2011金属学原理
中国石油大学(华东)博士研究生专业
中国石油大学(华东)博士研究生专业中国石油大学（华东）博士研究生专业目录专业代码、名称及研究方向指导教师及研究方向人数考试科目备注001地球科学与技术学院070900地质学01地球化学02沉积学及层序地层学03油气储层地质学04区域及大地构造学05油气区构造解析06古生物学及地层学周瑶琪（01，04）陈世悦（02、03）钟建华（02、04）戴俊生（04、05）陈清华（04、05）吴智平（05、06）操应长（03、02）董春梅（03、02）张国伟*（04，02）邱隆伟（02，03）11①1001英语②2001高等石油地质学③3001沉积学原理或3002构造地质学或3003地球化学或3004地层学原理与方法同等学力考生报考须满足：①具有高级职称；②具有较强的科研工作能力和创新能力。
23081800☆地质资源与地质工程01油气资源勘探理论、方法和技术02油气藏开发地质03地球物理理论、方法与应用04测井理论、方法与技术05油气田地质工程06计算机技术与资源信息工程27报考01、02、05方向：①1001英语②2001高等石油地质学③3005地质学（含沉积学、构造地质学）报考03、04、06方向：①1001英语②2002数字信号处理或2003电动力学③3006地震勘探或3007地球物理测井或3008数字图象处理002石油工程学院082001☆油气井工程01井下系统、信息与控制工程02油气井岩石力学与工程03油气井流体力学与工程04油气井化学与工程18报考01、02、03方向：①1001英语②2004高等流体力学或2005弹塑性力学或2006数值分析③3009油气井工程综合报考04方向：①1001英语②2007胶体与表面化学③3009油气井工程综合同等学力考生报考须满足：①获学士学位后有六年以上相关工作经历，一般应有副高级以上职称，已修完硕士研究生课程，以第一、二作者在公共刊物上发表过两篇以上报考专业领域的学术论文或获省部级以上科研成果奖；②同等学力考生不能跨学科报考。
第1章金属学原理
= < 100 >
2) 晶面指数
定原点— 求截距— 取倒数— 化最小整数— 加（） 求法：
例：
z X 轴坐标 —— 1 Y 轴坐标 —— 1 111 ( 1 1 1) Z 轴坐标 —— 1 y
o
x
2) 晶面指数
定原点— 求截距— 取倒数— 化最小整数— 加（） 求法：
特点：1. 直接表示任意晶面
u h 1 h2
v k1 k2
u=k1l2-k2l1; v=l1h2-l2h1; w=h1k2-h2k1
晶带定律的应用 （2）若已知两个晶向[u1v1w1]和[u2v2w2]，则由此二 晶向所决定的晶面指数（hkl) 可以从下式求得
h:k :l =
或写作
v1 v2
v
w1 w2
w l1 l2
1、三斜晶系
a b c， 90
c
b
a
简单三斜结构
2.单斜晶系
a b c， = = 90
c
c
a
b
a
b
简单单斜结构、底心单斜结构
3.正交晶系
a b c, = = = 90
c
c
b b 简单正交结构、底心正交结构、体心正交结构、 面心正交结构
:
w1 w2
u1
u2 u2
:
u1
v1 v2
u h 1 h2
k1 k2
h=v1w1-v2w2; k=w1u2-w2u1; l=u1v2-u2v1
晶带定律的应用
（3）已知三个晶轴[u1v1w1]、[u2v2w2]和[u3v3w3]，若
金属学原理
莱特later1.配位数：直接同中心离子（或原子）配位的原子数目叫中心离子（或原子）的配位数2.粗糙界面：液固两相之间的界面从微观上来看是高低不平的，存在几个原子层厚度的过渡层，在过渡层中约有半数的位置为固相原子所占据，由于过渡层很薄，所以，从宏观上来看，界面反而显得平直，不出现曲折小平面，这类界面又称非小平面界面。
3.交滑移：两个或两个以上的滑移面沿同一滑移方向进行交替滑移的过程4.有效分配系数：结晶过程中固体在相界处的浓度比上此时余下液体的平均浓度。
5.应变时效：低碳钢拉伸时，若在超过下屈服点以后卸载并立即重新拉伸，则拉伸曲线不出现屈服点；若卸载后放置一段时间或在200℃左右加热后再进行拉伸，则屈服现象又复出现，且屈服应力进一步提高。
这种现象通常称为应变时效。
6.过冷度：相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度7.形变组织：金属在合金塑性变形时，由于各晶粒的转动，当形变量很大时，各晶粒的取向会大致趋于一致，形变中的这种组织状态叫做形变织构8.动态过冷度：能保证凝固速度大于融化速度的过冷度称为动态过冷度9.加工硬化：随着塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象，即强度和硬度升高，塑性和韧性降低。
10.上坡扩散：由低浓度向高浓度进行的扩散11.割阶:位错线上垂直于原位错滑动面的曲折部分12.伪共晶：在非平衡凝固条件下，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所得到的共晶组织称为伪共晶13.柯氏气团：溶质原子与位错的交互作用，溶质原子将偏聚在位错线附近以降低体系的畸变能形成溶质原子气团。
1、金属的退火处理包括哪三个阶段？简述这三个阶段中晶粒大小、结构的变化答：退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。
回复是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段；再结晶是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程；晶粒长大是指再结晶结束之后晶粒的继续长大。
