材料科学基础复习资料

1..晶界偏聚：由于晶内与晶界上的畸变能差别或由于空位的存在使得溶质原子或杂质原子

在晶界上的富集现象

2.科垂尔气团：溶质原子在刃型位错周围的聚集的现象，这种气团可以阻碍位错运动，产

生固溶强化效应等结果

3.反应扩散：伴随有化学反应而形成新相的扩散称为反应扩散，如从金属表面向内部渗入

金属时，渗入元素浓度超过溶解度出现新相

4.变形织构：经过塑性变形后原来多晶体中位向不同的晶粒变成取向基本一致，形成晶粒

的择优取向，择优取向后的晶体结构为织构，若织构是在塑性变形中产生的，称为变形织构

5.割阶和扭折：位错运动过程中与其它位错交截后形成一定的位错交截折线，若交截后的

位错折线在原来位错的滑移面上，此位错折线称为扭折，若交截后的位错折线垂直于原来位错的滑移面，此位错折线称为割阶

6.冷加工与热加工：通常根据金属材料的再结晶温度来加以区分，在再结晶温度以上的加

工称为热加工，低于再结晶温度又是室温下的加工称为冷加工

7.面角位错：在位错反应中，fcc晶体中不同滑移面上的全位错分解为不全位错后，领先

不全位错反应生成新的不可动位错，导致出现的三个不全位错之间夹杂两个层错的不可动位错组态；

8.变形织构：多晶体中位向不同的晶粒经过塑性变形后晶粒取向变成大体一致，形成晶粒

的择优取向，择优取向后的晶体结构称为变形织构，织构在变形中产生，称为变形织构；

9.再结晶织构是具有变形织构的金属经过再结晶退火后出现的织构，位向于原变形织构可

能相同或不同，但常与原织构有一定位向关系。

10.再结晶全图：表示冷变形程度、退火温度与再结晶后晶粒大小的关系（保温时间一定）

的图。

11.带状组织：多相合金中的各个相在热加工中可能沿着变形方向形成的交替排列称为带状

组织；

12.加工流线：金属内部的少量夹杂物在热加工中顺着金属流动的方向伸长和分布，形成一

道一道的细线；

13.动态再结晶：低层错能金属由于开展位错宽，位错难于运动而通过动态回复软化，金属

在热加工中由温度和外力联合作用发生的再结晶称为动态再结晶。

14.临界变形度：再结晶后的晶粒大小与冷变形时的变形程度有一定关系，在某个变形程度

时再结晶后得到的晶粒特别粗大，对应的冷变形程度称为临界变形度。二次再结晶：某些金属材料经过严重变形后在较高温度下退火时少数几个晶粒优先长大成为特别粗大的晶粒，周围较细的晶粒逐渐被吞掉的反常长大情况。

15.退火孪晶：某些面心立方金属和合金经过加工和再结晶退火后出现的孪晶组织

16.堆垛层错：密排晶体结构中整层密排面上原子发生滑移错排而形成的一种晶体缺陷

17.弗兰克-瑞德位错源：两个结点被钉扎的位错线段在外力的作用下不断弯曲弓出后，互相

邻近的位错线抵消后产生新位错，原被钉扎错位线段恢复到原状，不断重复产生新位错的，这个不断产生新位错、被钉扎的位错线即为弗兰克-瑞德位错源

18.Orowan机制：合金相中与基体非共格的较硬第二相粒子与位错线作用时不变形，位错

绕过粒子，在粒子周围留下一个位错环使材料得到强化的机制

19.铃木气团：溶质原子在层错区偏聚，由于形成化学交互作用使金属强度升高

20.多边形化：连续弯曲的单晶体中由于在加热中通过位错的滑移和攀移运动，形成规律的

位错壁，成为小角度倾斜晶界，单晶体因而变成多边形的过程

21.空位平衡浓度：金属晶体中，空位是热力学稳定的晶体缺陷，在一定的空位下

对应一定的空位浓度，通常用金属晶体中空位总数与结点总数的比值来表示。

22.位错：晶体中的一种原子排列不规则的缺陷，它在某一个方向上的尺寸很大，

另两个方向上尺寸很小。

23.柏氏回路：确定柏氏族矢量的过程中围绕位错线作的一个闭合回路，回路的每

一步均移动一个原子间距，使起点与终点重合。

24.

