工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制

1、工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制第1頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè) 第一章 緒論核心關(guān)系貫穿全課程的“綱”第2頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 對(duì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)水平：宏觀、微觀。廣義的講，它括了成分、相、組織、結(jié)構(gòu)等概念材料的結(jié)構(gòu)表明材料的組元及其排列和運(yùn)動(dòng)方式。第3頁(yè)，共94頁(yè)，2

2、022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè) 第一章 緒論What? “組織結(jié)構(gòu)”相：凡是化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分分開的均勻組成部分。元素不一定單一。組織：用肉眼或顯微鏡的觀察到的材料的微觀形貌，它可以是單相的，也可以是由一定數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式的多種相組成。第4頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)2.1 材料的結(jié)構(gòu)(crystallography)一

3、、理想晶體 1晶體與非晶體 晶體材料的原子（離子、分子）在三維空間呈規(guī)則，周期性排列。非晶體材料的原子（離子、分子）無(wú)規(guī)則堆積，和液體相似，亦稱為“過(guò)冷液體”或“無(wú)定形體”。(a)、是否具有周期性、對(duì)稱性(b)、是否長(zhǎng)程有序(c)、是否有確定的熔點(diǎn)(d)、是否各向異性區(qū) 別第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第5頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)2晶體結(jié)構(gòu)的描述 .理想晶體實(shí)際晶體的理想化三維空間無(wú)限延續(xù)，無(wú)邊界嚴(yán)格按周期性規(guī)劃排列。是完整的、無(wú)缺陷原子在其平衡位置靜止不動(dòng)

4、晶體結(jié)構(gòu)描述了晶體中原子（離子、分子）的排列方式。第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第6頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè) 空間規(guī)則排列的原子剛球模型晶格(crystal lattice)（剛球抽象為晶格結(jié)點(diǎn)，構(gòu)成空間格架）晶胞( unit cell )（具有周期性最小組成單元，or能完全反映晶格特征的最小幾何單元)。. 理想晶體的晶體學(xué)抽象第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第7頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Eng

5、ineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)3晶胞的描述 晶體學(xué)參數(shù)：a,b,c,晶格常數(shù)：a,b,c七個(gè)晶系：晶系軸(棱邊)之間的夾角三斜晶系 單斜晶系 斜方晶系 正方晶系 菱方晶系 六方晶系 正方晶系 晶格常數(shù) ( lattice constant ) cXZYOba第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第8頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三布拉菲空間點(diǎn)陣晶胞結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)第9頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三晶向(crystal direct

6、ion): 在晶格中,任意兩原子之間的連線所指的方向。晶向指數(shù): 用密勒(Miller)指數(shù)對(duì)晶格中某一原子排列在空間的位向進(jìn)行標(biāo)定。確定方法:設(shè)置坐標(biāo);求投影坐標(biāo);取最小整數(shù)。第10頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三晶面(crystal face): 在晶格中由一系列原子所構(gòu)成的平面稱為晶面。晶面指數(shù)(indices of crystallographic plane):用密勒(Miller)指數(shù)對(duì)晶格中 某一晶面進(jìn)行標(biāo)定。確定方法: 設(shè)置坐標(biāo);求截距;取倒數(shù)。第11頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineer

7、ing Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)4三種典型的金屬晶體晶胞(圖) 屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬有：堿金屬、難溶金屬（V、Nb、Ta、Cr、Mo、W）a-Fe等 屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬的有：Al、貴重金屬、-Fe、Ni、Pb、Pd、Pt以及奧氏體不銹鋼等。 屬于此類結(jié)構(gòu)的金屬有： Mg、Zn、 a-Be、a-Ti、a-Zr、a-Hf、a-Co等。體心立方晶胞bcc面心立方晶胞fcc密排六方晶胞hcp第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第12頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三第13頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) En

8、gineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)晶胞原子數(shù)：是指在一個(gè)晶胞中所含的原子數(shù)目。1+81/8=2 原子半徑：是指晶胞中原子密度最大的方向上相鄰兩原子間平衡距離的一半，或晶胞中相距最近的兩個(gè)原子間距的一半。體心立方晶胞：r= (a) 1/3/4配位數(shù)：是指晶格中與任一原子最鄰近且等距離的原子數(shù)目。8致密度：是指晶胞中原子本身所占有的體積百分?jǐn)?shù)，也稱密排系數(shù)。致密度=晶胞中原子所占有的體積/晶胞的體積100%。68%第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第14頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering M

