高等金屬學 終極

1、晶體學基礎及晶體結(jié)構(gòu)：一、名詞解釋1.空間點陣：一種表示晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)點排列規(guī)律的幾何圖形。組成晶體的粒子（原子、離子或分子）在三維空間中形成有規(guī)律的某種對稱排列如果我們用點來代表組成晶體的粒子，這些點的空間排列就稱為空間點陣。點陣中的各個點，稱為陣點?？臻g點陣是一種數(shù)學抽象。2.晶體結(jié)構(gòu)：組成晶體的物質(zhì)質(zhì)點（原子、離子或分子）依靠一定的結(jié)合鍵結(jié)合后，在三維空間做有規(guī)律的周期性的重復排列方式（晶體中實際質(zhì)點的具體排列方式）。3.布喇菲點陣：除考慮晶胞外形外，還考慮陣點位置所構(gòu)成的點陣。（或除考慮旋轉(zhuǎn)對稱性外，還考慮平移對稱性，經(jīng)有心化后構(gòu)成的全部點陣）4.結(jié)構(gòu)基元：是指晶體中作周期性規(guī)律重復排

2、列的那部分內(nèi)容。它是晶體中重復排列的基本單元，必須滿足化學組成相同、空間結(jié)構(gòu)相同、排列取向相同和周圍環(huán)境相同的條件。5.反演：反演是一種對稱操作。反演也稱為對稱中心，是晶體中心的一個假想點，任意通過此點的直線的等距離兩端，必定找到對應的點。對稱中心的對稱操作是對此點的反伸。6.對稱性：對稱性就是物體或圖像中各部分間所具有的相似性，概括地說對稱性就是在描述物體變量的空間中物體經(jīng)過某種變換后的不變性。7.對稱變換：任何物體（幾何圖形、晶體、函數(shù)）都可以在描述它的變量空間對它的整體作適當?shù)淖儞Q，如果這種變換使物體本身重合（即它在變換后不變亦即轉(zhuǎn)換成自己），這樣的物體就是對稱的，這樣的變換就是對稱性變

3、換。物體變換成自身意味著物體某部分變換后和另一部分重合，這就是說物體具有（或可以劃分為）等同部分。二、討論晶體結(jié)構(gòu)和空間點陣之間的關系。 答：晶體結(jié)構(gòu)和空間點陣既有聯(lián)系又有區(qū)別。 （1）聯(lián)系：晶體結(jié)構(gòu)=結(jié)構(gòu)基元+空間點陣。晶體結(jié)構(gòu)是在每個空間點陣點上安放一個結(jié)構(gòu)基元，是由結(jié)構(gòu)基元在三維空間呈周期性重復排列，把結(jié)構(gòu)基元抽象為一個點，晶體結(jié)構(gòu)就抽象成空間點陣。 （2）區(qū)別：空間點陣是晶體中質(zhì)點排列的幾何學抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對稱性，它是由集合點在三維空間理想的周期性規(guī)則排列而成。由于各陣點的周圍環(huán)境相同，它只能有14種類型；而晶體結(jié)構(gòu)則是晶體中實際質(zhì)點（原子、離子或分子）的具體排

4、列情況，因此實際存在的晶體結(jié)構(gòu)是無限的，且可能存在局部缺陷。三、寫出7大晶系、14種布喇菲點陣。答：7大晶系14種布喇菲點陣如下圖所示。布喇菲點陣晶系布喇菲點陣晶系簡單三斜三斜（abc，90）簡單六方六方（a1=a2=a3c，=90，=120）簡單單斜底心單斜單斜（abc，=90）簡單菱方菱方（a=b=c，=90）簡單正交底心正交體心正交面心正交正交（abc，=90）簡單四方體心四方四方（a=bc，=90）簡單立方體心立方面心立方立方（a=b=c，=90）四、根據(jù)面心立方和體心立方點陣晶胞，計算八面體間隙和四面體間隙的位置、數(shù)量和大小。解：（1）面心立方結(jié)構(gòu) 1.八面體間隙 位置：立方體中心和

