材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)-2015

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)內(nèi)容復(fù)習(xí)內(nèi)容2015.62015.6期末考試形式期末考試形式材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)2014-2015第第2學(xué)期學(xué)期類型類型1、名詞解釋（、名詞解釋（15分）分）2、判斷題（、判斷題（20分）分）3、填空題（、填空題（20分）分）4、簡答題（、簡答題（15分）分）5、作圖識圖（、作圖識圖（15分）分）6、計算題（、計算題（15分）分）第一章第一章 原子結(jié)構(gòu)與鍵合原子結(jié)構(gòu)與鍵合概念：概念：1、原子間鍵合類型及本質(zhì)。、原子間鍵合類型及本質(zhì)。2、金屬、高分子、陶瓷材料中的鍵類型、金屬、高分子、陶瓷材料中的鍵類型、 典型物質(zhì)名稱典型物質(zhì)名稱。材材 料料 中中 的的 鍵鍵范德

2、瓦爾力（二次鍵）范德瓦爾力（二次鍵）共價鍵共價鍵金屬鍵金屬鍵半導(dǎo)體半導(dǎo)體聚合物聚合物離子鍵離子鍵陶瓷和玻璃陶瓷和玻璃金屬金屬結(jié)結(jié) 合合 鍵鍵 的的 特特 性性離子鍵離子鍵共價鍵共價鍵金屬鍵金屬鍵結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點無方向性或方向性不明無方向性或方向性不明顯，配位數(shù)大顯，配位數(shù)大方向性明顯，配位數(shù)小，方向性明顯，配位數(shù)小，密度小密度小無方向性，無飽和性，無方向性，無飽和性，配位數(shù)大，密度大配位數(shù)大，密度大力學(xué)特點力學(xué)特點強(qiáng)度高，劈裂性良好，強(qiáng)度高，劈裂性良好，硬度大硬度大強(qiáng)度高，硬度大強(qiáng)度高，硬度大有各種強(qiáng)度，有塑性有各種強(qiáng)度，有塑性熱學(xué)特點熱學(xué)特點熔點高，膨脹系數(shù)小，熔點高，膨脹系數(shù)小，熔體中有離

3、子存在熔體中有離子存在熔點高，膨脹系數(shù)小，熔點高，膨脹系數(shù)小，熔體中有的含有分子熔體中有的含有分子有各種熔點高，導(dǎo)熱性有各種熔點高，導(dǎo)熱性好，液態(tài)的溫度范圍寬好，液態(tài)的溫度范圍寬電學(xué)特點電學(xué)特點絕緣體，熔體為導(dǎo)體絕緣體，熔體為導(dǎo)體 絕緣體，熔體為非導(dǎo)體絕緣體，熔體為非導(dǎo)體導(dǎo)電體導(dǎo)電體根據(jù)原子間鍵和的不同，將材料分為金屬、陶瓷和高分子根據(jù)原子間鍵和的不同，將材料分為金屬、陶瓷和高分子第二章固體結(jié)構(gòu)第二章固體結(jié)構(gòu)1、概念：、概念：空間點陣、晶體結(jié)構(gòu)、晶胞、晶向族、晶面族、晶帶及晶帶空間點陣、晶體結(jié)構(gòu)、晶胞、晶向族、晶面族、晶帶及晶帶定律、配位數(shù)、致密度、間隙固溶體、置換固溶體、電子濃定律、配位數(shù)、

4、致密度、間隙固溶體、置換固溶體、電子濃度、電子化合物、間隙相、間隙化合物、超結(jié)構(gòu)。度、電子化合物、間隙相、間隙化合物、超結(jié)構(gòu)。2、計算、計算晶向、晶面指數(shù)的標(biāo)定，原子的線、面密度，致密度。晶向、晶面指數(shù)的標(biāo)定，原子的線、面密度，致密度。體心立方體心立方堆垛因子（致密度）堆垛因子（致密度）0.68配位數(shù)：配位數(shù)：8面心立方面心立方堆垛因子（致密度）堆垛因子（致密度）0.74配位數(shù)：配位數(shù)：12密排六方密排六方堆垛因子（致密度）堆垛因子（致密度）0.74配位數(shù)：配位數(shù)：12晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) = 空間點陣空間點陣 + 基元基元剛球模型剛球模型三種典型金屬結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特點三種典型金屬結(jié)構(gòu)的晶體學(xué)特點結(jié)

5、構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征晶體結(jié)構(gòu)類型晶體結(jié)構(gòu)類型面心立方面心立方(A1)體心立方體心立方(A2)密排六方密排六方(A3)點陣常數(shù)點陣常數(shù)aaa, c (c/a =1.633)原子半徑原子半徑R晶胞內(nèi)原子數(shù)晶胞內(nèi)原子數(shù)426配位數(shù)配位數(shù)128 12致密度致密度0.740.680.74a42a43 4321,222caa14種布拉菲點陣種布拉菲點陣與與7個晶系個晶系7個晶系個晶系棱邊長度及夾角關(guān)系棱邊長度及夾角關(guān)系14種布拉菲點陣種布拉菲點陣立方立方a=b=c,=90簡單立方簡單立方體心立方體心立方面心立方面心立方四方四方a=bc,=90簡單四方簡單四方體心四方體心四方菱方菱方a=b=c,=90簡單菱方簡單

6、菱方六方六方a1=a2=a3c,= 90,=120簡單六方簡單六方正交正交abc,=90簡單正交簡單正交底心底心正交正交體心體心正交正交面心面心正交正交單斜單斜abc,=90簡單單斜簡單單斜底心底心單斜單斜三斜三斜abc,90簡單三斜簡單三斜立方晶系常見晶向立方晶系常見晶向 由于由于3個坐標(biāo)軸存在個坐標(biāo)軸存在正、正、負(fù)值負(fù)值，因此在晶向指數(shù)中，因此在晶向指數(shù)中也可存在負(fù)值。也可存在負(fù)值。如：如：111,111 , 111 晶向族：晶向族：立方晶系常見晶面立方晶系常見晶面晶面族：晶面族：100 六角晶系中的晶向、晶面六角晶系中的晶向、晶面（a）晶向）晶向（b）晶面）晶面02110011 0001

7、)0101() 1110()0001( 注意注意：三指數(shù)系統(tǒng)與：三指數(shù)系統(tǒng)與四指數(shù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換關(guān)系四指數(shù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換關(guān)系晶晶 帶帶 定定 律律 所有平行或相交于同一直線的晶面構(gòu)成所有平行或相交于同一直線的晶面構(gòu)成晶帶晶帶，此直線，此直線稱為稱為晶帶軸晶帶軸，屬于此晶帶的晶面稱為，屬于此晶帶的晶面稱為晶帶面晶帶面。晶帶軸晶帶軸u v w與該晶帶的與該晶帶的晶面（晶面（h k l）之間存在以下關(guān)系：之間存在以下關(guān)系：hu + kv + lw = 0u v w（h k l）晶帶軸晶帶軸晶帶面晶帶面晶帶晶帶線性與平面原子密度線性與平面原子密度線原子密度：線原子密度：在特定的晶向上，線矢量通過原子中心，在特定的

