新《北航材料专业课资料》北京航空航天大学研考专业课第三部分金属学原理高频复习点(1)8.pdf

1 1：简述刃位错及螺位错的基本特征简述刃位错及螺位错的基本特征，及其运动特点及其运动特点。刃型位错特点：A 刃位错有一个额外的半原子面。B 刃型位错可以理解为晶体中已滑移区与未滑移区的边界线。C 滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面，在其他平面上不能滑移。D 晶体中存在刃型位错之后，位错周围的点阵发生弹性畸变，又有正应变。E 在位错线周围的过渡区每个原子具有较大的平均能量。螺形位错特点：A 螺形位错无额外半原子面，原子错排是呈轴对称的。B 根据位错线附近呈螺旋形排列的原子的旋转方向的不同，螺形位错可分为右旋和左旋螺形位错。C 螺形位错线与滑移矢量平行，因此一定是直线，而且位错线的移动方向与晶体滑移方向互相垂直。D 纯螺形位错的滑移面不是唯一的。E 螺形位错线周围的点阵也发生了弹性畸变。F 螺形位错周围的点阵畸变随离位错线距离的增加而急剧减少，故它也是包含几个原子宽度的线缺陷。刃位错只能在同时包含有位错线和滑移矢量的平面上滑移，而螺位错的滑移面不唯一，包含螺形位错线的原子密排面都可作为滑移面。2：典型金属结构的特点典型金属结构的特点：最外层电子数很少，且原属于各个原子的价电子极易挣脱原子核的束缚而成为自由电子，并在整个晶体中运动，即弥漫于金属正离子组成的晶格之中而形成电子云。3：金属键金属键：由金属中的自由电子与金属正离子的相互作用所构成的键和称为金属键。4：金属键的基本特点是金属键的基本特点是：电子的共有化。5：为什么金属具有良好的延展性为什么金属具有良好的延展性，导电性导电性，与导热性与导热性？因为金属键无饱和性和方向性，因而每个原子有可能与更多的原子相结合，并趋于形成低能量的密堆结构。当金属受力变形而改变原子之间的相互位置时不至于破坏金属键，这就使金属具有良好的延展性，并且，由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电与导热性能。6：晶体结构的基本特征晶体结构的基本特征：长程有序。7：晶体与非晶体的主要区别晶体与非晶体的主要区别：A 晶体融化时具有固定的熔点，而非晶体却无固定的熔点，存在一个软化温度范围。B 晶体具有各向异性，而非晶体却为各向同性。8：阵点阵点：将实际晶体中的每个质点抽象为规则排列于空间的几何点，称之为阵点。9：点阵点阵：由阵点在三维空间规则排列的阵列称为空间点阵。10：选取晶胞的原则选取晶胞的原则：A 对称性最好 B 相等的棱和角的数目应该最多 C 直角数目最多 D在满足以上条件情况下，晶胞体积应最小。11：晶体结构与空间点阵的区别晶体结构与空间点阵的区别：空间点阵是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性，而晶体结构则是指晶体中实际质点的具体排列情况，它们能组成各种类型的排列，因此，实际存在的晶体结构是无限的，而空间点阵只有 14 种。12：多晶型性多晶型性：有些固态金属在不同温度和压力下具有不同的晶体结构，即具有多晶型性，转变的产物称为同素异构体。2 13：合金合金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼，烧结或其他方法组合而成，并具有金属特性的物质。固溶体：以某一组元为溶剂，在其点阵中融入其他组元原子所形成的均匀混 14：合金合金 合的固态溶体，仍保持溶剂的晶体结构。中间相：组成合金的异类原子有固定的比例，所形成的固相的晶体结构与所有组元均不同，且这种相的成分处在 A 在 B 的溶解限度与 B 在 A的溶解限度之间，即落在相图的中间部位，故称它为中间相。15：根据溶质原子在溶剂点阵中所处的位置，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。16：置换固溶体置换固溶体：溶质原子融入溶剂中形成固溶体时，溶质原子占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子。