5、每個棱邊的中心。 數(shù)量：1+121/4=4個間隙半徑：八面體間隙中心到近鄰原子球面最短距離方向是方向，在a長度內(nèi)包含一個原子直徑和一個間隙直徑，所以八面體間隙半徑為：r八面= (a-2r)= （2r-2r）=0.414r式中a=2r,r=a/42.四面體間隙 位置：4條對角線上，每一條對角線上有2個，它們的中心位置是1/4 1/4 1/4及其等效位置。數(shù)量：42=8個間隙半徑：四面體間隙中心到最近鄰原子中心的方向是方向，在a/4長度內(nèi)包含1個原子半徑和1個四面體間隙半徑，所以四面體間隙半徑為：r四面=a-r=2r-r=0.225r 式中a=2r（2）體心立方結(jié)構(gòu)1.八面體間隙 位置：在立方體每

6、個面的中心和每條棱邊的中心。 數(shù)量：61/2+121/4=6個間隙半徑：1)根據(jù)方向計算：r八面=(a-2r)= （r-2r）=0.1547r式中a=r，r=a2)根據(jù)方向計算： r四面=0.633r2.四面體間隙 位置：中心為1/2 1/4 0以及等效位置。 數(shù)量：641/2=12個間隙半徑：r四面=r-r=0.291r五、為什么碳和氮在-Fe中的固溶度比-Fe中的大？答：（1）-Fe為fcc結(jié)構(gòu)晶體，-Fe為bcc結(jié)構(gòu)晶體。從致密度看，盡管-Fe的總間隙量比-Fe大，但-Fe每個間隙的尺寸遠小于-Fe的間隙尺寸，所以-Fe的間隙可容納的間隙固溶原子的數(shù)量明顯要多，因此，碳原子和氮原子溶入-

7、Fe比溶入-Fe要容易些，所以碳和氮-Fe中的固溶度比-Fe中的大。 （2）從溫度來看，D = D0exp(-Q/RT)。T越高，擴散系數(shù)越大，擴散越容易，而-Fe存在的溫度高于-Fe，所以碳和氮在-Fe中擴散更容易，固溶度要更大一些。(3)從固溶度來看，-Fe的最大固溶度為2.11%而-Fe的最大固溶度為0.0218%.相圖合金中含有金屬間化合物AmBn，形成以化合物為基的固溶體，即中間相。P103 3-5 P132 3-47 P104 3-6 P160 12 分析三元相圖投影圖中O1、O2、O3合金平衡冷卻過程中發(fā)生的相變化和組織變化。 圖3-77，給出Fe-Cr-C系w（Cr）為17%的

8、垂直截面。（a） 把各相區(qū)的各相名稱填上。（b） 從界面上能判斷哪一些三相區(qū)的三相反應類型，是什么反應？（c） 有哪幾個四相區(qū)，哪些四相區(qū)能從截面上判斷四相反應類型，是什么反應？（d） 1.5%C-17%Cr-Fe合金加熱時不出現(xiàn)液相的最高溫度是多少？ 請根據(jù)下列條件畫出一個二元相圖。A和B的熔點分別是1000和700 ；含wB=0.25%的合金正好在500 完全凝固，它的平衡組織由73.3%的先共晶和26.7%的共晶（+）組成。而wB=0.50的合金在500 的組織由40%的先共晶和60%的共晶（+）組成，并且此合金的總量為50%。 解：設共晶線上兩端點成分分別為：wB=x，wB=y，共晶點

9、的成分為：wB=z，根據(jù)已知條件有：73%=(z-0.25)/(z-x)100% 26.7%=(0.25- z)/(z-x)100% 40%=(z-0.50)/(z-x)100% 50%=(y-0.50)/(y-x)100% 由上述方程組分別解得：x=0.05B，y=0.95B，z=0.80B 共晶轉(zhuǎn)變 包共晶轉(zhuǎn)變 包晶轉(zhuǎn)變晶體缺陷： 1. 位錯：指晶體材料的一種內(nèi)部微觀缺陷，即原子的局部不規(guī)則排列?；儏^(qū)只有幾個或十幾個原子間距的寬度，而長度方向尺寸很大，達到晶體的宏觀尺寸，呈管道狀。 2.柏氏矢量：是一個反映位錯周圍點陣畸變總累積的物理量，表示位錯區(qū)域晶格畸變的大小和方向。4.攀移：指在熱

