共晶包晶共析
材料概论知识点总结
材料概论知识点总结材料概论知识点总结1.材料学纲要结合键离⼦键、共价键、⾦属键（化学键）、分⼦键和氢键1）⼏种结合键的区别？离⼦键是以正负离⼦间的相互作⽤⼒形成的结合。
离⼦键材料由两种以上的电负性相差很⼤的原⼦构成。
离⼦晶体的特性：（1）离⼦晶体是最密堆积的⾯⼼⽴⽅或六⽅密填结构，离⼦晶体的这种结构特征体现了离⼦键的各向同性。
（2）对可见光透明，吸收红外波长。
离⼦震动能级吸收。
共价键不易失去价电⼦的原⼦倾向于与邻近原⼦共有价电⼦、成为8电⼦稳定结构。
共价键以拉⼿结合。
⾦属键具有⽅向性，价电⼦位于共价键附近的⼏率⾼于其他处。
共价键形成的条件：原⼦具有相似的电负性、价电⼦之和为8。
共价键材料的特性：（1）⾼硬度、⾼熔点、导电性差、低膨胀系数，这体现了共价键是强化和键。
（2）性脆，延展性很差，这体现了共价键的⽅向性。
陶瓷和聚合物；或完全、或部分是共价键。
⾦属键⾦属原⼦失去价电⼦成为正离⼦、价电⼦成为⾃由电⼦，离⼦⾻架浸泡在电⼦的海洋。
本质：是离⼦、电⼦间的库仑相互作⽤。
特性：⽆⽅向性，不易被破坏。
使⾦属具有良好的延展性和导电性，是良好的导体。
分⼦键由分⼦之间的作⽤⼒（范德华⼒）⽽形成的，由于分⼦键很弱，故结合成的晶体具有低熔点、低沸点、低硬度、易压缩等特性。
氢键氢原⼦与电负性⼤的原⼦X以共价键结合，若与电负性⼤、半径⼩的原⼦Y（O F N等）接近，在X与Y之间以氢去为媒介，⽣成X-H...Y形式的⼀种特殊的分⼦间或分⼦内相互作⽤，成为氢键。
1）结合键对材料性能的影响。
⾦属材料⾦属材料的结合键主要是⾦属键。
⾦属特性：导电性、导热性好；正电阻温度系数；好的延展性；⾦属光泽等。
陶瓷材料陶瓷材料是包含⾦属和⾮⾦属元素的化合物，其结合键主要是离⼦键和共价键，⼤多数是离⼦键。
离⼦键赋予陶瓷相当⾼的稳定性，所以陶瓷材料通常具有极⾼的熔点和硬度，但同时陶瓷材料的脆性也很⼤。
⾼分⼦材料⾼分⼦材料的结合键是共价键、氢键和分⼦键。
匀晶、共晶、包晶
反 • 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。
应
T,C
要
点
L
L+
L+
183 c
d
e
+
Pb f
g Sn
L
X1合金结晶过程分析
T,C
T,C
1
L
2
L
L+
L
L+
L+
183 c
d
e
{
3
f4
Pb X1
+
g
Sn
+ Ⅱ
冷却曲线 t Ⅱ
X1L合金结晶特点
1.没有共晶反应过程，
T,C
而是经过匀晶反应形成
有一个三相共存的水平线dec。在该线上进行包晶反应。
包晶转变： Ld + c e
T,C
L+
c e
L
d L+
T,C
L
L+ L+
+
f
Pt
Ag%
铂-银合金包晶相图
+ Ⅱ
g
Ag
t
4、具有共析反应的相图
自某种均匀一致 的固相中同时析出 两种化学成分和晶 格结构完全不同的 新固相的转变过程 称为共析反应。
相图（平衡图、状态图）
平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。
简化的Fe - Fe3C 相图
A T°
匀晶相图 L+A
共晶相图
L
D
E
912℃ A
G 共析相图
A+
A+F S Fe3CⅡ F P ( F+ Fe3C )
3.4-包晶相图
αC+L2D
20
（2）熔晶转变相图
熔晶转变相图
熔晶转变是一个固 相转变为另一个固 相和一个液相的恒 温转变。
L
Fe-B相图
21
13810 C
（3）合晶转变相图
由两个一定成分的液相L1和L2，在恒温下转变为一
个一定成分的固相的过程，称为合晶转变。
557c L1 L2
33
I. 包晶转变
L
Ⅱ.包晶转变
L
Ⅲ.包晶转变
L
34
Ⅳ.共析转变
Ⅴ.共析转变
Ⅵ.共析转变
Ⅶ.共析转变
35
Ⅷ.包析转变
Ⅸ.包析转变
Ⅹ.熔晶转变
L
Ⅺ. 共晶转变
L
36
应用相图要注意的问题
相图只能给出合金在平衡条件下存在的相和相 对量，并不表示相的形状、大小和分布，而这
些主要取决于相的特性及形成条件。
相图只表示平衡状态的情况，而实际生产条件 下，合金很少能达到平衡状态。
37
本节要点
概念：包晶转变、共析转变、偏晶转变、 熔晶转变、合晶转变、包析转变
由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。
1
共晶系合金一般以共晶点为界进行分类，可以分为：
Sn<19.2%和Sn>97.5% 的合金可以看作是匀晶合金
共晶合金 亚共晶合金
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过共晶合金
2
第三章合金的结构与相图本章重点1`固溶体与化合物及其特性
⑤ 温度
固溶体的溶解度受温度的影响较大， 一般温度越高，固溶体的溶解度越大。 如，奥氏体在727℃能溶解0.77%的碳， 而在1148℃则能溶解2.11%的碳。
3、固溶体的性能
当溶质元素的含量极少时，固溶体的性 能与溶剂金属基本相同。随着溶质元素含量 的升高，固溶体的性能发生明显变化，表现 在强度、硬度升高，塑性、韧性有所下降， →固溶强化。
金属间化合物
FeS, MnS 等
一般化合物
金属间化合物可以作为合金的组 成相（强化相），而非金属化合物在 合金中大多属于有害杂质。如FeS 在 钢中引起热脆。
1、金属间化合物的组织与性能特点
金属间化合物具有复杂的晶格结构， 熔点高，硬而脆，其在合金中的分布形 态对合金的性能影响很大，当金属间化 和物以大块状或成片状形态分布时，合 金的强度、塑性均很差；当金属间化合 物呈弥散状质点分布时，合金的强度高， 塑性、韧性较好。
范围内变化，电子化合物可以溶解一定量的组
