北京科技大學
《金屬學》考試要點
金屬學：是關於金屬材料（金屬和合金）的科學，它的中心內容是研究金屬和合金的成分、結構、組織和效能，以及它們之間的相互關係和變化規律。
組織：是指用肉眼或借助於各種不同放大倍數的顯微鏡所觀察到的材料內部的情景，包括晶粒的大小、形狀、種類以及各種晶粒之間的相對數量和相對分布。
結構：是指原子集合體中各原子的具體組合狀態。
單胞：在空間點陣中選取的乙個能夠反映其特點的最小單元，這樣的平行六面體構成了該點陣的基元，稱之為單胞或基胞。
點陣常數：過單胞任一頂點的三個稜邊的長度a、b、c以及三個稜邊的夾角α、β、γ，為表徵點陣特徵的六個參量，叫點陣引數；a、b、c也叫點陣常數。
空間點陣：晶體是由結構基元在空間呈規則的三維週期排列而形成的。若把每個基元抽象為乙個點，這些點具有完全相同的幾何環境和物理環境，稱為等同點。
由構成晶體的結構基元抽象出來的等同點在三維空間中的週期排列稱為空間點陣。空間點陣中的各個點又叫做陣點。
空間點陣與晶體點陣的區別與聯絡？
空間點陣：是晶體中質點排列的幾何抽象，用以描述和分析晶體結構的週期性和對稱性。由於各陣點的周圍環境相同，它只能有14種型別（布拉菲點陣，晶體結構形式，晶形）。
晶體點陣：是指晶體中實際質點（原子、離子或分子）的具體排列情況，它們能組成各種型別的排列，因此，實際存在的晶體結構是無限的。
有序固溶體（超結構）：當固溶體有序化到乙個程度，以致在整個晶體點陣中溶質和溶劑原子都按統一的確定分布時，即達到長程有序時，這樣的固溶體就叫有序固溶體，或超結構。
共格介面：介面上的原子所佔據的位置相當於這兩個晶粒點陣的共有陣點。完全共格的介面其介面能量最低。
形核功：式中，為晶核形成功，它需要依靠系統的能量漲落來提供，它與成反比例，越大，則越小，便越有利於形核。
滑移：滑移是晶體的兩部分之間沿著一定的晶面（滑移面）和一定的晶向（滑移方向）而發生的一種相對切變。
二次再結晶：再結晶完成後，晶粒長大表現出的反常現象。少數較大的晶粒優先快速長大，逐步吞食其周圍的大量小晶粒中，形成非常粗大的組織，好像也是乙個生核長大過程。
再結晶：是乙個顯微組織徹底重新改組的過程。（是無畸變能或畸變能較低的晶粒在畸變能較高的晶粒中進行生核和成長的過程，驅動力是畸變能差，阻力則來自晶界能）
再結晶溫度：再結晶溫度不像結晶或其它的相變溫度那樣確定不變，它受許多因素影響，可以隨條件的不同而在乙個相當寬的範圍內變化。通常所說的再結晶溫度是指在規定的時間內（如乙個小時）能夠完成再結晶，或再結晶達到規定程度（如94%）的最低溫度。
即再結晶溫度包含時間和再結晶量兩個因素在內。
晶體缺陷：實際晶體中原子組合（原子，分子，離子或原子團）的不規則性，不完整性，統稱為晶體缺陷。包括點缺陷、線缺陷、面缺陷、體缺陷。
亞穩極限：液體中存在最小過冷度。當過冷度小於這個值時，凝固幾乎不能進行或難於察覺，液體可以長期處於亞穩狀態。
臨界分切應力：使單晶體中的滑移系啟動的分切應力值。在滑移面的滑移方向上，只有當分切應力的值達到或超過某一特定的大小以後，沿這一滑移系才能開始滑移，這個特定的值就是臨界分切應力。
擴散驅動力：擴散的驅動力是濃度梯度，物質總是從濃度高處向濃度低處遷移。擴散的根本驅動力是化學位梯度。
