【材料科学基础】必考知识点第八章
《材料科学基础》复习大纲(08级)
《材料科学基础》总结及重点第一章 材料的结构与键合1、金属键、离子键、共价键、分子键（范德华力）、氢键的特点，并解释材料的一些性能特点。
2、原子间的结合键对材料性能的影响。
用金属键的特征解释金属材料的性能—①良好的延展性；②良好的导电、导热性；③具有金属光泽。
3、比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别。
本章重要知识点： 1. 金属键、离子键、共价键、分子键、氢键的特点。
第二章 固体结构1、晶体与非晶体（在原子排列上的区别）2、空间点阵、晶格、晶胞及选取晶胞的的原则、七大晶系及各自的特点，布拉菲点阵（14种） 、晶格常数、晶胞原子数。
3、晶面指数、晶面族、晶向指数、晶向族、晶带和晶带定理、晶面间距、配位数、致密度、八面体间隙、四面体间隙。
各向同性与各向异性、实际晶体的伪各向异性、同素异构转变（重结晶、多晶型性转变） 。
（1）指数相同的晶向.和晶面必然垂直。
如[111]⊥（111）（2）当一晶向[uvw]位于或平行某一晶面（hkl ）时，则必然满足晶带定理：h ·w+k ·v+l ·w =04、能绘出三维的体心、面心立方和密排六方晶胞，根据原子半径计算出金属的体心和面心立方晶胞的晶胞常数。
三种典型晶体结构的特征（包括：晶胞形状、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排面（滑移面）和最密排方向的指数与个数，滑移系数目等）；即：bcc 、fcc 、hcp 的晶格特征及变形能力（结合塑性变形一章的内容你必须知道常用金属材料的滑移面与滑移系的指数）。
给画出晶胞指出滑移面和滑移方向。
能标注和会求上述三种晶胞的晶向和晶面指数。
晶向和晶面指数的一些规律。
求晶面间距d （hkl ）、晶面夹角。
5、晶面间距：d （hkl ） 的求法：（1）立方晶系：222)(l k h ad hkl ++= （2）正交晶系：222)(1⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=c l b k a h d hkl （3）六方晶系：2222)()(341⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=c l a k hk h d hkl （4）四方晶系：2222)()/(/)(1c l a k h d hkl ++=以上公式仅适用于简单晶胞，复杂晶胞要考虑其晶面层数的增加。
材料科学基础考研知识点总结
材料科学基础考研知识点总结第一章原子结构和键合1.原子键合●金属键●离子键●共价键●氢键●范德华力：静电力诱导力色散力第二章固体结构1.晶体学基础●空间点阵和晶胞●七个晶系14种点阵2.金属的晶体结构●晶体结构和空间点阵的区别3.合金的相结构●晶相指数和晶面指数●晶向指数●晶面指数●六方晶系指数●晶带●晶面间距●晶体的对称性●宏观对称元素●极射投影●金属的晶体结构●三种典型的金属的晶体结构●多晶型性●置换固溶体●间隙固溶体●固溶体的围观不均匀性●影响固溶度的主要因素●固溶体的性质●中间相●正常价化合物●电子化合物●与原子尺寸因素相关的化合物●超结构（有序固溶体）4.常见离子晶体结构●离子晶体配位规则（鲍林规则）●负离子配位多面体规则（引入临界离子半径比值）●电价规则（整体不显电性）●负离子多面体共顶，棱和面规则（由于共用顶，棱和面间距下降，导致库仑力上升，稳定性下降）●不同种类正离子配位多面体规则（能量越高区域越分散）●节约规则（【俄罗斯方块原理】）●典型离子晶体结构●AB型化合物【CsCl结构 NaCl结构 ZnS型结构】●AB2型化合物结构【CaF2 萤石 TiO2金红石型结构】●硅酸盐的晶体结构●孤岛状硅酸盐●组群状硅酸盐●链状硅酸盐●层状硅酸盐●架状硅酸盐5.共价晶体结构第三章晶体中的缺陷1.点缺陷●点缺陷形成●点缺陷的平衡浓度2.位错●刃型位错●螺型位错●混合位错●伯氏矢量●位错运动●位错弹性性质（认识）●位错生成与增值●实际位错中伯氏矢量3.面缺陷●外表面与内表面（了解）●晶界和亚晶界●晶界的特性●孪晶界●相界第四章固体中的扩散1.扩散的表象理论●菲克第一定律●菲克第二定律●扩散方程●置换固溶体扩散（柯肯达尔效应）2.扩散热力学●扩散的热力学分析（上坡扩散）3.扩散的微观理论与机制●扩散机制●晶界扩散及表面扩散●扩散系数4.扩散激活能5.影响扩散的因素●温度●晶体结构●晶体缺陷●化学成分●应力作用6.反应扩散7.离子晶体中的扩散第五章材料的变形1.弹性变形●弹性的不完整性●包申格效应●弹性后效●弹性滞后2.黏弹性变形3.塑性变形●单晶体塑性变形●滑移●孪生●扭折●多晶体的塑性变形●晶粒取向的影响●晶界的影响●合金的塑性变形●单相固溶体塑性变形●影响因素●曲服现象●应变实效●多相合金的塑性变形●弥散分布型合金的塑性变形●塑性变形对组织性能影响●显微组织变化●亚结构变化●性能变化●形变织构●残余应力4.回复与再结晶●冷变形金属在加热时组织与性能的变化●回复●再结晶●晶粒的长大5.热加工●动态回复●动态再结晶●蠕变●超塑性第六章凝固1.相平衡和相率●吉布斯相律2.纯晶体的凝固●液态结构●晶体凝固的热力学条件●形核●晶粒长大●结晶动力学及凝固组织●凝固理论应用3.合金的凝固●正常凝固●区域熔炼●合金成分过冷4.铸锭组织与凝固技术●铸锭的宏观组织●铸锭的缺陷第七章相图1.二元相图基础●2.二元相图●匀晶相图●共晶相图●包晶相图●铁碳相图3.三元相图基●基本特点●表示方法●杠杠定律及重心定律第八章材料的亚稳态1.纳米材料2.准晶3.非晶态4.固态相变形成亚稳相●固体相变形成的亚稳相●固溶体脱溶分解产物●脱熔转变●连续脱溶●不连续脱溶●脱溶过程亚稳相●脱溶分解对性能影响●马氏体转变●特征●形态●贝氏体转变●钢中贝氏体转变特征●贝氏体转变的基本特征。
