2024年材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)全面總結(jié)

&第一聿材料中a勺原子排列

第一節(jié)原子口勺結(jié)合方式

2原子結(jié)合鍵

（1）離子鍵與離子晶體

原子結(jié)合：電子轉(zhuǎn)移，結(jié)合力大,無(wú)方向性和飽和性：

離子晶體：硬度高，脆性大，熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性差。如氧化物陶瓷。

（2）共價(jià)鍵與原子晶體

原子結(jié)合:電子共用，結(jié)合力大，有方向性和飽和性；

原子晶體:強(qiáng)度高、硬度高（金剛石）、熔點(diǎn)高、脆性大、導(dǎo)電性差。如高分子材料。

（3）金屬鍵與金屬晶體

原子結(jié)合：電子逸出共有，結(jié)合力較大，無(wú)方向性和飽和性；

金屬晶體:導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性好，熔點(diǎn)較高。如金屬。

金屬鍵：依托正離子與構(gòu)成電子氣的自由電子之間口勺靜電引力而使諸原子結(jié)合到一起

的方式。

（3）分子鍵與分子晶體

原子結(jié)合：電子云偏移，結(jié)合力很小，無(wú)方向性和飽和性。

分子晶體：熔點(diǎn)低,硬度低。如高分子材料。

氫?。海ㄘ咏Y(jié)合）X?H—Y（氫鍵結(jié)合），有方向性，如。.H—O

（4）混合解。如復(fù)合材料。

3結(jié)合鍵分類

（1）一次鍵（化學(xué)鍵）：金屬鍵、共價(jià)鍵、離子鍵。

（2）二次鍵（物理鍵）：分子鍵和氫鍵。

4原了?的排列方式

（I）晶體：原子在三維空向內(nèi)H'、J周期性規(guī)則排列。長(zhǎng)程有序，各向異性。

（2）非晶體:--------------------不規(guī)則排列。長(zhǎng)程無(wú)序，各向同性。

第二節(jié)原子H勺規(guī)則排列

一晶體學(xué)基礎(chǔ)

1空間點(diǎn)陣與晶體構(gòu)造

（1）空間點(diǎn)陣:由幾何點(diǎn)做周期性的規(guī)則排列所形成口勺三維陣列。圖1-5

特性:a原子的理想排列：b有14種。

其中：

空間點(diǎn)陣中的點(diǎn)一陣點(diǎn)。它是純粹的幾何點(diǎn),各點(diǎn)周圍環(huán)境相似。

描述晶體中原子排列規(guī)律的空間格架稱之為晶格。

空間點(diǎn)陣中最小的幾何單元稱之為品胞。

（2）晶體構(gòu)造:原子、離子或原子團(tuán)按照空間點(diǎn)陣H勺實(shí)際排列。

特性：a也許存在局部缺陷；b可有無(wú)限多種。

2晶胞

圖1一6

（1）一一-：構(gòu)成空間點(diǎn)陣口勺最基本單元。

（2）選用原則：

a可以充足反應(yīng)空間點(diǎn)陣的對(duì)稱性；

b相等的棱和角的數(shù)目最多：

cX有盡量多H勺直角；

d體枳最小。

（3）形狀和大小

有三個(gè)梭邊H勺長(zhǎng)度a,b,c及其夾角a,B,丫體現(xiàn)。

（4）晶胞中點(diǎn)的位置體現(xiàn)（坐標(biāo)法）。

3布拉菲點(diǎn)陣圖1-7

14種點(diǎn)陣分屬7個(gè)品系。

4晶向指數(shù)與晶面指數(shù)

晶向:空間點(diǎn)陣中各陣點(diǎn)列口勺方向。

晶面:通過(guò)空間點(diǎn)陣中任意一組陣點(diǎn)的平面。

國(guó)際上通用米勒指數(shù)標(biāo)定晶向和晶面。

（1）晶向指數(shù)I內(nèi)標(biāo)定

a建立坐標(biāo)系。確定原點(diǎn)（陣點(diǎn)）、坐標(biāo)軸和度量單位（棱邊）。

b求坐標(biāo)。u\v\w\

c化整數(shù)。u,v,w.

d加[]oluvw]=

闡明：

a指數(shù)意義：代表互相平行、方向一致的所有晶向。

b負(fù)值:標(biāo)于數(shù)字上方，體現(xiàn)同一品向的相反方向。

C品向族:晶體中原子排列狀況相似但空間位向不同樣的一組品向。用＜uvw＞體

現(xiàn)，數(shù)字相似，但排列次序不同樣或正負(fù)號(hào)不同樣H勺品向?qū)儆谕黄废蜃濉?/p>

（2）晶面指數(shù)的標(biāo)定

a建立坐標(biāo)系:確定原點(diǎn)（非陣點(diǎn)）、坐標(biāo)軸和度量單位。

b量截距：x,y,zo

c取倒數(shù)：h\k\r,

d化整數(shù):h,k,k。

e加圓拈號(hào)：(hkl)。

闡明:

a指數(shù)意義：代表一組平行的品面；

b0的意義：面與對(duì)應(yīng)H勺軸平行；

c平行晶而：指數(shù)相似，或數(shù)字相似但正負(fù)號(hào)相反：

d晶而族:晶體中具有相似條件(原了排列和晶而間距完全相似)，空間位向不同

樣的各組晶面。用｛hkl｝體現(xiàn),

e若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=O；

f若晶面與晶向垂直，則u=h.k=v,w=L

(3)六方系晶向指數(shù)和晶面指數(shù)

a六方系指數(shù)標(biāo)定的特殊性:四軸坐標(biāo)系(等價(jià)品面不具有等價(jià)指數(shù))。

b晶面指數(shù)的標(biāo)定

標(biāo)法與立方系相似(四個(gè)截距)：用四個(gè)數(shù)字(hki1)體現(xiàn);i=-(h+k)。

c晶向指數(shù)的標(biāo)定

標(biāo)法與立方系相似(四個(gè)坐標(biāo))；用四個(gè)數(shù)字(uvt”)體現(xiàn)；t=-(u+w)。

依次平移法：適合于已知指數(shù)畫晶向(末點(diǎn))。

坐標(biāo)換算法：[UVW]?[uvtw]

u=(2U-V)/3,v=(2V-U)/3,i=-(U+V)/3,w=W.

