材料性能女老师部分

1、题目分为三部分：1、填空题（20 个空，每空 0.5 分）主要都是基本概念等等；2、简答题（4 题，共 30 分）主要是一些基本概念的应用；3、综合题（1 题，共 10 分）包括实验现象的解释和简单的公式推导。基本概念：一、电学性能1.金属中电阻产生的根本原因当电子波通过一个理想晶体点阵时（0K），它将不受散射；只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方（包括静畸变和动畸变），电子波才受到散射（不相干散射）。2.电阻率与温度之间的关系总的来说，金属的温度越高，电阻也越大。在极低温度（2K）时，电阻率与温度成 2 次方关系T(2/3) D 时，电阻率正比于温度Ppt 黏贴3.马P=p+p(T)定律式中：

2、p(T)是与温度有关的电阻率；p是与杂质、点缺陷、位错有关的电阻率。根据马定律，在高温时金属的电阻率基本取决于 p(T)，而在低温时取决于 p；根据马定律，低温时用电阻法研究金属冷加工更为合适；根据马定律，在极低温度下，纯金属电阻率主要由其缺陷（包括杂质原子）决定，即剩余电阻率 p决定；根据马定律，低浓度固溶体的电阻率表达式可以写成 P=p+p0，其中 p0 表示固溶体溶剂组元电阻率，p为剩余电阻率，p=Cp，此处 C 是杂质原子含量，p 表示杂质原子为 1%（原子百分数）时引起的附加电阻率。4.缺陷对电阻率的影响虽然晶界、位错、空位和脱位原子等缺陷对电阻都有贡献，其中以空位的贡献为最大。淬火

3、也能使金属产生缺陷，特别是当淬火温度较高时，金属的空位浓度相当高，淬火可以将这些空位冻结下来，使电阻有显著的提高。5.形成固溶体时电阻率的变化形成固溶体合金时，一般的表现是电阻增高。即使是低电阻率的金属溶于高电阻率的金属中也有同样的效果；原因：（1）溶剂的点阵受溶质原子的影响发生静畸变，从而增大了电子波的散射。（2）另一方面，电阻的增高还与组元之间的化学作用有关；在二元合金所形成的连续固溶体中，电阻的增大和成分之间呈曲线关系，通常，在等于 50处出现极大值。6.有序合金的电阻率异类原子使点阵的周期场遭到破坏而使电阻增大，而固溶体的有序化则有利于改善离子电场的规整性，从而减少电子的散射。有序化使

4、组元之间化学作用加强，导致传导电子数目减少。在上述两种相反作用的影响下，电场对称性增加使电阻下降起着主要作用，所以有序化表现是电阻降低。二、热学性能7.相变对热容的影响液态金属的热容比固态的大。一级相变加热至临界点时热焓曲线出现跃变，热容曲线发生不连续变化。二级相变（第二类转变）是在一个温度范围内逐步完成的。8.钢中各相的热膨胀系数钢的组织中各种相的平均线膨胀系数：奥氏体最大，其次是珠光体，铁素体，渗碳体，而马氏体最小。（密度、热膨胀系数均与比容相反）所以当淬火获得马氏体时，钢的体积将增大。通常钢的平均线膨胀系数大约为（1025）10-6 K-1。9.合金成分和相变对热膨胀系数的影响合金成分：

5、组成合金的溶质元素及含量对合金的热膨胀的影响极为明显。对于大多数合金来说，当合金形成均一的单相固溶体，则合金的膨胀系数一般是介于组元的膨胀系数之间，符合相加律 的规律。若金属固溶体中加入过渡族元素，则固溶体的膨胀系数变化就没有规律性。比如，对于纯铁来讲，加入 Mn、Sn 使变大，加入 Cr、V 能使变小。而当合金形成多相合金时，主要取决于组成相的性质和数量。固溶于铁素体中的合金元素和渗碳体将使下降；形成合金碳化物的合金元素将使上升。相变：金属的多型性转变属于一级相变，它将伴随比容的突变，相应的膨胀系数l 将有不连续变化，其转变点将为无限大。属于一级相变中的同素异构转变，将变大。二级相变中是连续

