北京科技大學(xué)金屬學(xué)考試要點說明

1、科技大學(xué)金屬學(xué)考試要點Ø 金屬學(xué)：是關(guān)于金屬材料（金屬和合金）的科學(xué)，它的中心容是研究金屬和合金的成分、結(jié)構(gòu)、組織和性能，以及它們之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律。Ø 組織：是指用肉眼或借助于各種不同放大倍數(shù)的顯微鏡所觀察到的材料部的情景，包括晶粒的大小、形狀、種類以及各種晶粒之間的相對數(shù)量和相對分布。Ø 結(jié)構(gòu)：是指原子集合體中各原子的具體組合狀態(tài)。Ø 點陣常數(shù)：過單胞任一頂點的三個棱邊的長度a、b、c以及三個棱邊的夾角、，為表征點陣特征的六個參量，叫點陣參數(shù)；a、b、c也叫點陣常數(shù)。Ø 空間點陣與晶體點陣的區(qū)別與聯(lián)系？空間點陣是晶體中質(zhì)點排列的幾何抽

2、象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對稱性。由于各陣點的周圍環(huán)境相同，它只能有14種類型（布拉菲點陣，晶體結(jié)構(gòu)形式，晶形）。Ø 晶體點陣：是指晶體中實際質(zhì)點（原子、離子或分子）的具體排列情況，它們能組成各種類型的排列，因此，實際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無限的。Ø 有序固溶體（超結(jié)構(gòu)）：當(dāng)固溶體有序化到一個程度，以致在整個晶體點陣中演技和溶劑原子都按統(tǒng)一的確定分布時，即達到長程有序時，這樣的固溶體就叫有序固溶體，或超結(jié)構(gòu)。Ø 界面：界面上的原子所占據(jù)的位置相當(dāng)于這兩個晶粒點陣的共有陣點。完全的界面其界面能量最低。Ø 形核功： 式中，XX為晶核形成功，它需要領(lǐng)先系統(tǒng)

3、的能量漲落來提供，它與（三角形）T成反比例，（三角形）T越大，則（三角形）G越小，便越有利于形核。Ø 滑移：滑移是晶體的兩部分之間沿著一定的晶面（滑移面）和一定的日幣（滑移方向）而發(fā)生的一種相對切變。Ø 二次再結(jié)晶：再結(jié)晶完成后，晶粒長大表現(xiàn)出的反?，F(xiàn)象。少數(shù)圈套的晶粒優(yōu)先快速長大，逐步吞食其周圍的大量小晶粒中，形成非常粗大的組織，好像也是一個生核長大過程。Ø 晶體缺陷：實際晶體中原子組合（原子，分子，離子或原子團）的不規(guī)則性，不完整性，統(tǒng)稱為晶體缺陷。包括點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷。Ø 形核功：尺寸的晶胚變?yōu)轵渌璧哪且徊糠止?，系統(tǒng)能量漲落來提供。

4、Ø 亞穩(wěn)極限：液體中存在最小過冷度。當(dāng)過冷度小于這個值時，凝固幾乎不能進行或難于察覺，液體可以長期牌亞穩(wěn)狀態(tài)。Ø 臨界分切應(yīng)力：使單晶體中的滑移系啟動的分切應(yīng)力值。在滑移面的滑移方向上，只有當(dāng)分切應(yīng)力的值達到或超過某一特定的大小以后，沿這一滑移系才能開始滑移，這個特定的值就是臨界分切應(yīng)力。Ø 擴散驅(qū)動力：擴散的驅(qū)動力是嘗試梯度，物質(zhì)問題從嘗試高處向嘗試低處遷移。擴散的根本驅(qū)動力是化學(xué)位梯度。一般條件下，化學(xué)位梯度與嘗試梯度是一致的（正常擴散），看起來擴散總是向嘗試梯度減小的方向進行。但在另一些條件下，如果化學(xué)位梯度與濃度梯度相反時（上坡擴散）化學(xué)位梯度的本質(zhì)就充分

