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重庆大学材料考研专业课必背知识点历年考研真题-知识点总结 第一章 金属的晶体结构 一、名词解释 金属键：贡献出价电子的原子，则变为正离子，沉浸在电子云中，他们依靠运动于其间的公有化的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式叫做金属键 空间点阵：由这些阵点有规则地周期性重复排列所形成的三维空间阵列称为空间点阵 晶胞：晶格中选取一个能够反映晶格特征，分析晶体中原子排列规律性的最小几何单元 晶向（面）指数：为了研究和表述不同晶面（晶向）的原子排列情况及其在空间的位向，形成的一种方法 同素异构转变：当外部条件（如温度和压强）改变时，金属内部由一种晶体结构向另外一种晶体结构的转变 晶体缺陷：在实际应用的金属材料中，总是不可避免地存在着一些原子偏离规则排列的不完整性区域，这就是晶体缺陷 刃型位错：简单立方晶体中，某一原子面在晶体内部中断，这个原子面中断处的边缘就是一个刃型位错 螺型位错：由于位错线附近的原子是按螺旋形排列的，所以这种位错叫做螺型位错 晶界：晶体结构相同但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界 亚晶界：实际晶体中，晶粒内的原子排列并不是十分整齐的，彼此间存在极小的位向差，这些晶块之间的内界面称为亚晶界。

共格界面：指界面上的原子同时位于两相晶格的结点上，为两种晶格所共有 非共格界面：界面两边原子排列相差越大，则弹性畸变越大，这时相界的能量提高，当畸变能高至不能维持共格关系时，则成为非共格相界 半共格界面：介于共格与非共格之间，界面上的两相原子部分地保持着对应关系 晶体结构：晶体中原子在三维空间有规律的周期性的具体排列 二、实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？他们对性能有什么影响？ 答：⑴ 根据晶体缺陷的几何形态特征，可将它们分为以下三类： 点缺陷：其特征是三个方向上的尺寸都很小，相当于原子的尺寸，例如空位、间隙原子等 ? 线缺陷：其特征是在两个方向上的尺寸很小，另一个方向上的尺寸相对很大属一类的主要是位错 ? 面缺陷：其特征是在一个方向上的尺寸很小，另外来那个方向上的尺寸相对很大，例如晶界、亚晶界等 ? ⑵ 对性能的影响 点缺陷：使屈服强度升高，电阻增大，体积膨胀此外，点缺陷的存在，将加速金属中的扩散过程，因而凡与扩散有关的相变、化学热处理、高温下的塑性变形和断裂等，都与空位和间隙原子的存在和运动有着密切关系 ? 线缺陷：位错的存在，对金属材料的力学性能、扩散及相变等过程有着重要影响。

? 面缺陷：由于晶界上存在晶格畸变，因而在室温下对金属材料的塑性变形起着阻碍作用，在宏观上表现为使金属材料具有更高的强度和硬度 ? 三、刃型位错和螺型位错的特点 答：刃型位错：①有一个额外半原子面 ②位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中既有正应变，又有切应变正刃型位错，滑移面之上晶格受到压应力，滑移面之下受到拉应力负刃型位错与之相反 ③位错线与晶体的滑移方向相垂直，位错线运动的方向垂直于位错线 螺型位错：①没有额外半原子面 ②螺型位错线是一个具有一定宽度的细长晶格畸变管道，其中只有切应变，而无正应变 ③位错线与晶体的滑移方向平行，位错线运动的方向与位错线垂直 第二章 纯金属的结晶 一、名词解释 凝固：金属由液态转变为固态的过程称为凝固 结晶：金属由液态转变为固态后，其固态金属为晶体的凝固过程 过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度 结晶潜热：结晶时从液相转变为固相放出的热量 晶核：等于或大于临界尺寸的晶胚就是晶核 相起伏（结构起伏）：不断变化着的短程有序的原子集团称为相起伏 形核率：单位时间内单位体积液体中形成的晶核数目。

能量起伏：对一个原子来说，这一瞬间能量可能高些，另一瞬间可能反而低些，这种现象叫能量起伏 均匀形核：在一定的过冷度下，液相中各个区域出现新相晶核的几率相同的形核方式，称为均匀形核 非均匀形核：因为有容器、固体杂质相成为晶胚形成晶核的依附点，新相优先出现于液相中的这些区域的形核方式，称为非均匀形核 变质处理：在浇铸前往液态中加入形核剂，促进大量非均匀形核来细化晶粒的一种处理工艺 正（负）温度梯度：液相中的温度随至界面距离的增加而提高（降低）的温度分布状态 细晶强化：由于晶粒细化导致晶体强度、硬度上升，塑性和韧性不下降的现象 孕育期：当液态金属过冷至理论结晶温度以下的实际结晶温度时，晶核并未立即出生，而是经过一定时间后开始出现第一批晶核，结晶开始前的这段时间称为孕育期 非晶态金属：液体金属急速的降温，获得极大过冷度，以至没有形核就降温到原子扩散难以进行的温度，得到固体金属，它的原子排列情况与液态金属相似 二、金属结晶必须过冷的根本原因 过冷度越大，固液两相自由能的差值越大，即相变驱动力越大，结晶速度越快 三、非均匀形核率的影响因素 1、过冷度的影响。

