東北大學(xué)物理冶金基礎(chǔ)復(fù)習(xí)大綱(共49頁)

1、PAGE PAGE 51物理(wl)冶金基礎(chǔ)課程主要(zhyo)內(nèi)容第一章金屬(jnsh)的晶體結(jié)構(gòu)1、金屬的通性1）良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性2）正的電阻溫度系數(shù)3）不透明、金屬光澤4）良好的延展性2、晶體與非晶體1）晶體含義晶體是由許多質(zhì)點（包括原子、離子或分子）在三維空間作有規(guī)則的周期性重復(fù)排列而構(gòu)成的固體，非晶體則不呈這種周期性的規(guī)則排列。2）晶體與非晶體的區(qū)別：根本區(qū)別：質(zhì)點是否在三維空間作有規(guī)則的周期性重復(fù)排列。晶體熔化時具有固定的熔點,而非晶體無明顯熔點,只存在一個軟化溫度范圍。 晶體具有各向異性,非晶體呈各向同性。3）單晶體與多晶體 單晶體 質(zhì)點按同一取向排列。由一個核心（稱為(chn

2、 wi)晶核）生長而成的晶體 多晶體 通常(tngchng)由許多不同位向的小晶體(晶粒）所組成。晶粒與晶粒之間的界面稱為晶界, 多晶體材料一般(ybn)顯示出各向同性假等向性。3、空間點陣和晶胞1） 陣點 將構(gòu)成晶體的實際質(zhì)點（原子、離子、分子）抽象成純粹的幾何點稱為陣點。2）空間點陣 陣點在空間呈周期性規(guī)則排列，并具有等同的周圍環(huán)境的模型。3）晶格（空間格子）作許多平行的直線把陣點連接起來，構(gòu)成一個三維的幾何格架稱為晶格。4）晶胞定義在空間點陣中，能代表空間點陣結(jié)構(gòu)特點的小平行六面體。整個空間點陣可由晶胞作三維的重復(fù)堆砌而構(gòu)成。晶胞參數(shù) 晶胞(jn bo)三條棱邊的邊長a、b、c及晶軸之間

3、的夾角(ji jio)、稱為(chn wi)晶胞參數(shù)。 4、晶面指數(shù)與晶向指數(shù)1）晶 向晶體中的某些方向，涉及到晶體中原子的位置，原子列方向，表示的是一組相互 平行、方向一致的直線的指向。2）晶面晶體中原子所構(gòu)成的平面。國際上通用的是用密勒指數(shù)表示晶面及晶向。晶向指數(shù)晶面指數(shù)。enjeen3）金屬的三種典型晶體結(jié)構(gòu) 密排六方hcp：密排面為（0001） ABABAB 面心立方fcc：密排面為111 ABCABCABC 體心六方bcc：密排面為（100） ABABAB4）配位數(shù)和致密度配位數(shù)致密度5）晶體結(jié)構(gòu)中的間隙八面體間隙四面體間隙(jin x)6）同素異晶性（多型性） 當外界(wiji)條

4、件（溫度、壓力）改變時，元素的晶體結(jié)構(gòu)可以發(fā)生轉(zhuǎn)變，這種性能稱作同素異晶性，或稱多型性，這種轉(zhuǎn)變則稱為同素異晶轉(zhuǎn)變或多型性轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變 的產(chǎn)物(chnw)叫同素異晶體。第二章合金相結(jié)構(gòu)1、固 溶 體1）固溶體的類型置換固溶體間隙固溶體2）影響置換固溶體固溶度的因素 原子尺寸化學(xué)親和力（電負性） 電子濃度（原子價）晶體結(jié)構(gòu)有序化3）有序化對合金性能的影響： 通常提高硬度、強度、降低塑性有序強化； 電阻降低； 影響(yngxing)鐵磁性； 影響彈性(tnxng)性質(zhì) 2、固溶體的性質(zhì)(xngzh)1）固溶強化固溶體的強度總是比組成它的純組元高，且隨溶質(zhì)原子濃度增加，強度也增加。2）改變物理、化學(xué)性

