载人航天的效益原苏联宇航员加加林1961年首次进入太空，美国“阿波罗”飞船1969年成功登月，这两个轰动世界的壮举发掘和吸引了
数以十万计的精英人才，促进了天文学、高能物理、材料学、自动控制、信息、制造工艺学等科学技术门类的发展，催生了航天器结构力学、航天动
力学、空间电子学、航天医学等新学科，形成了大批高科技工业群体，丰富了人类对近地空间和月球的认识，产生了显著的社会和经济效益。
航天飞机、空间站的出现，使人类得以利用微重力、超低温、强太阳辐射、真空等太空中的独特条件开展多项研究。在空间站内，宇航员已制作
出了杂质少、表面缺陷小、质地精良的半导体、金属材料、玻璃、陶瓷和光学元件；在生物材料加工方面，已可以在空间生产抗血栓制剂—尿激酶、
纯度比地面高100倍的抗流感制剂和抗病毒干扰素、可治疗糖尿病的胰腺β-细胞和用于治疗烧伤的表皮生长素等30多种质量、疗效较高的药物
，航天员还可设法使蛋白质分子按预定的立体结构排列起来，形成纯度比地面高10倍、性能超群的蛋白质晶体，促进新药开发、疾病研究和防治；
载人航天器搭载的农作物种子在宇宙射线的作用下，其遗传基因会发生变化，有可能诞生高产、营养成分增加或抗病毒的作物新品种。能否用一
个较为直观的方式建立材料科学四要素之间的联系,且能够用于指导生产?第四章二元相图相图：描述系统的状态、温度、压力及成分之
间关系的图解。第四章二元相图根据相图可确定不同成分的材料在不同温度下组成相的种类
、各相的相对量、成分及温度变化时可能发生的变化。仅在热力学平衡条件下成立，不能确定结构、分布状态和具体形貌。
第一节相图的基本知识1相律（1）相律：热力学平衡条件下，系统的组元数、相数和自由度数之间的关
系。（2）表达式：f=c-p+2;压力一定时，f=c-p+1。（3）应用可确定系统中可能存在的最多平
衡相数。如单元系2个，二元系3个。可以解释纯金属与二元合金的结晶差别。纯金属结晶恒温进行，二元合金变温进行。
第一节相图的基本知识2相图的表示与建立（1）状态与成分表示法状态表示：温度－成分坐标系。坐标系
中的点－表象点。成分表示：质量分数或摩尔分数。第一节相图的基本知识2相图的表示与建立（2）相
图的建立方法：实验法和计算法。过程：配制合金－测冷却曲线－确定转变温度－填入坐标－
绘出曲线。相图结构(匀晶)：两点、两线、三区。第一节相图的基本知识3杠杆定律-相含量的计算工具
（1）平衡相成分的确定（根据相律，若温度一定，则自由度为0，平衡相成分随之确定。）（2）数值确定：直接测量
计算或投影到成分轴测量计算。（3）注意：只适用于两相区；三点(支点和端点)要选准。第二节二元匀晶相图1匀
晶相图及其分析（1）匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的转变。（2）匀晶相图：具有匀晶转变特征的相图。
(两组元在液态和固态都无限互溶)第二节二元匀晶相图2固溶体合金的平衡结晶（
1）平衡结晶：每个时刻都能达到平衡的结晶过程。（2）平衡结晶过程分析①冷却曲线：温度－时间曲线；
第二节二元匀晶相图2固溶体合金的平衡结晶②相（组织）与相变（各温区相的类
型、相变反应式，杠杆定律应用。）；③组织示意图；④成分均匀化：每时刻结晶出的固溶体的成分不同。
第二节二元匀晶相图2固溶体合金的平衡结晶?（3）与纯金属结晶的比较①???相同点：基本过程
：形核－长大；热力学条件：⊿T>0；能量条件：能量起伏；
结构条件：结构起伏。②不同点：合金在一个温度范围内结晶（可能性：相律分析；必
要性：成分均匀化。）合金结晶是选分结晶：需成分起伏。第二节二元匀晶相图3固溶体的
不平衡结晶（1）原因:冷速快(假设液相成分均匀、固相成分不均匀)。（2）结晶过程特点：固相成分按平均成分线变化
（但每一时刻符合相图）；结晶的温度范围增大；
组织多为树枝状。第二节二元匀晶相图3固溶体的不平衡结晶第二节二元匀晶相图
3固溶体的不平衡结晶（3）微观偏析晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀现象。枝晶偏析：树枝晶的枝干和枝间化学
成分不均匀的现象。（消除：扩散退火，在低于固相线温度长时间保温。）第二节二元匀晶相图4宏观偏析（
1）平衡分配系数：在一定温度下，固、液两平衡相中溶质浓度的比值。k0=Cs/Cl第二节二元匀晶相
图4宏观偏析(2)溶质分布（k0《1））稳态凝固/正常凝固冷却速度无限慢→有扩散和对流→液、固相内溶质完全混合
（平衡凝固）－a;冷却速度非常慢→有扩散和对流→固相不混合、液相完全混合－b
