材料科學基礎復習資料

1、1 .晶界偏聚：由于晶內與晶界上的畸變能差別或由于空位的存在使得溶質原子或雜質原子在晶界上的富集現(xiàn)象2 .科垂爾氣團：溶質原子在刃型位錯周圍的聚集的現(xiàn)象，這種氣團可以阻礙位錯運動，產生固溶強化效應等結果3 .反應擴散：伴隨有化學反應而形成新相的擴散稱為反應擴散，如從金屬表面向內部滲入金屬時，滲入元素濃度超過溶解度出現(xiàn)新相4 .變形織構：經(jīng)過塑性變形后原來多晶體中位向不同的晶粒變成取向基本一致，形成晶粒的擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向后的晶體結構為織構，若織構是在塑性變形中產生的，稱為變形織構5 .割階和扭折：位錯運動過程中與其它位錯交截后形成一定的位錯交截折線，若交截后的位錯折線在原來位錯的滑移面上，此位

2、錯折線稱為扭折，若交截后的位錯折線垂直于原來位錯的滑移面，此位錯折線稱為割階6 .冷加工與熱加工：通常根據(jù)金屬材料的再結晶溫度來加以區(qū)分，在再結晶溫度以上的加工稱為熱加工，低于再結晶溫度又是室溫下的加工稱為冷加工7 .面角位錯：在位錯反應中，fcc晶體中不同滑移面上的全位錯分解為不全位錯后，領先不全位錯反應生成新的不可動位錯，導致出現(xiàn)的三個不全位錯之間夾雜兩個層錯的不可動位錯組態(tài)；8 .變形織構：多晶體中位向不同的晶粒經(jīng)過塑性變形后晶粒取向變成大體一致，形成晶粒的擇優(yōu)取向，擇優(yōu)取向后的晶體結構稱為變形織構，織構在變形中產生，稱為變形織構；9 .再結晶織構是具有變形織構的金屬經(jīng)過再結晶退火后出現(xiàn)

3、的織構，位向于原變形織構可能相同或不同，但常與原織構有一定位向關系。10 .再結晶全圖：表示冷變形程度、退火溫度與再結晶后晶粒大小的關系（保溫時間一定）的圖。11 .帶狀組織：多相合金中的各個相在熱加工中可能沿著變形方向形成的交替排列稱為帶狀組織；12 .加工流線：金屬內部的少量夾雜物在熱加工中順著金屬流動的方向伸長和分布，形成一道一道的細線；13 .動態(tài)再結晶：低層錯能金屬由于開展位錯寬，位錯難于運動而通過動態(tài)回復軟化，金屬在熱加工中由溫度和外力聯(lián)合作用發(fā)生的再結晶稱為動態(tài)再結晶。14 .臨界變形度：再結晶后的晶粒大小與冷變形時的變形程度有一定關系，在某個變形程度時再結晶后得到的晶粒特別粗大

4、，對應的冷變形程度稱為臨界變形度。二次再結晶：某些金屬材料經(jīng)過嚴重變形后在較高溫度下退火時少數(shù)幾個晶粒優(yōu)先長大成為特別粗大的晶粒，周圍較細的晶粒逐漸被吞掉的反常長大情況。15 .退火攣晶：某些面心立方金屬和合金經(jīng)過加工和再結晶退火后出現(xiàn)的攣晶組織16 .堆垛層錯：密排晶體結構中整層密排面上原子發(fā)生滑移錯排而形成的一種晶體缺陷17 .弗蘭克-瑞德位錯源：兩個結點被釘扎的位錯線段在外力的作用下不斷彎曲弓出后，互相鄰近的位錯線抵消后產生新位錯，原被釘扎錯位線段恢復到原狀，不斷重復產生新位錯的，這個不斷產生新位錯、被釘扎的位錯線即為弗蘭克-瑞德位錯源18 .Orowan機制：合金相中與基體非共格的較硬

5、第二相粒子與位錯線作用時不變形，位錯繞過粒子，在粒子周圍留下一個位錯環(huán)使材料得到強化的機制19 .鈴木氣團：溶質原子在層錯區(qū)偏聚，由于形成化學交互作用使金屬強度升高20 .多邊形化：連續(xù)彎曲的單晶體中由于在加熱中通過位錯的滑移和攀移運動，形成規(guī)律的位錯壁，成為小角度傾斜晶界，單晶體因而變成多邊形的過程21 .空位平衡濃度：金屬晶體中，空位是熱力學穩(wěn)定的晶體缺陷，在一定的空位下對應一定的空位濃度，通常用金屬晶體中空位總數(shù)與結點總數(shù)的比值來表示。22 .位錯：晶體中的一種原子排列不規(guī)則的缺陷，它在某一個方向上的尺寸很大，另兩個方向上尺寸很小。23 .柏氏回路：確定柏氏族矢量的過程中圍繞位錯線作的一