5、質(zhì) 3）改變點陣常數(shù)4）金屬間化合物（中間相）第三章空位與位錯1、空位 空位和間隙原子經(jīng)常是同時出現(xiàn)和同時存在的兩類點缺陷，原子作熱振動，一定溫度下原子熱振動能量一定，呈統(tǒng)計分布，在瞬間一些能量大的原子克服周圍原子對它的束縛，遷移至別處，形成空位?？瘴恍纬梢瘘c陣畸變，亦會割斷鍵力，故空位形成需能量，空位形成能（EV）為形成一個空位所需能量。2、空位的熱力學(xué)分析 點缺陷與線、面缺陷的區(qū)別之一是后者為熱力學(xué)不穩(wěn)定的缺陷，而點缺陷是熱力學(xué)穩(wěn)定的缺陷。在一定溫度下，晶體中有一定平衡數(shù)量的空位(kn wi)和間隙原子，其數(shù)量可近似算出。 3、空位(kn wi)的性質(zhì)1）晶體(jngt)中空位在熱力學(xué)上

6、是穩(wěn)定的，一定溫度T對應(yīng)一平衡濃度C；2）C與T呈指數(shù)關(guān)系，溫度升高，空位濃度大大增大 ；3）空位形成能EV大，空位濃度小 。4、過飽和空位 給定溫度下，晶體中存在一平衡的空位濃度。5、產(chǎn)生過飽和空位條件 1）高溫淬火2）塑性變形 3）高能粒子輻射 4）形成金屬間化合物 6、空位的遷移 空位在晶體中的分布是一個動態(tài)平衡，其不斷地與周圍原子交換位置，使空位移動所必需的能量，叫空位移動能Em?？瘴灰苿铀斐傻脑舆w移，即金屬晶體中的自擴散。自擴散激活能相當于空位形成能與移動能的總和。 7、空位對金屬性能的影響 1）對電阻的影響 （空位(kn wi)引起點陣畸變，使傳導(dǎo)電子受到散射，產(chǎn)生附加電阻）2

7、）對力學(xué)性能的影響(yngxing)3）對高溫(gown)蠕變的影響 8、位錯的基本類型及特征1）刃型位錯特征：刃型位錯有一額外半原子面 ；位錯線不一定是直線，可以是折線或曲線，但刃型位錯線必與滑移矢量垂直，且滑移面是位錯線和滑移矢量所構(gòu)成的唯一平面； 位錯周圍的點陣發(fā)生彈性畸變，既有正應(yīng)變，又有切應(yīng)變 ；位錯是一管道 。2）螺型位錯特征： 螺型位錯無額外半原子面，原子錯排呈軸對稱 ；螺型位錯與滑移矢量平行，故一定是直線 ；位錯線的移動方向與晶塊滑移方向互相垂直。3） 混合位錯 位錯線上任一點的滑移矢量相同，但兩者方向夾角呈任意角度 。4）柏氏矢量b的物理意義 表征(bio zhn)位錯線的性

8、質(zhì) b表征了總畸變(jbin)的積累 b表征(bio zhn)了位錯強度 同一晶體中b大的位錯具有嚴重的點陣畸變，能量高且不穩(wěn)定。 位錯的許多性質(zhì)，如位錯的能量，應(yīng)力場，位錯受力等，都與b有關(guān)。 5）位錯的運動 位錯移動阻力點陣阻力，又叫派納力（Peirls- nNabarro），此阻力來源于周期排列的晶體點陣。刃型位錯的運動方式：滑移、攀移 影響攀移因素：A、溫度：溫度升高，原子擴散能力增大，攀移易于進行。 B、正應(yīng)力：垂直于額外關(guān)原子面的壓應(yīng)力，促進正攀移，拉應(yīng)力，促進負攀移 。6） 螺型位錯的運動特點螺位錯無多余半原子面，只能作滑移。7）混合位錯的運動9、位錯的應(yīng)力場（位錯的彈性行為）位

9、錯的存在，在其周圍的點陣發(fā)生不同程度的畸變。中心部分畸變程度最為嚴重，為位錯中心區(qū)，這部分超出了彈性應(yīng)變范圍，不討論，僅討論中心區(qū)以外的彈性畸變區(qū)，借助彈性連續(xù)介質(zhì)模型討論位錯的彈性性質(zhì)。 1） 螺型位錯應(yīng)力場G為切變(qi bin)模量 切應(yīng)力(yngl) 亦可用直角坐標(zh jio zu bio)表示： 特征：只有切應(yīng)力，無正應(yīng)力 的大小與r呈反比，與G、b呈正比 與無關(guān)，所以切應(yīng)力是軸對稱的 2） 刃型位錯應(yīng)力場G為切變(qi bin)模量，v為泊松比 采用(ciyng)圓柱坐標表示，則為： 應(yīng)力場特點(tdin)應(yīng)力的大小與r呈反比，與G、b呈正比 有正、切應(yīng)力，同一地點|xx|yy