9、aterials MAT,SWJTU教程首頁(yè)1、體心立方晶胞BCC Body-Centered Cube 晶胞 晶體學(xué)參數(shù) 原子半徑 晶胞原子數(shù) 配位數(shù) 致密度 BCC a=b=c,a=b=g=90o2 8 68% 第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第15頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)2、面心立方晶胞FCC Face-Centered Cube晶胞 晶體學(xué)參數(shù) 原子半徑 晶胞原子數(shù) 配位數(shù) 致密度 FCC a=b=c,a=b=g=90o 4 12 74% 第二章 工程

10、材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第16頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)3、密排六方晶胞HCP Hexagonal Close-Packed 晶胞 晶體學(xué)參數(shù) 原子半徑 晶胞原子數(shù) 配位數(shù) 致密度 HCP a=bc,c/a=1.633, a=b=90o,g =120o a/2 6 12 74% 第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第17頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU

11、教程首頁(yè)BCC、FCC、HCP晶胞的重要參數(shù) 晶胞 晶體學(xué)參數(shù) 原子半徑 晶胞原子數(shù) 配位數(shù) 致密度 BCC a=b=c,a=b=g=90o 2 8 68% FCC a=b=c,a=b=g=90o 4 12 74% HCP a=bc,c/a=1.633, a=b=90o,g =120o a/2 6 12 74% 第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第18頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)密排面與密排方向 110, (111) 111,(110) 底面, 底面上任 意相鄰原子

12、的連線第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第19頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)二實(shí)際晶體 理想晶體+晶體缺陷實(shí)際晶體 實(shí)際晶體單晶體和多晶體單晶體：內(nèi)部晶格位向完全一致各自異性多晶體：由許多位向各不相同的單晶體塊組成各自同性 1晶體缺陷( crystal defect ) ： 實(shí)際晶體中存在著偏離（破壞）晶格周期性和規(guī)則性的部分 。 a、 點(diǎn)缺陷 b、 線缺陷（位錯(cuò)） c、 面缺陷 第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第20頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分

13、，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)a、 點(diǎn)缺陷( point defect ) 晶格結(jié)點(diǎn)處或間隙處，產(chǎn)生偏離理想晶體的變化 空位( vacancy ) ： 晶格結(jié)點(diǎn)處無(wú)原子 置換原子( gap atom ) ： 晶格結(jié)點(diǎn)處為其它原子占據(jù) 間隙原子( substitutional atom ) ： 原子占據(jù)晶格間隙 間隙原子、置換原子示意圖 第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第21頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,S

14、WJTU教程首頁(yè)晶格畸變置換原子引起的晶格畸變空位引起的晶格畸變第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第22頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)B、 線缺陷( line defect ) 位錯(cuò)( dislocation ) ： 二維尺度很小，另一維尺度很大的原子錯(cuò)排 刃型位錯(cuò)( screw dislocation ) 螺型位錯(cuò) ( blade dislocation )第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第23頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)

15、上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)c、 面缺陷( surface-defect ) 一維尺度很小，而二維尺度較大的原子錯(cuò)排區(qū)域 晶界( grain boundary ) :晶粒與晶粒之間的界面。亞晶界( sub-boundary ):相鄰晶粒位向很小(一般12)的小角度晶界。表面（surface）等 區(qū)域：大角度晶界-晶界小角度晶界-亞晶界第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第24頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三 Cu-Ni 合金中的亞結(jié)構(gòu)第25頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一

16、頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)三、晶體中的擴(kuò)散(自學(xué)、不做重點(diǎn)要求) 擴(kuò)散原子在晶體中移動(dòng)距離超過(guò)其平均原子間距的遷移現(xiàn)象 1、概念擴(kuò)散熱激活過(guò)程（以克服晶格約束）第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第26頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)2影響擴(kuò)散的因素： (1)溫度 原子能量提高 （最主要因素） D=Doexp(-Q/RT） Do擴(kuò)散系數(shù)(cm2/s), Q擴(kuò)散激活能(2)晶體結(jié)構(gòu)致密度小克服的能壘小擴(kuò)散容易(3)表