6、個閉合回路，回路的每一步均移動一個原子間距，使起點與終點重合。24 .25 .P-N力：周期點陣中移動單個位錯時，克服位錯移動阻力所需的臨界切應力26 .擴展位錯：兩個不全位錯之間夾有層錯的位錯組態(tài)27 .堆垛層錯：密排晶體結構中整層密排面上原子發(fā)生滑移錯排而形成的一種晶體缺陷。28 .弗蘭克-瑞德位錯源：兩個結點被釘扎的位錯線段在外力的作用下不斷彎曲弓出后，互相鄰近的位錯線抵消后產生新位錯，原被釘扎錯位線段恢復到原狀，不斷重復產生新位錯的，這個不斷產生新位錯、被釘扎的位錯線即為弗蘭克-瑞德位錯源。29 .Orowan機制：合金相中與基體非共格的較硬第二相粒子與位錯線作用時不變形，位錯繞過粒子

7、，在粒子周圍留下一個位錯環(huán)使材料得到強化的機制。30 .科垂爾氣團：圍繞刃型位錯形成的溶質原子聚集物，通常阻礙位錯運動，產生固溶強化效果。31 .鈴木氣團：溶質原子在層錯區(qū)偏聚，由于形成化學交互作用使金屬強度升高。32 .面角位錯：在fcc晶體中形成于兩個111面的夾角上，由三個不全位錯和兩個層錯構成的不能運動的位錯組態(tài)。33 .多邊形化：連續(xù)彎曲的單晶體中由于在加熱中通過位錯的滑移和攀移運動，形成規(guī)律的位錯壁，成為小角度傾斜晶界，單晶體因而變成多邊形的過程。34 .固溶強化：固溶體中的溶質原子溶入基體金屬后使合金變形抗力提高，應力-應變曲線升高，塑性下降的現(xiàn)象35 .應變時效：具有屈服現(xiàn)象的

8、金屬材料在受到拉伸等變形發(fā)生屈服后，在室溫停留或低溫加熱后重新拉伸又出現(xiàn)屈服效應的情況；36 .攣生：金屬塑性變形的重要方式。晶體在切應力作用下一部分晶體沿著一定的晶面（攣晶面）和一定的晶向（攣生方向）相對于另外一部分晶體作均勻的切變，使相鄰兩部分的晶體取向不同，以攣晶面為對稱面形成鏡像對稱，攣晶面的兩邊的晶體部分稱為攣晶。形成攣晶的過程稱為攣生；37 .臨界分切應力：金屬晶體在變形中受到外力使某個滑移系啟動發(fā)生滑移的最小分切應力38 .臨界變形度：再結晶后的晶粒大小與冷變形時的變形程度有一定關系，在某個變形程度時再結晶后得到的晶粒特別粗大，對應的冷變形程度稱為臨界變形度39 .二次再結晶：某

9、些金屬材料經(jīng)過嚴重變形后在較高溫度下退火時少數(shù)幾個晶粒優(yōu)先長大成為特別粗大的晶粒，周圍較細的晶粒逐漸被吞掉的反常長大情況40 .1 .判斷某個位錯反應在面心立方晶體中能否進行？若兩個擴展位錯的領先位錯發(fā)生上述反應，會對面心立方金屬性能有何影響。參考答案：參照幾何條件和能量條件要求，位錯反應可以進行；反應后位錯不可動，影響晶體的加工硬化機制和斷裂性能2 .試述針對工業(yè)純鋁、Al5%Cu合金、Al5%Al2O3復合材料分別可能采用那些主要的強化機制來進行強化。參考答案：對工業(yè)純鋁主要的強化機制為加工硬化、細晶強化；Al5%Cu合金的強化機制為固溶強化、沉淀強化、加工硬化、細晶強化；Al5%Al2O

10、3復合材料的強化機制為加工硬化、細晶強化、彌散強化3 .低層錯能的工業(yè)名銅鑄錠采用T=0.5T熔點溫度熱加工開坯軋制。（1）畫出該材料分別在高、低應變速率下熱加工時的真應力一真應變曲線示意圖，并說明影響曲線變化的各種作用機制；（2）開坯后該金屬在室溫下繼續(xù)進行軋制，畫出此時的真應力-真應變曲線示意圖，并說明影響曲線變化的機制；（3）開坯后該金屬要獲得硬態(tài)、半硬態(tài)和軟態(tài)制品，最后工序中可采用那些方法，為什么？參考答案：（1）該材料熱加工時的真應力一真應變曲線示意圖（略），注意曲線中均應有應力峰值，在高應變速率下出現(xiàn)應力峰值后曲線基本水平，在低應變速率下出現(xiàn)應力峰值后曲線呈波浪。高應變速率下曲線分

