北京科技大学材科基考研（名词解释汇总及课后重要习题） - 图文

北京科技大学攻读硕士学位 《金属学》复习大纲

（适用专业：材料加工工程、材料学、材料科学与工程、材料物理与化学） 一、金属与合金的晶体结构 1. 原子间的键合

1)金属键, 2)离子键, 3)共价键 2．晶体学基础

1）空间点阵， 2）晶系及布喇菲点阵， 3）晶向指数与晶面指数 3．金属的晶体结构

1）典型的金属晶体结构，2）原子的堆垛方式，3）晶体结构中的间隙， 4）晶体缺陷 4．合金相结构

1）置换固溶体，2）间隙固溶体，3）影响固溶体溶解度的主要因素 4）中间相 5．晶体缺陷

1）点缺陷, 2)晶体缺陷的基本类型和特征, 3)面缺陷

二、金属与合金的凝固 1．金属凝固的热力学条件 2．形核

1）均匀形核，2）非均匀形核 3．晶体生长

1）液-固界面的微观结构，2）金属与合金凝固时的生长形态，3）成分过冷 4．凝固宏观组织与缺陷

三、金属与合金中的扩散 1．扩散机制

2．扩散第一定律 3．扩散第二定律

4．影响扩散的主要因素

四、二元相图

1．合金的相平衡条件 2．相律

3．相图的热力学基础 4．二元相图的类型与分析

五、金属与合金的塑性变形 1．单晶体的塑性变形

1）滑移，2）临界分切应力,3）孪生，4）纽折 2．多晶体的塑性变形

1）多晶体塑性变形的特点，2）晶界的影响，

3.塑性变形对组织与性能的影响

1）屈服现象,2)应力-应变曲线及加工硬化现象,3)形变织构等 六、回复和再结晶

1．回复和再结晶的基本概念

2．冷变形金属在加热过程中的组织与性能变化 3．再结晶动力学

4．影响再结晶的主要因素 5．晶粒正常长大和二次再结晶

七、铁碳相图与铁碳合金 1．铁碳相图 2．铁碳合金

3．铁碳合金在缓慢冷却时组织转变

八、固态相变

1．固态相变的基本特点 2．固态相变的分类 3．扩散型相变

1）合金脱溶，2）共析转变，3）调幅分解 4．非扩散型相变

参考书：

1.金属学（修订版）, 宋维锡 主编, 冶金工业出版社，1998；

2.材料科学基础, 余永宁 主编, 高等教育出出版社，2006；

3.材料科学基础（第二版）, 胡赓祥等 主编, 高等教育出出版社，2006；

4.任何高等学校材料科学与工程专业《金属学》或《材料科学基础》教学参考书。

一2007-2010真题剖析 年份 题型 分值 考察范围 考察难度 （了解、理解、掌握、应用） 简述题 .2010 分析题 相图 40 80 30 2-9章 2-9章 第9章 理解 掌握 掌握、应用 2 / 51

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简述题 2009 分析题 相图 简述题 2008 分析题 相图 简述题 2007 分析题 相图 60 80 10 60 60 30 50 90 10 2-9章 2-9章 第9章 2-9章 2-9章 第9章 2-9章 2-9章 第9章 理解 掌握 掌握、应用 理解 掌握 掌握、应用 理解 掌握 掌握、应用 综合来说，金属学（材料科学基础）专业课这几年的题型变化不大，主要有简述题题型，难度略有减小，侧重于对基础知识点的掌握，特别是基本概念和形成过程的考察，在复习是，对于了解的知识点，复习的时候，要进一步加深理解，因为金属学的出题范围虽然不大，但是出题形式很灵活，必须达到对重要知识点的深刻理解，才能分析各种各样的问答方式；对于熟悉的知识点，复习的时候，要进一步发散知识点和思维。金属学的知识点都是相通的，每个章节都不孤立，因此，要通过必要的发散学习，才能掌握更多的知识点，理解也会更加深刻；对于掌握的知识点，要学会在习题中运用，知识点一定不能是孤立的死板的知识，一定要学会灵活复述，知道在什么样的问题中使用这些知识点，这样，在答题的时候，就会轻松了。 二 初试参考书目

书目属性 参考书目名称 （教材、练习册、??） 出版社 作者 是否招生 简章指定 是 《金属学》(1-9教材 章) 《材料科学基教材 础》第二版(1-9章) 三 各部分考试内容

冶金工业出版社 宋维锡 上海交通大学出胡庚祥等 版社 是 3 / 51

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1、第1本书《金属学》：70% 章节 第1章 概论 第2章 金属和合金的固态结构 第3章 金属及合金的相图 第4章 金属及合金的凝固与组织 章节名称 重点 难点 必考点 考试题型 √ √ √ √ √ √ 不考 概念题 相图题 概念、分析 概念、简答 概念、简答 分析 分值 0 30 10 10-30 第5章 金属及合金的形变 √ 10-20 第6章 金属及合金的扩散 √ 10-20 第7章 金属及合金的回复与再结晶 第8章 金属及合金的固态转变 第9章 铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织 2、第2本书《材料科学基础》：30% 章节 章节名称 √ √ √ 10-30 √ √ √ √ 分析 相图题 10-20 10-30 重点 难点 必考点 考试题型 √ √ √ √ √ √ 基本不考 概念 概念 概念、简答 概念、分析 概念、分析 相图 分值 0 20 20 10-20 第1章 原子结构与键合 第2章 固体结构 第3章 晶体缺陷 第4章 固体中原子及分子的运动 第5章 材料的形变和再结晶 √ √ √ 30-50 第6章 单组元相图及纯晶体的凝固 第7章 二元系相图及其合金的凝√ √ √ 20 √ √ √ 10-30 4 / 51

