《材料科学基础》期末复习考试大纲
第一章 材料的结构与键合
1、金属键、离子键、共价键、范德华力、氢键、分子键的特点，利用结合键解释材料的一些性能特点。如用金属键的特征解释金属材料的性能—良好的延展性；良好的导电、导热性；具有金属光泽。
2、原子间的结合键对材料性能的影响。
3、比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料在结合键上的差别。
本章知识点：
1、金属键、离子键、共价键、分子键、氢键的特点。
第二章 固体结构
1、晶体与非晶体的区别（特别是在原子排列上的区别）。
2、空间点阵、晶格、晶胞及选取晶胞的的原则、七大晶系及各自的特点，14种布拉菲点阵、晶格常数、晶胞原子数。
3、晶面指数、晶面族、晶向指数、晶向族、晶带和晶带定理、晶面间距、配位数、致密度、八面体间隙、四面体间隙。各向同性与各向异性、实际晶体的伪各向异性、同素异构转变（重结晶、多晶型性转变） 。
（1）指数相同的晶向和晶面必然垂直。
（2）当一晶向[uvw]位于或平行某一晶面（hkl）时，则必然满足晶带定理：h·w+k·v+l·w=0 4、三种典型晶体结构
（1）能绘出三维的体心立方、面心立方和密排六方晶胞。根据原子半径计算出金属的体心和面心立方晶胞的晶胞常数。
（2）三种典型晶体结构的特征[包括：晶胞形状、晶格常数、晶胞原子数、原子半径、配位数、致密度、各类间隙尺寸与个数，最密排面（滑移面）和最密排方向（滑移方向）的指数与个数，滑移系数目等]。
（3） 知道常用金属材料的滑移面与滑移系的指数，结合第五章塑性变形的内容判断常见金属的塑性变形能力，能给画出晶胞指出滑移面和滑移方向。
（4）能标注和会求上述三种晶胞的晶向和晶面指数。晶向和晶面指数的一些规律。求晶面间距d（hkl）、晶面夹角。
5、晶面间距：d（hkl） 的求法：
d(hkl)?（1）立方晶系：
d(hkl)?ah2?k2?l2 （2）正交晶系：
12d(hkl)?12?h??k??l??????????a??b??c?
22（3）六方晶系：
d(hkl)4(h2?hk?k2)?l????3a2?c? （4）四方晶系：
?1(h2?k2)/a2?(l/c)2
以上公式仅适用于简单晶胞，复杂晶胞要考虑其晶面层数的增加。
6、在立方晶系中（补充）
①两个晶向[u1v1w1]与[u2v2w2]的夹角为α，则有：cos??u1u2?v1v2?w1w2u?v?w?u?v?w212121222222
1
②两晶面（h1k1l1）与（h2k2l2）的夹角为α，则有：cos??h1h2?k1k2?l1l2h?k?l?h?k?l212121222222
③两晶面（h1k1l1）与（h2k2l2）交线的晶向指数[u、v、w]，可利用下面左边公式计算：
?u?k1l2?l1k2??v?l1h2?h1l2 ?w?hk?kh1212??h?v1w2?w1v2??k?w1u2?u1w2 ?l?uv?vu1212?④ 两晶向[u1v1w1]与[u2v2w2]，它们所决定的晶面指数（hkl）可利用上面右边公式计算：
7、合金、相、组元、组织（显微、宏观） 、固溶体、中间相、间隙固溶体、置换固溶体、有序固溶体、无序固溶体、有限固溶体、无限固溶体、间隙相、间隙化合物、电子浓度、电负性、电子化合物、正常价化合物、超结构、单相合金、多相合金、机械混合物。（掌握概念及形成条件）
8、固溶体的分类、特点和性质，影响固溶体固溶度的因素；中间相的类型、特点和性能。（比较间隙固溶体、间隙相、间隙化合物的结构和性能。）
9、离子晶体的结构、硅酸盐晶体的组成及结构特点硅氧骨干。 10、共价晶体的特点。
本章知识点：
1、标注和会求三种晶体晶胞的晶向和晶面指数，立方晶系的晶面间距，致密度、面密度、线密度的计算；