(4)晶帶

a——:平行于某一晶向直線所有晶面的組合。

I；

晶帶軸晶帶面

b性質(zhì)：晶帶用晶帶軸的晶向指數(shù)體現(xiàn);晶帶面〃晶帶軸;

hu+kv+1w=0

c晶帶定律

凡滿足上式的晶面都屬于以［uvw］為晶帶軸的晶帶。推論:

（a）由兩晶面（hik|li）（h2k2b）求其晶帶軸［uvw］：

u=kih-kih;v=Iih2-hhi；w=hik2-hzk|o

（b）由兩晶向［u］V］W］］［u2V2W2］求其決定的晶面（hk1）o

H=V1W1-V2W2；k=W|U2~W2U1：1=U）V2-U2V1o

（5）晶面間距

a一一:一組平行晶面中，相鄰兩個(gè)平行晶面之間的距離。

b計(jì)算公式（簡(jiǎn)樸立方）：

d=a/（h2+k2+l2）1/2

注意：只合用于簡(jiǎn)樸晶胞;對(duì)于面心立方hkl不全為偶、奇數(shù)、體心立方h+k+l

=奇數(shù)時(shí)，d（hki）=d/2°

2離子晶體的構(gòu)造

（1）鮑林笫一規(guī)則（負(fù)離子配位多面體規(guī)則）：在離子晶體中，正離子周圍形成一種負(fù)

離了配位多面體，正負(fù)離了?間的平衡距離取決于止負(fù)離了?半徑之和，正離了邛J配位數(shù)取決于

正負(fù)離子的半徑比。

（2）鮑林第二規(guī)則（電價(jià)規(guī)則含義）：一種負(fù)離子必然同步被一定數(shù)量的負(fù)離子配位

多面體所共有。

（3）鮑林第三規(guī)則（棱與而規(guī)則）：在配位構(gòu)造中，共用棱尤其是共用面的存在，會(huì)減少

這個(gè)構(gòu)造的穩(wěn)定性。

3共價(jià)鍵晶體的構(gòu)造

（1）飽和性：一種原子H勺共價(jià)鍵數(shù)為8-N。

（2）方向性：各鍵之間有確定H勺方位

（配位數(shù)小，構(gòu)造穩(wěn)定）

三多晶型性

元素口勺晶體構(gòu)造隨外界條件口勺變化而發(fā)生轉(zhuǎn)變的性質(zhì)。

四影響原子半徑的原因

（1）溫度與應(yīng)力

（2）結(jié)合鍵的影響

（3）配位數(shù)的影響（高配位構(gòu)造向低配位構(gòu)造轉(zhuǎn)變時(shí)，體積膨脹，原子半徑減小減緩

體積變化。

（4）核外電子分布H勺影響（一周期內(nèi)，隨核外電子數(shù)增長(zhǎng)至填滿，原子半徑減小至一

最小值。

第三節(jié)原子日勺不規(guī)則排列

原子口勺不規(guī)則排列產(chǎn)生晶體缺陷。晶體缺陷在材料組織控制（如擴(kuò)散、相變）和性能控制

（如材料強(qiáng)化）中具有重要作用。

晶體缺陷:實(shí)際晶體中與理想點(diǎn)陣構(gòu)造發(fā)生偏差口勺區(qū)域。

（晶體缺陷可分為如下三類。）

點(diǎn)缺陷：在三維空間各方向上尺寸都很小的缺陷。如空位、間隙原子、異類原子等。

線缺陷：在兩個(gè)方向上尺寸很小,而另一種方向上尺寸較大的缺陷。重要是位錯(cuò)。

面缺陷：在一種方向上尺寸很小,在此外兩個(gè)方向上尺寸較大H勺缺陷。如品界、相界、

表而等。

一點(diǎn)抉陷

1點(diǎn)缺陷H'、J類型圖

1-31

（1）空位：

肖脫基空位一離位原子進(jìn)入其他空位或遷移至晶界或表面。

弗蘭克爾空位-離位原子進(jìn)入晶體間隙。

（2）間隙原了:位「晶體點(diǎn)陣間隙的原了。

（3）置換原子:位于晶體點(diǎn)陣位置的異類原子。

2點(diǎn)缺陷的平衡濃度

（1）點(diǎn)缺陷是熱力學(xué)平衡的缺陷-在一定溫度下，晶體中總是存在著一定數(shù)量H勺點(diǎn)缺陷

（空位），這時(shí)體系的能量最低-具有平衡點(diǎn)缺陷H勺晶體比理想晶體在熱力學(xué)上更為穩(wěn)定。（原

因：品體中形成點(diǎn)缺陷時(shí)，體系內(nèi)能的增長(zhǎng)將使自由能升高，但體系炳值也增長(zhǎng)了，這一原因又

使自由能減少。其成果是在G-n曲線上出現(xiàn)了最低值，對(duì)應(yīng)日勺n值即為平衡空位數(shù)。）

（2）點(diǎn)缺陷的平衡濃度

C=Aexp（—AEv/kT）

3點(diǎn)缺陷11勺產(chǎn)生及其運(yùn)動(dòng)

（1）點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生

平衡點(diǎn)缺陷:熱振動(dòng)中的能力起伏。

過(guò)飽和點(diǎn)缺陷：外來(lái)作用，如高溫淬火、輻照、冷加工等。

（2）點(diǎn)缺陷的運(yùn)動(dòng)

（遷移、復(fù)合濃度減少;匯集一濃度升高一塌陷）

4點(diǎn)缺陷與材料行為

（1）構(gòu)造變化:晶格畸變（如空位引起晶格收縮，間隙原子引起晶格膨脹,置換原子可引

起收縮或膨脹。）

（2）性能變化:物理性能（如電阻率增大，密度減小。）

力學(xué)性能（屈服強(qiáng)度提高。）

二線缺陷（位錯(cuò)）

位錯(cuò)：晶體中某處一列或若干列原子有規(guī)律日勺錯(cuò)排。

意義：（對(duì)材料口勺力學(xué)行為如塑性變形、強(qiáng)度、斷裂等起著決定性的作用，對(duì)材料的擴(kuò)

散、相變過(guò)程有較大影響。）

位錯(cuò)的提出：1926年，弗蘭克爾發(fā)現(xiàn)理論晶體模型剛性切變強(qiáng)度與與實(shí)測(cè)臨界切應(yīng)

力的巨大差異（2?4個(gè)數(shù)量級(jí)）。

1934年，泰勒、波朗依、奧羅萬(wàn)幾乎同步提出位錯(cuò)的概念。

1939年、柏格斯提出用柏氏矢量表征位錯(cuò)。

1947年，柯垂耳提出溶質(zhì)原子與位錯(cuò)的交互作用。

1950年，弗蘭克和瑞德同步提出位錯(cuò)增殖機(jī)制。

之后，用TEM直接觀測(cè)到了晶體中的位借。

1位錯(cuò)的基本類型

（1）刃型位錯(cuò)

模型：滑移面/半原子面/位錯(cuò)線（位錯(cuò)線工?晶體滑移方向，位錯(cuò)線■位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)

方向,晶體滑移方向〃位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向。）

分類:正刃型位錯(cuò)（,）：負(fù)刃型位錯(cuò)（?。?。

（2）螺型位錯(cuò)

模型：滑移面/位錯(cuò)線。（位錯(cuò)線〃晶體滑移方向，位錯(cuò)線立錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向，晶體

滑移方向■位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向。）

分類：左螺型位錯(cuò);石螺型位錯(cuò)。

（3）混合位錯(cuò)

模型:滑移而/位錯(cuò)線。

2位錯(cuò)日勺性質(zhì)

