材料科学基础简答题和论述题资料下载.pdf

1、大电场或温度场，促使原子按一定方向扩散，造成扩散不均匀 4 4.实现实现空位扩散具备的条件空位扩散具备的条件 扩散原子附近有空位；邻近空位的原子有可越过能垒的自由能 5 5.影响影响扩散激活能的因素扩散激活能的因素 扩散机制；晶体结构；原子结合力；合金成分 6 6.反应扩散反应扩散的特点的特点 在相界面处产生浓度突变，突变的浓度对应相图中的极限溶解度 二元系发生反应扩散，扩散中渗层各部分都不可能有两相混合区出现，原因可用相的热力学平衡条件解释：如果出现两相混合区，则两相化学势必然相等，即化学势梯度为零，区域中就没有扩散驱动力，扩散不能进行 7 7.影响影响扩散的因素扩散的因素 温度，温度越高，

2、扩散系数越大，越容易扩散；固溶体类型，间隙固溶体激活能小，扩散容易；置换固溶体激活能大，扩散困难；晶体结构，致密度小方向，激活能小；同素异构转变时，扩散系数改变；晶体缺陷，缺陷处扩散激活能较晶内小；化学成分，不同金属其点阵原子间结合力不同，而原子扩散需破坏邻近原子结合力；应力作用，应力越大，驱动力越大，扩散越快 8 8.离子扩散离子扩散速率速率通常通常远小于金属原子的扩散速率远小于金属原子的扩散速率 离子键结合能大于金属键的结合能，扩散所需克服的能垒较大；为了保持电中性，需产生成对缺陷，增加了额外的能量；扩散离子只能进入具有同样电荷的位置，迁移距离较长 第五章 材料的变形与再结晶 1 1.弹性

3、变形的特征弹性变形的特征 可逆性，加载时变形，卸载后恢复原状 应力应变之间存在线性关系，服从胡克定律 材料最大弹性变形量随材料的不同而异 2.2.弹性不完整性弹性不完整性 包申格效应，材料经预先加载产生少量塑性变形（小于 4%），而后同向加载弹性极限升高，反向加载弹性极限降低的现象；弹性后效，在弹性极限范围内，应变滞后于外加应力，并和时间有关的现象；弹性滞后，应变落后于应力，在曲线-上使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线的现象，弹性滞后表面加载时消耗的变形功大于卸载时释放的变形功，多余的即为内耗；循环韧性，金属在塑性区内加载时吸收不可逆变形功的能力 3 3.滑移系滑移系和滑移带的区别和滑移带

4、的区别与联系与联系 滑移线，每一层晶面滑动后在表面出现的滑移痕迹 多根滑移线构成一个滑移带 光镜下观察到的是滑移带，电镜下观察到的是滑移线 4 4.滑移面和滑移方向往往是晶体中排列最密的晶面和晶向滑移面和滑移方向往往是晶体中排列最密的晶面和晶向 原子密度最大的晶面其面间距离最大，点阵阻力最小 原子密度最大的晶向，原子间距离最短，位错 b 最小 5 5.实际实际测得晶体滑移临界分切应力值较理论测得晶体滑移临界分切应力值较理论计算计算值低值低 3 3-4 4 个个数量级数量级 晶体滑移并不是晶体一部分相对于另一部分沿滑移面作刚性位移 而是借助位错在滑移面上运动来逐步进行的（孪生借助肖莱克不全位错的

5、运动）6 6.滑移的特点滑移的特点 滑移后，晶体的点阵类型不变；晶体内部各部分位向不变；滑移量是滑移方向上原子间距的整数倍；滑移后，在晶体表面出现一系列台阶 7.7.位错运动的阻力位错运动的阻力（导致导致晶体强化晶体强化）点阵阻力，位错从一个平衡位置运动到另一个平衡位置所克服的势垒；位错与位错的交互作用产生阻力 运动位错交截后形成的扭折和割阶，尤其是螺型位错的割阶对位错有钉扎作用 位错与其他晶体缺陷交互作用产生阻力，如点缺陷、晶界、第二相质点等 8.8.孪生的特点孪生的特点 在切应力作用下发生，所需的临界切应力比滑移大很多 孪生是一种均匀切变 孪晶两部分晶体形成镜面对称的位向关系 9 9.形成

