材料科学基础知识点
材料科学基础重点梳理
第一章
1.1原子的结合有哪些?
1.2工程材料可分为哪几类?
1.3晶向指数、晶面指数能画图，给图能写出。
1.4金属常见的晶格类型、配位数、致密度、原子密排面、密排晶向、结构中的间隙。
1.5晶体中缺陷的种类。
1.6位错的种类、位错方向与柏氏矢量的关系、位错的运动方式。
1.7位错反应条件及计算。
1.8晶界的种类，界面能与晶界的关系。
第二章
2.1影响置换固溶体溶解度有哪些因素?有何规律?
1、原子尺寸因素：溶质和溶剂的尺寸差别越小越容易形成置换固溶体
2、晶体结构因素：同一种间隙原子在fcc的固熔度大于bcc的
3、负电性因素;负电性相差很大时，即亲和力很大，往往比较容易形成比较稳定的化合物; 负电性差不大时，随负电性值增加，有利于增大固溶度
4、电子浓度因素：溶质元素的原子价越高，形成固溶体的极限固溶度越小。
2.2间隙固溶体与间隙相之间的关系。
间隙固熔体式固熔体的一种，间隙相是一种金属间化合物两者的晶体结构也各不相同。
2.3金属间化合物的种类及特点
金属间化合物分为正常价化合物，电子价化合物和间隙化合物;
正常价化合物：电负性差值越大，稳定性越高;
电子价化合物：
间隙化合物：主要受组元的原子尺寸因素控制。通常是由渡族金属与原子半径很小的非金属元素组成，分为简单间隙化合物与复杂间隙化合物，非金属元素处于化合物晶格的间隙中。
第三章
3.1金属结晶的热力学条件是什么?
热力学第二定律：在等温等压条件下物质系统总是自发地从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变，就是说只有伴随着自由能降低的过程才能自发的进行。
3.2金属结晶的能量条件是什么?
能量起伏(详细看书P85-86)
固态金属自由能低于液态金属自由能。当温度低于Tm时液态的自由能Gl高于固态的自由能，由液态转为固态时，将释放出那份能量而是系统自由能降低，所以过程才能够自动进行。凝固过程一定要在低于熔点温度时才能进行。
3.3金属结晶的结构条件是什么?
结构起伏 (详细看书P86-87)
3.4金属结晶时的形核有哪些方式?
均匀形核、非均匀形核
3.5根据凝固理论，如何细化晶粒?
单位体积中的晶粒数取决于两个因素：形核率N和长大速度V;增加过冷度;小制件：增加冷却速度，大制件：采用形核剂;振动。超声波振动和电磁搅拌等措施来细化。
3.6晶体长大时，液-固界面处于那种微观结构?光滑界面、粗糙界面有哪些长大方式?垂直长大、横向长大长大方式与微观结构有什么关系?
垂直长大方式是针对粗糙界面结构提出来的。
因为粗糙界面上的空位较多液相扩散而来的原子填入空位中与晶体连接起来垂直于界面生长横向长大方式是针对光滑界面结构提出来的。
因为光滑界面上空位数目与占位数目之比要么很小要么很大由液相扩散而来的原子不易于晶体牢固连接，依靠小台阶接纳液态原子的向前推移，代表模型：二维晶核台阶生长机制，晶体缺陷台阶生长机制。
3.7晶体长大有哪些形态
平面状长大和树枝状长大
平面状长大：正温度梯度——粗糙面结构;P103
树枝状长大：负温度梯度——粗糙面结构——具有特定的方向性，主要取决于晶体结构。P104
第四章
4.1相平衡：某一温度下系统中各相长时间不相互转变处于平衡状态，这种平衡叫做相平衡。 相率的表达式是什么?