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固 第8章 三元相图 第9章 材料的亚稳态

√ √ 不考 概念、分析 0 10-20 北京科技大学 金属学名词解释

第一至三、五章 原子结构与键合 固体结构 晶体缺陷 金属及合金的形变

*1、离子键

当一正电性元素和一负电性元素相接触时，由于电子一得一失，使它们各自变成正离子和负离子，二者靠静电作用相互结合起来的化学键。

*2、共价键

由俩个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而形成的化学键。

3、金属键

自由电子与原子核之间静电作用而产生的键合力。（2001、2004、2007北科大）

4、范德华键

由瞬间偶极矩和诱导偶极矩产生的分子间引力所构成的物理键。 5、晶体

原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。

6、非晶体

原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等。

*7、晶体结构

指晶体中原子在三维空间排列情况。

8、空间点阵

指几何点在三维空间中作周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的抽象。

8b布喇非点阵（平移点阵）

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除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。（2004、2007北科大）

9、单胞

在点阵中取出一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称单胞或基胞。（2001北科大）

9b复合单胞

若单胞中除了八个顶角上的阵点外，还有其他位置，例如面心，体心或棱的中心等处也分布着阵点，那么这种单胞就叫复合单胞。（2001北科大）

*10、简单单胞

一个单胞中平均只有一个阵点，这种单胞称为简单单胞。 *11、晶向

点阵空间中任意两个阵点的连线（及其延长线）构成点阵直线，点阵直线方向在非严格意义上又称为晶向。

*12、晶面

点阵空间中由阵点组成的平面为点阵平面，在非严格意义上又称为晶面。

*13、晶向指数

表示晶格中各原子列的位向，形式为【uvw】。

*14、晶面指数

表示晶格中不同方位上的原子面，形式为（hkl）

*15、晶体的各向异性

晶体在不同方向具有不同性能的现象。

*16、配位数

晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。

16b、配位多面体

原子或离子周围与它直接相邻结合的原子或离子的中心连线所构成的多面体，称为原子或离子的配位多面体。

*17、致密度

晶体结构中原子体积占总体积的百分数。

18、合金

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。

19、固溶体

是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶剂原子）所形成的均匀混合

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的固态溶体，它保持溶剂的晶体结构类型。（2007北科大）

20、置换固溶体（代位固溶体）

当溶质原子溶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，这种固溶体就称为置换固溶体。（2001北科大）

21、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称为间隙固溶体。

22、有序固溶体

当一种组元溶解在另一组元中时，各组元原子分别占据各自的布拉维点阵的一种固溶体，形成一种各组元原子有序排列的固溶体，溶质在晶格完全有序排列。

22b偏聚和有序化

当同种原子间作用力大于异种原子间作用力时，溶质原子易于分区聚拢，形成许多偏聚区；当异种原子间作用力大于同种原子间作用力时，溶质原子易于彼此远离，使紧邻或近邻为溶剂原子，由此出现了小范围内的有序分布。（2001北科大）

23、中间相

合金中组元之间形成的、与纯组元结构不同的相。在相图的中间区域。（2004北科大）

*24、正常价化合物

指一些金属与电化性较强的一些元素按照化学上的原子价规律所形成的化合物称为正常价化合物。电化性差越大，形成的化合物越稳定。

25、电子化合物

电子化合物是指由主要电子浓度决定其晶体结构的一类化合物，又称休姆-罗塞里相。凡具有相同的电子浓度，则相的晶体结构类型相同。

26、间隙相

当非金属（X）和金属（M）原子半径的比值rX /rM <0.59 时，形成的具有简单晶体结构的相，称为间隙相。

27、间隙化合物

当非金属（X）和金属（M）原子半径的比值rX /rM >0.59 时，形成具有复杂晶体结构的相，通常称为间隙化合物。

28、拓扑密堆相

由两种大小不同的金属原子所构成的一类中间相，其中大小原子通过适当的配合构成空间利用率和配位数都很高的复杂结构。由于这类结构具有拓扑特征，故称这些相为拓扑密堆相。

*28b、晶体缺陷

在含缺陷的晶体中，对称性破坏的局部区域称为晶体缺陷。包括点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷。（2007北科大）

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*29、点缺陷

指空位三个方向的尺寸都比较小，相当于原子尺寸的等原子排列不规则的区域。

30、肖脱基空位

在个体中晶体中，当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定程度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来位置，迁移到晶体表面或内表面的正常结点位置上而使晶体内部留下空位，称为肖脱基空位。

31、弗兰克尔空位

离开平衡位置的原子挤入点阵中的间隙位置，而在晶体中同时形成相等数目的空位和间隙原子。

*32、线缺陷

原子排列的不规则区域在空间一个方向上尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小，如位错。

33、位错

是晶体内的一种线缺陷，其特点是沿一条线方向原子有规律地发生错排；这种缺陷用一线方向和一个柏氏矢量共同描述。（2001、2004北科大）

34、刃型位错

晶体中的某一晶面，在其上半部有多余的半排原子面，好像一把刀刃插入晶体中，使这一晶面上下两部分晶体之间产生了原子错排，称为刃型位错。

35、螺型位错

位错线附近的原子按螺旋形排列的位错称为螺型位错。

35b刃型位错和螺型位错模型

将晶体的上半部切开，插入半个晶面，再粘合起来；这样，就相当于刃端部位为中心线的附近一定范围原子发生有规则的错动。其特点是上半部受压，下半部受拉。这与实际晶体中的刃位错造成的情景相同，称为刃型位错模型。同样，将晶体的前半部切开，以刃端为界使左右两部分沿上下发生一个原子间距的相对切变，再粘合起来，这儿是在已切动和未切动交界线附近，原子错动情况与真实的螺位错相似，称为螺型位错模型。（2003北科大）

