共晶组织的特征，这种被分离开来的共晶组织称为离异共晶。
（9）纤维组织：当变形量很大时，晶粒变得模糊不清，晶粒已难以分辨而呈现出一片如纤维状的条纹，这称为纤维组织。
（10）胞状亚结构：经一定量的塑性变形后，晶体中的位错线通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，并形成位错缠结，进一步增加变形度时，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构。
（11）加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降。
（12）结构起伏：液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序、短程有序，并且短程有序原子集团不是固定不变的，它是一种此消彼长、瞬息万变、尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏。
《材料科学基础》上半学期内容重点第一章固体材料的结构基础知识键合类型（离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健）及其特点；键合的本质及其与材料性能的关系，重点说明离子晶体的结合能的概念；晶体的特性（5个）；晶体的结构特征（空间格子构造）、晶体的分类；晶体的晶向和晶面指数（米勒指数）的确定和表示、十四种布拉维格子；第二章晶体结构与缺陷晶体化学基本原理：离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体；典型金属晶体结构；离子晶体结构，鲍林规则（第一、第二）；书上表2－3下的一段话；共价健晶体结构的特点；三个键的异同点（举例）；晶体结构缺陷的定义及其分类，晶体结构缺陷与材料性能之间的关系（举例）；第三章材料的相结构及相图相的定义相结构合金的概念：固溶体置换固溶体（１）晶体结构无限互溶的必要条件—晶体结构相同比较铁（体心立方，面心立方）与其它合金元素互溶情况（表３－１的说明）（２）原子尺寸：原子半径差及晶格畸变；（３）电负性定义：电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律；（４）原子价：电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系；间隙固溶体（一）间隙固溶体定义（二）形成间隙固溶体的原子尺寸因素（三）间隙固溶体的点阵畸变性中间相中间相的定义中间相的基本类型：正常价化合物：正常价化合物、正常价化合物表示方法电子化合物：电子化合物、电子化合物种类原子尺寸因素有关的化合物：间隙相、间隙化合物二元系相图：杠杆规则的作用和应用；匀晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反应、包晶（析）型二元系的包晶（析）反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点；三元相图：三元相图成分表示方法；了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义；第四章材料的相变相变的基本概念：相变定义、相变的分类（按结构和热力学以及相变方式分类）；按结构分类：重构型相变和位移型相变的异同点；马氏体型相变：马氏体相变定义和类型、马氏体相变的晶体学特点，金属、陶瓷中常见的马氏体相变（举例）（可以用许教授提的一个非常好的问题――金属、陶瓷马氏体相变性能的不同――作为题目）有序-无序相变的定义玻璃态转变：玻璃态转变、玻璃态转变温度、玻璃态转变点及其黏度按热力学分类：一级相变定义、特点，属于一级相变的相变；二级相变定义、特点，属于二级相变的相变；按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变（spinodal相变）按原子迁动特征分类：扩散型相变、无扩散型相变第5章 金属材料的显微结构特征一、纯金属的凝固及结晶1、结晶的热力学条件结晶后系统自由能下降。
一.名词解释塑性韧性强度弹性比功分子键（空间）点阵固溶体间隙固溶体固溶强化位错多晶体单晶体反应扩散柯肯达尔效应二次结晶共晶转变包晶转变共析转变铁素体（非）均匀形核结构起伏成分过冷过冷度加工硬化再结晶淬透性（过）时效回火脆性调幅分解二. 需掌握的知识点1. 延性断裂和脆性断裂的区分标准—断裂前有无明显塑性变形。
2. 原子核外电子分布规律遵循的三个原则。
3. 金属键、离子键、共价键、分子键的特点。
4. 混合键比例计算与电负性差的关系。
5. fcc、bcc、hcp的常见金属、一个晶胞内原子数、配位数、致密度、常见滑移系等。
6. 固态合金相分为两大类：固溶体（间隙固溶体与置换固溶体）和中间相（区别点）。
7.影响固溶体溶解度的因素。
8.间隙相和间隙化合物的区别。
9. 晶体缺陷几何特征分类-点、线、面缺陷。