2、叙述三种典型晶体结构的特征（结合第三、五章）；
3、合金相结构的基本概念与区别。固溶体和中间相的类型、特点和性能（比较固溶体和中间相的结构和性能差异。）
4、离子晶体的结构
第三章 晶体缺陷
1、各类缺陷的认识（点、线、面缺陷定义和特征）。
2、点缺陷、Schottky空位、Frankel空位、间隙原子、置换原子。点缺陷的特征、平衡浓度公式及应用。
3、线缺陷、位错、位错线、刃型位错、螺型位错、混合型位错、柏氏矢量、位错运动、滑移、交滑移、双交滑移、多滑移、攀移、交割、割价、扭折、塞积。
位错类型（刃型、螺型、混合型位错）的判断及其特征，柏氏矢量的确定方法、特征及表示法。 位错线、柏氏矢量、位错运动与作用在位错上的力之间的关系。
位错源、位错的增殖（F-R源、双交滑移等）和运动、交割；位错的运动特性、位错反应的条件、线张力。
4、位错密度、位错源、位错生成、位错增殖、位错分解与合成、位错反应、全位错、单位位错、不全位错（部分位错）、堆垛层错、Shokley不全位错、Frank不全位错、作用在位错上的力；
5、面缺陷、表面、表面能（或表面张力）、界面、界面能、晶界、相界、小角度晶界、大角度晶界、共格相界、非共格相界、半共格相界、错（匹）配度。
6、晶界的特性（大、小角度晶界）、孪晶界、相界的类型。
本章知识点：
1、点缺陷平衡浓度计算公式；
2、位错类型的判断及其特征；柏氏矢量及其特征；柏氏矢量、位错类型、外加切应力、位错运动之间的关系；柏氏矢量判断位错类型、外加切应力大小；
滑移，攀移及交滑移的条件、过程和结果。
位错的运动（滑移）和交割。位错的滑移与位错的增殖（F-R源、双交滑移过程及图示）；位
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错的滑移所需要的力；位错密度和位错反应；
3、晶界与相界的类型、晶界的特征和作用（对材料性能的影响）。
第四章 固体原子及分子的运动
1、固态金属扩散的条件及影响扩散的因素；
2、扩散定律（Fick第一、二定律）的方程、稳态扩散、非稳态扩散、扩散通量。
扩散定律的内容和表达式、物理意义、适应条件。扩散定律的解及应用，如：渗碳等； 3、迁移率、柯肯达尔效应、扩散激活能。
4、固相中原子扩散的各种（空位机制、间隙机制、换位机制、晶界扩散机制）机制（原子理论）。扩散的驱动力并用扩散理论分析实际问题。
5、扩散的分类、名称（区别）；扩散、自扩散、互（异）扩散、上坡扩散、下坡扩散；原子扩散、反应扩散；空位扩散、间隙扩散、换位扩散、晶界扩散、表面扩散、短路扩散。
6、扩散系数及表达式（阿累尼乌斯方程）、影响扩散的因素。
本章知识点：
1、扩散定律的内容和表达式、物理意义、适应条件。扩散定律的解及应用，如：渗碳等； 2、固态金属扩散的条件及影响扩散的因素。柯肯达尔效应（Al-Cu）。 3、扩散的分类、名称（概念之间的区别，如原子扩散和反应扩散）； 4、扩散系数及其物理意义，表达式（阿累尼乌斯方程），间隙型扩散和置换型扩散的区别。 5、固相中原子扩散的各种（空位、间隙、换位、晶界扩散）机制（原子理论），并用扩散理论分析实际问题。
第五章 材料的形变和结晶
1、塑性变形、材料应力—应变曲线及曲线上所对应的强度指标；
2、塑性变形概念、滑移带、滑移线、滑移系、滑移面、滑移方向、多滑移与交滑移。
3、塑性变形的实质、方式—滑移、孪生、孪晶、孪晶面、孪生方向、变形（机械）孪晶、生长孪晶、退火孪晶、扭折；
3、滑移和孪生的主要特点，滑移系和临界分切应力的公式。滑移和孪生的区别。 4、软位向，硬位向，临界分切应力、取向因子、P－N力 5、固溶强化（及影响因素）、细晶（晶界）强化、第二相强化、沉淀强化、弥散强化、形变强化（加工硬化）、Controll气团、聚合型两相合金、弥散型两相合金。