（1）形狀:不一定是直線，位錯(cuò)及其畸變區(qū)是一條管道。

（2）是J滑移區(qū)和木滑移區(qū)的邊界。

（3）不能中斷于晶體內(nèi)部。可在表面露頭,或終止于晶界和相界，或與其他位錯(cuò)相交,

或自行封閉成環(huán)。

3柏氏矢量

（1）確定措施（避開(kāi)嚴(yán)重畸變區(qū)）

a在位錯(cuò)周圍沿著點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)形成封閉回路。

b在理想晶體中按同樣次序作同樣大小的回路。

c在理想晶體中從終點(diǎn)到起點(diǎn)的矢量即為一一。

（2）柏氏矢量的物理意義

a代表位錯(cuò)，并體現(xiàn)其特性（強(qiáng)度、畸變量）。

b體現(xiàn)晶體滑移的方向和大小。

c柏氏矢量日勺守恒性（唯一性）：一條位錯(cuò)線具有唯一的柏氏矢量。

d判斷位錯(cuò)H勺類型。

（3）柏氏矢量的體現(xiàn)措施

a體現(xiàn)：Z>=a/n[uvw]（可以用矢量加法進(jìn)行運(yùn)算）。

2221/2

b求模:/b/=a/n[u+v+w]o

4位錯(cuò)密度

（1）體現(xiàn)措施：P=K/V

P=n/A

（2）晶體強(qiáng)度與位錯(cuò)‘密授H勺關(guān)系（T-P圖3

（3）位錯(cuò)觀測(cè):浸蝕法、電境法。

5位錯(cuò)H勺運(yùn)動(dòng)

（1）位錯(cuò)日勺易動(dòng)性。

（2）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的方式

a滑移.位錯(cuò)沿考滑移面的移動(dòng)。

刃型位錯(cuò)的滑移:具有唯甘J滑移面

螺型位錯(cuò)的滑移：具有多種滑移面。

位錯(cuò)環(huán)的滑移：重視柏氏矢量的應(yīng)用。

b攀移：刃型位錯(cuò)在垂直于滑移面方向上的運(yùn)動(dòng)。

機(jī)制：原子面下端原子的擴(kuò)散一一位錯(cuò)隨半原子面的上下移動(dòng)而上下運(yùn)動(dòng)。

分類：正攀移（原子面上移、空位加入）/負(fù)攀移（原子而下移、原子加入）。

應(yīng)力的作用：（半原子面?zhèn)龋簯?yīng)力有助于正攀移，拉應(yīng)力有助于負(fù)攀移。

（3）作用在位錯(cuò)上的力（單位距離上）

滑移：f=Tb;

攀移：f=obo

6位錯(cuò)H勺應(yīng)變能與線張力

（1）單位長(zhǎng)度位錯(cuò)日勺應(yīng)變能：W=aGb2。

（?=0.5-1.0,螺位錯(cuò)取下限，刃位錯(cuò)取上限。）

（2）位錯(cuò)是不平衡的缺陷。

（商增不能抵銷應(yīng)變能的增長(zhǎng)。）

（3）位錯(cuò)口勺線張力：T=aGb%

（4）保持位錯(cuò)彎曲所需的切應(yīng)力：T=Gb/2ro

7位錯(cuò)H勺應(yīng)力場(chǎng)及其與其他缺陷H'、J作用

（1）應(yīng)力場(chǎng)

螺位錯(cuò)：t=Gb/2nr。（只有切應(yīng)力分量。）

刃位錯(cuò):體現(xiàn)式（式1—9）

晶體中：滑移面以上受壓應(yīng)力，滑移面如下受拉應(yīng)力。

滑移面:只有切應(yīng)力。

（2）位錯(cuò)與位錯(cuò)的交互作用

/=丁b,f=一°b（刃位錯(cuò)）。

同號(hào)互相排斥，界號(hào)互相吸引。（抵達(dá)能量最低狀態(tài)。）

（3）位錯(cuò)與溶質(zhì)原子的互相作用

間隙原子匯集于位錯(cuò)中心，使體系處在低能態(tài)。

柯氏氣團(tuán):溶質(zhì)原子在位錯(cuò)線附近偏聚H勺現(xiàn)象。

（4）位錯(cuò)與空位口勺交互作用

導(dǎo)致位錯(cuò)攀移。

8位錯(cuò)的增殖、塞積與交割

（1）位錯(cuò)的增殖：F-R源。

（2）位錯(cuò)日勺塞積

分布:逐漸分散。

位錯(cuò)受力：切應(yīng)力作用在位錯(cuò)上的力、位錯(cuò)間的排斥力、障礙物H勺阻力。

（3）位錯(cuò)日勺交割

位錯(cuò)交割后成果：按照對(duì)方位錯(cuò)柏氏矢量（變化方向和大小）。

割階:位錯(cuò)交割后的臺(tái)階不位于它本來(lái)口勺滑移面上。

對(duì)性能影響：增長(zhǎng)位錯(cuò)長(zhǎng)度，產(chǎn)生固定割階。

9位錯(cuò)反應(yīng)

（1）位錯(cuò)反應(yīng):位錯(cuò)的分解與合并。

（2）反應(yīng)條件

幾何條件：￡bm=Eb后;反應(yīng)前后位錯(cuò)H勺柏氏矢量之和相等。

能量條件：Eb、AEb%；反應(yīng)后位錯(cuò)的總能量不不不大于反應(yīng)前位錯(cuò)H勺總

能量。

10實(shí)際晶體中的位錯(cuò)

（1）全位錯(cuò)：一般把柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量的位錯(cuò)稱為全位錯(cuò)或單位位錯(cuò)。

（實(shí)際晶體中的經(jīng)典全位錯(cuò)如表1—7所示）

（2）不全位錯(cuò):柏氏矢量不不不大于點(diǎn)陣矢量H勺位錯(cuò)。

（實(shí)際晶體中的經(jīng)典不全位錯(cuò)如表1-7所示）

（3）肖克萊和弗蘭克不全位錯(cuò)。

肖克萊不全位錯(cuò)的形成:原子運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致局部錯(cuò)排,錯(cuò)排區(qū)與完整晶格區(qū)日勺邊界線即

為肖克萊不全位錯(cuò)。（結(jié)合位錯(cuò)反應(yīng)理解?？蔀榱π?、螺型或混合型位錯(cuò)。）

弗蘭克不全位錯(cuò)的形成：在完整晶體中局部抽出或插入一層原子所形成。（只能

攀移，不能滑移。）

（4）堆垛層錯(cuò)與擴(kuò)展位錯(cuò)

堆垛層錯(cuò):晶體中原子堆垛次序中出現(xiàn)H勺層狀錯(cuò)排。

擴(kuò)展位錯(cuò)：一對(duì)不全位錯(cuò)及中間夾的層錯(cuò)稱之。

三面缺陷

面缺陷重要包括晶界、相界和表面，它們對(duì)材料的力學(xué)和物理化學(xué)性能具有重要影響。

1晶界

（1）晶界:兩個(gè)空網(wǎng)位向不同樣的相鄰晶粒之同的界面.

