郑大《材料科学基础》总复习

《材料科学基础》总复习

第一章 材料的结构与键合

一、相关概念和术语

1、金属键、离子键、共价键、分子键、氢键 2、单体、链节、缩聚、共聚

3、构型、旋光异构、全同立构、间同立构、无规立构、几何异构 4、构象、柔性 5、组织、相 6、稳态、亚稳态 二、基本问题

原子间的结合键对材料性能的影响 三、本章重点和难点

用金属键的特征解释金属材料的性能------①正的电阻温度系数；②良好的延展性；③良好的导电、导热性；④具有金属光泽

第二章 固体结构

一、需掌握的概念和术语：

1. 晶体与非晶体

2. 空间点阵、晶格、晶胞、晶系（七个），布拉菲点阵（14种） 3. 晶面指数、晶向指数、晶面间距

4. 各向同性与各向异性；同素异构转变（重结晶）

5. 三种典型晶体结构的特征（包括：晶胞形状、晶格常数、晶胞

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原子数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排面（滑移面）和最密排方向的指数与个数，滑移系数目等）。

6. 多晶体与单晶体、晶粒、晶界； 二、几个常用的公式

1. 指数相同的晶向和晶面必然垂直。如[111]⊥(111)

2. 当一晶向[uvw]位于或平行某一晶面（hkl）时，则 必然满足：h·u+k·v+l·w=0 3. 晶面间距：d(hkl)的求法： (1) 立方晶系：d(hkl)ahkl222

(2) 正交晶系：d(hkl)1hklabc1222

(3) 六方晶系：d(hkl)4(hhkk)l3a2c222

(4) 四方晶系：d(hkl)1(hk)/a(l/c)2222

以上公式仅适用于简单晶胞，复杂要考虑其晶面层数的增加。 4．补充：在立方晶系中

①两个晶向[u1v1w1]与[u2v2w2]的夹角为α，则有：

cosu1u2v1v2w1w2uvwuvw212121222222

②两晶面（h1k1l1）与(h2k2l2)的夹角为α，则有：

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cosh1h2k1k2l1l2hklhkl212121222222

③两晶面（h1k1l1）与(h2k2l2)交线的晶向指数[u、v、w]，可按：

uk1l2l1k2vl1h2h1l2 whkkh1212④ 两晶向[u1v1w1]与[u2v2w2]，它们所决定的晶面指数（hkl）为：

hv1w2w1v2kw1u2u1w2 luvvu1212三、本章重点及难点：

1、 晶面指数、晶向指数、晶面间距

2、 三种典型晶体结构的特征（包括：晶胞形状、晶格常数、晶

胞原子数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排面（滑移面）和最密排方向的指数与个数，滑移系数目等）。

3、相、组织、固溶体的分类

第三章 晶体缺陷

一、需掌握的概念和术语：

1、点缺陷、Schottky空位、Frenkel空位、间隙原子、置换原子 2、线缺陷、刃型位错、螺型位错、混合型位错 3、柏氏矢量

4、位错运动、滑移、（双）交滑移、攀移、交割、割阶、扭折、塞积

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5、位错应力场、应变能、线张力、作用在位错上的力

6、位错密度、位错源、位错生成、位错增殖、位错分解与合成、位错反应

7、全位错、不全位错、堆垛层错

8、面缺陷、表面、界面、界面能、晶界、相界 二、本章重点及难点：

1、点缺陷的平衡浓度公式

2、位错类型的判断及其特征、柏氏矢量b的特征，

3、位错源、位错的增殖（F-R源、双交滑移机制等）和运动、交割

4、关于位错的应力场、位错的应变能、线张力等可作为一般了解 5、晶界的特性（大、小角度晶界）、孪晶界、相界的类型

第四章 固体原子及分子的运动

一、需掌握的概念和术语：

1. 扩散的方程（菲克第一、二定律）、稳态、非稳态扩散、扩散通量

2. 空位、间隙、换位、晶界扩散机制 3. 扩散的驱动力；

4. 自扩散、互（异）扩散；上坡、下坡扩散；原子、反应扩散； 5. 固态金属扩散的条件。

6. Kirkendall效应、激活能、跃迁、无规行走（醉步） 7. 扩散系数、影响扩散的因素 二、本章重点及难点

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1、扩散方程的应用，如：渗碳等； 2、固态金属扩散的条件及影响扩散的因素

第五章 材料的形变和再结晶

一、需掌握的概念和术语：

1. 弹性变形、塑性变形、材料应力—应变曲线所对应的强度指标； 2. 塑性变形的实质、方式——滑移、孪生； 3. 滑移带、滑移线、滑移系、多滑移、交滑移； 4. 软（硬）位向，临界分切应力

