第一部分材料結構的基本知識
離子鍵由原子通過相互得失價電子形成正、負離子，正、負離子的相互吸引而形成的鍵。
共價鍵通過相鄰原子間形成共用電子的方式使每個原子的最外層電子數都達到穩定的八個，其形成的鍵為共價鍵。
金屬鍵金屬很容易失去最外層的價電子而形成正離子和自由電子，當許多金屬結合時，失去價電子的金屬正離子常在空間整齊排列，而自由電子則在正離子之間自由運動，依靠這種方式結合起來的鍵稱金屬鍵。
晶體其基本粒子（原子、分子、原子團等）在三維空間內周期性地重複排列的材料。具有各向異性。可分為金屬晶體、離子晶體、共價晶體和分子晶體四種
結晶由液體轉變為晶體的過程。有體積的突變。通過形核和長大兩個過程實現。
凝固由液體轉變為非晶體的過程。無體積的突變。
單晶體由乙個晶核生長而形成的晶體稱為單晶體。
多晶體由許多個晶核同時生長而形成的許多個微小單晶體組成的。
單晶體具有各向異性而多晶體具有偽各向同性。
第二部分材料中的晶體結構
晶胞構成晶格的最基本單元稱為晶胞。
簡單晶胞只在晶胞的角頂上有陣點，而每個角頂上的陣點又分屬八個簡單晶胞。每個晶胞中只含乙個陣點。又稱初級晶胞。
復合晶胞。除晶胞的角頂外，在其體心、麵心或底心等位置上也有陣點，晶胞含有乙個以上的陣點。
晶胞的選取原則及表示方法。
① 充分反映整個空間點陣的對稱性；② 在滿足①的基礎上，晶胞要有盡可能多的直角；③ 在滿足①、②的基礎上，所選取的晶胞體積要小。
表示方法。以晶胞一角為原點，以晶胞三個稜為軸（六方晶胞除外），建立座標系。用三個稜邊的長度 a，b， c (點陣常數)及其夾角α，β，γ共六個引數來描述晶胞及整個點陣
面向立方結構與密排六方結構的異同性比較:同配位數與致密度相同;密排面上原子排列相同;八面體間隙和四面體間隙幾何特點一致。異堆垛方式：
『a-b-c-a……』 的堆垛方式形成麵心立方結構！『a-b-a-b……』 的堆垛方式形成密排六方結構！
麵心立方γ-fe、cu、ni、al、ag、au、pt、mn
體心立方α-fe、v、nb、mo、cr、w
密排六方mg、zn、be、α-ti、 α-co
鮑林關於離子晶體結構的三大規則：1、鮑林第一規則離子晶體中，正離子周圍形成乙個負離子配位多面體，正負離子之間的平衡距離取決於離子半徑之和，而正離子的配位數則取決於正負離子半徑之比。2、鮑林第二規則--- 電價規則鮑林第二規則回答了負離子配位多面體的頂點上的負離子的共有關係問題。
即該負離子連線的負離子配位多面體的數量。3、鮑林第三規則：在一配位結構中，負離子配位多面體之間共用稜特別是共用面的存在，會使這個結構的穩定性降低。
對於電價高、配位數低的正離子來說，這個效應尤為顯著。即負離子配位多面體之間盡可能採用頂點的連線，然後是稜的連線，最後是面的連線。
第三部分晶體缺陷
1、 點缺陷的平衡特性。
①點缺陷在晶體中必然會存在。在一定的溫度條件下，晶體中存在一定濃度的點缺陷以使其處於最低的能量狀態，使結構最穩定。
②在一定溫度下並非所有的原子都能離開衡位置形成缺陷，只有比原子的平均能量高出缺陷形成能μ的那部分原子才能形成點缺陷。
③溫度公升高，則晶體中原子的熱運動加劇，點缺陷濃度增大
位錯滑移① 位錯滑移的滑移面為位錯線與柏氏向量所決定的平面，對刃型位錯而言是唯一的，而對螺型位錯來說卻不是唯一的。
② 不論刃位錯或螺位錯，使位錯滑移的切應力方向與位錯的柏氏矢
量方向必須一致。
③ 位錯的滑移必須在某一滑移面上切應力達到某一臨界值後才能發生。
④ 位錯滑移時其位錯線實際運動方向為位錯線的法線方向，位錯通過
後晶體所產生的滑移方向與柏氏向量方向相同。