10. 点缺陷的种类及其区别（肖脱基缺陷和弗兰克尔缺陷）。
11.获得过饱和点缺陷的方法及原因。
12. 各类位错运动方向与柏氏矢量、切应力、位错线的位向关系。
13. 位错的主要运动方式；常温下金属塑性变形的方式。
14. 位错的增殖机制：F-R位错增殖机制、双交滑移增殖机制的主要内容。
15.说明柏氏矢量的确定方法。
掌握利用柏氏矢量和位错线的位向关系来判断位错类型。
16.两根平行的螺型位错相遇时的相互作用情况。
17.刃型位错和螺型位错的不同点。
18. 大小角度晶界的位向差、常见类型、模型描述、能量等。
19. 扩散第一定律、第二定律的数学表达式及其字母的物理含义。
20. 体扩散的主要机制、适用对象、扩散激活能大小等；短路扩散等；反应扩散与原子扩散；多晶材料的三种扩散途径—晶内、晶界、表面扩散。
21.柯肯达尔效应的含义及说明的问题（重要意义）。
22. 上坡扩散：物质由低浓度→高浓度，说明扩散的真正原因是化学势梯度而非浓度梯度。
23. 反应扩散定义、特点、扩散层增厚速度的决定因素。
24. 影响扩散的主要因素简述及分别叙述。
一：知识：1：晶面和晶向：晶面：（hkl）；晶向：[hkl]；2：对于能量和熵的判断：（1）：G=H-TS，高温主要考虑熵作用（熔化等），低温主要考虑能量作用（常温等），较高温度时综合考虑；（2）：分析：能量分为结合能和应变能。
结合能：可用简单立方系或平面正方点阵，观察过程前后键数量的变化（最近邻假设）；同时原子间距越小结合能越大（越稳定）。
应变能：“偏离平衡状态越远，应变能越高”，同时（同样偏离距离）压应变的数值高于拉应变。
熵：由S=KlnΩ，有：体系微观状态数越大，熵越高（应用此式说明时需注意过程前后体系物质种类及数量不能变化）；可用排列组合比较Ω。
一般情况可直观感觉，体系越无序，所受的限制越少，熵越大。
3：“属+种差”：对于词汇“ABC”：C是主要成分，A、B是对C的修饰。
第一章问题P7-1：已知α-Fe的密度为7.8，其晶胞是立方的，每个晶胞中原子个数为2，求点阵常数。
【】2：在一个晶胞内，画出（123）、（101）、（021）、（111）和[111]、[212]、[301]、[231]。
【】3：根据立方系夹角公式，计算以下界面的夹角：（111）与（111）；（110）和(111)。
【】5：有一个反派角色问了该问题：（e π2）晶面该怎么画？如何看待他的问题？答：这个晶面只能近似地作出……但是不必考虑这个问题，因为高指数晶面没有意义。
之所以无意义，是因为高指数晶面上的原子间距离很远，相互作用可忽略不计，没有研究价值。
6：说明面心立方中（111）面间距最大，而体心立方中（110）面间距最大。
【】P91：铜的密度为8.9，铝为2.7（8.9/2.7=3.3），但两者的原子量之比为63.5/27=2.35。
请问两个比值不同说明了什么？（铜和铝结构相同）【】2：画出fcc（111）晶面和bcc（110）晶面的原子分布图。
【】4：已知金刚石中C-C键长为0.155nm，求其密度。
【】6：金刚石强度远高于石墨，但熔点却低于石墨。
一.名词解释塑性韧性强度弹性比功分子键（空间）点阵固溶体间隙固溶体固溶强化位错多晶体单晶体反应扩散柯肯达尔效应二次结晶共晶转变包晶转变共析转变铁素体（非）均匀形核结构起伏成分过冷过冷度加工硬化再结晶淬透性（过）时效回火脆性调幅分解二. 需掌握的知识点1. 延性断裂和脆性断裂的区分标准—断裂前有无明显塑性变形。
2. 原子核外电子分布规律遵循的三个原则。
3. 金属键、离子键、共价键、分子键的特点。
4. 混合键比例计算与电负性差的关系。
5. fcc、bcc、hcp的常见金属、一个晶胞内原子数、配位数、致密度、常见滑移系等。
6. 固态合金相分为两大类：固溶体（间隙固溶体与置换固溶体）和中间相（区别点）。
7.影响固溶体溶解度的因素。
8.间隙相和间隙化合物的区别。
9. 晶体缺陷几何特征分类-点、线、面缺陷。
10. 点缺陷的种类及其区别（肖脱基缺陷和弗兰克尔缺陷）。
11.获得过饱和点缺陷的方法及原因。
12. 各类位错运动方向与柏氏矢量、切应力、位错线的位向关系。
13. 位错的主要运动方式；常温下金属塑性变形的方式。
14. 位错的增殖机制：F-R位错增殖机制、双交滑移增殖机制的主要内容。
15.说明柏氏矢量的确定方法。
掌握利用柏氏矢量和位错线的位向关系来判断位错类型。
16.两根平行的螺型位错相遇时的相互作用情况。
17.刃型位错和螺型位错的不同点。
18. 大小角度晶界的位向差、常见类型、模型描述、能量等。
19. 扩散第一定律、第二定律的数学表达式及其字母的物理含义。
20. 体扩散的主要机制、适用对象、扩散激活能大小等；短路扩散等；反应扩散与原子扩散；多晶材料的三种扩散途径—晶内、晶界、表面扩散。
21.柯肯达尔效应的含义及说明的问题（重要意义）。
22. 上坡扩散：物质由低浓度→高浓度，说明扩散的真正原因是化学势梯度而非浓度梯度。
23. 反应扩散定义、特点、扩散层增厚速度的决定因素。
24. 影响扩散的主要因素简述及分别叙述。
