材料科學(xué)基礎(chǔ)重點梳理

　　第一章

　　1.1原子的結(jié)合有哪些?

　　1.2工程材料可分為哪幾類?

　　1.3晶向指數(shù)、晶面指數(shù)能畫圖，給圖能寫出。

　　1.4金屬常見的晶格類型、配位數(shù)、致密度、原子密排面、密排晶向、結(jié)構(gòu)中的間隙。

　　1.5晶體中缺陷的種類。

　　1.6位錯的種類、位錯方向與柏氏矢量的關(guān)系、位錯的運動方式。

　　1.7位錯反應(yīng)條件及計算。

　　1.8晶界的種類，界面能與晶界的關(guān)系。

　　第二章

　　2.1影響置換固溶體溶解度有哪些因素?有何規(guī)律?

　　1、原子尺寸因素：溶質(zhì)和溶劑的尺寸差別越小越容易形成置換固溶體

　　2、晶體結(jié)構(gòu)因素：同一種間隙原子在fcc的固熔度大于bcc的

　　3、負(fù)電性因素;負(fù)電性相差很大時，即親和力很大，往往比較容易形成比較穩(wěn)定的化合物; 負(fù)電性差不大時，隨負(fù)電性值增加，有利于增大固溶度

　　4、電子濃度因素：溶質(zhì)元素的原子價越高，形成固溶體的極限固溶度越小。

　　2.2間隙固溶體與間隙相之間的關(guān)系。

　　間隙固熔體式固熔體的一種，間隙相是一種金屬間化合物兩者的晶體結(jié)構(gòu)也各不相同。

　　2.3金屬間化合物的種類及特點

　　金屬間化合物分為正常價化合物，電子價化合物和間隙化合物;

　　正常價化合物：電負(fù)性差值越大，穩(wěn)定性越高;

　　電子價化合物：

　　間隙化合物：主要受組元的原子尺寸因素控制。通常是由渡族金屬與原子半徑很小的非金屬元素組成，分為簡單間隙化合物與復(fù)雜間隙化合物，非金屬元素處于化合物晶格的間隙中。

　　第三章

　　3.1金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件是什么?

　　熱力學(xué)第二定律：在等溫等壓條件下物質(zhì)系統(tǒng)總是自發(fā)地從自由能較高的狀態(tài)向自由能較低的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，就是說只有伴隨著自由能降低的過程才能自發(fā)的進(jìn)行。

　　3.2金屬結(jié)晶的能量條件是什么?

　　能量起伏(詳細(xì)看書P85-86)

　　固態(tài)金屬自由能低于液態(tài)金屬自由能。當(dāng)溫度低于Tm時液態(tài)的自由能Gl高于固態(tài)的自由能，由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)時，將釋放出那份能量而是系統(tǒng)自由能降低，所以過程才能夠自動進(jìn)行。凝固過程一定要在低于熔點溫度時才能進(jìn)行。

　　3.3金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件是什么?

　　結(jié)構(gòu)起伏 (詳細(xì)看書P86-87)

　　3.4金屬結(jié)晶時的形核有哪些方式?

　　均勻形核、非均勻形核

　　3.5根據(jù)凝固理論，如何細(xì)化晶粒?

　　單位體積中的晶粒數(shù)取決于兩個因素：形核率N和長大速度V;增加過冷度;小制件：增加冷卻速度，大制件：采用形核劑;振動。超聲波振動和電磁攪拌等措施來細(xì)化。

　　3.6晶體長大時，液-固界面處于那種微觀結(jié)構(gòu)?光滑界面、粗糙界面有哪些長大方式?垂直長大、橫向長大長大方式與微觀結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系?

　　垂直長大方式是針對粗糙界面結(jié)構(gòu)提出來的。

　　因為粗糙界面上的空位較多液相擴(kuò)散而來的原子填入空位中與晶體連接起來垂直于界面生長橫向長大方式是針對光滑界面結(jié)構(gòu)提出來的。

　　因為光滑界面上空位數(shù)目與占位數(shù)目之比要么很小要么很大由液相擴(kuò)散而來的原子不易于晶體牢固連接，依靠小臺階接納液態(tài)原子的向前推移，代表模型：二維晶核臺階生長機(jī)制，晶體缺陷臺階生長機(jī)制。

　　3.7晶體長大有哪些形態(tài)

　　平面狀長大和樹枝狀長大

　　平面狀長大：正溫度梯度——粗糙面結(jié)構(gòu);P103

　　樹枝狀長大：負(fù)溫度梯度——粗糙面結(jié)構(gòu)——具有特定的方向性，主要取決于晶體結(jié)構(gòu)。P104

　　第四章

　　4.1相平衡：某一溫度下系統(tǒng)中各相長時間不相互轉(zhuǎn)變處于平衡狀態(tài)，這種平衡叫做相平衡。 相率的表達(dá)式是什么?

　　f=c-p+2 恒壓條件下：f=c-p+1 (C組元數(shù)、P相數(shù)、f自由度)

　　4.2晶內(nèi)偏析：固熔體不平衡結(jié)晶時，由于從液態(tài)中先后結(jié)晶出來的固相成分不同，結(jié)果使得 一個晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻這種現(xiàn)象為晶內(nèi)偏析。