元，形成以电子化合物为基的固溶体。
C、间隙化合物
由原子直径较大的过渡族元素与原子直径 很小的C、N、B等元素组成，过渡族元素的原 子占据晶格的正常位置，尺寸较小的非金属元 素原子有规则地嵌入晶格空隙中，形成间隙化 合物。
① 间隙相
当非金属元素原子与过渡族金属元素原 子直径的比值（d非/d过）<0.59时，形成的间 隙化合物具有比较简单的晶格结构，成为间 隙相。 如：W2C, VC, TiC, MoC, TiN, VN 等。
偏析的存在，会使金属强度下降，塑 性较差，耐腐蚀性降低，应采用均匀化退 火（扩散退火）予以消除。
第四节 二元共晶相图 当合金的二组元在液态时无限互溶， 在固态时有限互溶，且发生共晶反应， 此合金系的相图为二元共晶相图。
合金相图
2、相图分析 点：D
1772A
1600 1800
线：பைடு நூலகம்
L
L
1400
温 度
1200
C
10.5
1186 42.4
D
P
66.3 L+ 962
1000
B
800
+
液相线APB 固相线ACDB 包晶线CDP L P + C D 固溶度曲线 CE、DF
600
区：
40 60 80
400
画曲线，分阶段，各段画出相转变；
引线标相（组织）名，这样做最简便。
四、二元包晶相图分析
1、基本概念 什么叫包晶转变？
合金在冷却到某一温度时，已结晶出的一定 成分的固相和它周围尚未结晶的一定成分的液相 发生反应结晶出另外一种固相，这就是包晶反应。 即： L
许多合金系都具有包晶转变，例如Pt-Ag、Sn-Ag、 Cd-Hg、Cu-Zn、Cu-Sn等。Pt-Ag合金相图是一种 比较简单的包晶相图，下面以此为例进行分析。
F
p B% S
G
Pb
Sn
(+)共晶=2N/EN×100%
Ⅱ% =(E2/EN)×(SG/FG) ×100%
初%=(E2/EN)×(FS/FG)×100% 或初% =1-(+)共晶% -Ⅱ%
0E
20
F 100
Pt
Ag%
Ag
单相区L、 、 双相区L 、 L + 、 +
Pt-Ag合金相图
包晶合金的平衡结晶过程
L L
1800
A
T/ ℃
1600
包晶反应共晶反应共析反应
包晶反应共晶反应共析反应包晶反应、共晶反应和共析反应都是化学反应中特殊的现象，它们在不同条件下会产生不同的效果。
下面将分别对这三种反应进行详细描写。
1. 包晶反应包晶反应又称为配晶反应，是指在溶液中由于溶质和溶剂之间存在一定的亲和力而形成包晶现象。
包晶反应是晶体化学中的重要反应之一。
这种反应在溶液中形成晶体的过程中，经常伴随着离子的迁移和溶解过程，并且这种迁移过程常常与晶体生长的形态和结构有关。
在包晶反应中，包晶晶格结构由两种或多种物质或化学物质构成，以产生具有特殊性质的新的化合物。
这种反应在化学工业上具有广泛的应用。
例如，在冶金工业上，包晶反应常用于合成特殊功能合金；在化学晶体学中，包晶现象被广泛用于研究无机晶体的生长和制备；在药物合成和制造方面，包晶反应可用于改善药物的物理性质，如提高药物的稳定性、溶解性和生物利用度等。
2. 共晶反应共晶反应指的是在固体状态下，两种或多种化合物以特定的组成比例混合，并在共同熔化的过程中形成共晶组织。
共晶反应是固相化学中的重要现象。
在共晶反应中，两种或多种化合物的共熔温度低于它们各自独立熔点的温度。
共晶反应具有相变和物理性质变化的特征。
共晶反应常用于制备共晶合金和合金材料。
共晶合金具有特殊的物理性质，如高强度、高硬度、耐腐蚀性和高熔点等。
共晶反应还被广泛用于制备纯度高、晶体质量好的材料，例如半导体材料和光学材料等。
3. 共析反应共析反应是指根据岩石矿物学的定义，两种或多种成分以特定的温度和压力条件下在固相平衡状态下出现在特定的岩石中。
共析反应在地球科学研究中具有重要的意义。
共析反应的过程中，矿物相的形成和消失是由于温度和压力的变化引起的。
共析反应可以帮助我们了解地球内部的构造和演化过程。
共析反应是岩石成因研究中的一个基本概念，它有助于我们理解岩石的起源和演化过程。
共析反应在矿物学和地球化学的研究中起着关键作用，通过研究岩石中的共析矿物可以推断岩浆的起源和演化过程，以及岩石的成因和变质过程。
匀晶、共晶、包晶
何谓共晶反应、包晶反应和共析反应? 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点 共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下， 共晶反应：指一定成分的液体合金，在一定温度下，同时结晶出 成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。 成分和晶格均不相同的两种晶体的反应。 包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用，形成另外 包晶反应：指一定成分的固相与一定成分的液相作用， 一种固相的反应过程。 一种固相的反应过程。 共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下， 共析反应：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解 成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。 成两个新的，具有一定晶体结构的固相的反应。 共同点：反应都是在恒温下发生， 共同点：反应都是在恒温下发生，反应物和产物都是具有特定成 分的相，都处于三相平衡状态。 分的相，都处于三相平衡状态。 不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应； 不同点：共晶反应是一种液相在恒温下生成两种固相的反应；共 析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应； 析反应是一种固相在恒温下生成两种固相的反应；而包晶反应是 一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。 一种液相与一种固相在恒温下生成另一种固相的反应。 两组元在液态时无限互溶，固态时也无限互溶，结晶所构成的相 两组元在液态时无限互溶，固态时也无限互溶， 图称为二元匀晶相图 二元匀晶相图。 图称为二元匀晶相图。