《材料科学基础》复习要点一、主要内容1. 工程材料中的原子排列（1）原子键合，工程材料种类；（2）原子的规则排列：晶体结构与空间点阵，晶向及晶面的特点及表示，金属的晶体结构，陶瓷的晶体结构。
（3）原子的不规则排列：点、线、面缺陷的类型及特征，位错的弹性性质，实际晶体中的位错。
2. 固体中的相结构（1）固溶体：分类、性能及影响固溶度的因素；（2）金属间化合物：分类、性能及特征；（3）陶瓷晶体相：分类、结构、性能及特征；（4）玻璃相：性能、特征及形成条件。
3. 凝固与结晶（1）结晶的基本规律；（2）结晶的基本条件；（3）晶核的形成：形核能量变化，临界晶核，形核功，形核率；（4）晶体的长大：长大条件，液固界面结构，长大机制，温度梯度，晶体形态；（5）凝固理论的应用。
4. 二元相图：（1）相图的基本知识；（2）二元匀晶相图、共晶相图及包晶相图：二元合金的平衡凝固及非平衡凝固，凝固过程中的成分变化及偏析，成分过冷与固溶体组织，共晶体形成机理及其形态，杠杆定律；（3）二元相图的分析方法，其他类型二元相图及其应用；（4）Fe-C相图分析及平衡凝固；（5）铸锭组织与偏析。
5. 材料中的扩散：（1）扩散定律及其应用；（2）扩散的微观机理，影响扩散的因素；（3）扩散的热力学理论；（4）反应扩散。
6. 塑性变形：（1）单晶体的塑性变形；（2）多晶体的塑性变形；（3）合金的塑性变形；（4）冷变形金属的组织与性能。
7. 回复与与结晶：（1）冷变形金属在加热时的变化；（2）回复：机制，热力学，动力学，应用，影响因素；（3）再结晶：机制，热力学，动力学，应用，影响因素；（4）再结晶后晶粒长大：机制，热力学，动力学，应用及组织控制，影响因素；（5）金属的热变形，超塑性。
二、参考书目1. 《材料科学基础》，胡庚祥，蔡珣，上海交通大学出版社，20002. 《材料科学基础》（第二版），刘智恩，西北工业大学出版社20033. 《材料科学基础》，石德珂，西安交通大学出版社，20004. 《材料科学基础》，潘金生，仝健民，清华大学出版社，1998《材料科学基础》复习纲要重要概念-键合、工程材料-晶体、非晶体、各向异性-点阵、晶体结构、晶胞、晶系、布拉菲点阵、晶面指数、晶向指数、晶面族、晶向族-晶格常数、晶胞原子数、配位数、致密度、间隙-堆垛、密排面、密排方向、堆垛次序、堆垛方向-缺陷、点缺陷、刃位错、螺位错、混合位错-柏氏矢量、滑移矢量-位错密度-滑移、攀移、交滑移、交割、割阶、扭折、塞积-位错应力场、应变能、线张力、位错线上的力-位错增殖、位错源-全位错、不全位错、堆垛层错、位错反应-晶界、相界、界面能、大角度晶界、小角度晶界、孪晶界-相、固溶体、置换固溶体、间隙固溶体-金属间化合物、玻璃相-凝固、结晶、短程有序、长程有序-结构起伏（相起伏）、能量起伏、成分起伏-过冷度、形核过冷度、动态过冷度、临界过冷度、有效形核过冷度-均匀形核、非均匀形核、晶核、临界晶核、临界形核功、形核率-光滑界面、粗糙界面、垂直长大、横向长大、温度梯度、树枝状-平衡转变（结晶）、非平衡转变（结晶）、正常凝固-匀晶、共晶、包晶、共析、包析、脱溶转变-平衡分配系数、有效分配系数-微观偏析（枝晶偏析）、宏观偏析-亚共晶、共晶、过共晶、伪共晶、离异共晶、非平衡共晶、包晶转变不完全性-铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、渗碳体、工业纯铁、钢、铸铁-液相线、固相线、液相面、固相面、中间面、液相平均成分线、固相平均成分线-浓度三角形-垂直截面、水平界面、投影图-扩散、空位扩散、间隙扩散、稳态扩散、非稳态扩散-扩散系数、扩散激活能、扩散通量、迁移率-上坡扩散、反应扩散-滑移、滑移线、滑移带、滑移方向、滑移面、滑移系、临界分切应力、取向因子、吕德斯带-柯氏气团、屈服、应变时效-细晶强化、固溶强化、复相强化、弥散强化、加工硬化-纤维组织、带状组织、流线、位错胞、变形亚结构、织构-回复、再结晶、晶粒长大-低、中、高温回复，多边化，去应力退火-再结晶温度、再结晶退火-临界变形度、热蚀沟、再结晶图-动态回复、动态再结晶，热变形-复合材料、基体、增强体、界面各章知识要点一、工程材料中的原子排列§1.1 原子键合• 原子键合的种类、特点、典型例子• 工程材料的分类及其主要键合类型• 键合的多重性§1.2 原子的规则排列• 晶体的特点、晶体结构、点阵• 晶系、布拉菲点阵• 晶面指数、晶向指数（标定和作图）及其特点，晶面族、晶向族• 晶面间距• 典型金属结构（fcc、bcc、hcp）（晶胞原子数、点阵常数、配位数、致密度）（间隙种类及其特点）（堆垛方式）• 多晶型性、同素异晶转变• 陶瓷晶体结构（离子键晶体、共价键晶体）（结构规则、不等径刚球密堆原理）§1.3 原子的不规则排列• 缺陷的种类• 点缺陷的种类• 空位的平衡浓度• 点缺陷对晶体性能的影响• 位错的类型、特点• 柏氏矢量（柏氏回路）• 位错的运动方式、特点• 位错的力学性能（应力场、畸变能、位错线上的力、线张力）• 位错的交互作用（位错与点、线、面缺陷的交互作用）• 