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材料科學(xué)與工程的基礎知識點(diǎn)
發(fā)布日期：2018-11-15
作者：株洲三鑫

     科學(xué)技術(shù)作為第一生產(chǎn)力，是促進(jìn)社會(huì )經(jīng)濟不斷發(fā)展的源源動(dòng)力。材料科學(xué)是研究材料的組織結構、性質(zhì)、生產(chǎn)流程和使用效能以及它們之間的相互關(guān)系，集物理學(xué)、化學(xué)、冶金學(xué)等于一體的科學(xué)。材料科學(xué)是一門(mén)與工程技術(shù)密不可分的應用科學(xué)。材料是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎。20世紀70年代，人們把信息、材料和能源作為社會(huì )文明的支柱。80年代，隨著(zhù)高技術(shù)群的興起，又把新材料與信息技術(shù)、生物技術(shù)并列作為新技術(shù)革命的重要標志?，F代社會(huì )，材料已成為國民經(jīng)濟建設、國防建設和人民生活的重要組成部分。

      材料科學(xué)與工程的基礎知識點(diǎn)如下：


1.晶體--原子按一定方式在三維空間內周期性地規則重復排列，有固定熔點(diǎn)、各向異性。
2.中間相--兩組元A 和B 組成合金時(shí)，除了形成以A 為基或以B 為基的固溶體外，還可能形成晶體結構與A，B 兩組元均不相同的新相。由于它們在二元相圖上的位置總是位于中間，故通常把這些相稱(chēng)為中間相。
3.亞穩相--亞穩相指的是熱力學(xué)上不能穩定存在，但在快速冷卻成加熱過(guò)程中，由于熱力學(xué)能壘或動(dòng)力學(xué)的因素造成其未能轉變?yōu)榉€定相而暫時(shí)穩定存在的一種相。
4.配位數--晶體結構中任一原子周?chē)罱徢业染嚯x的原子數。
5.再結晶--冷變形后的金屬加熱到一定溫度之后，在原變形組織中重新產(chǎn)生了無(wú)畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化并恢復到變形前的狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為再結晶。（指出現無(wú)畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過(guò)程）
6.偽共晶--非平衡凝固條件下，某些亞共晶或過(guò)共晶成分的合金也能得到全部的共晶組織，這種由非共晶成分的合金得到的共晶組織稱(chēng)為偽共晶。
7.交滑移--當某一螺型位錯在原滑移面上運動(dòng)受阻時(shí)，有可能從原滑移面轉移到與之相交的另一滑移面上去繼續滑移，這一過(guò)程稱(chēng)為交滑移。
8.過(guò)時(shí)效--鋁合金經(jīng)固溶處理后，在加熱保溫過(guò)程中將先后析出GP 區，θ ”，θ ’，和θ。在開(kāi)始保溫階段，隨保溫時(shí)間延長(cháng)，硬度強度上升，當保溫時(shí)間過(guò)長(cháng)，將析出θ ’，這時(shí)材料的硬度強度將下降，這種現象稱(chēng)為過(guò)時(shí)效。
9.形變強化--金屬經(jīng)冷塑性變形后，其強度和硬度上升，塑性和韌性下降，這種現象稱(chēng)為形變強化。
10.固溶強化--由于合金元素（雜質(zhì)）的加入，導致的以金屬為基體的合金的強度得到加強的現象。
硬質(zhì)合金刀片
11.彌散強化--許多材料由兩相或多相構成，如果其中一相為細小的顆粒并彌散分布在材料內，則這種材料的強度往往會(huì )增加，稱(chēng)為彌散強化。
12.不全位錯--柏氏矢量不等于點(diǎn)陣矢量整數倍的位錯稱(chēng)為不全位錯。
13.擴展位錯--通常指一個(gè)全位錯分解為兩個(gè)不全位錯，中間夾著(zhù)一個(gè)堆垛層錯的整個(gè)位錯形態(tài)。