6、孪晶的方式形成孪晶的方式 机械孪晶/变形孪晶，通过机械变形方式产生，呈透镜状或片状 生长孪晶，晶体自气态、液态或固体中长大时形成的 退火孪晶，变形金属在再结晶退火过程中通过堆垛层错形成的 10.10.滑移方向滑移方向、滑移面滑移面、孪生孪生方向方向、孪生面孪生面 孪生发生难易顺序与滑移相反 fcc bcc hcp 滑移面 111 110 0001 滑移方向 孪生面 111 112 101_2 孪生方向 1111.滑移带滑移带和和孪晶的显微特征孪晶的显微特征 滑移带不穿过晶界，滑移变形没有破坏晶体内部原子排列规律，可以抛光去除 机械孪晶也在晶粒内，孪晶与基体位向不同，不能抛光去除 退火孪晶以大条

7、状分布于晶内，孪晶界面平直，不能抛光去除 12.12.多晶体塑性变形时多晶体塑性变形时要求要求每个晶粒至少能在每个晶粒至少能在 5 5 个个独立的滑移系上进独立的滑移系上进行滑移行滑移 任意变形均可用?、?6 个应变分量表示 塑性变形时，晶体体积不变（?=?+?=0）所以只有 5 个应变分量，每个应变分量由一个独立滑移系产生 13.13.多晶体多晶体塑性变形的特点塑性变形的特点 各晶粒变形不同时性 各晶粒变形相互协调性 变形的不均匀性 1414.晶粒大小晶粒大小与性能的关系与性能的关系 晶粒越细，强度越高，晶界越多，位错运动阻力越大，强度越高；晶粒越细，塑性提高，晶粒越多，变形分散、均匀性提高

8、，由应力集中导致的开裂机会减少，可承受更大的变形量；晶粒越细，韧性提高，细晶材料中，应力集中小，裂纹不易产生；晶界多，裂纹不易传播，在断裂过程中可吸收较多能量 1515.霍尔霍尔-配奇公式适用性配奇公式适用性210Kds 亚晶粒大小或片状两相组织层片间距与屈服强度的关系 塑性材料流变应力与晶粒大小的关系 脆性材料的脆断应力与晶粒大小的关系 金属材料的疲劳强度或硬度与晶粒大小之间的关系 纳米材料的强度与颗粒度之间的关系（很大范围内满足）16.16.蠕变机制蠕变机制（恒压下，一定温度下，发生的缓慢而连续的塑性流变现象）回复蠕变，滑移受阻，加大应力，发生攀移，攀移后继续滑移，使回复过程充分进行 扩散

9、蠕变，空位的移动造成的 晶界滑动蠕变，晶界上的原子容易扩散，受力后易产生滑动，促进蠕变进行 16.16.细晶粒多晶体另一高温变形机制细晶粒多晶体另一高温变形机制空位扩散蠕变机制空位扩散蠕变机制 设多晶体中的四方晶粒 ABCD 受拉伸变形，则其受拉晶界 AB 和 CD附近容易形成空位，空位浓度较高；而受压的晶界 AD 和 BC 附近形成空位较困难，空位浓度较低。晶粒内部存在的空位浓度梯度，使空位从高浓度的晶界 AB 和 CD附近向低浓度的晶界 AD 和 BC 附近定向移动，而原子则发生反方向的迁移，最终导致晶粒沿拉伸方向伸长。17.17.固溶固溶强化的影响因素强化的影响因素，溶入溶质原子形成固溶

10、体而使金属强度硬度升高的现象 溶质原子的原子分数越高，强化作用越大，原子分数很低时，强化作用显著；溶质原子与基体金属的原子尺寸相差越大，强化作用越大；间隙型溶质原子比置换原子强化作用大；溶质原子与基体金属的价电子数相差越大，强化作用越大 1818.固溶固溶强化强化机制机制 溶质原子与位错的弹性交互作用、化学交互作用、静电交互作用 塑性变形时，位错运动改变了溶质原子在固溶体结构中以短程有序或偏聚形式分布的状态，引起系统能量增高，增加了变形阻力 19.19.屈服现象屈服现象的的物理物理本质本质，应力达到一定值后，应力基本不变，应变急剧增长的现象 固溶体合金中的溶质原子或杂质原子与位错交互作用形成溶