10、缺陷或外力作用下，刃型位錯在垂直于滑移面的方向上運動，并伴隨著空位的增加和減少，稱之為攀移。 5交滑移：螺型位錯在一個滑移面上遇到障礙物，還可以轉(zhuǎn)換到與之相交的另一個滑移 面上滑移。這種滑移稱為交滑移。6.不全位錯：把柏氏矢量不等于點陣矢量整數(shù)倍的位錯稱為不全位錯9. 擴展位錯：一個全位錯分解為兩個不全位錯，中間夾雜著一個堆垛層錯所構(gòu)成的位 錯組態(tài)。 11.共格孿晶界面：共格孿晶界是最簡單的特殊大角度晶界。如果兩晶粒的界面平行于孿晶界，且界面上的原子完全坐落在界面兩側(cè)晶體的點陣位置上，這種界面稱為共格孿晶界。 13.重合位置點陣：若將可無限延伸的兩個具有相同陣點的簡單立方晶體中一個相對于另一個

11、晶體某低指數(shù)的晶軸旋轉(zhuǎn)特殊角度時，這兩個晶體點陣中一些陣點會重合起來。這些重合位置的陣點在空間將構(gòu)成三維空間的超點陣，稱為重合位置點陣。 14.Cottrell氣團：金屬內(nèi)部存在的大量位錯，當溶質(zhì)原子引起的畸變是球形對稱時，在溶子原子與位錯應力場的交互作用下，在刃型位錯附近經(jīng)常會吸附大量的異 類溶質(zhì)原子，圍繞位錯形成溶質(zhì)原子氣團，稱為“柯氏氣團”。 15.位錯塞積群：同一滑移面上從位錯源產(chǎn)生出來的同號位錯被阻塞在滑移面上的障礙物（晶界、第二相等）前面，形成一種前端密、后端稀疏的位錯排列組態(tài)。 .16割階和扭折:不同滑移面上運動的位錯在運動中相遇有可能發(fā)生位錯互相切割的現(xiàn)象，在交割之后，在原位錯

12、線上會產(chǎn)生一小段折線（臺階），若折線（臺階）與原位錯線不在同一原子面上，這段折線（臺階）被稱為“割階”，若折線（臺階）與原位錯線不在同一原子面上，這段折線（臺階）被稱為 “扭折”。 18派納力：指周期點陣中移動半個位錯所需的臨界切應力。 二 位錯在材料中作用1. 強化1) 位錯的交互作用2) 塑性變形，溶質(zhì)與位錯、位錯與位錯交互作用，阻礙位錯運動，強度提高3) 溶質(zhì)原子與位錯交互作用，材料發(fā)生屈服4) 擴展位錯轉(zhuǎn)變?yōu)槊娼俏诲e5) 細晶強化6) 彌散強化7) 有序強化（偏聚）2. 溶質(zhì)原子在位錯偏聚達到過飽和會出現(xiàn)脫溶3. 螺位錯生長機制4. 易于擴散，是高效擴散通道5. 位錯使彈性模量減少6.

13、 固態(tài)相變位錯處能量高（點陣畸變能量增加）、雜質(zhì)原子聚集易于形核7. 影響材料物理性能（如發(fā)光）8. 位錯塞積易形成裂紋9. 回復再結(jié)晶點陣畸變能量增加，細化晶粒 10.位錯與溶質(zhì)原子的交互作用會產(chǎn)生應變時效和屈服三、晶界特性1、晶界處點陣畸變大，存在界面能。晶粒的長大和晶界的平直化都能減少晶界面積，從而降低晶界的總能量。2、晶界處原子排列不規(guī)則，在常溫下晶界的存在會對位錯的運動起阻礙作用，致使塑性變形抗力提高。晶粒越細小，材料的強度越高，這就是晶界強化。3、晶界處原子偏離平衡位置，具有較高的能量，并且晶界處存在較多的缺陷如空位、雜質(zhì)原子和位錯等，故晶界處原子的擴散速度比晶內(nèi)快得多。4、在固態(tài)