6、位错理论在解释各类塑性变形等问题的应用。如： （1）为何理论临界应力>>实际测量的值。 （2）各种强化机理。 （3）晶体的滑移过程。
（4）屈服现象产生的原因，对生产的影响，如何消除？ （5）材料塑性变形时内部组织和性能的变化。
7、纤维组织与带状组织、形变织构、板织构、丝织构、胞状亚结构、宏观残余应力、微观残余应力、残余应力
8、低（中、高温）回复、再结晶、二次再结晶、晶粒长大、正常长大、异常长大；再结晶温度、多边化；冷加工、热加工，再结晶温度、临界变形度。静态回复与动态回复、静态再结晶和动态再结晶。
再结晶温度及影响因素；回复、再结晶、晶粒长大和二次再结晶的驱动力； 回复、再结晶和晶粒长大的动力学公式及应用。 回复、再结晶和晶粒长大过程中位错运动的特点。
结合热处理，去应力退火与再结晶退火工艺的制定与应用（在生产上的意义）。 9、多晶型转变（重结晶）、结晶、再结晶、二次再结晶的区别。
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10、冷、热加工处理后对材料组织结构和性能的影响； 11．细化金属晶粒的方法。
本章知识点：
1、材料的各种强化及其本质；
2、细化晶粒可以同时提高强度和韧性；Hall-Ptech公式。细化金属材料晶粒的方法； 3、材料塑性变形时内部组织和性能的变化； 4、冷变形金属或合金加热时组织和性能的变化； 5、再结晶的有关问题。结晶、多晶型转变（重结晶）、再结晶和二次再结晶的区别。 6、再结晶的有关问题。冷、热加工处理后对材料组织结构和性能的影响。 7、滑移和孪生的主要特点，滑移系统和临界分切应力的公式。
第六章 单组元相图及纯晶体的凝固
1、凝固与结晶、相、组织、相组成物、组织组成物、相变、固态相变、组元、系、相图、单元相图、相平衡、相律（及表达式）及应用
2、纯金属凝固的过程和现象；过冷度对结晶过程和结晶组织的影响；
3、结晶的热力学条件、动力学条件、能量条件和结构条件；包括：一些更要的公式，以其应用 4、过冷现象、过冷度、理论凝固温度、实际凝固温度、临界过冷度、有效过冷度、动态过冷度； 5、均匀形核与非均匀形核；均匀形核与非均匀形核有何异同点。结构起伏（相起伏）、能量起伏、浓度起伏、晶胚、晶核、临界晶核、临界晶核半径、临界形核功，临界晶核半径、临界形核功的计算；形核率的公式。
非均匀形核时影响接触角θ的因素有哪些？选择什么样的异相质点可以大大促进结晶过程。 6、光滑界面、粗糙界面；正温度梯度、负温度梯度；平面长大、树枝长大。
晶体长大的条件和长大的机制。界面的生长形态与L/S前沿的温度梯度有何关系？ 7、形核率及影响因素、变质处理。
8、能用结晶理论说明实际生产问题（凝固理论的主要应用）。 (1) 变质处理和其它细化晶粒的工艺。 (2) 控制结晶组织的措施。
(3) 单晶的制取和定向凝固技术。
本章知识点：
1. 金属结晶的过程；结晶的热力学条件、动力学条件、能量条件和结构条件； 2. 界面的生长形态与L/S前沿的温度梯度的关系。 3. 变质处理和细化铸态晶粒的工艺。
第七章 二元系相图及其合金的凝固
1、会利用相律来判断相图的正确与否，热力学曲线的公切线原理。
2、二元合金、二元相图、相区、平衡相、二元匀晶相图、共晶相图、包晶相图、共析相图、包析相图、二元匀晶反应、共晶反应、包晶反应、共析反应、包析反应、熔晶反应、偏晶反应、合晶反应、调幅分解、脱溶转变、有序－无序转变。平衡结晶（凝固）、平衡结晶组织、不平衡结晶（凝固）、晶内（枝晶）偏析。
二元合金相图中的几种平衡反应：共晶反应、共析反应、包晶反应、包析反应 、偏晶反应、熔晶反应、合晶反应。
3、会进行二元合金平衡组织的分析。几种基本相图：匀晶相图、共晶相图、包晶相图及共析相图的分析。
（1）分析点、线和平衡反应，会写出反应式； （2）分析相应合金的结晶过程；