8、晶向上，線矢量通過原子中心，2個原子中心間的個原子中心間的線段長度為線段長度為l，此線段中包含的，此線段中包含的原子部分原子部分的尺寸為的尺寸為c， c / l為線原子密度（為線原子密度（LD）。）。面原子密度：面原子密度：在特定的晶面上，晶面通過原子中心，由幾在特定的晶面上，晶面通過原子中心，由幾個原子中心構(gòu)成的平面的個原子中心構(gòu)成的平面的面積面積Ap，此平面中包含的，此平面中包含的原子原子部分的面積部分的面積Ac， Ac / Ap為面原子密度（為面原子密度（PD）。）。密度計算密度計算AvogardroNVAnAcmolatoms/10023.623x常數(shù)，常數(shù)，阿伏加多羅阿伏加多羅晶胞體

9、積晶胞體積原子重量原子重量晶胞中的原子數(shù)晶胞中的原子數(shù)密度密度rNVnAAc=r 晶體結(jié)構(gòu)可以視為原子密排面在空晶體結(jié)構(gòu)可以視為原子密排面在空間一層一層平行堆垛的結(jié)果。間一層一層平行堆垛的結(jié)果。密排密排面面數(shù)數(shù)量量密排密排方向方向數(shù)數(shù)量量體心立方體心立方11064面心立方面心立方11146密排六方密排六方六方六方底面底面1底面對底面對角線角線3密排面密排面 密排方向密排方向32種點群、種點群、 230種空間群種空間群點群：點群：是指一個晶體中是指一個晶體中所有點對稱元素的集合所有點對稱元素的集合。點群在宏觀。點群在宏觀上表現(xiàn)為晶體外形的對稱。上表現(xiàn)為晶體外形的對稱。 晶體外形中只能有晶體外形中

10、只能有32種對稱點群種對稱點群的原因：的原因：(1)點對稱與平移對稱兩者共存于晶體結(jié)構(gòu)中，它們相互協(xié)調(diào)，彼此制約；點對稱與平移對稱兩者共存于晶體結(jié)構(gòu)中，它們相互協(xié)調(diào)，彼此制約；(2) 點對稱元素組合時必須通過一個公共點，必須遵循一定的規(guī)則，使組合點對稱元素組合時必須通過一個公共點，必須遵循一定的規(guī)則，使組合的對稱元素之間能夠自洽。的對稱元素之間能夠自洽?？臻g群：空間群：用以描述晶體中原子組合的所有可能方式，用以描述晶體中原子組合的所有可能方式， 是確定晶體結(jié)構(gòu)的依據(jù)。是確定晶體結(jié)構(gòu)的依據(jù)。230種空間群：種空間群：晶體結(jié)構(gòu)中晶體結(jié)構(gòu)中32個點群個點群和和14種布拉菲點陣種布拉菲點陣的組合得到。

11、的組合得到。合合 金金 相相 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)合金（合金（Alloy）：）：兩種或兩種以上兩種或兩種以上金屬元素金屬元素，或，或金屬元素與非金屬金屬元素與非金屬元素元素，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其它方法組合而成并，經(jīng)熔煉、燒結(jié)或其它方法組合而成并具有金屬特性具有金屬特性的物質(zhì)。的物質(zhì)。組元（組元（Component）：）：組成合金最基本的獨立的物質(zhì)，通常組元組成合金最基本的獨立的物質(zhì)，通常組元就是組成合金的就是組成合金的元素元素，也可以是，也可以是穩(wěn)定的化合物穩(wěn)定的化合物。組元間由于物理的或。組元間由于物理的或化學(xué)的相互作用，可形成各種相?；瘜W(xué)的相互作用，可形成各種相。相（相（Phase）：）：是合金中具有是

12、合金中具有同一聚集狀態(tài)同一聚集狀態(tài)、相同晶體結(jié)構(gòu)相同晶體結(jié)構(gòu)、成分成分和性能均一和性能均一，并以，并以界面（相界）界面（相界）相互分開的組成部分。相互分開的組成部分。合金中的相結(jié)構(gòu)：合金中的相結(jié)構(gòu)：可分為可分為固溶體固溶體和和中間相中間相兩大類。兩大類。合金中的相結(jié)構(gòu)：合金中的相結(jié)構(gòu)： 固溶體固溶體:置換式固溶體置換式固溶體間隙式固溶體間隙式固溶體 中間相（金屬間化合物）中間相（金屬間化合物） :正常價化合物正常價化合物_符合化合物原子價規(guī)律符合化合物原子價規(guī)律電子化合物電子化合物(休姆休姆-羅塞里相羅塞里相)_電子濃度決定晶體結(jié)構(gòu)電子濃度決定晶體結(jié)構(gòu)間隙相間隙相_rX/rM0.59時，形成復(fù)

13、雜晶體結(jié)構(gòu)時，形成復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu), Fe3C電子濃度電子濃度: 合金中價電子數(shù)目與原子數(shù)目的比值，即合金中價電子數(shù)目與原子數(shù)目的比值，即e/a100)100(/BxxAaeA，B分別為溶劑、溶質(zhì)的原子價，分別為溶劑、溶質(zhì)的原子價，x為溶質(zhì)的原子分?jǐn)?shù)（為溶質(zhì)的原子分?jǐn)?shù)（%）固固 溶溶 體體定義：定義：溶質(zhì)原子完全溶于固態(tài)溶劑中，并能保持溶質(zhì)原子完全溶于固態(tài)溶劑中，并能保持溶劑元素的溶劑元素的晶格類型晶格類型,這種類型的合金相稱為固溶體。這種類型的合金相稱為固溶體。固溶體種類：固溶體種類：根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑中的位置，可分為根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑中的位置，可分為置換式置換式（Substitutive）固溶

14、體與固溶體與間隙式（間隙式（Interstitial）固溶體。固溶體。間隙固溶體間隙固溶體 當(dāng)溶質(zhì)原子半徑小，與溶劑原子半徑差當(dāng)溶質(zhì)原子半徑小，與溶劑原子半徑差 r41% 時，溶質(zhì)原子可能進(jìn)入溶劑晶格間隙中時，溶質(zhì)原子可能進(jìn)入溶劑晶格間隙中形成間隙固溶體形成間隙固溶體 通常原子半徑小于通常原子半徑小于0.1nm的的非金屬元素非金屬元素，如，如H、C、N、O等容易成為溶質(zhì)間隙原子等容易成為溶質(zhì)間隙原子 由于溶質(zhì)原子大小比晶格間隙的尺寸大，引起由于溶質(zhì)原子大小比晶格間隙的尺寸大，引起溶劑溶劑點陣畸變點陣畸變，故間隙固溶體都是，故間隙固溶體都是有限固溶體有限固溶體面心立方晶格中的間隙面心立方晶格中的

