简述题：（4分/小题，共40分） （1）滑移临界分切应力（2）金属键（3）中间相（4）布喇菲点阵（5）再结晶温度（6）滑移系（7）位错（8）二次再结晶（9）偏（10）马氏体相变2.单相金属或合金各晶粒间的界面一般称之为晶界，通常晶界又分为小角度晶界和大角度晶界两大类，试问：划分为两类晶界的依据是什么？并讨论构成小角度晶界的结构模型。（10分）3.分别画出立方晶系晶胞内的（110）、（112）晶面和[110]、[111]晶向。（10分）4.讨论晶体结构和空间点阵之间的关系（10分）5.什么是固溶体？讨论影响固溶体溶度的主要因素。（10分）6.分和讨论冷加工金属或合金变形后回复再结晶过程中组织和性能的变化特征。（10分）7.画出Fe-Fe3C相，分含碳量为1.1wt%（重量百分比）的铁碳合金从液相平衡凝固到室温时的转变过程，画出组织转变示意，并计算出室温撕各组织的相对含量。（20分）8.分和讨论影响金属或合金中原子扩散的主要因素。（10分）9.以Al-4.5%Cu合金为例，分过饱和固溶体的脱溶分过程（脱溶贯序），并讨论脱溶温度对脱溶贯序的影响。（10分）10.金属的固态相变与金属的结晶过程基本一样，大多也包括形核和生长两个基本阶段，但在固态相变过程中新、旧两相的比容不同，使系统[1]额外增加了应变能以及由相界面上的原子不匹配而引起的弹性应变能，因此固态相变在许多方面与结晶过程有着显著的差别。试分固态相变的一般特点。（10分）11.写出所附Au－Ｈｆ体系相（１）中的三相反应，并划出虚线框内部分的相平衡关系局部扩大示意。（10分）12.分固态相变和回复再结晶过程的驱动力。13.叙述钢锭中常见的宏观组织缺陷，消除或改善方法。14.叙述常见的金属晶体的内外界面。答案：一，1，滑移临界分切应力：滑移系开动所需的最小分切应力；它是一个定值，与材料本身的性质有关，与外力取向无关。2，金属键：自由电子与原子核之间静电作用产生的键合力。3，中间相：合金中组元之间形成的、与纯组元结构不现的相。在相的中间区域。4，布喇菲点阵：除考虑晶胞外形外，还考虑阵点位置所构成的点阵。或：除考虑旋转对称性外，还考虑平移对称性，经有心化后构成的全部阵点。5，再结晶温度：形变金属在一定时间内刚好完成再结晶的最低温度。6，滑移系：晶体中一个可滑移面及该面上一个滑移晶向合称一个滑移系。7，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。8，二次再结晶：不规则结晶结束后，正常长大过程被抑制而发生的少数晶粒反常长大的现象。9，偏：合金中化学成分的不均匀性。10，马氏体相变：其过程遵循无扩散、切变方式的相转变。二，依据是按界面两侧晶粒间的取向差，<15的称小角度晶界，>15的称大角度晶界。小角度晶界的结构模型是位错模型，比如对称倾转晶界用一组平等的刃位错来描述。三，见四，两者之间的关系可用“空间点阵+基元=晶体结构”来描述。空间点阵只有14种，基元可以是无穷多种，因面构成的具体的晶体结构也是无穷多种。五，溶质原子以原子态溶入溶剂点阵中而组成的单一均匀固体；溶剂的点阵类型被保留。影响固溶度的因素有：1，原子尺寸因素。当溶剂、溶质原子直径尺寸相对差小于15%时，有利于大的代位固溶体溶度；当两组元的直径相对差大于41%时，有利于高的间隙固溶体的溶度。2，负电性因素。溶剂、溶质的负电性差越小溶度越大，一般小于0.4~0.5会有圈套溶度。3，电子浓度因素。有两方面的含义：一是原子价效应，即同一溶剂金属中，溶质原子价越高，溶度越小；二是相对价效应，即高价溶质溶入低价溶剂时的溶度高于相反的情况。六，随退火温度的升高或时间延长，出现亚晶合并长大，再结晶形核及长大，无位错的等轴再结晶晶粒取代长条状高位错密度的形变晶粒，然后是晶粒正常长大。储存能逐渐释放，特别是再结晶阶段释放的最显著；硬度及强度下降，伸长率上升；电阻降低，密度提高。再结晶时各种性能变化都比回复时强烈得多。七，铁碳相略。