材料科学基础复习

《材料科学基础》课程复习纲要增加重点复习内容：1.为什么颗粒细化能提高材料的化学反应活性、燃烧结性能？（简答型，或扩展为阐述分析型大题）2.为什么细金化能提高材料的强度和断裂韧性？（简答型，或扩展为阐述分析型大题）3.从图3.20分析非晶态合金、微晶合金以及准晶合金的过程异同？（简答型）4.晶体、非晶体、准晶体的异同？（简答型）5.影响晶体生长形态的外因？（简答型）6.细化金属铸件晶粒的方法？（简答型）7.纯金属的结晶过程？（简答型）8.晶体的缺陷有哪些？以及各种缺陷对晶体性能的影响？（简答型，或扩展为阐述分析型大题）Ⅰ、第一大类知识要点：应该牢固掌握的关键知识要素一、出题形式一：填空类1．在立方系中，晶面族{123}中有组平面，晶面族{100}中有组平面。2．获得高能量的原子离开原来的平衡位置，进入其它空位或迁移至晶界或表面，形成空位。如果离位原子进入晶体间隙，形成空位。3．点缺陷的类型分为和间隙原子；当相遇时两者都消失，这一过程称为。4．塑性变形不仅可以改变金属材料的外形，还使其内部组织和各种性能发生改变，如：显微组织与性能的变化、形变织构和残余应力。5．再冷塑变过程中，歪理所做的功有一部分以畸变能的形式储存在形变金属内部，具体表现为：宏观残余应力、微观残余应力和点阵畸变。6．均匀形核必须具备的条件是：1.必须过冷；2.必须具备与一定多冷度相适应的和。7．面心立方结构的滑移面是{111}，共有组，每组滑移面上包含个滑移方向，共有个滑移系。8．由于效应及效应，使多晶体的变形抗力比单晶体大，其中，效应是多晶体加工硬化更主要的原因。9．滑移面应是面间距最面，滑移方向是原子最方向。10．金属塑性变形时，外力所作的功除了转化为热量之外，还有一小部分被保留在金属内部，表现为。11．金属的热变形是指金属材料在再结晶温度以上的加工变形，在此过程中，金属内部同时进行着加工硬化和软化两个过程。12.扩散的驱动力是；再结晶的驱动力为；再结晶后晶粒的长大的驱动力是：，纯金属结晶的驱动力是。13.晶体中原子在表面、晶界、位错处的扩散速度比原子在晶内的扩散速度快，这种现象叫。14.回复的初始阶段回复机制以为主，后期以为主。15．材料的结合方式有原子键、、和范德华力四种化学键结合方式。16．滑移面应是面间距最面，滑移方向是原子最方向。17．刃型位错的柏氏矢量b与位错线t互相，刃型位错移动的方向与b方向。螺型位错的移动方向与柏氏矢量b，螺型位错的柏氏矢量b方向与位错线t的方向。18．由于界面能的存在，当晶体中存在能降低界面能的异类原子时，这些原子将向境界偏聚，这种现象叫。19．均匀形核必须具备的条件是：1.必须过冷；2.必须具备与一定多冷度相适应的和。20．由于效应及取向差效应，使多晶体的变形抗力比单晶体大，且取向差效应是多晶体加工硬化更主要的原因。21．细化铸件晶粒的方法有：1、2、3、。22．金属液态结构特点是，此结构原子团称为。23．材料中质点的扩散机制主要有和两种。24.在过冷度不很大时，形核率主要受形核功因子的控制，当过冷度非常大时，形核率主要受控制。25、根据Griffith理论，断裂韧性（KIC）是表征材料抵抗断裂性能的重要性能之一，它综合考虑了应力和裂纹尺寸对断裂的影响26、在钢热处理中，影响奥氏体晶粒大小的因素有：、、、、27、刃型位错的柏氏矢量b与位错线t互相，刃型位错移动的方向与b方向。螺型位错的移动方向与柏氏矢量b，螺型位错的柏氏矢量b方向与位错线t的方向。28、由于界面能的存在，当晶体中存在能降低界面能的异类原子时，这些原子将向境界偏聚，这种现象叫。二、出题形式二：判断1．柏氏矢量与回路起点选择无关，但与柏氏回路的具体路径，大小有关。（）2．对称倾侧晶界中同号位错垂直排列，刃型位错产生的压应力场与拉应力场可互相抵消，不产生长程应力场，其能量很低。（）3．非均匀形核所需要的形核功大于均匀形核所需要的形核功。（）4．在粗糙界面和负温度梯度下易生长形成树枝状晶体。（）5．虽然体心立方金属滑移系多于面心立方，但面心立方金属的可塑性好。（）6．作用于位错的力只是一种组态力，它不代表位错附近原子实际所受到的力。（）7．回复不能使金属性能恢复到冷变形前的水平。（）8．超塑性不靠滑移进行，而是由晶界的滑动和晶粒的转动所致。（）9．扩散是物质内部由于热运动导致原子或分子定向迁移的过程。（）10．如果固体中不存在扩散流，则说明原子没有扩散。（）11．几何结晶学通过几何学的方法把晶体材料中的质点抽象出来并设想为结点，通过空间格子构造的概念来描述晶体的结构。（）12．孪晶关系指相邻两晶粒或一个晶粒内部相邻两部分沿一个公共晶面（孪晶界）构成镜面对称的位向关系。（）Ⅱ、第二大类知识要点：名词、概念、术语，他们是是一些重要、常见和关键的专业名词。一、出题形式一：名词解释，如：1．滑移系2．显微结构3．柯氏（Cottrell）气团（P134）4．交滑移5．柯肯达尔效应6、几何软化1、7．应力（材料科学或者材料力学学科所定义的）要点：（1）内力，（2）单位面积上的力8．