位错增殖• 实际晶体中的位错（全位错、不全位错、单位位错、部分位错、堆垛层错、弗兰克位错、肖克来位错）• 位错反应• 面缺陷（类型及其结构模型、界面能、界面的特点）二、固体中的相结构§ 2.1 固溶体-固溶体的概念、分类-影响固溶度的因素-固溶体的均匀性-固溶体的性能§ 2.2 金属间化合物-化合物的概念、分类-化合物的性能§ 2.3 陶瓷晶体相-陶瓷的概念、特征§ 2.4 玻璃相-陶瓷的概念、形成条件三、凝固§ 3.1 金属结晶的基本规律-微观规律（形核、长大、）-宏观规律（过冷）§ 3.2 金属结晶的基本条件-热力学条件（ΔG < 0、ΔT ）-动力学条件（形核：结构条件、能量条件、成分条件）（长大：速度条件）§ 3.3 晶核的形成-形核的方式（均匀形核、非均匀形核）-结晶时的体系能量变化-形核的驱动力和阻力-临界晶核的概念-临界晶核半径及其计算-临界形核功及其计算-形核率（概念、影响因素、特点）-两种形核方式的比较§3.4 晶体的长大-液固界面的微观结构-晶体的长大机制-温度梯度-晶体长大的形态§3.6 凝固理论的应用-铸锭晶粒组织及其控制-单晶体的制备-定向凝固-非晶合金的制备-微晶合金的制备四、相图§ 4.1 相、相平衡及相图制作-相的定义-相平衡的定义-成分的表示方法（质量分数、摩尔分数）-相图的制作方法§ 4.2 匀晶相图-相图分析-成分变化（平衡、非平衡）（微观偏析、宏观偏析）-成分过冷（概念、形成原因）-固溶体形貌§ 4.3 共晶相图-相图分析-共晶转变特点-典型合金的结晶过程（平衡、非平衡）-成分变化（平衡、非平衡）-共晶形成机理（形核机理、长大机理）-共晶体形貌特征（平衡、非平衡）-杠杆定律计算（相组成、组织组成）§ 4.4 包晶相图-相图分析-包晶转变特点-典型合金的结晶过程（平衡、非平衡）-成分变化（平衡、非平衡）-包晶形成机理-杠杆定律计算（相组成、组织组成）§ 4.5 其它相图-相图分析方法、步骤-典型合金的结晶过程（平衡、非平衡）-成分变化（平衡、非平衡）-杠杆定律计算（相组成、组织组成）§ 4.6 Fe-C相图-相图分析-典型合金的平衡结晶过程-成分变化-典型合金的名称-杠杆定律计算（相组成、组织组成）§ 4.8 铸锭组织与偏析-偏析的类型§ 4.9 三元合金相图-成分表示法（浓度三角形）-三元匀晶相图（立体图、投影图）-三元匀晶相图（垂直截面、水平截面）-三元匀晶相图平衡结晶过程-简单三元共晶相图（立体图、投影图）-简单三元共晶相图（垂直截面、水平截面）-简单三元共晶相图平衡结晶过程五、材料中的扩散§5.1 扩散定律及其应用-扩散第一定律及其应用条件-扩散第二定律及其应用条件§ 5.2 扩散的微观机理-扩散的微观机理-原子热运动对扩散的影响-晶态、非晶态化合物中的扩散§ 5.3 扩散的热力学理论-扩散的驱动力-上坡扩散（概念、诱因）-扩散系数§ 5.4 反应扩散-反应扩散（概念、特点）陶瓷的概念、特征§ 5.5 扩散的影响因素-影响因素及其机理六、塑性变形§ 6.1 应力－应变曲线-工程应力应变曲线、真应力应变曲线及二者差别-强度及塑性指标，硬化系数§ 6.2 单晶体的塑性变形-滑移现象（滑移线、滑移带、滑移特征）-滑移系-临界分切应力-滑移的微观机理-晶体的转动、多滑移、交滑移及滑移线形貌-孪生的概念、特点§ 6.3 多晶体的塑性变形-位向差及晶界对塑变的影响-细晶强化机理、特征-霍尔－配奇公式§6.4 合金的塑性变形-固溶强化机理-屈服及应变时效-复相强化机理及特征-弥散强化机理§ 6.5 冷变形金属的组织和性能-组织变化（显微组织、变形亚结构、变形织构）-能量变化（内应力、畸变能）-力学性能（加工硬化）-物理、化学性能变化七、回复与再结晶§ 7.1 加热时的变化-显微组织变化-能量变化-力学性能变化-物理、化学性能变化§ 7.2 回复-回复机制-回复热力学-回复动力学-回复应用§ 7.3 再结晶-再结晶机制（形核机制、长大机制）-再结晶热力学-再结晶动力学-再结晶温度及其影响因素-再结晶组织及其影响因素§ 7.4 再结晶后晶粒长大-长大方式-晶粒长大（特征、热力学、动力学）-晶粒长大影响因素-再结晶应用八、固态相变-固态相变的分类九、复合效应与界面-复合材料定义、分类-复合材料的构成、各部分的作用-复合效应-界面结合种类热处理改变钢的性能的原因是因为采用不同的加热、保温、冷却方式使钢内部结构发生改变，从而获得所需性能。
材料科学基础总结一、名词解释1、空间点阵：由周围环境相同的阵点在空间排列的三维列阵称为空间点阵。
2、晶体结构：由实际原子、离子、分子或各种原子集团，按一定规律的具体排列方式称为晶体结构，或称为晶体点阵。
3、晶格常数：（为了便于分析晶体中的粒子排列，可以从晶体的点阵中取一个具有代表性的基本单元作为点阵的基本单元，称为晶胞。
）晶格常数就是指晶胞的边长。
4、晶向指数：（在晶格中，穿过两个以上结点的任一直线，都代表晶体中一个原子阵列在空间的位向，称为晶向。
）为了确定晶向在晶体中的相对取向，需要一种符号，这种符号称为晶向指数。