36、点阵畸变

在局部范围内，原子偏离其正常的点阵平衡位置，造成点阵畸变（2002北科大）。

37、柏氏矢量

描述位错特征的一个重要矢量，它集中反映了位错区域内畸变总量的大小和方向，也是位错扫过后晶体相对滑动的量。（2001北科大）

38、不全位错

柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错称为不全位错

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39、全位错

把柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错称为全位错。

40、单位位错

把柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错。

41、位错滑移

在一定应力作用下，位错的位错线沿滑移面移动的位错运动。

*42、攀移

刃型位错的位错线可沿着垂直于滑移面的方向移动，刃型位错的这种运动称为攀移

43、扩展位错

通常指一个全位错分解为两个不全位错，中间夹着一个堆垛层错的整个位错形态。

*44、堆垛层错

实际晶体结构中，密排面的正常堆垛顺序有可能遭到破坏和错排，称为堆垛层错，简称层错。

*45、割阶：垂直滑移面的折线 。 扭折：在滑移面上的折线 。

*46、面交位错

若在两相交的{111}面上各有一扩展位错，它们相遇后，领头的Shockley位错可能发生反应而形成不动位错。

47、滑移系

晶体中一个滑移面及该面上一个滑移方向的组合称一个滑移系。（02、04、07北科大）

48、交滑移

当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。

49、多滑移

当外力在几个滑移系上的分切应力相等并同时达到了临界分切应力时，产生同时滑移的现象。

50、双交滑移

如果交滑移后的位错再转回和原滑移面平行的滑移面上继续运动，则称为双交滑移。

*51、等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向与力轴夹角分别相等的一组滑移系。

52、晶界

晶界是成分结构相同的同种晶粒间的界面。（2003北科大）（2001问答概念及在多晶体形变

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过程中的作用）

53、晶界偏聚

由于晶内与晶界上的畸变能差别或由于空位的存在使得溶质原子或杂质原子在晶界上的富集现象。

54、晶界能

不论是小角度晶界或大角度晶界，这里的原子或多或少地偏离了平衡位置，所以相对于晶体内部，晶界处于较高的能量状态，高出的那部分能量称为晶界能，或称晶界自由能。

55、晶粒

在多晶体的晶格位向一致，位向差很小的小晶块，称晶粒。 亚晶粒

一个晶粒中若干个位相稍有差异的晶粒称为亚晶粒。

56、亚晶界

相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界。

57、孪晶

孪晶是指以共格界面相联结，晶体学取向成镜面对称关系的这样一对晶体（或晶粒）的合称。

58、孪生

晶体受力后，以产生孪晶的方式进行的切变过程叫孪生。（2002北科大）

59、共格相界

如果两相界面上的所有原子均成一一对应的完全匹配关系,即界面上的原子同时处于两相晶格的结点上,为相邻两晶体所共有,这种相界就称为共格相界。

60、非共格晶界

当两相在相界处的原子排列相差很大时，即错配度δ很大时形成非共格晶界。同大角度晶界相似，可看成由原子不规则排列的很薄的过渡层构成。

61、表面能

表面原子处于不均匀的力场之中，所以其能量大大升高，高出的能量称为表面自由能（或表面能）。

62 、界面能 （2003北科大） 界面上的原子处在断键状态，具有超额能量。平均在界面单位面积上的超额能量叫界面能。

63、大角度晶界

多晶材料中各晶粒之间的晶界称为大角度晶界，即相邻晶粒的位相差大于10°的晶界。

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64、小角度晶界

相邻亚晶粒之间的位相差小于10°，这种亚晶粒间的晶界称为小角度晶界，一般小于2°，可分为倾斜晶界、扭转晶界、重合晶界等。

65、柯氏气团

通常把溶质原子与位错交互作用后，在位错周围偏聚的现象称为气团，是由柯垂尔首先提出，又称柯氏气团。

第四章 金属与合金中的扩散

名词解释：影响扩散的主要因素（2007北科大） 1、稳态扩散

在稳态扩散过程中，扩散组元的浓度只随距离变化，而不随时间变化。

2、非稳态扩散

扩散组元的浓度不仅随距离x变化，也随时间变化的扩散称为非稳态扩散。

3、柯肯达尔效应

反映了置换原子的扩散机制，两个纯组元构成扩散偶，在扩散的过程中，界面将向扩散速率快的组元一侧移动。

4、上坡扩散

溶质原子从低浓度向高浓度处扩散的过程称为上坡扩散。表明扩散的驱动力是化学位梯度而非浓度梯度。

5、间隙扩散

这是原子扩散的一种机制，对于间隙原子来说，由于其尺寸较小，处于晶格间隙中，在扩散时，间隙原子从一个间隙位置跳到相邻的另一个间隙位置，形成原子的移动。

6、反应扩散

伴随有化学反应而形成新相的扩散称为反应扩散。

第五章 金属及合金的形变 金属及合金的回复与再结晶

1、临界分切应力

滑移系开动所需的最小分切应力；它是一个定值，与材料本身性质有关，与外力取向无关。

2、施密特因子

亦称取向因子，为cosΦcosλ,Φ为滑移面与外力F中心轴的夹角，λ为滑移方向与外力F的夹角。

3、形变强化（加工硬化）

金属经冷塑性变形后，其强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这种现象称为形变强化。

4、固溶强化

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由于合金元素（杂质）的加入，导致的以金属为基体的合金的强度得到加强的现象。