15、間隙位于晶胞中心，由六個原子所組成位于晶胞中心，由六個原子所組成的的八面體中心八面體中心（共（共4個）個）rB/rA = 0.414位于晶胞體對角線上靠結(jié)點位于晶胞體對角線上靠結(jié)點1/4處，由四處，由四個原子所組成的個原子所組成的四面體中心四面體中心（共（共8個）個）rB/rA = 0.225設(shè)原子半徑為設(shè)原子半徑為rA, 間隙中能容納的最大圓球半徑為間隙中能容納的最大圓球半徑為rB體心立方晶格中的間隙體心立方晶格中的間隙位于晶胞六面體的面中心，由六個原位于晶胞六面體的面中心，由六個原子所組成的子所組成的八面體中心八面體中心（共（共6個）個）rB/rA = 0.15由四個原子所組成的由四個原子

16、所組成的四面四面體中心體中心 （共（共12個）個）rB/rA = 0.29 設(shè)原子半徑為設(shè)原子半徑為rA, 間隙中能容納的最大圓球半徑為間隙中能容納的最大圓球半徑為rB注：注：體心立方結(jié)構(gòu)的四面體和八面體間隙體心立方結(jié)構(gòu)的四面體和八面體間隙不對稱不對稱(其棱邊長度不全相其棱邊長度不全相等等)，這會對間隙原子的，這會對間隙原子的固溶固溶及其產(chǎn)生的及其產(chǎn)生的畸變畸變有明顯的影響。有明顯的影響。置換固溶體置換固溶體 溶解度的影響因素溶解度的影響因素 晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)相同是組元間形成晶體結(jié)構(gòu)相同是組元間形成無限固溶體無限固溶體的必要條的必要條件。組元的件。組元的晶體結(jié)構(gòu)類型不同晶體結(jié)構(gòu)類型

17、不同，其溶解度只能是有限的。，其溶解度只能是有限的。 原子尺寸：原子尺寸：組元的原子半徑差組元的原子半徑差 r15%時時，有利于形成溶解度，有利于形成溶解度較大的固溶體；當(dāng)較大的固溶體；當(dāng) r 15%時時， r 越大則溶解度越小。越大則溶解度越小。 化學(xué)親和力（電負(fù)性因素）：化學(xué)親和力（電負(fù)性因素）：組元間組元間電負(fù)性相近電負(fù)性相近，可能具有，可能具有大的溶解度；大的溶解度；電負(fù)性差大電負(fù)性差大，則化學(xué)親和力大，易形成化合物，則化學(xué)親和力大，易形成化合物，而不利于形成固溶體，固溶體的溶解度愈小。而不利于形成固溶體，固溶體的溶解度愈小。 原子價因素：原子價因素：溶質(zhì)的溶質(zhì)的原子價（電子濃度）原子

18、價（電子濃度）影響固溶體的溶解影響固溶體的溶解度，度，最大溶解度最大溶解度時，時，電子濃度電子濃度 e/a 接近接近1.4。中間相（金屬間化合物）中間相（金屬間化合物） 兩組元兩組元A和和B組成合金時，除了可形成固溶體之外，如果溶質(zhì)含量超組成合金時，除了可形成固溶體之外，如果溶質(zhì)含量超過其溶解度時，便可能形成過其溶解度時，便可能形成新相新相，其成分處于，其成分處于A在在B中、和中、和B在在A中的中的最大溶解度之間，故稱為最大溶解度之間，故稱為中間相中間相。 中間相可以是中間相可以是化合物化合物，也可以是以，也可以是以化合物為基的固溶體化合物為基的固溶體（第二類固溶第二類固溶體體或或二次固溶體二

19、次固溶體）。它的晶體結(jié)構(gòu)不同于其任一組元，結(jié)合鍵中通常）。它的晶體結(jié)構(gòu)不同于其任一組元，結(jié)合鍵中通常是是金屬鍵金屬鍵和和其它典型鍵（如離子鍵、共價鍵和分子鍵）其它典型鍵（如離子鍵、共價鍵和分子鍵）相混合。因此相混合。因此中間相具有一定的中間相具有一定的金屬特性金屬特性，又稱為，又稱為金屬間化合物金屬間化合物。 金屬間化合物種類很多，主要包括三種：金屬間化合物種類很多，主要包括三種： 正常價化合物正常價化合物 電子化合物電子化合物 間隙相和間隙化合物間隙相和間隙化合物正常價化合物正常價化合物 正常價化合物正常價化合物是指符合化合物是指符合化合物原子價規(guī)律的金屬間化合物。它原子價規(guī)律的金屬間化合物

20、。它們具有們具有嚴(yán)格的化合比嚴(yán)格的化合比，成分固定成分固定不變不變。 它的結(jié)構(gòu)與相應(yīng)分子式的它的結(jié)構(gòu)與相應(yīng)分子式的離子離子化合物晶體結(jié)構(gòu)相同化合物晶體結(jié)構(gòu)相同，如分子式，如分子式具有具有AB型的正常價化合物其晶體型的正常價化合物其晶體結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)為NaCl型。型。 正常價化合物常見于正常價化合物常見于陶瓷材料陶瓷材料，多為離子化合物。多為離子化合物。例如：例如：Mg2Pb、Mg2Sn、Mg2Ge、Mg2Si 等等等等電子化合物（休姆電子化合物（休姆-羅塞里相）羅塞里相）Hume-Rothery phase 電子化合物電子化合物是指按照一定價電子濃度的比值組成一定是指按照一定價電子濃度的比值組成一

21、定晶格類型的化合物，即晶格類型的化合物，即電子濃度決定晶體結(jié)構(gòu)電子濃度決定晶體結(jié)構(gòu)。 電子化合物電子化合物不符合化學(xué)價規(guī)律不符合化學(xué)價規(guī)律，原子間以金屬鍵為主，原子間以金屬鍵為主，具有明顯的具有明顯的金屬特性金屬特性。如：價電子濃度（如：價電子濃度（e/a）：）： 3/2 體心立方（體心立方（ 相）相）； 7/4 密排密排六方晶格（六方晶格（ 相）；相）；21/13 復(fù)雜立方（復(fù)雜立方（ 相）；相）； 電子化合物的電子化合物的熔點和硬度都很高熔點和硬度都很高，而，而塑性較差塑性較差，是有，是有色金屬中的重要色金屬中的重要強(qiáng)化相強(qiáng)化相。間間 隙隙 相相q 當(dāng)非金屬原子半徑（當(dāng)非金屬原子半徑（rX

22、）與金屬原子半徑（）與金屬原子半徑（rM）的比值）的比值rX/rM0.59時時，將形成具有將形成具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的的金屬間化合物金屬間化合物，其中非金屬原，其中非金屬原子也位于晶格的間隙處，故稱之為子也位于晶格的間隙處，故稱之為間隙化合物間隙化合物。例如例如Fe3C是鐵碳合金中的重要組成相，稱為是鐵碳合金中的重要組成相，稱為滲碳體滲碳體，具有復(fù)雜的，具有復(fù)雜的正正交晶格交晶格。Fe3C中的中的Fe原子可以部分地被其它金屬原子（原子可以部分地被其它金屬原子（Mn、Cr、Mo、W）所置換，形成）所置換，形成(Fe、Mn)3C等，稱為等，稱為合金滲碳體合金滲碳體。 間隙化合物中原子間結(jié)合