1.1%的钢由液相冷却时先进入L+γ奥氏本两相区，形成枝晶或等轴状γ奥氏相，然后进入奥氏体单相区；继续冷却到~760℃剩余的奥氏体转变为珠光体，最后的组织是珠光体+网状二次渗碳体，如所示珠光体的相对含量：(6.67-1.1)/(6.67-0.77)=94.4%网状渗碳体相对含量：(1.1-0.77)/(6.67-0.77)=5.6%影响扩散的因素有：1，温度；2，界面、表面及位错：3，第三组元：4，晶体结构：5，熔点：同一合金系中，同一温度下熔点高的合金扩散慢，熔点低的扩散快。九，Al-4.5%Cu合金固溶处理后，在最佳时效温度~150时效，会出现脱溶贯序：过饱和固溶体→GP区→θ’’→ θ’→ θ其中GP区是铜原子富集区：θ’’、θ’是四方结构亚稳相，圆盘状，沿基体的(100)面出，具有共格/半共格界面，与基体存在特定的取向关系；θ是四方结构稳定相[2]，不规则形状。提高时效温度，脱溶加快，但过饱和度减少，相变驱动力减少，可能导致辞直接出平衡相，时效强化能力减弱；时效温度过低则情况相反，达到最佳性能的时间过长。十，1，相变阻力中多了应变能一项。2，形核方面：非均匀形核为主：具有特定的取向关系；相界面常为共格或半共格的。3，生长方面：具有惯习现象，有特定的组织形态，如片状、针状。4，有亚稳相。十一，L+Au5Hf→FCC(Au)L+Au4Hf→Au5HfL+Au3Hf→Au4HfL+Au2Hf→Au3HfL→Au2Hf+β-AuHfAu2Hf+β-AuHf→Au10Hf7β-AuHf→Au10Hf7+α-AuHfL→β-AuHf+AuHf2β-AuHf+AuHf2→α-AuHfL→AuHf2+BCC(Hf)BCC(Hf) →AuHf2+HCP(Hf)十二，固态相变的驱动力是新、旧两相间的自由能差，回复再结晶的驱动力是形变储存能。十三，宏观缺陷有：宏观偏（如正常偏、反常偏、毕生偏）和带状组织以及缩孔、疏松、气泡等。严格来讲，也包括三晶区的组织不均匀性。宏观缺陷（化学不均匀性、物理不均匀性和组织不均匀性）往往是相互联系的，一般希望尽可能多而细的中心等轴晶，可采用加孕育剂、加大冷速、这样，与柱状晶/枝状晶区相伴随的宏观偏和缩孔、气泡也就明显改善了。十四，它们包括晶界、相界、表面、孪晶界、层错。晶界是同种晶粒之间的交界面；相界是结构、成分不，同的相间的交界面；表面是晶体与大气或外界接触的界面；孪晶界是发生孪生后产生的新界面，是特殊的大角晶界，可是共格的或半共格的；低能层错是单相晶体内因堆垛[3]顺序反常变化后出现的新界面，也是低能界面，与孪晶界能量相近。2005年试题答案

2005一，1，晶体中原子或分子排列相同的晶面的组合称为晶面族。因对称关系，这些面往往不止一种。立方系晶面族包括2，晶面间夹角         面间距3，FCC按ABCABC方式堆垛，而HCP按ABABAB堆垛；致密度无差异，都是0.74.二，1，前者为固溶体，保持溶剂的晶体结构，且溶度很低；后者是中间相（尺寸因素化合物），且A、B原子数成比例。性能上有很大差异，前者韧、塑性好；后者硬，塑性差。共性是两者中的合金组元都在间隙位置，本身尺寸很小。2，因合金中两类原子尺寸不同，引起点阵畸变，阻碍位错运动，造成固溶强化。三，称形变强化和晶界强化（或细晶强化）。原因是两类缺陷的增多都明显阻碍位错的运动，从而提高强度。2，位错的增多主要靠形变，通过萌生与增殖在晶粒内不断产生位错；晶粒细化可通过凝固时加非均匀形核剂或高的冷却速度获得，也可通过大形变，或再结晶，或相变的方法。四，左侧范围是a相稳定，因它的自由能最低；右侧范围是相稳定，也是因其自由能最低；两公切点之间范围是两相共存稳定，因任意一个单相存在时的自由能都不如它分为成分为公切点处的时两相自由能的加权值（在公切线直线上）低。五，1，临界半径相同；临界界形核功是均匀形核时高；临界晶核何体积也是均匀形核时大。2，合金界面前沿会出现组成过冷^[4]，即界面前溶质的富集提高了局部区域的熔点，所以更易出现过冷。