第5章純金屬的凝固
1、金屬結晶的必要條件：過冷度-理論結晶溫度與實際結晶溫度的差；結構起伏-大小不一的近程有序排列的此起彼伏；能量起伏-溫度不變時原子的平均能量一定，但原子的熱振動能量高低起伏的現象；成分起伏-材料內微區中因原子的熱運動引起瞬時偏離熔液的平均成分，出現此起彼伏的現象。
結晶過程：形核和長大過程交替重疊在一起進行
2、過冷度與液態金屬結晶的關係：液態金屬結晶的過程是形核與晶核的長大過程。從熱力學看，沒有過冷度結晶就沒有趨動力。
根據可知當過冷度=0時臨界晶核半徑r*為無窮大，臨界形核功（）也為無窮大，無法形核，所以液態金屬不能結晶。晶體的長大也需要過冷度，所以液態金屬結晶需要過冷度。
孕育期：過冷至實際結晶溫度，晶核並未立即產生，結晶開始前的這段停留時間
3、均勻形核和非均勻形核
均勻形核：以液態金屬本身具有的能夠穩定存在的晶胚為結晶核心直接成核的過程。
非均勻形核：液態金屬原子依附於固態雜質顆粒上形核的方式。
臨界晶核半徑：δg達到最大值時的晶核半徑r*=-2γ/δgv 物理意義：
r0，晶核不能自動形成。
r>rc 時， δgv佔優勢，故δg<0，晶核可以自動形成，並可以穩定生長。
臨界形核功：δgv*=16πγ3/3δgv3 形核率：在單位時間單位體積母相中形成的晶核數目。受形核功因子和原子擴散機率因子控制。
4、正的溫度梯度：靠近型壁處溫度最低，凝固最早發生，越靠近熔液中心溫度越高。在凝固結晶前沿的過冷度隨離介面距離的增加而減小。純金屬結晶平面生長。
負的溫度梯度：過冷度隨離介面距離的增加而增加。純金屬結晶樹枝狀生長。
5、光滑介面即小平面介面：液固兩相截然分開，固相表面為基本完整的原子密排面，微觀上看介面光滑，巨集觀上看由不同位向的小平面組成故呈折線狀的介面。
粗糙介面即非小平面介面：固液兩相間介面微觀上看高低不平，存在很薄的過渡層，故從巨集觀上看介面反而平直，不出現曲折小平面的介面。
6、凝固理論的應用：細化晶粒、定向凝固技術、單晶體的製備、非晶態合晶的製備
7、晶粒細化的方法和原理
晶粒度：實際金屬結晶後，獲得由大量晶粒組成的多晶體的晶粒的大小
細晶強化：通過細化晶粒來提高材料強度的方法
細化晶粒的方法：增加過冷度：提高冷卻速度和過冷能力；變質處理：
往液態金屬中加入形核劑，促使形成大量的非均勻晶核，以細化晶粒的方法；振動與攪拌：使正在生長的枝晶破碎，提供能量促使自發晶核的形成。
機理：晶粒越細小，位錯塞集群中位錯個數n越小，根據τ=nτ0應力集中越小，故材料的強度越高。
第6章固體中的擴散
1、擴散固體中原子或分子的遷移，是固體中物質遷移的唯一方式。
本質：原子每個平衡位置都對應乙個勢能谷，在相鄰平衡位置之間都隔著乙個勢壘，由於原子的熱振動存在能量起伏，總會有部分原子具有足夠高的能量，能夠跨越勢壘，從原來的平衡位置躍遷到相鄰的平衡位置上去。故固態擴散是原子熱啟用的過程。
2、固態金屬擴散條件：①溫度要足夠高，溫度越高原子熱振動越激烈原子被啟用而進行遷移的機率越大②時間要足夠長，只有經過相當長的時間才能造成物質的巨集觀遷移③擴散原子要固溶，擴散原子能夠溶入基體晶格形成固溶體才能進行固態擴散④擴散要有驅動力，沒有動力擴散無法進行，擴散的驅動力為化學位梯度。
3、擴散的分類：1按是否出現新相：原子擴散、反應擴散
2按濃度的均勻程度分：有濃度差的空間擴散叫互擴散；無濃度差的擴散叫自擴散；