金属学原理重要知识点
1.配位数：直接同中心离子（或原子）配位的原子数目叫中心离子（或原子）的配位数2..粗糙界面：液固两相之间的界面从微观上来看是高低不平的，存在几个原子层厚度的过渡层，在过渡层中约有半数的位置为固相原子所占据，由于过渡层很薄，所以，从宏观上来看，界面反而显得平直，不出现曲折小平面，这类界面又称非小平面界面。
3. 交滑移：两个或两个以上的滑移面沿同一滑移方向进行交替滑移的过程4. 有效分配系数：结晶过程中固体在相界处的浓度比上此时余下液体的平均浓度。
5. 应变时效：低碳钢拉伸时，若在超过下屈服点以后卸载并立即重新拉伸，则拉伸曲线不出现屈服点；若卸载后放置一段时间或在200℃左右加热后再进行拉伸，则屈服现象又复出现，且屈服应力进一步提高。
这种现象通常称为应变时效。
6. 过冷度：相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，平衡相变温度与该实际转变温度之差称过冷度7. 形变组织：金属在合金塑性变形时，由于各晶粒的转动，当形变量很大时，各晶粒的取向会大致趋于一致，形变中的这种组织状态叫做形变织构8. 动态过冷度：能保证凝固速度大于融化速度的过冷度称为动态过冷度9. 加工硬化：随着塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象，即强度和硬度升高，塑性和韧性降低。
10. 上坡扩散：由低浓度向高浓度进行的扩散11. 割阶: 位错线上垂直于原位错滑动面的曲折部分12. 伪共晶：在非平衡凝固条件下，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所得到的共晶组织称为伪共晶13. 柯氏气团：溶质原子与位错的交互作用，溶质原子将偏聚在位错线附近以降低体系的畸变能形成溶质原子气团。
1、金属的退火处理包括哪三个阶段？简述这三个阶段中晶粒大小、结构的变化答：退火过程分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。
回复是指新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段；再结晶是指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程；晶粒长大是指再结晶结束之后晶粒的继续长大。
金属学原理
屬隨溫度的改變﹐由一種晶格轉變到另一種晶格。以鐵 為例﹔液態純鐵在1538º C時﹐進行結晶﹐得到某種晶格
●的
δ–Fe ﹐繼續冷卻到1394º C時發生同素異構轉變 ﹐
● δ–Fe轉變為另一種結構的γ–Fe﹐再冷卻到912º C時發生
同素異構轉變﹐轉變為α–Fe。由于同素異構轉變與
● 液態金屬的結晶過程有很多相似之處﹕有一定的轉變溫
奧氏體:碳溶于γFe中的間隙固溶體，稱為奧氏體。
用 符號“A”表示。奧氏體的最大固溶度 為 2.11% (1148℃)。奧氏體是鐵碳合金的高溫組織，在平衡 條件下，它最低存在溫度是727℃。在該溫度下奧 氏體的成份是一固定值:含碳0.77%。
滲碳體:滲碳體是鐵和碳形成的間隙化合物。 用符號“Fe3C”表示。它的含碳量為6.69%， 是一個固定值。滲碳體具有復雜的晶體結構， 很硬、很脆、幾乎沒有塑性，它是鐵碳合金 中的強化相。因此滲碳體的形態、大小、多 少及分佈對鐵碳合金的性能有直接影響。通 過不同的熱處理方法，可以改變滲碳體在鐵 碳合金中的形態、大小、多少及分佈，從而 改變材料的性能。這正是熱處理的重要原理 之一 。 通常把碳化物分為﹕一次碳化物﹔ 二次碳化物﹔三次碳化物。它們的來源和形 態有所不同﹐而本質并無區冸。
三﹑ 鐵﹑碳合金相圖
鐵素體﹕碳溶于αFe中的間隙固溶體，稱為鐵素體。
用符號“F”表示。在α- 中碳的溶解度很小﹐在727º Fe C
時 最大溶解度僅為0.02%。隨著溫度的下降﹐αFe中的 溶碳量減小﹐在室溫時几乎降到零。由于鐵素體中的 含
碳 量極少﹐所以鐵素體的組織與性能與純鐵相似﹐ 即
具有 良好的塑性和韌性﹐強度與硬度較低。 材料﹕ S45C (白色帶狀鐵素體) X500
珠光體:珠光體是鐵素體和滲碳體的機械混合物。用符
金属学原理(金属学与热处理)重点名词解释
金属：具有正的电阻温度特性的物质。
晶体：物质的质点（原子、分子或离子）在三维空间作有规则的周期性重复排列的物质叫晶体。
原子排列规律不同，性能也不同。
点阵或晶格：从理想晶体的原子堆垛模型可看出，是有规律的，为清楚空间排列规律性，人们将实际质点（原子、分子或离子）忽略，抽象成纯粹几何点，称为阵点或节点。
为便于观察，用许多平行线将阵点连接起来，构成三维空间格架。
这种用以描述晶体中原子（分子或离子）排列规律的空间格架称为空间点阵，简称点阵或晶格。
晶胞：由于排列的周期性，简便起见，可从晶格中取出一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元来分析原子排列的规律性。
这个用以完全反映晶格特征最小的几何单元称为晶胞。
多晶型转变或同素异构转变：当外部条件（如温度和压强）改变时，金属内部由一种晶体结构向另一种晶体结构的转变称为多晶型转变或同素异构转变。
空位：某一温度下某一瞬间，总有一些原子具有足够能量克服周围原子约束，脱离原平能位置迁移到别处，在原位置上出现空节点，形成空位。
到晶体表面，称为肖脱基空位；到点阵间隙中，称弗兰克尔空位；位错：它是晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象，使长达几百至几万个原子间距、宽约几个原子间距范围内原子离开平衡位置，发生有规律的错动，所以叫做位错。