23、鍵為間隙化合物中原子間結(jié)合鍵為共價鍵共價鍵和和金屬鍵金屬鍵。間隙化。間隙化合物也具有合物也具有很高的熔點和硬度很高的熔點和硬度，脆性較大脆性較大，也是鋼中重要，也是鋼中重要的的強(qiáng)化相強(qiáng)化相之一。但之一。但與間隙相相比與間隙相相比，間隙化合物的熔點、硬，間隙化合物的熔點、硬度、以及化學(xué)穩(wěn)定性都要低一些。度、以及化學(xué)穩(wěn)定性都要低一些。第三章第三章 晶體缺陷晶體缺陷1、概念、概念肖脫基缺陷、弗侖克爾缺陷、刃型位錯、螺型位錯、柏氏矢肖脫基缺陷、弗侖克爾缺陷、刃型位錯、螺型位錯、柏氏矢量、位錯密度、位錯的滑移及攀移、弗蘭克量、位錯密度、位錯的滑移及攀移、弗蘭克-瑞德源、湯普森瑞德源、湯普森四面體、位錯反

24、應(yīng)、擴(kuò)展位錯、表面能、界面能。四面體、位錯反應(yīng)、擴(kuò)展位錯、表面能、界面能。2、計算、計算點缺陷濃度，位錯密度。點缺陷濃度，位錯密度。3、分析判斷、分析判斷位錯反應(yīng)條件，位錯受力分析。位錯反應(yīng)條件，位錯受力分析。缺缺 陷陷 種種 類類 Imperfections, Defects 點缺陷（點缺陷（Point defects）：）：最簡單的晶體缺陷，在結(jié)點上或鄰最簡單的晶體缺陷，在結(jié)點上或鄰近的微觀區(qū)域內(nèi)偏離晶體結(jié)構(gòu)的正常排列。在空間三維方向上近的微觀區(qū)域內(nèi)偏離晶體結(jié)構(gòu)的正常排列。在空間三維方向上的尺寸都很小，約為一個、幾個原子間距，又稱的尺寸都很小，約為一個、幾個原子間距，又稱零維缺陷零維缺陷。

25、 包括空位、間隙原子、雜質(zhì)、溶質(zhì)原子等。包括空位、間隙原子、雜質(zhì)、溶質(zhì)原子等。線缺陷（線缺陷（Linear defects）：）：在一個方向上的缺陷擴(kuò)展很大，其在一個方向上的缺陷擴(kuò)展很大，其它兩個方向上尺寸很小，也稱為它兩個方向上尺寸很小，也稱為一維缺陷一維缺陷。主要為位錯主要為位錯。面缺陷（面缺陷（Interfacial defects）：）：在兩個方向上的缺陷擴(kuò)展很大，在兩個方向上的缺陷擴(kuò)展很大，其它一個方向上尺寸很小，也稱為其它一個方向上尺寸很小，也稱為二維缺陷二維缺陷。 包括晶界、相界、孿晶界、堆垛層錯等。包括晶界、相界、孿晶界、堆垛層錯等。點缺陷的形成條件點缺陷的形成條件 原子熱運動

26、原子熱運動點缺陷的平衡濃度：點缺陷的平衡濃度：設(shè)由設(shè)由N個原子組成的晶體中含有個原子組成的晶體中含有n個空位，形成一個空位所需能量為個空位，形成一個空位所需能量為Ev，振動，振動熵為熵為Sf，k為波爾茲曼常數(shù)，則空位在為波爾茲曼常數(shù)，則空位在T溫度時的溫度時的空位平衡濃度空位平衡濃度C： 類似的，類似的，間隙原子平衡濃度間隙原子平衡濃度C ： 一般，晶體中一般，晶體中間隙原子間隙原子的形成能比的形成能比空位空位的形成能的形成能大大3-4倍倍，間隙原子的量與，間隙原子的量與空位相比可以忽略?？瘴幌啾瓤梢院雎?。 熱平衡缺陷（熱平衡缺陷（thermal equilibrium defects） ：由

27、于熱起伏促使原子脫離點由于熱起伏促使原子脫離點陣位置而形成的點缺陷。陣位置而形成的點缺陷。kTEAkTEkSNnCvvfexpexpexpkTEAkTEkSNnCvvfexpexpexp刃型位錯刃型位錯螺型位錯螺型位錯位錯的運動位錯的運動位錯運動是位錯的重要性質(zhì)之一，它與晶體的力學(xué)性能，位錯運動是位錯的重要性質(zhì)之一，它與晶體的力學(xué)性能，如強(qiáng)度、塑性、斷裂等密切相關(guān)如強(qiáng)度、塑性、斷裂等密切相關(guān)位錯的運動方式主要是：位錯的運動方式主要是： 滑移滑移 slip 攀移攀移 climb位錯的滑移（守恒運動）：位錯的滑移（守恒運動）：在外加切應(yīng)力作用下，位錯中在外加切應(yīng)力作用下，位錯中心附近的原子沿柏氏矢

28、量方向在滑移面上不斷作少量位移心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不斷作少量位移（小于一個原子間距）而逐步實現(xiàn)（小于一個原子間距）而逐步實現(xiàn)位錯滑移的特點位錯滑移的特點刃型位錯：滑移的刃型位錯：滑移的切應(yīng)力方向切應(yīng)力方向與與位錯線位錯線垂直；垂直； 螺型位錯：滑移的螺型位錯：滑移的切應(yīng)力方向切應(yīng)力方向與與位錯線位錯線平行。平行。 2) 2) 刃型位錯：刃型位錯：滑移方向滑移方向與與位錯運動方向位錯運動方向一致；一致； 螺型位錯：螺型位錯：滑移方向滑移方向與與位錯運動方向位錯運動方向垂直。垂直。 3) 3) 螺型位錯：如果在原滑移面上運動受阻時，有可能轉(zhuǎn)移到螺型位錯：如果在原滑移面上運動受阻時，

29、有可能轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面上繼續(xù)滑移，這稱為與之相交的另一滑移面上繼續(xù)滑移，這稱為交滑移交滑移。/位錯滑移的切應(yīng)力位錯滑移的切應(yīng)力位錯滑移方向位錯滑移方向柏氏矢量柏氏矢量位錯線方向位錯線方向位錯運動方向位錯運動方向/運動位錯的交割：運動位錯的交割：扭折：扭折：位錯交割形成的曲折線段在位錯的滑移面上。位錯交割形成的曲折線段在位錯的滑移面上。割階：割階：該曲折線段垂直于位錯的滑移面。該曲折線段垂直于位錯的滑移面。 位錯反應(yīng)：位錯反應(yīng)：位錯線之間可以合并或分解位錯線之間可以合并或分解幾何條件：幾何條件：反應(yīng)前后諸位錯的柏氏矢量之和相等，反應(yīng)前后諸位錯的柏氏矢量之和相等，b b1 + b2能量條