11、三個階段：未發(fā)生動態(tài)再結晶的加工硬化階段，動態(tài)再結晶加劇階段，完全動態(tài)再結晶階段（此時加工硬化與再結晶軟化達到平衡，曲線接近水平，達到穩(wěn)態(tài)流變階段）低應變速率下完全動態(tài)再結晶階段呈波浪形，是反復動態(tài)再結晶軟化-加工硬化-動態(tài)再結晶軟化交替進行的結果；（2）開坯后金屬在室溫下繼續(xù)進行軋制的真應力-真應變曲線示意圖（略）；真應力-真應變曲線一直上升，直至斷裂，主要機制為加工硬化；（3）開坯后要獲得硬態(tài)金屬，可以進行冷加工，機制為加工硬化；獲得軟態(tài)制品，可采用冷加工后再結晶退火；獲得半硬態(tài)制品，可采用冷加工后回復退火，或者完全再結晶退火后適當冷變形4 .工業(yè)純銅的熔點為1083,在劇烈冷變形后的工業(yè)

12、純銅板上取三個試樣，第一個試樣加熱到200,第二個試樣加熱到500,第三個試樣加熱到800,各保溫一小時，然后空冷。試畫出各試樣熱處理后的顯微組織示意圖，說明它們在強度和塑性方面的區(qū)別及原因。試樣熱處理后的顯微組織示意圖（略，分別為纖維組織，再結晶組織和晶粒長大組織）；200加熱試樣強度高，塑性低，500加熱試樣強度低，塑性好，800加熱試樣強度更低5 .分析多晶體金屬的變形過程及影響多晶體金屬變形的因素。參考答案要點多晶體金屬的變形過程中每個晶粒的變形主要是滑移，還可能出現(xiàn)攣生和扭折，需要開動多個滑移系，出現(xiàn)交滑移，由于晶界的影響還有位向差效應和晶界的阻滯效應；影響因素主要有晶粒大小，變形溫

13、度，變形速度6.鋁板在軋制一天后和四天后在同一溫度下進行退火，退火時間相同，將它們進行再結晶時溫度有何不同，為什么？放置四天后的鋁板再結晶溫度較高。原因：再結晶驅動力是變形金屬儲存的畸變能，畸變能越大，驅動力越大，再結晶溫度越低。放置四天后的鋁板由于時效作用，釋放出部分畸變能，因而再結晶驅動力減小，再結晶溫度升高7.許多金屬材料的塑性比陶瓷好，為什么？純鐵和純銅的相比，誰的塑性比較好，為什么？金屬材料的塑性好，因為陶瓷燒結過程中具有很多先天性微裂紋，在拉伸時，裂紋尖端會產生嚴重的應力集中，當裂紋達到臨界尺寸時就會失穩(wěn)擴展而斷裂；且構成陶瓷晶體相的主要為離子鍵和共價鍵，共價鍵的飽和性和方向性使陶

14、瓷的塑性較低。(加上金屬材料主要是金)純銅的塑性好，因為純銅是FCC結構，t鐵是BCC吉構，雖然BCC的滑移系較多，但是滑移方向較FCC的少，且BCCt移面原子的密排程度較低，所以面心立方的塑性高于體心立方8.用位錯解釋細晶強化和加工硬化晶粒越細，在一定體積內的晶粒數(shù)目越多，則在同樣的變形量下，變形分散在更多的晶粒內進行，變形較均勻，且每個晶粒內塞積的位錯少，因應力集中而引起的開裂機會少，可能在斷裂之前承受較大的變形量，表現(xiàn)出較高的塑性；細晶粒金屬中，裂紋不易萌生，也不易傳播，因而在斷裂過程中吸收了較多的能量，表現(xiàn)出較高的韌性；另一方面，晶界上原子排列不規(guī)則，雜質和缺陷較多，能量較高，阻礙位錯

15、的移動，晶粒細小時在一定體積內的晶粒數(shù)目越多，晶界越多，位錯移動更困難，使金屬難以變形，因而強度高。加工硬化即是隨變形量的增加，金屬的強度、硬度上升，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。隨著塑性變形的進行，金屬應變增加，發(fā)生多滑移，位錯之間發(fā)生相互作用，產生大量的位錯纏結或位錯塞積，阻止位錯進一步運動，使應力急劇上升，發(fā)生了加工硬化。9 .再結晶與固態(tài)相變有何區(qū)別？答：再結晶是一種組織轉變，從變形組織轉變?yōu)闊o畸變新晶粒的過程，再結晶前后組織形態(tài)改變，晶體結構不變；固態(tài)相變時，組織形態(tài)和晶體結構都改變；晶體結構是否改變是二者的主要區(qū)別。10 .簡述金屬冷變形度的大小對再結晶形核機制和再結晶晶粒尺寸的影響。答：

