材料科学基础复习重点.课件.ppt

1、第六章有序介质中的点缺陷和线缺陷点缺陷空位和间隙原子平衡浓度离子晶体中的点缺陷Kroger-Vink符号 禀性点缺陷和非禀性点缺陷 线缺陷位错几何特征位错类型：刃(正负)、螺(左右)、混合位错应力场直螺位错、直刃位错位错能量刃位错、螺位错、混合位错位错受力保守运动和非保守运动，滑移和攀移位错运动交互作用弯结、割阶、科垂尔气团、史诺克气团位错产生和增殖F-R源实际晶体中的位错全位错、部分位错、扩展位错第七章面缺陷和体缺陷表面张力、能量、形貌、弛豫和重构、吸(脱)附和偏析晶界小角晶界倾转晶界、扭转晶界大角晶界几何结构模型(CSL、DSC、O) 奇异晶界、邻位晶界小角晶界和大角晶界：能量、偏析、迁移

2、 取向差相界共格、半共格、非共格体缺陷第八章固体中原子的扩散扩散机制间隙、空位、换位扩散系数微观意义、影响因素扩散激活能扩散方程的解误差函数解、高斯解、三角函数解、数值解、平方根关系Matano平面 高扩散率通道晶界、位错、表面等 反应扩散 影响扩散系数的因素 离子晶体、玻璃和聚合物中的扩散RTQDDexp0Dtxerfcccctxc222,1212Dtxerfccccsxs20mHQfmHHQ第八章固体中原子的扩散相关公式第九章材料的形变滑移和孪生滑移要素和滑移系单系滑移、交滑移、多系滑移临界分切应力定律孪生要素、机制滑移和孪生比较应力-应变曲线 加工硬化理论宏(微)观应变协调和宏(微)观组

3、织变化CB、DDW、MB、GNB、IDB、SB、LB形变织构类型表征第九章材料的形变相关公式222222212121212121coslkhlkhl lkkhhmAF0coscossGblGb210dkyy第十章相变的基本原理相变分类按：热力学参数，方式，原子迁移特征相变驱动力相变形核均匀、非均匀；形核功、形核半径；形核率固态转变时晶核长大界面过程控制、长程扩散控制转变动力学JMAK方程Ostwald熟化第十一章凝固纯金属的结晶液态金属结构结晶一般过程 结晶条件 结晶驱动力 形核(均匀、非均匀) 临界晶核半径、临界形核功、形核率 晶核长大 液固界面结构(光滑、粗糙) 晶核长大方式固溶体的结晶平

4、衡凝固、非平衡凝固 平衡分配系数、Scheil方程、成分过冷共晶凝固和包晶凝固第十一章凝固相关公式100kLLfCC10001kSSfCkCvGkkDCmLLL0001第十二章固态转变合金脱溶脱溶贯序时效共析转变、块状转变连续型转变调幅分解、无序有序转变无扩散型相变回复和再结晶组织、性能变化、驱动力再结晶基本规律、动力学及影响因素再结晶形核晶粒长大动态回复和动态再结晶再结晶织构北京科技大学北京科技大学20052006学年第学年第2学期材料科学基础试题学期材料科学基础试题1. (本题本题10分分)位错有哪些类型？判别位错类型的依据是什么？位错有哪些类型？判别位错类型的依据是什么？面心立方晶体中柏

5、氏矢量为面心立方晶体中柏氏矢量为110的全位错可以在哪些的全位错可以在哪些111面上存在，并写出该全位错在这些面上分解为两个面上存在，并写出该全位错在这些面上分解为两个分分位错的反应式。位错的反应式。 刃位错、螺位错及混合位错；刃位错、螺位错及混合位错； 按照按照柏氏矢量与位错线的夹角划分，平行时是螺位错，垂直柏氏矢量与位错线的夹角划分，平行时是螺位错，垂直时是刃位错，其它情况是混合位错；时是刃位错，其它情况是混合位错； 可以在（可以在（ 111）和（）和（1 11）面上存在；）面上存在； 两个分解式为：两个分解式为：a/2110a/6121+a/621 1 a/2110a/6211+a/61

6、2 12. (本题本题10分分) 什么是位错的非保守运动？其最本质的过程是什么是位错的非保守运动？其最本质的过程是什么？控制这种运动速度的过程是什么？最粗略地估计两个什么？控制这种运动速度的过程是什么？最粗略地估计两个不同温度下的非保守运动速度的比值应该查阅什么参数？为不同温度下的非保守运动速度的比值应该查阅什么参数？为什么？什么？ 位错运动引起晶体体积变化，称非保守运动；位错运动引起晶体体积变化，称非保守运动； 本质是原子或空位的扩散过程及形成割阶的能力；本质是原子或空位的扩散过程及形成割阶的能力； 控制非保守运动速度的过程是原子扩散能力，而温度及是否控制非保守运动速度的过程是原子扩散能力，

