北航考研材料综合金属重点

[“金属学原理”复习要点及期末试题] 2009年11月8日 2） 包晶转变的特点：原子固态长程扩散，晶体结构转变转变速度慢、转变通常难以完成 。β相完全包围住α

相后，液相不再与α相接触，而β相则分别与液相α相接触，L-β,α-β相界面处，两相成分保持平衡，使β相中存在浓度梯度，使溶质原子从L-β相界面扩散到α-β相界面，而这又促使α相继续溶解和β相相进一步向液相及α相长大，使L-β及α-β相界面保持平衡。

10、画出铁碳二元合金状态图。含碳量为3％的Fe-C合金按Fe-Fe3C亚稳系平衡凝固凝固，分析其凝固组织形成过程并画出其冷却曲线及其凝固组织示意图，计算共晶反应结束时出生奥氏体树枝晶与共晶组织的相对含量及室温组织中组织组成与相组成的重量百分数。 1） 图：

2） 3％Fe-C合金

当合金冷却到与液相线相交温度时，开始形成初生奥氏体，随温度下降奥氏体以枝晶的形式继续生长，它的成分沿固相线改变，也此同时液相的成分沿液相线改变，到1148°C时，进行枝晶转变知道凝固完毕，得到莱氏体，合金继续冷却，奥氏体固溶度沿ES线减少，析出二次渗碳体，到727°C到实体进行共析转变形成珠光体。

3） 共晶反应结束后，w（初生奥氏体）=MC/EC*100%=（4.30-3.000/

（4.30-2.11）=59.36%

W（共晶组织）=ME/EC=（3.00-2.11）/（4.30-2.11）=40.64% 故w（初生奥氏体）/W（共晶组织）=1.464：1

（要掌握各种相图的平衡凝固分析，会画凝固冷却曲线，以及在各温度下的相组成和组织组成，会用杠杠定理求各相的相对含量）

11、成分三角形、直线法则、重心法则。三元相图中水平投影图、水平截面图及垂直截面图的特点及用途。

1． 成分三角形：用等边三角形表示合金的成分，三角形三个顶点分别代表三个纯组元，三条边代表二元系。三角

形内任一店表示一定成分的三元合金。 直线法则：如果合金d在某一温度处处于A+B两相平衡，这两个相的成分点d 分别在e和f，则e，d，f三点一

定在一条直线上，且d点位于e、f两点之间的联线上。

重心法则：如果合金n在某一温度下处于A+B+C三相平衡，这三个相的成分点分别在x，y，z，则n点一定位于

三角形xyz内，三个相的重量百分数分别为： W1=nx’/xx’ w2=ny’/yy’ w3=nz’/zz’

水平投影图：三维相图中各种曲面交线在浓度三角形上的垂直投影，从中可以得知三元系的四相平衡的类型以及

与组分相关的三相平衡。常用的是液相面投影图和固相面投影图。 水平截面图：等温截面图，在一个等温截面上，整个三元系都处于相同的温度，水平截面图外形应该与浓度三角

形一致，截面图中的各条曲线是这个温度截面与空间模型中各个相界面相截而得到的相交线即相界

线。由此可以得出整个三元系在该温度的相组成情况，还可以预测合金平衡组织。水平（等温）截面图的作用：1、存在严格相平衡关系！2、确定平衡相成分！3、确定平衡相的相对量（杠杆规则！重心法则

垂直截面图：固定一个成分变量并保留温度变量的截面，也称为变温截面。垂直于成分三角形，垂直截面图的作用：合金状态随温

度的变化；确定合金的临界点。但是要注意在垂直截面图中：1、不存在相平衡关系！2、不能确定

版权所有，请勿用于商业用途 3601大班荣誉出品 | 纯金属的凝固、二元合金、三元合金相图及凝固 13 2009年11月8日 [“金属学原理”复习要点及期末试题] 平衡相成分！3、不能用杠杆规则！

11、三元合金两相平衡、三相平衡、四相平衡的特点。

1）两相平衡时的特点：F=-C-P+1=2，说明在液相和固相之内，除温度能任意改变外，还可以任意改变固相或液相成分中某一组元的含量，而不使相的组成发生变化。

2）三相平衡时：F=-C-P+1=1 说明在三相平衡区内只有温度可以改变，其等温界面是连接三角形，垂直截面是曲边三角形，水平截面是直角三角形，有三相共晶平衡和三相包晶平衡两种。

3）四相平衡时：F=-C-P+1=0 故四相平衡必须在确定温度下进行，故在三维相图中为一个垂直于温度轴的水平面，其四相成分均确定，由共晶型，包共晶型，包晶型三种情况，在三维相图中，每一个四相平衡前后有四个三相平衡。

12、分析固态下完全不互溶三元共晶相图水平投影图中各典型成分合金的凝固过程，画出过gh、Ab等线的垂直截面图、标明各相区的相组成、分析各标明合金的凝固过程（画出冷却曲线及凝固组织形成过程示意图）并计算a、b、c、d各合金凝固组织组织组成及相组成的相对重量百分数。（同二元相图一样要掌握三元匀晶相图和三元共晶相图的凝固过程分析及凝固组织，尤其是要会用投影图分析凝固过程）

3. 位错基本理论、界面

1. 按照晶体缺陷的几何特征晶体缺陷可以分为三类：

点缺陷：在三维空间的各个方向上尺寸都很小，包括空位、间隙原子、杂质或者溶质置换原子 线缺陷：缺陷在一个方向上的尺寸较大，也称为位错。

面缺陷：缺陷在两个方向上的尺寸都很大。晶界，相界，孪晶界和堆垛层错都属于面缺陷 2.