10、|，yy較復(fù)雜，不作重點考慮 y0, xx0，為壓應(yīng)力 y0，為拉應(yīng)力 y=0, xx=yy=0，只有切應(yīng)力 y=x，只有xx、zz3） 位錯的應(yīng)變能 位錯的存在在其點陣周圍產(chǎn)生彈性應(yīng)變與應(yīng)力，儲存的能量包括：螺型位錯的應(yīng)變能 刃型位錯應(yīng)變(yngbin)能 混合(hnh)位錯的應(yīng)變能任何一個混合(hnh)位錯都可分解為一刃型位錯和一個螺型位錯，設(shè)其柏氏矢量b與位錯線交角為，則 : 刃位錯 =900 螺位錯 =00實際晶體中，r0約為埃的量級（約為10-8cm）；R約為亞晶尺寸，約為10-3-10-4cm，v取1/3 可得單位長度位錯應(yīng)變能E=KGb2 ，從以上討論可得： A、E與b2呈正比，

11、b小則應(yīng)變能低，位錯愈穩(wěn)定 。B、E隨R增大而增加，說明位錯長程應(yīng)力場的能量占主導(dǎo)作用，中心區(qū)能量小，可忽略 。C、在晶體中最易于形成螺型位錯。 D、兩點間以直線最短，所以直線位錯比曲線位錯能量小，位錯總有伸直趨勢。位錯存在導(dǎo)致內(nèi)能升高，同時位錯的引入又使晶體熵值增加。由F=E內(nèi)-TS，通過估算得出，因應(yīng)變能而引起系統(tǒng)自由能的增加，遠大于熵增加而引起系統(tǒng)自由能的減小。故位錯與空位不同，它在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的。 10、位錯的受力 1） 位錯的線張力(zhngl) 為了降低能量，位錯有由曲變直，由長變短的傾向。線張力T表示增加(zngji)單位長度位錯線所需能量，在數(shù)值上等于位錯應(yīng)變能。 位錯在受

12、力彎曲(wnq)時， 單位長度位錯線彎曲所需外力為 2） 外力場中位錯所受的力作用于單位長度位錯線上力為： 可見平衡條件下，曲率半徑R越小，即位錯越彎曲，所需與之平衡的切應(yīng)力越大。 11、位錯與晶體缺陷的相互作用1）兩平行螺型位錯間的交互作用 =450，F(xiàn)r最大 b，b同號，F(xiàn)r為正值，兩位錯相互排斥 b，b異號，F(xiàn)r為負值，兩位錯相互吸引2）兩個平衡刃型位錯之間的相互作用滑移(hu y)力 攀移力 根據(jù)(gnj)以上兩式可推斷出，在不同(b tn)位置所受到的攀移力和滑移力。 Fy與y軸方向一致，F(xiàn)y為正，即指向上，為負即指向下。故可推知，兩位錯沿y軸方向是互相排斥的。 滑移力Fx變化規(guī)律為

13、： A、x2y2, Fx指向外，即排斥B、x2max，位錯才能不斷向外擴張，源源不斷產(chǎn)生位錯環(huán)，起到增殖作用。 13、實際晶體中的位錯 實際晶體簡單立方結(jié)構(gòu)中的位錯，其 b 總是等于點陣矢量。實際晶體中根據(jù)柏氏矢量的不同，可把位錯分為以下幾種形式：1） b 等于單位點陣矢量的稱為“單位位錯”。 2） b等于單位點陣矢量的整數(shù)倍的為“全位錯”。 3） b 不等于單位(dnwi)點陣矢量或其整數(shù)倍的為“不全位錯”或稱“部分(b fen)位錯” 。Fcc : bcc ： hcp ： 14、層錯堆垛順序發(fā)生局部(jb)錯亂，出現(xiàn)堆垛層錯， 層錯是一種晶體缺陷，它破壞了晶體排列的周期性，引起能量升高。產(chǎn)

14、生單位面積的層錯所需能量為“層錯能”。但層錯的影響僅表現(xiàn)在次近鄰關(guān)系，僅引起很少的點陣畸變，故層錯能相對晶界能很小，層錯能愈小，出現(xiàn)層錯的幾率愈大。層錯的邊界即為不全位錯。 1）不全位錯 層錯區(qū)與完整晶體的交界處，為“不全位錯” 2）肖克萊（Shockley）不全位錯特征： ， 且垂直于位錯線，為純?nèi)行?，也可為純螺型或混合?可滑移，不能攀移，即可在具有堆垛層錯的111面上滑移，引起層錯面的擴散或收縮，但不能離開層錯面3）弗蘭克（Frank）不全位錯特征(tzhng)： 在fcc晶體中插入或抽走一層（111）面，就會形成堆垛層錯。若插入或抽走的只是一部分，層錯與完整晶體邊界(binji)即所謂