攀移1）位錯的攀移存在正攀移（原子離開半原子面）和負攀移兩種情況。
（2）位錯的攀移受應力和溫度的影響
3）只有刃型位錯才能進行攀移，螺型位錯不能攀移。
4）位錯的攀移比滑移困難得多，因此位錯的主要運動形式為滑移。
（5）位錯攀移時常常形成許多割階。
2、 小角度晶界的本質。
①小角度晶界的位向差θ小於10度。均由位錯組成，晶界上位錯密度隨位相差的增大而增大。
② 對稱傾側晶界的結構模型：晶界由位錯按一定的距離對稱均勻的排列而構成，為最簡單的小角度晶界模型。位錯的間距d與晶界角度θ有下列關係：d = b/θ
第四部分純金屬的結晶
均勻形核晶體結晶時，晶核的形成不借助於任何的外界幫助、而僅靠液態金屬內部存在的結構和能量及成分起伏來完成
非均勻形核液體形核時，依靠存在於液體金屬中的各種固體顆粒或依附於母相中某些介面上的形核過程
液態金屬的結構特點： 「長程無序、短程有序、此起彼伏、時聚時散」 液態金屬中存在著濃度、結構和能量三大起伏
粗糙（光滑）型介面晶體的生長固/液介面上所有位置對於由液體向固體轉移的原子都是等效的，長大過程為：通過液相原子向介面上所有位置同時轉移的方式進行，使整個介面沿其法線方向向液相中移動。 固/液介面平面推進，垂直生長
光滑型介面晶體液/固介面基本為完整的平面，單個原子的附著會提高能量，增加表面積。其生長方式為：首先在有台階的地方原子不斷新增到台階上，從而使晶核不斷長大；在無台階時，則首先在平整的介面上形成二維晶核，隨後原子在二維晶核的側面台階處新增不斷擴充套件直至覆蓋整個介面，然後再形成二維台階，如此往復。
減小晶粒尺寸的方法：① 增加環境冷卻能力，控制過冷度。② 化學變質法。③ 增強液體流動。④ 外加振動。
第五部分二元合金的相結構與結晶
用熱分析法建立二元相圖：① 選擇典型成分的合金② 作出所選合金的冷卻曲線；③ 根據冷卻曲線確定相變關鍵點的溫度；④ 在「成分—溫度」圖上確定相應點的位置；⑤ 將同型別點的連線成線，構成相應的區域。
相圖與效能的關係：1、使用效能使用效能包括力學效能、物理效能、化學效能等。
2、工藝效能工藝效能包括鑄造效能、焊接效能、熱處理效能、壓力加工效能、切削加工效能等。
第六部分鐵碳合金
含碳量對鐵碳合金平衡組織、力學效能的影響規律。
（1）隨著碳含量的逐漸增高，其相應的組織變化
（1）隨著合金中碳含量的增加，硬度幾乎呈直線增加。
（2）隨著合金中碳含量的增加，強度先增加而後下降，在共析成分附近達到最大值。
（3）隨著合金中碳含量的增加，塑性、韌性下降。
第八部分材料的變形和斷裂
再結晶：加工硬化的金屬加熱至某一臨界溫度以上，通過在畸變的加工硬化基體上重新形成新的、等軸狀的、無畸變的晶核並長大，直至加工硬化基體完全消失，金屬由等軸狀的、無畸變的晶粒所構成，而效能也恢復到加工硬化前的狀態的過程。
滑移變形與孿晶變形的比較滑移和孿生是金屬在常溫下發生塑性變形的兩種主要方式，但滑移比孿生更常見。滑移是在切應力作用下晶體的一部分相對於另一部分在一特定的晶面（滑移面）上沿特定的方向（滑移方向）所進行的相對滑動.晶體滑移時，滑動的晶體中所有質點的移動距離相同。
孿生是晶體在切應力作用下，沿一定的晶面（孿晶面）和晶向（孿生方向），在乙個區域內發生連續順序的切變，孿生時孿生區中質點移動的距離並不相等。
晶體進行交滑移的過程指螺型位錯在兩個相交的滑移面上的滑移。如圖8-15所示，由於螺位錯的滑移面可在與位錯線相平行的無數個平面上進行，當螺位錯在a面上的滑移受阻後轉移到b面上進行滑移，其後又重新回到a面上進行滑移，這樣的滑移稱為交滑移。發生交滑移後，其滑移線呈波紋狀。