f=c-p+2 恒压条件下：f=c-p+1 (C组元数、P相数、f自由度)
4.2晶内偏析：固熔体不平衡结晶时，由于从液态中先后结晶出来的固相成分不同，结果使得 一个晶粒内化学成分不均匀这种现象为晶内偏析。
枝晶偏析：由于固熔体一般都以树枝状方式结晶，树枝的结晶轴会高熔点组元较多，而晶 枝间含低熔点组元较多，故把晶内偏析又称枝晶偏析。
枝晶偏析的危害：导致合金塑性韧性下降，易引起晶内腐蚀，降低合金的抗蚀性能，特 别是给合金的加热工带来困难
消除方法：将铸态合金加热到略低于固相线的温度进行长时间均匀化退火，使异类原子互 相充分扩散均匀。
4.3什么是区域熔炼?将金属棒沿棒的长度方向逐渐从一端向另一端顺序的进行局部熔化提 纯金属;
如何提纯金属?区域熔炼一次就会使圆棒中的杂质从一端向另一端，富集反复进行多次就 可使金属材料获得高度的提纯。
4.4什么是成分过冷?由于液相成分改变而形成的过冷。成分过冷对固溶体生长形态和组织有什么影响?
固熔体合金凝固时，在正温度梯度下，由于固液界面前沿液相中存在过冷并逐渐增长，使 界面生长形态从平直界面向包状晶、包状树枝晶、树枝晶发展。
4.5利用杠杆定律计算组织和相含量。
4.6什么是共晶转变?写出其反应式?画出示意图。
4.7共晶、亚共晶、过共晶合金平衡凝固过程及组织。
4.8什么是包晶转变?写出其反应式?画出示意图。
4.9包晶合金平衡凝固过程及组织。
4.10什么是共析转变?写出其反应式?画出示意图。
4.11什么是偏晶转变?写出其反应式?画出示意图。
4.12什么是熔晶转变?写出其反应式?画出示意图。
4.13什么是包析转变?写出其反应式?画出示意图。
4.14什么是合晶转变?写出其反应式?画出示意图。
4.15什么是同素异构转变?
4.16画出F-Fe3C相图。写出包晶、共晶、共析反应式。分析亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的结晶过程及冷却过程中相和组织变化，根据杠杆定律计算相和组织的含量。
4.17分析铸锭的组织。
4.18利用杠杆定律和中心法则计算四相平衡时的相和组织含量。
4.19多元合金配料计算。
4.20三元匀晶合金合金凝固时成分变化曲线投影的特点。
4.21三元共晶相图中的相和组织标注，分析结晶过程。
4.22三元共晶相图的等温截面和截面。
4.23三元合金相图相区之间的关系，杠杆定律的应用。
第五章
5.1.扩散第一定律：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量(扩散通 量J)与该截面处的浓度梯度成正比。(公式见书P199)
5.2.科肯道尔效应：置换型扩散偶中，由于两种原子扩散速度不同，导致扩散偶的一侧向另一 侧发生物质静输送。
5.3限定元公式及其应用P202
5.4恒定元公式及其应用。P202 高斯误差函数及其表格应用。P203
渗碳层厚度与时间关系公式及应用。P204
5.5扩散的两种主要机制:
间隙机制：质点从一个间隙到另一个间隙
空位机制：原子跃迁到与之相邻的空位.
5.6扩散的驱动力: 化学位梯度
5.7上坡扩散及其扩散方向与浓度梯度的关系: 扩散沿着与浓度梯度相同的方向进行
5.8 反应扩散：通过扩散使固溶体内的溶质组元超过固溶极限而不断形成新相的扩散过程。又称相变扩散。
纯铁在渗碳时组织发生变化情况，写出成分变化式。P212
5.9低碳钢在两相区渗碳，发生什么现象?
两相区之间存在明显的宏观界面，始终没有出现两相组织混合区。二元合金的扩散层不可
能出现两相混合组织。P212
5.10合金发生扩散时，合金组元与混合区的关系
二元合金的扩散层不可能出现两相混合组织。三元系中三相区温度渗层中不可能出现三相混合区，但可以有两相混合区域。
5.11扩散系数公式。P213