15、“Frank位錯”。正弗蘭克位錯可由填隙原子聚集成園盤而形成(xngchng) ，負弗蘭克位錯可由空位盤崩塌而形成。 ，b與層錯面和位錯線垂直，故是純?nèi)行?只能攀移，而攀移必須借助原子的擴散，故運動困難，稱為固定位錯。15、位錯反應(yīng)與擴展位錯1）位錯反應(yīng) 幾何條件：反應(yīng)前各位錯柏氏矢量之和應(yīng)等于反應(yīng)后各 之和即 前= 后 能量條件：能量降低的過程2）擴展位錯b 1= b 2+ b 3+層錯16、位錯的束集擴展位錯不能交滑移，要交滑移， 必先收縮成螺型全位錯，此即束集（Constriction）。束集必對抗兩個不全位錯間斥力作功，故層錯區(qū)愈寬，愈不易束集，愈難于交滑移。 17、鈴木氣團溶質(zhì)原子與

16、擴展位錯之間會發(fā)生化學(xué)交互作用，產(chǎn)生鈴木氣團。由于擴展位錯的層錯區(qū)具有與周圍基體不同的晶體結(jié)構(gòu)（如fcc中層錯區(qū)屬hcp），為保持熱力學(xué)平衡，溶質(zhì)原子在層錯區(qū)濃度與在基體中濃度不同，有的原子偏聚于層錯區(qū)，減小表面能，使層錯區(qū)寬度d增大(zn d)，不易于束集，難于交滑移，從而提高合金強度，這種由化學(xué)交互作用而產(chǎn)生溶質(zhì)原子在層錯區(qū)偏聚，構(gòu)成了“鈴木氣團(qtun)”。 與科垂耳氣團(qtun)比較: 1）鈴木氣團與溫度無關(guān) 2）鈴木氣團與位錯類型無關(guān) 18、Lomer-Cottrell位錯fcc晶體中一種很重要的位錯反應(yīng). 三個不全位錯和兩片層錯所構(gòu)成的組態(tài)，為“Lomer-Cottrell位錯

17、”（面角位錯）。它對fcc金屬加工硬化起重要作用，其中 110位錯又叫“壓桿位錯”。第四章表面與界面1、表面1）表面的結(jié)構(gòu) 表面原子一側(cè)沒有固體原子與之鍵合，有較高能量幾個原子層厚，與周圍氣相或液相接觸的面結(jié)構(gòu)、性能與晶體(jngt)內(nèi)部不相同 2）表面(biomin)能3）晶體(jngt)表面 4）表面吸附 2、晶界、亞晶界1）大角晶界：相鄰晶體位向差100 2）小角度晶界：位向差為2-100（位錯模型解釋） 3）亞晶界：位向差20 4） 晶界能 5）第二相6）晶界的其它特性晶界熔點低，易過燒 晶界是易擴散通道 晶界易形核 晶界易受腐蝕晶界常溫下強化，高溫下弱化3、相界：不同結(jié)構(gòu)的兩固相間界

18、面，有共格，半共格，非共格1)共格相界：界面完全有序，無錯配區(qū)域，界面是兩相點陣的共有點陣面，僅在少數(shù)(shosh)情況下出現(xiàn)，如鈷相變中fcc相與hcp相的相界 2)半共格相界：與小角度晶界類似，錯配區(qū)為界面上位錯，如兩種結(jié)構(gòu)相同的晶體，點陣(din zhn)參數(shù)或夾角有少量差異. 相界上只存在點陣參數(shù)差異，在界面上引進刃型位錯，使位錯在單位距離內(nèi)造成的等于相界上點陣平移的相對差值，松馳(sn ch)晶格中共格彈性畸變相界上原子排列成斜方網(wǎng)絡(luò)時，若界面上原子仍呈平行，可用刃型位錯描述，若相界兩側(cè)原子排列夾角上有差異，則可用螺型位錯描述。第五章金屬的塑性變形1、 單晶體金屬的塑性變形1）滑移