雙交滑移進行位錯增殖的機制對高層錯能的麵心立方和體心立方金屬，變形時位錯的增殖主要靠雙交滑移。圖8-21，在（110）面上有一位錯環，環段s表示螺位錯，環段e表示刃位錯。如螺位錯cd線段遇到某種阻礙可交滑移到（101）面上，滑過一段距離後又交滑移回到（110）平面，在新的（110）面上又擴充套件為位錯環。
在（101）面上的兩段位錯線都為刃型位錯，只能在（101）面上滑動，這樣，在兩個平行的（110）面上可形成兩個f-r源，兩個f-r源通過兩段刃型位錯相連線。若這一過程在一系列平行的（110）面上重複進行，則可形成許多f-r位錯源，使位錯密度迅速增殖。
金屬熱變形及對組織與效能的影響鑄態下的粗大柱狀晶和等軸晶破壞，重新再結晶形成細小的等軸晶粒；減小顯微偏析，使鑄錠內原有的內部氣孔（未被氧化）和疏鬆等焊合，均化成分，減少缺陷；第二相和夾雜物沿流變方向分布，出現熱纖維組織，使金屬產生各向異性。
第九部分擴散
擴散一定溫度下，材料中原子在晶格的平衡位置作熱運動，有些原子能量較高可以脫離周圍原子的束縛而又原來的平衡位置轉移到另一平衡位置，這種原子的遷移的微觀過程及由大量原子遷移此而引起的物質的巨集觀流動稱為擴散。
第十部分金屬材料的熱處理原理
固態相變的主要特點、基本型別。
① 相變阻力大②新舊相之間往往存在一定的晶體學位向關係
③ 新相往往優先在舊相(母相)的缺陷處形成.
擴散性相變；非擴散性相變；半擴散性相變
片狀珠光體加熱向奧氏體轉變的基本過程：鐵由體心立方向麵心立方的晶體結構的轉變 ；複雜斜方結構的滲碳體分解；碳溶入到奧氏體中；碳在奧氏體中擴散均勻化 。
片狀珠光體和粒狀珠光體的效能特點：片狀珠光體：鋼緩慢冷卻時發生共析轉變形成的鐵素體與滲碳體的機械混合物，由一層鐵素體與一層滲碳體交替緊密堆疊而成的珠光體。
片狀珠光體中，一對鐵素體和滲碳體的總厚度稱為珠光體片間距。粒狀珠光體：以鐵素體為基體，其上分部有粒狀的滲碳體。
一般由片狀珠光體經退回而形成。可進一步分為粗粒狀珠光體、粒狀珠光體和細粒狀珠光體及點狀珠光體。
合金元素對奧氏體→珠光體轉變的影響：當合金元素溶入奧氏體中，除co外，所有常用合金元素都增大過冷奧氏體的穩定性，使珠光體（先共析鐵素體）轉變曲線鼻子右移，推遲珠光體轉變，降低轉變速度。除ni外，所有常用合金元素均使珠光體（先共析鐵素體）轉變曲線鼻子右移向高溫區移動。
馬氏體轉變的主要特點：（1）表面浮凸與切變共格（2）馬氏體轉變的無擴散性（3）馬氏體轉變具有一定的位向關係和慣習面（4）馬氏體轉變是在一溫度範圍內完成的
板條馬氏體、片狀馬氏體的顯微組織形態、亞結構、效能：板條馬氏體：在金相顯微鏡下由許多成群的板條組成。
由於某些鋼種板條不易侵蝕出來而呈現為塊狀，又稱為塊狀馬氏體。板條馬氏體是低碳鋼的典型馬氏體組織，又稱為低碳馬氏體。板條狀馬氏體的亞結構主要為位錯，又稱為位錯型馬氏體。
片狀馬氏體： 在金相顯微鏡下呈針狀或竹葉狀，常見明顯的中脊，又稱針狀馬氏體和竹葉狀馬氏體。其空間形態呈雙凸透鏡片狀，又稱為透鏡片狀馬氏體。
是高碳鋼中典型的馬氏體組織，又稱為高碳馬氏體片狀馬氏體的亞結構主要為孿晶，又稱為孿晶型馬氏體。片狀馬氏體的慣習面是奧氏體的（225）面或（259）面。
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一 材料效能 1.效能分類 2.效能指標4大項 3.力學效能 定義 表示符號 單位 數值意義 4.物理化學效能 有哪些，對材料應用有何影響 5.工藝效能 有哪些，定義，對材料加工有何影響 二 材料牌號 材料綜合分類 大致成分 基本效能 典型應用 牌號構成與識別 三 鐵碳平衡狀態圖 1.會背 2.分析...