（2）分類

大角度品界：晶粒位向差不不大于10度的品界。其構(gòu)造為幾種原子范圍

內(nèi)的原子的混亂排列，可視為一種過(guò)渡區(qū)。

小角度晶界：晶粒位向差不不不大于10度口勺晶界。其構(gòu)造為位錯(cuò)列，又分

為對(duì)稱傾側(cè)晶界和扭轉(zhuǎn)晶界。

亞晶界：位向差不不不大于1度的亞晶粒之間的邊界。為位錯(cuò)構(gòu)造。

李晶界:兩塊相鄰李晶的共晶面。分為共格孚晶界和非共格李晶界。

2相界

（1）相界：相鄰兩個(gè)相之間的界面。

（2）分類:共格,半共格和非共格相界。

3表面

（1）表面吸附:外來(lái)原子或氣體分子在表面上富集口勺現(xiàn)象。

（2）分類

物理吸附:由分子鍵力引起，無(wú)選擇性，吸附熱小，結(jié)合力小。

化學(xué)吸附:力化學(xué)鍵力引起，有選擇性，吸附熱大，結(jié)合力大。

4界面特性

（1）界面能會(huì)引起界面吸附。

（2）界面上原子廣散速度較快。

<3）對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)有阻礙作用。

（4）易被氧化和腐蝕。

（5）原子口勺混亂排列利于固態(tài)相變的形核。

*第二章固體中的相構(gòu)造

合金與相

1合金

（1）合金：兩種或兩種以上H勺金屬，或金屬與非金屬經(jīng)一定措施合成的具有金屬特性

的物質(zhì)。

（2）組元：構(gòu)成合金最基本的物質(zhì)。（如一元、二元、三元合金）

（3）令金系：給定合金以不同樣口勺比例而合成口勺系列不同樣成分合金的總稱。

2相

（1）相:材料中構(gòu)造相似、成分和性能均?的構(gòu)成部分。（如單相、兩相、多相合金。）

（2）相的分類

固溶體：晶體構(gòu)造與其某一組元相似的相。含溶劑和溶質(zhì)。

中間相（金屬化合物）:構(gòu)成原子有固定比例，其構(gòu)造與陶成組元均不相似H勺相。

第一節(jié)固溶體

按溶質(zhì)原子位置不同樣，可分為置換固溶體和間隙固溶體。

按固溶度不同樣,可分為有限固溶體和無(wú)限固溶體。

按溶質(zhì)原子分布不同樣,可分為無(wú)序固溶體和有序固溶體。

I置換固溶體

（1）置換固溶體：溶質(zhì)原子位于晶格點(diǎn)陣位置的固溶體。

（2）影響置換固溶體溶解度的原因

a原子尺寸原因

原子尺寸差越小,越易形成置換固溶體，且溶解度越大。

△r=（rA-rB）/rA

當(dāng)^r<15%時(shí)，有助于大量互溶。

b晶體構(gòu)造原因

構(gòu)造相似，溶解度大，有也許形成無(wú)限固溶體。

c電負(fù)性原因

電負(fù)性差越小，越易形成固溶體,溶解度越大。

d電子濃度原因

電了濃度c/a越大，溶解度越小。C/H有極限值，與溶劑晶體構(gòu)造有關(guān)。

一價(jià)面心立方金屬為1.36,一價(jià)體心立方金屬為1.48。

（上述四個(gè)原因并非互相獨(dú)立，其統(tǒng)一的理論的是金屬與合金的電子理論。）

2間隙固溶體

（1）影響原因：原子半徑和溶劑構(gòu)造。

（2）溶解度:一般都很小，只能形成有限固溶體。

3固溶體的構(gòu)造

（1）晶格畸變。

（2）偏聚與有序：完全無(wú)序、偏聚、部分有序、完全有序。

4固溶體的性能

固溶體H勺強(qiáng)度和硬度高于純組元,塑性則較低。

（1）固溶強(qiáng)化:由于溶質(zhì)原子H勺溶入而引起H勺強(qiáng)化效應(yīng)。

（2）柯氏氣團(tuán)

（3）有序強(qiáng)化

第二節(jié)金屬間化合物

中間相是由金屬與金屬，或金屬與類金屬元素之間形成的化合物，也稱為金屬間化合物。

1正常價(jià)化合物

（1）形成：電負(fù)性差起重要作用，符合原子價(jià)規(guī)則。

（2）犍型:隨電負(fù)性差的減小，分別形成離子鍵、共價(jià)鍵、金屬健。

（3）構(gòu)成:AB或AB?。

2電子化合物（電子相）

（1）形成：電子濃度起重要作用，不符合原子價(jià)規(guī)則。

<2）鍵型;金屬鍵（金屬-金屬

（3）構(gòu)成：電子濃度對(duì)應(yīng)晶體構(gòu)造，可用化學(xué)式體現(xiàn)，可形成以化合物為基口勺固溶體。

3間隙化合物

（1）形成:尺寸原因起亙要作用。

（2）構(gòu)造

簡(jiǎn)樸間隙化合物（間隙相）：金屬原子展現(xiàn)新構(gòu)造，作金屬原子位于其間隙，構(gòu)造

簡(jiǎn)樸。

復(fù)雜間隙化合物:直要是鐵、鉆、鋁、缽的化合物，構(gòu)造復(fù)雜。

（3）構(gòu)成:可用化學(xué)式體現(xiàn)，可形成固溶體，復(fù)雜間隙化合物口勺金屬元素可被置換。

4拓?fù)涿芏严?/p>

（1）形成:由大小原子的合適配合而形成的高密排構(gòu)造。

（2）構(gòu)成：AB2O

5金屬化合物H勺特性

（1）力學(xué)性能:高硬度、高硬度、低塑性。

（2）物化性能：具有電學(xué)、磁學(xué)、聲學(xué)性質(zhì)等，可用于半導(dǎo)體材料、形狀記憶材料、

儲(chǔ)氫材料等。

第三節(jié)陶瓷晶體相

I陶瓷材料徇介

（1）分類：構(gòu)造陶瓷（運(yùn)用其力學(xué)性能）:強(qiáng)度（葉片、活塞）、韌性（切削刀具）、硬

度（研磨材料）。

功能陶瓷（運(yùn)用其物理性能）

精細(xì)功能陶瓷：導(dǎo)電、氣敏、濕敏、生物、超導(dǎo)陶瓷等。

功能轉(zhuǎn)換陶瓷:壓電、光電、熱電、磁光、聲光陶瓷等。

結(jié)合鍵：離子鍵、共價(jià)鍵。

硅酸鹽陶瓷:重要是離子鍵結(jié)合，含一定比例的共價(jià)鍵?？捎梅肿邮襟w現(xiàn)