19、單晶體金屬的塑性變形-滑移 滑移變形是不均勻的，常集中在一部分晶面上，而處于各滑移帶之間的晶體沒有產(chǎn)生滑移，滑移帶的發(fā)展過程，首先是出現(xiàn)細滑移線，后來才發(fā)展成帶，而且，滑移線的數(shù)目隨應(yīng)變程度的增大而增多，它們之間的距離則在縮短。2）滑移(hu y)的晶體學(xué)特征 滑移面 晶體(jngt)的滑移通常是沿著一定的晶面發(fā)生的，此組晶面稱為滑移面； 滑移方向 滑移是沿著(yn zhe)滑移面上一定的晶向進行的，此晶向稱為滑移方向；滑移面與滑移方向大致是最密排面和最密排方向，因為此時派納力最小。 滑移系 3）臨界分切應(yīng)力2、多系滑移與交滑移1）單系滑移 只有一個特定的滑移系處于最有利的位置而優(yōu)先開動時，形

20、成單滑移。 2）多系滑移由于變形時晶體轉(zhuǎn)動的結(jié)果，有兩組或幾組滑移面同時轉(zhuǎn)到有利位向，使滑移可能在兩組或更多的滑移面上同時或交替地進行，形成“雙滑移”或“多滑移”。如果發(fā)生雙滑移或多系滑移，會出現(xiàn)交叉形的滑移帶 3）交滑移(hu y) 交滑移是指兩個或多個滑移面共同(gngtng)沿著一個滑移方向的滑移。交滑移的實質(zhì)是螺位錯在不改變滑移方向的情況下，從一個滑移面滑到交線處，轉(zhuǎn)到另一個滑移面的過程。 交滑移(hu y)是純螺位錯的運動，當螺位錯分解為擴展位錯時，欲交滑移，必須先束集為全螺位錯，此過程與層錯能有關(guān)（層錯能越低，越難束集，難以發(fā)生交滑移），還可因熱激活而得到促進。3、孿生 1）孿生的

21、晶體學(xué) 孿生是以晶體中一定的晶面（稱為孿晶面）沿著一定的晶向（孿生方向）移動而發(fā)生的。在切變區(qū)域內(nèi)，與孿晶面平行的各層晶面的相對位移是一定的。 2）孿生的特點 孿生是一部分晶體沿孿晶面相對于另一部分晶體作切變，切變時原子移動的距離是孿生方向原子間距的分數(shù)倍；孿生是部分位錯運動的結(jié)果；孿晶面兩側(cè)晶體的位向不同，呈鏡面對稱；孿生是一種均勻的切變；孿晶浸蝕后有明顯的襯度，經(jīng)拋光與浸蝕后仍能重現(xiàn)。孿晶的萌生一般需要較大的應(yīng)力，但隨后長大所需的應(yīng)力較小，其拉伸曲線呈鋸齒狀。孿晶核心大多是在晶體局部高應(yīng)力區(qū)形成。 變形孿晶一般呈片狀。 變形孿晶經(jīng)常以爆發(fā)方式形成，生成(shn chn)速率較快。形變孿晶常

22、見于密排六方和體心立方(lfng)晶體（密排六方金屬很容易產(chǎn)生孿生變形），面心立方晶體中很難發(fā)生孿生孿生本身(bnshn)對金屬塑性變形的貢獻不大，但形成的孿晶改變了晶體的位向，使新的滑移系開動，間接對塑性變形有貢獻。 4、多晶體的塑性變形 1)晶界阻滯效應(yīng)：90%以上的晶界是大角度晶界，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由約幾個納米厚的原子排列紊亂的區(qū)域與原子排列較整齊的區(qū)域交替相間而成，這種晶界本身使滑移受阻而不易直接傳到相鄰晶粒。 2)取向差效應(yīng)：多晶體中，不同位向晶粒的滑移系取向不相同，滑移不能從一個晶粒直接延續(xù)到另一晶粒中。5、多晶體金屬塑性變形的特點1)各晶粒變形的不同時性和不均勻性。 2)各晶粒變形的

