常考试题

则积存速率=-∂∂Jx Adx,该积分速率也可用体积元
中扩散物质质量浓度随时间变化率来表示，
即∂∂Ct Adx=-∂∂xJ Adx
∂C ∂t
=-∂∂xJ
(1)
将菲克第一定律代入（1），得
∂C ∂t
=∂∂x
（D∂∂Cx
）
即为菲克第二定律。
在缓慢的凝固速度下，有效分配系数 ke 基本上等于平 衡分配系数 k0。试画出液固界面附近溶质的分布趋势 ；解释为什么凝固速度较快时，ke 在 k0 和 1 之间。
空位对材料（力学）行为的主要影响 空位是点缺陷的一种， 1.晶体中存在空位会造成点阵畸变，增大原子排列的混乱程度，影响热力学稳定性； 2.原子的扩散主要是依靠点缺陷（空位和间隙原子）的运动而实现，高温下影响更加显著； 3.点缺陷（空位和间隙原子）还对金属的物理性能有影响，可以增加电阻，降低密度； 4.点缺陷（空位和间隙原子）还对金属的力学性能有影响，在高温下空位浓度很高会产生高温 蠕变；另外，由于空位片与其他晶体缺陷交互作用，使材料强度提高，脆性增加。
续地包围先共晶相晶粒的组织，这种两相分离的组织称为离异共晶; 包晶偏析：这种由于包晶反应不能充分进行而产生的成分不均匀现象。 晶界内吸附：对金属材料的研究中发现少量杂质或合金元素在晶体内部的分布也是不均匀的， 它们常偏聚于晶界，为区别于表面吸附，这种现象为晶界内吸附。 固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其它组元原子（溶质原子）所形成的均匀混 合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型； 合金：两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其它方法组合而成，并具有金属 特性的物质。 组元：组成合金的基本的、独立的物质。 相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。 负电性：元素的原子在化合物中吸引电子的能力 电子浓度：合金中价电子数目与原子数目的比值，即 e/a 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、加工硬化 沉淀硬化（析出强化）：指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和（或）由之脱溶出微粒弥 散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺 晶界偏析：由于晶内晶界上的畸变能差别或由于空位的存在使得溶质原子或杂志原子在晶界上 的富集现象； 同素异构体：同种元素的不同结构称为同素异构体 同素异构转变，同素异构体之间发生的相互转变称为同素异构转变；此时，晶体的性能发生突 变。 共轭三角形：三相平衡时，三个相也两两平衡，按两相平衡时的直线法则，两两平衡相间可做 三条共轭连线，这三条共轭连线在等温截面上围成一直边三角形，称为共轭三角形 重心法则：处于三相平衡的合金，其成分点必然位于共轭三角形的重心位置 间隙扩散：间隙固溶体中，溶质原子的扩散是从一个间隙位置跳到近邻的另一间隙位置，发生 间隙扩散： 弥散强化:许多材料由两相或多相构成，如果其中的一相位细小的颗粒，并弥散分布在材料的 内部，则这种材料的强度往往会增加 平衡凝固：是指极慢速条件下，凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分 时间进行组元间的扩散，以达到平衡相的成分。 非平衡共晶：在平衡凝固条件下应为单相固溶体的合金，在快速冷却条件下出现的少量共晶组 织称为非平衡共晶。 往会增强，把这种强化称为弥散强化； 纤维组织：退火态的纯金属或单相金属，原来的 晶粒为等轴状，经过拉拔和冷轧后，晶粒沿 着拉拔和轧制的方向伸长，当形变量很大时，晶界可以变的模糊不清，晶粒及夹杂物沿着受力 方向呈带状分布； 伪共晶：在非平衡凝固条件下，某些亚共晶和过共晶成分的合金获得了全部的共晶组织。这种 由非共晶成分合金所得到的共晶组织称为伪共晶. 何谓上坡扩散，用扩散驱动力加以说明。 物质从低浓度区向高浓度区扩散，结果提高了浓度梯度。这种扩散现象称为上坡扩散。 从热力学分析可知，扩散驱动力不是浓度梯度∂C/∂x，而是化学势梯度∂μ/∂x，即驱动力 F=-∂ μi/∂t 式中负号表示驱动力与化学势下降的方向一致，也就是扩散总是向化学势减小的方向进行，即 在等温等压条件下，只要两个区域中 i 组元存在化学势差Δμi 就能产生扩散直至Δμi=0