其構(gòu)成。

2硅酸鹽陶瓷的構(gòu)造特點(diǎn)與分類

（1）構(gòu)造特點(diǎn)

a結(jié)合鍵與構(gòu)造：重要是離子鍵結(jié)合，含一定比例的共價(jià)鍵。硅位于氧四面體的

間隙。

b每個(gè)氧最多被兩個(gè)多面體共有。氧在兩個(gè)四面體之間充當(dāng)橋梁作用，稱為氧

橋。

（2）構(gòu)造分類

a具有限Si?0團(tuán)日勺硅酸鹽，包括含孤立Si-0團(tuán)和含成對(duì)或環(huán)狀Si-O團(tuán)兩

類。

b鏈狀硅酸鹽：Si-O團(tuán)共頂連接成一維構(gòu)造，又含單鏈和雙鏈兩類。

c層狀硅酸鹽:Si-0團(tuán)底而共頂連接成二維構(gòu)造。

d骨架狀硅酸鹽:Si-O團(tuán)共頂連接成三維構(gòu)造。

第四節(jié)分子相

I基本概念

（1）高分子化合物：由一種或多種化合物聚合而成的相對(duì)分子質(zhì)量很大的化合物。乂

稱聚合物或高聚物。

（2）分類

按相對(duì)分子質(zhì)量:分為低分子聚合物（＜5000）和高分子聚合物（＞5000）。

按構(gòu)成物質(zhì)：分為有機(jī)聚合物和無(wú)機(jī)聚合物。

2化學(xué)構(gòu)成

（以氯乙烯聚合成聚氯乙烯為例）

（1）單體：構(gòu)成高分子化合物的低分子化合物。

（2）鏈節(jié):構(gòu)成大分子的構(gòu)造單元。

（3）聚合度n：大分子鏈中錐節(jié)的反復(fù)次數(shù)。

3高分子化合物的合成

（1）加聚反應(yīng)

a概念:由一種或多種單體互相加成而連接成聚合物的反應(yīng)。（其產(chǎn)物為聚合物）

b構(gòu)成：與單體相似。反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有副產(chǎn)物。

c分類

均聚反應(yīng):由一種單體參與H勺加聚反應(yīng)。

共聚反應(yīng):由兩種或兩種以上單體參與日勺加聚反應(yīng)。

（2）縮聚反應(yīng)

a概念油一種或多種單體互相混合而連接成聚合物，同步析出某種低分子化合

物的反應(yīng)。

b分類

均縮聚反應(yīng):由一種單體參與口勺縮聚反應(yīng)。

共縮聚反應(yīng):由兩種或兩種以上單體參與的縮聚反應(yīng)。

4高分子化合物的分類

（1）按性能與用途:塑科、橡膠、纖維、膠黏劑、涂料等。

（2）按生成反應(yīng)類型：加聚物、縮聚物。

（3）按物質(zhì)的熱行為：熱塑性塑料和熱固性塑料。

5高分子化合物的構(gòu)造

（1）高分子鏈構(gòu)造（鏈內(nèi)構(gòu)造，分子內(nèi)構(gòu)造）

a化學(xué)構(gòu)成

b單體的連接方式

均聚物中單體H勺連接方式：頭一尾連接、頭一頭或尾一尾相連、無(wú)軌連接。

共聚物中單體的連接方式：

無(wú)軌共聚：ABBABBABA

交替共聚:ABABABAB

嵌段共聚:AAAABBAAAABB

接枝共聚：AAAAAAAAAAA

BB

BB

BB

c高分子鏈日勺構(gòu)型（按取代基的位置與排列規(guī)律）

全同立構(gòu)：取代基R所有處在主鏈一側(cè)。

間同立構(gòu)：取代基R相間分布在主鏈兩側(cè)。

無(wú)軌立構(gòu)：取代基R在主鏈兩惻不規(guī)則分布。

d高分子鏈口勺幾何形狀:線型、支化型、體型。

（2）高分子的匯集態(tài)構(gòu)造（鏈間構(gòu)造、分子間構(gòu)造）

無(wú)定形構(gòu)造、部分結(jié)晶構(gòu)造、結(jié)晶型構(gòu)造（示意圖）

6高分子材料H勺構(gòu)造與性能特點(diǎn)

（1）易呈非晶態(tài)。

（2）彈性模量和強(qiáng)度低。

（3）輕易老化。

（4）密度小。

（5）化學(xué)穩(wěn)定性好。

第五節(jié)被貓相

1構(gòu)造：長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序

（1）持續(xù)無(wú)軌網(wǎng)絡(luò)模型。

（2）無(wú)規(guī)密堆模型。

（3）無(wú)軌則線團(tuán)模型。

2性能

（1）各向同性。

（2）無(wú)固定熔點(diǎn)。

（3）高強(qiáng)度、高耐蝕性、高導(dǎo)磁率（金屬）。

生第三章凝固與結(jié)晶

凝固:物質(zhì)從液態(tài)到固態(tài)內(nèi)轉(zhuǎn)變過(guò)程。若凝固后的物質(zhì)為晶體，則稱之為結(jié)晶。

凝固過(guò)程影響后續(xù)工藝性能、使用性能和壽命。

凝固是相變過(guò)程，可為其他相變的研究提供基礎(chǔ)。

第一節(jié)材料結(jié)晶的宓本規(guī)律

I液態(tài)材料的構(gòu)造

構(gòu)造:長(zhǎng)程有序而短程有序。

特點(diǎn)（與固態(tài)相比）:原子間距較大、原子配位數(shù)較小、原子排列較混亂。

2過(guò)冷現(xiàn)象

（1）過(guò)冷:液態(tài)材料在理論結(jié)晶溫度如下仍保持液態(tài)的現(xiàn)象。（見(jiàn)熱分析試驗(yàn)圖）

<2）過(guò)冷度：液體材粘口勺理論結(jié)晶溫度（Tin）與其實(shí)際遍度之差。

△T=Tm-T（見(jiàn)冷卻曲線）

注：過(guò)冷是凝固的必要條件（凝固過(guò)程總是在一定的過(guò)冷度下進(jìn)行）。

3結(jié)晶過(guò)程

（1）結(jié)品H勺基本過(guò)程:形核-長(zhǎng)大。（見(jiàn)示意圖）

（2）描述結(jié)品進(jìn)程的兩個(gè)參數(shù)

形核率：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位體枳液體中形成口勺晶核數(shù)量。用N體現(xiàn)。

氏大速度:晶核生長(zhǎng)過(guò)程中，液固界面在垂直界面方向上單位時(shí)間內(nèi)遷移口勺距離。

用G體現(xiàn)。

第二節(jié)材料結(jié)晶的基本條件

I熱力學(xué)條件

（1）G-T曲線（圖3-4）

a是下降曲線:由G-T函數(shù)的一次導(dǎo)數(shù)（負(fù)）確定。

dG/dT=-S

b是.上凸曲線:由二次導(dǎo)數(shù)（負(fù)）確定。

22

dG/dT=-C17r

c液相曲線斜率不不大于固相:由一次導(dǎo)數(shù)大小確定。

二曲線相交于一點(diǎn),即材料口勺熔點(diǎn)。

（2）熱力學(xué)條件

△Gv=—LniAT/Tm

a△T>0,△GvVO一過(guò)冷是結(jié)晶的必要條件（之一）。

b越大，^Gv越小-過(guò)冷度越大，越有助于結(jié)晶。

c△Gvlf'J絕對(duì)值為凝固過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力。

2構(gòu)造條件

構(gòu)造起伏（相起伏）:液態(tài)材料中出現(xiàn)的短程有序原子集團(tuán)的時(shí)隱時(shí)現(xiàn)現(xiàn)象。是結(jié)晶口勺必

要條件（之二）。

第三節(jié)晶核的形成

均勻形核：新相晶核在遍及母相的整個(gè)體積內(nèi)尢軌則均勻形成。

非均勻形核:新相品核依附丁其他物質(zhì)擇優(yōu)形成。

1均勻形核

（1）晶胚形成時(shí)H勺能量變化

△G=VAGv+oS

z

=（4/3）nPAGv+4nro（圖3-8）

（2）臨界晶核

dAG/dr=0

rk=-2o/AGv

臨界晶核：半徑為rk的晶胚。

（3）臨界過(guò)冷度

rk=-2。Tm/LmAT

臨界過(guò)冷度：形成臨界晶核時(shí)的過(guò)冷度。ATk.