23、相互協(xié)調(diào)性，需要五個以上的獨立(dl)滑移系同時動作。 3)滑移的傳遞，必須激發(fā)(jf)相鄰晶粒的位錯源。 4)多晶體的變形(bin xng)抗力比單晶體大，變形更不均勻。 5)塑性變形時，導(dǎo)致一些物理、化學(xué)性能的變化。 6)時間性6、晶粒大小對機械性能的影響1)晶粒大小對金屬室溫機械性能的影響 晶粒越細，室溫強度（s，b，-1）較大，塑性較好，稱為細晶強化 Hall-Petch公式：S=i+Kd-1/2 大量實驗表明，Hall-Petch公式不僅適用于屈服強度，同時也適用于整個流變范圍以至斷裂強度。2)晶粒大小對高溫強度的影響 高溫下晶界在應(yīng)力作用下會產(chǎn)生粘滯性流動，發(fā)生晶粒沿晶界的相對滑動

24、；另外，還可能產(chǎn)生“擴散蠕變”，所以，細晶粒組織的高溫強度反而較低。 7、合金的塑性變形 1）固溶強化 溶質(zhì)原子溶入基體金屬后,使變形抗力提高，應(yīng)力-應(yīng)變曲線升高，變形能力下降(xijing)，這就是固溶強化。對于同一(tngy)溶質(zhì)，固溶體的屈服強度一般與其含量成直線關(guān)系。 固溶強化(qinghu)的機制 彈性交互作用 化學(xué)交互作用 電交互作用 幾何交互作用 2）屈服點現(xiàn)象 試樣開始屈服時對應(yīng)的應(yīng)力稱為上屈服點載荷首次降低的最低載荷或不變載荷稱為下屈服點，試樣繼續(xù)伸長，應(yīng)力保持為定值或有微小的波動，在拉伸曲線上出現(xiàn)一個應(yīng)力平臺區(qū)，試樣在此恒定應(yīng)力下的伸長稱為屈服伸長。3）呂德斯帶 在發(fā)生屈服

25、延伸階段，試樣的應(yīng)變是不均勻的， 在試樣表面可觀察到與縱軸約呈45度交角的應(yīng)變痕跡，稱為呂德斯（Lders）帶。呂德斯帶會造成拉伸和深沖過程中工件表面不平整。 4）屈服現(xiàn)象的解釋 ：與金屬中微量的溶質(zhì)原子有關(guān)。 溶質(zhì)原子與位錯的應(yīng)力場發(fā)生彈性交互作用，形成氣團釘扎位錯運動，必須在更大的應(yīng)力作用下才能產(chǎn)生新的位錯或使位錯脫釘，表現(xiàn)為上屈服點；一旦脫釘，使位錯繼續(xù)(jx)運動的應(yīng)力就不需開始時那么大，故應(yīng)力值下降到下屈服點，試樣繼續(xù)伸長，應(yīng)力保持為定值或有微少的波動。 ：位錯運動(yndng)與增殖的結(jié)果。 應(yīng)變(yngbin)速率 mbv 其中：應(yīng)變速率，可通過試驗機人為控制成固定不變的速度,

26、m ：位錯密度，b：柏氏矢量 ,而位錯運動速度v=（/0）m 其中：0 ：位錯作單位速度運動時所需的應(yīng)力 m ：應(yīng)力敏感指數(shù)， ：外加有效應(yīng)力 開始變形時，m低，欲使應(yīng)變速率固定，需要較大的v值，故需要較高的應(yīng)力，表現(xiàn)為上屈服點；一旦塑性變形開始后，位錯迅速增殖，m 增加，必然導(dǎo)致v的突然下降（為保持應(yīng)變速率固定），所以所需的應(yīng)力 突然下降，產(chǎn)生了屈服現(xiàn)象。是否產(chǎn)生屈服點現(xiàn)象還與材料的m 值有關(guān)，m小的材料，如Ge，Si，Li，F(xiàn)e等出現(xiàn)顯著的上下屈服點。 5）應(yīng)變(yngbin)時效 將低碳鋼試樣拉伸到產(chǎn)生少量預(yù)塑性變形后卸載，然后重新加載，試樣不發(fā)生屈服現(xiàn)象，但若產(chǎn)生一定量的塑性變形后卸載

27、， 在室溫停留(tngli)幾天或在低溫（如150）時效幾小時后再進行拉伸，此時屈服點現(xiàn)象(xinxing)重新出現(xiàn)，并且上屈服點升高，這種現(xiàn)象即應(yīng)變時效。應(yīng)變時效原因： 室溫長期停留或低溫時效期間，溶質(zhì)原子C、N又聚集到位錯線周圍重新形成氣團所致。 6）解決由于呂德斯帶造成的工件表面不平整的措施 加入少量能奪取固溶體合金中的溶質(zhì)原子，使之形成穩(wěn)定化合物的元素。 板材在深沖之前進行比屈服伸長范圍稍大的預(yù)變形（約0.5%-2%變形度），使位錯掙脫氣團的釘扎，然后盡快進行深沖。 8、復(fù)相合金的塑性變形主要變形方式仍然是滑移與孿生。 通常按第二相粒子的尺寸將合金分成兩大類：如果第二相粒子尺寸與基體晶