7、而温度及是否有外界正应力有明显影响；有外界正应力有明显影响； 高温及正应力促进非保守运动。应查两温度下的原子自扩散高温及正应力促进非保守运动。应查两温度下的原子自扩散系数或空位扩散系数。系数或空位扩散系数。3. (本题本题15分分) 什么是重合位置点阵？如何用重合位置点阵描述什么是重合位置点阵？如何用重合位置点阵描述晶界结构晶界结构？比较面心立方金属中小角晶界、普通大角晶界和？比较面心立方金属中小角晶界、普通大角晶界和3孪晶界的能量、杂质偏析和迁移率的相对高低。孪晶界的能量、杂质偏析和迁移率的相对高低。两点阵相互穿插，由两点阵中重合阵点组成的周期点阵称为重合位置点两点阵相互穿插，由两点阵中重合

8、阵点组成的周期点阵称为重合位置点阵。阵。晶界两侧点阵取向不同，就有不同程度的重合度，用重合点阵密度晶界两侧点阵取向不同，就有不同程度的重合度，用重合点阵密度表表示。当晶界穿过重合位置点阵晶面，特别是密排面时，晶界两侧原子键示。当晶界穿过重合位置点阵晶面，特别是密排面时，晶界两侧原子键破坏的比例相对普通大角晶界要少一些，即原子匹配的比例高一些。如破坏的比例相对普通大角晶界要少一些，即原子匹配的比例高一些。如3、5、7、9等晶界。他们表示两相互穿插的点阵中每等晶界。他们表示两相互穿插的点阵中每3/5/7/9个原个原子中就重合一次。这种晶界的能量、迁移率及杂质偏析量与一般大角晶子中就重合一次。这种晶

9、界的能量、迁移率及杂质偏析量与一般大角晶界不同。界不同。小角晶界能量低，杂质偏析少，迁移率低；大角晶界能量高，杂质偏析小角晶界能量低，杂质偏析少，迁移率低；大角晶界能量高，杂质偏析多，迁移率高；多，迁移率高；3孪晶界是共格的，很稳定，能量很低，甚至低于小角孪晶界是共格的，很稳定，能量很低，甚至低于小角晶界；杂质偏析少，迁移率很低。晶界；杂质偏析少，迁移率很低。4. (本题本题10分分) 什么是临界分切应力定律？在面心立方晶体中的什么是临界分切应力定律？在面心立方晶体中的位错，柏氏矢量位错，柏氏矢量ba/2 110，位错位错线线ta/6 1 12，临界，临界分切应力分切应力 0.5MPa。(1)

10、确定这个位错的滑移面；确定这个位错的滑移面；(2)分别计分别计算在算在010方向和方向和001方向施加多大的正应力才能使这个位方向施加多大的正应力才能使这个位错滑动。错滑动。使晶体发生滑移所需的，作用在滑移面滑移方向上的分切应力是一个定使晶体发生滑移所需的，作用在滑移面滑移方向上的分切应力是一个定值，而不随外力作用方向而变的规律称临界分切应力定律；值，而不随外力作用方向而变的规律称临界分切应力定律；滑移面由该刃位错的柏氏矢量与位错线矢量叉乘得到，为滑移面由该刃位错的柏氏矢量与位错线矢量叉乘得到，为(111)面；面；按按Schmid定律定律 = cos cos 。现求两个力轴对应的取向因子。滑移

11、面。现求两个力轴对应的取向因子。滑移面法线与力轴的交角法线与力轴的交角cos 1=1/ 3，cos 2=1/ 3。滑移方向与力轴的交角。滑移方向与力轴的交角cos 1=-1/ 2，cos 2=0。所以，。所以，010方向所需正应力为方向所需正应力为 = cos 1cos 1，即即 -0.5 6=-1.225MPa。001方向所需应力为无限大。方向所需应力为无限大。5. (本题本题10分分) 指出极图和标准投影图的区别是什么？示意画出指出极图和标准投影图的区别是什么？示意画出铝的立方织构的铝的立方织构的(111)极图。极图。极图是晶体中各晶粒的某类极图是晶体中各晶粒的某类hkl面相对于外界坐标系

12、面相对于外界坐标系(轧向轧向-侧向侧向-法向法向)分布的、以极射赤面投影表示的方法，极图上只有分布的、以极射赤面投影表示的方法，极图上只有hkl面的极点分布会面的极点分布会出现。而标准投影图是以某一出现。而标准投影图是以某一(hkl)面为赤道面或投影面的极射赤面投影面为赤道面或投影面的极射赤面投影图，中心点是图，中心点是(hkl)面，所有其它低指数晶面的投影点都会出现，不需表面，所有其它低指数晶面的投影点都会出现，不需表示外界坐标系。示外界坐标系。铝的立方织构的铝的立方织构的(111)极图：极图： RD TD6. (本题本题15分分) 指出回复、再结晶和晶粒长大各个阶段的驱动力指出回复、再结晶