3按擴散方向分：由高濃度向低濃度擴散叫順擴散即下坡擴散；由低濃度向高濃度擴散叫逆擴散即上坡擴散；4按原子的擴散路徑分：在晶粒內部的擴散稱體擴散；在表面進行的擴散稱為表面擴散；沿晶界進行的擴散稱為晶界擴散。
4、擴散第一定律表示式： j為擴散流量；d擴散係數；為濃度梯度。擴散係數d0為擴散常數，q為擴散啟用能，r為氣體常數，t為熱力學溫度。
擴散係數d與溫度呈指數關係，溫度公升高，擴散係數急劇增大。;
擴散的驅動力為化學位梯度，阻力為擴散啟用能
5、擴散機制：間隙擴散機制、空位擴散機制、換位擴散機制
間隙原子擴散比置換原子擴散容易的原因：間隙固溶體中原子擴散僅涉及到原子遷移能，而置換固溶體中原子的擴散機制不僅需要遷移能而且還需要空位形成能，因此導致間隙原子擴散速率比置換固溶體中的原子擴散速率高得多。
柯肯達爾效應：由置換互溶原子因相對擴散速度不同而引起標記移動的不均衡擴散現象。原因：低熔點組元擴散快，高熔點組元擴散慢，正是這種不等量原子交換造成的
6、影響擴散的因素：
1溫度：溫度是影響擴散的主要因素，隨著t的公升高，擴散係數d成指數公升高
2固溶體型別：間隙固溶體中溶質原子的擴散啟用能比置換固溶體的小，擴散速度快
3晶體結構：致密度小易遷移；體心結構的擴散係數大於麵心結構的；固溶度不同引起濃度梯度差別；晶體的各向異性；
4晶體缺陷：增加缺陷密度會加速金屬原子和置換原子的擴散，對間隙原子則不然
5濃度 6合金元素
相變擴散和反應擴散：通過擴散而產生新相的現象。
第8章三元相圖
1直線法則：二元系統兩相平衡共存時，合金成分點與兩平衡相的必須位於一條直線上
2槓桿定律：wa/wβ=oβ/oa=cb/ca
3重心定律：當三元合金在一定溫度下處於三相平衡時合金的成分點為3個平衡相成分點組成的三角形的質量重心。
蝴蝶形規律：反映兩相平衡相對應關係的共軛連線是非固定長度的水平線，隨溫度下降，它們一方面下移，另一方面繞成分軸轉動。
4固態互不溶解三元共晶：
四相平衡共晶平面：三元共晶點e與該溫度下3個固態的成分mnp組成的四相平衡平面
wa=oq/aq*100% wl=ao/aq w(a+c)/wo=eq/ef*wl w(a+b+c)/wo=qf/ef*wl
四相平衡包共晶反應：l+a→β+γ 包晶反應：l+a+β→γ
5根據液相成分變溫線投影的溫度走向（降溫）判別四相平衡反應型別：三根液相成分變溫線溫度走向均指向中心屬共晶反應；兩根液相成分變溫線的溫度走向指向中心，一根背離中心屬包共晶反應；一根溫度走向指向中心，兩根背離中心，屬包晶反應。
6說出圖中各點（m、n、p、e）室溫下的顯微組織。
m：b＋（b＋c）＋（a＋b＋c）； n：（a＋b） ＋（a＋b＋c）；
p：c＋（a＋b＋c）； e：（a＋b＋c）。
b求出e點合金室溫下組織組成物的相對量和相組成物的相對量。
e點合金室溫下組織組成物的相對量（a＋b＋c）為100%
相組成物的相對量為：
wa=ea/aa×100% wb=eb/bb×100% wc=ec/cc×100%
c分析m點合金的結晶過程。先從液相中結晶出b組元，當液相成分為k時，發生二元共晶轉變，轉變產物為（b＋c），當液相成分為e時，發生三元共晶轉變，轉變產物為（a＋b＋c）。室溫下的顯微組織為：
b＋（b＋c）＋（a＋b＋c）。
第7章1、建立方法：熱分析法、金相分析方法、硬度測定方法、x射線衍射分析法、膨脹試驗法、電阻試驗法。
2、二元相圖中有哪些幾何規律： 相區接觸法則；三相區是一條水平線…；三相區中間是由它們中相同的相組成的兩相區；單相區邊界線的延長線進入相鄰的兩相區。