△TkZYTk是結(jié)晶的必要條件。

（4）形核功與能量起伏

△Gk=Sk。/3

臨界形核功:形成臨界品核時(shí)需額外對(duì)形核所做的功。

能量起伏：系統(tǒng)中微小區(qū)域的能量偏離平均能量水平而高下不一的現(xiàn)象。（是結(jié)

晶的必要條件之三】

（5）形核率與過(guò)冷度RJ關(guān)系

N=N,.N2（圖3—11,12）

由于N受Ni.N?兩個(gè)原因控制，形核率與過(guò)冷度之間是呈拋物線的關(guān)系。

2非均勻形核

（1）模型：外來(lái)物質(zhì)為一平面,固相品胚為一球冠。

（2）自由能變化:體現(xiàn)式與均勻形核相似。

（3）臨界形核功

計(jì)算時(shí)運(yùn)用球冠體積、表面積體現(xiàn)式，結(jié)合平衡關(guān)系。1w=。sw+oslcos0計(jì)算

能量變化和臨界形核功。

△Gk#/△Gk=（2-3cos0+cos30）/4

a0=0Ht，△GzL0,雜質(zhì)自身即為晶核：

b180>0>0時(shí)，ZXGk非VZXGk,雜質(zhì)增進(jìn)形核；

c0=l80B'j',AGkr=AGk?雜質(zhì)不起作用。

（4）影響非均勻形核的原因

a過(guò)冷度：（N-ZXT曲線有一卜降過(guò)程）。（圖3—16）

b外來(lái)物質(zhì)表面構(gòu)造：。越小越有利。點(diǎn)陣匹配原理：構(gòu)造相似，點(diǎn)陣常數(shù)相近。

c外來(lái)物質(zhì)表面形貌：表面下凹有利。（圖3—17）

第四節(jié)晶核口勺長(zhǎng)大

I品核長(zhǎng)大日勺條件

（1）動(dòng)態(tài)過(guò)冷

動(dòng)態(tài)過(guò)冷度：晶核長(zhǎng)大所需日勺界面過(guò)冷度。（是材料凝固H勺必要條件）

（2）足夠日勺溫度

（3）合適口勺晶核表面構(gòu)造。

2液固界面微構(gòu)造與晶體長(zhǎng)大機(jī)制

粗糙界面（微觀粗糙、宏觀平整-金屬或合金歷來(lái)可的界面）：垂直長(zhǎng)大。

光滑界面（微觀光滑、宏觀粗糙一無(wú)機(jī)化合物或亞金屬材料H勺界面）：二維晶核長(zhǎng)大、

依托缺陷長(zhǎng)大。

3液體中溫度梯度與晶體的長(zhǎng)大形態(tài)

（1）正溫度梯度（液體中距液固界面越遠(yuǎn)，溫度越高）

粗糙界面:平面狀。

光滑界面:臺(tái)階狀。

（2）負(fù)溫度梯度（液體中距液固界面越遠(yuǎn)，溫度越低）

粗糙界面:樹枝狀。

光滑界面：樹枝狀?臺(tái)階狀。

第五節(jié)凝固理論的應(yīng)用

1材料鑄態(tài)晶粒度的控制

Zv=0.9（N/G）3/4

（1）提高過(guò)冷度。減少澆鑄溫度，提高散熱導(dǎo)熱能力,合用于小件。

（2）化學(xué)變質(zhì)處理。增進(jìn)異質(zhì)形核，阻礙晶粒長(zhǎng)大。

（3）振動(dòng)和攪拌。輸入能力，破碎枝品。

2單品體到額制備

（1）基本原理:保證一種晶核形成并長(zhǎng)大。

（2）制備措施：尖端形核法和垂直提拉法。

3定向凝固技術(shù)

（1）原理：?jiǎn)畏较蛏岖@得柱狀晶。

（2）制備措施。

4急冷凝固技術(shù)

（1）非品金屬與合金

（2）微品合金。

（3）準(zhǔn)品合金。

S第四章二元相圖

相：（概念回憶）

相圖:描述系統(tǒng)的狀態(tài)、溫度、壓力及成分之間關(guān)系的圖解。

二元相圖：

第一節(jié)相圖a勺基本知識(shí)

1相律

（1）相律:熱力學(xué)平衡條件下，系統(tǒng)H勺組元數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間的關(guān)系。

（2）體現(xiàn)式：f=c-p+2;壓力一定期,f=c-p+l。

<3）應(yīng)用

可確定系統(tǒng)中也許存在的最多平衡相數(shù)。如單元系2個(gè)，二元系3個(gè)。

可以解釋純金屬與二元合金的結(jié)晶差異。純金屬結(jié)晶恒溫進(jìn)行，二元合金變溫進(jìn)

行。

2相圖的體現(xiàn)與建立

（1）狀態(tài)與成分體現(xiàn)法

狀態(tài)體現(xiàn)：溫度一成分坐標(biāo)系。坐標(biāo)系中的點(diǎn)-表象點(diǎn)。

成分體現(xiàn):質(zhì)量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)。

（2）相圖口勺建立

措施:試驗(yàn)法和計(jì)算法。

過(guò)程:配制合金?測(cè)冷卻曲線-確定轉(zhuǎn)變溫度?填入坐標(biāo)一繪出曲線。

相圖構(gòu)造:兩點(diǎn)、兩線、三區(qū)。

3杠桿定律

（1）平衡相成分確實(shí)定（根據(jù)相率，若溫度一定，則自由度為0,平衡相成分隨之確

定。）

（2）數(shù)值確定:直接測(cè)導(dǎo)計(jì)算或投影到成分軸測(cè)量計(jì)算。

（3）注意：只合用于兩相區(qū)；三點(diǎn)（支點(diǎn)和端點(diǎn)）要選準(zhǔn)。

第二節(jié)二元?jiǎng)蚓鄨D

1勻晶相似及其分析

（1）勻品轉(zhuǎn)變:由液相直接結(jié)晶出單相固溶體H勺轉(zhuǎn)變。

（2）勻品相圖：具有勻品轉(zhuǎn)變特性的相圖。

（3）相圖分析（以Cu-Ni相圖為例）

兩點(diǎn)：純組元的烯點(diǎn)；

兩線:L,S相線：

三區(qū):L,QL+uo

2固溶體合金H勺平衡結(jié)晶

（1）平衡結(jié)晶：每個(gè)時(shí)刻都能抵達(dá)平衡的結(jié)晶過(guò)程。

（2）平衡結(jié)晶過(guò)程分析

①冷卻曲線：溫度一時(shí)間曲線；

②相（組織）與相變（各溫區(qū)相口勺類型、相變反應(yīng)式，杠桿定律應(yīng)用。）；

③組織示意圖；

④成分均勻化：每時(shí)刻結(jié)晶出的固溶體的成分不同樣。

（3）與純金屬結(jié)晶的比較

①相似點(diǎn)；基本過(guò)程:形核-長(zhǎng)大；

熱力學(xué)條件：/TX）;

