材料学基础复习大纲（含答案完整版）

注：P42等为页码，*P184等为不确定页码，页码标注可能有错，请自己改正。 一、名词解释 固溶体P42

以某一组员为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。 伪共晶P271

在非平衡凝固条件下，由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。 加工硬化P192

金属材料经冷加工变形后，强度（硬度）显著提高，而塑性则很快下降，即产生加工硬化现象。

反应扩散P156

当某种元素通过扩散，自金属表面向内部渗透时，若该扩散元素的含量超过超过基体金属的溶解度，则随着扩散的进行会在金属表层形成中间相（也可能是另一种固溶体），这种通过扩散形成新相的现象称为反应扩散。 晶胞P20

能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体单元 间隙固溶体P42

溶质原子占据溶剂晶格中的间隙位置而形成的固溶体。 临界晶核 P231

晶胚体系自由能最大值所对应的晶核（只有半径大于r的晶胚才能稳定存在并且长大，半径为r的晶核称为临界晶核 ） 枝晶偏析P267

如果结晶过程冷却速度较快，液体和固体成分来不及均匀，除晶粒细小外，固体中的成分会出现不均匀，树枝晶中成分也不均匀，产生晶内偏析（也称枝晶偏析） 离异共晶P272

有共晶反应的合金中，如果成分离共晶点较远，由于初晶相数量较多，共晶相数量很少，共晶中与初晶相同的那一相会依附初晶长大，另外一个相单独分布于晶界处，使得共晶组织的特征消失，这种两相分离的共晶称为离异共晶。 临界分切应力P174

把滑移系开始滑动所需要的最小分切应力称为临界分切应力 回复P196

经塑性形变的金属或合金在室温或不太高的温度下退火时,金属或合金的显微组织几乎没有变化,然而性能却有程度不同的改变，使之趋近于塑性形变之前的数值，这一现象称为回复。 二．简答题

说明柏氏矢量的确定方法，如何利用柏氏矢量和位错线判断位错类型？P91 1）人为假定位错线方向，一般是从纸背向纸面或由上向下为位错线正向

2）用右手螺旋法则来确定柏格斯回路的旋转方向，使位错线的正向与右螺旋的正向一致 3）将含有位错的实际晶体和理想的完整晶体相比较 在实际晶体中作一柏氏回路，在完整晶体中按其相同的路线和步伐作回路，自路线终点向起点的矢量，即“柏氏矢量”。

为什么晶粒细化能提高强度，也能改善塑性和韧性？*P184,*P128 因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小，因此可提高塑性；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。故工业上将通过细化晶粒以提高材料强度的方法成为细晶强化。

在点阵中选取晶胞的原则有哪些？P20

要能充分反映整个空间点阵的周期性和对称性； 平行六面体内的棱和角相等的数目赢最多 平行六面体要具有尽可能多的直角；

在满足以上的基础上，所选取单胞的体积要最小。

简述柏氏矢量的物理意义和应用.*P92

柏氏矢量的物理意义:是一个反映位错性质与位错取向以及由位错引起的晶格畸变程度的物理量。

柏氏矢量的应用：。柏氏矢量可表示位错性质和取向,即晶体滑移方向。柏氏矢量越大,位错周围晶体畸变越严重

二元相图有哪些几何规律P263

相区接触法则；三相区是一条水平线?；三相区中间是由它们中相同的相组成的两相区；单相区边界线的延长线进入相邻的两相区

如何根据三元相图中的垂直截面图和液相单变量线判断四相反应类型 答案参考P370中的四相平衡、371页表8.4。

材料结晶的必要条件有哪些

过冷；结构起伏；能量起伏；成分起伏（合金）。 细化材料铸态晶粒的措施有哪些

提高过冷度；变质处理；振动与搅拌。

简述共晶系合金的不平衡冷却组织及形成条件*P271

(1) 伪共晶-非共晶合金得到的完全共晶组织; 条件: 冷却速度快, 合金成分位于共晶点附件.

(2) 不平衡共晶-共晶线以外的合金得到的共晶组织; 条件: 冷却速度快, 合金成分位于共晶线以外端点附近..

(3) 离异共晶-两相分离的共晶组织; 条件: 不平衡条件下, 合金成分位于共晶线以外端点附近;平衡条件下, 合金成分位于共晶线以内端点附近.

晶体中的滑移系与其塑性有何关系*P174 (1) 一般滑移系越多,塑性越好;

(2) 与滑移面密排程度和滑移方向个数有关; (3) 与同时开动的滑移系数目有关.

简述置换原子和间隙原子的扩散机制.*P146 在描述原子迁移的扩散机制中，最重要的是间隙机制和空位机制。间隙固溶体中原子扩散仅涉及到原子迁移能，而置换固溶体中原子的扩散机制不仅需要迁移能而且还需要空位形成能，因此导致间隙原子扩散速率比置换固溶体中的原子扩散速率高得多。扩散系数（或称扩散速率）是描述物质扩散难易程度得重要参量

何谓柯肯达尔效应。简述柯肯达尔效应的意义。P140

柯肯达尔效应是指两种扩散速率不同的金属在扩散过程中会形成缺陷 。（或由于置换固溶体中溶质和溶剂原子扩散系数的不同，导致扩散偶中标记面的迁移现象。） 柯肯达尔效应最重要的意义就是支持空位扩散机制

简述晶体结构对扩散的影响P154

1.同素异晶转变的金属中，D随晶体结构改变，910℃， Dα-Fe/Dγ-Fe=280， α-Fe致密度低，且易形成空位 2.晶体各向异性使D有各向异性 。3.结构不同的固溶体对扩散元素的溶解度是不同的，由此所造成的浓度梯度不同，也会影响D