17：间隙固溶体间隙固溶体：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。18：为什么间隙固溶体都是有限固溶体而且溶解度很小为什么间隙固溶体都是有限固溶体而且溶解度很小？在间隙固溶体中，由于溶质原子一般都比晶格间隙的尺寸大，所以当他们融入后，都会引起溶剂点阵畸变，点阵常数变大，畸变能升高。因此，间隙固溶体都是有限固溶体，且溶解度很小。19：固溶强化固溶强化：由于溶质原子的融入及其固溶度的增加，基体金属的变形抗力随之提高，使固溶体的强度和硬度增强。这种现象称为固溶强化。20：置换固溶体与间隙固溶体何者固溶强化效果较好置换固溶体与间隙固溶体何者固溶强化效果较好?间隙固溶体的强化效果远远大于置换固溶体，这是因为间隙固溶体是溶质原子进入晶格间隙，原子间结合力较强，而置换固溶体是原子置换正常晶体格点，分子间作用力较小。21：影响固溶体溶解度影响固溶体溶解度因素因素：A 晶体结构：组元的结构类型相同时溶解度较大，不同时溶解度较小。B 原子尺寸因素：两者原子半径差小于 15%时，溶解度更大，而大于 15%，则溶解度减小。C 化学亲和力：溶质与溶剂化学亲和力越强，电负性差距越小，则溶解度越大。D 原子价因素：溶质原子价因素的影响实质是电子浓度，电子浓度数值接近于 1.4 时溶解度最大。22：试问试问在在-Fe 还是还是-Fe 中会溶解更多的碳中会溶解更多的碳？为什么为什么？C 在-Fe 中的最大溶解度为质量分数 W=2.11%，而在-Fe 中的最大溶解度仅为质量分数 W=0.0218%，这是因为固溶于-Fe 和-Fe 中的碳原子均位于八面体间隙中，而-Fe 的八面体间隙尺寸比-Fe 的大的缘故。23：影响中间相的形成和晶体结构影响中间相的形成和晶体结构：A 电负性 B 电子浓度 C 原子尺寸 正常价化合物：一些元素按照化学上的原子规律所形成的化合物。电子化合物：特点是电子浓度是决定晶体结构的主要因素。24：中间相中间相 与原子尺寸有关的化合物：化合物类型与组成 间隙相和间隙化合 元素原子尺寸的差别有关。物 拓扑密堆相 超结构（有序固溶体）：某些成分接近一定原子比的无序固溶体中，当它们从 高温缓冷到某一临界温度以下时，溶质原子会从统计 随机分布状态过渡到占有一定位置的规则排列状态，即发生有序化过程，形成有序固溶体。3 25：简述间隙固溶体及间隙相的结构及性能特点简述间隙固溶体及间隙相的结构及性能特点：间隙固溶体中溶质原子分布于溶剂晶格间隙中，所以它的溶解度不仅与溶质原子的大小有关，还与溶剂晶体结构中间隙的形状和大小等因素有关。并且由于溶质原子一般比晶格间隙大，所以融入后都会引起点阵晶格畸变，点阵常数变大，畸变能升高。间隙相具有比较简单的晶体结构，金属原子占据正常位置，而非金属原子则规则分布于晶格间隙中，构成新的晶体结构。间隙相中原子的结合键为共价键和金属键，但具有明显的金属特性，且具有高熔点和高硬度的特点，是合金工具钢和硬质合金中的重要组成相。26：晶体点缺陷包括哪些晶体点缺陷包括哪些？晶体点缺陷包括空位，间隙原子，杂质，或溶质原子。以及由它们组成的复杂点缺陷，如空位对，空位团，和空位-溶质原子对等。27：什么叫空位什么叫空位？当某一原子具有足够大的振动能，而使振幅增大到一定限度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来的位置，使点阵中形成空节点。1 迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上 而使晶体内留下空位称为肖特基缺陷。28：离开平衡位置的原子有哪几个去处离开平衡位置的原子有哪几个去处 2 挤入点阵的间隙位置，而在晶体中形成数目相等的空位和间隙原子称为弗伦克尔缺陷。3 跑到其他空位中，使空位消失或转移。29：什么叫热平衡缺陷什么叫热平衡缺陷？由于热起伏促使原子脱离阵点位置而形成的点缺陷称为热平衡缺陷。30：什么叫滑移什么叫滑移？金属晶体受力发生塑性形变时，一般是通过滑移过程进行的，即晶体中相邻两部分在切应力作用下沿着一定的晶面和晶向相对滑动，滑移的结果是在晶体表面上出现明显的滑移痕迹滑移线。31：什么是混合位错什么是混合位错？