14、相變過程中，由于晶界能量較高且原子活動能力較大，所以新相易于在晶界處優(yōu)先形核。原始晶粒越細，晶界越多，則新相形核率也相應越高。5、由于成分偏析出和內(nèi)吸附現(xiàn)象，特別是晶界富集雜質(zhì)原子的情況下，往往晶界熔點較低，故在加熱過程中，因溫度過高將引起晶界熔化和氧化，導致“過熱”現(xiàn)象產(chǎn)生。6、由于晶界能量較高、原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，以及晶界富集雜質(zhì)原子的緣故，與晶內(nèi)相比晶界的腐蝕速度一般較快。四、小角度晶界、大角度晶界P349-P372擴散1、 菲克第一定律在穩(wěn)態(tài)擴散的情況下，單位時間內(nèi)通過垂直擴散方向的某一單位面積物質(zhì)截面的物質(zhì)流量（擴散通量J)與此時的濃度梯度成正比。 適用于穩(wěn)態(tài)擴散 J擴散通量，原子數(shù)

15、目/m2或kg/m2s擴散通量是單位時間內(nèi)通過垂直擴散方向的某一單位面積物質(zhì)截面的物質(zhì)通量。x沿擴散方向的距離，mC體積濃度，原子數(shù)目/m3或kg/m3D擴散系數(shù)，m2/s2、 菲克第二定律非穩(wěn)態(tài)擴散，各點的濃度隨時間而改變3、 擴散系數(shù)影響因素：1.溫度:在低溫和高溫分別以晶界擴散和體擴散機制進行。2、 壓力:壓力越大擴散系數(shù)越大。3、組元濃度：。兩組元特性差異大，自擴散系數(shù)就大。從熔點來說，加入組元會使固溶體的熔點下降，則自擴散系數(shù)升高。4、第三組元：向體系中加入能形成穩(wěn)定化合物的元素時，會使D下降。5、晶體結(jié)構(gòu)：密排結(jié)構(gòu)點陣中的擴散要比非密排點陣擴散慢，這一規(guī)律適用于置換溶質(zhì)原子，也適用

16、于間隙溶質(zhì)原子。6、晶體缺陷：晶界（相界）、位錯、表面等晶體缺陷都是高擴散的通道。4、 柯肯達爾效應兩種擴散速率不同的金屬在擴散中形成缺陷。5、 三元系發(fā)生擴散時，擴散層內(nèi)能否出現(xiàn)兩相共存區(qū)域，三相共存區(qū)？為什么？三元系擴展層內(nèi)部可能存在三相共存區(qū)，但可以存在兩相共存區(qū)。三元系中若出現(xiàn)三相平衡共存，其兩相中成分一定且不同相中同一組分的化學位相等，化學位梯度為零，擴散不可能發(fā)生。三元系在兩相共存時，由于自由度數(shù)為2，在溫度一定時，其組成相的成分可以發(fā)生變化，使兩相中相同組元的原子化學位平衡受到破壞，引起擴散。（化學位梯度）1、在鋼表面上，鐵的每20個單位晶胞中有一個碳原子，在表面下1mm處，每3

17、0個單位晶胞中才有一個碳原子。在1000時，其擴散系數(shù)為310-11m2/s；結(jié)構(gòu)為面心立方（a=0.365nm）。問每分鐘有多少個碳原子擴散經(jīng)過一個單位晶胞？解：計算鋼棒表面及表面下1mm處的碳濃度那么 每一個單位晶胞的面積為a2所以 2、三元系發(fā)生擴散時，擴散層內(nèi)能否出現(xiàn)兩相共存區(qū)域，三相共存區(qū)？為什么？解：三元系擴散層內(nèi)不可能存在三相共存區(qū)，但可以存在兩相共存區(qū)。原因：三元系中若出現(xiàn)三相平衡共存，其三相中成分一定且不同相中同一組分的化學位相等，化學位梯度為零，擴散不可能發(fā)生。三元系在兩相共存時，由于自由度數(shù)為2，在溫度一定時，其組成相的成分可以變化，使兩相中相同組元的原子化學位平衡受到破