基本类型有两种：即刃型位错和螺型位错。
晶界：晶体结构相同但位相不同的晶粒之间的界面称为晶粒间界，简称晶界。
小角度晶界位相差小于10°，基本上由位错组成。
大角度晶界相邻晶粒位相差大于10°，晶界很薄。
亚晶界和亚结构：分别泛指尺寸比晶粒更小的所有细微组织及分界面。
柯氏气团：刃型位错的应力场会与间隙及置换原子发生弹性交互作用，吸引这些原子向位错区偏聚。
小的间隙原子如C、N 等，往往钻入位错管道；而大置换原子，原来处的应力场是受压的，正位错下部受拉，由相互吸引作用，富集在受拉区域；小的置换原子原来受拉，易于聚集在受压区域，即位错的上部。
金属学原理复习提纲及概念汇总
金属学原理复习提纲一，晶体学掌握晶体结构、空间点阵、晶胞、晶系、点阵常数、晶面、晶向、晶面族、晶向族和晶面间距等基本概念；了解晶体结构与空间点阵的联系与区别；了解晶体的宏观特性；熟练掌握晶面指数和晶向指数特别是六角晶系指数的的标定；了解面间距和晶面夹角的计算以及晶带定理；了解晶体对称性和晶体投影的相关概念以及理解晶体投影的意义。
●晶体结构：实际原子在三维空间的规则排列。
●空间点阵：阵点在三维空间的规则排列。
●晶胞：表达空间点阵几何规律的基本空间单元。
●晶向晶面：原子列表示的方向和原子组成的平面。
●晶面晶向族：由于点阵对称性，某些非平行的晶面晶向经对称操作后会完全重合，在几何上表现为等价的系列晶面晶向。
●晶体结构与空间点阵的联系与区别：都是不随时间变化的三维空间的规则排列，但空间点阵是晶体结构的几何抽象，空间点阵加上结构基元为晶体结构。
●晶体宏观特性：自限性：自发生长成规则外形。
均匀性：任一部分的性质相同，课看做连续物体。
各向异性：晶体的不同方向上表现出不同性质。
对称性：对称操作可以让晶体重合的性质。
●晶体投影意义：用二维平面图的方式清晰表达点阵中的方向和晶面间关系，利于晶面夹角测量，晶带轴的确定等。
二，晶体结构熟悉三种典型金属晶胞中原子的排列形式，包括晶格常数与原子半径的关系、晶胞内原子数、配位数、致密度、四面体间隙和八面体间隙数目。
了解相、组织、固溶体、金属间化合物、固溶强化、置换固溶体、间隙固溶体、有序固溶体、电子化合物、间隙相和间隙化合物等基本概念；掌握固溶体与金属间化合物的区别；掌握间隙固溶体与间隙相及间隙化合物的联系和区别；熟悉影响置换固溶体和间隙固溶体固溶度的因素；了解金属间化合物的分类及形成控制因素。
●组织：指用显微镜观察到的材料微观形貌的总称。
●固溶体：晶体结构与其某一组元相同的相。
元素间在固态下相互溶解相。
置换，为溶质原子取代溶剂原子位置。
间隙，占据溶剂原子间隙而非结点。
两大特点：晶格畸变和微观不均匀性（溶质原子偏聚）。
金属学原理名词解释
名词解释1.间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，形成具有简单晶体结构的间隙型化合物2.间隙化合物：当非金属原子半径与金属原子半径的比值大于0.59时，形成复杂晶体结构的间隙型化合物3.固溶体：在固态下合金中组元相互溶解而形成的均匀固相4.配位数：晶体结构中，与任一原子最近邻并且等距的原子数5.致密度：致密度=单位晶胞中原子所占有的体积/单位晶胞体积6.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7.空间点阵：抽象的几何点在三维空间规则排列的队列8.多晶型性：当外界条件（主要指温度和压力）改变时，元素的晶体结构可以发生转变，把金属的这种性质称为多晶型性9.形核功：形成临界晶核必须获得的能量10.晶胚：在温度降到熔点以下时，在液态金属中存在结构起伏，瞬时存在的有序原子集团11.临界晶核：半径为r*的晶核12.动态过冷度：能保证凝固速度大于熔化速度的过冷度13.粗糙界面：从微观上高低不平，有几个原子厚的过渡层，过渡层中约50%的位置占有原子的界面称为粗糙界面14.光滑界面：液固界面处截然分开，固相表面为基本完整的原子密排面，所以从微观上看是光滑的界面称为光滑界面15.伪共晶：不平衡的结晶条件下，成分在共晶点附近的合金全部转变成共晶组织，这种非共晶成分的共晶组织称为伪共晶16.不平衡共晶：由于固相线偏离平衡位置，不但冷到固相线上凝固不能结束，甚至冷到共晶温度以下还有少量液相残留，最后这些液相转变为共晶体，形成所谓的不平衡共晶组织17.离异共晶：有共晶反应的合金中，如果成分离共晶点较远，由于初晶相数量较多，共晶相数量很少，共晶中与初晶相同的那一相会依附初晶长大，另外一个相单独分布于晶界处，使得共晶组织的特征消失，这种两相分离的共晶称为离异共晶18.上坡扩散：原子由低浓度向高浓度出扩散的现象19.均匀化退火：将钢加热到略低于固相线温度，长时间保温（10-15h），然后随炉冷却，以使钢的化学成分和组织均匀化20.反应扩散：通过扩散而形成新相的现象21.柯肯达尔效应：扩散偶中由于扩散系数不同而引起对接面移动的现象22.自扩散：不伴随浓度变化，与浓度梯度无关的只发生在纯金属和均匀固溶体中的扩散23.互扩散：伴随有浓度变化，与异类原子浓度差有关的发生在异类原子之间的相互扩散24.成分过冷：由于液相成分改变而形成的过冷25.平衡分配系数：在一定温度下，固—液两平衡相中溶质浓度的比值ko称为溶质的平衡分配系数，ko=Cs/C L26.区域熔炼：利用正常凝固的原理将棒料从一端顺序地进行局部熔化，使溶质杂质富集到右端，反复进行这样的操作以达到使金属棒一端提纯的技术27.有效分配系数：ke=结晶过程中固体在相界处的浓度/此时余下液体的平均浓度28.直线法则：在一定温度下，当某三元系合金处于两相平衡时，合金的成分点与平衡相的成分点必定在同一直线上，且合金的成分点位于两平衡相的成分点之间，该规律称为直线法则29.