28、粒尺寸屬同一數(shù)量級，稱為聚合型；如果第二相粒子十分細小，并且彌散地分布在基體晶粒內(nèi)，稱為彌散分布型。 1）如果兩個相都具有塑性(sxng)，則合金的變形決定于兩相的體積分數(shù)。 等應(yīng)變理論 ：假定(jidng)塑性變形過程中兩相應(yīng)變相等。合金產(chǎn)生一定應(yīng)變的平均流變應(yīng)力：a = f1 1 + f2 2其中(qzhng)：f1、f2為兩個相的體積分數(shù)f1+ f2=1 ，1、2為兩個相在此應(yīng)變時的流變應(yīng)力 等應(yīng)力理論 ：假定塑性變形過程中兩相應(yīng)力相同。對合金施加一定應(yīng)力時，平均應(yīng)變a= f11+f 22 其中：f1、f2為兩個相的體積分數(shù)1,2為此應(yīng)力下兩相的應(yīng)變 2）如果兩相中一個是塑性相，而另一個

29、是硬脆相時，則合金的機械性能主要取決于硬脆相的存在情況。 第二相粗大變形只在機體中，第二相易破碎或周圍產(chǎn)生裂紋，合金強度塑性不好 第二相連續(xù)分布在晶界上，合金很脆 9、彌散分布型兩相合金的塑性變形當?shù)诙嘁约毿浬⒌奈⒘＞鶆蚍植荚诨w相中時，將產(chǎn)生顯著的強化作用，通常將微粒分成(fn chn)不可變形的和可變形的兩類。 1）不可(bk)變形微粒的強化作用奧羅萬機制(jzh)（位錯繞過機制） 適用于第二相粒子較硬并與基體界面為非共格的情形。 2)彌散分布型兩相合金的塑性變形奧羅萬機制（位錯繞過機制） 減小粒子尺寸或提高粒子的體積分數(shù)，都使合金的強度提高。3）可變形微粒的強化作用切割機制 適用于第

30、二相粒子較軟并與基體共格的情形。強化作用主要決定于粒子本身的性質(zhì)以及其與基體的聯(lián)系，主要有以下幾方面的作用： 位錯切過粒子后產(chǎn)生新的界面，提高了界面能。 若共格的粒子是一種有序結(jié)構(gòu)，位錯切過之后，沿滑移面產(chǎn)生反相疇，使位錯切過粒子時需要附加應(yīng)力。由于粒子的點陣常數(shù)與基體不一樣，粒子周圍產(chǎn)生共格畸變，存在彈性應(yīng)變場，阻礙位錯運動。 由于粒子的層錯能與基體的不同，擴展位錯切過粒子時，其寬度會產(chǎn)生變化，引起能量升高，從而強化。由于(yuy)基體和粒子中滑移面的取向不一致，螺型位錯線切過粒子時必然產(chǎn)生一割階，而割階會妨礙整個位錯線的移動。 增大粒子尺寸或增加體積(tj)分數(shù)有利于提高強度。 10、金屬

31、(jnsh)塑性變形后的組織與性能1）組織的變化 晶粒內(nèi)出現(xiàn)大量的滑移帶，進行了孿生變形的金屬還出現(xiàn)孿晶帶纖維組織和帶狀組織胞狀組織 2）胞狀組織的形成因素： 變形量：變形量越大，胞的數(shù)量增多，尺寸減小，跨越胞壁的平均取向差也逐漸增加。 材料類型：層錯能高的金屬（如Al、Fe）等，當變形程度較高時，出現(xiàn)明顯的胞狀組織；低層錯能金屬，不易形成位錯纏結(jié)，冷變形后的胞狀組織不明顯。 3）加工硬化 金屬經(jīng)冷加工變形后，其強度、硬度增加、塑性降低。4)單晶體的典型加工硬化曲線：- 曲線的斜率=d/d 稱為“加工硬化速率”，曲線明顯可分為三個階段： 易滑移階段：發(fā)生單滑移，位錯移動和增殖所遇到(y do)