30、件：能量條件：反應(yīng)后位錯的總能量小于反應(yīng)前位錯的能量反應(yīng)后位錯的總能量小于反應(yīng)前位錯的能量 b 2 b1 2 + b2 2位錯的應(yīng)變能位錯的應(yīng)變能位錯的能量：位錯的能量：位錯周圍點陣畸變引起的彈性應(yīng)力場，導(dǎo)致晶體能量的增加位錯周圍點陣畸變引起的彈性應(yīng)力場，導(dǎo)致晶體能量的增加 位錯中心畸變能位錯中心畸變能Ec (大約為總應(yīng)變能的大約為總應(yīng)變能的1/10-1/15) 位錯應(yīng)力場引起的彈性應(yīng)變能位錯應(yīng)力場引起的彈性應(yīng)變能Ee (主要部分主要部分 )單位長度單位長度刃型位錯刃型位錯的應(yīng)變能的應(yīng)變能: 02ln)1 (4rRGbEee單位長度單位長度螺型位錯螺型位錯的應(yīng)變能的應(yīng)變能: 02ln4rRGb

31、Ese簡化的單位長度位錯的簡化的單位長度位錯的總應(yīng)變能總應(yīng)變能：E = Gb2 約為約為0.5 - 1 單位長度單位長度混合位錯混合位錯的應(yīng)變能的應(yīng)變能: 02ln4rRKGbEmeG 切變模量切變模量K 角度因素角度因素 幾何系數(shù)幾何系數(shù)b 柏氏矢量柏氏矢量 泊松比泊松比 作用在位錯的力作用在位錯的力 在在外切應(yīng)力外切應(yīng)力 的作用下，位錯的移動可以理解為有一個垂直于位錯線的作用下，位錯的移動可以理解為有一個垂直于位錯線的力的力 Fd 作用于位錯線上。作用于位錯線上。Fd = b Fd 的方向總是與的方向總是與位錯線相垂直位錯線相垂直，并指向滑移面的未滑移部分，并指向滑移面的未滑移部分 作用在

32、位錯上的力只是作用在位錯上的力只是一種組態(tài)力一種組態(tài)力，它不代表位錯附近原子實際所受，它不代表位錯附近原子實際所受力，也區(qū)別于作用在晶體上的力，其方向力，也區(qū)別于作用在晶體上的力，其方向與外切應(yīng)力方向不一定一致與外切應(yīng)力方向不一定一致 一根位錯具有唯一的柏氏矢量，只要作用在晶體上的切應(yīng)力是均勻的，一根位錯具有唯一的柏氏矢量，只要作用在晶體上的切應(yīng)力是均勻的，則各段則各段位錯所受的力大小相同位錯所受的力大小相同 FdFd 位錯的線張力位錯的線張力 線張力線張力T可以理解為使位錯增加單位長度所需的能量，可以理解為使位錯增加單位長度所需的能量， 故：故： T = kGb2， k 約為約為0.5-1

33、若位錯長度為若位錯長度為ds，單位長度位錯線所受的力為，單位長度位錯線所受的力為 b， 則：則： bds = 2Tsin(d/2)， 由于由于ds = rd，當(dāng)，當(dāng)d 很小時，很小時，sin（d/2）（d/2） 因此：因此： b = T/r Gb2/2r 兩端固定的位錯在切應(yīng)力兩端固定的位錯在切應(yīng)力 作用下作用下 與位錯線彎曲度與位錯線彎曲度 r 的關(guān)系的關(guān)系 = Gb/2r位錯間的交互作用力位錯間的交互作用力1）兩平行）兩平行螺位錯螺位錯的交互作用的交互作用rbGbbf221212）兩平行）兩平行刃位錯刃位錯的交互作用的交互作用 沿沿x方向方向的切應(yīng)力分量（滑移）的切應(yīng)力分量（滑移）： 沿沿

34、y方向方向的正應(yīng)力分量（攀移）的正應(yīng)力分量（攀移）：22222212)()()1 (2yxyxxbGbbfyxx22222212)()3()1 (2yxyxybGbbfxxy 在同一滑移面上的位錯，在同一滑移面上的位錯，同性同性相斥、異性相吸（見右圖）相斥、異性相吸（見右圖） 在不同滑移面上的位錯，在不同滑移面上的位錯，小角度小角度晶界晶界的形成。的形成。 相互平行的螺位錯和刃位錯之間相互平行的螺位錯和刃位錯之間不發(fā)生相互作用不發(fā)生相互作用（柏氏矢量相互（柏氏矢量相互垂直）垂直） 混合位錯，先分解、再疊加混合位錯，先分解、再疊加 位錯的生成和增殖位錯的生成和增殖位錯的密度位錯的密度 Densi

35、ty of dislocations： 位錯密度是位錯密度是單位體積單位體積晶體中所含的位錯線的晶體中所含的位錯線的總長度總長度： = L/V（1/cm2） 一般，位錯密度也定義為一般，位錯密度也定義為單位面積單位面積所見到的所見到的位錯數(shù)目位錯數(shù)目 充分退火的多晶體金屬中，充分退火的多晶體金屬中，= 106 108 cm-2 劇烈冷變形的金屬中：劇烈冷變形的金屬中：= 1010 1012 cm-2 超純金屬單晶體：超純金屬單晶體： 103 cm-2面面 缺缺 陷陷 Interfacial Defects 表面及界面表面及界面 Surface、Interface、Boundary 界面：界面：

36、通常包含通常包含幾個原子層厚幾個原子層厚的區(qū)域，其原子排列及化的區(qū)域，其原子排列及化學(xué)成分學(xué)成分不同于晶體內(nèi)部不同于晶體內(nèi)部，可視為二維結(jié)構(gòu)分布，也稱為晶，可視為二維結(jié)構(gòu)分布，也稱為晶體的體的面缺陷面缺陷。界面對晶體的物理、化學(xué)和力學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響界面對晶體的物理、化學(xué)和力學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響 外表面：外表面：指固體材料與氣體或液體的分界面。它與摩擦、吸附、指固體材料與氣體或液體的分界面。它與摩擦、吸附、腐蝕、催化、光學(xué)、微電子等密切相關(guān)腐蝕、催化、光學(xué)、微電子等密切相關(guān) 內(nèi)界面：內(nèi)界面：分為晶粒界面、亞晶界、孿晶界、相界面等分為晶粒界面、亞晶界、孿晶界、相界面等晶界分類晶界分類(根據(jù)

37、相鄰晶粒位相差根據(jù)相鄰晶粒位相差)小角度晶界小角度晶界 Low-angle grain boundary： 相鄰晶粒的位相鄰晶粒的位相差小于相差小于10，亞晶界一般為亞晶界一般為2左右。左右。大角度晶界大角度晶界 High-angle grain boundary： 相鄰晶粒的位相差相鄰晶粒的位相差大于大于10 晶界能晶界能晶界上原子畸變引起的系統(tǒng)自由能的升高，單位：晶界上原子畸變引起的系統(tǒng)自由能的升高，單位：J/m2v 小角度晶界小角度晶界能量主要能量主要來自來自位錯能量位錯能量，與位相差，與位相差 有關(guān)：有關(guān)：v = 0(A-ln) 大角度晶界能量基本為大角度晶界能量基本為定值，與晶粒之間

