材料科学基础(总结)

液态金属的结构特点： “长程无序、短程有序、此起彼伏、时聚时散” 液态金属中存在着浓度、结构和能量三大起伏
减小晶粒尺寸的方法：① 增加环境冷却能力，控制过冷度。② 化学变质法。③ 增强液体流动。④ 外加振动。
多相体系中的相平衡条件：任一组元在各相中的化学位相等。
金属热变形及对组织与性能的影响：热变形时再结晶能很快发生，材料始终保持高的塑性状态；热加工可以可使金属内部的组织与性能得以改善。铸态下的粗大柱状晶和等轴晶破坏，重新再结晶形成细小的等轴晶粒；减小显微偏析，使铸锭内原有的内部气孔（未被氧化）和疏松等焊合，均化成分，减少缺陷；第二相和夹杂物沿流变方向分布，出现热纤维组织，使金属产生各向异性。
固体金属扩散的条件：存在扩散驱动力；扩散原子必须固溶；要有足够高的温度；要有足够长的时间。
柯肯达尔效应：在置换固溶体中由于两组元的原子以不同的速率相对扩散从而引起相应的扩散偶之间的界面标记漂移的现象称为柯肯达尔效应。 淬火钢的硬度与含碳量的关系：1、曲线1即为完全淬火后所得的硬度曲线，当C量低时，淬火后马氏体的硬度随碳量增加而升高；当C量高时，Mf已在0℃以下，淬火后得到M+A双相组织。故随C量增高，A量增加，由于A硬度低，硬度反而下降。曲线2，对于过共析钢采用的是高于AC1的不完全淬火，所得马氏体中碳含量即为该温度下A的饱和C浓度，温度不变时均相同，故随碳含量增高，硬度基本不变。曲线3采用完全淬火并进行冷处理，使奥氏体全部转化为马氏体，所得即为马氏体硬度和碳含量关系。 如果过共析钢加热温度超过Acm，将导致渗碳体消失，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大针状马氏体，残余奥氏体量增多，硬度和耐磨性降低，脆性增大；如果淬火温度过低，可能得到非马氏体组织，则钢的硬度达不到要求，过共析钢淬火通常是在Ac1以上 30--50℃。
用位错理论解释低碳钢的应变时效现象：溶质原子向位错线下聚集过程是一个扩散过程，受扩散条件（时间和温度等）的控制。要使被柯垂尔气团“钉扎” 的位错运动，开始必须施加较大的力，但一旦位错开动，柯垂尔气团“钉扎”作用消失，位错运动所需的力下降至正常水平。 柯垂尔理论认为，卸载后立即重新加载，位错已经脱钉，因此不再出现屈服现象。放置或加热后再加载，位错被重新定扎，因此会再次出现屈服现象。位错増殖理论认为，卸载后立即重新加载，位错已经増殖，因此不再出现屈服现象。放置或加热后再加载，发生了回复，位错发生重排和抵消，因此会再次出现屈服现象。
CCT图冷却至室温后的组织：以（a）速度冷却（冷至500℃需0.7s）时，冷至Ms点（360℃ ）的过程中过冷奥氏体不发生扩散型转变，室温得到板条和片状马氏体同时共存的组织（包括5%的残余奥氏体）。以（b）速度冷却（冷至500℃需5.5s）时，分部与铁素体、珠光体、贝氏体析出线和Ms线相交，最终得到5%F、50%P、13%B和30%M的混合组织（包括2%的残余奥氏体）。以（c）速度冷却（冷至500℃需260s）时，最终组织为35%F+65%P。
F-R位错源：晶体中存在一两端固定的位错CD，在外加切应力作用下逐渐弯曲形成圆弧形。当位错弯曲成以CD为直径的半圆形时，外加切应力达最大值（G×b/CD）；超过此临界值后，位错线不稳定了，此时位错线以C、D为中心发生卷曲；随着位错线的卷曲扩展，两端点的位错线相遇，由于其柏氏矢量大小相等、方向相反，在相互抵消后，形成了一个环形位错和直线位错CD。重复上述过程则位错CD可源源不断的形成位错环，使位错不断增殖。
成分过冷及其对晶体生长的影响：固溶体结晶时，在正温度梯度下，由于溶质原子在固/液界面前液相中聚集，导致界面前沿液相中某一区域内的液体处于过冷状态，这种由成分的不均匀分布而引起的过冷称为成分过冷。随成分过冷的逐渐增大，晶体的生长形态由平面生长到胞状生长、胞状树枝生长、树枝胞状生长、树枝生长、液体中重新成核生长逐渐转变 交滑移：指螺型位错在两个相交的滑移面上的滑移。由于螺位错的滑移面可在与位错线相平行的无数个平面上进行，当螺位错在A面上的滑移受阻后转移到B面上进行滑移，其后又重新回到A面上进行滑移，这样的滑移称为交滑移。
马氏体转变的主要特点：表面浮凸与切变共格（马氏体的切变共格转变引起表面侧倾，产生表面浮凸。）；马氏体转变的无扩散性（马氏体可以在极低的温度下进行，转变速度极快，转变时无原子的扩散，转变前后原子之间的相邻关系没有改变，浓度无变化）；马氏体转变具有一定的位向关系和惯习面；马氏体转变是在一温度范围内完成的（由于马氏体转变所需的驱动力大，通常情况下只有不断降低温度，马氏体转变才能继续进行，冷却中断，转变停止。） 碳钢淬火后回火时的组织转变：碳钢淬火后的组织为淬火马氏体和残余奥氏体，回火时随着温度升高，将发生碳在马氏体中的偏聚、马氏体的分解、残余奥氏体的分解、碳化物的析出和α相状态的变化及碳化物聚集长大等过程。
铸锭的晶区特点以及形成原因：表面细等轴晶区：高温液态金属浇入冷铸型后受到铸型的激冷而形成，晶粒细小，组织致密，厚度很小，一般为几毫米左右。具体厚度及晶粒大小与铸型及浇注条件有关。内部柱状晶区：由垂直于型壁的粗大柱状晶所构成，柱状晶区具有各向异性。同一方向生长的柱状晶彼此间比较平直，气泡、缩孔等缺陷很小，组织致密。中心组等轴晶区：由粗大的等轴晶所构成，等轴晶区无各向异性。等轴晶生长时晶粒彼此交叉，枝杈间搭接牢固，裂纹不易扩展，不存在明显的薄弱面。显微缩孔较多，组织不致密。但可用通过压力加工的方法改善甚至消除。
晶胞的选取原则及表示方法:① 充分反映整个空间点阵的对称性；② 在满足①的基础上，晶胞要有尽可能多的直角；③ 在满足①、②的基础上，所选取的晶胞体积要小。
氢键：氢原子与电负性大、半径小的原子X（氟、氧、氮等）以一种特殊的分子间作用力结合，若与电负性大的原子Y（与X相同的也可以）接近，在X与Y之间以氢为媒介，生成X-H„Y形式的键，即为氢键。
金属经冷塑性变形后组织和性能的变化规律：退火的金属材料经冷变形后，晶粒沿变形方向伸长，第二相呈带状分布（脆性夹杂物）或也被拉长（塑性夹杂物），直至形成纤维组织，产生各向异性。金属内部的位错密度增多，大量的位错缠结形成位错胞壁—亚结构。