获得非平衡空位的方法：高温淬火：冷冻高温下的平衡空位； 固溶处理：过饱和固溶体、过饱和空位！；

强烈塑性变形 ；高能粒子辐照：中子辐照等

3.

根据位错的定义，简述位错的基本性质。

1.宏观上属于线缺陷.2.对同一根位错线引起的滑移量是一定的，即柏氏矢量是一定的3.在近体内部呈自封闭曲线或终止于晶体表面或晶界。

4. 简述刃位错、螺位错的基本特征及其运动特点。

刃形位错的基本特征：刃形位错有一个额外的半原子面；刃形位错可理解为晶体中已滑移区和未滑移区的边界

线；滑移面必定是同时包含有位错线和滑移矢量的平面，滑移面唯一，在其他面上不能滑移；位错周围的点阵发生弹性畸变，既有切应变又有正应变；在位错线周围的过渡区每个原子具有较大的平均能量；位错线与滑移方向垂直即柏氏矢量与位错线垂直；刃形位错的形状可以是直线或者曲线。运动特点：1.滑移在平行于滑移面的平面上施加垂直于

位错线的切应力。2.攀移，垂直于滑移面的运动。

螺形位错的基本特征：螺形位错无额外的半原子面，原子错排呈轴对称的；螺形位错线与伯氏矢量平行因此螺形位错的形状一定是直线，而且位错线的移动方向与晶体的滑移方向垂直；纯螺形位错滑移面不是唯一的；螺形位错

周围的点阵也发生弹性畸变，但是只有平行于位错线的切应变而无正应变，因此不会引起体积膨胀或收缩；螺形位错周围的点阵畸变随离位错线距离的增加而急剧下降；位错线与滑移线方向平行即柏氏矢量与位错线平行。运动特点：

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[“金属学原理”复习要点及期末试题] 2009年11月8日 1.在含有位错线的任何密排面上都可能进行滑移，易发生交滑移。2.不发生攀移。

（倾斜为要点）

5. 基本概念：

1.位错的应变能：由于位错周围存在着点阵畸变和应力场。晶体中增长的额外能量。（公式） 线张力：使位错增加单位长度时增加的能量（公式）。

2.刃位错的应力场特点:a.刃位错的应力场中有正应力和和切应力两种分量，各种应力的大小与r不确定成反比，即离位错越远，应力的绝对值越小，但是当r大于c时，应力趋于无穷大，上述结果不适用于位错中心区。b.各应力分量都不是Z的函数，与z无关，所以沿z轴改变位置时应力不变。c.应力场对称于多余半原子面。d.应力场中任一点的（ ）总是大于（ ）。e.滑移面上是无正应力，只有切应力，且切应力（ ）达到最大值，即y=0时，（ ）。在滑移面上即y>0时，（ ），多余半原子面使x方向上产生拉应力。f.（ ），即在与x轴成45度的两条之线上只有（ ），（ ）。且（），（）在经过这两条线时符号改变，在x=0的半原子面上，（）为零，无切应力。 3.刃位错与溶质原子交互作用特点：

a.当位错与溶质原子有交互作用能U为负值时。溶质原子与位错的交互作用使总应力降低。此时溶质原子应互相吸引，反之，若U为正值，则两者互相排斥。b.尺寸较大的溶质原子和间隙原子都会被位错的膨胀区吸引从而聚集在正刃型位错的下部，较小的原子和空位都趋向于聚集在正刃型位错上部的压缩区。 4.螺位错的应力场特点：

a.螺性位错的应力场中没有正应力分量，只有两个切应力分量。b.切应力的大小与（ ， ）无关，只与r有关，即在同一半径r上，无论（）角多大，切应力都是相等的。因此空位错的应力场是轴对称的。c.切应力的大小与r成反比，r增大时，切应力减小，但位错中心区的畸变太大，已不符合连续弹性介质的假设。

5.螺位错于溶质原子的交互作用：a.螺位错是纯应力场，与球形对称的点缺陷无交互作用。b.非球形对称的点缺陷可能与螺型位错发生交互作用。

6.攀移：刃型位错垂直于滑移面的运动，实质就是多余半原子面在垂直滑移面的方向上伸长或缩短。

7.交滑移：当螺型位错在水平滑移面上的运动受阻之后，就可能转移到与原滑移面相交的垂直滑移面上继续运动，这个过程称为交滑移。

8.割阶对位错运动的影响：a.两个刃型位错交割形成刃型位错的割阶，使原位错线变长，能量增加，也就是形成时都需要供给能量，即割阶阻断位错运动。b.刃位错与螺位错形成的割阶，认为磋商的割阶不其阻碍作用，螺位错上的割阶，可能（）下一空位或间隙原子，使位错的运动受到阻碍。c.多割阶下，对若是刃型位错上的割阶，影响不大。螺性位错上的割阶在位错继续移动时起了钉扎作用，因此割阶之间的位错线只能向运动方向旁曲。 9.单位位错：通常把伯氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为单位位错