材料科学基础基础知识点总结
第一章材料中的原子排列第一节原子的结合方式2 原子结合键（1）离子键与离子晶体原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。
如氧化物陶瓷。
（2）共价键与原子晶体原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。
如高分子材料。
（3）金属键与金属晶体原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
如金属。
金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。
（3）分子键与分子晶体原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。
分子晶体：熔点低，硬度低。
如高分子材料。
氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O（4）混合键。
如复合材料。
3 结合键分类（1）一次键（化学键）：金属键、共价键、离子键。
（2）二次键（物理键）：分子键和氢键。
4 原子的排列方式（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。
长程有序，各向异性。
（2）非晶体：――――――――――不规则排列。
长程无序，各向同性。
第二节原子的规则排列一晶体学基础1 空间点阵与晶体结构（1）空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。
图1-5特征：a 原子的理想排列；b 有14种。
其中：空间点阵中的点－阵点。
它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。
描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。
空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。
（2）晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。
特征：a 可能存在局部缺陷；b 可有无限多种。
2 晶胞图1－6（1）――－：构成空间点阵的最基本单元。
（2）选取原则：a 能够充分反映空间点阵的对称性；b 相等的棱和角的数目最多；c 具有尽可能多的直角；d 体积最小。
（3）形状和大小有三个棱边的长度a,b,c及其夹角α,β,γ表示。
材料科学基础 西交版第八章-2
表明在一定条件下，
临界分切应力确为常数。
一、施密特定律
τ c = σ s· cosφ· cosλ Ω值越大，σs越小，越有利于滑移。 当滑移面法线方向、滑移方向与外力轴三者共 处一个平面， 则φ=45º 时，cosφcosλ=1/2 ，此取向最有利 于滑移，即以最小的拉应力就能达到滑移所 需的分切应力，称此取向为软取向。 当 外 力 与 滑 移 面 平 行 或 垂 直 时 （ φ=90º或 φ=0º ），则σs→∞，晶体无法滑移，称此 取向为硬取向。 Ω对σs的影响在密排六方结构中最为明显。 也适用于面心立方金属.
三、形变织构
1、转动： 塑性变形时，晶体必须发生转动。 2、形变织构： (1)转动使每个晶粒的某一取向， 都转动到力轴方向上来，此称择优取向。 (2)择优取向的多晶体取向结构，称为织构。 (3)当晶体中的塑性变形量较大时，形成形变织构。 3、形变织构形态： 依材料的加工方式不同，形变织构有两种形态： (1)其一为丝织构， 即拉拔时，各晶粒中的某一方向都趋于平行拉拔方向； 用与拉拔轴平行的晶向指数[uvw]来表示； (2)另一种织构为轧制时形成的板织构． 即在板材轧制时， 各晶粒中的某一指数晶面均趋于平行轧制面， 各晶粒中的某一指数晶向均趋于平行轧制方向， 用该晶面指数(hkl)和晶向指数[uvw]表示板织构。
材料科学基础
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§8.4
单晶体的塑性变形
一、施密特定律
二、单滑移、多滑移和交滑移
一、施密特定律
F在那个滑移系上的分切应力存在一 临界值. 一旦达到临界值(最大)， 那个滑移系一般首先开始动作。
一、施密特定律
滑移面的面积 S'= A/cosφ 外力在滑移方向S上的分力为 F'= F· cosλ 滑移方向上的分切应力： τ= F'/S' = F· cosλ/(A/cosφ) = F/A· (cosφcosλ) = σ· cosφ· cosλ 当σ=σs时， 晶体产生屈服，塑性变形开始。 τ c = σ s· cosφ· cosλ 此式即为滑移的临界分切应力定律。 cosφcosλ为取向(施密特)因子(Ω) F
818材料科学基础