混合位错在晶体中更为普遍，其滑移矢量既不平行也不垂直于位错线，而与位错线相交成任意角度，这种位错称为混合位错。32：晶体的塑性晶体的塑性变形是通过什么来实现的变形是通过什么来实现的？位错的最重要性质之一是它可以在晶体中运动，而晶体宏观的塑性变形是通过位错运动来实现的。滑移：在外加切应力的作用下，通过位错中心附近原子沿伯氏矢量方向 在滑移面上不断做少量的位移而逐步实现的。33：位错的运动位错的运动 攀移：刃型位错除了可以在滑移面上运动外，在垂直于滑移面的方向上 运动，即发生攀移，通常把多余原子面向上运动称为正攀移，向 下运动称为负攀移。34：什么叫晶界什么叫晶界？多数晶体物质由许多晶粒组成，属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界，它是一种内界面。4 35：简述晶界在常温及低温下对金属材料强度的不同贡献简述晶界在常温及低温下对金属材料强度的不同贡献。并说明如何提高材料的高温并说明如何提高材料的高温强度强度 晶界处原子排列不规则，因此常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用，致使塑性变形抗力提高，宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度与硬度。晶粒越细，材料的强度越高。这就是细晶强化，高温下则相反，因高温下晶界具有一定的粘滞性，易使相邻晶粒产生相对滑动。所以要想提高金属的高温强度，就必须设法减少晶界与相界的数量，并使晶粒尺寸变大。这样高温下，晶粒产生相对滑动的难度较大。36：晶界晶界的特性是什么的特性是什么？A 晶界处点阵畸变大，存在晶界能。B 晶界处原子排列不规则。C 晶界处原子偏离平衡位置，具有较高动能。D 在固态相变中，由于晶界具有较高能量和活动能力，所以新相易于在晶界处优先形核。E 晶界会导致过烧现象的发生。F 晶界处原子能量较高，所以晶界的腐蚀速度一般较快。37：空间点阵中空间点阵中的晶界有几个自由度的晶界有几个自由度？5 个 38：晶界分类晶界分类：倾斜晶界：对应模型对称倾斜晶界 小角度晶界：晶向差小于 10 度 扭转晶界：对应模型不对称倾斜晶界 重合晶界：对应模型扭转晶界 晶界：大角度晶界：晶向差大于 10 度，多晶材料中各晶粒之间的晶界通常为大角度晶界。大角度晶界的结构较为复杂，其原子排列不规则，不能用位错模型来描述。39：晶界能定义晶界能定义：形成单位面积界面时，系统的自由能变化（dF/dA），等于界面区单位面 积的能量减去无界面时该区单位面积的能量。40：小角度晶界的能量主要来自于小角度晶界的能量主要来自于？位错能量。41：相界定义相界定义：具有不同结构的两相之间的分界面称为“相界”。共格相界：原子同时位于两相晶格的结点上，即两相的晶格是彼此衔接的，界面上的原子为两者共有。相界 半共格相界：相界面处的晶面间距较大，则在相界面上不可能完全一一对 应，于是在界面上产生位错，这时晶界上部分原子保持匹配。非共格晶界：原子排列相差很大时，只能形成非共格晶界。5 42：物质的两种迁移方式物质的两种迁移方式：对流和扩散。但在固体中不发生对流，扩散是唯一的物质迁移方式，其原子或分子由于热运动从一个位置不断的迁移到另一个位置。43：上坡扩散或逆向扩散上坡扩散或逆向扩散：物质从低浓度区向高浓度区扩散，扩散的结果提高了浓度梯度。这种扩散称为上坡扩散。44：上坡扩散的驱动力是什么上坡扩散的驱动力是什么？上坡扩散的驱动力不是浓度梯度，而是化学势梯度。45：交换机制：两个相邻原子互换了位置，但因为会引起大的畸变和需要太大的 激活能，所以在密排结构中不太容易实现。扩散机制扩散机制：间隙机制：原子从一个晶格中间隙位置迁移到另一个间隙位置。空位机制：晶体中存在空位，在一定温度下有一定的平衡空位浓度 温度越高，平衡空位浓度越大。这些空位的存在使原子 迁移更容易，故大多数情况下，原子扩散是借助空位机 的。晶界扩散及表面扩散：对于多晶材料，扩散物质可沿三种不同路径进行，即 晶体内扩散，晶界扩散和样品自由表面扩散。46：影响扩散的因素有哪些影响扩散的因素有哪些？A 温度：温度是影响扩散速率的最主要因素，温度越高，原子热激活能量越大，越易发生迁移，扩散系数也越大。