三．共晶相图
二元共晶相图：两组元在液态时无限互溶， 二元共晶相图：两组元在液态时无限互溶，固态 时有限互溶，并发生共晶反应所构成的相图称为二 时有限互溶，并发生共晶反应所构成的相图称为二 元共晶相图。 元共晶相图。 共晶反应：是指冷却时由液相同时结晶出两个固相 液相同时结晶出 共晶反应：是指冷却时由液相同时结晶出两个固相 的复合混合物的反应。 的复合混合物的反应。 共晶体：共晶反应的产物是共晶体。 共晶体：共晶反应的产物是共晶体。 共晶组织：共晶体的显微组织是共晶组织。 共晶组织：共晶体的显微组织是共晶组织。
第四-五节--二元共晶包晶相图剖析
1
2
α
β
4 共晶系合金的非平衡凝固和组织 （1）伪共晶
伪共晶区具有不同的形状（对称或偏移）（下图）。
4 共晶系合金的非平衡凝固和组织 （1）伪共晶
伪共晶区的形状与共晶两相的结晶速度有关。 二相结晶速度接近，同时结晶形成伪共晶组织，伪共晶区具有对称形态； 二相结晶速度相差较大，则结晶较快的相成为先共晶的初生相，使伪共晶区向结晶速度慢的一侧偏移。 二相结晶速度取决于二相成分与液相成分的差异。与液相成分接近的相具有较大的结晶速度，易形成先共晶的初生相。在共晶两相中，低熔点相易先结晶。
2 平衡凝固过程及组织 包晶反应时原子迁移示意图
2 平衡凝固过程及组织 （2）成分在d-p之间合金的结晶 室温组织：α＋β＋αⅡ＋βⅡ。
2
包晶转变前： α相含量: Wα =2b/db > pb/db
3 共晶组织及其形成机理 （2）粗糙－平滑界面： 金属-非金属型 具有不规则或复杂组织形态.
3 共晶组织及其形成机理 （2）平滑－平滑界面： 非金属-非金属型 一般认为具有不规则或复杂组织形态.
3 共晶组织及其形成机理 （4）初生晶的形态： 金属固溶体：粗糙界面－树枝状； 非金属相：平滑界面－规则多面体。
第五节 二元包晶相图
包晶转变：由已结晶出来的一定成分的固相和剩余液相 （确定成分）反应生成另一个一定成分固相的转变。 包晶相图：具有包晶转变特征的相图。 特 点：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶， 且发生包晶反应。 包晶组织：包晶转变产物。
M
2
E
剩余液相:WL=M2/ME =(30-19)/(61.9-19)=25.7%
1
（3）亚共晶合金(Wsn=0.3）室温组织α初＋ βⅡ+(α＋β)共晶
第三章 二元合金相图和合金的凝固
第三章二元合金相图和合金的凝固一．名词解释相图、相律、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、异晶转变、平衡结晶、不平衡结晶、异分结晶、平衡分配系数、晶内偏析、显微偏析、区域偏析、区域提纯、成份过冷、胞状组织、共晶组织、亚共晶组织、过共晶组织、伪共晶、离异共晶、二．填空题1.相图可用于表征合金体系中合金状态与和之间的关系。
2.最基本的二元合金相图有、、。
3.根据相律，对于给定的金属或合金体系，可独立改变的影响合金状态的内部因素和外部因素的数目，称为，对于纯金属该数值最多为，而对于二元合金该数值最多为。
4.典型的二元合金匀晶相图，如Cu-Ni二元合金相图，包含、两条相线，、、三个相区。
5.同纯金属结晶过程类似，固溶体合金的结晶包括和两个基本过程。
6.勻晶反应的特征为_____________，其反应式可描述为________ 。
7.共晶反应的特征为_____________，其反应式可描述为___________ _。
8.共析反应的特征为_____________，其反应式可描述为_____________。
9.金属或合金在极缓慢冷却条件下进行的结晶过程称为。
纯金属结晶时所结晶出的固相成分与液相成分，称为；而固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分，称为。
10.固溶体合金经不平衡结晶所产生的两类成分偏析为、。
11.固溶体合金产生晶内偏析的程度受到溶质原子扩散能力的影响，若结晶温度较高，溶质原子的扩散能力小，则偏析程度。
如磷在钢中的扩散能力较硅小，所以磷在钢中的晶内偏析程度较，而硅的偏析较。
12.固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，结晶树枝主轴含有较多的________组元。
严重的晶内偏析降低合金的，为消除枝晶偏析，工业生产中广泛采用的方法。
13.根据区域偏析原理，人们开发了，除广泛用于提纯金属、金属化合物外，还应用于半导体材料及有机物的提纯。
通常，熔化区的长度，液体的成分，提纯效果越好。
机械工程材料知识点汇总
1大学课程《机械工程材料》知识点汇总第一章金属的晶体结构与结晶一、解释下列名词过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核 的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提局了形核率，细化晶粒，这 种处理方法即为变质处理。