5、顯露出來。Ø 加寬柱狀晶：液體的過熱度應(yīng)該大，小的凝固圍，增加溫度梯度，減小液體運動，合金熔點高。Ø 加寬等軸晶：液體的過熱度應(yīng)該小，大的凝固圍，減小溫度梯度，加強液體運動，合金熔點低。Ø 菲克第一定律：在擴散過程中，物質(zhì)的擴散流量，即單位時間通過單位橫截面積所輸送的物質(zhì)的量與其橫跨這一截面的濃度梯度成正比。擴散方向與濃度梯度的方向相反， 擴散向濃度減小的方向進行。擴散系數(shù)濃度梯度擴散流量Ø 菲克第二定律：物質(zhì)流入元體積的量減去流出量必然等于積存在這個體積的物質(zhì)量。物質(zhì)流入元體積的速率，減去流出的速率，應(yīng)等于這個體積物質(zhì)的積存速率。Fick第二定律的一般

6、表達式： 當(dāng)D不隨濃度而變化時：Ø 冷加工：冷加工過程中只有加硬化，也就是曲線中的OA，到了AB段，材料發(fā)生塑性變形。到了BC段，動態(tài)恢復(fù)與加工硬化幾乎抵消，所以BC呈一條趨于水平的線的曲線。Ø 熱加工：熱加工過程中，在OA曲線上，形跡硬化大于再結(jié)晶軟化。當(dāng)形跡達到曲線峰值時也就A點處，形變硬化與再結(jié)晶軟化幾乎相等。之后，形變硬化小于再結(jié)晶軟化，故曲線開始下降。到了B點后，動態(tài)恢復(fù)與形變硬化幾乎抵消，所以曲線呈一條趨于水平的線的曲線。Ø 鋼的回火：根據(jù)一定的目的，把淬火加熱到一定溫度下保溫一定時間后冷卻下來。Ø 奧氏體形成元素：在奧氏體中有圈套的溶解度，

7、并且能使奧氏體穩(wěn)定的元素。Ø 過冷奧氏體：把奧氏體過冷到A1溫度以下，牌熱力學(xué)上不穩(wěn)定的奧氏體。Ø 回火觸發(fā)：對于淬火進行回火，一般是塑性韌性增加。但是，在一定的溫度圍，對回火后，發(fā)現(xiàn)塑性韌性反而降低，這種現(xiàn)象稱回火觸發(fā)。分低溫回火和高溫回火觸發(fā)。Ø 鋼的奧氏體本質(zhì)晶粒度：表征鋼在加熱奧氏體化過程中，奧氏體晶粒長大的趨勢。奧氏體晶粒容易長大（14級）稱本質(zhì)粗晶粒鋼，58級稱本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。Ø 固溶體的分類1. 按溶劑分類（1）一次固溶體：邊（端）際固溶體結(jié)構(gòu)類型與主組元結(jié)構(gòu)相同（2）二次固溶體：中間固溶體結(jié)構(gòu)類型與主、副組元結(jié)構(gòu)都不同2. 按固溶度（溶解度

8、）分類（1）有限固溶體：溶質(zhì)組元的濃度有限度（2）無限固溶體：溶質(zhì)可以任何比例溶入溶劑3. 按溶質(zhì)原子在晶體點陣中所占的位置分類（1）代位固溶體：溶質(zhì)原子與溶劑原子占據(jù)等同的點陣位置（2）間隙固溶體：溶質(zhì)原子填入溶劑原子間的間隙位置（3）缺位固溶體：在一些二次固溶體中，當(dāng)化合物的組元之一溶入化合物時，另一組元形成缺位，如FeO4. 按溶質(zhì)原子與溶劑原子的相對分布分類（1）無序固溶體：隨機分布（2）有序固溶體：溶質(zhì)原子按適當(dāng)比例、并按一定順序和一定方向，圍繞著溶劑原子分布Ø 影響固溶度的因素：1. 原子尺寸因素2. 負(fù)電性因素3，電子嘗試因素。相同時，高價組元比低價是組元在高組元中的固