25.P-N力：周期点阵中移动单个位错时，克服位错移动阻力所需的临界切应力

26.扩展位错：两个不全位错之间夹有层错的位错组态

27.堆垛层错：密排晶体结构中整层密排面上原子发生滑移错排而形成的一种晶体

缺陷。

28.弗兰克-瑞德位错源：两个结点被钉扎的位错线段在外力的作用下不断弯曲弓

出后，互相邻近的位错线抵消后产生新位错，原被钉扎错位线段恢复到原状，不断重复产生新位错的，这个不断产生新位错、被钉扎的位错线即为弗兰克-瑞德位错源。

29.Orowan机制：合金相中与基体非共格的较硬第二相粒子与位错线作用时不变

形，位错绕过粒子，在粒子周围留下一个位错环使材料得到强化的机制。

30.科垂尔气团：围绕刃型位错形成的溶质原子聚集物，通常阻碍位错运动，产生

固溶强化效果。

31.铃木气团：溶质原子在层错区偏聚，由于形成化学交互作用使金属强度升高。

32.面角位错：在fcc晶体中形成于两个{111}面的夹角上，由三个不全位错和两个

层错构成的不能运动的位错组态。

33.多边形化：连续弯曲的单晶体中由于在加热中通过位错的滑移和攀移运动，形

成规律的位错壁，成为小角度倾斜晶界，单晶体因而变成多边形的过程。

34.固溶强化：固溶体中的溶质原子溶入基体金属后使合金变形抗力提高，应力－应变曲线

升高，塑性下降的现象

35.应变时效：具有屈服现象的金属材料在受到拉伸等变形发生屈服后，在室温停

留或低温加热后重新拉伸又出现屈服效应的情况；

36.孪生：金属塑性变形的重要方式。晶体在切应力作用下一部分晶体沿着一定的

晶面（孪晶面）和一定的晶向（孪生方向）相对于另外一部分晶体作均匀的切变，使相邻两部分的晶体取向不同，以孪晶面为对称面形成镜像对称，孪晶面的两边的晶体部分称为孪晶。形成孪晶的过程称为孪生；

37.临界分切应力：金属晶体在变形中受到外力使某个滑移系启动发生滑移的最小分切应力

38.临界变形度：再结晶后的晶粒大小与冷变形时的变形程度有一定关系，在某个变形程度

时再结晶后得到的晶粒特别粗大，对应的冷变形程度称为临界变形度

39.二次再结晶：某些金属材料经过严重变形后在较高温度下退火时少数几个晶粒优先长大

成为特别粗大的晶粒，周围较细的晶粒逐渐被吞掉的反常长大情况

40.

二．

1. 判断某个位错反应在面心立方晶体中能否进行？若两个扩展位错的领先位错发生上述反应，会对面心立方金属性能有何影响。

参考答案：

参照几何条件和能量条件要求，位错反应可以进行；反应后位错不可动，影响晶体的加工硬化机制和断裂性能

2. 试述针对工业纯铝、Al－5％Cu合金、Al－5％Al2O3复合材料分别可能采用那些主要的强

化机制来进行强化。

参考答案：

对工业纯铝主要的强化机制为加工硬化、细晶强化；Al－5％Cu合金的强化机制为固溶强化、沉淀强化、加工硬化、细晶强化；Al－5％Al2O3复合材料的强化机制为加工硬化、细晶强化、弥散强化

3. 低层错能的工业纯铜铸锭采用T＝0.5T熔点温度热加工开坯轧制。（1）画出该材料分别在高、低应变速率下热加工时的真应力－真应变曲线示意图，并说明影响曲线变化的各种作用机制；（2）开坯后该金属在室温下继续进行轧制，画出此时的真应力－真应变曲线示意图，并说明影响曲线变化的机制；（3）开坯后该金属要获得硬态、半硬态和软态制品，最后工序中可采用那些方法，为什么？

参考答案：

（1）该材料热加工时的真应力－真应变曲线示意图（略），[注意曲线中均应有应力峰值，在高应变速率下出现应力峰值后曲线基本水平，在低应变速率下出现应力峰值后曲线呈波浪]。

高应变速率下曲线分三个阶段：未发生动态再结晶的加工硬化阶段，动态再结晶加剧阶段，完全动态再结晶阶段（此时加工硬化与再结晶软化达到平衡，曲线接近水平，达到稳态流变阶段）

低应变速率下完全动态再结晶阶段呈波浪形，是反复动态再结晶软化－加工硬化－动态再结晶软化交替进行的结果；

（2）开坯后金属在室温下继续进行轧制的真应力－真应变曲线示意图（略）；真应力－真应变曲线一直上升，直至断裂，主要机制为加工硬化；

（3）开坯后要获得硬态金属，可以进行冷加工，机制为加工硬化；获得软态制品，可采用冷加工后再结晶退火；获得半硬态制品，可采用冷加工后回复退火，或者完全再结晶退火后适当冷变形

