材料科學(xué)基礎(chǔ)重點(diǎn)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(cuò)的種類、位錯(cuò)方向與柏氏矢量的關(guān)系、位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)方式。

　　1.7位錯(cuò)反應(yīng)條件及計(jì)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(shí)，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(shí)，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(jià)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(diǎn)

　　金屬間化合物分為正常價(jià)化合物，電子價(jià)化合物和間隙化合物;

　　正常價(jià)化合物：電負(fù)性差值越大，穩(wěn)定性越高;

　　電子價(jià)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(jiǎn)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(shí)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(shí)，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(dòng)進(jìn)行。凝固過程一定要在低于熔點(diǎn)溫度時(shí)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(shí)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(gè)因素：形核率N和長(zhǎng)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(dòng)。超聲波振動(dòng)和電磁攪拌等措施來細(xì)化。

　　3.6晶體長(zhǎng)大時(shí)，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(zhǎng)大方式?垂直長(zhǎng)大、橫向長(zhǎng)大長(zhǎng)大方式與微觀結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系?

　　垂直長(zhǎng)大方式是針對(duì)粗糙界面結(jié)構(gòu)提出來的。

　　因?yàn)榇植诮缑嫔系目瘴惠^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(zhǎng)橫向長(zhǎng)大方式是針對(duì)光滑界面結(jié)構(gòu)提出來的。

　　因?yàn)楣饣缑嫔峡瘴粩?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(tái)階接納液態(tài)原子的向前推移，代表模型：二維晶核臺(tái)階生長(zhǎng)機(jī)制，晶體缺陷臺(tái)階生長(zhǎng)機(jī)制。

　　3.7晶體長(zhǎng)大有哪些形態(tài)

　　平面狀長(zhǎng)大和樹枝狀長(zhǎng)大

　　平面狀長(zhǎng)大：正溫度梯度——粗糙面結(jié)構(gòu);P103

　　樹枝狀長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)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(shí)，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(gè)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(huì)高熔點(diǎn)組元較多，而晶 枝間含低熔點(diǎn)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(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)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(huì)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(duì)固溶體生長(zhǎng)形態(tài)和組織有什么影響?

　　固熔體合金凝固時(shí)，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(zhǎng)，使 界面生長(zhǎng)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(jì)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(jì)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(jì)算四相平衡時(shí)的相和組織含量。

　　4.19多元合金配料計(jì)算。

　　4.20三元?jiǎng)蚓Ш辖鸷辖鹉虝r(shí)成分變化曲線投影的特點(diǎn)。

　　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：?jiǎn)挝粫r(shí)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(shí)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(diǎn)從一個(gè)間隙到另一個(gè)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(dòng)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(shí)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(shí)，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