加工硬化（P133）：从机械性能能看，材料通过加工后型变量越大，形变金属的强度和硬度越高，而塑性韧性下降。这便是加工硬化。9．形变织构（P133）金属冷塑性变形时，晶体要发生转动，使金属晶体中原为任意取向的个晶粒逐渐调整到取向彼此一致，这就形成了晶体的择优取向，称为形变织构。硬取向：晶体中有些滑移系与外力取向偏离45º很远，需要较大的σs值才能滑移，称为硬取向。上坡扩散：强调扩散的驱动力不是浓度大的向浓度小的地方扩散，而是浓度小的向浓度大的地方扩散。显微结构：阐述要点为（1）在电子显微镜下看到的结构，（2）尺寸大小的表述，（3）看到的内容。二、出题形式二：简答，如：1、晶体的特性。2、根据公式KIC=σ(πa)1/2讨论细晶化对材料断裂韧性的影响Ⅲ、第三大类知识要点：关于材料结构、性能、机理、机制的记忆一、出题形式一：简答简述1、简要论述稀土金属微观结构和性能特点。2、根据下面的派－纳力公式：解释晶体滑移为什么多是沿着晶体中原子密度最大的面和原子密排方向进行。式中b为柏氏矢量的模，G：切变模量，v：泊松比，a为面间距。3、用弗兰克－瑞德源机制解释位错的增值过程。。4、(1)晶体的特性；(2)晶体、非晶体和准晶体的结构差别。5、（1）材料的分类；（2）用σ-ε曲线解释陶瓷材料和金属材料韧性的差别。6、再结晶的形核机制。二、出题形式二：阐述，如：1、请阐述材料内部合理的再结晶对材料力学性能和晶体结构的影响。2、某一材料晶体结构为离子键结合，半径小的质点取代晶格中半径大的质点后，试分析：（1）对材料内部应力场的影响,(2)对材料力学性能和失效的影响。3、（1）根据晶体材料中晶体的概念和特征，阐述晶体、非晶体核准晶体的差异，（2）用相关温度曲线分析高温熔体在冷却中制备成晶体、非晶体的原理和工艺措施。Ⅳ、第三大类知识要点：理论计算、标注出题形式一：计算题，如：已知铜晶体的切变模量G=4×1010Nm-2，位错的柏氏矢量等于原子间距，b=2.0×10-10m，取α=0.75，计算（1）单位长度位错线的应变能。（2）单位体积bvavG)1(2exp)1(2的严重变形铜晶体内部存储的位错应变能。（设位错密度为1010m/cm3）出题形式二：标注题，如：在单位晶胞中标出立方晶系的晶面和晶向：Ⅴ、第四大类知识要点：结合本地产业来应用理论分析问题出题形式：小论文方式的阐述题，如1、结合佛山支柱材料工业情况对一具体材料产业的现状谈谈你的见解。2、阐述稀土金属材料在一具体产业中的应用。补充内容：1、钢件通过加热、保温和冷却，可以改变其组织状态，在钢的热处理工艺中，有临界温度点、加热速度和保温时间等参数是比较重要的工艺条件。2、晶间断裂和晶内断裂的内容3、滑移系数目与材料塑性的关系：（1）一般滑移系越多，塑性越好；（2）滑移面密排程度和滑移方向个数有关晶面(110)，（110），（011），（421）晶向[111]。(110)（421）（011）（110）[111]4、名词解释：硬取向：晶体中有些滑移系与外力取向偏离45º很远，需要较大的σs值才能滑移，称为硬取向。软取向：晶体中有些滑移系与外力的取向接近45º角，处于易滑移的位向，具有较小的σs值，称为“软取向”。通常是软取向的滑移系首先滑移。5、名词解释：几何硬化与几何软化几何硬化：如果晶体滑移面原来是处于其法线与外力轴夹角接近45º的位向，经滑移和转动后，就会转到此夹角越来越远离45º的位向，从而使滑移变得越来越困难。几何软化：经滑移和转动后，一些原来角度远离45º的晶面将转到接近45º，使滑移变得容易进行。6、在“刃型位错”受力分析中，如果位错线的上部邻近范围受到压应力，则其下部邻近范围受到拉应力。7、对高温合金熔体进行急冷，可能获得非晶态合金、微晶合金和准晶合金，请阐述：（1）这三种形态合金的结构差别，（2）在高温合金熔体冷却中形成晶态和非晶态合金的工艺有什么不同？（结合结晶学和书本P61的理论和图形3.20）8、在冷塑变过程中，外力所作的功大部分转化为热，尚有一部分（约10%）转化为以畸变能的形式储存在形变金属内部，这部分能量叫储存能。储存能的具体表现形式有：宏观残余应力、微观残余应力和点阵畸变。9、阐述：（1）形变金属在退火过程中显微组织的变化，（2）在不同加热阶段形变金属的回复机理。（P145-146）12、关于再结晶的内容：（1）再结晶的定义，（2）影响再结晶的因素。（3）二次再结晶的定义，（4）简要阐述再结晶和二次再结晶对材料性能的影响13、名词解释：（1）上坡扩散P163，（2）短路扩散P167.14、钢在高温向低温冷却时，在不同的工艺下奥氏体可能转化为珠光体、马氏体和贝氏体等晶态组织。试概述转变为这三种组织的温度区间有何不同？15、（1）简述淬火钢内应力的形成，（2）分为几类？（3）消除其内应力的方法。16、简述：（1）以氨气作为氮源、通过气体渗氮对钢的表面进行改性的技术机理，（2）渗氮时氨气的分解率对钢的表面改性效果和性能的影响。（P215）