变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
二、常见的金属晶体结构有哪几种？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；五、实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？答：如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金 属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。
因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。
同时晶 体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。
六、过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：①冷却速度越大，则过冷度也越大。
②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速 度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这 时原子的扩散能力减弱。
③过冷度增大，AF 大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都 大，且N 的增加比G 增加得快，提高了 N 与G 的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对 晶粒细化不利，结晶发生困难。
7、金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？答：①金属结晶的基本规律是形核和核长大。
②受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶 核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及 振动和搅拌的方法也会增大形核率。
材料科学基础复习要点
《材料科学基础》复习要点一、主要内容1. 工程材料中的原子排列（1）原子键合，工程材料种类；（2）原子的规则排列：晶体结构与空间点阵，晶向及晶面的特点及表示，金属的晶体结构，陶瓷的晶体结构。
（3）原子的不规则排列：点、线、面缺陷的类型及特征，位错的弹性性质，实际晶体中的位错。
2. 固体中的相结构（1）固溶体：分类、性能及影响固溶度的因素；（2）金属间化合物：分类、性能及特征；（3）陶瓷晶体相：分类、结构、性能及特征；（4）玻璃相：性能、特征及形成条件。
3. 凝固与结晶（1）结晶的基本规律；（2）结晶的基本条件；（3）晶核的形成：形核能量变化，临界晶核，形核功，形核率；（4）晶体的长大：长大条件，液固界面结构，长大机制，温度梯度，晶体形态；（5）凝固理论的应用。
4. 二元相图：（1）相图的基本知识；（2）二元匀晶相图、共晶相图及包晶相图：二元合金的平衡凝固及非平衡凝固，凝固过程中的成分变化及偏析，成分过冷与固溶体组织，共晶体形成机理及其形态，杠杆定律；（3）二元相图的分析方法，其他类型二元相图及其应用；（4）Fe-C相图分析及平衡凝固；（5）铸锭组织与偏析。
5. 材料中的扩散：（1）扩散定律及其应用；（2）扩散的微观机理，影响扩散的因素；（3）扩散的热力学理论；（4）反应扩散。
6. 塑性变形：（1）单晶体的塑性变形；（2）多晶体的塑性变形；（3）合金的塑性变形；（4）冷变形金属的组织与性能。
7. 回复与与结晶：（1）冷变形金属在加热时的变化；（2）回复：机制，热力学，动力学，应用，影响因素；（3）再结晶：机制，热力学，动力学，应用，影响因素；（4）再结晶后晶粒长大：机制，热力学，动力学，应用及组织控制，影响因素；（5）金属的热变形，超塑性。
二、参考书目1. 《材料科学基础》，胡庚祥，蔡珣，上海交通大学出版社，20002. 《材料科学基础》（第二版），刘智恩，西北工业大学出版社20033. 《材料科学基础》，石德珂，西安交通大学出版社，20004. 《材料科学基础》，潘金生，仝健民，清华大学出版社，1998《材料科学基础》复习纲要重要概念-键合、工程材料-晶体、非晶体、各向异性-点阵、晶体结构、晶胞、晶系、布拉菲点阵、晶面指数、晶向指数、晶面族、晶向族-晶格常数、晶胞原子数、配位数、致密度、间隙-堆垛、密排面、密排方向、堆垛次序、堆垛方向-缺陷、点缺陷、刃位错、螺位错、混合位错-柏氏矢量、滑移矢量-位错密度-滑移、攀移、交滑移、交割、割阶、扭折、塞积-位错应力场、应变能、线张力、位错线上的力-位错增殖、位错源-全位错、不全位错、堆垛层错、位错反应-晶界、相界、界面能、大角度晶界、小角度晶界、孪晶界-相、固溶体、置换固溶体、间隙固溶体-金属间化合物、玻璃相-凝固、结晶、短程有序、长程有序-结构起伏（相起伏）、能量起伏、成分起伏-过冷度、形核过冷度、动态过冷度、临界过冷度、有效形核过冷度-均匀形核、非均匀形核、晶核、临界晶核、临界形核功、形核率-光滑界面、粗糙界面、垂直长大、横向长大、温度梯度、树枝状-平衡转变（结晶）、非平衡转变（结晶）、正常凝固-匀晶、共晶、包晶、共析、包析、脱溶转变-平衡分配系数、有效分配系数-微观偏析（枝晶偏析）、宏观偏析-亚共晶、共晶、过共晶、伪共晶、离异共晶、非平衡共晶、包晶转变不完全性-铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