5、晶面指数：（在晶格中，由结点组成的任一平面都代表晶体的原子平面，称为晶面）为了确定晶面在晶体中的相对取向，需要一种符号，这种符号称为晶面指数。
6、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。
7、配位数：每个原子周围最近邻且等距离的原子的数目称为配位数。
8、致密度：计算单位晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比，比值称为致密度。
9、各向异性：晶体的某些物理和力学性能在不同方向上具有不同的数值，此为晶体的各向异性。
10、晶体缺陷：通常把晶体中原子偏离其平衡位置而出现不完整性的区域称为晶体缺陷。
11、点缺陷：在三维方向上尺寸都有很小的缺陷。
12、线缺陷：在两个方向上尺寸很小、令一个尺寸上尺寸较大的缺陷。
（指各种类型的位错，是晶体中某处一列或若干列原子发生了有规律的错排现象）13、面缺陷：在一个方向上尺寸很小，令两个方向上尺寸较大的缺陷。
14、刃型位错：位错线与滑移方向垂直的位错。
15、螺型位错：位错线与滑移方向平行的位错。
16、混合型位错：位错线与滑移方向既不垂直也不平行而成任意角度的位错。
17、位错的滑移：在切应力的作用下，位错沿滑移面的运动称为位错的滑移。
18、位错的攀移：刃型位错在正应力的作用下，位错垂直于滑移面的运动。
19、单位位错：柏氏矢量的模等于该晶向上原子的间距的位错则为单位位错。
胡赓祥第三版材料科学基础知识总结与复习答案1. 金属的结构和性质金属的结构由晶格和晶界组成。
晶格是由金属原子按照一定的排列规律形成的三维结构，晶界是相邻晶粒之间的边界。
金属的性质受晶格结构和晶界的影响。
2. 金属的热处理金属的热处理包括退火、正火、淬火和回火等。
退火可改善金属的塑性和韧性，正火可提高金属的硬度和强度，淬火可使金属具有高硬度和高强度，回火可降低金属的脆性。
3. 金属的腐蚀与防护金属在环境中容易发生腐蚀，腐蚀会导致金属的性能下降。
常见的金属腐蚀方式包括电化学腐蚀、化学腐蚀和物理腐蚀。
为了防止金属腐蚀，可以采取防护措施，如涂层保护、金属合金化等。
4. 金属的力学性能金属的力学性能包括强度、韧性、硬度和塑性等。
强度指金属抵抗外力的能力，韧性指金属在受力下发生塑性变形的能力，硬度指金属抵抗划伤的能力，塑性指金属在受力下发生永久形变的能力。
5. 金属的疲劳与断裂金属在长期受到交变载荷作用下容易发生疲劳破坏，疲劳破坏是由于金属内部微小缺陷的逐渐扩展导致的。
金属的断裂是指在受到过大载荷作用下金属突然破裂。
为了预防金属的疲劳与断裂，可以采取措施如降低应力集中、提高材料的强度等。
6. 陶瓷材料的结构和性能陶瓷材料是由非金属元素形成的晶体结构，其特点是硬度高、耐磨损、耐高温等。
陶瓷材料的性能受晶体结构和晶界的影响。
7. 高分子材料的结构和性能高分子材料是由大量重复单元组成的聚合物，其特点是轻质、柔软、绝缘等。
高分子材料的性能受分子结构和分子链的影响。
8. 复合材料的结构和性能复合材料由两种或两种以上不同材料组成，通过界面连接形成整体性能。
复合材料的性能受组分材料、界面结构和相互作用的影响。
9. 材料的选型与设计材料的选型与设计需要考虑材料的性能、用途要求、成本等因素。
根据具体要求选择合适的材料，进行设计和优化。
10. 材料的制备与加工材料的制备与加工包括原材料的提取、合成和加工成形等过程。
不同材料需要采用不同的制备和加工方法。
材料科学基础知识点
1. 结晶学：研究晶体的形成、结构和性质。
包括晶体生长、晶体结构分析、晶体缺陷等。
2. 材料力学：研究材料的力学性质，包括材料的强度、韧性、塑性、蠕变等。
3. 材料热学：研究材料的热传导、热膨胀、热稳定性等热学性质。
4. 材料电学：研究材料的电导率、介电性质、磁性等电学性质。
5. 材料化学：研究材料的化学成分、结构和化学反应。
包括材料的合成方法、表面改性、材料的腐蚀与防护等。
6. 材料物理学：研究材料的物理性质，包括光学性质、磁性、声学性质等。
7. 材料加工：研究材料的加工方法、工艺和性能改善。
包括材料的铸造、焊接、锻造、热处理等。
8. 材料性能测试：研究材料的各种性能指标的检测和测试方法。
9. 材料选择：根据工程要求和材料性能，选择最合适的材料。
10. 材料应用：研究材料在各种实际应用中的性能和适用范围，包括材料的耐久性、可靠性等。
1. 何谓钢的热处理？钢的热处理操作有哪些基本类型？答：（1）为了改变钢材内部的组织结构，以满足对零件的加工性能和使用性能的要求所施加的一种综合的热加工工艺过程。
（2）热处理包括普通热处理和表面热处理；普通热处理里面包括退火、正火、淬火和回火，表面热处理包括表面淬火和化学热处理，表面淬火包括火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火，化学热处理包括渗碳、渗氮和碳氮共渗等。
2. 为什么要对钢件进行热处理？答：通过热处理可以改变钢的组织结构，从而改善钢的性能。
