材料科学基础复习资料整理

1、材料科学基础复习资料整理一 . 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、 延性断裂与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

2、 (间隙固溶体与置换固溶体)与中间相 (区别点 )。7. 影响固溶体溶解度的因素。8. 间隙相与间隙化合物的区别。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(肖脱基缺陷与弗兰克尔缺陷)。11. 获得过饱与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。掌握利用柏氏矢量与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、刃型位错与螺型位错的

3、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就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

4、。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=1/3A 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。 (

5、铸态宏观组织由三个晶区组成、各区的形成机理)材料科学基础复习资料整理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;热加工对金属组织与性能的影响。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、 过饱与固溶体的( 有核 )脱溶分解与 (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、实际晶粒度与本质晶粒度的不同含

6、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与 As 的电负性分别为 1、90、2、55、1、81 与 2、18, 试计算 SiC 与 GaAs 中离子键结合的相对值。2、 已知 -Fe 的晶格常数为a, 试求 -Fe 的原子半径与致密度。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, 并用间隙半径与原子半径之比r B/r A表示间隙

7、的大小。5、 画出体心立方结构中的八面体间隙与四面体间隙。6、 在简单立方晶胞中画出 102 、210 、 111 、 20 1 、110 、 01 2 晶向与 111 、 (221)、(463) 、 (1 2 1)、 (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,此位错的柏氏矢量就是否改变？位错的类型性质就是否变化？一个位错环上各个点的位错类型就是否

8、相同？10、 一个位错环能否各部分都就是螺位错？能否各部分都就是刃位错？为什么？11、 如图所示为一个简单立方晶体,滑移系统就是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, 它与 (010) 面平行 ,请分析 :(1) 各段位错的柏氏矢量与位错的性质;(2) 哪些就是定位错？哪些就是可滑位错？滑移面就是什么？(写出具体的晶面指数 );(3) 如果沿 0 11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

9、顺时针方向 ,定出柏氏矢量 b 的方向 ,试利用 l 与 b 的关系来说明一个位错环就是间隙的还就是空位的。13、在 Al 的单晶体中 ,若 (111)面上一位错 b=aa011 发生反应 ,10 1 与 (111)面上的位错b=22(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;材料科学基础复习资料整理(2) 说明新位错的性质。14、 当存在过饱与空位浓度时,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的作用(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

10、其方向;,试分析:(3) 在作用下 , 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、 直接换位机制就是不就是扩散的主要机制？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 , 该人的计划就是否正确？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

11、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 -Fe 中 920时的扩散激活能为2、 71)=0,68)133984J/mol,D =0.23cm /s,erf(0022、 分析以下概念中的错误。(1) 因固体原子每次跳动方向就是随机的,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

12、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= 1 fzPa2 关系式可见 ,-Fe 原子的扩散系6数要小于-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 在液态与固态时都能无限互溶, 试绘出 A-B 二元相图。26、

13、已知 Pb 熔点 327.5 ,Sn 熔点 231.9 ,Pb 与 Sn 液态时无限互溶。固态时Sn 在 Pb 中的最大固溶度为Sn=0、19、室温时为Sn=0、 02; 而 Pb 在 Sn 中的最大固溶度为Pb=0、 025室温时几乎为0。 Sn=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 Sn=50%合金共晶转变结束时相组分与组织组分的相对量。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-Fe3C 相图 ,试分析 45 钢 (T12 钢 )的结晶过程 ,

14、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与渗碳体的相对量及组织组分中珠光体与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与组织组成物,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。材料科学基础复习资料整理33.同样形状与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、强度与塑性的影响, 试比较45、T8

15、、T12 钢的硬度、强度与塑性有何不同。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=TE 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 , 液、固两相单位体积的吉布斯自由能差为G。求临界晶核边长*与临界晶核形aV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就是任意形状的 , 则体系的自由能变化可以表示为 G=n Gn+n2/3 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33差, 为形状因子 (即 n2

16、/3为晶胚的表面积 );试证明 : G* =427 Gn239、 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m=18075J/mol, 摩尔体积 Vs=6.6cm3/mol, 计算纯镍的液 - 固界H面能与临界形核功。40、 液态金属凝固时都需要过冷,那么固态金属熔化就是否会出现过热？41、 已知平均晶粒直径为1mm与 0.0625mm的纯铁的屈服强度分别为112、7MPa与 196Mpa,问平均晶粒直径为 0.0196mm的纯铁的屈服强度为多少？42、 试根据纯铝的熔点(660 )与再结晶温度的实验关系,确定工业纯

17、铝的再结晶退火温度。(再结晶退火温度比最低再结晶温度高200)43、 试用多晶体塑变理论解释室温下金属的晶粒越细,其强度越高,塑性也越好的现象(Hall-Petch 公式 )。44、 若单晶体铜的表面恰好为100 晶面 ,假设晶体可在各个滑移系上进行滑移。试讨论表面上可能见到的滑移线形貌(滑移线方位与它们之间的夹角),若单晶体表面为 111 晶面呢？45、 将一个楔形铜片 ,置于间距恒定的两个轧辊之间轧制,如图所示。(1) 分析此铜片完全再结晶之后晶粒的变化情况。(2) 如果在较低的温度退火 ,何处先发生再结晶 ,为什么？46、 分析滑移与孪生的异同,比较它们在塑变过程中的作用。47、 根据 Fe-Fe 3C 相图与 C曲线 ,