14.螺型位錯--位錯線(xiàn)附近的原子按螺旋形排列的位錯稱(chēng)為螺型位錯。
15.包晶轉變--在二元相圖中，包晶轉變就是已結晶的固相與剩余液相反應形成另一固相的恒溫轉變。
16.共晶轉變--由一個(gè)液相生成兩個(gè)不同固相的轉變。
17.共析轉變--由一種固相分解得到其他兩個(gè)不同固相的轉變。
18.上坡擴散--溶質(zhì)原子從低濃度向高濃度處擴散的過(guò)程稱(chēng)為上坡擴散。表明擴散的驅動(dòng)力是化學(xué)位梯度而非濃度梯度。
19.間隙擴散--這是原子擴散的一種機制，對于間隙原子來(lái)說(shuō)，由于其尺寸較小，處于晶格間隙中，在擴散時(shí)，間隙原子從一個(gè)間隙位置跳到相鄰的另一個(gè)間隙位置，形成原子的移動(dòng)。
20.成分過(guò)冷--界面前沿液體中的實(shí)際溫度低于由溶質(zhì)分布所決定的凝固溫度時(shí)產(chǎn)生的過(guò)冷。
21.一級相變--凡新舊兩相的化學(xué)位相等，化學(xué)位的一次偏導不相等的相變。
22.二級相變--從相變熱力學(xué)上講，相變前后兩相的自由能（焓）相等，自由能（焓）的一階偏導數相等，但二階偏導數不等的相變稱(chēng)為二級相變，如磁性轉變，有序-無(wú)序轉變，常導-超導轉變等。
23.共格相界--如果兩相界面上的所有原子均成一一對應的完全匹配關(guān)系,即界面上的原子同時(shí)處于兩相晶格的結點(diǎn)上,為相鄰兩晶體所共有,這種相界就稱(chēng)為共格相界。
24.調幅分解--過(guò)飽和固溶體在一定溫度下分解成結構相同、成分不同的兩個(gè)相的過(guò)程。
25.回火脆性--淬火鋼在回火過(guò)程中，一般情況下隨回火溫度的提高，其塑性、韌性提高，但在特定的回火溫度范圍內，反而形成韌性下降的現象稱(chēng)為回火脆性。對于鋼鐵材料存在第一類(lèi)和第二類(lèi)回火脆性。他們的溫度范圍、影響因素和特征不同。
26.再結晶退火--所謂再結晶退火工藝，一般是指將冷變形后的金屬加熱到再結晶溫度以上，保溫一段時(shí)間后，緩慢冷卻至室溫的過(guò)程。
27.回火索氏體--淬火剛在加熱到400-600℃溫度回火后形成的回火組織，其由等軸狀的鐵素體和細小的顆粒狀（蠕蟲(chóng)狀）滲碳體構成。
28.有序固溶體--當一種組元溶解在另一組元中時(shí)，各組元原子分別占據各自的布拉維點(diǎn)陣的一種固溶體，形成一種各組元原子有序排列的固溶體，溶質(zhì)在晶格完全有序排列。
29.非均勻形核--新相優(yōu)先在母相中存在的異質(zhì)處形核，即依附于液相中的雜質(zhì)或外來(lái)表面形核。
30.馬氏體相變--鋼中加熱至奧氏體后快速淬火所形成的高硬度的針片狀組織的相變過(guò)程。
31.貝氏體相變--鋼在珠光體轉變溫度以下，馬氏體轉變溫度以上范圍內（550℃-230℃）的轉變稱(chēng)為貝氏體轉變。
32.鋁合金的時(shí)效--經(jīng)淬火后的鋁合金強度、硬度隨時(shí)間延長(cháng)而發(fā)生顯著(zhù)提高的現象稱(chēng)之為時(shí)效，也稱(chēng)鋁合金的時(shí)效。
33.熱彈性馬氏體--馬氏體相變造成彈性應變，而當外加彈性變性后可以使馬氏體相變產(chǎn)生逆轉變，這種馬氏體稱(chēng)為熱彈性馬氏體?；蝰R氏體相變由彈性變性來(lái)協(xié)調。這種馬氏體稱(chēng)為熱彈性馬氏體。
34.柯肯達爾效應--反映了置換原子的擴散機制，兩個(gè)純組元構成擴散偶，在擴散的過(guò)程中，界面將向擴散速率快的組元一側移動(dòng)。
35.熱彈性馬氏體相變--當馬氏體相變的形狀變化是通過(guò)彈性變形來(lái)協(xié)調時(shí)，稱(chēng)為熱彈性馬氏體相變。
36.非晶體--原子沒(méi)有長(cháng)程的周期排列，無(wú)固定的熔點(diǎn)，各向同性等。
37.致密度--晶體結構中原子體積占總體積的百分數。
38.多滑移--當外力在幾個(gè)滑移系上的分切應力相等并同時(shí)達到了臨界分切應力時(shí)，產(chǎn)生同時(shí)滑移的現象。