17、面及晶體缺陷晶格畸變高能態(tài)原子激活能?。w擴(kuò)散的0.6-0.7）擴(kuò)散快100-1000倍Do，Q與溫度無(wú)關(guān)，決定于晶體的成分和結(jié)構(gòu)；溫度提高10-15度，D提高一倍。第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第27頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)四、純金屬的結(jié)晶及其組織 1結(jié)晶與凝固的區(qū)別 凝固：LS S可以是非晶 物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過(guò)程。結(jié)晶：一種原子排列狀態(tài)（晶態(tài)或非晶態(tài)）過(guò)渡為另一種原子規(guī)則排列狀態(tài)（晶態(tài)）的轉(zhuǎn)變過(guò)程 or物質(zhì)中的原子由近程有序列向長(zhǎng)有序排列的過(guò)程。

18、一次結(jié)晶：LS晶態(tài) 二次結(jié)晶：SS晶態(tài)近程有序長(zhǎng)程有序第二章 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第28頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線TmT時(shí)間溫度理論冷卻曲線實(shí)際冷卻曲線結(jié)晶平臺(tái)(是由結(jié)晶潛熱導(dǎo)致)2. 過(guò)冷現(xiàn)象與過(guò)冷度過(guò)冷現(xiàn)象 ( supercooling )過(guò)冷度 ( degree of supercooling ) T = Tm T過(guò)冷是結(jié)晶的必要條件。Why? 第29頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力G0自然界的自

19、發(fā)過(guò)程進(jìn)行的熱力學(xué)條件都是自由能0體系中各種能量的總和叫做內(nèi)能，其中可以對(duì)外做功或向外釋放的能量叫自由能 3結(jié)晶熱力學(xué)a 當(dāng)溫度TTm時(shí)，F(xiàn)sFL, 液相穩(wěn)定b當(dāng)溫度TTm時(shí)，F(xiàn)sL+( ac+e )-(ac+e )- ( af + bII ) + ( g +aII )共晶恒溫析出第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第52頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)室溫下：相組成物， 組織組成物：（+）共晶體（+）%=100% 第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第53頁(yè)，共94頁(yè)，2

20、022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)合金III：（ 亞共晶合金） L-L+a初-L+a初+（ ac+e)- a初+（ ac+e)-a +II+（ a+） 亞共晶合金組織 第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第54頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)室溫下：相組成物， 組織相對(duì)量： 在共晶溫度時(shí)： 室溫下：a初-+II LM+fg第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第55頁(yè)，

21、共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)組織標(biāo)注相圖 第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第56頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)四、合金性能與相圖的關(guān)系 1、合金的使用性能與相圖的關(guān)系第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第57頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT

22、,SWJTU教程首頁(yè) 溶質(zhì)元素晶格畸變大強(qiáng)度、硬度，（50%最大） 復(fù)相組織區(qū)域內(nèi)（如共晶轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)），合金的強(qiáng)度和硬度隨成分的變化呈直線關(guān)系，大致是兩相性能的算術(shù)平均值。HB=HBa * a% + HB * % 對(duì)組織較敏感的性能強(qiáng)度，與組成相或組織組成物的形態(tài)有很大關(guān)系。組成相或組織組成物越細(xì)密，強(qiáng)度越高（共晶點(diǎn)處，共晶組織呈細(xì)小、均勻細(xì)密的復(fù)相組織，強(qiáng)度可達(dá)最高值。）1、合金的使用性能與相圖的關(guān)系第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第58頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程