18、壞，引起擴散。3、已知Zn在Cu中的擴散系數(shù) 試計算300時的擴散系數(shù)。解：4、在鎳與鉭中間插入一個0.05cm厚的MgO層作為擴散屏障，以阻止Ni與Ta兩種金屬之間的相互作用。在1400時，Ni原子能穿過MgO層擴散到Ta中。計算：（1）每秒鐘通過MgO層的Ni原子數(shù)（2）Ni原子層減少1m厚度所需的時間是多少？已知Ni原子在MgO中的擴散系數(shù)是910-12cm2/s，且1400時Ni原子的點陣常數(shù)為3.610-8cm。解：（1）在Ni與MgO界面上Ni的濃度為在Ta/MgO界面上Ni的濃度為0，所以濃度梯度為Ni通過MgO層的擴散通量為因此，每秒鐘透過2cm2cm界面的Ni原子總數(shù)為1.5

19、4101322鎳原子/s=6.161013鎳原子/s(2)在一秒鐘之內(nèi)，從Ni/MgO界面擴散出去的Ni原子的體積為則Ni層每秒鐘減少的厚度為由此可得，Ni層減少1m所需的時間為相變相：系統(tǒng)內(nèi)物理性質(zhì)均勻的部分，與其他部分之間有分界面隔開。均勻的一相或幾個混合相內(nèi)，出現(xiàn)具有不同成分、不同結(jié)構(gòu)或不同組織形態(tài)或性質(zhì)的相，稱為相變。熱力學：朝著能量最低的方向進行（方向）動力學：選擇阻力最小、速度最快的途徑進行（途徑）晶體學：可以有不同的形態(tài)，獲得不同的相，其中只有最適合結(jié)構(gòu)環(huán)境的新相才易生存下來（結(jié)果）1、簡述固態(tài)相變與液-固相變在形核、長大規(guī)律方面有何特點？分析這些特點對所形成的組織會產(chǎn)生什么影響

20、？解：相變驅(qū)動力：新相與母相的自由能之差。相變阻力：界面能、彈性應變能固態(tài)相變液-固相變形核形核阻力因比體積差而引起的畸變能及新相出現(xiàn)而增加的表面能（相變阻力大）形成新相而增加的表面能核的形狀片狀、針狀等球狀核的位置大部分在缺陷處或晶界上非均勻形核?？赡艹霈F(xiàn)亞穩(wěn)相形成共格、半共格界面，出現(xiàn)取向關系；尚有無核轉(zhuǎn)變在各種現(xiàn)存界面或晶體表面非均勻形核長大新相生長受擴散或界面控制（原子遷移率低），以團狀或球狀方式長大；可能獲得大的過冷度，導致無擴散相變新相生長受溫度和擴散速率的控制，以枝晶方式長大組織特點組織細小，并可有多種形態(tài)：如魏氏組織、馬氏體組織、沿晶界析出等產(chǎn)生枝晶偏析及疏松、氣孔、夾雜等冶金

21、缺陷固態(tài)相變形均勻核條件：要有過冷度、能量起伏、結(jié)構(gòu)起伏、成分起伏一、 為什么容易在缺陷處形核答：晶體缺陷處，能量高，促進形核；溶質(zhì)原子擴散容易，提高形核率。1） 界面形核：1、能量高，降低形核功。 2、易擴散、偏析，利于擴散相變。 3、在現(xiàn)有界面形核，只需部分重建，阻力小。 4、新相/母相形成共格、半共格界面降低界面能。2） 位錯形核：1、新相生成處位錯消失，能量釋放，提高驅(qū)動力。 2、溶質(zhì)原子常在位錯線上偏聚，位錯又是擴散的通道，此處容易滿足新相成分上的需求。3、對于半共格界面形核，原有的位錯可以作為補償錯配的界面位錯，使形核時的能量增值減小。3） 空位形核：促進擴散，新相生成處空位消失，