3、勻晶合金相圖：兩組元在液態、固態均無限互溶的合金狀態圖。
4、平衡凝固：冷卻極為緩慢組元成分充分互相擴散每個階段都達到平衡。
5、非平衡凝固：合金溶液冷卻速度較快，在每一溫度下不能保持足夠的擴散時間，凝固過程偏離平衡條件的凝固。
6、固溶體結晶與純金屬結晶的比較
①相同點：基本過程：形核－長大；熱力學條件：
⊿t>0；能量條件：能量起伏； 結構條件：結構起伏。
② 不同點：合金在乙個溫度範圍內結晶（可能性：相率分析，必要性：
成分均勻化。）合金結晶是選分結晶：需成分起伏。
7、乙個晶粒內或乙個枝晶間化學成分不同的現象，叫枝晶偏析或晶內偏析。各晶粒之間化學成分不均勻的現象叫晶間偏析。消除方法：
擴散退火（在固相線以下較高溫度經過長時間的保溫，使原子擴散充分，使之轉變為平衡組織）。
8、兩組元在液態時無限互溶，固態時有限固溶或完全不溶，且發生共晶轉變，形成共晶組織的二元系相圖。
9、由一種液相在恆溫下同時結晶出兩種固相的反應稱為共晶反應。所生成的兩種混合物稱為共晶體，成分確定。成分位於e點以左，m點以右的合金稱為亞共晶合金。
成分位於e點以右，n點以左的合金成為過共晶合金。
10、偽共晶：在不平衡結晶條件下，成分在共晶點附近的亞共晶或過共晶合金也可能得到全部共晶組織，這種共晶組織稱為偽共晶。
離異共晶：兩相分離的共晶組織。形成原因：平衡條件下，成分位於共晶線上兩端點附近。消除：擴散退火。
11、室溫組織及其計算:
計算室溫下亞共析鋼（含碳量為）的組織組成物的相對量。
組織組成物為α、p，
計算室溫下過共析鋼（含碳量為）的組織組成物的相對量。
組織組成物為p、fe3cⅱ：
1. 分析共析鋼的結晶過程，並畫出結晶示意圖。
①點之上為液相l；①點開始l→γ；②點結晶完畢；②～③點之間為單相γ；③點γ→ p共析轉變；室溫下顯微組織為p。
2. 計算室溫下含碳量為合金相組成物的相對量。
相組成物為α、fe3c，相對量為：
fe3c的相對量：
當x=6.69時fe3c最高百分量為：
過共析鋼中fe3cⅱ 的相對量：
當x=2.11時fe3cⅱ含量最高，最高百分量為：
fe3cⅲ 的相對量計算：
x=0.0218時fe3cⅲ含量最高為:
共析滲碳體的相對百分量為：
共晶滲碳體的相對百分量為：
12、在一定溫度下，一定成分液相和一固體相反應形成另一種固相結晶過程稱包晶轉變。
鐵素體：碳在α-fe中形成的間隙固溶體。奧氏體：碳在γ-fe中形成的間隙固溶體
萊氏體：轉變產物似乎γ和fe3c的機械混合物。珠光體：α和fe3c的機械混合物。
13、二次滲碳體與共析滲碳體的異同點。
相同點：都是滲碳體，成份、結構、效能都相同。
不同點：**不同，二次滲碳體由奧氏體中析出，共析滲碳體是共析轉變得到的；形態不同二次滲碳體成網狀，共析滲碳體成片狀；對效能的影響不同，片狀的強化基體，提高強度，網狀降低強度。
材料科學基礎考試重點
1.選擇題 10 2 20分 2.判斷題 5 1 5分 3.填空 4.名詞解釋 色心會考 5.簡答題 4 5 20分 6.計算題 5 10 10 25分 計算題往年的考試1.粘度的計算 2.固溶體理論密度的計算 3.熱缺陷的濃度 2.晶體結構 主要考點 2.1.1 2.1.2 2.1.2.2 2.1...
合工大材料科學基礎考試重點
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