扩展位错：两个不全位错在同一滑移面上，且柏氏矢量的夹角小于π/2，即具有同号的分量，因此他们必然相斥而分开，在两个分开的不全位错之间夹着一片堆垛层错，这种位错组成态称为扩展位错。

堆垛层错：实际晶体结构中，密排面得正常堆垛顺序可能遭到破坏和错排，称为堆垛层错，简称层错 层错能：堆垛层错使晶体能量升高的部分称为堆垛层错能。

全位错：柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错。故全位错滑移后晶体原子排列不变

不全错位：其柏氏矢量不等于点阵矢量整数倍的位错。不全位错滑移后原子排列规律发生变化。 部分位错：伯氏矢量小于点阵矢量的位错

实际晶体中位错的伯氏矢量不能是任意的，它要符合晶体的结构条件和能量条件，晶体结构条件是指伯氏矢量必须连接一个原子平衡位置到另一个原子平衡位置，能量条件是b越小越稳定。 10面心立方晶体中的位错与位错反应（比较复杂，详见教材106-114） 位错反应的条件：

3601大班荣誉出品 | 位错基本理论、界面 版权所有，请勿用于商业用途 15 2009年11月8日 [“金属学原理”复习要点及期末试题] a几何条件：按照伯氏矢量守恒性的要求反应后诸位错的伯氏矢量之后应该等于反应前诸位错的伯氏矢量之和，???????bb??ba即 b能量条件：位错反应必须是一个能量降低的过程，反应后各位错的总能量应该小于反应前各位错的总能量，????bb2即 ?????ba2。 面心立方晶体中，有两种重要的不全位错：肖克利不全位错和弗兰克不全位错

扩展位错：通常把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组态称为扩展位错

6根据位错理论，简述细晶强化、加工硬化、固溶强化及粒子强化（饶过粒子及切割粒子两种情况）的微观机制。

细晶强化：由霍儿－配奇公式?s??0?kd?12 ，晶粒细化后σs增大相当于屈服强度增大，故细化晶粒可以达到强化

的目的，主要是由于晶界处的原子排列不规则，晶界处杂质原子富集形成各种气团，而且晶界两侧的晶粒取向不同，因此常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用致使塑性变形抗力提高宏观表现为晶界比晶内具有较高的强度和硬度。

加工硬化：由于位错间交互作用产生位错增殖，位错密度急剧增加，位错难于移动，位错交割形成大量割阶，钉孔位错，位错交割形成位错网，位错反应形成Lomer或Lomer－Contrell位错锁，以上都会阻止位错的运动滑移都有利于硬化

固溶强化：由于位错与溶质原子的交互作用而产生的强化。溶质原子的存在会产生晶格畸变和弹性应变场阻碍位错的正常运动，溶质原子可能会与位错产生弹性交互作用、化学交互作用、以及静电交互作用；位错运动时会改变溶质原子的分布情况引起系统能量升高，由此也会增加滑移变形的抗力。（或者更简单的解释：溶质原子会向位错偏聚，形成溶质气团，降低位错的应变能和系统能量，位错变得稳定从而难以移动）

粒子强化：a:绕过粒子：强化效果取决于粒子尺寸以及粒子间距，与粒子本性无关。运动中心位错在滑移面上受到第二相质点阻碍时，如质点尺寸和间距较大，则位错线将绕其弯曲，且形成包围质点的位错环，同时原位错继续前进，但位错间这种方式运动所受阻力大。b:切割粒子：第二相强度不大时，可随基体一起变形，且第二相质点与位错间作用力不足以把位错组织在质点处时，位错会直接切过质点使质点分成两部分，除质点周围应力场阻碍位错运动外，质点本身对位错亦有阻力。强化效果取决于粒子的本性（界面共格错配度、界面能、弹性模量差、层错能差、有序度等）

7简述位错的起源机制及增殖机制与观察位错的基本方法。小角度晶界、大角度晶界，小角度晶界的位错模型，大角度晶界的CSL模型，晶界偏析。

答：位错的起源：a.温度剃度热应力引起的塑性变形

b.生长晶体自重引起的塑性变形

c.籽晶粒中位错的遗传

d.液体对流引起的晶体的塑性变形

e.空间集团的崩溃

f.多相材料线膨胀系数的差别 g.晶体表面微缺口应力集中

增殖机制：F-R源增殖。由于钉扎作用使位错线只能弯曲运动并不断扩展，形成了一个又一个位错环，造成了位错的增殖。（详见教材104）

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