[專業(yè)課]材料科學(xué)基礎(chǔ)總結(jié)

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)總結(jié)鑄造c081張云龍一、 名詞解釋1、空間點陣：由周圍環(huán)境相同的陣點在空間排列的三維列陣稱為空間點陣。2、晶體結(jié)構(gòu)：由實際原子、離子、分子或各種原子集團(tuán)，按一定規(guī)律的具體排列方式稱為晶體結(jié)構(gòu)，或稱為晶體點陣。3、晶格常數(shù)：（為了便于分析晶體中的粒子排列，可以從晶體的點陣中取一個具有代表性的基本單元作為點陣的基本單元，稱為晶胞。）晶格常數(shù)就是指晶胞的邊長。4、晶向指數(shù)：（在晶格中，穿過兩個以上結(jié)點的任一直線，都代表晶體中一個原子陣列在空間的位向，稱為晶向。）為了確定晶向在晶體中的相對取向，需要一種符號，這種符號稱為晶向指數(shù)。5、晶面指數(shù)：（在晶格中，由結(jié)點組成的任一平面都代表晶體的

2、原子平面，稱為晶面）為了確定晶面在晶體中的相對取向，需要一種符號，這種符號稱為晶面指數(shù)。6、晶向族：原子排列相同但空間位向不同的所有晶向稱為晶向族。7、配位數(shù)：每個原子周圍最近鄰且等距離的原子的數(shù)目稱為配位數(shù)。8、致密度：計算單位晶胞中原子所占體積與晶胞體積之比，比值稱為致密度。9、各向異性：晶體的某些物理和力學(xué)性能在不同方向上具有不同的數(shù)值，此為晶體的各向異性。10、晶體缺陷：通常把晶體中原子偏離其平衡位置而出現(xiàn)不完整性的區(qū)域稱為晶體缺陷。11、點缺陷：在三維方向上尺寸都有很小的缺陷。12、線缺陷：在兩個方向上尺寸很小、令一個尺寸上尺寸較大的缺陷。（指各種類型的位錯，是晶體中某處一列或若干列

3、原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象）13、面缺陷：在一個方向上尺寸很小，令兩個方向上尺寸較大的缺陷。14、刃型位錯：位錯線與滑移方向垂直的位錯。15、螺型位錯：位錯線與滑移方向平行的位錯。16、混合型位錯：位錯線與滑移方向既不垂直也不平行而成任意角度的位錯。17、位錯的滑移：在切應(yīng)力的作用下，位錯沿滑移面的運動稱為位錯的滑移。18、位錯的攀移：刃型位錯在正應(yīng)力的作用下，位錯垂直于滑移面的運動。19、單位位錯：柏氏矢量的模等于該晶向上原子的間距的位錯則為單位位錯。20、部分位錯：柏氏矢量的模小于該晶向上原子的間距的位錯則為部分位錯。21、擴(kuò)展位錯：兩個肖克萊部分位錯中間夾一層錯，這樣的位錯組態(tài)稱為擴(kuò)展位

4、錯。22、肖克萊部分位錯：層錯區(qū)與完整晶體區(qū)的交線。23、弗克萊部分位錯：層錯區(qū)與右半部分完整晶體之間的邊界。24、上坡擴(kuò)散：擴(kuò)散由低濃度向高濃度進(jìn)行而導(dǎo)致成分偏析或形成第二相的擴(kuò)散。25、下坡擴(kuò)散：擴(kuò)散由高濃度向低濃度進(jìn)行而導(dǎo)致成分均勻的擴(kuò)散。26、原子擴(kuò)散：擴(kuò)散中只形成固溶體而無其它新相形成的擴(kuò)散。27、反應(yīng)擴(kuò)散：擴(kuò)散中有新相形成的擴(kuò)散。28、自擴(kuò)散：在均勻的固溶體或純金屬中原子的擴(kuò)散，此種擴(kuò)散不伴有濃度的變化。29、互擴(kuò)散：在不均勻的固溶體中異類原子的相對擴(kuò)散，此種擴(kuò)散伴有濃度的變化。30、體擴(kuò)散：通過均勻介質(zhì)的擴(kuò)散。31、擴(kuò)散能量：單位時間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位面積的擴(kuò)散物質(zhì)流量。

5、32、過冷現(xiàn)象：純金屬的實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。33、過冷度：理論結(jié)晶溫度tm與實際結(jié)晶溫度tn之間的溫度差t=tm-tn，稱為過冷度。34、熱過冷：液體的過冷度完全取決于實際溫度的分布，這種過冷稱為熱過冷，也稱熱溫過冷。35、動態(tài)過冷：固液界面要繼續(xù)向液體中移動，就必須在固液界面前沿液體中有一定的過冷，這種過冷稱為動態(tài)過冷。36、相起伏：高溫下原子熱運動較為劇烈，近程有序原子團(tuán)只能維持短暫的時間即消散，而新的原子團(tuán)又同時出現(xiàn)，時聚時散，此起彼伏。這種結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的現(xiàn)象稱為相起伏。37、晶胚：過冷液體中尺寸較大的短程規(guī)則排列結(jié)構(gòu)稱為晶胚。38、臨界晶核：半徑為rk的晶胚稱為臨界晶核。