4.工业纯铜的熔点为，在剧烈冷变形后的工业纯铜板上取三个试样，第一个试样

加热到，第二个试样加热到，第三个试样加热到，各保温一小时，

然后空冷。试画出各试样热处理后的显微组织示意图，说明它们在强度和塑性方面的区别及原因。

试样热处理后的显微组织示意图（略，分别为纤维组织，再结晶组织和晶粒长大组织）；

加热试样强度高，塑性低，加热试样强度低，塑性好，加热试样强

度更低

5.分析多晶体金属的变形过程及影响多晶体金属变形的因素。

参考答案要点

多晶体金属的变形过程中每个晶粒的变形主要是滑移，还可能出现孪生和扭折，需要开动多个滑移系，出现交滑移，由于晶界的影响还有位向差效应和晶界的阻滞效应；影响因素主要有晶粒大小，变形温度，变形速度

6.铝板在轧制一天后和四天后在同一温度下进行退火，退火时间相同，将它们进行再结晶时温度有何不同，为什么？

放置四天后的铝板再结晶温度较高。

原因：再结晶驱动力是变形金属储存的畸变能，畸变能越大，驱动力越大，再结晶温度越低。放置四天后的铝板由于时效作用，释放出部分畸变能，因而再结晶驱动力减小，再结晶温度升高

7.许多金属材料的塑性比陶瓷好，为什么？纯铁和纯铜的相比，谁的塑性比较好，为什么？

金属材料的塑性好，因为陶瓷烧结过程中具有很多先天性微裂纹，在拉伸时，裂纹尖端会产生严重的应力集中，当裂纹达到临界尺寸时就会失稳扩展而断裂；且构成陶瓷晶体相的主要为离子键和共价键，共价键的饱和性和方向性使陶瓷的塑性较低。（加上金属材料主要是金属键。。。。。。）

纯铜的塑性好，因为纯铜是FCC结构，纯铁是BCC结构,虽然BCC的滑移系较多，但是滑移方向较FCC的少，且BCC滑移面原子的密排程度较低，所以面心立方的塑性高于体心立方8.用位错解释细晶强化和加工硬化

晶粒越细，在一定体积内的晶粒数目越多，则在同样的变形量下，变形分散在更多的晶粒内进行，变形较均匀，且每个晶粒内塞积的位错少，因应力集中而引起的开裂机会少，可能在断裂之前承受较大的变形量，表现出较高的塑性；细晶粒金属中，裂纹不易萌生，也不易传播，因而在断裂过程中吸收了较多的能量，表现出较高的韧性；另一方面，晶界上原子排列不规则，杂质和缺陷较多，能量较高，阻碍位错的移动，晶粒细小时在一定体积内的晶粒数目越多，晶界越多，位错移动更困难，使金属难以变形，因而强度高。

加工硬化即是随变形量的增加，金属的强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象。随着塑性变形的进行，金属应变增加，发生多滑移，位错之间发生相互作用，产生大量的位错缠结或位错塞积，阻止位错进一步运动，使应力急剧上升，发生了加工硬化。

9.再结晶与固态相变有何区别？

答：再结晶是一种组织转变，从变形组织转变为无畸变新晶粒的过程，再结晶前后组织形态改变，晶体结构不变；固态相变时，组织形态和晶体结构都改变；晶体结构是否改变是二者的主要区别。

10.简述金属冷变形度的大小对再结晶形核机制和再结晶晶粒尺寸的影响。

答：变形度较小时以晶界弓出机制形核，变形度大的高层错能金属以亚晶合并机制形核，变形度大的低层错能金属以亚晶长大机制形核。冷变形度很小时不发生再结晶，晶粒尺寸基本保持不变，在临界变形度附近方式再结晶晶粒特别粗大，超过临界变形度后随变形度增大，晶粒尺寸减少，在很大变形度下，加热温度偏高，少数晶粒发二次再结晶，使部分晶粒粗化。

11.灯泡中W丝在高温下工作，发生显著晶粒长大性能变脆，在热应力作用下破断，试找出两种延长钨丝寿命的方法？

答：灯泡中W丝在高温下工作，晶粒长大后在热应力作用下破断，延长钨丝寿命的方法可以加入第二相质点阻止晶粒在加热时长大，如加入ThO2颗粒；或在烧结中使制品中形成微细的空隙也可以抑制晶粒长大，如加入少量K、Al、Si等杂质，在烧结时汽化形成极小的气泡。

12.纯铝经90%冷变形后，取三块试样分别加热到，，，各保温一小

时后空冷，纯铝的熔点为。

1）分析所得组织，画出示意图；

2）说明它们强度、硬度的高低和塑性方面的区别并简要说明原因。

答：1）纯铝经90%冷变形后在，，保温后空冷的组织示意图如图。

2）纯铝试样强度、硬度以退火后最高，退火试样的强度、硬度次之，保

温后强度、硬度最低，而塑性则以退火后最低，退火试样的居中，保

温后塑性最好；

工业纯金属的再结晶温度一般可用T再＝（0.3~0.4）T熔估计，故纯铝的再结晶温度为

左右，在70℃保温合金只是发生回复，显微组织仍保持加工状态，强度。硬度最高，塑性差，组织为纤维组织；加热发生再结晶，强度、硬度下降，塑性好，保温后发生晶粒长大，强度、硬度进一步下降，塑性很好