指出晶面的种类。指出小角度晶界和大角度晶界的区别。P123 固态材料的界面：表面、晶界、亚晶界、相界 。

oo

位向差小于10， 小角度晶界 ； 10以上， 大度角晶界

何谓全位错不全位错P110

在简单立方结构中的位错，其 b 总是等于点阵矢量。实际晶体中根据柏氏矢量的不同，可把位错分为以下几种形式：

（1） b 等于单位点阵矢量的称为“单位位错”。 （2） b等于单位点阵矢量的整数倍的为“全位错”

（3） b 不等于单位点阵矢量或其整数倍的为“不全位错”或称“部分位错”

何谓肖特基空位、弗仑克尔空位、点缺陷的平衡浓度P83--P85 当某一原子具有足够大的振动能而使振幅增大到一定限度时，就可能克服周围原子对它的制约作用，跳离其原来的位置，使点阵中形成空结点，称为空位。离开平衡位置的原子有三个去处：一是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（Schottky）空位；二是挤人点阵的间隙位置，而在晶体中同时形成数目相等的空位和间隙原子，则称为弗兰克尔（Frenkel）缺陷； 晶体中点缺陷的存在一方面造成点阵畸变，使晶体的内能升高，降低了晶体的热力学稳定性，另一方面由于增大了原子排列的混乱程度，并改变了其周围原子的振动频率，引起组态熵和振动熵的改变，使晶体熵值增大，增加了晶体的热力学稳定性。这两个相互矛盾的因素使得晶体中的点缺陷在一定的温度下有一定的平衡浓度。

简述韧型位错和螺型位错的特点P88

1).刃型位错有一个额外的半原子面。一般把多出的半原子面在滑移面上边的称为正刃型位错，记为“┻”；而把多出在下边的称为负刃型位错，记为“┳”。其实这种正、负之分只具相对意义而无本质的区别。

2).刃型位错线可理解为晶体中已滑移区与未滑移区的边界线。它不一定是直线，也可以是折线或曲线，但它必与滑移方向相垂直，也垂直于滑移矢量。

3).滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面，在其他面上不能滑移。由于在刃型位错中，位错线与滑移矢量互相垂直，因此，由它们所构成的平面只有一个。

4).晶体中存在刃型位错之后，位错周围的点阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应变。就正刃型位错而言，滑移面上方点阵受到压应力，下方点阵受到拉应力：负刃型位错与此相反。

5).在位错线周围的过渡区（畸变区）每个原子具有较大的平均能量。但该区只有几个原子间距宽，畸变区是狭长的管道，所以刃型位错是线缺陷。

（1）刃型位错具有一个额外的半原子面，而螺型位错无；

（2）刃型位错必须与滑移方向垂直，也垂直与滑移矢量；而螺型位错线与滑移矢量平行，且位错线的移动方向与晶体滑移方向互相垂直。

（3）刃型位错的滑移线不一定是直线，可以是折线或曲线；而螺位错的滑移线一定是直线。

（4）刃位错的滑移面只有一个，其不能在其他面上进行滑移；而螺位错的滑移面不是唯一的。

（5）刃位错周围的点阵发生弹性畸变，既有切应变，又有正应变，螺位错只有切应变而无正应变

请解释γ-Fe 与α-Fe溶解碳原子能力差异的原因

α-Fe为体心立方晶体，其八面体间隙为扁八面体，相比而言四面体间隙较大；γ-Fe为面心立方，其八面体间隙大。体心立方的四面体间隙比面心立方的八面体间隙小很多，因此溶解小原子的能力小很多。

铁碳合金中可能出现的渗碳体有哪几种？它们的成分有何不同？平衡结晶后是什么样的形态?*P288

一次渗碳体（规则的、粗大条状）、共晶渗碳体（莱氏体的连续基体）、二次渗碳体（沿奥氏体晶界分布，量多时为连续网状，量少时是不连续网状）、共析渗碳体（层片状）、三次渗碳体（铁素体晶界处）。它们成分没有区别。

请简述在固态条件下，晶体缺陷、固溶体类型对溶质原子扩散的影响。P154

晶体缺陷处的原子具有较高能量，且原子排列比较杂乱，有利于扩散。间隙原子扩散激活能比置换原子扩散激活能低，因此间隙原子扩散速度高

什么是置换固溶体？影响置换固溶体的溶解度的因素有哪些?形成无限固溶体的条件是什么？P42

溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。 原子尺寸差越小,越易形成置换固溶体,且溶解度越大。

晶体结构，因素结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体

电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大。电负性差越大，越易形成化合物，溶解度越小。原子价因素（电子浓度因素）

形成无限固溶体的条件：晶体结构相同，半径差小于15%等

置换扩散与间隙扩散的扩散系数有何不同？在扩散偶中，如果是间隙扩散是否会发生肯达尔效应？为什么？*P150

间隙扩散系数与空位浓度无关，而置换扩散系数与空位浓度有关（可用公式表示）。一般地，间隙扩散系数大于置换扩散系数。

不会发生。因为间隙扩散中考虑间隙原子定向流动，未考虑置换互溶式扩散。

请比较二元共晶转变与包晶转变的异同。*P267 相同点：恒温、恒成分转变；相图上均为水平线。

不同点：共晶为分解型反应，包晶为合成型反应；共晶线全是固相线，包晶线只有部分是固相线；共晶三角在水平线上，包晶三角在水平线下。

固态下无相变的金属，如果不重熔，能否细化晶粒？如何实现？何谓平衡结晶？何谓非平衡结晶？

可以。.通过进行适当冷变形，而后在适当温度再结晶的方法获得细晶（应主意避开临界变形度和避免异常长大）。或进行热加工，使之发生动态再结晶。

扩散第一定律的应用条件是什么？对于浓度梯度随时间变化的情况，能否应用扩散第一定