5、弥散强化（沉淀强化） 许多材料由两相或多相构成，如果其中一相为细小的颗粒并弥散分布在材料内，则这种材料的强度往往会增加，称为弥散强化。

6、细晶强化

晶粒愈细小，晶界总长度愈长，对位错滑移的阻碍愈大，材料的屈服强度愈高。晶粒细化导致晶界的增加，位错的滑移受阻，因此提高了材料的强度。

7、形变织构

多晶体形变过程中出现的晶体学取向择优的现象叫形变织构。（2002、2003北科大）

8、回复

指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。

9、再结晶

冷变形后的金属加热到一定温度之后，在原变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，而性能也发生了明显的变化并恢复到变形前的状态，这个过程称为再结晶。（指出现无畸变的等轴新晶粒逐步取代变形晶粒的过程） 10、均匀形核

新相晶核是在母相中存在均匀地生长的，即晶核由液相中的一些原子团直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响。

11、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。

12、异质形核

晶核在液态金属中依靠外来物质表面或在温度不均匀处择优形成。

13、二次再结晶

再结晶结束后正常长大被抑制而发生的少数晶粒异常长大的现象。（02、03、04北科大）

14、再结晶温度

形变金属在一定时间（一般1h ）内刚好完成再结晶的最低温度。（2004、2007北科大）

15、再结晶退火

所谓再结晶退火工艺，一般是指将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温一段时间后，缓慢冷却至室温的过程。

16、临界变形度

给定温度下金属发生再结晶所需的最小预先冷变形量。

17、应变时效

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第一次拉伸后，再立即进行第二次拉伸，拉伸曲线上不出现屈服阶段。但第一次拉伸后 的低碳钢试样在室温下放置一段时间后，再进行第二次拉伸，则拉伸曲线上又会出现屈服阶 段。不过，再次屈服的强度要高于初次屈服的强度。这个试验现象就称为应变时效。

名词解释

? *金属学是关于金属材料（金属和合金）的科学，它的中心内容是研究金属和合金的成分、

结构、组织和性能，以及它们之间的相互关系和变化规律。

? *组织是指用肉眼或借助于各种不同放大倍数的显微镜所观察到的材料内部的情景，包括

晶粒的大小、形状、种类以及各种晶粒之间的相对数量和相对分布。 结构是指原子集合体中各原子的具体组合状态。

? *过单胞任一顶点的三个棱边的长度a、b、c以及三个棱边的夹角α、β、γ，为表征点

阵特征的六个参量，叫点阵参数；a、b、c也叫点阵常数。

? *空间点阵与晶体点阵的区别与联系？

空间点阵是晶体中质点排列的几何抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性。由于各阵点的周围环境相同，它只能有14种类型（布拉菲点阵，晶体结构形式，晶形）。 ? 晶体点阵是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）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。

? *有序固溶体（超结构）：当固溶体有序化到一个程度，以致在整个晶体点阵中演技和溶剂

原子都按统一的确定分布时，即达到长程有序时，这样的固溶体就叫有序固溶体，或超结构。

? *界面：界面上的原子所占据的位置相当于这两个晶粒点阵的共有阵点。完全的界面其界

面能量最低。

? *形核功：————式中，XX为晶核形成功，它需要领先系统的能量涨落来提供，它与（三

角形）T成反比例，（三角形）T越大，则（三角形）G越小，便越有利于形核。

? *滑移：滑移是晶体的两部分之间沿着一定的晶面（滑移面）和一定的日币（滑移方向）

而发生的一种相对切变。

? *二次再结晶：再结晶完成后，晶粒长大表现出的反常现象。少数圈套的晶粒优先快速长

大，逐步吞食其周围的大量小晶粒中，形成非常粗大的组织，好像也是一个生核长大过程。

? *晶体缺陷：实际晶体中原子组合（原子，分子，离子或原子团）的不规则性，不完整性，

统称为晶体缺陷。包括

? *形核功：尺寸的晶胚变为蜾所需的那一部分功，系统能量涨落来提供。

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? *亚稳极限：液体中存在最小过冷度。当过冷度小于这个值时，凝固几乎不能进行或难于

察觉，液体可以长期牌亚稳状态。

? *临界分切应力：使单晶体中的滑移系启动的分切应力值。在滑移面的滑移方向上，只有

当分切应力的值达到或超过某一特定的大小以后，沿这一滑移系才能开始滑移，这个特定的值就是临界分切应力。

? *扩散驱动力：扩散的驱动力是尝试梯度，物质问题从尝试高处向尝试低处迁移。扩散的

根本驱动力是化学位梯度。一般条件下，化学位梯度与尝试梯度是一致的（正常扩散），看起来扩散总是向尝试梯度减小的方向进行。但在另一些条件下，如果化学位梯度与浓度梯度相反时（上坡扩散）化学位梯度的本质就充分显露出来。

? *加宽柱状晶：液体的过热度应该大，小的凝固范围，增加温度梯度，减小液体运动，合

金熔点高。

? *加宽等轴晶：液体的过热度应该小，大的凝固范围，减小温度梯度，加强液体运动，合

金熔点低。

? *菲克第一定律：在扩散过程中，物质的扩散流量，即单位时间内通过单位横截面积所输

送的物质的量与其横跨这一截面的浓度梯度成正比。扩散方向与浓度梯度的方向相反， 扩散向浓度减小的方向进行。扩散系数Ｄ浓度梯度扩散流量

? *菲克第二定律：物质流入元体积内的量减去流出量必然等于积存在这个体积内的物质量。

物质流入元体积的速率，减去流出的速率，应等于这个体积内物质的积存速率。Fick第二定律的一般表达式：ＸＸＸＸＸＸＸＸＸ当D不随浓度而变化时：

? *冷加工：冷加工过程中只有加硬化，也就是曲线中的OA，到了AB段，材料发生塑性变形。

到了BC段，动态恢复与加工硬化几乎抵消，所以BC呈一条趋于水平的线的曲线。

? *热加工：热加工过程中，在OA曲线上，形迹硬化大于再结晶软化。当形迹达到曲线峰值

时也就A点处，形变硬化与再结晶软化几乎相等。之后，形变硬化小于再结晶软化，故曲线开始下降。到了B点后，动态恢复与形变硬化几乎抵消，所以曲线呈一条趋于水平的线的曲线。