热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。
恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。
3. 珠光体类型组织有哪几种？它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点？（1）三种。
分别是珠光体、索氏体和屈氏体。
（2）珠光体是过冷奥氏体在550℃以上等温停留时发生转变，它是由铁素体和渗碳体组成的片层相间的组织。
索氏体是在650～600℃温度范围内形成层片较细的珠光体。
屈氏体是在600～550℃温度范围内形成片层极细的珠光体。
珠光体片间距愈小，相界面积愈大，强化作用愈大，因而强度和硬度升高，同时，由于此时渗碳体片较薄，易随铁素体一起变形而不脆断，因此细片珠光体又具有较好的韧性和塑性。
4. 钢中的杂质元素有哪些答：钢中除铁与碳两种元素外，还含有少量锰、硅、硫、磷、氧、氮、氢等非特意加入的元素，其中，锰、硅等常称为常存元素；硫、氢等常称为杂质元素。
5. 钢的淬透性、淬硬性答：淬透性是指模具在淬火时获得淬硬层深度的能力反映了钢在淬火时能够获得马氏体的能力淬硬性指模具钢在正常淬火条件下马氏体所能达到的最高硬度6. 马氏体组织有哪几种基本类型？它们在形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？马氏体的硬度与含碳量关系如何？（1）两种，板条马氏体和片状马氏体。
（2）奥氏体转变后，所产生的M的形态取决于奥氏体中的含碳量，含碳量＜0.6%的为板条马氏体；含碳量在0.6—1.0%之间为板条和针状混合的马氏体；含碳量大于1.0%的为针状马氏体。
第一部分材料的原子结构1、原子结构与原子的电子结构；原子结构、原子排列对材料性能的影响。
原子结构：原子由质子和中子组成的原子核以及核外的电子所构成。
原子核内的中子显电中性，质子带有正电荷。
对电子的描述需要四个量子数：主量子数n：决定原子中电子能量以及与核的平均距离。
角动量量子数l: 给出电子在同一个量子壳层内所处的能级，与电子运动的角动量有关。
磁量子数m：给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。
自旋角动量量子数s：反映电子不同的自旋方向。
原子排列对材料性能影响：固体材料根据原子的排列可分为两大类：晶体与非晶体。
（有无固定的熔点和体积突变）晶体：内部原子按某种特定的方式在三维空间呈周期性重复排列的固体。
（常考名词解释）非晶体：指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体。
（名词解释）各向异性：晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。
（名词解释）2、材料中的结合键的类型、本质，各结合键对材料性能的影响，键-能曲线及其应用。
(常考简答题或是论述题，很重要)一次键离子键：离子键指正、负离子间通过静电作用形成的化学键。
（无方向性和饱和性）共价键：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。
（有方向性和饱和性）金属键：金属中的自由电子与金属正离子相互作用所构成的键合二次键范德瓦耳斯力：（又称分子间作用力）产生于分子或原子之间的静电相互作用。
氢键：与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以共价键结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H…Y形式的键，称为氢键。
（X与Y可以是同一种类原子，如水分子之间的氢键）各结合键对材料性能的影响：1．金属材料：金属材料的结合键主要是金属键。
由于自由电子的存在，当金属受到外加电场作用时，其内部的自由电子将沿电场方向作定向运动，形成电子流，所以金属具有良好的导电性；金属除依靠正离子的振动传递热能外，自由电子的运动也能传递热能，所以金属的导热性好；随着金属温度的升高，正离子的热振动加剧，使自由电子的定向运动阻力增加，电阻升高，所以金属具有正的电阻温度系数；当金属的两部分发生相对位移时，金属的正离子仍然保持金属键，所以具有良好的变形能力；自由电子可以吸收光的能量，因而金属不透明；而所吸收的能量在电子回复到原来状态时产生辐射，使金属具有光泽。
一.名词解释塑性韧性强度弹性比功分子键（空间）点阵固溶体间隙固溶体固溶强化位错多晶体单晶体反应扩散柯肯达尔效应二次结晶共晶转变包晶转变共析转变铁素体（非）均匀形核结构起伏成分过冷过冷度加工硬化再结晶淬透性（过）时效回火脆性调幅分解二. 需掌握的知识点1. 延性断裂和脆性断裂的区分标准—断裂前有无明显塑性变形。
2. 原子核外电子分布规律遵循的三个原则。
3. 金属键、离子键、共价键、分子键的特点。
4. 混合键比例计算与电负性差的关系。
