材料科學(xué)基礎(chǔ)期末總結(jié)復(fù)習(xí)資料
1、名詞解釋
�。�1）勻晶轉(zhuǎn)變：由液相結(jié)晶出單相固溶體的過程稱為勻晶轉(zhuǎn)變。
�。�2）共晶轉(zhuǎn)變：合金系中某一定化學(xué)成分的合金在一定溫度下，同時(shí)由液相中結(jié)晶出兩種不同成分和不同晶體結(jié)構(gòu)的固相的過程稱為共晶轉(zhuǎn)變。
（3）包晶轉(zhuǎn)變：成分為H點(diǎn)的δ固相，與它周圍成分為B點(diǎn)的液相L，在一定的溫度時(shí)，δ固相與L液相相互作用轉(zhuǎn)變成成分是J點(diǎn)的另一新相γ固溶體，這一轉(zhuǎn)變叫包晶轉(zhuǎn)變或包晶反應(yīng)。即HJB---包晶轉(zhuǎn)變線，LB+δH→rJ
�。�4）枝晶偏析：合金以樹枝狀凝固時(shí)，枝晶干中心部位與枝晶間的溶質(zhì)濃度明顯不同的成分不均勻現(xiàn)象。
�。�5）晶界偏析：晶粒內(nèi)雜質(zhì)原子周圍形成一個(gè)很強(qiáng)的彈性應(yīng)變場,相應(yīng)的化學(xué)勢較高,而晶界處結(jié)構(gòu)疏松,應(yīng)變場弱,化學(xué)勢低,所以晶粒內(nèi)雜質(zhì)會在晶界聚集,這種使得溶質(zhì)在表面或界面上聚集的現(xiàn)象稱為晶界偏析
�。�6）亞共晶合金：溶質(zhì)含量低于共晶成分，凝固時(shí)初生相為基體相的共晶系合金。
�。�7）偽共晶：非平衡凝固時(shí)，共晶合金可能獲得亞（或過）共晶組織，非共晶合金也可能獲得全部共晶組織，這種由非共晶合金所獲得的全部共晶組織稱為偽共晶組織。
（8）離異共晶：在共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，共晶中與初晶相同的那個(gè)相即附著在初晶相之上，而剩下的另一相則單獨(dú)存在于初晶晶粒的晶界處，從而失去共晶組織的特征，這種被分離開來的共晶組織稱為離異共晶。
（9）纖維組織：當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒變得模糊不清，晶粒已難以分辨而呈現(xiàn)出一片如纖維狀的條紋，這稱為纖維組織。
�。�10）胞狀亞結(jié)構(gòu)：經(jīng)一定量的塑性變形后，晶體中的位錯(cuò)線通過運(yùn)動與交互作用，開始呈現(xiàn)紛亂的不均勻分布，并形成位錯(cuò)纏結(jié)，進(jìn)一步增加變形度時(shí)，大量位錯(cuò)發(fā)生聚集，并由纏結(jié)的位錯(cuò)組成胞狀亞結(jié)構(gòu)。
�。�11）加工硬化：隨著冷變形程度的增加，金屬材料強(qiáng)度和硬度指標(biāo)都有所提高，但塑性、韌性有所下降。
�。�12）結(jié)構(gòu)起伏：液態(tài)結(jié)構(gòu)的最重要特征是原子排列為長程無序、短程有序，并且短程有序原子集團(tuán)不是固定不變的，它是一種此消彼長、瞬息萬變、尺寸不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為結(jié)構(gòu)起伏。
�。�13）能量起伏：能量起伏是指體系中每個(gè)微小體積所實(shí)際具有的能量，會偏離體系平均能量水平而瞬時(shí)漲落的現(xiàn)象。
�。�14）垂直長大：對于粗糙界面，由于界面上約有一半的原子位置空著，故液相的原子可以進(jìn)入這些位置與晶體結(jié)合起來，晶體便連續(xù)地向液相中生長，故這種長大方式為垂直生長。
（15）滑移臨界分切應(yīng)力：晶體的滑移是在切應(yīng)力作用下進(jìn)行的，但其中許多滑移系并非同時(shí)參與滑移，而只有當(dāng)外力在某一滑移系中的.分切應(yīng)力達(dá)到一定臨界值時(shí)，該滑移系方可以首先發(fā)生滑移，該分切應(yīng)力稱為滑移的臨界分切應(yīng)力。