23、首頁(yè)2、合金的工藝性能 第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第59頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)a. 鑄造性能液態(tài)合金的流動(dòng)性以及產(chǎn)生縮孔，裂紋的傾向性等。液固相線距離愈小，結(jié)晶溫度范圍愈小合金的流動(dòng)性好有利于澆注。 液固相線距離大枝晶偏析傾向愈大，合金流動(dòng)性也愈差，形成分散縮孔的傾向也愈大，使鑄造性能惡化，所以鑄造合金的成分常取共晶成分和接近共晶成分或選擇結(jié)晶溫度間隙最小的成分。 b.鍛造、軋制性能單相固溶體合金單相組織變形抗力小，變形均勻，不易開裂，塑性好2、合金的

24、工藝性能 第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第60頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)2.3 金屬的塑性變形本節(jié)要點(diǎn)塑性變形（滑移變形）的微觀機(jī)制？金屬塑性變形（主要是滑移變形）的特點(diǎn)？塑性變形對(duì)金屬組織、性能的影響（特別是加工硬化）？第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第61頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)學(xué)習(xí)思路以：化學(xué)成分組織結(jié)構(gòu)性能應(yīng)用加工工藝

25、為綱，加深理解本章內(nèi)容第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第62頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)一、靜載單向靜拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線(低碳鋼 )四階段 簡(jiǎn)單回顧第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第63頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)一 、 金屬材料的塑性變形變形是工程材料在外力作用下會(huì)發(fā)生的最基本的失效方式，變形通常包括彈性變形與塑性變形兩種。 抵抗塑性

26、變形是一般工程構(gòu)件的基本要求，不希望結(jié)構(gòu)件在承載時(shí)產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形； 塑性變形是金屬材料的一種重要加工成形方法，在材料加工過(guò)程中，人們希望它易于加工變形。 塑性變形還可改變材料內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)并影響其宏觀性能。第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第64頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)(一）、單晶體的塑性變形單晶體變形規(guī)律：滑移晶體學(xué)多晶的變形是各個(gè)晶粒的變形的總和。（A）塑性變形方式：滑移. 塑性變形方式滑移和孿生 在外加切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對(duì)于另一部分沿一定

27、晶面（滑移面）上的一定方向（滑移方向）發(fā)生相對(duì)的滑動(dòng)第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第65頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)外力P在滑移面上的分解正應(yīng)力：僅使晶格產(chǎn)生彈性伸長(zhǎng)，當(dāng)超過(guò)原子間結(jié)合力時(shí)，使將晶體拉斷；切應(yīng)力 ：使晶格產(chǎn)生彈性歪扭，在超過(guò)滑移抗力時(shí)引起滑移面兩側(cè)的晶體發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第66頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,S

28、WJTU教程首頁(yè)Why? 滑移面（方向）最大密排面（晶向）自然過(guò)程的發(fā)生總是沿著阻力最小的方式進(jìn)行！第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第67頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)滑移系：滑移面和該面上的一個(gè)滑移方向 金屬三種常見晶格的滑移系第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第68頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)Why? 體心立方（-Fe）和面心立方金屬

29、（Cu、Al）滑移系數(shù)目相同，但面心立方金屬的塑性變形能力更好?Then， 晶體的滑移就是晶體滑移面兩側(cè)部分作整體的相對(duì)移動(dòng)（剛性移動(dòng)）？How?第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第69頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)滑移的位錯(cuò)機(jī)制位錯(cuò)滑移塑性變形 How?切應(yīng)力作用下，晶體中的位錯(cuò)沿著滑移面逐步移動(dòng)，最后移出表面，留下一個(gè)大小等于該位錯(cuò)矢量模的臺(tái)階。 大量位錯(cuò)（原子距）移出晶體滑移線（1000原子距）滑移帶第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第70頁(yè)，共94頁(yè)，2022

30、年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)滑移的位錯(cuò)機(jī)制：晶體的滑移是通過(guò)位錯(cuò)在滑移面上的動(dòng)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而勿需使晶體的兩部分作整體相對(duì)移動(dòng)。 滑移的實(shí)現(xiàn) 借助于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。（剛性滑移模型計(jì)算出的臨界切應(yīng)力值實(shí)測(cè)值）金屬計(jì)算值 (MN/m2)實(shí)測(cè)值 (MN/m2)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之比銅銀金鎳鎂鋅64004500450011000300048001.00.50.925.80.830.94640090004900190036005100自然過(guò)程的發(fā)生總是沿著阻力最小的方式進(jìn)行！第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制