、渗碳体、工业纯铁、钢、铸铁-液相线、固相线、液相面、固相面、中间面、液相平均成分线、固相平均成分线-浓度三角形-垂直截面、水平界面、投影图-扩散、空位扩散、间隙扩散、稳态扩散、非稳态扩散-扩散系数、扩散激活能、扩散通量、迁移率-上坡扩散、反应扩散-滑移、滑移线、滑移带、滑移方向、滑移面、滑移系、临界分切应力、取向因子、吕德斯带-柯氏气团、屈服、应变时效-细晶强化、固溶强化、复相强化、弥散强化、加工硬化-纤维组织、带状组织、流线、位错胞、变形亚结构、织构-回复、再结晶、晶粒长大-低、中、高温回复，多边化，去应力退火-再结晶温度、再结晶退火-临界变形度、热蚀沟、再结晶图-动态回复、动态再结晶，热变形-复合材料、基体、增强体、界面各章知识要点一、工程材料中的原子排列§1.1 原子键合• 原子键合的种类、特点、典型例子• 工程材料的分类及其主要键合类型• 键合的多重性§1.2 原子的规则排列• 晶体的特点、晶体结构、点阵• 晶系、布拉菲点阵• 晶面指数、晶向指数（标定和作图）及其特点，晶面族、晶向族• 晶面间距• 典型金属结构（fcc、bcc、hcp）（晶胞原子数、点阵常数、配位数、致密度）（间隙种类及其特点）（堆垛方式）• 多晶型性、同素异晶转变• 陶瓷晶体结构（离子键晶体、共价键晶体）（结构规则、不等径刚球密堆原理）§1.3 原子的不规则排列• 缺陷的种类• 点缺陷的种类• 空位的平衡浓度• 点缺陷对晶体性能的影响• 位错的类型、特点• 柏氏矢量（柏氏回路）• 位错的运动方式、特点• 位错的力学性能（应力场、畸变能、位错线上的力、线张力）• 位错的交互作用（位错与点、线、面缺陷的交互作用）• 位错增殖• 实际晶体中的位错（全位错、不全位错、单位位错、部分位错、堆垛层错、弗兰克位错、肖克来位错）• 位错反应• 面缺陷（类型及其结构模型、界面能、界面的特点）二、固体中的相结构§ 2.1 固溶体-固溶体的概念、分类-影响固溶度的因素-固溶体的均匀性-固溶体的性能§ 2.2 金属间化合物-化合物的概念、分类-化合物的性能§ 2.3 陶瓷晶体相-陶瓷的概念、特征§ 2.4 玻璃相-陶瓷的概念、形成条件三、凝固§ 3.1 金属结晶的基本规律-微观规律（形核、长大、）-宏观规律（过冷）§ 3.2 金属结晶的基本条件-热力学条件（ΔG < 0、ΔT ）-动力学条件（形核：结构条件、能量条件、成分条件）（长大：速度条件）§ 3.3 晶核的形成-形核的方式（均匀形核、非均匀形核）-结晶时的体系能量变化-形核的驱动力和阻力-临界晶核的概念-临界晶核半径及其计算-临界形核功及其计算-形核率（概念、影响因素、特点）-两种形核方式的比较§3.4 晶体的长大-液固界面的微观结构-晶体的长大机制-温度梯度-晶体长大的形态§3.6 凝固理论的应用-铸锭晶粒组织及其控制-单晶体的制备-定向凝固-非晶合金的制备-微晶合金的制备四、相图§ 4.1 相、相平衡及相图制作-相的定义-相平衡的定义-成分的表示方法（质量分数、摩尔分数）-相图的制作方法§ 4.2 匀晶相图-相图分析-成分变化（平衡、非平衡）（微观偏析、宏观偏析）-成分过冷（概念、形成原因）-固溶体形貌§ 4.3 共晶相图-相图分析-共晶转变特点-典型合金的结晶过程（平衡、非平衡）-成分变化（平衡、非平衡）-共晶形成机理（形核机理、长大机理）-共晶体形貌特征（平衡、非平衡）-杠杆定律计算（相组成、组织组成）§ 4.4 包晶相图-相图分析-包晶转变特点-典型合金的结晶过程（平衡、非平衡）-成分变化（平衡、非平衡）-包晶形成机理-杠杆定律计算（相组成、组织组成）§ 4.5 其它相图-相图分析方法、步骤-典型合金的结晶过程（平衡、非平衡）-成分变化（平衡、非平衡）-杠杆定律计算（相组成、组织组成）§ 4.6 Fe-C相图-相图分析-典型合金的平衡结晶过程-成分变化-典型合金的名称-杠杆定律计算（相组成、组织组成）§ 4.8 铸锭组织与偏析-偏析的类型§ 4.9 三元合金相图-成分表示法（浓度三角形）-三元匀晶相图（立体图、投影图）-三元匀晶相图（垂直截面、水平截面）-三元匀晶相图平衡结晶过程-简单三元共晶相图（立体图、投影图）-简单三元共晶相图（垂直截面、水平截面）-简单三元共晶相图平衡结晶过程五、材料中的扩散§5.1 扩散定律及其应用-扩散第一定律及其应用条件-扩散第二定律及其应用条件§ 5.2 扩散的微观机理-扩散的微观机理-原子热运动对扩散的影响-晶态、非晶态化合物中的扩散§ 5.3 扩散的热力学理论-扩散的驱动力-上坡扩散（概念、诱因）-扩散系数§ 5.4 反应扩散-反应扩散（概念、特点）陶瓷的概念、特征§ 5.5 扩散的影响因素-影响因素及其机理六、塑性变形§ 6.1 应力－应变曲线-工程应力应变曲线、真应力应变曲线及二者差别-强度及塑性指标，硬化系数§ 6.2 单晶体的塑性变形-滑移现象（滑移线、滑移带、滑移特征）-滑移系-临界分切应力-滑移的微观机理-晶体的转动、多滑移、交滑移及滑移线形貌-孪生的概念、特点§ 6.3 多晶体的塑性变形-位向差及晶界对塑变的影响-细晶强化机理、特征-霍尔－配奇公式§6.4 合金的塑性变形-固溶强化机理-屈服及应变时效-复相强化机理及特征-弥散强化机理§ 6.5 冷变形金属的组织和性能-组织变化（显微组织、变形亚结构、变形织构）-能量变化（内应力、畸变能）-力学性能（加工硬化）-物理、化学性能变化七、回复与再结晶§ 7.1 加热时的变化-显微组织变化-能量变化-力学性能变化-物理、化学性能变化§ 7.2 回复-回复机制-回复热力学-回复动力学-回复应用§ 7.3 再结晶-再结晶机制（形核机制、长大机制）-再结晶热力学-再结晶动力学-再结晶温度及其影响因素-再结晶组织及其影响因素§ 7.4 再结晶后晶粒长大-长大方式-晶粒长大（特征、热力学、动力学）-晶粒长大影响因素-再结晶应用八、固态相变-固态相变的分类九、复合效应与界面-复合材料定义、分类-复合材料的构成、各部分的作用-复合效应-界面结合种类热处理改变钢的性能的原因是因为采用不同的加热、保温、冷却方式使钢内部结构发生改变，从而获得所需性能。