6、转变。属于二级相变的有序无序转变，在其相变点处膨胀系数曲线上有拐点，如Au-50%Cu 合有序结构加热至 300 度，有序结构开始破坏，450 度完全变为无序结构。在这段温度区间，膨胀系数增加很快。这是有序合金原子间结合力增强的结果。10.铁磁性转变对热膨胀的影响一般情况，膨胀系数和热容随温度变化的特征基本一致（低温时随 T3 变化），但对于铁磁性金属和合金如铁、钴、镍及其某些合金，膨胀系数随温度的变化曲线上，将出现附加的膨胀峰，这些变化称为反常热膨胀。其中镍和钴的热膨胀峰向上为正，称为正反常；而铁的热膨胀峰向下为负，称为负反常。铁镍合金也具有负反常的膨胀特性。三、弹性模量及内耗性能11.弹性

7、模量与德拜特征温度、等的关系当DT1（低温），则 ET4。不同材料的弹性模量温度系数是不同的，低的轻金属和合金的较大，即弹性模量随温度升高而下降的幅度大。（注意：升到高温后，温度对弹性模量的影响急剧增加，原因是金属变形引起弹性模量大幅下降）12.相变对弹性模量的影响（见后）13.固溶体对合金弹性模量的影响溶质原子加入造成点阵畸变降低溶质原子阻碍位错运动升高溶质原子与溶剂原子结合力大-升高14.内耗的测试方法（见后）四、磁学性能15.物质的磁性分类1.10-6 数量级。它们在磁场中受微弱斥力。金抗磁体。磁化率为甚小的负数，大属中有一半简单金属是抗磁体。根据与温度的关系，抗磁体可分为：1 经典抗磁

8、体，它的不随温度变化，如 Cu、Ag、Hg、Au、Zn 等。2 反常抗磁体，它的随温度变化，且其大小是前者的 10100 倍，如镓、铋、镓、锑、锡、铟、铜一锆合金中的等。顺磁体。磁化率为正值，大10-310-6 数量级。根据与温度的关系可分为： 1 正常顺磁体，其随温度变化符合T 关系，如，金属铂、钯、奥氏体不锈钢、稀土金属等。2与温度无关的顺磁体，例如锂、钠、钾、铷等金属。铁磁体。在较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度。是很大的正数，且与外磁场呈非线性关系变化。具体金属有铁、钴、镍等。铁磁体在温度高于某临界温度后变成2.3.温度或点，常用 Tc 表示。顺磁体。此临界温度称为4.亚铁磁体。

9、这类磁体有些像铁磁体矿，但值没有铁磁体那样大。通常所说的磁铁矿（Fe3O4）、铁氧体等属于亚铁磁体反铁磁体。这类磁体的是小的正数，在温度低于某温度时，它的磁化率同磁场取向有关；高于这个温度，其行为像顺磁体。具体材料有一 Mn、铬，还有如氧化镍、氧化锰等。5.16.何谓自发磁化自发磁化理论：铁磁性的本质1.在铁磁体存在很强的分子场，在其作用下，在一定尺寸范围的区域（磁畴）内原子固有磁矩趋于同向平行排列，产生自发磁化。各自发磁化小区域（磁畴）的磁化方向各不相同，其磁性彼些相互抵消，所以对外并不显示磁化。2.3.物质相邻原子的电子之间存在一种来源于静电的相互交换作用由于这种交换作用对系统能量的影响，

10、迫使各原子的磁矩平行或反平行。17.何谓技术磁化（见后）主要概念内容的应用，以及对实测结果来进行解释和分析所对应的现象。1、马这个定律定律的应用，合金电阻由两部分组成：一是溶剂的电阻，它随着温度升高而增大；二是溶质引起的附加电阻，它与温度无关，只与溶质原子的浓度有关。2、解释和分析热容温度曲线或 DSC 曲线书 p216（图 5.3 解释）DSC 处：峰包含面积=转变热效应3、通过热膨胀曲线来绘制 CCT 曲线书 p2492514、解释铁磁性材料的技术磁化过程。技术磁化过程：在外加磁场对磁畴的作用过程，也就是外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向（或近似外磁场方向）的过程。技术磁化是通过两