B 固溶体类型：不同类型固溶体扩散机制是不同的，间隙固溶体的扩散激活能一般较小。C 晶体机构：晶体结构对扩散有影响，例如某些金属的同素异构转变，金属结构发生改变后，扩散系数也随之发生较大的改变。D 晶体缺陷：晶界，表面和位错等对扩散起着快速通道的作用，这是由于晶体缺陷处点阵畸变较大，原子处于较高的能量状态，易于跳跃，所以各种缺陷处的扩散激活能均比晶内扩散激活能小，加快了原子的扩散。E 化学成分：原子越过能垒时，必须挤开近邻原子，也就是要求部分破坏临近原子的结合键才能通过，所以扩散必定受晶体的化学成分影响。F 应力：应力梯度会提供原子扩散的驱动力。47：什么叫塑性形变什么叫塑性形变？应力超过弹性极限，材料发生塑性形变，即产生不可逆的永久变形。48：单晶体的塑形变形方式有哪些单晶体的塑形变形方式有哪些？在常温和低温下，单晶体的塑性变形主要通过滑移进行，此外还有孪生和扭折等方式。49：金属塑性变形过程中位错增殖的主要机制金属塑性变形过程中位错增殖的主要机制：位错的增殖机制有多种，例如双交滑移增殖，攀移增殖等，其中最主要的是弗兰克里德位错源，这种增殖机制是在刃型位错上垂直于位错线方向施加应力，使位错向前滑移继而发生弯曲，弯曲的曲率半径达到一定程度后发生回转，且两端的右旋位错与左旋位错互相抵消，使位错环闭合并在内部留下一段弯曲位错线，这段位错线在张力作用下又被拉直，并继续向外扩张，循环重复以前的运动，不断产生新的位错环。此即弗兰克里德位错增殖机制。6 50：简要比较孪晶变形和滑移变形的特点简要比较孪晶变形和滑移变形的特点 A 孪晶变形和滑移变形一样都是在切应力的作用下发生的，并通常出现于滑移受阻而引起的应力集中区，所以孪生所需要的临界切应力要比滑移时大得多。B 孪生是一种均匀切变，且每一层原子相对于孪生面的切变量，跟它与孪生面的距离成正比。而滑移的滑移面和滑移方向往往是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。是不均匀的。C 孪晶变形使两部分晶体呈晶面对称的关系，而滑移则使晶体层片作相对位移。51：为什么多晶体的塑性变形通常较单晶复杂为什么多晶体的塑性变形通常较单晶复杂？实际材料通常由多晶体构成。室温下，多晶体中每个晶粒变形的基本方式与单晶体相同，但由于相邻晶粒之间取向不同，以及晶界的存在，因而多晶体的变形既需克服晶界的阻碍，又要求各晶粒的变形相互协调和配合，故多晶体的塑性形变较为复杂。52：屈服现象的物理本质是什么屈服现象的物理本质是什么？为什么出现下屈服点和水平台为什么出现下屈服点和水平台？在固溶体合金中，溶质原子或杂质原子可以与位错交互作用而形成溶质原子气团，即所谓 COTTRELL 气团。当位错处于能量较低的状态时，位错趋于稳定，不易运动，即对位错有钉扎作用，尤其在体心立方晶体中，位错被牢牢钉扎住，位错要运动，必须在更大应力作用下才能挣脱 COTTRELL 气团的钉扎作用而移动，这就形成了上屈服点，而一旦挣脱了之后位错的运动就比较容易，因此应力减小，出现了下屈服点和水平台。这就是屈服现象的物理本质。53：如何提高材料的屈服强度如何提高材料的屈服强度？影响屈服强度的内在因素有：结合键、组织、结构、原子本性。对于金属的屈服强度，结合键的影响是根本性的。从组织结构的影响来看，可以有四种强化机制，这就是：(1)固溶强化；(2)形变强化；(3)沉淀强化和弥散强化；(4)晶界和亚晶强化。沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度的最常用的手段。在这几种强化机制中，前三种机制在提高材料强度的同时，也降低了塑性，只有细化晶粒和亚晶，既能提高强度又能增加塑性。54：试分别阐述塑性变形对材料组织和性能的影响试分别阐述塑性变形对材料组织和性能的影响 A 显微组织的变化：材料显微组织发生明显改变，每个晶粒内部出现大量的滑移带或孪晶带外，随着形变度的增加，原来的等轴晶粒将逐渐沿其变形方向伸长。当变形量很大时，甚至会出现纤维组织。B 亚结构的变化：一定量的塑性形变后，晶体中的位错线通过运动与交互作用，开始呈现纷乱的不均匀分布，形成位错缠结，增加变形度后，大量位错发生聚集，并由缠结的位错组成胞状亚结构，其中，高密度的缠结位错主要集中于胞的周围，构成胞壁。