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（3）熟练杠杆定律在这几种相图中的应用，计算相组成物与组织组成物的百分含量； （4）典型合金的平衡和不平衡的结晶转变过程及转变组织； （5）明确合金结晶过程与纯金属结晶过程的异同点。 （6）相组成物和组织组成物。
4、杠杆定律（及表达式）及应用，相接触法则。
5、共晶体、共晶点、伪共晶、离异共晶、共析体、共析点；共晶合金、亚共晶合金、过共晶合金、共析合金、亚共析合金、过共析合金。稳定化合物、不稳定化合物。
6、成分过冷、平衡分配系数、有效分配系数、正常凝固、区域熔炼（提纯）、成分过冷的临界条件、枝晶生长、枝晶偏析。
7、根据相图与组织结构和合金性能的关系，来判断合金的性能。（单相固溶体合金适宜通过塑性加工来成形，即作为变形用材料。共晶成分合金适宜通过铸造工艺来成形，即作为铸造用材料。）
8、铸锭的组织及缺陷、比重偏析、胞状偏析、柱状晶、等轴晶、缩孔、气孔、疏松、偏析、正偏析、负偏析、晶内偏析、晶界偏析。
固溶体与金属化合物的性能特点。固溶强化及其机理。
9、Fe-Fe3C相图中的相与组织、各概念（碳钢、共析钢、铸铁、共晶白口铁、重结晶、铁素体、奥氏体、渗碳体、莱氏体、低温莱氏体、珠光体、二次渗碳体。
10、铸锭的组织（三个晶区）及缺陷。
对于Fe-Fe3C相图特别要求
1、非常熟练的掌握并会画出Fe-Fe3C相图；标出各特性点、线、相区。说明各特性点的温度、碳浓度及意义；各特性线的温度、意义（三个衡温反应）。Fe-Fe3C相图中各区域相组成物和组织组成物。
2、熟悉Fe-C合金中各相与组织的结构。
3、纯铁的同素异构转变：δ－Fe←→γ－Fe←→α－Fe。
4、P、A、F、Fe3C、Ld、L’d、一次Fe3C、二次Fe3C、三次Fe3C、共晶Fe3C、共析Fe3C。的组成及性能特征；机械混合物（P、Ld’）。
5、铁碳合金中七大类合金合金（工业纯铁、共析钢、亚共析钢、过共析钢、共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁）的平衡结晶过程分析，室温组织；利用杠杆定律计算：平衡结晶过程中相组成物与组织组成物的百分含量。
6、任意温度两相区的相组成物、组织组成物的计算（正、反均可）。
7、结合实验会给出各类Fe-Fe3C合金的室温显微组织 （包括：放大倍数、腐蚀剂） 。
8、碳钢中的碳及杂质元素含量对Fe-Fe3C合金性能的影响（即铁碳合金成分、组织和性能之间的关系）。
9、铸锭与钢锭组织有何特点，形成的原因和控制铸态组织的工艺方法？铸锭与钢锭组织有何缺陷。 10、Fe-Fe3C相图、Fe-Fe3C相图中的相与组织、各概念（A1温度（PSK线）、A3温度（GS线）、Acm温度（ES线）、工业纯铁、碳钢、合金钢、共析钢、亚共析钢、过共析钢、铸铁、共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁、重结晶、铁素体、奥氏体、渗碳体、一次渗碳体、共晶渗碳体、二次渗碳体、共析渗碳体、三次渗碳体、莱氏体、低温（变态）莱氏体、珠光体、二次渗碳体、镇静钢、沸腾钢）。
本章知识点：
1、二元相图的规律、杠杆定律及其应用；相图与合金性能的关系
2、成分过冷的条件和判据，合金结晶过程与纯金属结晶过程的异同点。 3、几种基本相图：匀晶、 共晶、包晶相图的分析。 （1）分析点、线和平衡反应； （2）分析相应合金的结晶过程；
（3）熟练杠杆定律在这几种相图中的应用，计算相组成物与组织组成物的百分含量； （4）不平衡的结晶转变过程及转变组织；
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