重心法则：如果合金在某一温度处于三相平衡，合金成分点位于由三个平衡相成分点组成共轭三角形的重心位置，这就是重心法则30.连接线：三元系截面图中液相线上液相成分点和其对应的固相线上固相成分点的连线31.单变量线：三元系空间模型中随着温度的变化三个平衡相的成分点形成三条空间曲线，称为单变量线32.滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向的组合33.临界分切应力：能引起滑移或孪生所需要的最小分切应力34.复滑移：由于晶体的转动，使另一个滑移系参加滑移，从而形成双滑移﹑多组滑移系参加滑移的过程35.交滑移：两个或两个以上的滑移面沿同一滑移方向进行交替滑移的过程36.双交滑移：如果交滑移后的位错再转回与原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移37.孪生：晶体的一部分沿一定晶面（孪晶面）和晶向发生切变38.加工硬化：随着变形程度的增加，强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象39.变形织构：多晶材料因塑性变形后的晶粒取向偏离非随机分布状态所形成的组织40.位错点阵阻力：位错移动受到的阻力41.回复：冷变形金属在加热温度较低时，金属中的一些点缺陷和位错的迁移，使晶格畸变逐渐减小，内应力逐渐降低的过程42.再结晶：冷变形金属的加热温度高于回复阶段以后，当温度继续升高时，由于原子活动能力增大，金属的显微组织发生明显的变化，由破碎拉长或压扁的晶粒变为均匀细小的等轴晶粒的过程43.动态回复：热加工过程中，由于变形温度高于再结晶温度，因而在变形的同时伴随着回复的过程44.动态再结晶：热加工过程中，由于变形温度高于再结晶温度，因而在变形的同时伴随着再结晶的过程45.二次再结晶：再结晶完成后晶粒长大随温度的升高或时间的增长而不连续不均匀地长大，称为二次再结晶46.多边化：指由于冷变形后，同号刃型位错在滑移面上塞积而引起点阵轻微弯曲，在退火过程中，通过刃型位错的攀移与滑移，使同号刃型位错沿着垂直于滑移面的方向排列成小角度亚晶界的过程47.储存能：冷塑变时，外力所作的功尚有一小部分储存在形变金属内部，这部分能量称为储存能48.退火孪晶：某些面心立方金属和合金﹑如铜及铜合金，镍及镍合金和奥氏体不锈钢等，冷变形后再结晶退火，其晶粒中会产生的一种孪晶49.流线：在热加工过程中铸态金属的偏析，夹杂物，第二相等逐渐沿变形方向延伸，这种组织称为流线50.全位错：柏氏矢量等于（或整数倍）点阵矢量的位错51.不全位错：柏氏矢量小于点阵矢量的位错52.单位位错：柏氏矢量为一个点阵矢量的位错53.固定位错：将面心立方完整晶体沿{1 1 1}原子层间剖开，抽去半原子平面或插入半原子平面就形成了层错，这样形成的层错就是固定层错54.面角位错：形成于两个{1 1 1}面之间的面角上，由三个不全位错和两片层错所构成的位错组态55.扩展位错：两个不全位错和中间的层错带所组成的位错组态56.柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别）,形成柯氏气团57.铃木气团：当溶质原子偏聚在层错附近，使其浓度大于基体中浓度时，即形成铃木气团58.应变时效：在塑性变形时或变形后，在室温或适当加热时，导致间隙固溶原子在位错线上的偏聚使合金的强度和硬度升高并往往导致不连续屈服重新出现的现象59.位错密度：单位体积中所包含位错线的总长度60.层错：由于某种原因，原子排列不按正常次序生长，这样使原子层产生了错排。
金属学原理与热处理第二章优秀课件
dG S dT
熵的物理含义：系统中原子排列混乱程度。
§2.2 金属结晶的热力学条件
两相自 由能差
过冷度
GV
Lm
T Tm
潜热
结晶温度
§2.3金属结晶的结构条件
相起伏
能量起伏
晶胚 晶核
§2.4晶核的形成
均匀形核
非均匀形核
是指完全依靠液态金属中 的晶胚形核的过程，液相 中各区域出现新相晶核的
粗糙界面
平面长大方式
负温度梯度下生长的界面形态
粗糙界面 光滑界面
树枝状
规则几何外形晶体或者树枝状
长大速度 长大机制
台阶长大 慢 垂直长大 快
过冷度
先快后慢
晶粒大小的控制 控制过冷度
T N G
精品课件！
精品课件！
晶粒大小的控制 控制过冷度 变质处理
T N G
点阵匹配
振动、搅拌、超声波
rk'
2L
GV
2LTm
LmT
G k ' 1 34 rk 2 L (23co 24 sco 3)s
§2.4晶核的形成
§2.4晶核的形成
固态基面结构的影响
cos L L
4 过热度 5 搅拌和振动
液固界面的微观结构
光滑界面
粗糙界面
从原子尺度观察，这种界面是光 滑平整的。通常为密排晶面
液固界面的微观结构
金属学原理与热处理第二章
第二章 纯金属的结晶
金属熔点
凝固
结晶
平衡结晶温度或理论结晶温度
通常把金属从液态转变为固体晶态的过程称为一次结晶。 而把金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程
称为二次结晶或重结晶。
金属学原理复习资料
金属学原理复习资料第一章金属的晶体结构1、什么是金属学？答:研究金属与合金的成分、组织、性能以及三者之间的关系及其变化规律的学科。
2、金属与非金属的本质区别是？答：金属是具有正的电阻温度系数的物质，其电阻随温度的升高而增加；非金属是具有负的电阻温度系数的物质。
3、为什么原子总是自发的趋于紧密排列？答：最密排列时结构最稳定，能量最低。
4、晶体的特性有哪些?答: （1）具有一定的熔点（2）具有固定外形（3）具有各向异性5、常见3种典型晶体结构。