5. 固溶强化、细晶（晶界）强化、弥散（沉淀）强化、形变强化（加工硬化）

6. 纤维组织、形变织构、带状组织、残余应力

6. 回复（低、中、高温）、再结晶（动、静态的），晶粒长大； 7. 再结晶温度及影响因素、临界变形度、二次再结晶。 8. 冷、热加工 二、本章重点和难点：

1. 位错理论在解释各类塑性变形等问题的应用。 如：①为何理论临界应力>>实际测量的值。

②各种强化机理（如：固溶强化、细晶（晶界）强化、弥散

（沉淀）强化、形变强化（加工硬化）等）

2. 再结晶温度及影响因素

3. 回复、再结晶、晶粒长大和二次再结晶的驱动力 4. 结晶、重结晶、再结晶和二次再结晶的区别 5. 去应力退火与再结晶退火工艺的制定与应用

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6. 冷、热加工处理后对材料组织结构和性能的影响

第六章 单组元相图及纯晶体的凝固

一、需掌握的概念和术语：

① 凝固与结晶、相、固态相变、组元、系、相图 ② 相平衡、相律及应用

③ 结晶的热力学、动力学、能量和结构条件； ④ 过冷度（临界、动态）过冷度； ⑤ 均匀与非均匀形核；

⑥ 晶胚、晶核、临界晶核半径、临界形核功；（要会自己进行推导、计算，无论均匀与否）

⑥光滑（粗糙）界面；正、负温度梯度；平面与树枝长大。 ⑦形核率及影响因素、变质处理（孕育处理） ⑧铸锭的三个晶区及形成原因，如何控制。 二、相关公式书上均有，要记住。 三、本章重点和难点：

1. 均匀形核与非均匀形核有何异同点。

2. 影响非均匀形核时，接触角θ的因素有哪些？选择什么样的异相质点可以大大促进结晶过程。

3. 晶体长大机制可略看。

4. 界面的生长形态与L/S前沿的温度梯度有何关系？

7. 能用结晶理论说明实际生产问题。如：变质处理和其它细化晶粒的工艺；单晶的制取和定向凝固技术。（略看）

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第七章 二元系相图及其合金的凝固

一、需掌握的概念和术语：

1、合金、相、组织（显微）

2、固溶体、化合物、间隙（置换）固溶体、有（元）序固溶体、有（元）限固溶体、间隙相[各类金属间化合物略看] 3、二元匀晶、共晶、包晶相图、二元共晶、包晶、共析反应 4、平衡结晶组织、伪共晶、离异共晶、晶内（枝晶）偏析 5、杠杆定律

6、共晶体、共析体；共晶、亚（过）共晶合金 7、成分过冷、平衡分配系数k。 8、相图与组织结构和性能的关系 9、Fe-Fe3C相图中的相与组织 10、铸锭的组织及缺陷 二、本章重点和难点：

1. 会利用相律来判断相图的正确与否。 2. 会进行二元合金平衡组织的分析。

3. 利用杠杆定律计算：相组成物与组织组成物的百分含量。 4. 明确合金结晶过程与纯金属结晶过程的异同点。 5. 根据相图来判断合金的性能。 6. 固溶体与金属化合物的性能特点。 7. 固溶强化及其机理

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8. Fe-Fe3C相图

三、对于Fe-Fe3C相图特别要求：

1. 非常熟练能会画出（包括：点、线、区、温度等） 2. 纯铁的同素异构转变 FeFeFe 3. A、F、Fe3C、P、Ld的组成及性能特征

4. 工业纯铁、（亚、过）共析钢、（亚、过）共晶白口铁平衡结晶过程分析

2. 任意温度两相区的相组成物、组织组成物的计算，（正、反均可） 3. 结合实验会给出各类Fe-Fe3C合金的室温显微组织。（包括：放大倍数、腐蚀剂）

4. 碳钢中的碳及杂质元素含量对Fe-C合金性能的影响

第八章 三元合金相图

一、需掌握的概念和术语

1、成分三角形、直线法则、重心法则、杠杆定律 2、蝴蝶形规律、等温截面、变温截面、投影图 3、三元匀晶、三元简单共晶、三元复杂共晶相图 二、本章重点和难点：

1. 结晶过程分析

2. 温度水平截面和垂直变温截面的认识。

3. 投影图要熟悉、根据投影图会分析三元简单共晶、三元复杂共晶相图结晶过程、画出任意温度的水平截面和图内任意直线的垂直变温截面

4. 直线法则、重心法则、杠杆定律的应用。

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5. 三元相图的分析、相区接触法则（规律式）

考试题目大概类型

一、 名词区别(约15分)

置换固溶体与间隙固溶体 相组成物与组织组成物 二、 简答题(约25分)

塑性变形对金属组织和性能有哪些影响？ 三、 作图、证明、计算题（约30分）

估算金属W（熔点3380C），Fe（熔点1334C）和Cu（熔点1083C）的再结晶温度范围。 四、 综合题（约30分）

方形晶体中有两根刃型位错线如图所示，⑴当周围晶体中：①空位多于平衡值；②空位少于平衡值；③间隙原子多于平衡值；④间隙原子少于平衡值时，位错分别易于向什么方向攀移？⑵加上什么样的外力，才能使这两根位错线通过纯攀移而相互靠拢？

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