1.《材料科学基础》，陶杰姚正军薛烽主编，化学工业出版社，2006年；
2.《材料科学基础全真试题及解析》，陶杰姚正军薛烽等主编，化学工业出版社，2006年。
考试内容：以金属材料为主线（兼顾高分子与陶瓷相关内容），主要考核材料的结构、相图与相变、晶体缺陷、表面与界面、固体中的扩散以及材料的形变与再结晶等内容。
第1章晶体学基础
晶体点阵和空间点阵，布拉菲点阵，晶向指数和晶面指数，晶带定理，晶体对称性的基本概念。
第2章固体材料的结构
原子键合及其特性，典型金属的晶体结构，合金相的晶体结构；
陶瓷材料的典型结构，硅酸盐的结构；
高分子的近程结构、远程结构及聚集态结构。
第3章固体中的扩散
扩散定律及其应用，扩散微观理论与机制，柯肯达尔效应，影响扩散的因素，反应扩散。
第4章凝固
液态金属的结构，高分子溶液，纯金属的凝固，固溶体合金的凝固，共晶合金的凝固，铸锭组织与凝固技术。
第5章相图
相图基础知识；
二元相图（铁碳相图是重点）；
三元相图(三元共晶相图和三元相图小结是重点)。
第6章固态相变的基本原理，不考
第7章晶体缺陷
点缺陷、位错的基本知识，位错的运动，位错的弹性性质与交互作用，位错的生成与增殖，实际晶体中的位错，FCC晶体中位错反应的一般表示
第8章材料表面与界面
晶体中的界面结构，界面能量，晶体中界面的偏聚与迁移
第9章金属材料的变形与再结晶
金属的塑性变形的微观机制，滑移系与滑移的临界分切应力，合金的塑性变形与强化
第10章非金属材料的应力-应变行为与变形机制
陶瓷材料的应力-应变行为，高聚物的分子运动与转变，高聚物的高弹性和粘弹性，高聚物的应力－应变行为。
8 《材料科学基础》第八章 材料制备中的固态反应.
的定量关系
M (S)
1 2
O2(
g
)
MO(S )
MO
O2
M
C0 C
前提： 稳定扩散 过程： 1、 M－O2界面反应生成MO；
2、 O2通过产物层(MO)扩散到新界面； 3、 继续反应，MO层增厚
根据化学动力学一般原理和扩散第一定律，
VR＝KC
VD＝D(ddCx
)
x
＝
D(C0－C)
(1) 固体间可以直接反应，g或L没有或不起重要作用；
(2) 固相反应开始温度常远低于反应物的熔点或系统低共熔点温度；此温度 与反应物内部开始呈现明显扩散作用的温度一致，称为泰曼温度 或烧结 开始温度
(3) 当反应物之一有晶型转变时，则转变温度通常是反应开始明显的温度 － －－海德华定律 Hedvall’s Law
.t
KKt
1
dG K
dt
K
(1 G)3
1
1 (1 G)3
金斯特林格积分方程 金斯特林格微分方程
讨论： (1) 适用更大的反应程度； 由金斯特林格方程拟合实验结果，G由0.2460.616, FK(G)～t，有很好的线性关系，KK=1.83; 由杨德尔方程知FJ(G)～t线性关系很差，KJ由1.81增加到2.25
影响固相反应速度的因素：
（1）化学反应本身； （2）反应新相晶格缺陷调整速率 （3）晶粒生长速率； （4）反应体系中物质和能量输送速率
三、固相反应的步骤
几个过程：
（1）反应物之间的混合接触并产生表面效应； A
B
（2）化学反应和新相形成，并形成产物层；
A
B
（3）反应物质点通过产物层相互扩散使反应向颗粒内部进行
材料科学基础重点知识
第5章 纯金属的凝固1、金属结晶的必要条件：过冷度-理论结晶温度与实际结晶温度的差；结构起伏-大小不一的近程有序排列的此起彼伏；能量起伏-温度不变时原子的平均能量一定，但原子的热振动能量高低起伏的现象；成分起伏-材料内微区中因原子的热运动引起瞬时偏离熔液的平均成分，出现此起彼伏的现象。
结晶过程：形核和长大过程交替重叠在一起进行2、过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。
从热力学看，没有过冷度结晶就没有趋动力。
根据T R k ∆∝1可知当过冷度T ∆=0时临界晶核半径R *为无穷大，临界形核功（21T G ∆∝∆）也为无穷大，无法形核，所以液态金属不能结晶。
晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。
孕育期：过冷至实际结晶温度，晶核并未立即产生，结晶开始前的这段停留时间3、均匀形核和非均匀形核均匀形核：以液态金属本身具有的能够稳定存在的晶胚为结晶核心直接成核的过程。
非均匀形核：液态金属原子依附于固态杂质颗粒上形核的方式。
临界晶核半径：ΔG 达到最大值时的晶核半径r *=-2γ/ΔGv 物理意义：r<rc 时， ΔGs 占优势，故ΔG>0，晶核不能自动形成。
r>rc 时， ΔGv 占优势，故ΔG<0，晶核可以自动形成，并可以稳定生长。
临界形核功：ΔGv *=16πγ3/3ΔGv 3 形核率：在单位时间单位体积母相中形成的晶核数目。
受形核功因子和原子扩散机率因子控制。
4、正的温度梯度：靠近型壁处温度最低，凝固最早发生，越靠近熔液中心温度越高。
在凝固结晶前沿的过冷度随离界面距离的增加而减小。
纯金属结晶平面生长。
负的温度梯度：过冷度随离界面距离的增加而增加。
纯金属结晶树枝状生长。
5、光滑界面即小平面界面：液固两相截然分开，固相表面为基本完整的原子密排面，微观上看界面光滑，宏观上看由不同位向的小平面组成故呈折线状的界面。
粗糙界面即非小平面界面：固液两相间界面微观上看高低不平，存在很薄的过渡层，故从宏观上看界面反而平直，不出现曲折小平面的界面。
材料科学基础 第八章
＝ob/op
＝BG/GA.