一般條件下，化學位梯度與濃度梯度是一致的（正常擴散），看起來擴散總是向嘗試梯度減小的方向進行。但在另一些條件下，如果化學位梯度與濃度梯度相反時（上坡擴散）化學位梯度的本質就充分顯露出來。
加寬柱狀晶：液體的過熱度應該大，小的凝固範圍，增加溫度梯度，減小液體運動，合金熔點高。
加寬等軸晶：液體的過熱度應該小，大的凝固範圍，減小溫度梯度，加強液體運動，合金熔點低。
菲克第一定律：在擴散過程中，物質的擴散流量，即單位時間內通過單位橫截面積所輸送的物質的量與其橫跨這一截面的濃度梯度成正比。擴散方向與濃度梯度的方向相反 ， 擴散向濃度減小的方向進行。
擴散係數ｄ濃度梯度擴散流量
菲克第二定律：物質流入元體積內的量減去流出量必然等於積存在這個體積內的物質量。物質流入元體積的速率，減去流出的速率，應等於這個體積內物質的積存速率。
fick第二定律的一般表示式： 當d不隨濃度而變化時：。
冷加工：冷加工過程中只有加硬化，也就是曲線中的oa，到了ab段，材料發生塑性變形。到了bc段，動態恢復與加工硬化幾乎抵消，所以bc呈一條趨於水平的線的曲線。
熱加工：熱加工過程中，在oa曲線上，形跡硬化大於再結晶軟化。當形跡達到曲線峰值時也就a點處，形變硬化與再結晶軟化幾乎相等。
之後，形變硬化小於再結晶軟化，故曲線開始下降。到了b點後，動態恢復與形變硬化幾乎抵消，所以曲線呈一條趨於水平的線的曲線。
鋼的回火：根據一定的目的，把淬火加熱到一定溫度下保溫一定時間後冷卻下來。
奧氏體形成元素：在奧氏體中有圈套的溶解度，並且能使奧氏體穩定的元素。
過冷奧氏體：把奧氏體過冷到a1溫度以下，牌熱力學上不穩定的奧氏體。
回火觸發：對於淬火進行回火，一般是塑性韌性增加。但是，在一定的溫度範圍內，對回火後，發現塑性韌性反而降低，這種現象稱回火觸發。分低溫回火和高溫回火觸發。
鋼的奧氏體本質晶粒度：表徵鋼在加熱奧氏體化過程中，奧氏體晶粒長大的趨勢。奧氏體晶粒容易長大（1—4級）稱本質粗晶粒鋼，5—8級稱本質細晶粒鋼。
固溶體的分類
1. 按溶劑分類
（1）一次固溶體：以純金屬組元作為溶劑的固溶體
（2）二次固溶體：以化合物為溶劑的固溶體
2. 按固溶度（溶解度）分類
（1）有限固溶體：溶質組元的濃度有限度
（2）無限固溶體：溶質可以任何比例溶入溶劑
3. 按溶質原子在晶體點陣中所佔的位置分類
（1）代位固溶體：溶質原子與溶劑原子佔據等同的點陣位置
（2）間隙固溶體：溶質原子填入溶劑原子間的間隙位置
（3）缺位固溶體：在一些二次固溶體中，當化合物的組元之一溶入化合物時，另一組元形成缺位，如feo
4. 按溶質原子與溶劑原子的相對分布分類
（1）無序固溶體：隨機分布
（2）有序固溶體：溶質原子按適當比例、並按一定順序和一定方向，圍繞著溶劑原子分布
影響固溶度的因素：
1. 原子尺寸因素
2. 負電性因素
3，電子濃度因素。
相同時，**組元比低價是組元在高組元中的固溶度要大。一般先考慮尺寸因素，再考慮其它因素，另外還會有次要因素影響。。。
固溶體的效能：固溶體在強度方面，比兩個純組元的平均值高，單比一般化合物低；在範性和韌性方面，延伸率、面縮率等，比兩個純組元的平均值略低，單比一般的化合物要高得多、又較優越的綜合力學效能。
晶界：意想金屬或合金各晶粒間的介面一般稱為晶界。
晶界對形變的作用：
1. 晶界的切變━對形變直接貢獻
2. 晶界的協調作用
3. 晶界對形變的阻礙作用