13.今有工业纯钛、纯铝和纯铅铸锭，试问如何选择它们的轧制开坯温度？开坯后，将它们在室温（20℃）进行轧制，它们的塑性谁好谁坏？为什么？它们在室温下可否连续轧制下去？钛、铅、铝分别怎样才能轧成很薄的带材？

已知：工业纯金属的再结晶温度T再=（0.3-0.4）T熔，钛熔点1672℃，883℃以下为hcp，883℃以上为bcc；铝熔点为660℃，fcc结构（面心立方）；铅熔点为327℃，fcc结构（面心立方）。

答：可计算得到三种纯金属的再结晶温度大约为纯钛：550℃，纯铝：100℃，纯铅低于0℃。金属的轧制开坯温度要在再结晶温度以上进行，故工业纯钛、纯铝和纯铅铸锭的轧制开坯温度可分别取200℃，800℃，室温即可。

开坯后在室温轧制，铅的塑性最好，铝的塑性也较好，钛的塑性最差。在室温下纯铝和纯铅可以连续轧制，并获得很薄的带材，但纯钛不能继续轧制，要获得很薄的带材需要在再结晶温度以上反复进行轧制。

14.试说明晶粒大小对金属材料室温及高温力学性能的影响，在生产中如何控制材料的晶粒度。

答：晶粒大小对金属材料的室温力学性能可用Hall－Petch公式描述，晶粒越细小，材料强度越高；高温下由于晶界产生粘滞性流动，发生晶粒沿晶界的相对滑动，并产生扩散蠕变，晶粒太细小金属材料的高温强度反而降低。

生产中可以通过选择合适的合金成分获得细小晶粒，利用变质处理，振动、搅拌，加大过冷度等措施细化铸锭晶粒，利用加工变形细化晶粒，合理制订再结晶工艺参数控制晶粒长大。

15.如何提高固溶体合金的强度

答：固溶强化，细晶强化，加工硬化，第二相强化，相变（热处理）强化等。

16.试用位错理论解释固溶强化，弥散强化，以及加工硬化的原因。

答：固溶强化的可能位错机制主要是溶质原子气团对位错的钉扎，增加了位错滑移阻力。如溶质原子与位错的弹性交互作用的科垂尔气团和斯诺克气团，溶质原子与扩展位错交互作用的铃木气团使层错宽度增加，位错难于束集，交滑移困难；溶质原子形成的偏聚和短程有序，位错运动通过时破坏了偏聚和短程有序使得能量升高，增加位错的阻力，以及溶质原子与位错的静电交互作用对位错滑移产生的阻力使材料强度升高。

弥散强化也是通过阻碍位错运动强化材料，如位错绕过较硬、与基体非共格第二相的Orowan 机制和切割较软、与基体共格的第二相粒子的切割机制。

产生加工硬化的各种可能机制有滑移面上平行位错间的交互作用的平行位错硬化理论，以及滑移面上位错与别的滑移面上位错林切割产生割阶的林位错强化理论。

三．第八章金属的塑性变形

重点，

（1）滑移系，这是重点中的重点，好像考试的概率非常大，孪生和扭折记一下定义原理就行；多晶体的塑性变形的话我感觉重要的是变形过程及其原理，掌握下多晶体的特点，尤其是晶界处。

（2）屈服现象和应变时效，不解释，背吧。。。还有吕德斯带，还有就是如何避免吕德斯带的出现，这种类型的题很容易出。

（3）关于复相合金，有一道关于增强相性质影响材料的题，遇上的话注意下，频率挺高的。复合型的问题还是比较简单的注意下两种物质的性质，界面问题，缺陷，然后自己总结下就行。

（4）8-5好好看吧，加工硬化原理，如何消除，织构产生的条件，如何避免，以及如何利用织构和加工硬化，这些在我给你们的资料中会找到类似的题和答案。下面的了解下就行。

第九章冷变形金属的回复，再结晶和热加工

这部分和扩散我感觉没有什么不同，基本都是相同的出题方式，比如影响再结晶的因素，影响再结晶温度的因素之类的，都是重点，一定要理解其原理，很容易弄混的一点就是关于热加工中低层错能和高层错能的原理，这部分要好好记忆，还有就是回复，再结晶过程图，有两次考过这种题，再结晶全图的定义，热加工原理以及优点，非常重要的章节。超塑性了解下，没考过。