材料热力学与动力学

材料热力学与动力学

参考书目：1.<> Peter Atkins , Julio de Paula .Oxford University Press 2002.

2.<> William F.Smith 2006.

3.<>WilliamD.Callister2009.

※1.Cp为什么是个常数？（材料结构、德拜公式、量子力学）[注：此题老师不止两次提到，有可能是考题哦]

练习题1

1.How to get microstructure picture and how to understand them.

1）扫描电子显微镜（SEM），通过细聚焦电子束在样品表面扫描激发出的各种物理信

号来调制成像的显微分析技术。

应用：形貌分析（显微组织、断口形貌、三维立体形态）

2）透射电子显微镜（TEM），是采用透过薄膜样品的电子束成像来显示样品内部组织

形态与结构。

应用：形貌分析（显微组织和晶体缺陷）

3）X射线衍射（XRD），利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的晶体结构、晶

格参数、晶体缺陷（位错等）、不同结构相的含量及内应力的方法。

应用：点阵常数的测定、晶体对称性的测定

4）电子探针（EPMA）利用聚焦的很细的电子束打在样品的微观区域，激发出样品该

区域的特征X射线。

应用：微区毫米范围显微结构分析。

纵坐标表示衍射强度，横坐标2θ表示衍射方向(衍射线在空间分布的方位)

2.From the OM （Optics Microscope光学显微镜）pictures of a kinds of steel and an

ordinary piece of china ,you can derive what kinds of information ,please list that and

make a short discussion .

钢铁材料的显微组织根据含碳量的不同各有不同，相同含碳量在不同温度下的组织

也有所不同。含碳量为0.77％的钢称为共析钢；含碳量低于0.77％的钢称为亚共析

钢；含碳量为0.77～2.11％的钢称为过共析钢；含碳量高于2.11％的称为铸铁。不

同含碳量和合金成分的钢或铸铁，其显微组织各不相同。同一成分的钢或铸铁，经

过不同的金属热处理后也具有不同的显微组织。不同的显微组织具有不同的性能，

因此钢铁可以通过热处理获得不同的性能。钢铁显微组织分析是研究钢铁和评定钢铁制品质量的重要手段。

普通陶瓷材料经过光学显微镜观察表面有气孔、金相、玻璃相

4.How to link microstructure with processing?

5.In your opinion ,how to deal with the solid state materials microstructure evolution is helpful to you work?

细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力学性能提高的方法称为细晶强化，工业上将通过细化晶粒以提高材料强度。方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌、对于冷变形的金属可以通过控制变形度、退火温度来细化晶粒。

固溶强化：融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，从而使合金固溶体的强度与硬度增加。这种通过融入某种溶质元素来形成固溶体而使金属强化的现象称为固溶强化。

加工硬化：金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象。又称冷作硬化。产生原因是，金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部产生了残余应力等。加工硬化的程度通常用加工后与加工前表面层显微硬度的比值和硬化层深度来表示。

第二相强化：复相合金与单相合金相比，除基体相以外，还有第二相存在。当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相中时，将会产生显著的强化作用，这种强化作用称为第二相强化。第二相强化的主要原因是它们与位错间的交互作用，阻碍了位错运动，提高了合金的变形抗力。

时效强化：合金元素经固溶处理后，获得过饱和固溶体。在随后的室温放置或低温加热保温时，第二相从过饱和固溶体中析出，引起强度，硬度以及物理和化学性能的显著变化，这一过程被称为时效。

6.For a piece of Alumina ceramics（氧化铝陶瓷）,using which ways to get needed microstructure picture and from that to understand its structure development ,property specialty and control factors ,etc.

金相显微镜，扫描电镜观察组织形貌。

电熔刚玉由于经过熔融工艺加工过程，因此一次晶体较大，一般较烧结a_A1203大几倍甚至几百倍;硬度高;脆性大;晶体边界尖锐。烧结a-A1203具有晶界圆滑及高硬

度的特点，它的颗粒由大量细小微晶团聚而成。由烧结法制备的a_A1203粉体，其显微结构随烧结温度、添加剂、气氛等条件的改变而改变。

Advice Reading

1.Considering standard china and its processing.

从毛坯到产品，陶瓷材料需要二次加工，但由于硬脆特性，陶瓷的加工性比多属材料困难得多，因此需要开发优质高效的陶瓷加工新工艺新技术。先进陶瓷的加工，涉及到陶瓷材料的性能，加工技术，检测，连结和涂覆等许多方面。2.Discuss about the formation process of the tricalcium silicate (硅酸三钙) .

3.Review about the iron-carbon phase and its application(7个区域).

铁碳合金相图是研究钢铁的重要理论基础，它反映了平衡状态下铁碳合金的成分、温度、组织三者之间的关系。铁碳相图是制定各种热加工及热处理工艺的依据，利用它还可以分析钢铁材料的性能，从而作为选材的理沦根据，它是学习铁碳合金的一个重要工具。

铁碳相图的应用可归纳为以下几个方面:

第一个方面（1.估算碳钢和铸铁铸造熔化加热温度）

是对已确定了化学成分的铁碳合金.参照铁碳相图选择热加工工艺方法。例如45钢在800℃以上温度范围内处于塑性极好的单相奥氏体区，

故它可在此温度以上的区域进行锻造加工，以获得所需要的外观形态及内部组织形态。而含碳量在2.11 %以上的铁碳合金，无论加热到什么温度也无法获得塑性良好的单相组织状态。因此，无法使用锻造加工方法进行成型加工，然而，它们的熔点却明显低于含碳量为2.11%以下的其它合金。因此，它们更适宜采用铸造加工工艺。第二方面（2.估算碳钢锻造加热温度）

在选材的过程中，可通过对不同化学成分的合金在室温时组织结构的分析，大致获得这些不同化学成分的合金在性能上的差异，然后再依据零件的服役条件和性能要求选择适宜的材料。例如，铁碳合金随着含碳量的提高，渗碳体的数量不仅越来越多，而且它的形态也在逐渐变化，进而导致机械性能规律性变化。

第三方面（3.估算热处理加热温度）

是铁碳相图与热处理工艺有着十分密切的联系。例如，淬火是强化钢材的重要手段之一。它是通过使过冷奥氏体转变为马氏体而实现的。结合铁碳相图，我们便可知道为什么不同的钢材(特别是指含碳量不同的钢材)应选择不同的淬火加热温度，亚共析钢的正确淬火加热温度应为Ac3以上30 – 50℃。

（4.确定碳含量己知的合金在仟意温度下的平衡状态）

（5.分析碳钢和铸铁的平衡相变过程及室温平衡组织）

（1）由铁碳相图可知，含碳量小于2.11%的铁碳合金在较高温度下可得到单相奥氏体，即AESG 区，利用奥氏体的塑性好、变形抗力小，碳钢锻造时易于成形。