? *钢的回火：根据一定的目的，把淬火加热到一定温度下保温一定时间后冷却下来。

? *奥氏体形成元素：在奥氏体中有圈套的溶解度，并且能使奥氏体稳定的元素。

? *过冷奥氏体：把奥氏体过冷到A1温度以下，牌热力学上不稳定的奥氏体。

? *回火触发：对于淬火进行回火，一般是塑性韧性增加。但是，在一定的温度范围内，对

回火后，发现塑性韧性反而降低，这种现象称回火触发。分低温回火和高温回火触发。

? *钢的奥氏体本质晶粒度：表征钢在加热奥氏体化过程中，奥氏体晶粒长大的趋势。奥氏

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体晶粒容易长大（1—4级）称本质粗晶粒钢，5—8级称本质细晶粒钢。

? *一、固溶体的分类

按溶剂分类

一次固溶体、边（端）际固溶体结构类型与主组元结构相同 二次固溶体、中间固溶体结构类型与主、副组元结构都不同

? 按固溶度（溶解度）分类

有限固溶体溶质组元的浓度有限度 无限固溶体溶质可以任何比例溶入溶剂

? 按溶质原子在晶体点阵中所占的位置分类

代位固溶体溶质原子与溶剂原子占据等同的点阵位置 间隙固溶体溶质原子填入溶剂原子间的间隙位置

缺位固溶体在一些二次固溶体中，当化合物的组元之一溶入化合物时，另一组元形成缺位，如FeO

? 按溶质原子与溶剂原子的相对分布分类

无序固溶体随机分布

有序固溶体溶质原子按适当比例、并按一定顺序和一定方向，

? 围绕着溶剂原子分布

? *二、影响固溶度的因素：1. 原子尺寸因素2. 负电性因素3，电子尝试因素。相同时，

高价组元比低价是组元在高组元中的固溶度要大。一般先考虑尺寸因素，再考虑其它因素，另外还会有次要因素影响。。。

? *单胞：在空间点阵中选取的一个能够反映其特点的最小单元，这样的平行六面体构成了

该点阵的基元，称之为单胞或基胞。

? *空间点阵：晶体是由结构基元在空间呈规则的三维周期排列而形成的。若把每个基元抽

象为一个点，这些点具有完全相同的几何环境和物理环境，称为等同点。由构成晶体的结构基元抽象出来的等同点在三维空间中的周期排列称为空间点阵。空间点阵中的各个点又叫做阵点。

? *在材料科学中，指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺

陷）。

? *3. 金属键：公有化自由电子的静电作用结合进来

? *有序固溶体：有序固溶体溶质原子按适当比例、并按一定顺序和一定方向，围绕着溶剂

原子分布

? *晶界：意想金属或合金各晶粒间的界面一般称为晶界。作用：1. 晶界的切变━对形变直

接贡献2. 晶界的协调作用3. 晶界对形变的阻碍作用

? *复相合金形变的特点

一般多晶体，相邻两晶粒间为同成分、同结构、取向不同，以晶界为界；复相合金，相邻

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两晶粒间可能为成分和/或结构都不同，以相界为界。在复相合金的形变过程中，不同种的晶粒之间、每一晶粒的中心与边缘之间，形变差异（不均匀性）更大，内应力增大，开裂机会增多，范性下降。第二相为脆性相时，合金的范性受相的相对量的影响：原始裂纹总是易于提前在脆性相一侧，或在相界上产生。