第三章 共晶相图及其结晶 (2)
LwB=0.75==αwB=0.15 +β wB=0.95
求(1)wB=0.50的合金凝固后， α初与共晶体(α+ β)的相对量；
α相与 β相的相对量。 (2)若共晶反应后β初和(α+ β)共晶各占一半，问合金成分 如何。
例题4.3.3:WB=40%的合金定向凝 固，液-固界面平直，液相成分始 终保持均匀，固相中扩散忽略。 (1)求凝固后金属棒中共晶体的相 对量。 (2)求平衡凝固后共晶体的相对量
铁碳相图
(2)偏晶相图 • 偏晶转变：一定温度下从一定成的一种液相中分解 出一个固相与另一种成份的液相，且固相的相对量 总是偏多的转变。 反应式：L1 L2+α
图形特点： α
L1 L2
• 相图实例：Cu-Pb，Cu-O，Mn-Pb，Cu-S
Cu-Pb二元相图
(3)熔晶相图 • 熔晶转变：一定温度时，从一个固相分解成一个 液相和另一个固相的反应。 反应式：δ γ+L 图形特点： γ δ
kR
1 2
• 形态：取决于两相的体积分 数和相界面的比界面能。 一相的体积分数小于30%，且比界面能较高时，易 形成棒状共晶。 一相的体积分数在30%~50%时，利于形成层片状。
第 三 节 二 元 共 晶 相 图
（二） 粗糙-平滑界面（金属-非金属型）共晶 • 特点：形态不规则
（三） 平滑-平滑界面共晶 特点：形态很不规则
四、 共晶系合金的非平衡凝固和组织
（一） 伪共晶组织 • 伪共晶：由非共晶成分的合金所 得到的完全共晶组织。 • 形成原因：不平衡结晶；成分位 于共晶点附近。 • 伪共晶区的位置：与共晶两相的 结晶速度有关。偏向晶体结构复 杂及具有平滑界面的相的一边。
共晶、包晶、共析
反应结束后，在共晶温度下、 两相的相对重量百 分比为：
2D C2 Q 100%, Q 100% CD CD
温度继续下降，将从一次
和共晶 中析出Ⅱ，从
共晶 中析出Ⅱ。其室温
组织为Ⅰ+ (+) + Ⅱ。
亚共晶合金的 结晶过程
④ 过共晶合金结晶过程 与亚共晶合金相似，不同的 是一次相为 , 二次相为Ⅱ 室温组织为Ⅰ+(+)+Ⅱ。
A B
共晶反应的产物，即两 相的机械混合物称共晶 体或共晶组织。发生共 晶反应的温度称共晶温 度。代表共晶温度和共
晶成分的点称共晶点。
Pb原子 扩散 Sn原子 扩散
Pb-Sn共晶组织 共晶体长大示意图
具有共晶成分的合金称共晶合金。在共晶线上，凡 成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金，位于共 晶点以右的合 金称过共晶合 金。
相的相对重量百分比为：
Q Q
ED 97.5 61.9 100% 100% 45.4% CD 97.5 19.2 100% Q 54.6%
共晶结束后，随温度下降， 和 的成分分别沿CF线 和DG线变化，并从共晶 中析出Ⅱ ，从共晶 中析 出Ⅱ ，由于共晶组织细， Ⅱ与共晶结合， Ⅱ与共
F4 100% FG
由于二次 相析出温 度较低， 一般十分 细小。
Q
Q Ⅱ
Ⅰ合金室温组织 为 + Ⅱ 。
A B
成分大于 D点合金结晶 过程与Ⅰ合金相似，室 温组织为 + Ⅱ 。
C
E
D
F
G
能源材料作业及答案
姓名：XX学号：XXX专业：能动X班1.晶面指数和晶向指数有什么不同？晶向是指晶格中各种方向上的原子列，用晶向指数来表示；晶面是指晶格中不同方位上的原子面，用晶面指数来表示。
2.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？点缺陷：破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲，从而引起性能变化，使金属的电导率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性降低。
线缺陷：随着位错密度的增加，金属的强度先减小后增大面缺陷：晶界对运动位错有阻碍作用，是金属中的强化部位。
金属的晶粒越细，晶界总面积就会越大，金属的强度也越高。
晶界的能量比晶内的高，因而晶界熔点低、耐蚀性差、原子扩散快。
亚晶界类似。
3.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？因为单晶体中的原子排列位向是完全一致的，因此其性能是各向异性的。
而多晶体内部是由许多位向不同的晶粒组成，各晶粒自身的各向异性彼此抵消，故显示出各向同性。
4.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？一般规律是冷却速度越大，过冷度越大；而过冷度越大，自由能差的绝对值越大，结晶越容易进行。
当过冷度很小时，结晶以均匀长大方式进行；当过冷度较大时，结晶以树枝长大方式进行。
过冷度大，晶粒就细小；过冷度小，晶粒就粗大。
5.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？纯金属的结晶规律是：在恒定温度下进行,结晶时要放出潜热,需要过冷度,结晶的过程是晶核形成和晶核不断长大两个过程。