39.過(guò)冷度--相變過(guò)程中冷卻到相變點(diǎn)以下某個(gè)溫度后發(fā)生轉變，平衡相變溫度與該實(shí)際轉變溫度之差稱(chēng)過(guò)冷度。
40.間隙相--當非金屬（X）和金屬（M）原子半徑的比值rX/rM<0.59 時(shí)，形成的具有簡(jiǎn)單晶體結構的相，稱(chēng)為間隙相。
41.全位錯--把柏氏矢量等于點(diǎn)陣矢量或其整數倍的位錯稱(chēng)為全位錯。
42.滑移系--晶體中一個(gè)滑移面及該面上一個(gè)滑移方向的組合稱(chēng)一個(gè)滑移系。
43.離異共晶--共晶體中的α相依附于初生α相生長(cháng)，將共晶體中另一相β推到最后凝固的晶界處，從而使共晶體兩組成相相間的組織特點(diǎn)消失，這種兩相分離的共晶體稱(chēng)為離異共晶。
44.均勻形核--新相晶核是在母相中存在均勻地生長(cháng)的，即晶核由液相中的一些原子團直接形成，不受雜質(zhì)粒子或外表面的影響。
45.刃型位錯--晶體中的某一晶面，在其上半部有多余的半排原子面，好像一把刀刃插入晶體中，使這一晶面上下兩部分晶體之間產(chǎn)生了原子錯排，稱(chēng)為刃型位錯。
46.細晶強化--晶粒愈細小，晶界總長(cháng)度愈長(cháng)，對位錯滑移的阻礙愈大，材料的屈服強度愈高。晶粒細化導致晶界的增加，位錯的滑移受阻，因此提高了材料的強度。
47.雙交滑移--如果交滑移后的位錯再轉回和原滑移面平行的滑移面上繼續運動(dòng)，則稱(chēng)為雙交滑移。
48.單位位錯--把柏氏矢量等于單位點(diǎn)陣矢量的位錯稱(chēng)為單位位錯。
49.反應擴散--伴隨有化學(xué)反應而形成新相的擴散稱(chēng)為反應擴散。
50.晶界偏聚--由于晶內與晶界上的畸變能差別或由于空位的存在使得溶質(zhì)原子或雜質(zhì)原子在晶界上的富集現象。
硬質(zhì)合金模具加工
51.柯氏氣團--通常把溶質(zhì)原子與位錯交互作用后，在位錯周?chē)鄣默F象稱(chēng)為氣團，是由柯垂爾首先提出，又稱(chēng)柯氏氣團。
52.形變織構--多晶體形變過(guò)程中出現的晶體學(xué)取向擇優(yōu)的現象叫形變織構。
53.點(diǎn)陣畸變--在局部范圍內，原子偏離其正常的點(diǎn)陣平衡位置，造成點(diǎn)陣畸變。
54.穩態(tài)擴散--在穩態(tài)擴散過(guò)程中，擴散組元的濃度只隨距離變化，而不隨時(shí)間變化。
55.包析反應--由兩個(gè)固相反應得到一個(gè)固相的過(guò)程為包析反應。
56.非共格晶界--當兩相在相界處的原子排列相差很大時(shí)，即錯配度δ很大時(shí)形成非共格晶界。同大角度晶界相似，可看成由原子不規則排列的很薄的過(guò)渡層構成。
57.置換固溶體--當溶質(zhì)原子溶入溶劑中形成固溶體時(shí)，溶質(zhì)原子占據溶劑點(diǎn)陣的陣點(diǎn)，或者說(shuō)溶質(zhì)原子置換了溶劑點(diǎn)陣的部分溶劑原子，這種固溶體就稱(chēng)為置換固溶體。
58.間隙固溶體--溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體稱(chēng)為間隙固溶體。
59.二次再結晶--再結晶結束后正常長(cháng)大被抑制而發(fā)生的少數晶粒異常長(cháng)大的現象。
60.偽共析轉變--非平衡轉變過(guò)程中，處在共析成分點(diǎn)附近的亞共析、過(guò)共析合金，轉變終了組織全部呈共析組織形態(tài)。
61.肖脫基空位--在個(gè)體中晶體中，當某一原子具有足夠大的振動(dòng)能而使振幅增大到一定程度時(shí)，就可能克服周?chē)訉λ闹萍s作用，跳離其原來(lái)位置，遷移到晶體表面或內表面的正常結點(diǎn)位置上而使晶體內部留下空位，稱(chēng)為肖脫基空位。
62.弗蘭克爾空位--離開(kāi)平衡位置的原子擠入點(diǎn)陣中的間隙位置，而在晶體中同時(shí)形成相等數目的空位和間隙原子。