31、第71頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)滑移系數(shù)目，材料塑性；滑移方向，材料塑性,（滑移方向的作用大于滑移面的作用）FCC和BCC的滑移系為12個(gè)，HCP為3個(gè)；FCC的滑移方向多于BCC。金屬塑性：Cu（FCC）Fe（BCC）Zn（HCP）。 第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第72頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)晶體的一切分相對(duì)于另一部分沿一定

32、晶面（孿生面）和晶向（孿生方向）發(fā)生切變。金屬晶體中變形部分與未變形部分在孿生面兩側(cè)形成鏡面對(duì)稱關(guān)系。發(fā)生孿生的部分（切變部分）稱為孿生帶或?qū)\晶。（B）塑性變形方式 ：孿生為什么發(fā)生孿生變形？何種情況下才易發(fā)生？特點(diǎn)：均勻切變，切變部分位向改變，但點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)不變；發(fā)生孿生時(shí)各原子移動(dòng)的距離是不相等的。臨界分切應(yīng)力滑移分切應(yīng)力；形變量很??；形變速度快，接近聲速。第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第73頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)孿生僅會(huì)在滑移不易產(chǎn)生的情況下發(fā)生：. F

33、CC金屬一般不發(fā)生孿生，少數(shù)（Cu、Ag、Au）在極低溫度下發(fā)生。. BCC金屬僅在室溫或受沖擊時(shí)發(fā)生。. HCP金屬較容易發(fā)生孿生。第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第74頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)(C）滑移和孿生滑移和孿生均在切應(yīng)力作用下，沿一定晶面的一定晶向進(jìn)行，產(chǎn)生塑性變形。 孿生借助于切變進(jìn)行，所需切應(yīng)力大，速度快，在滑移較難進(jìn)行時(shí)發(fā)生 滑移原子移動(dòng)的相對(duì)位移是原子間距的整數(shù)值不引起晶格位向的變化；孿生原子移動(dòng)的相對(duì)位移是原子間距的分?jǐn)?shù)值孿晶晶格位向改變

34、促進(jìn)滑移 孿生產(chǎn)生的塑性變形量?。ɑ谱冃瘟康?0）， 但引起的晶格畸變大。第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第75頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)(二）、實(shí)際金屬（多晶）的塑性變形主要影響因素：晶界、晶粒和位向（A）晶界： .滑移的主要障礙：原子混亂排列區(qū)，較不規(guī)則缺陷、雜質(zhì)集中?；撇荒軓囊粋€(gè)晶粒直接延續(xù)到另一個(gè)晶粒中去。.協(xié)調(diào)變形：晶界自身變形以維持相鄰晶粒變形保持連續(xù)。位錯(cuò)塞積位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到晶界附近，受到晶界阻礙而堆積起來(lái)。第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第76頁(yè)

35、，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)（B）晶粒. Hall-Pitch關(guān)系：s=0+Kyd-1/2 .細(xì)晶強(qiáng)化：晶粒細(xì)化強(qiáng)度提高、塑性提高、韌性提高，硬度晶粒小晶界面積大變形抗力大強(qiáng)度大晶粒小單位體積晶粒多變形分散相鄰晶粒不同滑移系相互協(xié)調(diào)晶粒小晶界多不利于裂紋的傳播斷裂前承受較大的塑性變形細(xì)晶強(qiáng)化是金屬的一種非常重要的強(qiáng)韌化手段！第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第77頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineeri

36、ng Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)二、塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響(一）冷塑性變形對(duì)金屬組織性能的影響第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第78頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)晶粒形貌及結(jié)構(gòu)變化 晶粒拉長(zhǎng)，纖維組織各同異性a.纖維組織（組織）b. 亞結(jié)構(gòu)形成（晶內(nèi)結(jié)構(gòu)變化）形變 位錯(cuò)密度（ -）位錯(cuò)纏結(jié) 胞壁亞晶鋼的纖維組織（變形度80%第二篇 工程材料的結(jié)構(gòu)與性能控制 第79頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三滑移中晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)滑移