随着变形量的增大，变形胞的数量增多，尺寸减小。加工硬化：金属材料经冷变形加工后，强度（硬度）显著提高，而塑 性则很快下降。（强化金属的途径之一）C 性能的变化：其他性能：电阻率升高，电阻温度系数下降，磁导率下降 热导率也有所降低等等。D 形变织构：塑性变形后，随着形变程度的增加，各个晶粒的滑移面和滑移方向都要向主形变方向转动，逐渐使多晶体中原来取向互不相同的各个晶粒在空间取向上呈现一定的规律性，这一现象称为择优取向，这种组织状态称为形变织构。E 残余应力：塑性变形后，外力所做的功除了大部分转化为热之外，还有一小部分以畸变能的形式储存在了形变材料内部，这些能量外在表现为各种宏观和微观的残余应力。7 55：举例举例说明如说明如何利用金属的何利用金属的塑性变塑性变形来提高材料的使用性能形来提高材料的使用性能 塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能，例如：奥氏体不锈钢，主要就是借助于冷加工塑性变形来实现强化的。又或者变压器中硅钢片，利用塑性变形的轧制工艺来获得具有（110）001织构的磁化性能优异的硅钢片。56：退火过程分为哪三个阶段退火过程分为哪三个阶段？回复：新的无畸变晶粒出现之前所产生的亚结构和性能变化的阶段。退火 再结晶：出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程。晶粒长大：再结晶结束之后晶粒的继续长大。57：何谓重结晶何谓重结晶，再结晶再结晶，二次再结晶二次再结晶？重结晶是将晶体溶于溶剂或熔融以后，又重新从溶液或熔体中结晶的过程。重结晶可以使不纯净的物质获得纯化。再结晶是一种形核和长大过程，即通过在变形的基体上产生新的无畸变再结晶晶核，并通过逐渐长大形成等轴晶粒，从而取代全部变形组织的过程。二次再结晶是指晶粒长大阶段出现的一种异常晶粒长大的现象，又称不连续晶粒长大。58：冷变形金属在退火过程中的各个阶段显微组织是如何变化的冷变形金属在退火过程中的各个阶段显微组织是如何变化的？在回复阶段，由于不发生大角度晶界的迁移，所以晶粒的形状和大小与变形态的相同，仍保持着纤维状或扁平状，从显微组织上几乎看不出来变化。在再结晶阶段，首先是在畸变度大的区域产生新的无畸变晶粒的核心，然后逐渐消耗周围的变形基体而长大，直到形变组织完全改组为新的，无畸变的细等轴晶粒为止。在晶粒长大阶段，新晶粒互相吞食而长大，从而得到一个在该条件下较为稳定的尺寸。59：冷变形金属在退火过程中性能和能量发生了哪些变化冷变形金属在退火过程中性能和能量发生了哪些变化？A 强度与硬度：发生再结晶后，位错密度显著降低，故强度与硬度明显下降。B 电阻：在回复阶段，电阻率明显下降，标志着点缺陷浓度明显下降。C 内应力：在回复阶段，大部分宏观内应力可以消除，而微观应力只有通过再结晶才能消除。D 亚晶粒尺寸：回复前期，亚晶粒尺寸变化不大，在后期，尤其接近再结晶时，亚晶粒尺寸显著增大。E 密度：密度在再结晶阶段发生显著增高。F 储能释放：在回复阶段，释放存储能量较小，再结晶阶段达到储能释放的高峰。60：回复过程的特点是什么回复过程的特点是什么？A 没有孕育期 B 在一定温度值下，初期的回复速率很大，随后逐渐减慢，直到趋近于零。C 每一温度的回复程度有一极限值，退火温度越高，这个极限值也越高，而达到此极限值所需的时间越短 D 预变形量越大，起始的回复速率也越快，晶粒尺寸减小也有利于恢复过程的加快。8 61：回复机制回复机制？A 低温回复：低温时，回复主要与点缺陷的迁移有关。B 中温回复：发生位错运动和重新分布。C 高温回复：高温使刃型位错获得足够的能量发生攀移，进而使同一滑移面上异号位错相互抵消，位错密度下降，位错重排成较稳定的组态，构成亚晶界，形成回复后的亚晶结构。62：再结晶有哪几个过程再结晶有哪几个过程？A 形核 B 长大 63：什么叫再结晶温度什么叫再结晶温度？冷变形金属进行再结晶的最低温度称为再结晶温度。可用金相法和硬度法测定。64：影响再影响再结晶温度的因素有哪些结晶温度的因素有哪些？它们是如何影响的它们是如何影响的？A 变形程度的影响：随着变形程度的增加，再结晶的驱动力也越大，储能也越多，因此再结晶温度越低。