A
p
a
C
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3)推论：位于三角形高BH上任一点的合金，其两边组元的含量相等。 4)背向规则——从任一三元合金M中不断取出某一组元B，那么合金 浓度三角形位置将沿BM的延长线背离B的方向变化，这样满足B量不 断变化减少，而A、C含量的比例不变。 C
的成分不变，但相对含量各不相同。
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假定在图中，C组元熔点最高而A组元熔点最低，合金O在t1温度处 于液、固两相平衡状态，则固相α中高熔点的B组元和低熔点的A组元浓 度之比应该大于液相中这两组元的浓度比。根据二元匀晶相图可知，固 相中高熔点的含量比液相中的高，而液相中低熔点组元的含量比固相中 的高。因此得：
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8.1 三元相图基础
三元相图的基本特点为：
(1) 完整的三元相图是三维的立体模型。
(2) 二元系中可以发生3相平衡转变。由相律可以确定二元系中的最大 平衡相数为3，而 三元系中的最大平衡相数为4。三元相图中的四相平 衡区是恒温水平面。 (3) 根据相律得知， 三元系三相平衡时存在一个自由度，所以三相平 衡转变是变温过程，反映在相图上，三相平衡 区必将占有一定空间， 不再是二元相图中的水乎线。
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联立方程，得到：
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3. 成分的其它表示方法
a. 等腰成分三角形
当三元系中某一组元含量较 少，而另两个组元含量较多时，合 金成分点将靠近等边三角形的某一边。为了使该部分相图清晰 地表示出来，可将成分三角形两腰放大，成为等腰三角形
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b. 直角成分坐标
《材料科学基础》石德坷版第八章-4概要
§8.10、冷变形金属的回复阶段
一、回复阶段性能与组织的变化 二、回复动力学 三、回复机制
一、回复阶段性能与组织的变化
1、定义： 指冷变形金属加热时， 在新的无畸变晶粒出现之前， 所产生的亚结构与性能变化的过程。
一、回复阶段性能与组织的变化
2、特点： (1)大部分消除宏观残余内应力，
但微观残余内应力仍残存。 (2)电阻率降低(物理性能影响较大)。 (3)力学性能变化不大。
4、位错反应形成亚晶 亚晶还可通过位错在重新分布后， 相互作用发生位错反应而形成。
§8.11、冷变形金属的再结晶
前言 一、再结晶的形核 二、再结晶动力学 三、影响再结晶的因素（自学） 四、再结晶后的晶粒长大
前言
1、定义： 指无畸变的等轴新晶粒， 逐渐取代变形晶粒的过程。
2、特点： (1)组织彻底改变。 (2)各项性能指标基本恢复。 (3)在实际生产中很有意义。 (4)是形核、长大过程， 但它不是相变， 晶体结构没有改变， 只是组织发生了变化。
第八章 材料的变形与断裂
补充
1、冷变形金属在加热时， 随温度升高， 原子的扩散能力增强， 在晶体内部储存能(弹性畸变能)的驱动下， 将发生一系列组织、力学性能变化。
2、回复与再结晶阶段： T0～T1温度范围内无组织变化，称回复阶段； T1～T2温度范围为再结晶阶段； T2～T3范围是再结晶晶粒长大阶段。
一、再结晶的形核
理论上： 动力：弹性畸变能； 阻力：界面能。 再结晶核心是畸变能较大的区域。
实际上： 再结晶核心产生在大角度界面上， 或产生在晶粒内的亚晶上。
一、再结晶的形核
1、已存晶界的弓出形核 已存晶界两侧存在能量差， →边界向高密度位错晶粒移动 →晶界扫掠过的区域位错密度降低， 能量释放(动力△Gv)。 →△G＜0 →形成再结晶核心。
材料科学基础 第8章PPT课件
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8.2.4.2 固相中的非均匀形核 固态相变时，各种晶体缺陷，如晶界、位错、
相界、空位、层错等都可以作为择优形核的位置， 这些晶体缺陷本身具有较高的能量，在这些位置 形核，可以降低形核功，因此非均匀形核比均匀 形核要容易得多，固态相变时的形核通常是非均 匀形核。
21
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界面能和体积应变能是固态相变过程的阻力，但在不同条 件下，所起的主导作用不同。 当新旧两相形成共格界面或半共格界面时，相变阻力主要 是体积应变能。 当新旧两相形成非共格界面时，相变阻力主要是界面能。
15
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8.2.4 相的非均匀形核 8.2.4.1 液相中的非均匀形核