38、位相差定值，與晶粒之間位相差無關(guān)無關(guān) ： 0.25 1.0 J/m2 第四章第四章 凝固與擴(kuò)散凝固與擴(kuò)散1、概念、概念凝固、結(jié)晶、過冷、過冷度、結(jié)構(gòu)起伏、能量起伏、均勻形核、非均勻形凝固、結(jié)晶、過冷、過冷度、結(jié)構(gòu)起伏、能量起伏、均勻形核、非均勻形核、臨界晶核半徑、臨界形核功及物理意義、形核率、光滑界面、粗糙界核、臨界晶核半徑、臨界形核功及物理意義、形核率、光滑界面、粗糙界面；擴(kuò)散通量、穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、擴(kuò)散系數(shù)、擴(kuò)散激活能、菲克第面；擴(kuò)散通量、穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散、擴(kuò)散系數(shù)、擴(kuò)散激活能、菲克第一定律、菲克第二定律、柯肯達(dá)爾效應(yīng)、互擴(kuò)散一定律、菲克第二定律、柯肯達(dá)爾效應(yīng)、互擴(kuò)散(化學(xué)擴(kuò)散）、

39、自擴(kuò)散、化學(xué)擴(kuò)散）、自擴(kuò)散、上坡擴(kuò)散、反應(yīng)擴(kuò)散。上坡擴(kuò)散、反應(yīng)擴(kuò)散。2、分析、判斷、計算、分析、判斷、計算l 液態(tài)金屬在正、負(fù)溫度梯度下的生長過程，控制凝固后晶粒大小方法；液態(tài)金屬在正、負(fù)溫度梯度下的生長過程，控制凝固后晶粒大小方法；l 擴(kuò)散相關(guān)物理量計算；擴(kuò)散相關(guān)物理量計算；l 分析影響擴(kuò)散的因素，解釋一些現(xiàn)象；分析影響擴(kuò)散的因素，解釋一些現(xiàn)象；l 利用一些結(jié)論。如利用一些結(jié)論。如“鋼鐵材料滲碳處理時，擴(kuò)散需要的時間鋼鐵材料滲碳處理時，擴(kuò)散需要的時間 t 與擴(kuò)散距與擴(kuò)散距離離 x 的平方成正比，即的平方成正比，即t x2 ”; 以及以及“同一個擴(kuò)散系統(tǒng)，擴(kuò)散系數(shù)同一個擴(kuò)散系統(tǒng)，擴(kuò)散系數(shù) D

40、與與擴(kuò)散時間擴(kuò)散時間 t 的乘積為一常數(shù)，即的乘積為一常數(shù)，即 Dt = 常數(shù)常數(shù) ”解決實際問題。解決實際問題。 結(jié)構(gòu)起伏結(jié)構(gòu)起伏 Structural undulation：液態(tài)金屬中存在著原子排列液態(tài)金屬中存在著原子排列規(guī)則（有序）的小區(qū)域（規(guī)則（有序）的小區(qū)域（原子團(tuán)原子團(tuán)），這些大小不一的原子集），這些大小不一的原子集團(tuán)是與固態(tài)結(jié)構(gòu)類似的；這些原子集團(tuán)不穩(wěn)定，一會兒在這團(tuán)是與固態(tài)結(jié)構(gòu)類似的；這些原子集團(tuán)不穩(wěn)定，一會兒在這里消失，一會兒在那里出現(xiàn)（原子重新聚集），里消失，一會兒在那里出現(xiàn)（原子重新聚集），此起彼伏此起彼伏，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為結(jié)構(gòu)起伏結(jié)構(gòu)起伏。 能量起伏能量起伏 E

41、nergy undulation：造成結(jié)構(gòu)起伏的原因是液態(tài)金屬造成結(jié)構(gòu)起伏的原因是液態(tài)金屬中存在著能量起伏，中存在著能量起伏，能量低能量低的地方有序原子團(tuán)才能形成，遇的地方有序原子團(tuán)才能形成，遇到到能量高峰能量高峰又散開成無序狀態(tài)。又散開成無序狀態(tài)。 結(jié)構(gòu)起伏結(jié)構(gòu)起伏與與能量起伏能量起伏是對應(yīng)的是對應(yīng)的結(jié)晶過程結(jié)晶過程 晶核形成（形核）：晶核形成（形核）： 在過冷的金屬液體中，尺在過冷的金屬液體中，尺寸較大的晶胚不再被熔化掉，寸較大的晶胚不再被熔化掉，能夠穩(wěn)定保留下來的能夠穩(wěn)定保留下來的晶胚晶胚就就成了開始結(jié)晶的成了開始結(jié)晶的核心核心； 晶核長大：晶核長大： 然后然后晶核晶核不斷長大。隨著不斷

42、長大。隨著結(jié)晶結(jié)晶過程的進(jìn)行，固相逐漸過程的進(jìn)行，固相逐漸增多，液相逐漸減少，直至增多，液相逐漸減少，直至全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿哭D(zhuǎn)變?yōu)楣滔喙滔?結(jié)構(gòu)起伏、能量起伏驅(qū)動力驅(qū)動力 Driving force：固、液兩相的自由能之差固、液兩相的自由能之差G = GS - GL就是結(jié)晶的驅(qū)動力就是結(jié)晶的驅(qū)動力 在恒溫、恒壓的條件下，單位體積的液體與固體的自由能之差為：在恒溫、恒壓的條件下，單位體積的液體與固體的自由能之差為： “ - ” 表示由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)自由能降低；表示由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)自由能降低；Lm 熔化潛熱熔化潛熱;T = Tm - T 過冷度過冷度 Undercooling 過冷度過冷度T 越大，結(jié)

43、晶的驅(qū)動力也就越大；越大，結(jié)晶的驅(qū)動力也就越大； T = 0，Gv = 0，即沒有，即沒有驅(qū)動力，結(jié)晶不能進(jìn)行驅(qū)動力，結(jié)晶不能進(jìn)行 結(jié)晶的熱力學(xué)條件：結(jié)晶的熱力學(xué)條件：結(jié)晶必須有一定的過冷度結(jié)晶必須有一定的過冷度（熱過冷）（熱過冷）mmVTTLG自由能隨溫度變化示意圖自由能隨溫度變化示意圖驅(qū)動力驅(qū)動力過冷度過冷度形形 核核 Nucleation金屬結(jié)晶時，形核方式有兩種：金屬結(jié)晶時，形核方式有兩種： 均勻形核均勻形核 Homogeneous nucleation： 指在均勻單一的液相中形成固相結(jié)晶核心的過程指在均勻單一的液相中形成固相結(jié)晶核心的過程 非均勻形核非均勻形核 Heterogeneo

44、us nucleation： 由于外界因素，如雜質(zhì)顆粒、鑄型內(nèi)壁等，促進(jìn)結(jié)由于外界因素，如雜質(zhì)顆粒、鑄型內(nèi)壁等，促進(jìn)結(jié)晶晶核的形成晶晶核的形成均勻形核的自由能變化均勻形核的自由能變化 在過冷的條件下，金屬液體中晶胚的形成和增大，將引起在過冷的條件下，金屬液體中晶胚的形成和增大，將引起系統(tǒng)自由能變化：系統(tǒng)自由能變化： 轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)固態(tài)的那部分體積，引起的那部分體積，引起自由能下降自由能下降； 晶胚與液相之間增加的晶胚與液相之間增加的界面界面，造成，造成自由能（表面能）增大自由能（表面能）增大23434VGG 設(shè)單位體積設(shè)單位體積自由能的下降為自由能的下降為Gv (Gv 0，x = 0， =