形核的影响因素：1）形核温度.对于给定合金,当过冷度大于某一值时,形核速率随温度的降低而迅速增大.润湿角增大,形核速率随之减小.2）形核时间.由于晶核的数量是形核速率对时间的积分,因此,形核时间越长,晶核数量增加.3）形核衬底的数量.在异相形核中,形核是在外来质点表面进行的,形核衬底的数量决定了形核的数量.4）新相与衬底润湿角(θ) .a ）对于异相形核过程而言,析出固相与外来质点的接触角是决定形核速率的最关键因素.b ）接触角越小,形核速率越大.接触角(θ)这一表观指标是由析出相与外来质点的原子结构匹配情况决定的.c ）当二者之间存在共格界面并具有较小的错配度时,(θ)角将较小,此外来质点将更有条件成为形核衬底.5）形核衬底的形状.a ）当接触角(θ)不变,在凹面、平面和凸面种表面形状的基底中,界面为凹面时临界晶核的体积最小,形核功也最小.b ）因此,当形核基底表面凹凸不平,存在大量凹角时形核效率将提高.6．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？1.细晶粒强化的原因：钢晶粒细化后，晶界增多，而晶界上的原子排列不规则，杂质和缺陷多，能量较高，阻碍位错的通过，即阻碍塑性变形，也就实现了高强度。
共晶相图及包晶相图-PPT
几种伪共晶区的形式
（3）离异共晶
① 离异共晶：由于非平衡 共晶体数量较少，通常共晶 体中α相依附于初生α相生 长，将共晶体中另一相β推 到最后凝固的晶界处从而使 共晶体两组成相间的组织特 征消失，这种两相分离的共 晶体称为离异共晶。
② 形成原因：不平衡条 件下，成分位于共晶线上两 端点附近。
平衡条件下，成分位于共 晶线上两端点附近。
• α、β相对量都可通过杠杆法则求出： Wα= (1.0-0.1)/(1.0-0.02)=91.8% Wβ= (0.1-0.02)/(1.0-0.02)=8.2%
含10%Sn量合金的平衡结晶的显微组织 500×
大家有疑问的，可以询问和交流 可以互相讨论下，但要小声点
(2) 共晶合金的平衡结晶
• (α该+β合)。金两发个生相共的晶相反对应量：：LE→αMα=MEN+/βMN,N恒β温N=进M行E，/M形N成共晶体
• 冷却曲线： • 结晶和组织转变过程：L→L+(α+β)→ (α +β)共
共晶反应＋脱溶转变
• 室温组织：(α+β)共 。 • 出组。织特征:片层交替分布，共晶(α+β)共中α、β相对量都可通过杠杆法则求
共晶反应完了时：Wα= EN/MN Wβ=ME/MN 室温时：Wα= (1.0-0.619)/(1.0-0.02)
匀晶反应＋包晶反应＋脱溶转变 • 室温组织：αⅡ+β, αⅡ、β的相对量可通过杠杆法则求出 。
开始包晶反应时: Wα=DC/PC＝57.2％ WL=PD/PC＝42.8％
室温时:WαⅡ=FD/EF Wβ=ED/EF
② 包晶点以右合金的平衡凝固 • 冷却曲线： • 结 晶 和 组 织 转 变 过 程 ： L→L+α→L+α+β
工程材料与热处理-第3章作业题参考答案
⼯程材料与热处理-第3章作业题参考答案1.置换固溶体中，被置换的溶剂原⼦哪⾥去了？答：溶质把溶剂原⼦置换后，溶剂原⼦重新加⼊晶体排列中，处于晶格的格点位置。
2.间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上的区别何在？举例说明之。
答：间隙固溶体是溶质原⼦进⼊溶剂晶格的间隙中⽽形成的固溶体，间隙固溶体的晶体结构与溶剂组元的结构相同，形成间隙固溶体可以提⾼⾦属的强度和硬度，起到固溶强化的作⽤。
如：铁素体F是碳在α-Fe中的间隙固溶体，晶体结构与α-Fe相同，为体⼼⽴⽅，碳的溶⼊使铁素体F强度⾼于纯铁。
间隙化合物的晶体结构与组元的结构不同，间隙化合物是由H、B、C、N等原⼦半径较⼩的⾮⾦属元素（以X表⽰）与过渡族⾦属元素（以M表⽰）结合，且半径⽐rX/rM＞0.59时形成的晶体结构很复杂的化合物，如Fe3C间隙化合物硬⽽脆，塑性差。
3.现有A、B两元素组成如图所⽰的⼆元匀晶相图，试分析以下⼏种说法是否正确？为什么？（1）形成⼆元匀晶相图的A与B两个相元的晶格类型可以不同，但是原⼦⼤⼩⼀定相等。
（2）K合⾦结晶过程中，由于固相成分随固相线变化，故已结晶出来的固溶体中含B量总是⾼于原液相中含B量.（3）固溶体合⾦按匀晶相图进⾏结晶时，由于不同温度下结晶出来的固溶体成分和剩余液相成分不相同，故在平衡态下固溶体的成分是不均匀的。
答：（1）错：Cu-Ni合⾦形成匀晶相图，但两者的原⼦⼤⼩相差不⼤。
（2）对：在同⼀温度下做温度线，分别与固相和液相线相交，过交点，做垂直线与成分线AB相交，可以看出与固相线交点处B含量⾼于另⼀点。
(3)错：虽然结晶出来成分不同，由于原⼦的扩散，平衡状态下固溶体的成分是均匀的。
4.共析部分的Mg-Cu相图如图所⽰：(1)填⼊各区域的组织组成物和相组成物。
在各区域中是否会有纯Mg相存在？为什么？答: Mg-Mg2Cu系的相组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体）Mg-Mg2Cu系的组织组成物如下图：（α为Cu在Mg中的固溶体，）在各区域中不会有纯Mg相存在，此时Mg以固溶体形式存在。
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? 97.5 ? 61.9 ? 100% ? 45.4% 97.5 ? 19.2
Q? ? 100% ? Q? ? 54.6%
? 共晶结束后，随温度下降， ? 和? 的成分分别沿 CF 线
和DG线变化，并从共晶 ? 中析出?Ⅱ ，从共晶 ? 中析 出? Ⅱ ，由于共晶组织细， ? Ⅱ与共晶? 结合， ?Ⅱ与共 晶? 结合，共晶合金的室温组织仍为 ( ? +? ) 共晶体。
分比为：
Q?
?
2D ? 100%, CD
Q?
?