37、面轉(zhuǎn)向與外加應(yīng)力方向一致滑移方向轉(zhuǎn)向與最大分切應(yīng)力方向一致第80頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)織構(gòu)擇優(yōu)取向（組織）擇優(yōu)取向變形量足夠大時(shí)，原來(lái)處于不同位向的晶粒在空間位向上會(huì)呈現(xiàn)出一定程度的一致。 形變織構(gòu)金屬塑性變形到很大程度（70%）時(shí)，由于晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使各晶粒的位向趨于一致，形成特殊的擇優(yōu)取向，這種有序化的結(jié)構(gòu)叫做形變織構(gòu)。有害：“制耳”現(xiàn)象有利：硅鋼片：電機(jī)、變壓器鐵芯第81頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首

38、頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè). 加工硬化（形變硬化）（冷作硬化）（性能）加工硬化金屬在冷態(tài)下進(jìn)行塑性變形時(shí)，隨著變形度的增加，其強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降第82頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)加工硬化機(jī)理1）一種重要的強(qiáng)化手段，對(duì)不能用熱處理方法強(qiáng)化的合金尤其重要；2）冷加工成形得以順利進(jìn)行；3）金屬具有較好的變形強(qiáng)化能力，具有防止短時(shí)超載斷裂能力，保證構(gòu)件安全性；4）塑性，切削性能不利：塑性變形困難中間退火消除塑性變形

39、位錯(cuò)移動(dòng)位錯(cuò)大量增殖相互作用運(yùn)動(dòng)阻力加大變形抗力彈度、硬度、塑性、韌性位錯(cuò)強(qiáng)化：位錯(cuò)密度強(qiáng)度、硬度意義第83頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)4殘余內(nèi)應(yīng)力（性能）第一類內(nèi)應(yīng)力宏觀，表面和心部，塑性變形不均勻造成；第二類內(nèi)應(yīng)力微觀，晶粒間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形不均；第三類內(nèi)應(yīng)力超微觀，晶粒畸變（90%）。去除外力后殘留于且平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。第84頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials

40、 MAT,SWJTU教程首頁(yè)重點(diǎn)掌握1. 金屬的塑性變形及其本質(zhì)；單晶體的塑性變形(滑移、孿生的概念以及孿生與滑移的區(qū)別)；. 多晶體的塑性變形(晶界的作用、晶粒位向差的的影響)；細(xì)晶強(qiáng)化；多晶體塑性變形的特點(diǎn)；3. 冷塑性變形對(duì)金屬組織、性能的影響：加工硬化的概念、實(shí)際意義；形變強(qiáng)化；殘余內(nèi)應(yīng)力；織構(gòu)。(二）金屬在加熱的條件下的塑性變形：第85頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)基本要求（ 1）熟悉金屬塑性變形（以滑移為主）的特點(diǎn)及其微觀機(jī)制； （ 2）掌握實(shí)際金屬（多晶

41、）的塑性變形特點(diǎn)；（ 3）了解塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響，重點(diǎn)掌握加工硬化的定義、機(jī)理及在生產(chǎn)中的實(shí)際意義；（ 4）前期了解二種金屬材料強(qiáng)化的基本方式細(xì)晶強(qiáng)化、加工硬化。 第86頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)1、塑性變形金屬在加熱時(shí)組織性能變化 第87頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)2、回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大 1）回復(fù)原子擴(kuò)散能力較小，物理化學(xué)性能恢復(fù)，內(nèi)應(yīng)力顯著降低，強(qiáng)度和硬度略有降低去應(yīng)力退火。驅(qū)動(dòng)力：金屬變形儲(chǔ)存能（晶格畸變能）第88頁(yè)，共94頁(yè)，2022年，5月20日，20點(diǎn)7分，星期三結(jié)束放映下一頁(yè)上一頁(yè) 本章首頁(yè) Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁(yè)2）再結(jié)晶 新的形核一長(zhǎng)大過(guò)程，無(wú)新相生成 加工硬化消除，力學(xué)性能恢復(fù)，顯微組織發(fā)生顯著變化等軸晶粒，強(qiáng)度大大下降再結(jié)晶退火：消除加工硬化的熱處理工藝再結(jié)晶溫度：純金屬 T