2、固体杂质结构的影响3、固体杂质形貌的影响4、过热度的影响 四、根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径 答：① 控制过冷度：主要是提高液态金属的冷却速度在一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，则比值N/G越大，因而晶粒越细小 变质处理：变质处理就是在浇铸前往液态中加入形核剂，促进大量非均匀形核来细化晶粒的一种处理工艺，还有一种变质剂，虽不能提供结晶核心，但能阻止晶粒长大，称为长大抑制剂 ? 机械方法：振动、搅动 ? 一方面依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加 五、如果其他条件相同，下列铸造条件下哪种晶粒更细小？分别简述理由 ⑴金属模浇注与砂模浇注 ⑵高温浇注与低温浇注 ⑶浇注薄件与浇注厚件 ⑷浇注时振动与浇注时不振动 答：⑴金属模浇注时晶粒更细小，金属模浇注时，提高铸件的冷却速度，从而增加过冷度，从而晶粒越细小⑵低温浇注时，晶粒更细小，低温浇注，降低浇注温度，增加过冷度，这样一方面可使铸型温度不至升高太快，另一方面由于延长了凝固时间，晶核形成的数目增多，可获得较细小的晶粒⑶浇注厚件时，晶粒更细小，增加厚度，提高铸件的冷却速度，过冷度增加，从而晶粒越细小。

⑷浇注时振动时，晶粒更细小，对即将凝固的金属进行振动，一方面是依靠从外面输入能量，促使晶核提前形成，另一方面是使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加，从而使晶粒细化 六、晶粒大小对常温的力学性能有何影响？试提出三种细化晶粒的方法，并简述其原理 答：⑴晶粒大小对常温下金属的力学性能的影响： 常温下，金属的强度和硬度往往随着金属晶粒的变细小而增强，且塑性和韧性也比较性 ⑵三种细化晶粒的方法： 1、 控制过冷度：主要是提高液态金属的冷却速度在一般金属结晶时的过冷范围内，过冷度越大，则比值N/G越大，因而晶粒越细小 2、变质处理：变质处理就是在浇铸前往液态中加入形核剂，促进大量非均匀形核来细化晶粒的一种处理工艺，还有一种变质剂，虽不能提供结晶核心，但能阻止晶粒长大，称为长大抑制剂 3、机械方法：振动、搅动一方面依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方面使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加 七、简述金属结晶形核过程的主要特点 答：1、液态金属的结晶必须在过冷的液体中进行，液态金属的过冷度必须大于临界过冷度，晶胚尺寸必须大于临界晶核半径rk前者提供形核的驱动力，后者是形核的热力学条件所要求的。

2、rk值大小与晶核的表面能成正比，与过冷度成反比过冷度越大，则rk值越小，形核率越大，但是形核率有一极大值如果表面能越大，形核所需的过冷度也应越大凡是能降低表面能的方法都能促进形核 3、均匀形核既需要结构起伏，也需要能量起伏，二者皆是液体本身存在的自然现象 4、晶核的形成过程是原子的扩散迁移过程，因此结晶必须在一定的温度下进行5、在工业生产中，液体金属的凝固总是以非均匀形核方式进行 八、简述铸锭表面细晶区、柱状晶区和中心等轴晶区产生的机理和性能特点 答： 最外层为表面细晶区其形成主要是由模壁的温度较低，液体的过冷度较大，因而形核率较高所致中间为柱状晶区，其形成主要是由模壁的温度升高， 晶核的成长率大于晶核的形成率，且沿垂直于模壁的方向散热较为有利，在细晶区中取向有利的晶粒优先生长为柱状晶中心等轴晶区，其形成是由模壁温度进一步升高，液体过冷度进一步降低，剩余液体散热的方向性已不明显，处于均匀冷却状态，同时未熔杂质、破断枝晶等易于集中于剩余液体中，这些都促使等轴晶的形成 性能特点：表面细晶区：晶粒细小，组织致密，力学性能良好；中间柱状晶区：晶粒取向、组织致密、缺陷聚集、塑性较差；中心等轴晶区：晶粒无方向性、树枝状晶体、组织不够致密、性能一般。

第三、四章 二元合金的相结构与结晶及铁碳相图 一、名词解释 固溶体：合金的组元之间以不同比例相互混合后形成的固相，其晶体结构与组成合金的某一组元的相同，这种相就称为固溶体 置换固溶体：溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体，称之为置换固溶体 间隙固溶体：溶质原子不是占据溶剂晶格的正常结点位置，而是填入溶剂原子间的一些间隙中的固溶体 区域偏析：对于铸锭或铸件来说，造成大范围内化学成分不均匀的现象，叫区域偏析 晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀的现象称为晶内偏析 枝晶偏析：由于固溶体通常是树枝状，枝干和枝间的化学成分不同，称为枝晶偏析 包晶偏析：由于包晶转变不能充分进行而产生的化学成分不均匀的现象称为包晶偏析 比重偏析：由组成相与熔液之间密度的差别所引起的一种区域偏析 成分过冷：过冷度是由于液相中的成分变化引起的，称为成分过冷 不平衡结晶：先凝固与后凝固的晶体之间存在浓度梯度，造成各相内成分的不均匀，这种偏离平衡结晶条件的结晶，称为不平衡结晶 伪共晶：在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶合金，也可得到全部共晶组织的转变，称为伪共晶。

铁素体：碳原子溶于α-Fe形成的间隙固溶体，体心立方结构 奥氏体：碳原子溶于γ-Fe形成的间隙固溶体，面心立方结构 固溶强化：由于溶质原子的存在，导致晶体强度、硬度增加，塑性、韧性下降的 8 / 8。