材料科學(xué)基礎(chǔ)期末總結(jié)

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)期末總結(jié)1、名詞解釋勻晶轉(zhuǎn)變：由液相結(jié)晶出單相固溶體的過(guò)程稱為勻晶轉(zhuǎn)變。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(guò)程稱為共晶轉(zhuǎn)變。包晶轉(zhuǎn)變：成分為H點(diǎn)的6固相，與它周圍成分為B點(diǎn)的液相L,在一定的溫度時(shí)，6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Y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+6HTrJ枝晶偏析：合金以樹(shù)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。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(chǎng),相應(yīng)的化學(xué)勢(shì)較高,而晶界處結(jié)構(gòu)疏松,應(yīng)變場(chǎng)弱,化學(xué)勢(shì)

2、低,所以晶粒內(nèi)雜質(zhì)會(huì)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。偽共晶：非平衡凝固時(shí)，共晶合金可能獲得亞(或過(guò))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。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(kāi)來(lái)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

3、量的塑性變形后，晶體中的位錯(cuò)線通過(guò)運(yùn)動(dòng)與交互作用，開(kāi)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(zhǎng)程無(wú)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(zhǎng)、瞬息萬(wàn)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。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(huì)偏離體系平均能量水平而瞬時(shí)漲落的現(xiàn)象。垂直長(zhǎng)大：對(duì)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

4、以進(jìn)入這些位置與晶體結(jié)合起來(lái)，晶體便連續(xù)地向液相中生長(zhǎng)，故這種長(zhǎng)大方式為垂直生長(zhǎng)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。樹(shù)枝狀長(zhǎng)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(guò)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(guò)固相也可通過(guò)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(zhǎng)凸出到前面的液相中，則能處于溫度最低(即過(guò)冷度最大)的液相中，使凸出部分的生長(zhǎng)速度增

5、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(huì)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(huì)長(zhǎng)出二次晶枝，在二次晶枝上再長(zhǎng)出三次晶枝，晶體的這種生長(zhǎng)方式稱為樹(shù)枝生長(zhǎng)或樹(shù)枝狀結(jié)晶。2、什么是彈性形變？并用雙原子分子模型來(lái)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(lái)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(shì)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(huì)恢復(fù)其原來(lái)的平衡位置，所產(chǎn)生的

6、變形便完全消失，這就是彈性變形。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、Q簡(jiǎn)述不可形變第二相彌散強(qiáng)化機(jī)制。【答】位錯(cuò)繞過(guò)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(duì)位錯(cuò)的斥力足夠大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻，以彎曲形式向前移動(dòng)，異號(hào)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。Q2簡(jiǎn)述可形變第二相彌散強(qiáng)化機(jī)制?！敬稹慨?dāng)?shù)诙酁榭勺冃挝⒘r(shí)，滑移位錯(cuò)將切過(guò)粒子，并使之隨同基體一起變形，即所謂切過(guò)強(qiáng)化機(jī)制。第二相粒子與基體保持共

7、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(dòng)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(zhǎng)形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系。【答】純金屬生長(zhǎng)形態(tài)是指晶體宏觀長(zhǎng)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。平面狀長(zhǎng)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(zhǎng)大。此時(shí)，界面上任何偶然的、小的凸起伸入液體時(shí)，都會(huì)使其過(guò)冷度減小，長(zhǎng)大速率降低或停止長(zhǎng)大，而被周圍部分趕上，因而能保持平直界面的推移。長(zhǎng)大中晶體沿平行溫度梯度的方向生長(zhǎng)，或沿散熱的反方向生長(zhǎng)，而其他方向的生長(zhǎng)則受到抑制。樹(shù)枝狀長(zhǎng)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)

8、，由于前方液體有更大的過(guò)冷度，有利于晶體長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)出二次軸分枝。同樣，還會(huì)產(chǎn)生多次分枝。枝晶生長(zhǎng)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(zhǎng)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(dòng)受阻，增加了位錯(cuò)滑動(dòng)的阻力，即提高了塑性變

9、形的阻力，使得材料得到強(qiáng)化。不同點(diǎn)：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；細(xì)晶強(qiáng)化：增加了晶界，增加了位錯(cuò)塞積的范圍；固溶強(qiáng)化：溶質(zhì)原子沿位錯(cuò)聚集并釘扎位錯(cuò)；第二相強(qiáng)化：分散的強(qiáng)化相顆粒迫使位錯(cuò)切過(guò)或繞過(guò)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】?jī)烧卟幌嗤?，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AG*

10、非AG*均2-3cos0+cos304=f(0)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(rùn)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(guò)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(zhǎng)大。因此，半徑為r*的晶胚稱為臨界晶核。其物理意義是，過(guò)冷液體中涌現(xiàn)出來(lái)的短程有序的原子團(tuán)，當(dāng)其尺寸rr*時(shí)，這樣的原子團(tuán)便可成為晶核而長(zhǎng)大。臨界晶核半徑r*，其大小與過(guò)冷度有關(guān)。2oT1r*=.mATm9、胞狀亞結(jié)構(gòu)的形成條件是什么？【答

11、】經(jīng)一定塑性變形后，變形晶體中位錯(cuò)線通過(guò)運(yùn)動(dòng)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?！敬稹坑赡汤碚摽芍Y(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(zhǎng)大速率Vg兩個(gè)因素，即即Z*N/Vg?；就緩剑涸黾舆^(guò)冷度T增加，N和Vg隨之增加.但是N的增長(zhǎng)率大于Vg的增長(zhǎng)率。因而，N/Vg的值增加，即Z增多。加入形核質(zhì)，即變質(zhì)處理。加入形核質(zhì)后，可以促使過(guò)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。振動(dòng)結(jié)晶。振動(dòng)，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(zhǎng)的晶體破斷，可增加更多的結(jié)晶核心，從而使