;冷却速度很大→仅有扩散→固相不混合、液相完全不混合－c；冷却速度一般→部分扩散和对流→固相不混合、液相部分混合－d。第
二节二元匀晶相图4宏观偏析(3)区域熔炼（上述溶质分布规律的应用）第二节二元匀晶相图5成分过冷及
其对晶体生长形态的影响（1）成分过冷：由成分变化与实际温度分布共同决定的过冷。（2）形成：界面溶质浓
度从高到低→液相线温度从低到高。（图示：溶质分布曲线→
匀晶相图→液相线温度分布曲线→实际温度分布
曲线→成分过冷区。）第二节二元匀晶相图5成分过冷及其对晶体生长形态的影响（3）
成分过冷形成的条件和影响因素条件：G/Rm(液相线斜率),k0;实验可控参数：G(温度梯度),
R(凝固速度)。第二节二元匀晶相图5成分过冷及其对晶体生长形态的影响（4）成分过冷对生长形态的影响
（正温度梯度下）G越小，成分过冷越大－生长形态：平面状－胞状－树枝状。第三节二元共晶相图
及合金凝固共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固相的转变。EutecticReaction共晶
相图：具有共晶转变特征的相图。（液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应。共晶组织：
共晶转变产物。（是两相混合物）第三节二元共晶相图及合金凝固1相图分析（相图三要素）（1）点：纯组元熔点；最大溶解度
点；共晶点（是亚共晶、过共晶合金成分分界点）等。（2）线：结晶开始、结束线；溶解度曲线；共晶线等。（
3）区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。第三节二元共晶相图及合金凝固2合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为
例）（1）Wsn<2％的合金凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。第三节二元共晶相图及合金
凝固2合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例）（2）2％相变、组织示意图）。②二次相（次生相）的生成：脱溶转变（二次析出或二次结晶）。③室温组织（α＋βⅡ）及
其相对量计算。第三节二元共晶相图及合金凝固2合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例）（3）共晶合金
①凝固过程（冷却曲线、相变、组织示意图）。②共晶线上两相的相对量计算。③室温组织（α＋β＋αⅡ＋βⅡ）及
其相对量计算。第三节二元共晶相图及合金凝固2合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例）（3）共晶合金
第三节二元共晶相图及合金凝固2合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例）（4）亚共晶合金①凝固过程（冷却曲线、
相变、组织示意图）。②共晶线上两相的相对量计算。③室温组织（α＋βⅡ＋（α＋β））及其相对量计算。
第三节二元共晶相图及合金凝固2合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例）（4）亚共晶合金第三节二元共晶相图
及合金凝固2合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例）（5）组织组成物与组织图组织组成物：组成材料的中各个不同本
质和形态的部分。组织图：用组织组成物填写的相图。组织组成物相对量的计算：杠杆定律。第三节二元共
晶相图及合金凝固3不平衡结晶及其组织（1）伪共晶①伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶组织。
②形成原因：不平衡结晶；合金成分位于共晶点附近。③不平衡组织由非共晶成分的合金得到的完全共晶组织。
共晶成分的合金得到的亚、过共晶组织。（伪共晶区偏移）第三节二元共晶相图及合金凝固
3不平衡结晶及其组织?（2）不平衡共晶①?不平衡共晶：位于共晶线以外成分的合金发生共晶反应而形
成的组织。②原因：不平衡结晶。成分位于共晶线以外端点附件。第三节二元共晶相图及合金凝固3不平衡结晶及
其组织???（3）离异共晶①?离异共晶：两相分离的共晶组织。②?形成原因平衡条件下，成分位于共晶线上两端
点附近。不平衡条件下，成分位于共晶线外两端点附。③?消除：扩散退火。第三节二元共晶相图及合金凝
固4共晶组织的形成（1）共晶体的形成成分互惠－交替形核片间搭桥－促进长大?