9、溶度要大。一般先考慮尺寸因素，再考慮其它因素，另外還會有次要因素影響。Ø 單胞：在空間點陣中選取的一個能夠反映其特點的最小單元，這樣的平行六面體構(gòu)成了該點陣的基元，稱之為單胞或基胞。Ø 空間點陣：晶體是由結(jié)構(gòu)基元在空間呈規(guī)則的三維周期排列而形成的。若把每個基元抽象為一個點，這些點具有完全相同的幾何環(huán)境和物理環(huán)境，稱為等同點。由構(gòu)成晶體的結(jié)構(gòu)基元抽象出來的等同點在三維空間中的周期排列稱為空間點陣?？臻g點陣中的各個點又叫做陣點。Ø 晶體學(xué)缺陷：在材料科學(xué)中，指晶體材料的一種部微觀缺陷，即原子的局部不規(guī)則排列Ø 金屬鍵：公有化自由電子的靜電作用結(jié)合進來

10、6; 有序固溶體：有序固溶體溶質(zhì)原子按適當(dāng)比例、并按一定順序和一定方向，圍繞著溶劑原子分布Ø 晶界：意想金屬或合金各晶粒間的界面一般稱為晶界。作用：1. 晶界的切變對形變直接貢獻2. 晶界的協(xié)調(diào)作用3. 晶界對形變的阻礙作用Ø 復(fù)相合金形變的特點：一般多晶體，相鄰兩晶粒間為同成分、同結(jié)構(gòu)、取向不同，以晶界為界；復(fù)相合金，相鄰兩晶粒間可能為成分和/或結(jié)構(gòu)都不同，以相界為界。在復(fù)相合金的形變過程中，不同種的晶粒之間、每一晶粒的中心與邊緣之間，形變差異（不均勻性）更大，應(yīng)力增大，開裂機會增多，性下降。第二相為脆性相時，合金的性1）受相的相對量的影響：原始裂紋總是易于提前在脆性相一

11、側(cè)，或在相界上產(chǎn)生。.2）受第二相的分布狀況影響：粒狀均勻分布，影響??；連續(xù)膜狀（網(wǎng)狀）沿晶界分布，影響大； 應(yīng)盡量避免斷續(xù)沿晶界分布或片層狀在晶分布，影響中。Ø 馬氏體轉(zhuǎn)變的特點： (1) 馬氏體型轉(zhuǎn)變不會引起化學(xué)成分的變化，只產(chǎn)生結(jié)構(gòu)類型的變化，有時還會發(fā)生有序度的變化。馬氏體既可以是穩(wěn)定的平衡相，也可以是亞穩(wěn)的非平衡相。Ø 滑移系：晶體中一個可滑移的晶面和其上一個可滑移的晶向合稱一個滑移系，用 k h l < u v w >表示。Ø 孿生：晶體受力后，以產(chǎn)生孿晶的方式而進行的切變過程，稱為孿生。Ø 過冷度金屬和合金的實際凝固溫度與其熔點

12、之差值，T T=Tm（平衡熔點）-T（實際溫度）凝固只能在過冷液體中進行，而且要過冷度大于某一最小值。Ø 結(jié)晶潛熱：凝固過程中伴隨著潛熱的釋放，這種潛熱稱為結(jié)晶潛熱。Ø 相圖，也稱相態(tài)圖、相平衡狀態(tài)圖，是用來表示相平衡1系統(tǒng)的組成與一些參數(shù)（如溫度、壓力）之間關(guān)系的一種圖。它在物理化學(xué)、礦物學(xué)和材料科學(xué)中具有很重要的地位。 Ø 鑄錠的一般組織組織特征：三個晶區(qū)(1) 細(xì)晶粒外殼（激冷層）：沿模壁一薄層液體中產(chǎn)生大量晶核，形成細(xì)小的等軸晶粒。區(qū)域很窄。(2) 柱晶區(qū)：粗大的長柱狀晶粒，緊接細(xì)晶外殼，定向結(jié)晶的產(chǎn)物。兩個一致性：幾何取向的一致性：各柱晶的長軸大致與模壁

