2019年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。

（13）能量起伏：能量起伏是指体系中每个微小体积所实际具
有的能量，会偏离体系平均能量水平而瞬时涨落的现象。

（14）垂直长大：对于粗糙界面，由于界面上约有一半的原子
位置空着，故液相的原子可以进入这些位置与晶体结合起来，晶体便连续地向液相中生长，故这种长大方式为垂直生长。

（15）滑移临界分切应力：晶体的滑移是在切应力作用下进行的，但其中许多滑移系并非同时参与滑移，而只有当外力在某一滑移
系中的分切应力达到一定临界值时，该滑移系方可以首先发生滑移，该分切应力称为滑移的临界分切应力。

（16）树枝状长大：当相界面处的温度由于结晶潜热的释放而升高，使液相处于过冷条件时，则可能产生负的温度梯度。

此时，相界面上产生的结晶潜热即可通过固相也可通过液相而散失。

相界面的推移不只由固相的传热速度所控制，在这种情况下，如果部分的相界面生长凸出到前面的液相中，则能处于温度最低（即过冷度最大）的液相中，使凸出部分的生长速度增大而进一步伸向液相中。

在这种情况下，液-固界面就不可能保持平面状而会形成许多伸向液体的分枝（沿一定的晶向轴），同时在这些
晶枝上又有可能会长出二次晶枝，在二次晶枝上再长出三次晶枝，晶体的这种生长方式称为树枝生长或树枝状结晶。

2、什么是弹性形变？并用双原子分子模型来解释其物理本质。

【答】弹性变形是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形，可从原子间结合力的角度来了解它的物理本质。

原子处于平衡时，其原子间距为r0，势能U处于最低位置，相互作用力为零，这是最稳定的状态。

当原子受力后将偏离其平衡位置，原子间距增大时将产生引力；原子间距减小时将产生斥力。

这样，外力去除后，原子都会恢复其原来的平衡位置，所产生的变形便完全消失，这就是弹性变形。

3、为什么滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向？
【答】这是因为原子密度最大的晶面其面间距最大，点阵阻力最小，因而容易沿着这些面发生滑移；滑移方向为原子密度最大的方向是由于最密排方向上的原子间距最短，即位错b最小。

4、简述不可形变第二相弥散强化机制。

【答】位错绕过机制是不可变形第二相弥散颗粒的强化机制，即由于不可变形颗粒对位错的斥力足够大，位错运动受阻，以弯曲形式向前移动，异号位错相互抵消，留下围绕颗粒的位错环后，位错继续向前滑移。

颗粒半径或颗粒间距越小，不可形变第二相弥散强化效果越明显；当颗粒尺寸一定时，体积分数越大，强化效果越好。

2简述可形变第二相弥散强化机制。

○
【答】当第二相为可变形微粒时，滑移位错将切过粒子，并使之随同基体一起变形，即所谓切过强化机制。

第二相粒子与基体保持共格或半共格、弹性模量的差异、晶体结构差异等均造成位错运动受阻。

此外，增加可变形粒子的尺寸和体积分数，有利于提高强度。

5、分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。

【答】纯金属生长形态是指晶体宏观长大时界面的形貌。

界面形貌取决于界面前沿液体的温度分布。

(1)平面状长大：当液体具有正温度梯度时，晶体以平直界面方式推移长大。

此时，界面上任何偶然的、小的凸起伸入液体时，都会使其过冷度减小，长大速率降低或停止长大，而被周围部分赶上，因而能保持平直界面的推移。

长大中晶体沿平行温度梯度的方向生长，或沿散热的反方向生长，而其他方向的生长则受到抑制。

(2)树枝状长大：当液体具有负温度梯度时，在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液体时，由于前方液体有更大的过冷度，有利于晶体长大和凝固潜热的散失，从而形成枝晶的一次轴。

一个枝晶的形成，其潜热使邻近液体温度升高，过冷度降低，因此，类似的枝晶只在相邻一定间距的界面上形成，相互平行分布。

在一次枝晶处的温度比枝晶间温度要高，这种负温度梯度使一次轴上又长出二次轴分枝。

同样，还会产生多次分枝。

枝晶生长的最后阶段，由于凝固潜热放出，使枝晶周围的液体温度升高至熔点以上，液体中出现正温度梯度，此时晶体长大依靠平界面方式推进，直至枝晶间隙全部被填满为止。

6、分析加工硬化、细晶强化、固溶强化与第二相强化在本质上有什么异同？（讨论）
【答】相同点：都是位错运动受阻，增加了位错滑动的阻力，即提高了塑性变形的阻力，使得材料得到强化。

不同点：①加工硬化：位错密度增大，位错阻力和形成割阶消耗外力所做的功；②细晶强化：增加了晶界，增加了位错塞积的范围；③固溶强化：溶质原子沿位错聚集并钉扎位错；④第二相强化：分散的强化相颗粒迫使位错切过或绕过强化相颗粒而额外做功
7、纯金属凝固时，均匀形核和非均匀形核的形核功大小是否相同？一般情况下两者哪一个大？为什么？什么情况下两者相同？
【答】两者不相同，一般情况下，非均匀形核的形核功小。

这是因为非均匀形核时，形核是在一定形核位置（如模壁、形核剂颗粒
等）上进行的，其形核功的大小取决于晶核和形核位置之间的界面能和接触角，设晶胚的形状为球冠，则非均匀形核功与均匀形核功之比为*3G非23coscosf()*G均4一般情况下，所以非均匀形核的形核功小于均匀形核的形核功。

只有在形核位置与金属完全不润湿的情况下，此时，即非均形核功的形核功才和均匀形核的形核功相等。

8、什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？
根据自由能与晶坯半径的变化关系，可以知道rr*的晶胚才有
可能成核；而r=r*的晶胚既可能消失，也可能稳定长大。

因此，半
径为r*的晶胚称为临界晶核。

其物理意义是，过冷液体中涌现出来
的短程有序的原子团，当其尺寸r>r*时，这样的原子团便可成为晶
核而长大。

临界晶核半径r*，其大小与过冷度有关。

r*2Tm
9、胞状亚结构的形成条件是什么？
【答】经一定塑性变形后，变形晶体中位错线通过运动交互作用，形成位错缠结，进一步增加变形量，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构。

变形度越大，胞状亚结构数量越多，尺寸越小。

10、根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。

【答】由凝固理论可知，结晶时单位体积中的晶粒数目Z取决
于形核率N和晶体长大速率Vg两个因素，即即Z∝N/Vg。

基本途径：（1）增加过冷度△T。

△T增加，N和Vg随之增加．但是N的
增长率大于Vg的增长率。

因而，N/Vg的值增加，即Z增多。

（2）加入形核质，即变质处理。

加入形核质后，可以促使过冷液体发生非均匀形核。

即不但使非均匀形核所需要的基底增多，而且使临界晶核体积减小，这都将使品核数目增加，从而细化晶粒。

（3）振动结晶。

振动，一方面提供了形核所需要的能量，另一方面可以使正在生长的晶体破断，可增加更多的结晶核心，从而使晶粒细化。

Lm1T
11、二元合金相图分析：
1会画相图○2会标组织组成物○3会分析凝固过程○4会画冷却曲线○5会求解合金成分○
以及两相的相对含量。