B 原始晶粒尺寸：其他条件相同时，金属的原始晶粒越细小，则变形的抗力越大，冷变形储存的能量较高，再结晶温度则较低。C 微量溶质原子：微量溶质原子显著提高再结晶温度。D 第二相粒子：第二相粒子既可能促进基体金属的再结晶，也有可能阻碍再结晶。主要取决于基体上分散相粒子的大小及其分布。E 再结晶退火工艺参数：加热速度，加热温度，与保温时间对再结晶具有不同程度的影响。65：为为什么微量溶质原子能显著提高金属的再结晶温度什么微量溶质原子能显著提高金属的再结晶温度？溶质原子与位错及晶界间存在着交互作用，使溶质原子倾向于在位错及晶界处偏聚，对位错的滑移与攀移，和晶界的迁移起着阻碍作用，从而不利于再结晶的形核和核的生长，阻碍再结晶。66 写出霍尔写出霍尔-佩奇关系式佩奇关系式，简述细化晶粒为什么能同时提高金属材料的强度和塑性简述细化晶粒为什么能同时提高金属材料的强度和塑性？霍尔-佩奇关系式：s=0+Kd-1/2,其中 d 值越小，在 0不变时则 s越大，它反映了晶内对变形的抗力提高，所以材料的强度提高，同时，晶粒越细，在一定体积内的晶粒数目多，则在同样塑性变形量下，变形分散在更多的晶粒内进行，变形较均匀，且每个晶粒中塞积的位错少，因应力集中引起的开裂机会较少，就能在断裂之前承受更大的变形量，即表现出较高的塑性。67：影响再结晶晶粒大小的因素是什么影响再结晶晶粒大小的因素是什么？A 变形度：变形度很小时，储能不足以驱动再结晶，晶粒大小没有变化，一旦变形量大于临界变形量之后，就会得到特别粗大的晶粒，随着存储能不断增大，形核率增大加快，于是再结晶晶粒细化，且变形度越大，晶粒越细化。B 退火温度：温度对刚完成再结晶时的晶粒尺寸影响较弱，但提高退火温度后，再结晶速度显著加快，临界变形度数值变小。在随后的晶粒长大阶段，温度越高，晶粒越粗。68：晶粒长大的影响因素有哪些晶粒长大的影响因素有哪些？A 温度：温度越高，晶粒长大的速度也越快。B 分散相粒子：合金中的第二相粒子对晶界有阻碍作用，从而使晶粒长大速度降低。C 晶粒位向差：相邻晶粒的位向差影响晶界的迁移，进而影响晶粒长大。D 杂质和微量元素：这些杂质和微量元素可以形成阻碍晶界迁移的气团，所以钉扎作用会显著降低晶界迁移的速度，从而阻碍晶粒长大。9 69：液态结构的特征是什么液态结构的特征是什么？液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序，短程有序，并且短程有序的原子集团并不是固定不变的，它是一种此消彼长，瞬息万变，尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏。有别于晶体的长程有序的稳定结构。70：简述晶体结晶过程中的热力学条件简述晶体结晶过程中的热力学条件，动力学条件动力学条件，能量条件能量条件，和结构条件和结构条件 热力学条件：实际晶体凝固温度应低于熔点，即需要有过冷度。动力学条件：能量条件：液、固之间的体积自由能差只能补偿形成临界晶核表面所需能量的 2/3，而不足的 1/3 则依靠液相中存在的能量起伏。结构条件：液体中客观存在的结构起伏。71：晶体凝固有哪两个过程晶体凝固有哪两个过程？形核和长大两个过程。72：形核有方式有哪两类形核有方式有哪两类？A 均匀形核：新相晶核是在母相中均匀的生成的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂志粒子或外表面的影响。B 非均匀形核：新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核。73：何谓组成过冷何谓组成过冷?它对合金组织凝固形态有何影响它对合金组织凝固形态有何影响？纯金属凝固时，其理论凝固温度不变，当液态金属中的实际温度低于熔点时，就引起过冷，这种过冷称为热过冷。它会使合金在正的温度梯度下凝固得到树枝状组织，而纯金属要得到树枝状组织必须在负的温度梯度下，因此，组成过冷是合金凝固有别于纯金属凝固的重要特征。74：为什么金属凝固形核的过冷度一般不超过为什么金属凝固形核的过冷度一般不超过 20 0？由于外界因素，如杂质颗粒或铸型内壁等促进了结晶晶核的形成，造成了非均匀形核，依附于这些已存在的表面可使形核界面能降低，因而形核可在较小过冷度下发生。