能量條件：能量起伏；

構(gòu)造條件：構(gòu)造起伏。

②不同樣點(diǎn):合金在一種溫度范圍內(nèi)結(jié)晶（也許性：相率分析,必要性：成分均

勻化。）

合金結(jié)晶是選分結(jié)晶：需成分起伏。

3固溶體的不平衡結(jié)晶

（1）原因：冷速快（假設(shè)液相成分均勻、固相成分不均勻）。

（2）結(jié)晶過(guò)程特點(diǎn)：固相成分按平均成分線變化（但每一時(shí)刻符合相圖）；

結(jié)晶的溫度范圍增大：

組織多為樹枝狀。

（3）成分偏機(jī):晶內(nèi)偏樹：一種晶粒內(nèi)部化學(xué)成分小均變現(xiàn)象。

枝晶偏析：樹枝晶的枝干和枝間化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。

（消除:擴(kuò)散退火，在低于固相線溫度長(zhǎng)時(shí)間保溫。）

4穩(wěn)態(tài)凝固時(shí)的溶質(zhì)分布

（1）穩(wěn)態(tài)凝固:從液固界面輸出溶質(zhì)速度等于溶質(zhì)從邊界層擴(kuò)散出去速度的凝固過(guò)程。

（2）平衡分派系數(shù)：在一定溫度下，固、液兩平衡相中溶質(zhì)濃度的比值。

=

koCS/CI

（3）溶質(zhì)分布:液、固相內(nèi)溶質(zhì)完全混合（平衡凝固）-a：

固相不混合、液相完全混合-b：

固相不混合、液相完全不混合-c;

固相不混合、液相部分混合一心

（4）區(qū)域熔煉（上述溶質(zhì)分布規(guī)律的應(yīng)用）

5成分過(guò)冷及其對(duì)晶體生長(zhǎng)形態(tài)的影響

（1）成分過(guò)冷：由成分變化與實(shí)際溫度分布共同決定的過(guò)冷。

（2）形成：界面溶質(zhì)濃度從高到低-液相線溫度從低到高。

（圖示:溶質(zhì)分布曲線-勻晶相圖-液相線溫度分布曲線-實(shí)際溫度分布曲

線-成分過(guò)冷區(qū)。）

（3）成分過(guò)冷形成口勺條件和影響原因

條件:G/RVmC（）（l-ku）/Dk。

合金固有參數(shù)：m,ko；

試驗(yàn)可控參數(shù)：G.Ro

（4）成分過(guò)冷對(duì)生長(zhǎng)形態(tài)I向影響

（正溫度梯度下）G越大，成分過(guò)冷越大一生長(zhǎng)形態(tài):平面狀-胞狀-樹枝狀。

第三節(jié)二元共晶相圖及合金凝固

共晶轉(zhuǎn)變:由一定成分的液相似時(shí)結(jié)晶出兩個(gè)一定成分固相口勺轉(zhuǎn)變。

共品相圖:具有共品轉(zhuǎn)變特性的相圖。

（液態(tài)無(wú)限互溶、固態(tài)有限互溶或完全不溶，旦發(fā)生.共晶反應(yīng)。

共晶組織:共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物C（是兩相混合物）

1相圖分析（相圖三要素）

（1）點(diǎn)：純組元熔點(diǎn);最大溶解度點(diǎn);共晶點(diǎn)（是亞共晶、過(guò)共晶成分分界點(diǎn)）等。

<2）線：結(jié)晶開(kāi)始、結(jié)束線;溶解度曲線;共晶線等。

（3）區(qū):3個(gè)單相區(qū);3個(gè)兩相區(qū)；1個(gè)三相區(qū)。

2合金的平衡結(jié)晶及其組織（以Pb-Sn相圖為例）

（1）Wsn<19%的合金

①凝固過(guò)程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。

②二次相（次生相）的生成：脫溶轉(zhuǎn)變（二次析出或二次再結(jié)晶）。

③室溫組織（。+Bu）及其相對(duì)量計(jì)算。

（2）共晶合金

①凝固過(guò)程（冷卻曲線、相變、組織示意圖）。

②共晶線上兩相的相對(duì)量計(jì)算。

③室溫組織（a+B+a“+Bu）及其相時(shí)量計(jì)算。

（3）亞共晶合金

①凝固過(guò)程（冷去］曲線、相變、組織示意圖）。

②共品線上兩相的相對(duì)量計(jì)第。

③室溫組織（。+Bd（a+B））及其相對(duì)量計(jì)算。

④組織構(gòu)成物與組織圖

組織構(gòu)成物：構(gòu)成材料顯微組織的各個(gè)不同樣本質(zhì)和形態(tài)口勺部分。

組織圖：用組織構(gòu)成物填寫的相圖。

3不平衡結(jié)晶及其組織

（1）偽共品

①偽共品：由非共品成分的合金所得到的完全共品組織。

②形成原因：不平衡結(jié)晶。成分位于共晶點(diǎn)附近.

③不平衡組織

由非共晶成分的合金得到的完全共晶組織。

共晶成分的合金得到的亞、過(guò)共晶組織。（偽共晶區(qū)偏移）

（2）不平衡共晶

①不平衡共品:位于共晶線以外成分的合金發(fā)生共品反應(yīng)而形成的組織。

②原因：不平衡結(jié)晶。成分位于共品線以外端點(diǎn)附件。

（3）離異共品

①離異共晶：兩相分離的共晶組織。

②形成原因

平衡條件下，成分位于共晶線上兩端點(diǎn)附近。

不平衡條件成分位于共晶線外兩端點(diǎn)附。

③消除：擴(kuò)散退火。

4共品組織的形成

（1）共品體的形成

成分互惠-交替形核片間搭橋一增進(jìn)生長(zhǎng)

一

兩相交替分布

共晶組織

（2）共晶體的形態(tài)

粗糙一粗糙界面:層片一狀（一般狀況）、棒狀、纖維狀（一相數(shù)量明顯少于另一相）

粗糙一平滑界面：具有不規(guī)則或復(fù)雜組織形態(tài)（由于兩相微觀構(gòu)造不同樣）

所需動(dòng)態(tài)過(guò)冷度不同樣，金屬相任意長(zhǎng)大，另一相在其間隙長(zhǎng)大?？傻?/p>

到球狀、針狀、花朵狀、樹枝狀共晶體。

非金屬相與液相成分差異大。形成較大成分過(guò)冷，率先長(zhǎng)大，形成針狀、骨

骼狀、螺旋狀、蜘蛛網(wǎng)狀口勺共晶體。

（3）初生晶的形態(tài)：

金屬固溶體:粗糙界面一樹枝狀：非金屬相:平滑界面一規(guī)則多面體。

第四節(jié)二元包晶相圖

包品轉(zhuǎn)變:由一種特定成分的固相和液相生成另一種特點(diǎn)成分固相的轉(zhuǎn)變。

包品相圖：具有包品轉(zhuǎn)變特性的相圖。

1相圖分析

點(diǎn)、線、區(qū)。

2平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織

（1）包晶合金的結(jié)晶

結(jié)晶過(guò)程:包晶線如下，L,a對(duì)8過(guò)飽和-界面生成B—三相間存在濃度梯度-擴(kuò)