原子数原子半径配位数致密度滑移面滑移方向滑移面系数Bcc280.68{110}<111>12 Fcc4120.74{111}<110>12Hcp6120.74{0001}36、什么是多晶性转变或同素异构转变？答：当外部条件（温度、压强）改变时，金属内部由一种晶体结构转变成另一种晶体结构的转变。
7、纯铁的同素异构转变：δ-Fe —(1394℃) →?-Fe —(912℃) →ɑ-Fe8、常见晶体缺陷有哪些？答：（1）点缺陷：空位、间隙原子、置换原子。
（2）线缺陷：刃型位错、螺旋位错。
（3）面缺陷：晶体表面、内界面（晶界、亚晶界、孪晶界、堆垛层错、相界）。
9、什么是柏氏矢量？答：用来表示位错的性质，和表示位错的晶格畸变的大小和方向，从而使人们研究位错时摆脱位错区域原子具体排列细节的约束的一个矢量。
10、什么是堆垛层错?答：晶面堆垛顺序发生局部差错而产生的一种晶体面缺陷。
11、相界有哪几类？答：共格界面、半共格界面、非共格界面。
12、什么是共格界面？答：指界面上的原子同时位于两相晶格的结点上，为两种晶格所共有。
13、刃型位错的柏氏矢量与其位错线相垂直，这是刃型位错的一个重要特征。
14、螺型位错的柏氏矢量与其位错线相平行，这是螺型位错的重要特征。
15、不含位错的晶须，不易塑性变形，因而强度很高；而工业纯铁中含有位错，易于塑性变形，所以强度很低。
金属材料学课件 第一章 金属材料的合金化原理
4. 学习要求 掌握金属材料合金化原理、合金元素对钢相变、 组织、性能影响的一般规律。 掌握常用钢、铸铁、高温合金、有色金属等材料 的牌号、成份、热处理规范、组织、力学性能和 用途。 能够根据工程构件、机器零件（或工具）的服役 条件，具有合理选用材料，正确确定热处理技术 条件的知识。 能对材料产品质量作初步分析，提出消除或预防 热处理缺陷的措施。
材料学院
Chapter 1 金属材料的合金化原理
材料学院
Chapter 1 金属材料的合金化原理
主要 内容
影铁 合 响碳 金 相元 图素 的对 钢 的 合 金 化
号合 方金 法钢 的 编
基 本 概 念
影铁 合 响碳 金 相元 图素 的对
存 在在 形钢 式种 的 Me
布 状不 态同 热 的处 分理 Me
Steel
Cast Iron
2% C 3% C 4% C 5% C 6% C
中碳钢：0.25%＜wc≤0.6% 高碳钢： wc＞0.6%
400 C Fe
1% C
6.70% C
材料学院
Chapter 1 金属材料的合金化原理
2. 合金元素对 Fe-Fe3C 相图的影响
1）合金元素对奥氏体相区、铁素体相区的影响 Ni、Co、Mn 等扩大铁碳相图中奥氏相区。当 Ni或 Mn 的含量高时，可使钢在室温下得到单相奥氏体组织，如 1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢、 Mn13 高锰耐磨钢等； Cr、W、Mo、V、Ti、Si 等缩小铁碳相图中奥氏体相 区。Cr、Ti、Si 等当其超过一定含量后，可获得单相铁素钢 ，例如 1Cr17Ti 高铬铁素体不锈钢。
V 形成以α-Fe 为基的无限固溶体；Mo 和 W 形成较宽溶 解度的有限固溶体；Ti、Nb、Ta形成具有较窄溶解度的有限 固溶体；Zr、Hf、Pb在 Fe 具有很小的溶解度。
金属学原理
金属学原理1.金属材料按金属材料性能方面所提出的要求分工艺性能和使用性能。
化学成分，原子集合体的结构以及内部组织是决定金属材料性能的内在基本因素。
2.金属学中称小单元为晶粒，它是组织的基本组成单位，各晶粒之间通过其界面相互紧密结合在一起，这些界面叫晶界。
组织包括晶粒的大小、形状、种类以及这种晶粒之间的相对数量和相对分布。
结构是指原子集合体中各原子的具体组合状态，当化学成分给定时，金属材料的某些性能主要是由结构类型所控制的，化学成分由冶炼来保证，结构组织除了成分制约外，还要由铸造条件、压力加工条件、特别是热处理条件来确定。
3.通常将那些基本上是由一种金属元素组成的材料或物质叫做纯金属。
凡是有益的，有意识的加入或存留在某一金属材料中一定数量的元素，称合金。
4.纯金属的典型结构模型分类有面心立方结构模型、密集六方结构模型和体心立方结构模型。
在晶胞的8个角上各有一个原子构成立方体，在立方体6个面的中心各有一个原子，把该晶体结构称之为面心立方晶胞，原子数是4个，体心立方晶胞中的原子数是2个。
5.凡是原子在三维空间按一定规律周期性排列的固体叫做晶体。
一条直线上相邻两原子中心的距离，称之为排列周期。
这条联结原子中心的直线所代表的方向称晶向。
无论是在代位固溶体或间隙固溶体中，在每个溶质原子周围的一定范围内，溶剂原子排列的正常规律性都会受到不同程度的干扰，这就叫点阵畸变。
配位数指晶体结构中与任何一个原子最近邻等距离的原子数量。
6.化学中把元素分为金属和非金属。
贡献出价电子的电子变为了正离子，浸在电子云中，靠运动于其间公有自由电子的静电作用结合起来，这叫做金属键。
金属原子易于丢失电子，非金属元素易取得电子。
7.在金属晶体学中原子结合键分离子键、共价键、金属键和极化键。
8.同一金属随温度（或压力）不同可出现的不同结构叫做同素异构现象。
在晶体学中常见的金属化合物分正常价化合物、电子化合物和尺寸因素化合物。
9.固溶体是溶质组元溶于溶剂点阵中而组成的单一的均匀固体。
材料科学与工程——《金属学原理》 考纲
《金属学原理》掌握的内容：教学大纲的内容：1、金属与合金的凝固知识点：纯金属的凝固：液态金属的结构；凝固的热力学条件。
形核：形核的方式，形核功，影响晶核尺寸的因素。
晶核的长大：液固界面的结构；晶核长大机制。
合金的凝固：平衡分配系数；平衡凝固与非平衡凝固；界面前沿的溶质原子再分布；成分过冷，液/固相界面形貌；共晶合金的凝固；铸锭的凝固；铸锭的宏观组织与控制；凝固技术。
重点：形核与长大，形核的热力学分析，溶质重新分布，成分过冷。