小角度晶界的結構模型：柏氏向量平行的同號刃型位錯垂直堆起來，晶界兩邊是對稱的，稱對稱傾轉晶界；柏氏向量相互垂直的刃型位錯交叉堆集而成的稱為不對稱傾轉晶界；由同號螺旋位錯構成的為氛圍晶界。
復相合金形變的特點：
一般多晶體，相鄰兩晶粒間為同成分、同結構、取向不同，以晶界為界；復相合金，相鄰兩晶粒間可能為成分和/或結構都不同，以相界為界。在復相合金的形變過程中，不同種的晶粒之間、每一晶粒的中心與邊緣之間，形變差異（不均勻性）更大，內應力增大，開裂機會增多，範性下降。
第二相為脆性相時，合金的範性1）受相的相對量的影響：原始裂紋總是易於提前在脆性相一側，或在相界上產生。.2）受第二相的分布狀況影響：
粒狀均勻分布，影響小；連續膜狀（網狀）沿晶界分布，影響大； 斷續沿晶界分布或片層狀在晶內分布，影響中。
馬氏體轉變的特點：
(1) 馬氏體型轉變不會引起化學成分的變化，只產生結構型別的變化，有時還會發生有序度的變化。馬氏體既可以是穩定的平衡相，也可以是亞穩的非平衡相。
滑移系：晶體中乙個可滑移的晶面和其上乙個可滑移的晶向合稱乙個滑移系，用< u v w >表示。
孿生：晶體受力後，以產生孿晶的方式而進行的切變過程，稱為孿生。
過冷度：金屬和合金的實際凝固溫度與其熔點之差值，δt δt=tm（平衡熔點）-t（實際溫度）凝固只能在過冷液體中進行，而且要過冷度大於某一最小值。
凝固過程的巨集觀特徵：液體必須具有一定的過冷度，凝固才能發生；凝固過程中伴隨著潛熱的釋放，結晶潛熱。
結晶潛熱：凝固過程中伴隨著潛熱的釋放，這種潛熱稱為結晶潛熱。
鑄錠的一般組織
組織特徵：三個晶區
(1) 細晶粒外殼（激冷層）：沿模壁一薄層液體中產生大量晶核，形成細小的等軸晶粒。區域很窄。
(2) 柱晶區：粗大的長柱狀晶粒，緊接細晶外殼，定向結晶的產物。
兩個一致性：
幾何取向的一致性：各柱晶的長軸大致與模壁垂直；
晶體學取向的一致性：擇尤取向，這種組織叫織構。
每個晶粒的長軸都與乙個特定的晶向（織構軸）相平行。
(3) 等軸晶區：較粗大的各方向尺寸近乎一致的晶粒，位於鑄錠心部。
凝固過程的成長機理：
(1) 連續成長：適合於粗糙介面。晶體介面上，原子位置約有一半虛位以待，易於接納外來原子。晶體依靠原子由液體連續不斷地向固體擴散而成長。
(2) 借台階側向擴充套件成長：適合於具有台階的平滑介面。台階處原子附著時配位數大，結合較強，不易再返回液體中。
介面上台階越多，沿法向成長的線速度愈大。介面晶面的原子密度越低，台階密度愈大。
(3) 二維晶核式的成長：適合於晶體介面既無台階也無缺陷，理想平面。單個孤立原子很難穩定在晶體表面，結合牢靠。
靠系統能量漲落形成乙個具有單原子厚度、並具有一定寬度（臨界晶核尺寸）的平面原子集團，同時落在平滑介面上。二維晶核形成後，周圍出現台階晶體借台階側向擴充套件成長
區域偏析（巨集觀偏析）：
1. 正常偏析：k0<1的合金系，先凝固區域的溶質（或雜質）濃度低於後凝固區域。正常偏析一般發生在柱晶範圍內,溶質分布隨液、固相擴散混勻能力而變化。
2. 反常偏析：枝晶之間殘留液體隨枝晶橫向擴充套件而濃度公升高、熔點下降、凝固緩慢，枝晶之間若斷若續留有隧道和暗流。凝固收縮產生負壓，使柱晶間富集溶質或雜質的液體向外倒流，而後凝固。
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