45、s x = ， = 0則濃度則濃度 (x,t)可表示為可表示為（求解過程見講義）（求解過程見講義）：)2()(),(0Dtxerftxsst x2Dt = 常數(shù)常數(shù) 擴(kuò)散的熱力學(xué)分析擴(kuò)散的熱力學(xué)分析下坡擴(kuò)散：下坡擴(kuò)散：菲克第一定律描述了物質(zhì)菲克第一定律描述了物質(zhì)從高濃度向低濃度擴(kuò)散從高濃度向低濃度擴(kuò)散的現(xiàn)象，的現(xiàn)象，擴(kuò)散的結(jié)果導(dǎo)致濃度梯度的減小，使成份趨于均勻擴(kuò)散的結(jié)果導(dǎo)致濃度梯度的減小，使成份趨于均勻上坡擴(kuò)散（逆向擴(kuò)散）：上坡擴(kuò)散（逆向擴(kuò)散）：物質(zhì)也可能物質(zhì)也可能從低濃度區(qū)向高濃度區(qū)擴(kuò)從低濃度區(qū)向高濃度區(qū)擴(kuò)散散，擴(kuò)散的結(jié)果提高了濃度梯度，擴(kuò)散的結(jié)果提高了濃度梯度擴(kuò)散的驅(qū)動力：擴(kuò)散的驅(qū)動力：并

46、不是濃度梯度，而擴(kuò)散前后并不是濃度梯度，而擴(kuò)散前后自由能之差自由能之差（化學(xué)化學(xué)勢梯度勢梯度） 固態(tài)擴(kuò)散的分類固態(tài)擴(kuò)散的分類 化學(xué)擴(kuò)散、互擴(kuò)散化學(xué)擴(kuò)散、互擴(kuò)散 interdiffusion：依賴于依賴于濃度梯度濃度梯度的擴(kuò)散的擴(kuò)散 包括：原子擴(kuò)散、反應(yīng)擴(kuò)散、上坡擴(kuò)散、下坡擴(kuò)散包括：原子擴(kuò)散、反應(yīng)擴(kuò)散、上坡擴(kuò)散、下坡擴(kuò)散 自擴(kuò)散自擴(kuò)散 self-diffusion：僅由僅由熱振動熱振動而產(chǎn)生擴(kuò)散，不依賴于而產(chǎn)生擴(kuò)散，不依賴于濃度梯度的擴(kuò)散濃度梯度的擴(kuò)散 互擴(kuò)散、自擴(kuò)散的區(qū)別：互擴(kuò)散、自擴(kuò)散的區(qū)別：在于擴(kuò)散前后在于擴(kuò)散前后是否有濃度是否有濃度的變化的變化，有濃度變化則為互擴(kuò)散（化學(xué)擴(kuò)散），無濃，有

47、濃度變化則為互擴(kuò)散（化學(xué)擴(kuò)散），無濃度變化則為自擴(kuò)散度變化則為自擴(kuò)散擴(kuò)散機(jī)制擴(kuò)散機(jī)制 Diffusion mechanisms 擴(kuò)散原子理論擴(kuò)散原子理論擴(kuò)散機(jī)制，擴(kuò)散機(jī)制，就是擴(kuò)散原子在晶體點陣中遷移的具體方式就是擴(kuò)散原子在晶體點陣中遷移的具體方式 包括：包括： 1、交換擴(kuò)散（、交換擴(kuò)散（exchange diffusion） 2、間隙擴(kuò)散（、間隙擴(kuò)散（interstitial diffusion） 3、空位擴(kuò)散（、空位擴(kuò)散（vacancy diffusion） 4、晶界及表面擴(kuò)散（、晶界及表面擴(kuò)散（grain boundary or surface diffusion） 5、位錯擴(kuò)散（、位錯

48、擴(kuò)散（dislocation diffusion）第五章第五章 形變與再結(jié)晶形變與再結(jié)晶1、概念、概念應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)力應(yīng)變曲線、滯彈性、彈性模量、泊松比、應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)力應(yīng)變曲線、滯彈性、彈性模量、泊松比、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、塑性、滑移、孿生、滑移帶、臨界分屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、塑性、滑移、孿生、滑移帶、臨界分切應(yīng)力、加工硬化、柯氏氣團(tuán)、形變織構(gòu)、殘余應(yīng)力、金屬切應(yīng)力、加工硬化、柯氏氣團(tuán)、形變織構(gòu)、殘余應(yīng)力、金屬強(qiáng)化機(jī)制、斷裂（脆性、延性）、回復(fù)、再結(jié)晶、多邊化、強(qiáng)化機(jī)制、斷裂（脆性、延性）、回復(fù)、再結(jié)晶、多邊化、二次再結(jié)晶、弓出形核。二次再結(jié)晶、弓出形核。2、計算、分析、判斷、計算、分析、判斷

49、形變相關(guān)物理量計算、相關(guān)機(jī)理分析判斷。形變相關(guān)物理量計算、相關(guān)機(jī)理分析判斷。晶體的塑性變形晶體的塑性變形 單晶體單晶體變形的微觀過程變形的微觀過程 彈性變形彈性變形外力克服單晶外力克服單晶原子間的鍵合力原子間的鍵合力，使原子偏離，使原子偏離其平衡位置，試樣開始伸長其平衡位置，試樣開始伸長 晶面滑移晶面滑移當(dāng)外力大于屈服極限后，沿單晶的當(dāng)外力大于屈服極限后，沿單晶的某一特定某一特定晶面原子晶面原子的產(chǎn)生相對滑移。隨應(yīng)力的增加，發(fā)生滑移的晶的產(chǎn)生相對滑移。隨應(yīng)力的增加，發(fā)生滑移的晶面增加，塑性變形量加大。面增加，塑性變形量加大。單晶體的塑性變形，主要通過單晶體的塑性變形，主要通過滑移滑移，還有，還

50、有孿生孿生、扭折扭折等等滑移系滑移系 = 滑移面滑移面 + 滑移方向滑移方向coscosAF宏觀起始宏觀起始屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度取向因子取向因子臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力滑移的位錯機(jī)制滑移的位錯機(jī)制 點陣阻力（派點陣阻力（派-納力）納力）bWGbdGNP2exp12)1 (2exp12 實測晶體滑移的臨界切應(yīng)力，較理論計算低實測晶體滑移的臨界切應(yīng)力，較理論計算低34個數(shù)量級，表明晶個數(shù)量級，表明晶體滑移是借助位錯在滑移面上運動而逐步實現(xiàn)的體滑移是借助位錯在滑移面上運動而逐步實現(xiàn)的 晶體滑移需克服點陣阻力，由派爾斯晶體滑移需克服點陣阻力，由派爾斯R. Peierls 和納巴羅和納巴羅F.R.N. Na