13、和晶粒长大各个阶段的驱动力并简要说明各个阶段金属的组织和性能变化。结合并简要说明各个阶段金属的组织和性能变化。结合新教材图新教材图12-80简单讨论第二相粒子对再结晶过程的影响。简单讨论第二相粒子对再结晶过程的影响。回复、再结晶驱动力为形变储存能，晶粒长大驱动力为界面能降低倾向。回复、再结晶驱动力为形变储存能，晶粒长大驱动力为界面能降低倾向。回复过程组织变化回复过程组织变化(除点缺陷和位错线的运动外除点缺陷和位错线的运动外)主要是亚晶形成主要是亚晶形成(多边形多边形化化)、亚晶合并及聚集长大，特点是不涉及大角度晶界迁移。再结晶过、亚晶合并及聚集长大，特点是不涉及大角度晶界迁移。再结晶过程是核心

14、在形变不均匀区形成，长大而吃掉形变晶粒；特点是大角晶界程是核心在形变不均匀区形成，长大而吃掉形变晶粒；特点是大角晶界迁移。晶粒长大是在界面能的驱动下，因局部线张力的不平衡或弯曲界迁移。晶粒长大是在界面能的驱动下，因局部线张力的不平衡或弯曲界面产生压力导致晶界迁移。一般是少于面产生压力导致晶界迁移。一般是少于(多于多于)六边形的晶粒缩小六边形的晶粒缩小(长大长大)。回复时性能变化缓慢，再结晶时性能变化剧烈，晶粒长大时性能变化又回复时性能变化缓慢，再结晶时性能变化剧烈，晶粒长大时性能变化又缓慢。强度、硬度、电阻率下降，塑性、密度、晶粒尺寸增大。缓慢。强度、硬度、电阻率下降，塑性、密度、晶粒尺寸增大

15、。可分为三方面的作用：粒子尺寸小、含量高时阻碍再结晶，主要靠钉扎可分为三方面的作用：粒子尺寸小、含量高时阻碍再结晶，主要靠钉扎晶界。粒子尺寸大时，促进再结晶，主要靠粒子促进形核，即硬粒子周晶界。粒子尺寸大时，促进再结晶，主要靠粒子促进形核，即硬粒子周围的高应变区加速再结晶。粒子含量很低且尺寸较小时，影响不大；含围的高应变区加速再结晶。粒子含量很低且尺寸较小时，影响不大；含量稍多时，主要靠提高形变储存能的方式促进再结晶。量稍多时，主要靠提高形变储存能的方式促进再结晶。7. (本题本题10分分) 什么是再结晶温度？铝不具有固态异构型转变，什么是再结晶温度？铝不具有固态异构型转变，设计一个不需熔化制

16、造一块小单晶铝的办法。设计一个不需熔化制造一块小单晶铝的办法。 形变材料在一小时完成再结晶的最低温度称再结晶温度。它形变材料在一小时完成再结晶的最低温度称再结晶温度。它是个动力学概念。是个动力学概念。 在临界形变量下高温退火，形核率很低，又有高的长大能力，在临界形变量下高温退火，形核率很低，又有高的长大能力，晶粒可长的很大，可制出单晶。或在大形变量下高温退火，晶粒可长的很大，可制出单晶。或在大形变量下高温退火，发生二次再结晶，晶粒长的很大，也可制备小单晶。发生二次再结晶，晶粒长的很大，也可制备小单晶。8. (本题本题20分分) 用成分用成分-自由能曲线表述二元过饱和固溶体脱溶自由能曲线表述二元

17、过饱和固溶体脱溶驱动力和形核驱动力。说明脱溶可能的贯序，解释产生这些驱动力和形核驱动力。说明脱溶可能的贯序，解释产生这些贯序可能的原因。下图为铝铜合金不同过渡相的转变曲线图，贯序可能的原因。下图为铝铜合金不同过渡相的转变曲线图，回答以下问题：回答以下问题：合金经固溶处理后，在室温放置多少时间合金经固溶处理后，在室温放置多少时间才开始出现才开始出现G.P.区？区？在什么温度在什么温度G.P.区出现最快？需要多区出现最快？需要多少时间？少时间？G.P.区能出现的最高温度是多少？区能出现的最高温度是多少？ 相出现的相出现的最高温度是多少？最高温度是多少？在在130 C时效时效3小时后，哪个相是相应小

18、时后，哪个相是相应的主要相？的主要相？T/oCT固 溶 度 限1sec30020010001year1day1hour1min400Ageing timeGP zonesAl2Cu如下图如下图，CD为脱溶总驱动力，为脱溶总驱动力，IJ为形核驱动力。为形核驱动力。脱溶时因界面能与应变能的强烈阻力影响，使得不一定化学驱动力最大脱溶时因界面能与应变能的强烈阻力影响，使得不一定化学驱动力最大的平衡相最先析出，亚稳结构的过渡相通过特殊形状、特定的取向关系的平衡相最先析出，亚稳结构的过渡相通过特殊形状、特定的取向关系和共格界面而减小阻力，因而可能出现脱溶贯序。和共格界面而减小阻力，因而可能出现脱溶贯序。25 C下下约约10分钟；分钟；150 C下最快，下最快，约约10秒；秒；约约200 C；约约300 C； 相相是主要相。是主要相。