液态金属过冷后，主要的形核障碍是晶核的液－固相 界面使系统自由能升高。
12
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形核功因子
原子扩散几率因子
13
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8.2.3.2 固相中的均匀形核
体积自由能差
界面能
体积应变能
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界面能的大小取决于界面的结构和界面成分的变化。固态 相变中形成的界面结构有三种形式，即共格界面、半共格界 面和非共格界面。
固态相变中，体积应变能来自新旧两相的比容差和界面结 构两个因素。应变能由两项组成，一项是由新相和旧相比容 不同所产生的弹性应变能；另一项是由界面上两相晶格不匹 配而产生的弹性应变能。
数学表达式：X = 1 - exp[ - (kt)n ] （式8-12）
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构造等温转变图 32 第32页/共34页
End
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感谢您的观看！
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第34页量起伏
(NEW)陶杰《材料科学基础》笔记和典型题(含考研真题)详解
③ 高级晶族是指对称型中高次轴多于一个。 3．微观对称元素 微观对称元素是指微观特有的对称元素，主要有如下几种： （1）点阵沿着点阵中某一方向上任何两点的矢量进行平移，点阵可 以复原，则该方向的轴线称为平移轴 （2）晶体内部的相同部分绕一轴线周期转动，并且附以轴向平移可 以得到重复，改轴线称为螺旋轴。。 （3）滑移面是指晶体内部的相同部分沿平行于该面的直线方向平移 后再反演而会得到重复的面。 4．空间群 空间群是指把宏观对称元素的点群与微观对称元素的螺旋轴、滑移 面结合作为一部分，将其与平移再组合而形成的对称群。 六、极射投影 1．参考球和极射投影 （1）将一很小的晶体或晶胞置于一大圆球的中心，这个圆球称为参 考球。 （2）极射投影法是指一种由球面直角坐标系，即经纬网通过投影转 绘而成平面网的方法。 2．吴氏网 吴氏网是指球网坐标的极射赤面投影。 3．标准投影图 标准投影图是指以晶体的某个晶面平行于投影面作出全部主要晶面
目 录
第一部分 复习笔记 第1章 晶体学基础 第2章 固体材料的结构 第3章 固体中的扩散 第4章 凝 固 第5章 相 图 第6章 固态相变的基本原理 第7章 晶体缺陷 第8章 材料表面与界面 第9章 金属材料的变形与再结晶 第10章 非金属材料的应力－应变行为与变形机制
第二部分 典型例题 第三部分 名校考研真题
c．所选取单胞的体积要最小。 （2）点阵常数 点阵常数，又称晶格参数是指单胞的三个棱边长度a、b、c及其夹 角α、β、γ这6个点阵常数，或者说3个点阵矢量a、b、c。 2．七大晶系和14种布拉菲点阵
表1-1 七大晶系和14种布拉菲点阵
三、晶向指数与晶面指数 1．晶向指数的确定步骤 （1）以晶胞的某一阵点为原点，三个基矢为坐标轴，并以点阵基矢
材料科学基础课件第八章 相变
球缺的表面积是： 与固体接触面的半径是：
ALX 2R (1 cos )
2
r R sin
将上式代入求d（ΔGk）/dR中，得出不均匀成核的临界半径
3 2 LX * R GV
同样将它处理后，得出
3 16 LX (2 cos )(1 cos ) 2 * Gk Gk f ( ) 2 3(GV ) 4
二、析晶相变过程的动力学 1、晶核形成过程动力学
晶核形成：均匀成核
非均匀成核：较常见。 (1). 均匀成核－－组成一定，熔 体均匀一相，在T0温度下析晶， 发生在整个熔体内部，析出物质 组成与熔体一致。 成核速率 IV ＝ .n i .nK
原子与晶核碰撞频率 临界晶核数 临界晶核
临界晶核周围原子数
3) 马 氏 体 转 变 速 度 很 快 ， 有 时 速 度 高 达 声 速 。 4)马氏体相变过程也包括成核和长大。由于相变时长大的速 率一般很大,因此整个动力学决定于成核过程，成核功也就 成为相变所必需的驱动力。也就是说，冷却时需过冷至一定 温度使具有足够的成核驱动力时，才开始相变。 四、按成核特点分类 均质转变：发生在单一均质中。
界面层的厚度
线性生长速率
u Q n 0 exp(
q G )[1 exp( )] RT RT
G HT / T0
0 exp( q / RT ) B n
HT G )] B [1 exp( )] T0 RT RT
线性生长速率 u B .[1 exp(