6、（rk為臨界晶核的半徑）39、形核率（n）：指單位時間、單位體積內(nèi)所形成的晶核數(shù)目。40、偽共晶：由非共晶成分的合金所得到的共晶組織稱為偽共晶。41、離異共晶：兩相分離的共晶稱為偽共晶。42、枝晶偏析（晶內(nèi)偏析）：固溶體不平衡結(jié)晶時，由于從液體中先后結(jié)晶出來的固相成分不同，結(jié)果使一個晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻，這種現(xiàn)象稱為枝晶偏析，又稱晶內(nèi)偏析。43、正偏析：先凝固的外層溶質(zhì)含量低于后凝固的內(nèi)層，這種偏析稱為正偏析。44、負(fù)偏析（反偏析）：對于k01的合金鑄錠，在其表層的一定范圍內(nèi)，先凝固的外層溶質(zhì)含量反而比后凝固的內(nèi)層溶質(zhì)含量高，這種偏析稱為負(fù)偏析，或稱為反偏析。45、密度偏析：鑄錠上、下區(qū)域之

7、間存在的成分差別稱為密度偏析。46、宏觀偏析：沿長度方向存在的溶質(zhì)偏析現(xiàn)象稱為宏觀偏析。47、平衡分配系數(shù)（k0）：在一定溫度下，液、固兩平衡相中溶質(zhì)濃度的比值稱為平衡分配系數(shù)。48、有效分配系數(shù)：49、成分過冷：由于液相成分改變而形成的過冷稱為成分過冷。50、臨界分切應(yīng)力：單晶體單向拉伸時開始滑移所需要的最小分切應(yīng)力。51、滑移系：一個滑移面和其上的滑移方向組成一個滑移系。52、雙滑移：晶體在切應(yīng)力的作用下，兩組滑移系或多組滑移系在不同滑移面上同時或交替并沿著各自的滑移面上的滑移方向滑移從而形成雙滑移。（刃型位錯和螺型位錯均可形成雙滑移）53、交滑移：晶體在切應(yīng)力的作用下，兩組滑移系或多組滑

8、移系在不同滑移面上同時或交替沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移稱為交滑移。（只有螺型位錯才能形成交滑移）54、固溶強化：固溶體材料隨溶質(zhì)含量的提高其強度和硬度提高而其塑性和韌性稍下降的現(xiàn)象。55、細(xì)晶強化：用細(xì)化晶粒來提高材料強度的方法稱為細(xì)晶強化。56、加工硬化：隨著變形量的增大，金屬的強度和硬度顯著提高而塑性和韌性明顯下降的現(xiàn)象。57、動態(tài)回復(fù)：冷變形金屬在高溫變形過程中產(chǎn)生的再結(jié)晶。58、熱加工：在再結(jié)晶溫度以上的加工，加工后沒有加工硬化的現(xiàn)象。59、冷加工：在再結(jié)晶溫度以下的加工，加工后有加工硬化的現(xiàn)象。60、再結(jié)晶：經(jīng)冷變形的金屬在足夠高的溫度下加熱時，通過新晶粒的形核及長大，以無畸變的等軸晶

9、粒來取代變形晶粒的過程。61、動態(tài)再結(jié)晶：冷變形金屬在高溫變形過程中產(chǎn)生的再結(jié)晶。62、回復(fù)：指冷變形金屬加熱時，尚未發(fā)生光學(xué)顯微組織變化前（即再結(jié)晶）的微觀結(jié)構(gòu)及性能的變化過程。（該過程的驅(qū)動力是彈性畸變能的降低）63、再結(jié)晶溫度：冷變形金屬開始進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度稱為再結(jié)晶溫度。64、固溶體：固態(tài)下一種組元（溶質(zhì)）溶解在另一種組元（溶劑）中而形成的新相。（其特點是固溶體具有溶劑組元點陣的類型）65、鐵素體：碳在fe中形成的間隙固溶體，通常用或f表示。66、奧氏體：碳溶入fe中形成的間隙固溶體，通常用或a表示。67、滲碳體：即fe3c，是一種間隙化合物，屬于正交晶系。68、萊氏體：共晶轉(zhuǎn)變的