7575：简述晶体长大的方式简述晶体长大的方式 连续长大：对于粗糙界面，液固界面上约有一半的原子位空着，故液相的原子可以进入这些位置与晶体结合起来，晶体便连续的向液相中生长，这种长大方式为垂直生长。晶体长大 二维晶核：对于光滑界面，二维晶核在相界面上形成后，液相原子沿着二 二维晶核的侧边形成的台阶不断的附着上去，使此薄层很快铺 展整个表面。然后生长中断，待又新形成二维晶核，此生长过 程反复进行。借螺位错长大：若光滑界面上存在螺位错，原子很容易填充螺位错所形成 的台阶，当一个原子面的台阶被原子进入后，又出现螺旋形台 阶，这样可观察到借螺形位错生长的蜷线。此生长过程亦是反 复进行。10 7676：试分试分别描述纯晶体凝固时分别在正的温度梯度及负的温度梯度下的生长形态别描述纯晶体凝固时分别在正的温度梯度及负的温度梯度下的生长形态 A 在正的温度梯度下，晶体的生长以接近平面状向前推移，这是由于温度梯度是正的，当界面上偶尔有凸起部分而伸入温度较高的液体中时，它的生长速度就会变慢甚至停止，周围部分的过冷度较凸起部分大而会赶上来，使凸起部分消失，所以这时的生长是液-固界面保持稳定的平面形态。B 在负的温度梯度下，此时相界面产生的结晶潜热即可通过固相也可通过液相而散失，相界面的推移不只由固相的传热速度所控制，在这种情况下，如果部分相界面生长凸出到前面的液体中，则能处于温度更低的液相中，使突出部分的生长速度增大而进一步伸向液体中，这时，液-固界面就不可能保持平面状而会形成许多伸向液体的分枝，并且，在这些晶枝上又可能会长出二次晶枝，二次晶枝长出三次晶枝，这种生长方式称为树枝生长或者树枝状结晶。7777：哪哪些措施可以在凝固后获得细晶些措施可以在凝固后获得细晶？A 增加过冷度：形核率越大，晶粒越细；晶粒长大速率越大，则晶粒越粗。同一材料的形核率与晶粒长大速率都取决于过冷度。一般凝固条件下，增加过冷度可使凝固后的晶粒细化。B 添加形核剂：实际凝固都是非均匀形核，在溶液凝固之前加入能作为非均匀形核基底的人工形核剂可以提高形核率。C 加入振动条件：振动可使枝晶破碎，这些碎片又可作为结晶核心，使形核增殖。所以增加搅拌或振动可得到细小的晶粒。7878：匀晶相图匀晶相图，共晶相图和包晶相图的主要特点是什么共晶相图和包晶相图的主要特点是什么？匀晶相图：此相图发生的是匀晶转变，即发生由液相结晶出单相固溶体的过程。共晶相图：组成共晶相图的两组元，在液态可以完全互溶，而固态只能部分互溶，甚至完全不溶。包晶相图：组成包晶相图的两组元，在液态可无限互溶，而在固态只能部分互溶。7979：什么叫平衡凝固什么叫平衡凝固？平衡凝固是指凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分的时间进行组元之间的扩散，以达到平衡相的成分。8080：何谓凝固偏析何谓凝固偏析？产生的原因是什么产生的原因是什么？如何控制如何控制?凝固偏析是指在合金凝固过程中所产生的固态化学成分分布不均匀的现象。凝固偏析包括宏观偏析和微观偏析两种。产生原因：合金铸件在不同程度上存在着偏析这是由合金结晶过程的的特点决定的，一个合金棒从一端以平直界面进行定向凝固时，沿着棒的长度方向会产生显著的偏析，当合金的平衡分配系数 k01 时，先结晶部分含溶质少，后结晶部分含溶质多，但是，合金铸件的液固界面前沿的液体中通常存在着成分过冷，界面大多为树枝状，这会改变偏析的形式，当树枝状的界面向液相延伸时，溶质将沿着纵向和侧向析出，纵向的溶质输送会引起平行晶枝轴方向的宏观偏析，而横向的溶质传送会引起垂直与枝晶方向的显微偏析。控制方法：正常偏析：难以避免，热加工和扩散退火也难以改善，所以在浇注时就应采取控制措施。反偏析：扩大内中心等轴晶带，阻止柱状晶的发展，减少液体中的气体含量。比重偏析：增大冷却速度，使初生相来不及上浮或下沉，或加入第三种合金元素。11 8181：铸锭组织由哪铸锭组织由哪几部分构成几部分构成？形成机理又如何形成机理又如何？表层细晶区：当液态金属注入锭模中后，模壁温度低，与模壁接触的很薄一层熔液产生强烈过冷，而且模壁还可作为非均匀形核的基底，因此，立刻形成大量的晶核，这些晶核迅速长大，形成细小的、方向杂乱的等轴晶粒组成的细晶区。