C 2 ? 100% CD
? 温度继续下降，将从一次
? 和共晶? 中析出? Ⅱ，从 共晶? 中析出? Ⅱ。其室温 组织为? Ⅰ+ (? +?) + ?Ⅱ。
亚共晶合金的 结晶过程
? ④ 过共晶合金结晶过程 ? 与亚共晶合金相似，不同的
是一次相为 ? , 二次相为? Ⅱ ? 室温组织为 ?Ⅰ+(? +?)+? Ⅱ。
2、二元共晶相图
? 当两组元在液态 下完全互溶，在 固态下有限互溶 , 并发生共晶反应 时所构成的相图 称作共晶相图 。
? 以 Pb-Sn 相图为
例进行分析 。
Pb
成分（wt%Sn ）
Sn
Pb-Sn 合金相图
? ⑴ 相图分析 ? ① 相：相图中有 L、? 、 A
? 三种相, ? 是溶质Sn在
B
Pb 中的固溶体 ， ? 是溶 质Pb 在Sn中的固溶体 。
? ② 相区：相图中有三个 单相区： L、? 、? ；三 个两相区： L+? 、L+? 、 ? + ? ；一个三相区： 即 水平线CED 。
? ③ 液固相线： 液相线AEB，固相线ACEDB 。A、B 分别为Pb 、Sn的熔点。
? ④ 固溶线: 溶解度
A
点的连线称 固溶线。
相图中的CF 、DG
B
线分别为 Sn在 Pb
? ⑶ 组织组成物在相图上的标注 ? 组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。
? ? Ⅰ和?Ⅰ, ? Ⅱ 和? Ⅱ,共晶体 (? +? )都是组
织组成物。
? 相与相之间 的差别主要 在结构和成 分上。
? 组织组成物之间的差别主要在形态上。 如? Ⅰ 、 ? Ⅱ 和共晶 ? 的结构成分相同，属同一个相，但它们的
共晶组织形态
针
树
状
枝
共
状
晶
共
晶
放
螺
射
旋
状
状
共
共
晶
晶
? 在共晶转变过程中， L、
? 、 ? 三相共存 , 三个相的
量在不断变化，但它们各 自成分是固定的。
? 共晶组织中的相称 共晶相.
共晶转变结束时， ? 和 ?
相的相对重量百分比为：
C(19.2)
E(61.9) D(97.5)
Q?
?
ED ? 100% CD
晶点以右的合
金称过共晶合
A
金。 ? 凡具有共晶线
成分的合金液
L+?
B
C
D
体冷却到共晶
温度时都将发
生共晶反应。
?⑵ 合金的结晶过程
? ①共晶合金 (Ⅱ合金)的结晶过程 ? 液态合金冷却到 E 点时， Pb 和Sn同时达到饱和 , 发
生共晶反应： LE ? (? C+?D) 。
1'
19.2
wt%Sn
? 析出过程中 两相相间 形核、互相促进、共 同长大，因而共晶组 织较细， 呈片、棒、 点球等形状 。
中和 Pb 在 Sn中的
固溶线。
? 固溶体的溶解度随 温度降低而下降。
? ⑤ 共晶线： 水平线CED 叫做共晶线。
? 在共晶线对应的温度下（ 183 ℃），E点成分的合金同
时结晶出C点成分的 ? 固溶体和D点成分的 ? 固溶体，
形成这两个相的机械混
A
合物：LE ? (? C + ? D)
B
在一定温度下，由一定 成分的液相同时结晶出 两个成分和结构都不相 同的新固相的转变称作 共晶转变 或共晶反应。
? 共晶反应的产物，即两 相的机械混合物称 共晶 体或共晶组织 。发生共 晶反应的温度称 共晶温 度。代表共晶温度和共 晶成分的点称 共晶点。
Pb 原子 扩散
Sn 原子 扩散
Pb-Sn 共晶组织
????? ????
共晶体长大示意图
? 具有共晶成分的合金称 共晶合金。在共晶线上， 凡 成分位于共晶点以左的合金称 亚共晶合金 ，位于共
室温下两相的相对重量百分比是多少？
E' G
FE '
Q? ? FG , Q? ? FG
Pb-Sn 共晶合金组织
? ②含Sn量小于C点合金(Ⅰ合金)的结晶过程
? 在3点以前为匀晶转变，结晶出单相 ? 固溶体，这种
直接从液相中结晶出的固相称 一次相或初生相。
.2
? 温度降到3点以下，? 固溶体被Sn过饱和，由于晶格 不稳，开始析出 （相变过程也称 析出）新相—? 相。
形态不同，分属不同的组织组成物。 ? 将组织组成物标注在相图中，可使所标注的组织与
显微镜下观察到的组织一致。
Pb-Sn 亚共晶组织
组织组成物在相图上的标注
3、二元包晶相图
? 当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶， 并发生包晶反应时所构成的相图称作 包晶相图。
? 以Pt-Ag 相图为例简要分析
相析出温
度较低，
一般十分
细小。
Q?
Q?Ⅱ
? Ⅰ合金室温组织
为? + ?Ⅱ 。
A C
F
B ? 成分大于 D点合金结晶
E
D
过程与Ⅰ合金相似， 室
温组织为? + ? Ⅱ 。
G
? ③ 亚共晶合金 (Ⅲ合金)的结晶过程
? 合金液体在 2点以前为匀晶转变。冷却到 2点，固相成
分变化到C点，液相成分变化到 E点, 此时两相的相对
由已有固相析出的新固相称 二次相或次生相。 ? 形成二次相的过程称 二次析出, 是固态相变的一种。
H
? 由? 析出的二次 ? 用?Ⅱ 表示。
? 随温度下降， ? 和? 相的成分分别沿 CF 线和DG线变
化， ?Ⅱ的重量增加。
室温下?Ⅱ的相对重量百分比为： Q?Ⅱ
?
F 4 ? 100% FG
? 由于二次
重量为：
QL (? QE ) ?
C 2 ? 100%, CE
Q?
?
2E ? 100% CE
? 在2点，具有E点成分的剩余液体发生共晶反应：
L ? (? + ?) ，转变为共晶组织， 共晶体的重量与转变
前的液相重量相等 ,
即QE =QL
?
C2 CE
? 100%,Q??2E ? Nhomakorabea00% CE
? 反应结束后，在共晶温度下 ? 、 ? 两相的相对重量百
? ⑴ 相图分析
? 单相区：L、? 、β ? 二相区：L+? 、 L+?、
? +?
L+? ?
? +?
L
L+? ?
? 三相区：L+? +? （水
平线PDC）
? 水平线PDC 称包晶线，与该线 在一定温度下，由 成分对应的合金在该温度下发 一个液相包着一个