22、提供能量空位群可凝結(jié)成位錯。二、 晶體長大實質(zhì)是相界面不斷向母相中遷移的過程。驅(qū)動力是新舊相的體自由能差。1、 界面過程控制的晶核長大1、 非熱激活長大界面推移時原子從母相遷移到新相并不需要跳離原來位置，也不改變相鄰原子的排列次序，而是靠切變方式使整層母相原子轉(zhuǎn)變?yōu)樾孪?。此過程不需要熱激活。協(xié)同型長大：臺階式長大：若新舊相為共格或半共格界面，且半共格界面上的位錯不能做垂直于界面方向的滑移或攀移。非熱激活長大的晶核長大速度很大，且長大速度對溫度不敏感。2、熱激活長大基本無化學成分變化的相變，當界面的推移是由單個原子獨立地跨越界面而進行,要克服能壘，需熱激活幫助。新相晶核的長大速度u小，對溫度敏感

23、2、長程擴散過程控制的晶核長大：當新相成分不同時，隨著新相的長大，必須有原子長距離擴散以滿足成分上的要求，當界面上的成分滿足要求后，界面遷移仍與界面結(jié)構(gòu)有關。若點陣容易改組，那么長大主要取決于長距離擴散過程，所以稱為擴散控制型長大。1）長程擴散控制的球形核心長大2）長程擴散控制的片狀核心的長大三、 相變動力學Johnson-Mehl動力學方程Avrami動力學方程 X：相變后體積分數(shù) t:相變時間 n:時間指數(shù) k:比例系數(shù)相變TTT曲線（時間溫度轉(zhuǎn)變曲線）從高溫相到低溫相，隨著溫度降低，相變驅(qū)動力增加，擴散能力減小。P494四、固態(tài)相變的特點1、相變自由能新相與母相自由能之差是相變的驅(qū)動力，

24、相變自由能必須為負值才能發(fā)生相變，負值越大，相變越容易進行。2、相變阻力大界面能增加；比容不同，引起體積變化產(chǎn)生額外彈性應變能；新舊相化學成分不同，擴散困難。3、新相母相間存在一定的晶體學位相關系新相的某一晶面和晶相分別與母相的某一晶面和晶相平行Fe-C合金中M，有111y /011M y/M沒有確定的位向關系, 兩相的界面肯定是非共格的。4、晶體缺陷促進形核固態(tài)晶體中存在晶界、亞晶界、位錯、相界等各種晶體缺陷，固態(tài)相變一般在缺陷處優(yōu)先形核。5、 慣習現(xiàn)象：新相沿特定的晶相在母相特定晶面上形成。6、 易出現(xiàn)過渡相：新母晶體結(jié)構(gòu)差異大，二者之間比界面能高，相變勢壘大，易協(xié)調(diào)形成中間產(chǎn)物（過渡相）

25、7、 原子擴散：冷卻速度很打時，會抑制擴散控制型相變，而發(fā)生無擴散相變8、 新相有特定的形狀5、 P514 13 阿佛拉米方程6、 形核的阻力，形狀，位置（上面的表格中有）1、同素異晶轉(zhuǎn)變：純金屬在一定的溫度和壓力下，由一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。如鋼在冷卻時由奧氏體中析出先共析鐵素體的過程。2、偽共析轉(zhuǎn)變：接近共析點成分的合金，冷卻到共析點以下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變的過程。3、彈性應變能，在變形過程中，外力所作的功轉(zhuǎn)變?yōu)閮Υ嬗诠腆w內(nèi)的能量，固體在外力作用下，因變形而儲存能量稱為變形能或應變能。變形能有彈性變形能與塑性變形能。當外力逐漸減小，變形逐漸減小，固體會釋放出部分能量而作功，