5. fcc、bcc、hcp的常见金属、一个晶胞内原子数、配位数、致密度、常见滑移系等。
6. 固态合金相分为两大类：固溶体（间隙固溶体与置换固溶体）和中间相（区别点）。
7.影响固溶体溶解度的因素。
8.间隙相和间隙化合物的区别。
9. 晶体缺陷几何特征分类-点、线、面缺陷。
10. 点缺陷的种类及其区别（肖脱基缺陷和弗兰克尔缺陷）。
11.获得过饱和点缺陷的方法及原因。
12. 各类位错运动方向与柏氏矢量、切应力、位错线的位向关系。
13. 位错的主要运动方式；常温下金属塑性变形的方式。
14. 位错的增殖机制：F-R位错增殖机制、双交滑移增殖机制的主要内容。
15.说明柏氏矢量的确定方法。
掌握利用柏氏矢量和位错线的位向关系来判断位错类型。
16.两根平行的螺型位错相遇时的相互作用情况。
17.刃型位错和螺型位错的不同点。
18. 大小角度晶界的位向差、常见类型、模型描述、能量等。
19. 扩散第一定律、第二定律的数学表达式及其字母的物理含义。
20. 体扩散的主要机制、适用对象、扩散激活能大小等；短路扩散等；反应扩散与原子扩散；多晶材料的三种扩散途径—晶内、晶界、表面扩散。
21.柯肯达尔效应的含义及说明的问题（重要意义）。
22. 上坡扩散：物质由低浓度→高浓度，说明扩散的真正原因是化学势梯度而非浓度梯度。
23. 反应扩散定义、特点、扩散层增厚速度的决定因素。
24. 影响扩散的主要因素简述及分别叙述。
25. 压力加工合金、铸造合金应选取何种成分的合金及原因。
26. 铁碳合金分类：三大类、七小类。
27.亚、共、过共析钢的室温平衡组织组成、相组成及运用杠杆定律求相对含量。
28.结晶相变的热力学、动力学、能量及结构条件。
29.纯金属凝固时，正、负温度梯度与晶体生长形态的关系；实际合金凝固过程中生长形态与成分过冷的关系。
30. 结晶的两个过程—晶核形成、晶核长大；纯金属结晶的三个必要条件—过冷、能量起伏（△G*=1/3Aσ的意义）、结构起伏。
31. 液固界面结构与晶体生长机制（微观生长方式）的对应关系。
32. 凝固速度对枝晶偏析的影响。
33. 共晶系合金的不平衡冷却组织及其形成条件。
34. 运用凝固理论细化晶粒（控制晶粒尺寸）的三个途径。
35. 铸锭组织的特点。
（铸态宏观组织由三个晶区组成、各区的形成机理）36. 影响弹性模量的主要因素-结合键能。
37. 用位错理论解释低碳钢在外力作用下的屈服现象（上下屈服点）、应变时效的物理本质。
38.金属冷塑性变形后的组织与性能变化；热加工对金属组织和性能的影响。
39.冷塑性变形金属在不同温度下（三个阶段）的回复机制，并说明各自与缺陷的哪种运动方式有关。
40.固态相变的基本特点。
41. 过饱和固溶体的（有核—）脱溶分解和（无核—）调幅分解转变的定义、主要特征。
42. 奥氏体化的四个过程。
43.影响奥氏体转变速度的因素。
44.分辨起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度的不同含义。
45. 过冷奥氏体珠光体、贝氏体、马氏体转变（扩散、半扩散、无扩散）（分解、分解、切变）。
46.合金的主要强化途径。
三. 常见题型例1. 已知Si、C、Ga和As的电负性分别为1.90、2.55、1.81和2.18，试计算SiC和GaAs 中离子键结合的相对值。
2. 已知α-Fe的晶格常数为a，试求α-Fe的原子半径和致密度。
3. 纯铝晶体为面心立方点阵，已知铝的相对原子质量Ar（Al）=26.97，原子半径若r=0.143nm，求铝晶体的密度。
4. 计算面心立方结构的四（八）面体间隙的间隙半径，并用间隙半径和原子半径之比r B/r A 表示间隙的大小。
5. 画出体心立方结构中的八面体间隙和四面体间隙。
6. 在简单立方晶胞中画出[102]、[210]、[111]、[201]、[110]、[012]晶向和{111}、（221）、（463）、(121)、(122)、（100）晶面。
7. 在Fe中形成1mol空位的能量为104.675KJ，试计算从20℃升温至850℃时空位数目增加多少倍？8．柏氏矢量与刃型位错及螺型位错的位错线间存在什么位向关系？请分析如图所示的位错圆环各部分位错的类型。
9. 若将一位错线的正向定义为原来的反向，此位错的柏氏矢量是否改变？位错的类型性质是否变化？一个位错环上各个点的位错类型是否相同？10. 一个位错环能否各部分都是螺位错？能否各部分都是刃位错？为什么？11. 如图所示为一个简单立方晶体，滑移系统是{100}〈001〉。
今在（011）面上有一空位片ABCDA ，又从晶体上部插入半原子片EFGH ，它和（010）面平行，请分析：（1）各段位错的柏氏矢量和位错的性质；（2）哪些是定位错？哪些是可滑位错？滑移面是什么？（写出具体的晶面指数）；（3）如果沿[011]方向拉伸，各位错将如何运动？12. 在晶体中平行某原子面插入一方形原子层，会形成一个间隙位错环；同样在某原子面抽出一个方形原子层，亦可形成一个空位位错环。
假定这两个位错的位错线方向l 为顺时针方向，定出柏氏矢量b 的方向，试利用l 和b 的关系来说明一个位错环是间隙的还是空位的。