铸锭宏观组织：柱状晶区：随着细晶区外壳形成，模壁被熔液加热而不断升温，使剩余液体的冷却变慢，并且由于结晶时释放潜热，故细晶区前沿液体的过冷度减小，形核变得困难，只有细晶区中现有的晶体向液体中生长，这时，只有一次轴垂直于模壁（散热最快的方向）才能得到优先生长，其他取向晶粒受到限制。这样，垂直于模壁方向择优生长形成柱状晶区。中心等轴区：柱状晶生长到一定程度，前沿液体远离模壁，散热困难，因此冷却速度变慢，且熔液中温差随之减小，这阻止了柱状晶的快速生长，当整个熔液温度降至熔点以下时，熔液中出现多晶核并沿各个方向长大，由此形成中心等轴区。8282：什么是三元相图的水平截面和垂直截什么是三元相图的水平截面和垂直截面面？它们的作用分别是什么它们的作用分别是什么？三元相图中的温度轴与浓度三角形垂直，所以固定温度的截面图必定平行于浓度三角形，这样的截面称为水平截面，也叫等温截面。它可以用来表示一定温度下，三元系状态随成分的变化规律。而固定一个成分量并保留温度变量的截面，必定与浓度三角形垂直，所以称为垂直截面，或叫变温截面。它可以表示温度与该成分变量组成的关系。8383：三元相图的垂直截面与二元相图的区别是什么三元相图的垂直截面与二元相图的区别是什么？二元相图的固相线和液相线可以用来表示合金在平衡凝固过程中液相与固相浓度随温 度变化的规律，而三元相图的垂直截面就不能表示相浓度随温度变化的关系，只能用于了解冷凝过程中的相变温度，不能应用直线法则或者杠杆定律。8484：固态相变从热力学角度固态相变从热力学角度可分为哪几种可分为哪几种?各自的特点又如何各自的特点又如何？一级相变：相变时新相与旧相化学势相等，而化学势的一次偏导不相等。所以一级相变伴有熵变和体积改变。固态相变：二级相变：相变时新相、旧相化学势相等，其一次偏导亦相等，但二次偏导不相等。所以二级相变时，熵和体积不变，但定压热容、压缩系数、膨胀系数改变。材料的固态相变多属一级相变，而有些固溶体的有序无序相变则为二级相变。8585：什么是调幅分解什么是调幅分解？它与脱溶转变有什么区别它与脱溶转变有什么区别？调幅分解是自发的脱溶过程，它不需要形核，而是通过溶质原子的上坡扩散形成结构相同而成分呈周期性波动的纳米尺度共格微畴。12 8686：固态相变按照原子迁移状况又可分为哪几类固态相变按照原子迁移状况又可分为哪几类？特点如何特点如何 扩散性固态相变：新相通过母相中原子扩散而形核、生长，继而造成新相与母相化学成分的改变与晶体结构的重构，因此扩散条件决定着转变速率和形成产物。固态相变：非扩散固态相变：在特定的非平衡条件下通过特殊的方式进行。例如马氏体相变借助协同位移构成新相晶格。8787：同凝固过程相比同凝固过程相比，简述金属固简述金属固态相变的特点态相变的特点 固态下的相变也是一个形核和长大的过程，但与金属凝固有着不同之处。其特点为：A 形核一般在某些特定部位发生，如晶界及晶内缺陷等。B 由于固态下扩散困难，因而过冷趋向大。C 固态相变伴随着体积变化，故易造成很大内应力。8888：马氏体的显微组织随含碳量不同发生了哪些变化马氏体的显微组织随含碳量不同发生了哪些变化？低碳钢中马氏体呈板条状，成束的分布于原奥氏体晶粒内，同一束中马氏体条大致平行分布，而束与束之间有不同的位向。高碳马氏体呈片状，各片之间有不同的位向，且大小不一。大片是先形成的，小片则分布于大片之间。文件名:专业课金属学高频复习点.doc 目录:C:Documents and SettingsBenson chenDesktop 模板:C:Documents and SettingsBenson chenApplication DataMicrosoftTemplatesNormal.dot 标题:北京航空航天大学金属学原理 主题:911 研考科目第三部分复习参考(必背基础知识精华)作者:陈栋 关键词:胡赓祥，材料科学基础。备注:创建日期:2012-1-1 10:12:00 修订号:15 上次保存日期:2012-2-13 17:34:00 上次保存者:admin 编辑时间总计:388 分钟 上次打印时间:2012-2-13 17:50:00 打印最终结果 页数:12 字数:2,019(约)字符数:11,510(约)