26、這部分能量為彈性變形能。4、固態(tài)晶體中存在晶界、亞晶界、位錯、相界等各種晶體缺陷，固態(tài)相變一般在缺陷處優(yōu)先形核。第六章形變與再結(jié)晶1. 彈性變形：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。這種可恢復的變形稱為彈性變形。2彈性模量：表征晶體中原子間結(jié)合力強弱的物理量，在工程上，是材料剛度的度量。材料在彈性變形階段，其應力和應變成正比例關系（即符合胡克定律），其比例系數(shù)稱為彈性模量。3.塑性變形：塑性變形是物質(zhì)在一定的條件下，在外力的作用下產(chǎn)生形變，當施加的外力撤 除或消失后該物體不能恢復原狀的一種物理現(xiàn)象，即產(chǎn)生不可逆的永久變形。4.加工硬化指數(shù)

27、：因塑性變形引起的硬度和強度增加的度量，真應力 與真應變 ，n 為加工硬化指數(shù)，對材料的加工變形行為具有重要影響，反映了材料抵抗繼續(xù)塑性變形的能力。n=1表示完全彈性行為，n=0表示完全不具備加工硬化能力即無塑性變形能力，n值越大，材料的冷加工性能越好。加工過程中應力與應變的關系，表征材料的強度。5儲存能：冷變形所消耗能量的一小部分以彈性應變能和結(jié)構(gòu)缺陷能的形式存在于變形晶體內(nèi)骨，稱為儲存能。6.Hall-Petch關系：表示材料屈服強度 與晶粒尺寸的關系 s代表了材料的屈服強度，0 表示移動單個位錯時產(chǎn)生的晶格摩擦阻力，ks 是晶格障礙強度系數(shù)， d是材料平均晶粒直徑。7再結(jié)晶：將冷變形金屬

28、或合金加熱到一定溫度之后，在原變形組織中重新產(chǎn)生無畸變的等軸新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯變化并恢復到變形前的狀況，這個過程稱為再結(jié)晶。 8二次再結(jié)晶：在再結(jié)晶結(jié)束后，正常長大過程被抑制而發(fā)生少數(shù)晶粒的異常長大的現(xiàn)象。這種晶粒的不均勻長大就好像在再結(jié)晶后均勻細小的等軸晶粒中又重新發(fā)生了再結(jié)晶， 所以稱為二次再結(jié)晶。9再結(jié)晶拉軋：在形變奧氏體完全再結(jié)晶溫度以上的溫度范圍進行軋制變形，各軋制首次均發(fā)生再結(jié)晶 細化從而得到十分細小的奧氏體晶粒組織，由此使鋼材性能明顯提高的軋制工藝。10未再結(jié)晶拉軋：形變奧氏體再結(jié)晶溫度以下的溫度范圍進行軋制變形，使形變奧氏體晶粒 拉長壓扁程度及形變儲能被累積，在隨后的奧

29、氏體-鐵素體相變時得到非常細小 的鐵素體晶粒組織，由此使鋼材性能明顯提高的軋制工藝。11形變誘導相變：當新相在形變的基體相中產(chǎn)生時，相變過程可明顯加速，稱為形變誘導相變。（可細化晶粒）一、回復在結(jié)晶組織變化性能變化：二、再結(jié)晶開始溫度與熔點之間的關系12.示意畫出單晶的應力-應變（-）曲線，并表出各階段。鋁（層錯能約為200mJ/m2 ）和 不銹鋼（層錯能約為10 mJ/m2 ）哪一種材料形變第階段開始得更早?這兩種材料滑移特征有什么區(qū)別?解：右圖是單晶的應力-應變(-)曲線的示意圖。第III階段是動態(tài)回復階段，主要的機制是在塞積群中的螺位錯交滑移，使得塞積群前的應力集中得以松弛，從而使硬化率

30、下降。所以越容易交滑移的材料第III階段開始越早。鋁的層錯能很高，位錯一般不能擴展，所以其螺位錯容易交滑移；而不銹鋼的層錯能很低，位錯通常都會擴展，所以螺位錯不容易交滑移。所以鋁在受力時更早進 入第III階段。P426 5第7章 強化韌化機制提高材料強度的途徑，兩種方法，一，完全消除內(nèi)部缺陷，使材料的強度接近理論強度2、 增加材料內(nèi)部缺陷，提高強度，引入大量缺陷，阻礙位錯運動（固溶強化，細晶強化，第二相強化，形變強化）強度：材料抵抗變形和斷裂的能力1、馬氏體強化：碳間隙固溶強化、孿晶界強化、相變位錯強化，低溫回火后-碳化物沉淀強化。2、應變硬化：位錯強化。3、沉淀強化或時效硬化：第二相強化，包