63.非穩態(tài)擴散--擴散組元的濃度不僅隨距離x 變化，也隨時(shí)間變化的擴散稱(chēng)為非穩態(tài)擴散。
64.時(shí)效--過(guò)飽和固溶體后續在室溫或高于室溫的溶質(zhì)原子脫溶過(guò)程。
65.回復--指新的無(wú)畸變晶粒出現之前所產(chǎn)生的亞結構和性能變化的階段。
66.相律--相律給出了平衡狀態(tài)下體系中存在的相數與組元數及溫度、壓力之間的關(guān)系，可表示為：f=C+P-2,f為體系的自由度數，C 為體系的組元數，P 為相數。
67.合金--兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)熔煉、燒結或其他方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。
68.孿晶--孿晶是指兩個(gè)晶體（或一個(gè)晶體的兩部分）沿一個(gè)公共晶面構成鏡面對稱(chēng)的位向關(guān)系，這兩個(gè)晶體就稱(chēng)為孿晶，此公共晶面就稱(chēng)孿晶面。
69.相圖--描述各相平衡存在條件或共存關(guān)系的圖解，也可稱(chēng)為平衡時(shí)熱力學(xué)參量的幾何軌跡。
70.孿生--晶體受力后，以產(chǎn)生孿晶的方式進(jìn)行的切變過(guò)程叫孿生。
71.晶界--晶界是成分結構相同的同種晶粒間的界面。
72.晶胞--在點(diǎn)陣中取出一個(gè)具有代表性的基本單元（最小平行六面體）作為點(diǎn)陣的組成單元，稱(chēng)為晶胞。
73.位錯--是晶體內的一種線(xiàn)缺陷，其特點(diǎn)是沿一條線(xiàn)方向原子有規律地發(fā)生錯排；這種缺陷用一線(xiàn)方向和一個(gè)柏氏矢量共同描述。
74.偏析--合金中化學(xué)成分的不均勻性。
75.金屬鍵--自由電子與原子核之間靜電作用產(chǎn)生的鍵合力。
76.固溶體--是以某一組元為溶劑，在其晶體點(diǎn)陣中溶入其他組元原子（溶劑原子）所形成的均勻混合的固態(tài)溶體，它保持溶劑的晶體結構類(lèi)型。
77.亞晶粒--一個(gè)晶粒中若干個(gè)位相稍有差異的晶粒稱(chēng)為亞晶粒。
78.亞晶界--相鄰亞晶粒間的界面稱(chēng)為亞晶界。
79.晶界能--不論是小角度晶界或大角度晶界，這里的原子或多或少地偏離了平衡位置，所以相對于晶體內部，晶界處于較高的能量狀態(tài)，高出的那部分能量稱(chēng)為晶界能，或稱(chēng)晶界自由能。
80.表面能--表面原子處于不均勻的力場(chǎng)之中，所以其能量大大升高，高出的能量稱(chēng)為表面自由能（或表面能）。
81.界面能--界面上的原子處在斷鍵狀態(tài)，具有超額能量。平均在界面單位面積上的超額能量叫界面能。
82.淬透性--淬透性指合金淬成馬氏體的能力，主要與臨界冷速有關(guān)，大小用淬透層深度表示。
83.淬硬性--淬硬性指鋼淬火后能達到的最高硬度，主要與鋼的含碳量有關(guān)。
84.慣習面--固態(tài)相變時(shí)，新相往往在母相的一定晶面開(kāi)始形成，這個(gè)晶面稱(chēng)為慣習面。
85.索氏體--中溫段珠光體轉變產(chǎn)物，由片狀鐵素體滲碳體組成，層片間距較小，片層較薄。
86.珠光體--鐵碳合金共析轉變的產(chǎn)物，是共析鐵素體和共析滲碳體的層片狀混合物。
87.萊氏體--鐵碳相圖共晶轉變的產(chǎn)物，是共晶奧氏體和共晶滲碳體的機械混合物。
88.柏氏矢量--描述位錯特征的一個(gè)重要矢量，它集中反映了位錯區域內畸變總量的大小和方向，也使位錯掃過(guò)后晶體相對滑動(dòng)的量。
89.空間點(diǎn)陣--指幾何點(diǎn)在三維空間作周期性的規則排列所形成的三維陣列，是人為的對晶體結構的抽象。
90.范德華鍵--由瞬間偶極矩和誘導偶極矩產(chǎn)生的分子間引力所構成的物理鍵。
91.位錯滑移--在一定應力作用下，位錯線(xiàn)沿滑移面移動(dòng)的位錯運動(dòng)。