试推导菲克第二定律 如图，在垂直于物质运动方向 x 上，取一横截面积为 A， 长度为 dx 的体积元，设流入及流出此体积元的 通量分别为 J1 和 J2，作质量平衡，可得 流入质量—流出质量=积存质量 流入速率—流出速率=积存速率 显然，流入速率=J1A
由微分公式，流出速率=J2A=J1A+∂∂JxA dx
3. 不一致，原因一：铜和银比重不一样。Ag 的比重大一点，杠杆定律计算的结果是它们的重 量百分比含量，在金相显微镜下测的是体积百分比含量，由于铜和银密度不一样，所以有 所差别。原因二：杠杆定律计算的是合金中平衡组织的相对含量，而实际用定量金相法测 得的是非平衡组织的相对含量；原因三：由于成分偏析，合金中各组成元素在结晶时分布 不均匀，导致计算结果不一致。
由数学表达式
知式中 R 为
液体流向观察者的速度，即若以液体任意一点为参考点
则 R 表示界面速度。
a 当 R—oo 即凝固速度极快时，
表示液体完全不混合状态，边界层厚度最大
b 当 R—0 即凝固速度极其缓慢
表示溶质完全混合状态，边界层不存在
c 当 R 在 0 与 oo 之间，即凝固速度较快时，
表示不充分混合状态，边界层较完全不混合状态薄。
1．求室温下铜银合金中二次 解度均为 0.5%。（10 分）
2．分析共晶成分的铜银合金，在共晶温度稍下处共晶体中 Ag(Cu)和 Cu(Ag)两相的相对百 分含量。（10 分）
3．上面计算的结果与在金相显微镜下用定量金相法测定的两相的相对百分含量是否一 致？为什么？（10 分）
用柯氏气团理论解释低碳钢存在的屈服平台现象/应变时效现象 固溶体合金中，溶质原子或杂质原子可以与位错交互作用，并在位错周围偏聚形成溶质原子气 团，即柯氏气团。由刃型位错的应力场可知，在滑移面以上，为错中心区域为压应力，而滑移 面以下区域为拉应力。 屈服平台：若有间隙原子 C、N 或比溶剂尺寸大的置换溶质原子存在，就会与为错交互作用偏 聚于刃型位错的下方，以抵消部分或全部的张应力，使为错的弹性畸变能降低，位错处于较低 的能量状态，不易运动，即对为错有“钉扎”作用。位错要想从气团中挣脱出来，必须要更大 的应力作用，这就形成了上屈服平台，而位错一旦挣脱之后运动就变得容易，同时由于晶体变 形会引起位错大量增值，在维持一定的应变速率下，流变应力就要降低，这就形成了下屈服平 台。 应变实效：当卸载后重新加载，由于位错已经挣脱出气团的钉扎，而不出现屈服点：如果卸载 后放置较长时间或经时效后，溶质原子已经通过扩散而重新聚集到位错周围形成气团，故屈服 现象又复出现。
1. 计算二次 Ag(Cu)固溶体最大可能含量取含铜量在 92.1%处。有杠杆定律，得 ωAg(Cu)Ⅱ=99.5-92.1/99.5-0.5×100%=7.47%
2. 因在共晶线温度稍下处可近似用共晶线来计算，即二次析出相可忽略不计。 ωAg(Cu)=92.1-28.1/92.1-8.8×100%=76.8% ωCu (Ag)=28.1-8.8/92.1-8.8×100%=23.2%
在一个面心立方晶胞中画出下列晶面和晶向（011），（122），[011]，[122]
以铁为例说明晶体的多晶型性 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。这种转变称为多晶型转变或同素异构转变。如铁在 912℃以下为体心立法结 构，称为α-Fe 在 912-1394℃之间为面心立方结构，称为γ-Fe；当温度超过 1394℃时又变为 体心立方结构，称为δ-Fe；在高压（150kPa）铁还可以具有密排六方结构，称为ε-Fe。
如图所示俩个被钉扎住的刃型位错 A-B 和 C-D，它们的长度 a 相同，且具有相同的柏氏矢量， 每个位错都可作为弗兰克-瑞德源。