普遍类型：一般合金有序－无序转变、铁磁性－顺磁性转变、超 导态转变等。
T0
二级相变实例 特例 混合型相变： 特点： 同时具有一级相变 和二级相变的特征
【材料科学基础】必考知识点第八章
2020届材料科学基础期末必考知识点总结豆第八章回复与再结晶第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化一回复与再结晶回复：冷变形金属在低温加热时，具显微组织无可见变化，但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。
再结晶：冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程。
二显微组织变化（示意图）回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化；再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。
晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺三性能变化1力学性能（示意图）回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。
再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。
晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时下降。
2物理性能密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高；电阻：电阻在回复阶段可明显下降。
四储存能变化(示意图)1储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分(〜10%)变形功。
「弹性应变能(3〜12%)2存在形式J位错(80〜90%) 1I点缺陷j 是回复与再结晶的驱动力3储存能的释放：原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释放。
五内应力变化回复阶段：大部分或全部消除第一类内应力，部分消除第二、三类内应力；再结晶阶段：内应力可完全消除。
第二节回复一回复动力学(示意图)1加工硬化残留率与退火温度和时间的关系ln(x o/x)=C o texp(-Q/RT)x o原始加工硬化残留率；X—退火时加工硬化残留率；C0一比例常数；t—加热时间；T—加热温度。
2动力学曲线特点(1)没有孕育期；(2)开始变化快，随后变慢；(3)长时间处理后，性能趋于一平衡值。
3高温回复：位错攀移（+滑移）f 位错垂直排列（亚晶界）+多边化（亚（0.3~0.5Tm ）晶粒）一►弹性畸变能降低。
三回复退火的应用去应力退火：降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变形、开 裂，提高耐蚀性。
材料科学基础 第八章
第八章变形和强化机制一、学习目的材料在加工和服役过程中不可避免产生变形。
研究材料变形的基本原理既是预防材料服役中产生变形、断裂等失效的需要，也是设计材料塑性变形加工工艺的需要。
本章的学习目的就是通过了解晶体材料的变形过程和影响因素，掌握材料变形和强化机制。
增加材料塑性变形抗力的方法叫材料强化，由于晶体材料的塑性变形主要由晶格位错运动实现，因此材料的强化机制本质是阻碍位错运动。
细化晶粒产生更多的晶界以阻碍晶间位错运动；固溶合金化或引入强化相也可有效地阻碍晶格位错的运动；材料在塑性变形过程中会产生位错，因而使随后的位错运动受到抑制，导致材料强化（即加工硬化或形变强化），这些都是晶体材料有效的强化机制。
用晶体材料强化的思路研究高分子材料的弹性变形和塑性变形过程，探讨塑料、橡胶等高分子材料的强韧化机制也是本章的教学目的之一。
二、本章的主要内容1．从原子的角度描述刃型位错和螺型位错的运动。
2．施加切应力会使刃型位错和螺型位错运动，描述塑性变形是怎样由位错运动产生的。
3．定义滑移系，并举例说明。
4．描述多晶金属材料发生塑性变形时，它的晶粒结构是如何变化的。
5．说明晶界是如何阻碍位错运动的，并解释一个有着小晶粒的金属为什么比有着大晶粒的金属强度大。
6．从晶格拉伸与位错相互作用的方面解释置换不同原子的固溶体强化原理。
7．从位错和应变场相互作用的方面描述解释应变强化（冷加工）现象。
8．从材料的微观结构和机械特性改变的方面描绘再结晶。
9．从宏观和原子的角度解释晶粒长大现象。
10．在滑移的基础上考虑，来解释为什么结晶陶瓷材料通常比较脆。
11．描绘半结晶聚合物塑性变形的各个阶段。
12．讨论下列因素对聚合物抗张模量和抗张强度的影响：(a)分子量(b)结晶度(c)预变形(d)不变形材料的热处理。
13．描述弹性聚合物弹性形变的分子途径。