? 受第二相的分布状况影响：粒状均匀分布，影响小；连续膜状（网状）沿晶界分布，影响

大； 应尽量避免断续沿晶界分布或片层状在晶内分布，影响中。

? *马氏体转变的特点：

马氏体型转变不会引起化学成分的变化，只产生结构类型的变化，有时还会发生有序度的变化。马氏体既可以是稳定的平衡相，也可以是亚稳的非平衡相。

? *滑移系：晶体中一个可滑移的晶面和其上一个可滑移的晶向合称一个滑移系，用{ k h l }<

u v w >表示。

? *孪生：晶体受力后，以产生孪晶的方式而进行的切变过程，称为孪生。

? *过冷度━金属和合金的实际凝固温度与其熔点之差值，ΔT ΔT=Tm（平衡熔点）-T（实

际温度）

凝固只能在过冷液体中进行，而且要过冷度大于某一最小值。

? *结晶潜热凝固过程中伴随着潜热的释放，这种潜热称为结晶潜热。

? *相图，也称相态图、相平衡状态图，是用来表示相平衡[1]系统的组成与一些参数（如温

度、压力）之间关系的一种图。它在物理化学、矿物学和材料科学中具有很重要的地位。

? *铸锭的一般组织

组织特征：三个晶区 细晶粒外壳（激冷层）

沿模壁一薄层液体中产生大量晶核，形成细小的等轴晶粒。区域很窄。 柱晶区

粗大的长柱状晶粒，紧接细晶外壳，定向结晶的产物。 两个一致性：

几何取向的一致性：各柱晶的长轴大致与模壁垂直； 晶体学取向的一致性：择尤取向，这种组织叫织构。

每个晶粒的长轴都与一个特定的晶向（织构轴）相平行。 等轴晶区

较粗大的各方向尺寸近乎一致的晶粒，位于铸锭心部。 典型铸锭组织示意图

? *小角度晶界的结构模型：柏氏矢量平等的同号刃型位错垂直堆 起来，晶界两边是对称的，

称对称倾转晶界；柏氏矢量相互垂直的刃型位错交叉堆集而成的称为不对称倾转晶界；由同号螺旋位错构成的为氛围晶界。

? *固溶体在强度方面，比两个纯组元的平均值高，单比一般化合物低；在范性和韧性方面，

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延伸率、面缩率等，比两个纯组元的平均值略低，单比一般的化合物要高得多、又较优越的综合力学性能。

? *凝固过程的成长机理：

连续成长

适合于粗糙界面。晶体界面上，原子位置约有一半虚位以待，易于接纳外来原子。晶体依靠原子由液体连续不断地向固体扩散而成长。 借台阶侧向扩展成长

适合于具有台阶的平滑界面。台阶处原子附着时配位数大，结合较强，不易再返回液体中。界面上台阶越多，沿法向成长的线速度愈大。界面晶面的原子密度越低，台阶密度愈大。 二维晶核式的成长

适合于晶体界面既无台阶也无缺陷，理想平面。单个孤立原子很难稳定在晶体表面，结合牢靠。靠系统能量涨落形成一个具有单原子厚度、并具有一定宽度（临界晶核尺寸）的平面原子集团，同时落在平滑界面上。二维晶核形成后，周围出现台阶晶体借台阶侧向扩展成长

? *凝固过程的宏观特征：液体必须具有一定的过冷度，凝固才能发生，；凝固过程中伴随着

潜热的释放，结晶潜热。

? *区域偏析（宏观偏析）：

正常偏析

? K0<1的合金系，先凝固区域的溶质（或杂质）浓度低于后凝固区域。正常偏析一般发生在

柱晶范围内,溶质分布随液、固相扩散混匀能力而变化。

反常偏析

? 枝晶之间残留液体随枝晶横向扩展而浓度升高、熔点下降、凝固缓慢，枝晶之间若断若续

留有隧道和暗流。凝固收缩产生负压，使柱晶间富集溶质或杂质的液体向外倒流，而后凝固。

比重偏析

? 固、液相间有成分和比重的差异，结晶过程中发生了浮、沉现象，造成偏析。绝大部分金

属和合金的固相比重大于液相结晶体总是往下沉→“结晶雨” 。异分凝固时不一定。

? *结晶后的组织中产生显微偏析的原因，采取什么措施能减弱和消除偏析？

显微偏析：固溶体的结晶只要偏离平衡态，都会引起偏析，一般发生在几个晶粒距离范围内，称为显微偏析。消除办法：产生后可用扩散退火法消除掉，快冷。一般来说，快冷大多可使显微偏析减弱。当冷却 速度很大时（如近代激冷技术），可获得近似非扩散凝固，可得到超细晶粒、超饱和度、低偏析

或无偏析、甚至非晶态组织。凝固以后减小或消除偏析，扩散退火均匀化，即在高温较长时间加热和保温。

? *固溶体结晶过程的特点：1）结晶过程发生在一个温度范围内2）结晶过程所形成的晶体

与其紑化学成分不一样，而且无论是晶体或是液体的成分，都随着温度的下降而不断地变化着。韧性自然就会提高。

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? *相界面：在复相合金中，一个晶粒周围可以出现成分结构都不相同的另一种晶粒，它们

间的界面为相界面。

? *吕德斯：某些含有溶质组元的单晶体或多晶体的应力-应变曲线：

滑移启动的抗力较大（上屈服点），而滑移进行的抗力较小（下屈服点）。一旦滑移开动进来，

就可以在较低的应力下进行，直到发生较明显的加工硬化后，应力才会进一步增加。 消除吕德斯带：消除柯氏气团，避免上、下屈服点的出现。 ..预变形法：预先摆脱溶质原子气团的作用； ..消除溶质元素或加入一些固定溶质的元素。

? *影响扩散的因素：

温度与扩散系数的关系，成指数关系

界面对扩散的影响：D表面>D界面>D晶内。

晶体结构和结构缺陷对扩散的影响：密堆结构点阵中扩散比非密堆点阵中扩散慢。 各种结构缺陷都会使扩散系数增大，扩散速度加快。 空位对扩散的影响：空位机理是扩散过程的重要机理， 凡是能够提高空位浓度的有效方法，都能加速扩散。 位错对扩散的影响 D错>D内

化学成分对扩散的影响：一般说来，合金元素与溶剂的差别越大，它在溶剂中的扩散速度也盐碱。

扩散的异性：扩散在异性的晶体中，由于各个方向上原子的排列不同，原子跳动的频率就会有差异，这最终会反应在各个方向上的扩散速度的差异上，称为扩散的异性。

? *回复与再结晶过程中组织和性能的变化特征：

形变金属或合金退火过程中的一般变化

显微组织的基本变化

将金属材料加热到某一规定温度，并保温一定时间，而后缓慢冷却至室温的一种热处理操作过程。

第一节形变金属或合金退火过程中的一般变化光学显微组织几乎看不出任何变化，晶粒仍保持伸长或偏平状，电镜下的精细组织可显示出变化 第一节形变金属或合金退火过程中的一般变化

形变晶粒内部发生了新晶粒的生核和成长过程，直到形变组织完全改组为新的等轴晶粒为止。

再结晶是一个无畸变晶粒在畸变基本中的生核和成长过程，这个阶段宏观性能 变化最剧烈。

第一节形变金属或合金退火过程中的一般变化

新晶粒逐步相互吞食而长大，直到达到一个较为稳定的尺寸。 第一节形变金属或合金退火过程中的一般变化

储存能的变化

同一金属，再结晶阶段对应能量释放最大峰值。

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不同金属，回复过程释放的能量： 对纯金属来说很小（3％），再结晶驱动力大，对合金来说很大（70％），再结晶驱动力小。 杂质原子或合金组元能够显著推迟基体金属的再结晶过程。 第一节形变金属或合金退火过程中的一般变化

性能的变化

硬度(位错起作用)

回复阶段变化小,约占总变化的1/5； 再结晶阶段变化大,约占总变化的4/5. 强度变化相似.