13. 在Al 的单晶体中，若（111）面上一位错b =2a [101]与（111）面上的位错b =2a [011]发生反应，（1）写出上述位错反应方程式，并用能量条件判明位错反应进行的方向；（2）说明新位错的性质。
14. 当存在过饱和空位浓度时，请证明任意取向的位错环都受一力偶作用，这力偶使位错转动变成纯刃位错。
15. 图示某晶体滑移面上有一柏氏矢量为b 的位错环并受到一均匀切应力τ的作用，试分析：（1）该位错环各段位错的结构类型；（2）各段位错线所受力的大小并确定其方向；（3）在τ作用下，若要使它在晶体中稳定不动，其最小半径为多大?16. 三元系发生扩散时，扩散层内能否出现两相、三相共存区？为什么？17.为什么钢铁零件渗碳温度一般选择在奥氏体相区进行？若不在此相区会有什么结果？18. 直接换位机制是不是扩散的主要机制？为什么？19. 含碳0.1%的碳钢在930℃渗碳，3小时渗层厚度为0.4mm ，某人欲获得0.8mm 的渗层，计划用6小时，该人的计划是否正确？为什么？20. 假设对一个原始碳浓度为0.25%的钢件进行渗碳处理，要求渗碳层厚度为0.5mm 处的碳浓度为0.8%，渗碳气体的碳浓度为1.2%，在950℃进行渗碳处理，应用菲克第二定律计算可以知道，需要时间约7小时。
如果将渗碳层厚度由0.5mm 提高到1.0mm ，则需要多少时间？21. 对含碳量0.1%的钢在920℃下进行渗碳。
渗碳时钢件表面碳浓度保持为1.2%C ，要求在其表面以下2mm 处有0.45%C ，试求渗碳所需要的时间。
（已知碳在γ-Fe 中920℃时的扩散激活能为133984J/mol,D 0=0.23cm 2/s,erf(0.71)=0,68）22. 分析以下概念中的错误。
（1）因固体原子每次跳动方向是随机的，所以在任何情况下扩散流量为零。
（2）晶界上原子排列混乱，不存在空位，所以以空位机制扩散的原子在晶界处无法扩散。
（3）间隙固溶体中溶质浓度越高，则溶质所占据的间隙越多，供扩散的空余间隙越少，即z 值越小，导致扩散系数下降。
（4）体心立方比面心立方晶体的配位数要小，故由D=61fzPa 2关系式可见，α-Fe 原子的扩散系数要小于γ-Fe 中的扩散系数。
23. 以空位机制进行扩散时，原子每次跳动一次相当于空位反向跳动一次，并未形成新的空位，而扩散激活能中却包含着空位形成能。
此说法正确否？请给出正确解释。
24. 补全铁碳相图。
25. 已知A 组元熔点1084℃，B 组元熔点1455℃，A 、B 在液态和固态时都能无限互溶，试绘出A-B 二元相图。
26. 已知Pb 熔点327.5℃，Sn 熔点231.9℃，Pb 和Sn 液态时无限互溶。
固态时Sn 在 Pb 中的最大固溶度为ωSn =0.19.室温时为ωSn =0.02；而Pb 在Sn 中的最大固溶度为ωPb =0.025室温时几乎为0。
ωSn =0.619的Pb-Sn 合金在183℃时发生共晶反应。
试绘出Pb-Sn 二元相图。
27. 根据Pb-Sn 二元相图，计算ωSn =50%合金共晶转变结束时相组分和组织组分的相对量。
28. 铁碳合金中可能出现的渗碳体有哪几种？并指出它们分别通过什么反应生成。
29. 根据Fe-Fe 3C 相图，试分析45钢（T12钢）的结晶过程，指明45钢（T12钢）的室温组织。
(从单一奥氏体区开始分析)30. 试计算碳含量为1.2%的铁碳合金室温时相组分中铁素体和渗碳体的相对量及组织组分中珠光体和二次渗碳体的相对量。
（忽略三次渗碳体的量）31. 指出含碳量为0.2%的铁碳合金缓慢冷却到室温时的相组成物和组织组成物，并求出各组织组成物的含量。
32. 在下图所示相图中请指出：（1）水平线上反应的性质。
（2）分析合金I 的冷却过程。
33．同样形状和大小的两块铁碳合金，一块为低碳钢，另一块为白口铸铁。
试问用什么简便方法可迅速将它们区分开来？34. 简单说明含碳量对钢硬度、强度和塑性的影响，试比较45、T8、T12钢的硬度、强度和塑性有何不同。
35. 指出二元合金相图的三种主要类型，并写出它们各自发生的主要转变的定义。
36. 根据三元共晶相图，画出T =T E 时的水平截面图。
37. 假设某纯金属液体按均匀形核方式结晶，晶胚呈边长为a 的立方体，晶胚的单位面积表面能为σ，液、固两相单位体积的吉布斯自由能差为△G V 。
求临界晶核边长a *和临界晶核形成功△G *的表达式。
38. 液态金属凝固时，若过冷液体中形成的晶胚是任意形状的，则体系的自由能变化可以表示为△G=n △Gn+ξn 2/3σ式中，n 为晶胚的原子个数；△Gn 为液、固相间每个原子的自由能差，ξ为形状因子（即ξn 2/3为晶胚的表面积）；试证明：△G *=274233Gn ∆σξ39. 已知液态纯镍在1大气压，过冷度为319℃时发生均匀形核。
设临界晶核半径为1nm ，纯镍的熔点为1726K ，熔化热△H m=18075J/mol,摩尔体积Vs=6.6cm 3/mol ，计算纯镍的液-固界面能和临界形核功。