11、种方式进行：磁畴壁的迁移和磁畴的旋转磁化曲线和磁滞回线是技术磁化的结果。区：可逆磁化过程（磁场减少到零时，M、B 沿原曲线减少到零），磁化曲线是线性的，没有剩磁和磁滞。以可逆壁移为主区：不可逆，非线性，有剩磁、磁滞，由许多的 M、B 的跳跃性变化组成（III）区：磁化矢量的转动过程，B 点时，壁移，为单畴体。但 M 与 H的方向不一致。再增加外场，磁矩逐渐转动，趋于一致，至 S 点达到技术饱和5、何谓材料的内耗，弛豫型内耗的特征是什么？内耗（或阻尼）是指在必定的外部前提下（如温度、频率、振幅等），材料缺陷和原子运动所引起的机械振动能量的耗散，它对材料中缺陷的动力学行为相当感。弛豫型内耗是线性滞

12、弹性内耗中的一种典型，它表现为只与加载频率有关，与振幅无关。6、相变对弹性模量的影响由于相变（包括有序转变、磁性转变和超导态转变），金属与合金的弹性模量将出现反常的变化，见上图。图中的铁、钴弹性磨练反常拐点与相变有关，而镍的反常拐点同磁性转变有关。铁加热到 910时发生转变，弹性模量反常增高（出现拐点），冷却时发生 转变；E 反常降低。当钴加热到 480时，六方晶系钴转变为立方晶系的钴，此时弹性模量也出现反常升高的拐点，冷却时转变是在 400进行的。超导体转变：Nb-Ti 合超导态转变为正常态时，弹性模量降低。7、表征材料内耗有哪些物理量，之间的关系如何？1.时常通过衰减振动时的振幅对数减缩量

13、 来确定内耗1/Q=/式中 An 为第 n 次振动的振幅；An+1 为第 n+1 次振动的振幅。2超声波在固体中的衰减系数超声波按下列公式衰减：A（x）=A0exp（-x）由此，超声波衰减系数=ln（A1/A2）/(x2-x1)(m) (式中，A1 和 A2 分别表示在 x1 和 x2 处的振幅)3.计算阻尼系数或阻尼对于高阻尼合金常用阻尼系数 或阻尼比 S.D.C 表示内耗，即%=S.D.C%=W/W内耗量度之间的相互转换=2=2Q-1=2tan=2/(式中，为超声波波长)8、材料弹性的物理本质在物理学上，弹性是指物体在外力作用下发生形变，当外力撤消后能恢复原来大小和形状的性质。弹性模量的物

14、理本质是标志原子间结合力的大小。9、体心立方结构金属中的 Snoek 内耗峰产生的机制、特征，测试方法及应用。克峰定义体心立方晶体中间隙原子引起的内耗产生机制 p408以-Fe 为例-Fe 里的间隙原子指的是碳原子，处于铁原子之间。碳原子通常在晶胞的棱边上或面心处，即（1/2,0,0）,(0,1/2,0)或（0,0,1/2）和(1/2,1/2,0)。若沿 Z 方向施加拉力，则沿 Z 方向的间隙位置能量比其他方向都低，因此碳原子便从受压的方向跳到 Z 方向的位置上，于是便产生了溶质原子应力感生有序化，此时对应于应力产生的应变就有弛豫现象。当晶体在这个方向上受交变应力作用时，间隙原子就在这些位置上来回跳动，且应变于应力，导致能量损耗。含有少量碳或氮的-Fe 固溶体，用 1Hz 的频率测量其内耗，在室温（2040 度）附近，得到的弛豫型内耗峰，就是克峰。特征 p409只有在适宜的频率下能够产生克峰。在交变应力频率很高时，间隙原子来不及跳跃，即不能产生弛豫现象，故不能引起内耗；而当交变应力频率很低时，这是一种接近静态完全弛豫过程，应力和应变滞后线面积为零，也不产生内耗。测试方法低频扭摆法法超声衰减法应用 p420p4211.确定碳和氮在固溶体中的浓度。由于碳、氮原子在-Fe 固溶体中所引起的弛豫内耗峰高度同这些在-Fe 固溶体中的浓度有关。因为碳、