电阻(点缺陷起作用)

回复阶段和再结晶阶段变化相似. 点缺陷密度显著下降. 密度(空位起作用)

回复阶段和再结晶阶段变化相似. 空位浓度和刃型位错密度减小.

回复阶段：力学性能变化小（硬度、强度） 物理性能变化大（电阻、密度） 再结晶阶段：宏观性能变化大

? *粗大再结晶晶粒 措施：

? *什么叫再结晶：是一个显微组织彻底重新改组的过程。（是无畸变能或畸变能较低的晶粒

在畸变能较高的若何中进行生核和成长的过程，驱动力是畸变能差，阻力则来自晶界能）

? *再结晶温度：再结晶温度不象结晶或其它的相恋温度那样确定不变，它受许多因素影响，

可以随条件的不同而在一个相当宽的范围内变化。通常所说的再结晶温度是指在规定的时间内（如一个小时）通匪免冠地结晶，或再结晶达到规定程度*（如94%）的最低温度。即再结晶温度包含时间和再结晶量两个因素在内。

? *提高材料强度：影响金属材料强度的因素主要是温度和外力，金属材料在外力作用下抵

抗永久变形和断裂的能力称为强度。

按外力作用的性质不同，主要有屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等，工程常用的是屈服强度和抗拉强度，这两个强度指标可通过拉伸试验测出 ；

提高强度的主要途径是通过热处理和添加元素，改变原有材料的分子结构。 强化途径有固溶强化、弥散强化、细晶强化、时效强化四种。

影响因素包括晶粒大小，显微组织的均匀程度，材料的成分和加工工艺等。 具体的请参照材料热处理方面的资料。

第二章 固体结构

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1、晶体:原子按一定方式在三维空间内周期性地规则重复排列，有固定熔点、各向异性。

1、中间相:两组元A 和B 组成合金时，除了形成以A 为基或以B 为基的固溶体外，还可能形成晶体结构与A，B 两组元均不相同的新相。由于它们在二元相图上的位置总是位于中间，故通常把这些相称为中间相。

2、配位数:晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数。

28、有序固溶体：当一种组元溶解在另一组元中时，各组元原子分别占据各自的布拉维点阵的一种固溶体，形成一种各组元原子有序排列的固溶体，溶质在晶格完全有序排列。

36、非晶体:原子没有长程的周期排列，无固定的熔点，各向同性等。

37、致密度:晶体结构中原子体积占总体积的百分数。

40、间隙相:当非金属（X）和金属（M）原子半径的比值rX/rM<0.59 时，形成的具有简单晶体结构的相，称为间隙相。

53、点阵畸变:在局部范围内，原子偏离其正常的点阵平衡位置，造成点阵畸变。

57、置换固溶体:当溶质原子溶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，这种固溶体就称为置换固溶体。

58、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称为间隙固溶体。

72、晶胞:在点阵中取出一个具有代表性的基本单元（最小平行六面体）作为点阵的组成单元，称为晶胞。

75、金属键:自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。

76、固溶体:是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶剂原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持溶剂的晶体结构类型。

89、空间点阵:指几何点在三维空间作周期性的规则排列所形成的三维阵列，是人为的对晶体结构的抽象。

90、范德华键:由瞬间偶极矩和诱导偶极矩产生的分子间引力所构成的物理键。

99、同质异构体:化学组成相同由于热力学条件不同而形成的不同晶体结构。

101、布拉菲点阵:除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。

102、配位多面体:原子或离子周围与它直接相邻结合的原子或离子的中心连线所构成的多面体，称为原子或离子的配位多面体。

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考试题

1、在简单立方晶体中有两个位错，它们的柏氏矢量b 和位错的切向t 分别是：位错?，b(1)=a[010], t(1)=[0?10]; 位错-, b(2)=a[010], t(2)=[00?1]。指出两个位错的类型以及位错的滑移面。如果滑移面不是唯一的，说明滑移面所受的限制。（15分）

①是左螺位错，因t.b=-a，滑移面（100），（001）。（5 分）。②是刃位错，因t.b=0，

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滑移面（100）。（5分）。①号位错滑移面不唯一，它不能在（010）面上滑移。（5分）

2、两个平行的小角度倾转晶界，它们的取向差角分别为q1 和q2，若两个晶界合并为一个取向差角为q1+ q2的晶界，这个过程可能发生吗？为什么？（10分）

可能发生；两平行小角度倾转晶界，刃位错都平行，合并后，位错间间距减小，取

向差加大，为?1+?2；不存在不同类型位错间的作用或同类位错、但不平行的问题。这正 是回复过程发生的组织变化。也可用小角度晶界能量与取向差的公式分别进行（加合） 计算并比较前后能量差异从而确定反应能否进行。（10分）