三、重要术语和概念Cold working: 冷加工、冷变形The plastic deformation of a metal at a temperature below that at which it recrystallizes.金属在再结晶温度以下进行的塑性变形。
材料科学基础各章复习要点2021.12
材料科学基础各章复习要点2021.12材料科学基础各章复习要点第一章晶体结构名词解释：（1）同构同质多晶（2）萤石型和反萤石型（3）二八面体和三八面体（4）正尖晶石和反尖晶石主要内容：1.元素金属原子形成晶体的结构差异（A1、A2、A3类型）2、从晶体结构特点说明金属或合金在力学性能上表现出良好的塑性和延展性3、通过8-m规则说明金刚石的晶体结构特点4.NaCl型晶体结构的特征，为什么大多数ax型化合物具有NaCl型结构？在ax型晶体结构中，一般阴离子x的半径较大，而阳离子a的半径较小，所以x做紧密堆积，a填充在其空隙中。
大多数ax型化合物的r+/r-在0.414～0.732之间，应该填充在八面体空隙，即具有nacl型结构；并且nacl型晶体结构的对称性较高，所以ax型化合物大多具有nacl型结构。
5.CSCL型结构特点；立方ZnS和六方ZnS晶体结构的差异；6、金红石和萤石型晶体结构特点。
caf2晶体结构与性能的关系。
7、刚玉（?-al2o3）型结构特点。
8.ABO3（钙钛矿、钛铁矿、碳酸钙）的晶体结构特征；ab2o4尖晶石结构特征9。
钛酸钡的铁电效应，为什么钛酸钙没有自发极化？10.硅酸盐晶体结构的共同特征11、五类硅酸盐晶体结构特点，si/o,典型代表名称和分子式12、绿宝石、堇青石结构与性能关系13.滑石和叶蜡石的晶体结构特征以及结构与性能的关系14。
高岭石和蒙脱石的晶体结构特征及其与性能的关系15-方石英-鳞片石英的晶体结构差异16、o2-作而心立方堆积时，根据电价规则，在下面情况下，空隙内各需填入何种价态的阳离子，并对每一种结构举出一个例子。
(a)所有四面体空隙位置均填满；(b)所有八而体空隙位置均填满；(c)填满一半四面体空隙位置；(d)填满一半八面休空隙位置。
第二章晶体结构缺陷名词解释（1） Frenkel缺陷和肖特基缺陷（2）刃位错和螺位错（3）热缺陷和杂质缺陷（4）置换型固溶体和填隙型固溶体（5）点缺陷和线缺陷主要内容：1.缺陷反应方程的编写方法2、热缺陷浓度计算3.杂质缺陷、固溶体及固溶体分子式4、非化学计量化合物结构缺陷（半导体）种类、形成条件、缺陷浓度、电导率与气体压力的关系。
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2020届材料科学基础期末必考知识点总结
第八章回复与再结晶
第一节冷变形金属在加热时的组织与性能变化
一回复与再结晶
回复：冷变形金属在低温加热时，其显微组织无可见变化，但其物理、力学性能却部分恢复到冷变形以前的过程。
再结晶：冷变形金属被加热到适当温度时，在变形组织内部新的无畸变的等轴晶粒逐渐取代变形晶粒，而使形变强化效应完全消除的过程。
二显微组织变化（示意图）
回复阶段：显微组织仍为纤维状，无可见变化；
再结晶阶段：变形晶粒通过形核长大，逐渐转变为新的无畸变的等轴晶粒。
晶粒长大阶段：晶界移动、晶粒粗化，达到相对稳定的形状和尺寸。
三性能变化
1 力学性能（示意图）
回复阶段：强度、硬度略有下降，塑性略有提高。
再结晶阶段：强度、硬度明显下降，塑性明显提高。
晶粒长大阶段：强度、硬度继续下降，塑性继续提高，粗化严重时下降。
2 物理性能
密度：在回复阶段变化不大，在再结晶阶段急剧升高；
电阻：电阻在回复阶段可明显下降。
四储存能变化（示意图）
1 储存能：存在于冷变形金属内部的一小部分（～10％）变形功。
弹性应变能（3～12％）
2 存在形式位错（80～90％）
点缺陷是回复与再结晶的驱动力3储存能的释放：原子活动能力提高，迁移至平衡位置，储存能得以释放。
五内应力变化
回复阶段：大部分或全部消除第一类内应力，部分消除第二、三类内应力；
再结晶阶段：内应力可完全消除。
第二节回复
一回复动力学（示意图）
1 加工硬化残留率与退火温度和时间的关系
ln(x0/x)=c0t exp(-Q/RT)
x0 –原始加工硬化残留率；
x－退火时加工硬化残留率；
c0－比例常数；
t－加热时间；
T－加热温度。
2 动力学曲线特点
（1）没有孕育期；
（2）开始变化快，随后变慢；
（3）长时间处理后，性能趋于一平衡值。
二回复机理
移至晶界、位错处
1 低温回复：点缺陷运动空位＋间隙原子缺陷密度降低
（0.1~0.2Tm）空位聚集（空位群、对）
异号位错相遇而抵销
2 中温回复：位错滑移位错缠结重新排列位错密度降低
（0.2~0.3Tm）亚晶粒长大
3 高温回复：位错攀移（＋滑移）位错垂直排列（亚晶界）多边化（亚
（0.3~0.5Tm）晶粒）弹性畸变能降低。
三回复退火的应用