31、括碳化物、氮化物、氧化物、硼化物、硫化物及金屬間化合物。4、固溶強化：合金元素固溶于基體相中形成固溶體而使其強化的方式。機制：形成固溶體時，由于溶質(zhì)原子與溶劑金屬原子應力不同，溶劑晶格發(fā)生畸變，并在周圍造成一個彈性場。此應力場與運動的位錯的應力場發(fā)生交互作用，使位錯的運動受阻。6、 位錯強化：滑移位錯運動時，鄰近的其他位錯將與之產(chǎn)生各種交互作用，使其運動受阻而產(chǎn)生強化。面心立方金屬利用位錯強化是很有利。其強化量與金屬中的位錯密度有關7、 細晶強化：通過細化晶粒使晶界所占比例增高而阻礙位錯滑移產(chǎn)生強化的方式。s =0+ Ksd-1/2s屈服強度；0派納力或稱摩擦阻力;Ks晶格障礙強度系數(shù)；d晶粒

32、直徑。晶粒愈細小，強化作用愈大，強度愈高。機制：由于晶界增多，使得位錯在晶界處的塞集現(xiàn)象增多，位錯從一個晶粒運動到另一個晶粒所需的應力集中也增大了，所以由晶界的增多以及相鄰晶粒取向不同產(chǎn)生了強化效應。由于晶粒尺寸的減小，則在相同的力作用下，晶粒內(nèi)部和晶界附近的應變相差較小，變形較均勻，相對來說因應力集中而引起開裂的機會也較小，這就可能在開裂之前承受較大的變形量，所以能得到較大的伸長率或斷面伸縮率，故細晶強化也提高材料的塑性。8、第二相強化：材料通過基體中分布有細小彌散的第二相顆粒而產(chǎn)生強化的方法。1）不可變形微粒強化(切過機制)1、位錯切過粒子，粒子產(chǎn)生寬度為b的表面臺階，使總的界面能升高。2

33、、當粒子是有序結(jié)構(gòu)時，則位錯切過粒子時會打亂滑移面上下的有序排列，產(chǎn)生反相疇界，引起能量的升高。3、由于第二相粒子與基體的晶體點陣不同或至少是點陣常數(shù)不同，故當位錯切過粒子時必然在其滑移面上引起原子的錯排，需要額外做工，給位錯運動帶來困難。4、由于粒子與基體的比體積差別，而且沉淀粒子與母相之間保持共格或半共格結(jié)合，故在粒子周圍產(chǎn)生彈性應力場，此應力場與位錯會產(chǎn)生交互作用，對位錯運動有阻礙。5、由于基體與粒子中的滑移面取向不一致，則位錯切過后會產(chǎn)生一割階，割階存在會阻礙整個位錯線的運動。6、由于粒子的層錯能與基體不同，當擴展位錯通過后，其寬度會發(fā)生變化，引起能量升高。2）可變形微粒強化（繞過機制）當位錯運動與粒子相遇時，將受其阻擋，使位錯線繞著它發(fā)生彎曲。隨著外加應力的增大，位錯線受阻部分的彎曲加劇，以致圍繞著粒子的位錯線在左右兩邊相遇，于是正負位錯彼此抵消，形成包圍著粒子的位錯環(huán)留下，位錯線的其余部分則越過粒子繼續(xù)運動。這種移動阻力很大。奧羅萬方程 粒子越多，粒子間距越小，強化作用越明顯。2、 韌化機理金屬材料韌性表征材料在外加負荷作用下從變形到斷裂全過程吸收能量的能力，所吸收的能量愈大，則斷裂韌性愈高斷裂韌性沖擊韌性韌化原理增加斷裂過程中能量消耗