3，因两者分别是粗糙型（铁）和光滑型界面（硅），前者是外形均匀的等轴晶或枝晶，后者为规则多边形、有棱角的形状。六，1，因浓度C、扩散系数D都不变，有，代入相应值得：2，随温度升高，扩散速度加快；表面扩散最快，晶内扩散最慢。扩散系数D与温度T是指数关系，即该是对数处理的结果；利用直线关系可求常数D和激活能Q。七，1，主要形变机制是滑移和孪生；滑移产生的切变量是原子间距的整数倍，孪生产生的切变量是原子间距的一个分数；由此产生一系列其他方面的差异。2，有明显加工硬化的是在低温（或高应变速率）下变形；出现硬功夫化、软化抗衡（动态回复）的是在中温（或中等应变速率）下变形；有一明显软化阶段（动态再结晶）的是在高温（或低应变速率）下变形。3，含C、N间隙原子的低碳钢形变时，滑移启动^[5]时的后抗力较大（上屈服点），滑移进行时的抗力较小（下屈服点），在应力应变曲线上可明显看出。原因是间隙原子聚集在位错上（柯氏气团）钉扎了位错，出现上屈服点，位错一旦摆脱钉扎后便不受影响（对应下屈服点）。八，要有一定的形变储存能，一定的温度。2，再结晶只是一种组织变化，没有结构弯化，驱动力是形变储存能；结晶是从非晶态的液相气相或固态非晶体中形成晶体的过程；固态相变是固/固相的结构变化。后两者的驱动力都是化学自由能差。3，这是应变诱导晶界迁移机制；晶界两侧应变量不同，位错密度不同，形变储存能不同，千万高应变能的一侧被低应变能的一侧吃掉，形成新晶粒。4X是再结晶分数，t是时间，都是常数，主要是与形核率和长大速度有关，n主要和形核机制、地点和新相形状有关。以X-t的关系作，曲线的形状是s或形状，50%转变量时转变速度最快。对数处理可得一条直线；处理成直线可通过测不同时间的再结晶量求出k、n值，了更多的微观信息。九，随铝中含铜量提高，过饱和度加大，脱溶驱动力加大，出速度加快，硬度值增加。时效温度越高，扩散速度加快，出加快，但过饮和度减小，脱溶驱动力也减小，GP区或亚稳相可能不出现。时效强化主要靠GP区和相，因两者很细小弥散，有共格或半共格界面，强化效果好。十，1，经高温加热及快速冷却的固溶处理得到过饮和单相组织，然后在一定温度和时间内时效到最高硬度/强度，得到弥散、共格出的强化相。2，同素异晶转变主要是纯组元固态下出现的相变，没有成分变化，短程扩散过程控制；马氏体相变是无扩散、切变型相变，在纯金属及合金中都会出现，是界面过程控制的。脱溶出现在合金中，有成分变化，主要是长程扩散控制的。十一，从侧面观察，随形变量加大，晶粒由等轴状变为长条形，晶粒内部位错增多，形成位错缠结、亚晶界或新的大晶界；强度、硬度提高，塑性下降。形变温度提高，晶粒变成长条状的速度变慢，因热激活作用增强，亚晶界加速形成，亚晶尺寸趋于稳定，甚至出现动态再结晶组织。强度提高和塑性下降的速度都变慢。十二，组织为0.45%C合金，即亚共钢，因其由等轴铁素体（白色）和互换位珠光体（黑色）组成。组织为3.4%C合金，即亚共晶白口铸铁，因其有枝晶状珠光体（黑色，原奥氏体晶粒形状）和变态莱氏体组成。组织为4.7%C合金，即过共晶白品铸铁，因其由板条状白色一次渗碳体和变态莱氏体组成。2，液相冷却时，先形成板条状一次渗碳体，再形成共晶莱氏体，冷至室瘟后莱氏体变为变态莱氏体。一次渗碳体的相对量为：2007《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1．合金的相平衡条件2．相律3．相的热力学基础4．二元相的类型与分五、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、铁碳相与铁碳合金1．铁碳相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）共转变，3）调幅分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。