10、產(chǎn)物（+fe3c）稱為萊氏體，用符號ld表示。69、珠光體：共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物（+fe3c）稱為珠光體，用符號p表示。70、白口鑄鐵：全部碳都以fe3c形式存在時稱為白口鑄鐵。71、三次滲碳體：從鐵素體中析出的fe3c稱為三次滲碳體。72、直線法則：三元合金在某溫度下處于兩相平衡共存，合金成分與兩個平衡相成分共線。73、重心法則：三元合金在某溫度下處于三相平衡共存，合金成分位于三個平衡相成分組成的三角形重心位置。74、孿生：孿生是金屬塑性變形中的一種較為常見的方式，在孿生過程中形成變形孿晶。、75、孿生變形：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定晶面（孿晶面）和一定晶向（孿生方向）相對于另一部分作均勻

11、的切變所產(chǎn)生的變形。76、纖維組織：變形量很大時，各晶粒已不能分辨而成為一片如纖維狀的條紋，稱為纖維組織。77、相：在一個系統(tǒng)中，具有同一種聚集狀態(tài)的均勻部分成為相。（不同相之間有明顯的界面分開）78、玻璃相：一般指從液態(tài)凝固下來的，結(jié)構(gòu)與液態(tài)連續(xù)的非晶態(tài)固體。79、相平衡：在某一溫度下，系統(tǒng)中的各個相經(jīng)過很長時間也不互相轉(zhuǎn)變，處于平衡狀態(tài)，這種平衡稱為相平衡。80、勻晶轉(zhuǎn)變：由液相直接結(jié)晶出單相固溶體的過程稱為勻晶轉(zhuǎn)變。81、杠桿定律：詳見課本p115。82、包晶轉(zhuǎn)變：當(dāng)有些液相合金凝固達(dá)到一定溫度時，已結(jié)晶出來的一部分固相與剩余的液相發(fā)生反應(yīng)生成另一種固相，這種轉(zhuǎn)變稱為包晶轉(zhuǎn)變。83、包晶

12、偏析：因包晶轉(zhuǎn)變的不完全性而產(chǎn)生的組織變化與成分偏析現(xiàn)象，稱為包晶偏析。84、間隙固溶體：溶劑元素占據(jù)溶質(zhì)晶格間隙所形成的固溶體。（有限、無序的固溶體）85、置換固溶體：溶劑元素占據(jù)溶質(zhì)元素晶格結(jié)點位置所形成的固溶體。（無限固溶體）86、間隙相：原子半徑較小的非金屬原子溶入原子半徑較大的金屬原子的間隙位置，所形成的結(jié)構(gòu)不同于任一組元且具有簡單晶體結(jié)構(gòu)的金屬化合物。87、間隙化合物：尺寸很小的非金屬元素c、n、b等與過渡族金屬元素組成的化合物。88、結(jié)晶：若凝固后的物質(zhì)為晶體，則稱之為結(jié)晶。二、簡答題1、晶面與晶向、晶面與晶面、晶向與晶向平行、垂直的條件各是什么？答：（1）晶向與晶向 平行條件：

13、當(dāng)一晶向uvw位于或平行于某一晶面（hkl）時，指數(shù)必滿足hukvlw=0； 垂直條件：指數(shù)相同的晶向或晶面必然垂直。 （2）晶面與晶面 平行條件：晶面指數(shù)相同或晶面指數(shù)相同而正負(fù)號相反的兩個晶面必然平行； 垂直條件：晶面指數(shù)相乘得零的兩個晶面必然垂直。 （3）晶向與晶向平行條件：晶向指數(shù)相同或晶向指數(shù)相同而正負(fù)號相反的兩個晶向必然平行；垂直條件：晶向指數(shù)相乘得零的兩個晶向必然垂直。2、什么是晶帶、晶帶面和晶帶軸？晶帶面和晶帶軸的位向關(guān)系是什么？答：晶帶是相交于同一晶向的一組晶面；晶帶面是該組晶面；晶帶軸是該晶向。 晶帶軸與晶帶面的關(guān)系是：令晶帶軸表示為uvw，晶帶面表示為（hkl），則有hu

14、kvlw=0， 即晶帶面與晶帶軸平行。 3、如何已知晶帶面求晶帶軸，已知兩個晶帶軸求晶帶面？ 答：已知兩個晶帶面分別為（h1k1l1）和（h2k2l2），求晶帶軸uvwu= k1 l2k2 l1 v= l1 h2l2 h1 w= h1 k2h2 k1 已知兩個晶帶軸分別為u1v1w1和u2v2w2，求晶帶面（hkl）h= v1 w2v2 w1 k= w1 u2w2 u1 l= u1 v2u2 v14、在切應(yīng)力的作用下，刃型位錯滑移運動的方向與柏氏矢量、切應(yīng)力及位錯線的位向關(guān)系如何？ 在正應(yīng)力的作用下，螺型位錯滑移運動的方向與柏氏矢量、切應(yīng)力及位錯線的位向關(guān)系如何？ 答：刃型位錯滑移運動方向與切