　　枝晶偏析：由于固熔體一般都以樹枝狀方式結(jié)晶，樹枝的結(jié)晶軸會高熔點組元較多，而晶 枝間含低熔點組元較多，故把晶內(nèi)偏析又稱枝晶偏析。

　　枝晶偏析的危害：導(dǎo)致合金塑性韌性下降，易引起晶內(nèi)腐蝕，降低合金的抗蝕性能，特 別是給合金的加熱工帶來困難

　　消除方法：將鑄態(tài)合金加熱到略低于固相線的溫度進(jìn)行長時間均勻化退火，使異類原子互 相充分?jǐn)U散均勻。

　　4.3什么是區(qū)域熔煉?將金屬棒沿棒的長度方向逐漸從一端向另一端順序的進(jìn)行局部熔化提 純金屬;

　　如何提純金屬?區(qū)域熔煉一次就會使圓棒中的雜質(zhì)從一端向另一端，富集反復(fù)進(jìn)行多次就 可使金屬材料獲得高度的提純。

　　4.4什么是成分過冷?由于液相成分改變而形成的過冷。成分過冷對固溶體生長形態(tài)和組織有什么影響?

　　固熔體合金凝固時，在正溫度梯度下，由于固液界面前沿液相中存在過冷并逐漸增長，使 界面生長形態(tài)從平直界面向包狀晶、包狀樹枝晶、樹枝晶發(fā)展。

　　4.5利用杠桿定律計算組織和相含量。

　　4.6什么是共晶轉(zhuǎn)變?寫出其反應(yīng)式?畫出示意圖。

　　4.7共晶、亞共晶、過共晶合金平衡凝固過程及組織。

　　4.8什么是包晶轉(zhuǎn)變?寫出其反應(yīng)式?畫出示意圖。

　　4.9包晶合金平衡凝固過程及組織。

　　4.10什么是共析轉(zhuǎn)變?寫出其反應(yīng)式?畫出示意圖。

　　4.11什么是偏晶轉(zhuǎn)變?寫出其反應(yīng)式?畫出示意圖。

　　4.12什么是熔晶轉(zhuǎn)變?寫出其反應(yīng)式?畫出示意圖。

　　4.13什么是包析轉(zhuǎn)變?寫出其反應(yīng)式?畫出示意圖。

　　4.14什么是合晶轉(zhuǎn)變?寫出其反應(yīng)式?畫出示意圖。

　　4.15什么是同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?

　　4.16畫出F-Fe3C相圖。寫出包晶、共晶、共析反應(yīng)式。分析亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵的結(jié)晶過程及冷卻過程中相和組織變化，根據(jù)杠桿定律計算相和組織的含量。

　　4.17分析鑄錠的組織。

　　4.18利用杠桿定律和中心法則計算四相平衡時的相和組織含量。

　　4.19多元合金配料計算。

　　4.20三元勻晶合金合金凝固時成分變化曲線投影的特點。

　　4.21三元共晶相圖中的相和組織標(biāo)注，分析結(jié)晶過程。

　　4.22三元共晶相圖的等溫截面和截面。

　　4.23三元合金相圖相區(qū)之間的關(guān)系，杠桿定律的應(yīng)用。

　　第五章

　　5.1.擴(kuò)散第一定律：單位時間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積的擴(kuò)散物質(zhì)流量(擴(kuò)散通 量J)與該截面處的濃度梯度成正比。(公式見書P199)

　　5.2.科肯道爾效應(yīng)：置換型擴(kuò)散偶中，由于兩種原子擴(kuò)散速度不同，導(dǎo)致擴(kuò)散偶的一側(cè)向另一 側(cè)發(fā)生物質(zhì)靜輸送。

　　5.3限定元公式及其應(yīng)用P202

　　5.4恒定元公式及其應(yīng)用。P202 高斯誤差函數(shù)及其表格應(yīng)用。P203

　　滲碳層厚度與時間關(guān)系公式及應(yīng)用。P204

　　5.5擴(kuò)散的兩種主要機(jī)制:

　　間隙機(jī)制：質(zhì)點從一個間隙到另一個間隙

　　空位機(jī)制：原子躍遷到與之相鄰的空位.

　　5.6擴(kuò)散的驅(qū)動力: 化學(xué)位梯度

　　5.7上坡擴(kuò)散及其擴(kuò)散方向與濃度梯度的關(guān)系: 擴(kuò)散沿著與濃度梯度相同的方向進(jìn)行

　　5.8 反應(yīng)擴(kuò)散：通過擴(kuò)散使固溶體內(nèi)的溶質(zhì)組元超過固溶極限而不斷形成新相的擴(kuò)散過程。又稱相變擴(kuò)散。

　　純鐵在滲碳時組織發(fā)生變化情況，寫出成分變化式。P212

　　5.9低碳鋼在兩相區(qū)滲碳，發(fā)生什么現(xiàn)象?

　　兩相區(qū)之間存在明顯的宏觀界面，始終沒有出現(xiàn)兩相組織混合區(qū)。二元合金的擴(kuò)散層不可

　　能出現(xiàn)兩相混合組織。P212

　　5.10合金發(fā)生擴(kuò)散時，合金組元與混合區(qū)的關(guān)系

　　二元合金的擴(kuò)散層不可能出現(xiàn)兩相混合組織。三元系中三相區(qū)溫度滲層中不可能出現(xiàn)三相混合區(qū)，但可以有兩相混合區(qū)域。

　　5.11擴(kuò)散系數(shù)公式。P213