13、垂直；晶體學(xué)取向的一致性：擇尤取向，這種組織叫織構(gòu)。每個晶粒的長軸都與一個特定的晶向（織構(gòu)軸）相平行。(3) 等軸晶區(qū)：較粗大的各方向尺寸近乎一致的晶粒，位于鑄錠心部。Ø 小角度晶界的結(jié)構(gòu)模型：柏氏矢量平等的同號刃型位錯垂直堆起來，晶界兩邊是對稱的，稱對稱傾轉(zhuǎn)晶界；柏氏矢量相互垂直的刃型位錯交叉堆集而成的稱為不對稱傾轉(zhuǎn)晶界；由同號螺旋位錯構(gòu)成的為氛圍晶界。Ø 固溶體在強度方面，比兩個純組元的平均值高，單比一般化合物低；在性和韌性方面，延伸率、面縮率等，比兩個純組元的平均值略低，單比一般的化合物要高得多、又較優(yōu)越的綜合力學(xué)性能。Ø 凝固過程的成長機理：(1) 連續(xù)成

14、長：適合于粗糙界面。晶體界面上，原子位置約有一半虛位以待，易于接納外來原子。晶體依靠原子由液體連續(xù)不斷地向固體擴散而成長。(2) 借臺階側(cè)向擴展成長：適合于具有臺階的平滑界面。臺階處原子附著時配位數(shù)大，結(jié)合較強，不易再返回液體中。界面上臺階越多，沿法向成長的線速度愈大。界面晶面的原子密度越低，臺階密度愈大。(3) 二維晶核式的成長：適合于晶體界面既無臺階也無缺陷，理想平面。單個孤立原子很難穩(wěn)定在晶體表面，結(jié)合牢靠?？肯到y(tǒng)能量漲落形成一個具有單原子厚度、并具有一定寬度（臨界晶核尺寸）的平面原子集團，同時落在平滑界面上。二維晶核形成后，周圍出現(xiàn)臺階晶體借臺階側(cè)向擴展成長Ø 凝固過程的宏觀

15、特征：液體必須具有一定的過冷度，凝固才能發(fā)生；凝固過程中伴隨著潛熱的釋放，結(jié)晶潛熱。Ø 區(qū)域偏析（宏觀偏析）：1. 正常偏析：K0<1的合金系，先凝固區(qū)域的溶質(zhì)（或雜質(zhì)）濃度低于后凝固區(qū)域。正常偏析一般發(fā)生在柱晶圍,溶質(zhì)分布隨液、固相擴散混勻能力而變化。2. 反常偏析：枝晶之間殘留液體隨枝晶橫向擴展而濃度升高、熔點下降、凝固緩慢，枝晶之間若斷若續(xù)留有隧道和暗流。凝固收縮產(chǎn)生負(fù)壓，使柱晶間富集溶質(zhì)或雜質(zhì)的液體向外倒流，而后凝固。3. 比重偏析：固、液相間有成分和比重的差異，結(jié)晶過程中發(fā)生了浮、沉現(xiàn)象，造成偏析。絕大部分金屬和合金的固相比重大于液相結(jié)晶體總是往下沉“結(jié)晶雨” 。異分