15、應(yīng)力和柏氏矢量平行，與位錯線垂直； 螺型位錯的滑移運動的方向與切應(yīng)力、柏氏矢量以及位錯線均垂直。5、綜述金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件、能量條件、結(jié)構(gòu)條件以及動力學(xué)條件。答：熱力學(xué)條件：過冷是結(jié)晶的必要熱力學(xué)條件； 能量條件：由熱力學(xué)第二定律知，只有伴隨著自由能降低的過程才能自發(fā)進(jìn)行； 結(jié)構(gòu)條件：相起伏是出現(xiàn)結(jié)晶的必要結(jié)構(gòu)條件； 動力學(xué)條件：兩相的自由能差值是兩相間發(fā)生轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力。6、為什么說過冷是結(jié)晶的熱力學(xué)條件？答：因為凝固過程一定要在低于熔點的溫度時才能進(jìn)行。過冷度越大，液態(tài)和固態(tài)的自由能差值也就越大，即相變驅(qū)動力越大 ，所以凝固速度越快。這就從本質(zhì)上說明了為什么液態(tài)金屬結(jié)晶時一定需要過冷的原因

16、。7、試說明在正溫度梯度下，為什么固溶體合金凝固時一定呈樹枝狀方式長大，而純金屬卻得不到樹枝狀晶體？答：因為固溶體合金凝固時，粗糙界面，在正溫度梯度下凝固，由于前沿液相溶質(zhì)分布變化，從而引起凝固溫度變化而產(chǎn)生成分過冷使dtdx0，因此呈樹枝狀長大并長成樹枝晶。而純金屬凝固時，粗糙界面，也是在正溫度梯度下進(jìn)行，但是凝固時沒有成分的變化，只受正溫度梯度的控制，因此為平面長大，長成平面狀，而得不到樹枝晶。8、分析亞共晶合金和過共晶合金白口鐵無完全凝固時，初晶a呈樹枝狀的原因和一次滲碳體（fe3c1）呈白條狀的原因。答：a初晶時為固溶體，各向異性生長不明顯，粗糙界面，dtdx0，成分過冷，所以呈樹枝狀

17、生長；fe3c1初晶時為間隙化合物，光滑界面，受各向異性的影響，長成有規(guī)則外形的組織。9、冷變形金屬回復(fù)與再結(jié)晶的驅(qū)動力是什么？晶粒長大階段的驅(qū)動力是什么？答：回復(fù)的驅(qū)動力是彈性畸變能的降低； 再結(jié)晶的驅(qū)動力主要是相鄰晶粒間的畸變能差； 晶粒長大階段的驅(qū)動力是晶粒長大后總的界面能的下降。10、空位擴(kuò)散比間隙擴(kuò)散更難進(jìn)行，為什么？（答案不確定）答：因為與間隙擴(kuò)散相比，空位擴(kuò)散一般擁有更高的擴(kuò)散激活能和更低的擴(kuò)散系數(shù)。11、根據(jù)凝固理論，試敘述工業(yè)中細(xì)化晶粒的基本措施及其機(jī)理。答：（1）提高冷卻速度冷速增加，過冷度加大，形核率升高；（2）變質(zhì)處理在液體中人為地加入形核劑來增加非自發(fā)形核數(shù)目的處理方

18、法，變質(zhì)處理可以達(dá)到顯著細(xì)化晶粒的效果；（3）使液體振動機(jī)械振動、電磁攪拌、超聲波振動等，可以使枝晶破碎。12、試說明晶體生長形態(tài)與固相界面形貌、前沿液相溫度梯度的關(guān)系。 答：固相界面形貌是影響晶體生長的內(nèi)因，界面前沿液相的溫度分布是影響晶體生長的外因。 在正溫度梯度時，結(jié)晶潛熱只能通過固相散出，相界面的推移速度受固相傳熱速度所控制；在負(fù)溫度梯度時，相界面上產(chǎn)生的結(jié)晶潛熱可通過固、液兩相的兩個方向散熱，相界面的推移不再為固相的傳熱速度所控制。13、判斷位錯能否反應(yīng)的依據(jù)是什么？答：（1）幾何條件即反應(yīng)前各位錯的柏氏矢量之和應(yīng)該等于反應(yīng)后的柏氏矢量之和；（2）能量條件即反應(yīng)后各位錯的總能量小于反應(yīng)前各位錯的總能量。14、適用位錯理論解釋固溶強化。 答：固溶體的硬度、強度往往高于組成它的各組元，而塑性則較低，這種現(xiàn)象叫做固溶強化。 固溶強化的實質(zhì)是溶質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用、電交互作用和化學(xué)交互作用。其中最 主要的是溶質(zhì)原子與位錯的彈性交互作用阻礙了位錯的運動。15、對于純金屬的結(jié)晶能否說“過冷度越大，形核率越高”？答：不能