散一B長(zhǎng)大-所有轉(zhuǎn)變?yōu)锽。

室溫組織：B或6+a

（2）成分在C-D之間合金的結(jié)晶

結(jié)晶過(guò)程：。剩余；

室溫組織：a+B-an+b-

3不平衡結(jié)晶及其組織

異常a相導(dǎo)致包晶偏析〔包晶轉(zhuǎn)變要經(jīng)R擴(kuò)散。包晶偏析:因包晶轉(zhuǎn)變不能充足進(jìn)行而

導(dǎo)致的成分不均勻現(xiàn)象。J

異常B相由不平衡包品轉(zhuǎn)變引起。成分在靠近固相、包晶線以外端點(diǎn)附件?。

4包品轉(zhuǎn)變的應(yīng)用

（1）組織設(shè)計(jì)：如軸承合金需要H勺軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)的組織。

（2）晶粒細(xì)化。

第五節(jié)其他類型D勺二元相圖

自學(xué)內(nèi)容

第六節(jié)鐵碳合金相圖

一二元相圖H勺分析和使用

（1）二元相圖中H勺幾何規(guī)律

①相鄰相區(qū)的相數(shù)差】（點(diǎn)接觸除外）一相區(qū)接觸法則；

②三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點(diǎn)是平衡相的成分點(diǎn)。

③若兩個(gè)三相區(qū)中有2個(gè)相似的相，則兩水平線之間必是由這兩相構(gòu)成的兩相區(qū)。

④單相區(qū)邊界線口勺延長(zhǎng)線應(yīng)進(jìn)入相鄰口勺兩相區(qū)。

（2）相圖分析環(huán)節(jié)

①以穩(wěn)定的化合物分割相圖；

②確定各點(diǎn)、線、區(qū)的意義：

③分析詳細(xì)合金的結(jié)晶過(guò)程及其組織變化

注：虛線、點(diǎn)劃線的意義一尚未精確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn)變線、有序一無(wú)序轉(zhuǎn)變線。

（3）相圖與合金性能的關(guān)系

①根據(jù)相圖判斷材糕H勺力學(xué)和物理性能

②根據(jù)相圖判斷材型明工藝性能

鑄造性能:根據(jù)液固相線之間的距離X

X越大，成分偏析越嚴(yán)重(由于液固相成分差異大)；

X越大，流動(dòng)性越差(由于枝晶發(fā)達(dá))；

X越大,熱裂傾向越大(由于液固兩相共存的溫區(qū)大)。

塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區(qū)的合金。

熱處理性能:選擇具有固態(tài)相變或固溶度變化的合金。

二鐵一碳合金相圖

1組元和相

⑴組元:鐵-石墨相圖：Fe.C;

鐵一滲碳體相圖:Fe-FesC。

相:L,5,A(y),F(a),Fe3c(K)。(其定義)

2相圖分析

點(diǎn)：16個(gè)。

線:兩條磁性轉(zhuǎn)變線；二條等溫轉(zhuǎn)變線;其他二條線：GS,ES,PQc

區(qū):5個(gè)單相區(qū)，7個(gè)兩相區(qū),3個(gè)三相區(qū)。

相圖標(biāo)注:相構(gòu)成物標(biāo)注的相圖。

組織構(gòu)成物標(biāo)注H勺相圖。

3合金分類:工業(yè)純鈦(C%<0.0218%)、碳鋼(0.0218vC%v2.11%)、鑄鐵

(C%>2.11%)

4平衡結(jié)晶過(guò)程及其組織

(1)經(jīng)典合金(7種)的平衡結(jié)晶過(guò)程、組織變化、室溫組織及其相對(duì)量計(jì)算。

（2）里要問(wèn)題:FejCi,Fe3Cn,Fe3。肩向意義及其最大含量計(jì)算。

Ld-Lf轉(zhuǎn)變。

二次杠桿的應(yīng)用。

5含碳量對(duì)平衡組織和性能的影響

（1）對(duì)平衡組織日勺影響（隨C%提高）

組織：a+Fe3Cin------>Ld'+FcaCi:

相：a減少，F(xiàn)e3c增多：

Fe3c形態(tài)：Fe3c薄網(wǎng)狀、點(diǎn)狀））匚析￡e?C（層片狀）Fe3cli（網(wǎng)咨）共

晶Fe3c（基體）Fe3cl（粗大片狀）。

（2）對(duì)力學(xué)性能H勺影響

強(qiáng)度、硬度升高，塑韌性下降。

（3）對(duì)工藝性能H勺影響

適合鑄造:C%<211%,可得到單相組織。

適合鑄造：C%?4.3%。，流動(dòng)性好。

適合冷塑變：C%<0.25%,變形阻力小。

適合熱處理:0.0218-2.II,有固態(tài)相變。

第七節(jié)相圖的熱力學(xué)解釋

圖示講解

第八節(jié)鑄錠組織及其控制

1鑄錠組織

（1）鑄錠三區(qū)：表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)。

（2）組織控制：受澆鑄溫度、冷卻速度、化學(xué)成分、變質(zhì)處理、機(jī)械振動(dòng)與攪拌等

原因影響。

2鑄錠缺陷

（1）微觀偏析

（2）宏觀偏析

正偏析

反偏析

比重偏析

（3）夾雜與氣孔

夾雜：外來(lái)夾雜和內(nèi)生夾雜。

氣孔：析出型和反應(yīng)型。

（4）縮孔和疏松

形成：凝固時(shí)體積縮小-補(bǔ)縮局限性-形成縮孔。

分類：集中縮孔（縮孔、縮管）和分散縮孔（疏松，枝晶骨架相遇，封閉液體，導(dǎo)致

補(bǔ)縮困難形成。）

金第五章三元相圖

第一節(jié)總論

I三元相圖的重要特點(diǎn)

（i）是立體圖形，重要由曲面構(gòu)成：

（2）可發(fā)生四相平衡轉(zhuǎn)變；

（3）一、二、三相區(qū)為一空間。

2成分體現(xiàn)法-成分三角形（等邊、等腰、直角三角形）

（1）已知點(diǎn)確定成分;

（2）已知成分確定點(diǎn)。

3成分三角形中特殊H勺點(diǎn)和線

（1）三個(gè)頂點(diǎn):代表三人純組元；

（2）三個(gè)邊上的點(diǎn)：二元系合金的成分點(diǎn)；

（3）平行于某條邊的直線:其上合金所含由此邊對(duì)應(yīng)頂由所代表的組元的含量一定。

（4）通過(guò)某頂點(diǎn)的直線：其上臺(tái)金所含由另兩個(gè)頂點(diǎn)所代表的兩組元的比值恒定。

4平衡轉(zhuǎn)變H勺類型

（1洪晶轉(zhuǎn)變:LcT_寫i+Bb+yc：

（2）包晶轉(zhuǎn)變：Lo+aa+BbT—

（3）包共品轉(zhuǎn)變：Lo+aaT3b+yc;