16、變形度較小時以晶界弓出機制形核，變形度大的高層錯能金屬以亞晶合并機制形核，變形度大的低層錯能金屬以亞晶長大機制形核。冷變形度很小時不發(fā)生再結晶，晶粒尺寸基本保持不變，在臨界變形度附近方式再結晶晶粒特別粗大，超過臨界變形度后隨變形度增大，晶粒尺寸減少，在很大變形度下，加熱溫度偏高，少數(shù)晶粒發(fā)二次再結晶，使部分晶粒粗化。11 .燈泡中W絲在高溫下工作，發(fā)生顯著晶粒長大性能變脆，在熱應力作用下破斷，試找出兩種延長鴇絲壽命的方法？答：燈泡中W絲在高溫下工作，晶粒長大后在熱應力作用下破斷，延長鴇絲壽命的方法可以加入第二相質點阻止晶粒在加熱時長大，如加入ThO2顆粒；或在燒結中使制品中形成微細的空隙也可以

17、抑制晶粒長大，如加入少量K、Al、Si等雜質，在燒結時汽化形成極小的氣泡。12 .純鋁經(jīng)90區(qū)變形后，取三塊試樣分別加熱到70,150,300,各保溫一小時后空冷，純鋁的熔點為6601) 分析所得組織，畫出示意圖；2) 說明它們強度、硬度的高低和塑性方面的區(qū)別并簡要說明原因。答：1)純鋁經(jīng)90區(qū)變形后在70,150,300保溫后空冷的組織示意圖如圖。2)純鋁試樣強度、硬度以70退火后最高，150退火試樣的強度、硬度次之，300保溫后強度、硬度最低，而塑性則以70退火后最低，150退火試樣的居中，300保溫后塑性最好；工業(yè)純金屬的再結晶溫度一般可用丁再=(0.30.4)丁熔估計，故純鋁的再結晶溫

18、度為100左右，在70c保溫合金只是發(fā)生回復，顯微組織仍保持加工狀態(tài)，強度。硬度最高，塑性差，組織為纖維組織；150加熱發(fā)生再結晶，強度、硬度下降，塑性好，300保溫后發(fā)生晶粒長大，強度、硬度進一步下降，塑性很好13 .今有工業(yè)純鈦、純鋁和純鉛鑄錠，試問如何選擇它們的軋制開坯溫度？開坯后，將它們在室溫(20C)進行軋制，它們的塑性誰好誰壞？為什么？它們在室溫下可否連續(xù)軋制下去？鈦、鉛、鋁分別怎樣才能軋成很薄的帶材？已知：工業(yè)純金屬的再結晶溫度T再=(0.3-0.4)T熔，鈦熔點1672C,883c以下為hop,883c以上為bcc；鋁熔點為660C,fcc結構(面心立方)；鉛熔點為327C,f

19、cc結構(面心立方)。答：可計算得到三種純金屬的再結晶溫度大約為純鈦：550C,純鋁：100C,純鉛低于0C。金屬的軋制開坯溫度要在再結晶溫度以上進行，故工業(yè)純鈦、純鋁和純鉛鑄錠的軋制開坯溫度可分別取200C,800C,室溫即可。開坯后在室溫軋制，鉛的塑性最好，鋁的塑性也較好，鈦的塑性最差。在室溫下純鋁和純鉛可以連續(xù)軋制，并獲得很薄的帶材，但純鈦不能繼續(xù)軋制，要獲得很薄的帶材需要在再結晶溫度以上反復進行軋制。14 .試說明晶粒大小對金屬材料室溫及高溫力學性能的影響，在生產中如何控制材料的晶粒度。答：晶粒大小對金屬材料的室溫力學性能可用Hall-Petch公式描述，晶粒越細小，材料強度越高；高溫

20、下由于晶界產生粘滯性流動，發(fā)生晶粒沿晶界的相對滑動，并產生擴散蠕變，晶粒太細小金屬材料的高溫強度反而降低。生產中可以通過選擇合適的合金成分獲得細小晶粒，利用變質處理，振動、攪拌，加大過冷度等措施細化鑄錠晶粒，利用加工變形細化晶粒，合理制訂再結晶工藝參數(shù)控制晶粒長大。15.如何提高固溶體合金的強度答：固溶強化，細晶強化，加工硬化，第二相強化，相變(熱處理)強化等。16 .試用位錯理論解釋固溶強化，彌散強化，以及加工硬化的原因。答：固溶強化的可能位錯機制主要是溶質原子氣團對位錯的釘扎，增加了位錯滑移阻力。如溶質原子與位錯的彈性交互作用的科垂爾氣團和斯諾克氣團，溶質原子與擴展位錯交互作用的鈴木氣團使層錯寬度增加，位錯難于束集，交滑移困難；溶質原子形成的偏聚和短程有序，位錯運動通過時破壞了偏聚和短程有序使得能量升高，增加位錯的阻力，以及