（16）樹枝狀長大：當(dāng)相界面處的溫度由于結(jié)晶潛熱的釋放而升高，使液相處于過冷條件時(shí)，則可能產(chǎn)生負(fù)的溫度梯度。此時(shí)，相界面上產(chǎn)生的結(jié)晶潛熱即可通過固相也可通過液相而散失。相界面的推移不只由固相的傳熱速度所控制，在這種情況下，如果部分的相界面生長凸出到前面的液相中，則能處于溫度最低（即過冷度最大）的液相中，使凸出部分的生長速度增大而進(jìn)一步伸向液相中。在這種情況下，液-固界面就不可能保持平面狀而會形成許多伸向液體的分枝（沿一定的晶向軸），同時(shí)在這些
晶枝上又有可能會長出二次晶枝，在二次晶枝上再長出三次晶枝，晶體的這種生長方式稱為樹枝生長或樹枝狀結(jié)晶。
2、什么是彈性形變？并用雙原子分子模型來解釋其物理本質(zhì)。
【答】彈性變形是指外力去除后能夠完全恢復(fù)的那部分變形，可從原子間結(jié)合力的角度來了解它的物理本質(zhì)。
原子處于平衡時(shí)，其原子間距為r0，勢能U處于最低位置，相互作用力為零，這是最穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)原子受力后將偏離其平衡位置，原子間距增大時(shí)將產(chǎn)生引力；原子間距減小時(shí)將產(chǎn)生斥力。這樣，外力去除后，原子都會恢復(fù)其原來的平衡位置，所產(chǎn)生的變形便完全消失，這就是彈性變形。
3、為什么滑移面和滑移方向往往是金屬晶體中原子排列最密的晶面和晶向？
【答】這是因?yàn)樵用芏茸畲蟮木嫫涿骈g距最大，點(diǎn)陣阻力最小，因而容易沿著這些面發(fā)生滑移；滑移方向?yàn)樵用芏茸畲蟮姆较蚴怯捎谧蠲芘欧较蛏系脑娱g距最短，即位錯(cuò)b最小。
4、簡述不可形變第二相彌散強(qiáng)化機(jī)制。
【答】位錯(cuò)繞過機(jī)制是不可變形第二相彌散顆粒的強(qiáng)化機(jī)制，即由于不可變形顆粒對位錯(cuò)的斥力足夠大，位錯(cuò)運(yùn)動受阻，以彎曲形式向前移動，異號位錯(cuò)相互抵消，留下圍繞顆粒的位錯(cuò)環(huán)后，位錯(cuò)繼續(xù)向前滑移。顆粒半徑或顆粒間距越小，不可形變第二相彌散強(qiáng)化效果越明顯；當(dāng)顆粒尺寸一定時(shí)，體積分?jǐn)?shù)越大，強(qiáng)化效果越好。 2簡述可形變第二相彌散強(qiáng)化機(jī)制。 ○
【答】當(dāng)?shù)诙酁榭勺冃挝⒘r(shí)，滑移位錯(cuò)將切過粒子，并使之隨同基體一起變形，即所謂切過強(qiáng)化機(jī)制。第二相粒子與基體保持共格或半共格、彈性模量的差異、晶體結(jié)構(gòu)差異等均造成位錯(cuò)運(yùn)動受阻。此外，增加可變形粒子的尺寸和體積分?jǐn)?shù)，有利于提高強(qiáng)度。
5、分析純金屬生長形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系。
【答】純金屬生長形態(tài)是指晶體宏觀長大時(shí)界面的形貌。界面形貌取決于界面前沿液體的溫度分布。
(1) 平面狀長大：當(dāng)液體具有正溫度梯度時(shí)，晶體以平直界面方式推移長大。此時(shí)，界面上任何偶然的、小的凸起伸入液體時(shí)，都會使其過冷度減小，長大速率降低或停止長大，而被周圍部分趕上，因而能保持平直界面的推移。長大中晶體沿平行溫度梯度的方向生長，或沿散熱的反方向生長，而其他方向的生長則受到抑制。
(2) 樹枝狀長大：當(dāng)液體具有負(fù)溫度梯度時(shí)，在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液體時(shí)，由于前方液體有更大的過冷度，有利于晶體長大和凝固潛熱的散失，從而形成枝晶的一次軸。一個(gè)枝晶的形成，其潛熱使鄰近液體溫度升高，過冷度降低，因此，類似的枝晶只在相鄰一定間距的界面上形成，相互平行分布。在一次枝晶處的溫度比