3、按结构看，晶界可分为什么类型？晶界结构的普遍特点是什么？讨论晶界在形变、相变和再结晶过程的作用。（15分）

按结构看，晶界可分为小角晶界和大角晶界；（3 分）。晶界结构的普遍特点是原子排列比晶内混乱的多，特别是大角晶界上原子排列更加混乱。（3分）

?形变时，晶界阻碍位错运动，造成位错塞积；晶粒越细，晶界越多，强化越明显，有Hall-Petch关系；（3分）

?相变时，晶界是高能地点，是有效的非均匀形核处，晶界越多，新相形核地点越多，可细化晶粒，也越难获得大的过冷度。（3分）

?再结晶时，晶界的作用与相变时相似，也是加速再结晶过程。再结晶时只能是非均匀形核（3分）

4、什么是临界分切应力定律？单晶体单向拉伸时力轴在单晶的[111]与[123]方向时，晶体内开动的滑移系有几个？两力轴拉伸时对应的s - e曲线形状应是怎样的？为什么（15分） 对一定结构的晶体，作用在滑移面滑移方向上的切应力达一定值时，滑移系才能开动；该值不随外力作用的方向而改变，只与材料本身性质有关。这个规律称临界分切应力定律。（5分）。 力轴为[111]时，有6个滑移系的取向因子相同且最大，因而有6个滑移系可同时开动。 力轴为[123]时，开动的滑移系是1个。（5分，不要求写出具体的滑移系）。

两力轴对应的应力应变曲线有较大差异；[111]力轴下没有易滑移阶段，塑性变形开始就是多系滑移，位错间有强的交互作用，造成强的加工硬化；[123]力轴拉伸时，单系滑移对应易滑移阶段，对应典型的单晶拉伸三阶段（易滑移/线性硬化/抛物线）。（5 分，画出正确的示意图/曲线也可得满分）。 5、（1）描述金属大形变量轧制后光学镜下观察的形变组织结构；（2）若轧制的黄铜的{111}极图如图，此时形成的是{110}<1-12>织构（称黄铜织构），解释这组密勒指数的含义以及怎样从该极图中得出形成的是{110}<1-12>织构。（10分）

（1）金属大变形量轧制后，从轧面上观察为宽长条状晶粒，

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宽度为小于或等于原始晶粒直径。侧面观察为细长条组织，晶粒沿轧向拉长，沿法向压扁。晶粒可‘碎化’分解为几部分，出现形变不均匀区(切变带，形变带，孪晶)。晶粒内隐约可见亚晶界。不同晶粒浸蚀后衬度/亮度不同。低层错能FCC金属或HCP金属内可能会出现孪晶。（5 分） （2）密勒指数的含义是：晶粒的{110}面平行于轧面，晶粒的<112>方向平行于轧向。

因是{111}极图，只能看到多数晶粒四个{111}极的位置，如图所画为两类等效的黄铜取向。按定义，此极图的中心ND是{110}，RD 为{112}，则侧向TD为NDXRD={111}，该点的高强度已显示出来。另一{111}点也与ND{110}垂直，在距TD{111}70.53度，同时距RD{112}19.47度的位置。也可按另一方式讨论，若是黄铜织构，则ND为{110}，RD为{112}；将{001}标准极图转到中心为{110}，上端N极（RD）转为{112}的位置，再将{111}点以外的其它极点(如{110}, {100})都涂掉，这种只剩下{111}点的极图就是实测的极图。（5分） 6、（1）再结晶动力学公式为X=1-e -kt n ，说明各参量的含义。这个公式还能应用于哪些转变？为什么？（2）恒温转变量随时间的关系在不同温度下表现为C 曲线形状，解释为何这类曲线与温度的关系呈C字形状？（15分）

（1）X 再结晶分数，t 时间，k 与形核率与长大速度有关的常数，n 与新晶粒的形状、形核位置有关的常数。（4分）。

此公式还可用于凝固、固态相变、非晶的晶化等热激活扩散控制的转变过程，因为在公式的推导时，应用了扩散控制时的Vμt3，即dμt 的关系。（4分）。

（2）因相变形核率主要与原子迁移能力和转变驱动力的乘积有关；转变温度较高时，原子迁移能力强，但相变驱动力小；而转变温度较低时，原子迁移能力弱，但相变驱动力大；结果其两项的乘积都小；孕育期长。只有在中等转变温度下，两项值都较大，乘积也大，形核率高，转变快，孕育期短。所以转变曲线与温度的关系呈C曲线形状。（7分）

7、什么是二次再结晶？二次再结晶发生的条件是什么？二次再结晶后织构会不会发生 变化？（10分）

二次再结晶是一次再结晶完成的基础上，少数晶粒的异常长大现象。此时晶粒尺寸分布出现双峰现象。（4分）。

二次再结晶发生的条件一般是一般晶粒生长受阻，如粒子钉扎、织构钉扎或厚度效应。当钉扎作用不均匀消失时，个别晶粒先摆脱钉扎而充分生长。（4分）。

对于弥散相抑制晶粒长大，一般不会产生二次织构；对于织构抑制晶粒长大，有时，有时会产生二次织构，有时不会产生二次织构；对于厚度抑制晶粒正常长大，会产生二次织构。 如硅钢二次再结晶后由弱的织构形成非常强的高斯织构；但不一定总伴随织构的变化。 （2分）

8、叙述Al-4%Cu合金的脱溶贯序；讨论时效温度对脱溶贯序的影响。（10分） 最佳工艺条件下，Al-4%Cu的脱溶贯序为：GP区，q￠￠过渡相（共格），q￠过渡相（半共格），q平衡相（非共格）。其中q￠￠的强化效果最好。（4分）。若时效温度过高，直接析出稳定相，析

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