92.異質(zhì)形核--晶核在液態(tài)金屬中依靠外來(lái)物質(zhì)表面或在溫度不均勻處擇優(yōu)形成。
93.結構起伏--液態(tài)結構的原子排列為長(cháng)程無(wú)序，短程有序，并且短程有序原子團不是固定不變的，它是此消彼長(cháng)，瞬息萬(wàn)變，尺寸不穩定的結構，這種現象稱(chēng)為結構起伏。
94.重心法則--處于三相平衡的合金，其成分點(diǎn)必位于共軛三角形的重心位置。
95.應變時(shí)效--第一次拉伸后，再立即進(jìn)行第二次拉伸，拉伸曲線(xiàn)上不出現屈服階段。但第一次拉伸后的低碳鋼試樣在室溫下放置一段時(shí)間后，再進(jìn)行第二次拉伸，則拉伸曲線(xiàn)上又會(huì )出現屈服階段。不過(guò)，再次屈服的強度要高于初次屈服的強度。這個(gè)試驗現象就稱(chēng)為應變時(shí)效。
96.枝晶偏析--固溶體在非平衡冷卻條件下，勻晶轉變后新得的固溶體晶粒內部的成分是不均勻的，先結晶的內核含較多的高熔點(diǎn)的組元原子，后結晶的外緣含較多的低熔點(diǎn)的組元原子，而通常固溶體晶體以樹(shù)枝晶方式長(cháng)大，這樣，枝干含高熔點(diǎn)組元較多，枝間含低熔點(diǎn)組元原子多，造成同一晶粒內部成分的不均勻現象。
97.臨界變形度--給定溫度下金屬發(fā)生再結晶所需的最小預先冷變形量。
98.電子化合物--電子化合物是指由主要電子濃度決定其晶體結構的一類(lèi)化合物，又稱(chēng)休姆-羅塞里相。凡具有相同的電子濃度，則相的晶體結構類(lèi)型相同。
99.同質(zhì)異構體--化學(xué)組成相同由于熱力學(xué)條件不同而形成的不同晶體結構。
100.再結晶溫度--形變金屬在一定時(shí)間（一般1h）內剛好完成再結晶的最低溫度。
銅箔分切刀
101.布拉菲點(diǎn)陣--除考慮晶胞外形外，還考慮陣點(diǎn)位置所構成的點(diǎn)陣。
102.配位多面體--原子或離子周?chē)c它直接相鄰結合的原子或離子的中心連線(xiàn)所構成的多面體，稱(chēng)為原子或離子的配位多面體。
103.施密特因子--亦稱(chēng)取向因子，為cosΦcosλ, Φ為滑移面與外力F 中心軸的夾角，λ為滑移方向與外力F 的夾角。
104.拓撲密堆相--由兩種大小不同的金屬原子所構成的一類(lèi)中間相，其中大小原子通過(guò)適當的配合構成空間利用率和配位數都很高的復雜結構。由于這類(lèi)結構具有拓撲特征，故稱(chēng)這些相為拓撲密堆相。
105.間隙化合物--當非金屬（X）和金屬（M）原子半徑的比值rX/rM>0.59 時(shí)，形成具有復雜晶體結構的相，通常稱(chēng)為間隙化合物。
106.大角度晶界--多晶材料中各晶粒之間的晶界稱(chēng)為大角度晶界，即相鄰晶粒的位相差大于10o的晶界。
107.小角度晶界--相鄰亞晶粒之間的位相差小于10o，這種亞晶粒間的晶界稱(chēng)為小角度晶界，一般小于2o，可分為傾斜晶界、扭轉晶界、重合晶界等。
108.臨界分切應力--滑移系開(kāi)動(dòng)所需的最小分切應力；它是一個(gè)定值，與材料本身性質(zhì)有關(guān)，與外力取向無(wú)關(guān)。
     材料的廣泛應用是材料科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的主要動(dòng)力。在實(shí)驗室具有優(yōu)越性能的材料，不等于在實(shí)際工作條件下能得到應用，必須通過(guò)應用研究做出判斷，而后采取有效措施進(jìn)行改進(jìn)。材料在制成零部件以后的使用壽命的確定是材料應用研究的另一方面，關(guān)系到安全設計和經(jīng)濟設計，關(guān)系到有效利用材料和合理選材。材料的應用研究還是機械部件、電子元件失效分析的基礎。通過(guò)應用研究可以發(fā)現材料中規律性的東西，從而指導材料的改進(jìn)和發(fā)展。

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