枝晶間溫度要高，這種負(fù)溫度梯度使一次軸上又長出二次軸分枝。同樣，還會產(chǎn)生多次分枝。枝晶生長的最后階段，由于凝固潛熱放出，使枝晶周圍的液體溫度升高至熔點(diǎn)以上，液體中出現(xiàn)正溫度梯度，此時(shí)晶體長大依靠平界面方式推進(jìn)，直至枝晶間隙全部被填滿為止。
6、分析加工硬化、細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化與第二相強(qiáng)化在本質(zhì)上有什么異同？（討論）
【答】相同點(diǎn)：都是位錯(cuò)運(yùn)動受阻，增加了位錯(cuò)滑動的阻力，即提高了塑性變形的阻力，使得材料得到強(qiáng)化。 不同點(diǎn)：①加工硬化：位錯(cuò)密度增大，位錯(cuò)阻力和形成割階消耗外力所做的功；②細(xì)晶強(qiáng)化：增加了晶界，增加了位錯(cuò)塞積的范圍；③固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子沿位錯(cuò)聚集并釘扎位錯(cuò)；④第二相強(qiáng)化：分散的強(qiáng)化相顆粒迫使位錯(cuò)切過或繞過強(qiáng)化相顆粒而額外做功
7、純金屬凝固時(shí)，均勻形核和非均勻形核的形核功大小是否相同？一般情況下兩者哪一個(gè)大？為什么？什么情況下兩者相同？
【答】兩者不相同，一般情況下，非均勻形核的形核功小。這是因?yàn)榉蔷鶆蛐魏藭r(shí)，形核是在一定形核位置（如模壁、形核劑顆粒等）上進(jìn)行的，其形核功的大小取決于晶核和形核位置之間的界面能和接觸角，設(shè)晶胚的形狀為球冠，則非均勻形核功與均勻形核功之比為*3G非23coscosf()*G均4一般情況下，所以非均勻形核的形核功小于均勻形核的形核功。只有在形核位置與金屬完全不潤濕的情況下，此時(shí)，即非均形核功的形核功才和均勻形核的形核功相等。
8、什么叫臨界晶核？它的物理意義及與過冷度的定量關(guān)系如何？
根據(jù)自由能與晶坯半徑的變化關(guān)系，可以知道rr*的晶胚才有可能成核；而r=r*的晶胚既可能消失，也可能穩(wěn)定長大。因此，半徑為r*的晶胚稱為臨界晶核。其物理意義是，過冷液體中涌現(xiàn)出來的短程有序的原子團(tuán)，當(dāng)其尺寸r>r*時(shí)，這樣的原子團(tuán)便可成為晶核而長大。臨界晶核半徑r*，其大小與過冷度有關(guān)。 r*2Tm
9、胞狀亞結(jié)構(gòu)的形成條件是什么？
【答】經(jīng)一定塑性變形后，變形晶體中位錯(cuò)線通過運(yùn)動交互作用，形成位錯(cuò)纏結(jié)，進(jìn)一步增加變形量，大量位錯(cuò)發(fā)生聚集，并由纏結(jié)的位錯(cuò)組成胞狀亞結(jié)構(gòu)。變形度越大，胞狀亞結(jié)構(gòu)數(shù)量越多，尺寸越小。
10、根據(jù)凝固理論，試述細(xì)化晶粒的基本途徑。
【答】由凝固理論可知，結(jié)晶時(shí)單位體積中的晶粒數(shù)目Z取決于形核率N和晶體長大速率Vg兩個(gè)因素，即即Z∝N/Vg �；就緩剑�
�。�1）增加過冷度△T�！鱐增加，N和Vg隨之增加．但是N的增長率大于Vg的增長率。因而，N/Vg的值增加，即Z增多。
�。�2）加入形核質(zhì)，即變質(zhì)處理。加入形核質(zhì)后，可以促使過冷液體發(fā)生非均勻形核。即不但使非均勻形核所需要的基底增多，而且使臨界晶核體積減小，這都將使品核數(shù)目增加，從而細(xì)化晶粒。
�。�3）振動結(jié)晶。振動，一方面提供了形核所需要的能量，另一方面可以使正在生長的晶體破斷，可增加更多的結(jié)晶核心，從而使晶粒細(xì)化。 Lm1T
11、二元合金相圖分析：
1會畫相圖○2會標(biāo)組織組成物○3會分析凝固過程○4會畫冷卻曲線○5會求解合金成分○
以及兩相的相對含量。
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