16、凝固時不一定。Ø 結(jié)晶后的組織中產(chǎn)生顯微偏析的原因，采取什么措施能減弱和消除偏析？顯微偏析：固溶體的結(jié)晶只要偏離平衡態(tài)，都會引起偏析，一般發(fā)生在幾個晶粒距離圍，稱為顯微偏析。消除辦法：產(chǎn)生后可用擴散退火法消除掉，快冷。一般來說，快冷大多可使顯微偏析減弱。當(dāng)冷卻速度很大時（如近代激冷技術(shù)），可獲得近似非擴散凝固，可得到超細(xì)晶粒、超飽和度、低偏析或無偏析、甚至非晶態(tài)組織。凝固以后減小或消除偏析：擴散退火均勻化，即在高溫較長時間加熱和保溫。Ø 固溶體結(jié)晶過程的特點：1）結(jié)晶過程發(fā)生在一個溫度圍2）結(jié)晶過程所形成的晶體與其紑化學(xué)成分不一樣，而且無論是晶體或是液體的成分，都隨著溫度的

17、下降而不斷地變化著。韌性自然就會提高。Ø 相界面：在復(fù)相合金中，一個晶粒周圍可以出現(xiàn)成分結(jié)構(gòu)都不相同的另一種晶粒，它們間的界面為相界面。Ø 結(jié)晶與再結(jié)晶Ø 呂德斯：某些含有溶質(zhì)組元的單晶體或多晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：滑移啟動的抗力較大（上屈服點），而滑移進行的抗力較?。ㄏ虑c）。一旦滑移開動進來，就可以在較低的應(yīng)力下進行，直到發(fā)生較明顯的加工硬化后，應(yīng)力才會進一步增加。消除呂德斯帶：消除柯氏氣團，避免上、下屈服點的出現(xiàn)。1） 預(yù)變形法：預(yù)先擺脫溶質(zhì)原子氣團的作用；2） 消除溶質(zhì)元素或加入一些固定溶質(zhì)的元素。Ø 影響擴散的因素： 1.溫度與擴散系數(shù)的關(guān)系，

18、成指數(shù)關(guān)系2.界面對擴散的影響：D表面>D界面>D晶。3.晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)缺陷對擴散的影響：密堆結(jié)構(gòu)點陣中擴散比非密堆點陣中擴散慢。各種結(jié)構(gòu)缺陷都會使擴散系數(shù)增大，擴散速度加快。空位對擴散的影響：空位機理是擴散過程的重要機理，凡是能夠提高空位濃度的有效方法，都能加速擴散。位錯對擴散的影響D錯>D4.化學(xué)成分對擴散的影響：一般說來，合金元素與溶劑的差別越大，它在溶劑中的擴散速度也鹽堿。5.擴散的異性：擴散在異性的晶體中，由于各個方向上原子的排列不同，原子跳動的頻率就會有差異，這最終會反應(yīng)在各個方向上的擴散速度的差異上，稱為擴散的異性。Ø 回復(fù)與再結(jié)晶過程中組織和性能的變

19、化特征（形變金屬或合金退火過程中的一般變化）一、顯微組織的基本變化回復(fù)階段：光學(xué)顯微組織幾乎看不出任何變化，晶粒仍保持伸長或偏平狀，電鏡下的精細(xì)組織可顯示出變化。再結(jié)晶階段：形變晶粒部發(fā)生了新晶粒的生核和成長過程，直到形變組織完全改組為新的等軸晶粒為止。再結(jié)晶是一個無畸變晶粒在畸變基本中的生核和成長過程，這個階段宏觀性能變化最劇烈。晶粒長大階段：新晶粒逐步相互吞食而長大，直到達到一個較為穩(wěn)定的尺寸。二、儲存能的變化同一金屬，再結(jié)晶階段對應(yīng)能量釋放最大峰值。不同金屬，回復(fù)過程釋放的能量：對純金屬來說很?。?），再結(jié)晶驅(qū)動力大，對合金來說很大（70），再結(jié)晶驅(qū)動力小。雜質(zhì)原子或合金組元能夠顯著推遲基體金屬的再結(jié)晶過程。三、性能的變化1.硬度(位錯起作用)：回復(fù)階段變化小,約占總變