难点：形核的热力学分析，溶质重新分布，成分过冷。
2、铁碳相图及铁碳合金的结晶（4学时）C相图；铁碳合金的平衡结晶；铁碳合金的平知识点：铁碳相图中的相；Fe-Fe3衡组织及力学性能；Fe-C稳定系相图及石墨化。
重点：铁碳合金的平衡结晶。
难点：铁碳合金的平衡结晶。
3、金属的塑性变形（10学时）知识点：滑移的进一步讨论；塑性变形的方式和机理；单晶体的应力－应变曲线及加工硬化。
多晶体的塑性变形的特点：形变过程的宏观应变协调；形变过程的微观应变协调与微观组织变化；形变过程宏观组织的变化；形变织构；复相合金的塑性形变：固溶体合金的塑性变形与机理；多相合金的塑性变形与机理；复合材料的形变。
形变后的残余内应力。
重点：单晶体的塑性变形，多晶体的塑性变形，塑性变形对材料组织和性能的影响。
难点：塑性变形的微观机制，晶界对变形和强度的影响。
4、回复与再结晶（6学时）知识点：回复：储存能的释放；电阻和密度的回复；机械性能的回复；回复动力学；回复过程结构的变化。
再结晶：再结晶的基本规律；再结晶和回复的关系；再结晶动力学；再结晶的形核；再结晶核心的长大；第二相粒子的作用；晶粒正常长大及二次再结晶；退火孪晶；再结晶织构。
金属材料的热加工：动态回复；动态再结晶；超塑性。
重点：冷变形金属的回复、再结晶及晶粒长大，影响再结晶的因素。
难点：回复的微观机制；再结晶晶核的形成。
具体要求：第一章金属与合金的凝固一、金属的结晶过程均质形核：结晶的驱动力，阻力；临界晶核，临界形核功，液态金属的凝固（结构起伏、能量起伏）非均质形核：形核率与哪些因素有关？晶体长大的条件液一固界面的微观结构晶体生长机制和生长速率•合金凝固：完全混合、完全不混合、部分混合•成分过冷：定义、形成过程、影响因素、实际应用的意义•共晶体的形核和长大、共晶体的形貌铸锭三区第二章铁碳相图及铁碳合金的结晶铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体，慨念、组织特征恒温转变工业纯铁、共析钢、亚共析钢、过共析钢、亚共晶白口铁、共晶白口铁、过共晶白口铁冷却曲线、凝固过程、组织组成物、相组成物的相对含量碳含量对钢（平衡态）的组织与性能的影响第三章金属的塑性变形塑性变形的方式滑称系、滑移的临界分切应力孪生滑移与孪生的异同点临界分切应力位错理论解释单晶体的应力——应变曲线多晶体塑性变形的主要特点塑性变形对金属组织与性能的影响固溶体的塑性变形：影响固溶强化效果的因素屈服现象、应变时效两相合金的塑性变形第四章回复与再结晶过程的驱动力变形金属加热时的组织和性能变化回复：性能变化、机制再结晶：性能和组织变化、影响再结晶过程的主要因素和再结晶后的晶粒尺寸晶粒长大：影响晶粒长大的因素动态回复和动态再结晶金属的热加工。
2011 北航硕士考试 材料学院 专业课物化模拟试卷
北京航空航天大学2011年硕士生入学考试模拟试题考生注意：1 所有答题务必写在考场提供的答题纸上，写在本试题单上的答题一律无效，本答题单不参与阅卷。
2 试卷中“物理化学”和“材料现代研究方法”两部分所有学生必答。
“金属学原理”、“无机非金属材料学”和“高分子物理”三部分任选其一，必须在答题纸开头醒目位置注明所选内容。
3答本试卷需用有对数功能的计算器。
“物理化学“部分一、选择题（将正确答案填入题前括号内，每题1分）( )1. 反应H2 (g)+Cl2 (g)=2HCl(g)在等温等压下完成时放出的热称为(A) HCl(g)的生成热 (B) H2 (g)的燃烧热(C) Cl2 (g)的燃烧热 (D) 该化学反应的摩尔等压反应热效应( )2. 下面的说法符合热力学第一定律的是(A) 在一完全绝热且边界为刚性的密闭容器中发生化学反应时,其内能一定变化(B) 在无功过程中, 内能变化等于过程热, 这表明内能增量不一定与热力学过程无关(C) 封闭系统在指定的两个平衡态之间经历绝热变化时, 系统所做的功与途径无关(D) 气体在绝热膨胀或绝热压缩过程中, 其内能的变化值与过程完成的方式无关( )3. 关于绝热反应,下面的说法中正确的是(A) 基尔霍夫公式对绝热反应也适用(B) 绝热反应的热效应不为零(C) 绝热反应中,系统的△H=0 (D) 绝热反应一定是放热反应( )4．在绝热条件下，迅速推动活塞压缩气筒内空气，此过程的熵变(A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 无法确定( )5. 2 mol C2 H5 OH(l)在正常沸点完全变为蒸汽时, 一组不变的热力学函数是(A) 内能, 焓, 系统的熵变 (B) 温度, 总熵变, 吉布斯函数(C) 温度, 总熵变, 亥姆霍兹函数 (D) 内能, 温度, 吉布斯函数( )6. 自发过程(即天然过程)的基本特征是(A) 系统能够对外界作功(B) 过程进行时不需要外界作功(C) 过程发生后, 系统和环境不可能同时恢复原态(D) 系统和环境间一定有功和热的交换( )7. 下面诸过程中有可能实现的是(A) ΔGT,p,W'=0 ＞0 (B) ΔS(体系)+ΔS(环境)＜0(C) ΔAT ＜W (D) ΔAT,V＞W'( )8. 对反应 C(石墨)+ O2 (g)= CO2 (g)，其ΔH和ΔU的关系为(A) ΔH >ΔU (B) ΔH <ΔU (C) ΔH =ΔU (D) 无法判断( )9．通常情况下，对于二组分物系能平衡共存的最多相为(A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4( )10. 用相律和Clapeyron方程分析常压下水的相图所得出的下述结论中不正确的是(A) 在每条曲线上, 自由度f=1(B) 在每个单相区, 自由度f=2(C) 在水的凝固点曲线上, ΔHm(相变)和ΔVm的正负号相反(D) 在水的沸点曲线上任一点, 压力随温度的变化率都小于零( )11. 涉及化合物的分解压力的下列表述中正确的是(A) 各化合物都有特定的分解压力(B) 化合物分解时, 其分解压力必须等于外界压力(C) 化合物分解压力越大, 它越不易分解(D) 化合物的分解压力与温度有关( )12. 在“标准电极电势表”中列出的电极电势Ｅ°都是指25℃时该电极反应中各物质活度均为1时相对于标准氢电极电势之值。