11、质原子气团，即柯氏气团，柯氏气团对位错有钉扎作用 位错要运动，须在更大应力作用下才能挣脱柯氏气团的钉扎，从而形成上屈服点 挣脱之后位错运动较易，应力减少，出现下屈服点和水平台 2020.不连续屈服现象不连续屈服现象位错增值理论位错增值理论 从位错理论中得知，材料塑性变形的应变速率 与可动位错密度、位错运动平均速度 以及伯氏矢量 b 成正比，而位错运动速度 与位错受到的有效切应力 成正相关，其中 接近恒速 塑性变形开始前，位错被钉扎住，很小，要保持 一定，势必增大，使 提高，因此上屈服点应力较高 塑性变形开始后，位错迅速增值，迅速增大，要保持 一定，必然导致 变小，使 下降，因此下屈服点应力较低

12、 21.应变应变时效的时效的物理本质物理本质，预塑性变形试样，卸载后立即加载不出现屈服现象，卸载后放置一段时间或在 200加热后再加载出现屈服现象，屈服应力进一步提高的现象 卸载后立即加载，由于位错已经挣脱出气团钉扎，不出现屈服点 卸载后长时间放置或经时效，溶质原子已经通过扩散重新聚集到位错周围形成气团，故屈服现象又复出现 2222.第二相分布对塑性变形影响第二相分布对塑性变形影响 脆的第二相在晶界上呈不连续网状分布，大大降低塑韧性 第二相在晶粒内部呈片层状分布，使强度，硬度比基体金属高得多，使塑韧性下降 2 23 3.第二相粒子第二相粒子强化作用强化作用，对位错运动的阻碍作用 不可变形粒子，

13、借助粉末冶金方法加入，位错绕过第二相向前运动弥散强化，强化作用与粒子的间距成反比 可变形粒子，通过时效处理从过饱和固溶体中析出，位错切过第二相向前运动沉淀强化 2 24 4.可变形粒子的强化可变形粒子的强化作用作用 位错切过粒子，产生表面台阶，出现新的表面积，使界面能升高 当粒子是有序结构时，位错切过粒子会打乱滑移面上下的有序排列，产生反相畴界，引起能量升高 由于粒子的层错能与基体不同，当扩展位错通过后，其宽度会发生变化，引起能量升高 粒子与基体的晶体点阵不同，位错切过粒子会造成滑移面上原子错排，需额外做功，使位错运动困难 粒子与基体的比表体积差别，且第二相与母相间保持共格或半共格，在粒子周围

14、产生弹性应力场与位错交互作用，阻碍位错运动 由于基体与粒子中滑移面取向不一致，位错切过后会产生割阶，从而阻碍位错线的运动 2525.塑性变形对材料组织与性能的影响塑性变形对材料组织与性能的影响 显微组织变化，随变形量增加，等轴晶粒沿变形方向伸长 亚结构变化，经一定量的塑性变形后，晶体中的位错线通过运动与交互作用，形成位错缠结，进一步增加变形量时，大量位错发生聚集（塞积）；缠结的位错组成胞状亚结构 性能变化，产生加工硬化现象，使强度硬度增加，塑性韧性下降；物理性能变化，电阻率增大，电阻温度系数降低；化学性能变化，抗腐蚀性能降低 形变织构，由于塑性变形的结果而使晶粒有择优取向的组织，拔丝形成丝织构

15、，轧板形成板织构 残余应力，塑性变形中外力所做功大部分转化成热，小部分以畸变能的形式储存在形变材料内，这部分能量叫做畸变能，畸变能的具体表现方式为：宏观残余应力、微观残余应力和点阵畸变 2626.加工硬化的机制加工硬化的机制、限制限制、利弊利弊 加工硬化机制：随塑性变形进行，位错密度增加，位错运动交割加剧，产生固定割阶、位错缠结等，阻碍位错运动 加工硬化的限制：试验温度不能太高，否则由于退火效应，会软化 加工硬化利弊：对于不能热处理强化的金属材料，是提高其强度的重要手段；材料加工成型的保证；提高零件或构件的使用安全性能；变形阻力提高，脆断危险性提高，须用再结晶退火消除 2727.残余应力残余应力 第一类内应力宏观残余应力，由于工件不同部分的宏观变形不均匀性引起的，其平衡范围包括整个工件，占储存能 0.1%左右 第二类内应力微观残余应力，由于晶粒或亚晶粒之间的变形不均匀性引起的，其作用范围与晶粒尺寸相当 第三类内应力点阵畸变，由于工件在塑性变形中形成的大量点阵缺陷引起的，作用范围是几十到几百纳米，占储存能的 80%-90%；这部分能量