去应力退火：降低应力（保持加工硬化效果），防止工件变形、开裂，提高耐蚀性。
第三节再结晶
亚晶合并形核
亚晶长大形核机制亚晶界移动形核（吞并其它亚晶或变形部分）
1 形核（变形量较大时）
晶界凸出形核（晶界弓出形核，凸向亚晶粒小的方向）
（变形量较小时）
驱动力：畸变能差
2 长大
方式：晶核向畸变晶粒扩展，直至新晶粒相互接触。
注：再结晶不是相变过程。
二再结晶动力学（示意图）
（1）再结晶速度与温度的关系
v再＝A exp(-Q R/RT)
（2）规律
开始时再结晶速度很小，在体积分数为0.5时最大，然
后减慢。
三再结晶温度
1 再结晶温度：经严重冷变形（变形量>70%）的金属或合金，在1h内能够完成再结晶的（再结晶体积分数>95%）最低温度。
高纯金属：T再＝(0.25~0.35)Tm。
2 经验公式工业纯金属：T再＝(0.35~0.45)Tm。
合金：T再＝(0.4~0.9)Tm。
注：再结晶退火温度一般比上述温度高100～200℃。
变形量越大，驱动力越大，再结晶温度越低；
3影响因素纯度越高，再结晶温度越低；
加热速度太低或太高，再结晶温度提高。
四影响再结晶的因素
1 退火温度。
温度越高，再结晶速度越大。
2 变形量。
变形量越大，再结晶温度越低；随变形量增大，再结晶温度趋于稳定；变形量低于一定值，再结晶不能进行。
3 原始晶粒尺寸。
晶粒越小，驱动力越大；晶界越多，有利于形核。
4 微量溶质元素。
阻碍位错和晶界的运动，不利于再结晶。
5 第二分散相。
间距和直径都较大时，提高畸变能，并可作为形核核心，促进再结晶；直径和间距很小时，提高畸变能，但阻碍晶界迁移，阻碍再结晶。
五再结晶晶粒大小的控制（晶粒大小－变形量关系图）再结晶晶粒的平均直径
d=k[G/N]1/4
1 变形量（图）。
存在临界变形量，生产中应避免临界变形量。
2 原始晶粒尺寸。
晶粒越小，驱动力越大，形核位置越多，使晶粒细化。
3 合金元素和杂质。
增加储存能，阻碍晶界移动，有利于晶粒细化。
4 温度。
变形温度越高，回复程度越大，储存能减小，晶粒粗化；退火温度越高，临界变形度越小，晶粒粗大。
六再结晶的应用
恢复变形能力
改善显微组织
再结晶退火消除各向异性
提高组织稳定性
再结晶温度：T再＋100～200℃。
第四节晶粒长大
驱动力：界面能差；
长大方式：正常长大；异常长大（二次再结晶）
一晶粒的正常长大
1正常长大：再结晶后的晶粒均匀连续的长大。
2 驱动力：界面能差。
界面能越大，曲率半径越小，驱动力越大。
晶界趋于平直
3 晶粒的稳定形状晶界夹角趋于120℃
二维坐标中晶粒边数趋于6
4 影响晶粒长大的因素
（1）温度。
温度越高，晶界易迁移，晶粒易粗化。
（2）分散相粒子。
阻碍晶界迁移，降低晶粒长大速率。
一般有晶粒稳定尺寸d和第二相质点半径r、体积分数ϕ的
关系：
d=4r/3ϕ
（3）杂质与合金元素。
降低界面能，不利于晶界移动。
（4）晶粒位向差。
小角度晶界的界面能小于大角度晶界，因而前者的移动速率低于后者。
二晶粒的异常长大
1 异常长大：少数再结晶晶粒的急剧长大现象。
钉扎晶界的第二相溶于基体
2 机制再结晶织构中位向一致晶粒的合并
大晶粒吞并小晶粒各向异性
织构明显优化磁导率
3 对组织和性能的影响晶粒大小不均性能不均
降低强度和塑韧性
晶粒粗大提高表面粗糙度
三再结晶退火的组织
1 再结晶图。
退火温度、变形量与晶粒大小的关系图。
（图）
2再结晶织构。
再结晶退火后形成的织构。
退火可将形变织构消除，也可形成新织构。
3 退火孪晶。
再结晶退火后出现的孪晶。
是由于再结晶过程中因晶界迁移出现层错形成的。
第五节金属的热变形
一动态回复与动态再结晶
1 动态回复：在塑变过程中发生的回复。
2 动态再结晶：在塑变过程中发生的再结晶。
包含亚晶粒，位错密度较高
特点反复形核，有限长大，晶粒较细
应用：采用低的变形终止温度、大的最终变形量、快的冷却速度可获得细小晶粒。
二金属的热加工
冷加工：在再结晶温度以下的加工过程。
发生加工硬化。
1 加工的分类热加工：在再结晶温度以上的加工过程。
硬化、回复、再结晶。
2 热加工温度：T再<T热加工<T固－100～200℃。
3 热加工后的组织与性能
（1）改善铸锭组织。
气泡焊合、破碎碳化物、细化晶粒、降低偏析。
提高强度、塑性、韧性。
（2）形成纤维组织（流线）。
组织：枝晶、偏析、夹杂物沿变形方向呈纤维状分布。
性能：各向异性。
沿流线方向塑性和韧性提高明显。
（3）形成带状组织
形成：两相合金变形或带状偏析被拉长。
影响：各向异性。
消除：避免在两相区变形、减少夹杂元素含量、采用高
温扩散退火或正火。
4热加工的优点
（1）可持续大变形量加工。
（2）动力消耗小。
（3）提高材料质量和性能
三超塑性
1 超塑性：某些材料在特定变形条件下呈现的特别大的延伸率。
2条件：晶粒细小、温度范围（0.5~0.65Tm）、应变速率小（1～0.01%/s）。
3 本质：多数观点认为是由晶界的滑动和晶粒的转动所致。