金属学原理名词解释
名词解释1.间隙相：当非金属原子半径与金属原子半径的比值小于0.59时，形成具有简单晶体结构的间隙型化合物2.间隙化合物：当非金属原子半径与金属原子半径的比值大于0.59时，形成复杂晶体结构的间隙型化合物3.固溶体：在固态下合金中组元相互溶解而形成的均匀固相4.配位数：晶体结构中，与任一原子最近邻并且等距的原子数5.致密度：致密度=单位晶胞中原子所占有的体积/单位晶胞体积6.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7.空间点阵：抽象的几何点在三维空间规则排列的队列8.多晶型性：当外界条件（主要指温度和压力）改变时，元素的晶体结构可以发生转变，把金属的这种性质称为多晶型性9.形核功：形成临界晶核必须获得的能量10.晶胚：在温度降到熔点以下时，在液态金属中存在结构起伏，瞬时存在的有序原子集团11.临界晶核：半径为r*的晶核12.动态过冷度：能保证凝固速度大于熔化速度的过冷度13.粗糙界面：从微观上高低不平，有几个原子厚的过渡层，过渡层中约50%的位置占有原子的界面称为粗糙界面14.光滑界面：液固界面处截然分开，固相表面为基本完整的原子密排面，所以从微观上看是光滑的界面称为光滑界面15.伪共晶：不平衡的结晶条件下，成分在共晶点附近的合金全部转变成共晶组织，这种非共晶成分的共晶组织称为伪共晶16.不平衡共晶：由于固相线偏离平衡位置，不但冷到固相线上凝固不能结束，甚至冷到共晶温度以下还有少量液相残留，最后这些液相转变为共晶体，形成所谓的不平衡共晶组织17.离异共晶：有共晶反应的合金中，如果成分离共晶点较远，由于初晶相数量较多，共晶相数量很少，共晶中与初晶相同的那一相会依附初晶长大，另外一个相单独分布于晶界处，使得共晶组织的特征消失，这种两相分离的共晶称为离异共晶18.上坡扩散：原子由低浓度向高浓度出扩散的现象19.均匀化退火：将钢加热到略低于固相线温度，长时间保温（10-15h），然后随炉冷却，以使钢的化学成分和组织均匀化20.反应扩散：通过扩散而形成新相的现象21.柯肯达尔效应：扩散偶中由于扩散系数不同而引起对接面移动的现象22.自扩散：不伴随浓度变化，与浓度梯度无关的只发生在纯金属和均匀固溶体中的扩散23.互扩散：伴随有浓度变化，与异类原子浓度差有关的发生在异类原子之间的相互扩散24.成分过冷：由于液相成分改变而形成的过冷25.平衡分配系数：在一定温度下，固—液两平衡相中溶质浓度的比值ko称为溶质的平衡分配系数，ko=Cs/C L26.区域熔炼：利用正常凝固的原理将棒料从一端顺序地进行局部熔化，使溶质杂质富集到右端，反复进行这样的操作以达到使金属棒一端提纯的技术27.有效分配系数：ke=结晶过程中固体在相界处的浓度/此时余下液体的平均浓度28.直线法则：在一定温度下，当某三元系合金处于两相平衡时，合金的成分点与平衡相的成分点必定在同一直线上，且合金的成分点位于两平衡相的成分点之间，该规律称为直线法则29.重心法则：如果合金在某一温度处于三相平衡，合金成分点位于由三个平衡相成分点组成共轭三角形的重心位置，这就是重心法则30.连接线：三元系截面图中液相线上液相成分点和其对应的固相线上固相成分点的连线31.单变量线：三元系空间模型中随着温度的变化三个平衡相的成分点形成三条空间曲线，称为单变量线32.滑移系：一个滑移面和此面上的一个滑移方向的组合33.临界分切应力：能引起滑移或孪生所需要的最小分切应力34.复滑移：由于晶体的转动，使另一个滑移系参加滑移，从而形成双滑移﹑多组滑移系参加滑移的过程35.交滑移：两个或两个以上的滑移面沿同一滑移方向进行交替滑移的过程36.双交滑移：如果交滑移后的位错再转回与原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移37.孪生：晶体的一部分沿一定晶面（孪晶面）和晶向发生切变38.加工硬化：随着变形程度的增加，强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象39.变形织构：多晶材料因塑性变形后的晶粒取向偏离非随机分布状态所形成的组织40.位错点阵阻力：位错移动受到的阻力41.回复：冷变形金属在加热温度较低时，金属中的一些点缺陷和位错的迁移，使晶格畸变逐渐减小，内应力逐渐降低的过程42.再结晶：冷变形金属的加热温度高于回复阶段以后，当温度继续升高时，由于原子活动能力增大，金属的显微组织发生明显的变化，由破碎拉长或压扁的晶粒变为均匀细小的等轴晶粒的过程43.动态回复：热加工过程中，由于变形温度高于再结晶温度，因而在变形的同时伴随着回复的过程44.动态再结晶：热加工过程中，由于变形温度高于再结晶温度，因而在变形的同时伴随着再结晶的过程45.二次再结晶：再结晶完成后晶粒长大随温度的升高或时间的增长而不连续不均匀地长大，称为二次再结晶46.多边化：指由于冷变形后，同号刃型位错在滑移面上塞积而引起点阵轻微弯曲，在退火过程中，通过刃型位错的攀移与滑移，使同号刃型位错沿着垂直于滑移面的方向排列成小角度亚晶界的过程47.储存能：冷塑变时，外力所作的功尚有一小部分储存在形变金属内部，这部分能量称为储存能48.退火孪晶：某些面心立方金属和合金﹑如铜及铜合金，镍及镍合金和奥氏体不锈钢等，冷变形后再结晶退火，其晶粒中会产生的一种孪晶49.