51、barro 首先估算了此阻力，即派首先估算了此阻力，即派-納力納力 N-P，相當(dāng)于簡單立方晶體，相當(dāng)于簡單立方晶體中使刃形位錯運動所需的中使刃形位錯運動所需的臨界分切應(yīng)力臨界分切應(yīng)力：d 滑移面的面間距；滑移面的面間距；b 柏氏矢量（滑移方向上的原子間距）；柏氏矢量（滑移方向上的原子間距）； 泊松比；泊松比； 位錯寬度位錯寬度1dW晶界的影響：晶界的影響： 晶界上原子排列不規(guī)則、點陣畸變、兩側(cè)滑移方向和滑移面不一致，晶界上原子排列不規(guī)則、點陣畸變、兩側(cè)滑移方向和滑移面不一致，因此，室溫下晶界對滑移具有因此，室溫下晶界對滑移具有阻礙效應(yīng)阻礙效應(yīng)。位錯在晶界處的位錯在晶界處的位錯塞積效應(yīng)位錯塞積效

52、應(yīng)抑制了位錯源的開動。抑制了位錯源的開動。晶體的塑性變形晶體的塑性變形 多晶體多晶體增加了多晶體金屬的增加了多晶體金屬的塑性變形抗力塑性變形抗力金屬的強(qiáng)化機(jī)制：金屬的強(qiáng)化機(jī)制：與約束和釘扎位錯的滑移有關(guān)與約束和釘扎位錯的滑移有關(guān)1、固溶強(qiáng)化：、固溶強(qiáng)化：柯氏柯氏Cotrell氣團(tuán)氣團(tuán)2、加工硬化：、加工硬化：冷加工程度，冷加工程度，3、細(xì)晶強(qiáng)化：、細(xì)晶強(qiáng)化：4、彌散強(qiáng)化：、彌散強(qiáng)化：%100%0AAACWHall-Petch 公式公式dky0yCold workRecoveryRecrystallizationGrain growth冷變形金屬的加熱冷變形金屬的加熱 組織變化組織變化回復(fù)：回復(fù)

53、：晶粒的晶粒的形態(tài)、大小形態(tài)、大小與變形態(tài)相同，但與變形態(tài)相同，但亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)、性能性能已有變化已有變化再結(jié)晶：再結(jié)晶：出現(xiàn)出現(xiàn)無畸變的等軸晶粒無畸變的等軸晶粒，逐步取代變形晶粒，逐步取代變形晶粒晶粒長大：晶粒長大：再結(jié)晶結(jié)束后的再結(jié)晶結(jié)束后的晶粒繼續(xù)長大晶粒繼續(xù)長大冷變形金屬的加熱冷變形金屬的加熱 性能變化性能變化 強(qiáng)度和硬度：強(qiáng)度和硬度： 回復(fù)階段變化小；回復(fù)階段變化小； 再結(jié)晶階段變化大再結(jié)晶階段變化大(與位錯密度有關(guān)與位錯密度有關(guān)) 電阻：電阻： 回復(fù)階段已有大的變化回復(fù)階段已有大的變化(與點缺陷有關(guān)與點缺陷有關(guān)) 內(nèi)應(yīng)力：內(nèi)應(yīng)力： 回復(fù)階段消除大部或全部內(nèi)應(yīng)力；回復(fù)階段消除大部或全部

54、內(nèi)應(yīng)力； 再結(jié)晶階段全部消除微觀內(nèi)應(yīng)力再結(jié)晶階段全部消除微觀內(nèi)應(yīng)力 亞晶粒尺寸：亞晶粒尺寸： 回復(fù)階段變化小；回復(fù)階段變化小； 接近再結(jié)晶時，顯著增大接近再結(jié)晶時，顯著增大 密度：密度： 再結(jié)晶階段急劇增高再結(jié)晶階段急劇增高(缺陷減少缺陷減少) 儲存能的變化：儲存能的變化： 再結(jié)晶階段釋放多再結(jié)晶階段釋放多 回復(fù)回復(fù) Recovery現(xiàn)象：現(xiàn)象：除除內(nèi)應(yīng)力大大減少內(nèi)應(yīng)力大大減少外，在光學(xué)顯微鏡下看不到金相組外，在光學(xué)顯微鏡下看不到金相組織的變化。在電子顯微鏡下觀察，點缺陷有所減少，位錯在形織的變化。在電子顯微鏡下觀察，點缺陷有所減少，位錯在形態(tài)上也有變化，但數(shù)量沒有明顯減少態(tài)上也有變化，但數(shù)量

55、沒有明顯減少 回復(fù)階段退火的作用：回復(fù)階段退火的作用： 提高擴(kuò)散提高擴(kuò)散 促進(jìn)位錯運動促進(jìn)位錯運動 釋放內(nèi)應(yīng)變能釋放內(nèi)應(yīng)變能回復(fù)退火產(chǎn)生的結(jié)果：回復(fù)退火產(chǎn)生的結(jié)果： 電阻率下降電阻率下降 硬度、強(qiáng)度下降不多硬度、強(qiáng)度下降不多 降低內(nèi)應(yīng)力降低內(nèi)應(yīng)力再結(jié)晶再結(jié)晶 Recrystallization現(xiàn)象：現(xiàn)象：顯微組織顯微組織重新改組重新改組的過程，原來的晶粒全部被的過程，原來的晶粒全部被新的小晶粒新的小晶粒 所代替，基本所代替，基本消除加工硬化消除加工硬化的影響的影響驅(qū)動力：驅(qū)動力：變形金屬經(jīng)回復(fù)后未被釋放的儲存能（相當(dāng)于變形金屬經(jīng)回復(fù)后未被釋放的儲存能（相當(dāng)于變形總儲變形總儲 能的能的90%）過

56、程：過程：再結(jié)晶的再結(jié)晶的形核形核和和長大長大過程過程特點：特點：無晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分的變化，無晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分的變化，不是相變不是相變；新晶粒長大通；新晶粒長大通 過過短程擴(kuò)散短程擴(kuò)散；再結(jié)晶程度依賴于；再結(jié)晶程度依賴于溫度溫度和和時間時間 冷變形金屬加熱到一定溫度后，在原變形組織中重冷變形金屬加熱到一定溫度后，在原變形組織中重新產(chǎn)生了新產(chǎn)生了無畸變的等軸新晶粒無畸變的等軸新晶粒，性能發(fā)生明顯的變，性能發(fā)生明顯的變化、并恢復(fù)到變形前狀況的過程化、并恢復(fù)到變形前狀況的過程再結(jié)晶形核模式再結(jié)晶形核模式 晶界弓出形核（應(yīng)變誘導(dǎo)晶界移動、凸出形核）晶界弓出形核（應(yīng)變誘導(dǎo)晶界移動、凸出形核） 亞晶合并機(jī)制亞晶合并機(jī)制 亞晶遷移機(jī)制亞晶遷移機(jī)制再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度定義定義1：一般以顯微鏡中出現(xiàn)一般以顯微鏡中出現(xiàn)第