两相交替分布（共晶组织）第三节二元共晶相图及合金凝固4共晶组
织的形成?（2）共晶体的形态粗糙－粗糙界面：层片状（一般情况）、棒状、纤维状（一相数量明显少于另一相）
第三节二元共晶相图及合金凝固4共晶组织的形成?（2）共晶体的形态粗糙－平滑界面：具有不规则或复
杂组织形态.（由于两相微观结构不同）所需动态过冷度不同，金属相任意长大，另一相
在其间隙长大。可得到球状、针状、花朵状、树枝状共晶体。非金属相与液相成分差别大。形成较大成分过冷，率先长大，形成针状、骨
骼状、螺旋状、蜘蛛网状的共晶体。第三节二元共晶相图及合金凝固4共晶组织的形成??
（3）初生晶的形态：金属固溶体：粗糙界面－树枝状；非金属相：平滑界面－规则多面体。第四节二元包晶相图及合金凝固
第四节二元包晶相图及合金凝固第四节二元包晶相图及合金凝固第四节
二元包晶相图及合金凝固第四节二元包晶相图及合金凝固第四节二元包晶相图及合金凝固
第四节二元包晶相图及合金凝固第四章相图第三节共晶相图第四章相
图第三节共晶相图第四章相图第三节共晶相图6h第四章相图第三节共晶相图第四
章相图第三节共晶相图第四章相图第三节共晶相图第四章相图第三节共晶相图第四
章相图第四节包晶相图包晶转变：由一个特定成分的固相和液相生成另一个特点成分固相的转变。Perit
ecticReaction包晶相图：具有包晶转变特征的相图。1相图分析点、线、区。第四章相图
第四节包晶相图2平衡结晶过程及其组织（1）包晶合金的结晶结晶过程：包晶线以下，L,α对β过饱和－界面生成β－三
相间存在浓度梯度－扩散－β长大－全部转变为β。室温组织：β或β＋αⅡ。第四章相图第四节包晶相图2平衡结晶
过程及其组织（1）包晶合金的结晶结晶过程：包晶线以下，L,α对β过饱和－界面生成β－三相间存在浓度梯度－扩散－β长大－全部转
变为β。室温组织：β或β＋αⅡ。第四章相图第四节包晶相图2平衡结晶过程及其组织?（2）成
分在d-p之间合金的结晶结晶过程：α剩余(量的计算)；室温组织：α＋β＋αⅡ＋βⅡ。第四章相图第四节包
晶相图2平衡结晶过程及其组织?第四章相图第四节包晶相图3不平衡结晶及其组织
异常α相导致包晶偏析〔包晶转变要经β扩散。包晶偏析：因包晶转变不能充分进行而导致的成分不均匀现象。〕异常β相由
不平衡包晶转变引起。成分在靠近固相、包晶线以外端点附近。SmithWF.FoundationsofM
aterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E第四章相图第四
节包晶相图4包晶转变的应用（1）组织设计。如轴承合金需要的软基体上分布硬质点的组织。
（2）晶粒细化。如在铝合金中添加少量的钛（TiAl3)Properties:Mechanical
AndFunctionalProcessing,Synthesis,AndphasetransformationS
tructureandcharacterizationTheoryandModeling第四章相图第一
节基本知识第四章相图第一节基本知识第四章相图第一节基本知识第四
章相图第一节基本知识第四章相图第二节匀晶相图（3）相图分析两点：纯组元的熔
点；两线：L,S相线；三区：L,α,L+α。第四章相图第二节匀晶相图?2003
Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearni
ng?isatrademarkusedhereinunderlicense.第四章相图第二节匀晶
相图?2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.Thoms
onLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.第四章相图
第二节匀晶相图第四章相图第二节匀晶相图第四章相图第二节匀晶相图?2003Bro
oks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?
isatrademarkusedhereinunderlicense.第四章相图第二节匀晶相图
3h第四章相图第二节匀晶相图第四章相图第二节匀晶相图第四章相图第二节匀
晶相图第四章相图第二节匀晶相图液相完全不混合第四章相图第二节匀晶相图第四章相图
第二节匀晶相图第四章相图第三节共晶相图第四章相图第三节共晶相图第四章相
图第三节共晶相图(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning
,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicens
e.第四章相图第三节共晶相图(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThoms
onLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinu
nderlicense.(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning
,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicens
e.第四章相图第三节共晶相图(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThoms
onLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinu
nderlicense.第四章相图第三节共晶相图(c)2003Brooks/Cole,adivisi
onofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkus
edhereinunderlicense.(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.第四章相图第三节共晶相图(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.第四章相图第三节共晶相图(c)2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.第四章相图第三节共晶相图 |
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