金属材料考研

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1、1.金属结构及性质相关晶体类型原子密排而密排方向晶胞中的原子数配位数CN致密度K体心立方(BCC){110}〈111〉280.68面心立方(FCC){111}〈110〉4120.74密排六方(HCP){0001}(1120)6120.74三种典型金属晶体结构中的间隙晶体类型间隙类型一个晶胞内的间隙数原子半径q间隙半径~rBlrA体心立方四而体120.291(BCC)扁八而体6丁0.155面心、/.方正四面体8yf2a0.225(FCC)正八面体4~T~0.414密排六方四面体12a0.225(HCP)正八面体6

2、4~20.414位错的滑移特征类型柏氏向量位错线运动方向晶体滑移方向切应力方向滑移而个数刃型丄位错线丄位错线与一致与/?一致唯一螺//位错线丄位错线与办一致—>与b一致多个混合成一定角度丄位错线与b—致与b—致金属的许多宏观性质都是由于金属键的存在而引起的。①金属屮大量的自由电子能在金属两端电势差的作用I定向流动，形成电流，显示了金属良好的导电性；②温度升高，金属正离子振动振幅增大，电子运动受阻，电阻升高，因此金属具有真的电阻温度系数；③金属热量的传递，不仅依靠金属正离子的振动，更由于自由电子的运动，极大增强了

3、热量传递，所以金属具有良好的导热性；④自由电子容易吸收可见光的能量，随后乂将吸收的能量辐射出来，从而使金属不透明并且具有光泽；⑤金属两部分作相对位移时，金属正离子仍始终沉浸在电子云屮，保持着金属键的结合，因此金属能变性而不断裂，具有延展性。1.材料强化的主要方法及其机制a.固溶强化通过溶入某种溶质元素来形成固溶体而使金属强化的现象称为固溶强化。①溶入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行；②溶质原子的引入会在位错周围生成柯氏气团，柯氏气团对位错有钉扎作用；③溶质原子在层错区

4、的偏聚会阻碍扩展位错的运动。使材料强度和硬度提高，但是塑性和韧性有所T降。b.细晶强化工业上将通过细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属具有更高的强度、硬度、塑性和韧性。①这是因为细晶粒受到外力发生塑性变形可分散在更多的晶粒闪进行，塑性变形较均妁，应力集中较小；②此外，晶粒越细，晶界而积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。c.第二相强化复相合金与单相合金相比，除基体相以外，还有第二相的存在。当第二相以细小弥散的颗粒均匀分布于基体相中时，将会产生显著的强化作用，这种

5、强化作用称为第二相强化。第二相强化的主要原因是它们与位错间的交互作用，阻碍了位错运动，提高了合金的变形抗力。弥散强化和沉淀强化均属于第二相强化的特例。d.加工硬化（形变强化）金属材料在再结晶温度以下，随着塑性变形的进行，变形抗力升岛的现象叫做加工硬化。金属在塑性变形时，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，使位错密度提高，阻碍了位错的运动，从而提高材料的强度和硬度。总结：材料强化的本质都是阻碍位错的运动，所以可以从以下方面来考虑：（1）加入杂质，把自己钉扎在位错上（同溶强化）；⑵增加晶体中的位

6、错密度（加工硬化）；⑶增加界而的数目（细晶强化）；⑷在点阵屮嵌入晶体结构与基体材料不同的颗粒（沉淀强化）2.为什么说细晶粒金属表现出较高的强度的同时还有较好的塑性和韧性？晶界阻碍位错运动，因此多晶体金属晶粒越细，单位体积内品界越多，为使滑移在相邻晶粒之间传播就必须施加更大的外力，消耗更多的能量，其塑性变形抗力即强度也就越高。金属的晶粒细小，在一定变形量下，变形就会分散在很多晶粒内进行，每个晶粒变形量小；此外，小晶粒变形也比较均匀些。这使小品粒变形时应力集屮程度较小，因应力集屮而引起开裂的机会也较少，从而细晶粒金

7、属断裂前能承受较大的变形量，表现出良好的塑性。细晶粒金属中，裂纹不界易产生也不容易扩散，断裂过程中要吸收更多的能量意味着外力要做更大的功，所以细晶粒金属也具有较好的韧性。沿着晶体的不同方向所测得的性能不同（如导电性、导热性、热膨胀性、强度等），表现出或大或小的差异，称为晶体的各向异性。巾一个核心（称为晶核）生长而成的晶体称为单晶体。1.简述原子间四种键的各自特点，并从结合键的角度讨论金属的力学特性。类型作用力来源键强度力学性能特点离子键正负离子间的吸引力最强硬度高、强度大、脆性大共价键相邻原子价电子各处于相反的

8、自选状态，原子核间的库伦引力强硬度高、强度大、脆性大金属键自由电子与金属正离子间的库伦吸引力较强塑性变形能力好，强度初性好二次键（分子键、鉍键）原子或分子之间由于诱导或永久电偶极子相互作用而产生弱硬度低，塑性，韧性好金属键巾于没有方向性和饱和性，对原子也没用选择性，在外力作用下发生相对移动时，金属正离子仍处于电子云的包围中，金属键不会受到破坏，因此金属能够经受形变而不断裂，具有较好的塑