1 如果使位错线 ab 或 cd 运动所需的临界切应力应多大？（派-纳力） 2 Ab 这两个位错线在派-纳力作用下情况下发生运动，运动的最终结果是什么？ 1.外加切应力τ与位错弯曲时曲率半径 r 之间的关系为τ=Gb/2r，即曲率半径越小，要求与之 相平衡的外加切应力越大，当位错弯成半圆时，曲率半径最小，所需切应力最大，此时 r=L/2， L 为位错源的宽度 a。 故该位错源运动所需的临界切应力τc=Gb/L=Gb/a 式中为 G 切变模量。 2.对两刃型位错源 AB、CD，均沿 b 方向加切应力，由于端点固定，所以只能使位错线发生弯 曲，当 B、C 两端弯出来的线段互相靠近时，由于该两线段均平行于 b 且位错线方向相反，分 别属于左螺旋和右螺旋位错，它们相互抵消形成位错环内一小段弯曲的位错线，即该两个位错 环相遇时会形成一个更大的位错源，其位错线长度为 5a。
长安大学材料专业初试常考试题 晶体：原子按一定的方式在三维空间内周期性规则重复排列，有固定的熔点，各向异性。 各向同性：非晶体在各个方向上的原子排列可视为相同，沿着任何方向所测得的性能数据一致， 称为各向同性 各向异性：晶体由于其空间不同方向上的原子排列特征不同，因而沿着不同方向所测得的物理 化学特性也不同，这种性质成为晶体的各向异性。 交滑移：对于螺型位错，由于所有包含位错线的晶面都可视为滑移面，因此当某一螺型位错在 原滑移面运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上继续滑移。这一过程 成为交滑移 攀移：在外加正应力作用下，刃型位错的半原子面向上正攀移或向下负攀移移动，即通过原子 或空位的扩散（物质迁移）使多余的半原子面缩小或扩大。 莱氏体：共晶白口铸铁在共晶反应线上发生共晶转变，所获得的转变产物是奥氏体和渗碳体的 机械混合物称为莱氏体 低温莱氏体：共晶白口铸铁在室温组织为珠光体，二次渗碳体和共晶渗碳体的机械混合物，称 这种组织叫低温莱氏体 再结晶：经冷变形后的金属加热到再结晶温度时，在原来的变形组织中重新产生了无畸变的新 晶粒而性能也发生明显变化，并恢复到完全软化状态，这个过程称之为再结晶 二次再结晶：某些金属材料经过严重变形后在较高温度下退火时少数几个晶粒优先长大成为特 别粗大的晶粒，周围较细的晶粒逐渐被吞掉的反常长大情况 (晶粒的异常长大) 过冷度：实际结晶温度 Tm 与理论结晶温度 Tn 之间的温度差，称为过冷度（△T=Tm-Tn） 动态过冷度：晶核长大时，要求液固界面前沿液体中有一定的过冷，才能满足（∂N/∂t）F>(∂N/∂t)N 这种过冷称为动态过冷度。 固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶人其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混 合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。 中间相：由于两组元间的相对电子差、电子浓度及电负性差都有一容限，当溶质原子的加入量 超过此容限时便会形成一种晶体结构不同于其他组元的新相。 热脆：某些合金在接近其理论熔点温度以下遭受外力冲击或予以形变时沿晶界开裂的现象 冷脆：某些金属或合金在低于再结晶温度或温度下降时，其延性和韧度明显下降的现象 滑移：在切应力作用下，位错通过位错中心附近的原子沿伯氏矢量方向在滑移面上不断地作少 量位移 攀移：在外加正应力作用下，刃型位错的半原子面向上正攀移或向下负攀移移动，即通过原子 或空位的扩散（物质迁移）使多余的半原子面缩小或扩大。 直线法则：在一定温度下三组元系统两相平衡时合金的成分点和其两个平衡相的成分点必然位 于成分三角形内一条直线上 共轭连线：三元匀晶相图等温截面上共轭曲线 L1L2 与 S1S2，液相线 L1L2 上某液液相成分 n 点与 O 点连线的延长线交固相线 S1S2 于 m 点，则交点 m 就是 n 点对应的固相成分点，直线 mn 称为 共轭连线 均质形核 （自发形核 ） ：新相晶核在母相中均匀地生成，即晶核由液相中的一些原子团直 接形成，不受杂质粒子或外表面的影响。 非均质形核（非自发形核）：新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质粒 子或外表面来形核。 离异共晶：当合金中先共晶相的数量很多而共晶量很少时，有时共晶组织中与先共晶相相图的 那一个相，就会依附在先共晶相上成核、长大，另一相则剩余下来，共晶组织数量较少时，孤 立出来的组成相常位于先共晶相的晶界，结晶形成了以先共晶相为基体，另一组成相连续或断