流线：在热加工过程中铸态金属的偏析，夹杂物，第二相等逐渐沿变形方向延伸，这种组织称为流线50.全位错：柏氏矢量等于（或整数倍）点阵矢量的位错51.不全位错：柏氏矢量小于点阵矢量的位错52.单位位错：柏氏矢量为一个点阵矢量的位错53.固定位错：将面心立方完整晶体沿{1 1 1}原子层间剖开，抽去半原子平面或插入半原子平面就形成了层错，这样形成的层错就是固定层错54.面角位错：形成于两个{1 1 1}面之间的面角上，由三个不全位错和两片层错所构成的位错组态55.扩展位错：两个不全位错和中间的层错带所组成的位错组态56.柯氏气团：金属内部存在的大量位错线，在刃型位错线附近经常会吸附大量的异类溶质原子（大小不同吸附的位置有差别）,形成柯氏气团57.铃木气团：当溶质原子偏聚在层错附近，使其浓度大于基体中浓度时，即形成铃木气团58.应变时效：在塑性变形时或变形后，在室温或适当加热时，导致间隙固溶原子在位错线上的偏聚使合金的强度和硬度升高并往往导致不连续屈服重新出现的现象59.位错密度：单位体积中所包含位错线的总长度60.层错：由于某种原因，原子排列不按正常次序生长，这样使原子层产生了错排。
北航911材料综合考试大纲(2011版)
911材料综合考试大纲（2011版）《材料综合》满分150分，考试内容包括《物理化学》、《材料现代研究方法》《材料科学基础》三门课程，其中《物理化学》占总分的50%,《材料现代研究方法》占总分的30%，《材料科学基础》占总分的20%。
特别注意：《材料科学基础》分为三部分，考生可任选其中一部分作答。
物理化学考试大纲（2011版）适用专业：材料科学与工程专业《物理化学》是化学、化工、材料及环境等专业的基础课。
它既是专业知识结构中重要的一环，又是后续专业课程的基础。
要求考生通过本课程的学习，掌握化学热力学及化学动力学的基本知识；培养学生对化学变化和相变化的平衡规律及变化速率规律等物理化学问题，具有明确的基本概念，熟练的计算能力，同时具有一般科学方法的训练和逻辑思维能力，体会并掌握怎样由实验结果出发进行归纳和演绎，或由假设和模型上升为理论，并能结合具体条件应用理论分析解决较为简单的化学热力学及动力学问题。
一、考试内容及要求以下按化学热力学基础、多组分系统热力学、相平衡、化学平衡、界面现象、电化学、以及化学动力学六部分列出考试内容及要求。
并按深入程度分为了解、理解（或明了）和掌握（或会用）三个层次进行要求。
（一）化学热力学基础理解平衡状态、状态函数、可逆过程、热力学标准态等基本概念；理解热力学第一、第二、第三定律的表述及数学表达式涵义；明了热、功、内能、焓、熵和Gibss函数，以及标准生成焓、标准燃烧焓、标准摩尔熵和标准摩尔吉布斯函数等概念。
熟练掌握在物质的p、T、V变化，相变化和化学变化过程中求算热、功以及各种热力学状态函数变化值的原理和方法；在将热力学公式应用于特定体系的时候，能应用状态方程（主要是理想气体状态方程）和物性数据（热容、相变热、蒸汽压等）进行计算。
掌握熵增原理和吉布斯函数减小原理判据及其应用；明了热力学公式的适用条件，理解热力学基本方程、对应系数方程。
（二）多组分系统热力学及相平衡理解偏摩尔量和化学势的概念；理解并掌握化学势判据及其应用；理解并掌握Clapeyron公式和Clausius-Clapeyron方程，并能进行有关计算。
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2013年博士研究生入学考试大纲
考试科目名称：金属学原理考试科目代码：2011
一、考试要求：
1）掌握金属的组织结构及其性能之间的关系，。
2）掌握金属内部缺陷的性质以及塑性变形的实质与规律，在平衡条件下金属及合金的状态图。
3）掌握金属及合金的固态相变理论，金属及合金的相变行为和规律以及各种影响因素。
二、考试内容：
1）晶体学基础
晶体点阵和空间点阵；布拉菲点阵；晶向指数和晶面指数；晶面间距、晶面夹角和晶带定理；晶体标准投影图。
2）晶体结构
原子键合及其特性；周期表中元素的分类；金属单质的晶体结构；合金相的晶体结构；晶体缺陷分类。
3）晶体中的缺陷
点缺陷的基本属性；位错的基本概念；位错的弹性应变能与作用在位错上的力；位错运动；位错的产生与增值；扩展位错、不完全位错和层错；面心立方晶体中的位错类型和特征；位错的增殖机制。
4）相图
相图热力学；一元相图；二元相图；三元相图。
5）金属中的扩散
菲克定律；稳态扩散及非稳态扩散；柯肯达尔效应；扩散机理；扩散热力学；影响扩散的因素与扩散驱动力；反应扩散。
6）凝固与结晶
凝固的热力学条件；均匀形核与非均匀形核；晶核的长大；纯金属的凝固；固溶体合金的凝固；共晶合金的凝固；金属和合金铸造组织的形成与控制。
7）表面与界面
物质表面；固液界面与润湿；固固界面与粘附；晶体中的界面结构；晶体中界面的偏聚与迁移；界面与组织形貌。
8）金属的塑性变形
滑移系统和Schmid定律；单晶体的塑性变形；滑移和孪生的比较；多晶体的塑性变形；纯金属的变形与强化；合金的变形与强化；纤维组织、流线和形变织构；变形后的组织与性能。
9）回复与再结晶
冷变形晶体的回复；冷变形金属的再结晶；再结晶后的晶粒长大；再结晶织构；金属的热变形、蠕变与超塑性。
10）固态相变
固态相变的特征；扩散型相变；脱溶的形核长大理论；脱溶的调幅分解理论；共析转变和贝氏体转变；非扩散型相变；马氏体相变。
三、试卷结构：
1）考试时间：180分钟，满分：100分
2）题型结构
a：基本知识与基本概念题(约40分)
b：理论分析论述题(约60分)
四、参考书目
1）余永宁. 金属学原理. 北京：冶金工业出版社，2004.
2）潘金生，仝健民. 材料科学基础. 清华大学出版社，1998.。