32、的阻力很小，I 很低。 線性硬化階段：發(fā)生多系滑移(hu y)，位錯運動困難，II 遠大于I，并接近(jijn)于一常數(shù)拋物線硬化階段：與位錯的多滑移過程有關(guān)，III 隨應(yīng)變增加而降低，應(yīng)力應(yīng)變曲線變?yōu)閽佄锞€。5)影響單晶體加工硬化曲線的因素 晶體結(jié)構(gòu)類型 雜質(zhì)含量 晶體位向 6)多晶體的加工硬化 其應(yīng)力應(yīng)變曲線不出現(xiàn)第一階段，且加工硬化率明顯高于單晶體。 細晶粒的加工硬化率一般大于粗晶粒金屬 合金比純金屬的加工硬化率要高，溶質(zhì)原子的加入，在大多數(shù)情況下增大加工硬化率。7)加工硬化的實際意義 使金屬基體具有一定的抗偶然過載的能力。 加工硬化和塑性變形適當配合可使金屬進行均勻塑性變形。 是強化金

33、屬的重要手段之一?？山档退苄?，改善材料(cilio)，如低碳鋼的切削加工性能。11、變形(bin xng)后金屬中的殘余應(yīng)力 金屬塑性變形時，外力所作的功除了轉(zhuǎn)化為熱量之外，還有一小部分被保留(boli)在金屬內(nèi)部，表現(xiàn)為殘余應(yīng)力。按照殘余應(yīng)力平衡范圍的不同，通常將其分為三類： 1)第一類內(nèi)應(yīng)力，又稱宏觀殘余應(yīng)力 2)第二類內(nèi)應(yīng)力， 屬微觀內(nèi)應(yīng)力 3)第三類內(nèi)應(yīng)力，即晶格畸變應(yīng)力第一類內(nèi)應(yīng)力又稱宏觀殘余應(yīng)力，作用范圍為整個工件，它是由金屬材料（或零件）各個部分（如表面和心部）的宏觀形變不均勻而引起的。 第一類內(nèi)應(yīng)力使工件尺寸不穩(wěn)定，嚴重時甚至使工件在受力之下變形產(chǎn)生斷裂。 第二類內(nèi)應(yīng)力 屬微觀

34、內(nèi)應(yīng)力 ,作用尺度與晶粒尺寸為同一數(shù)量級，往往在晶粒內(nèi)或晶粒之間保持平衡，是由于晶?；騺喚ЯＶg變形不均勻而引起的。第二類內(nèi)應(yīng)力使金屬更容易腐蝕，以黃銅最為典型，加工以后由于內(nèi)應(yīng)力存在，于春季或潮濕環(huán)境下發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。 第三類內(nèi)應(yīng)力即晶格畸變應(yīng)力，屬微觀內(nèi)應(yīng)力,塑性變形時產(chǎn)生大量空位和位錯，其周圍產(chǎn)生了點陣畸變和應(yīng)力場，此時的內(nèi)應(yīng)力是在幾百或幾千個原子范圍內(nèi)保持平衡，其中占主要的又是由于生成大量位錯所形成的應(yīng)力。第三類內(nèi)應(yīng)力是產(chǎn)生加工硬化的主要原因。12、變形(bin xng)織構(gòu)1)定義：多晶體中位向不同(b tn)的晶粒取向變成大體一致，這個過程稱為“擇優(yōu)取向”。擇優(yōu)取向后的晶體結(jié)構(gòu)稱

35、為(chn wi)“織構(gòu)”，由變形引起的織構(gòu)稱為變形織構(gòu)。 2)絲織構(gòu) 在拉絲時形成，使各個晶粒的某一晶向轉(zhuǎn)向與拉伸方向平行，以與線軸平行的晶向表示。3)板織構(gòu)軋制時，使晶粒的某一晶向趨向于與軋制方向平行，某一晶面趨向于與軋制面平行，以與軋面平行的晶面hkl和與軋向平行的晶向表示，記為hkl。 4)變形量越大，擇優(yōu)取向的趨勢越明顯。5)織構(gòu)利弊織構(gòu)的形成使材料的性能出現(xiàn)各向異性。第六章回復(fù)再結(jié)晶與熱加工1、 變形金屬加熱時組織性能變化的特點 儲能是促使冷變形金屬發(fā)生變化的驅(qū)動力。觀察冷變形金屬加熱時的變化，從儲能釋放及組織結(jié)構(gòu)和性能的變化來分析，可分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個階段。1）顯微組

36、織(zzh)的變化 2）性能(xngnng)的變化2、回復(fù)(huf) 1)回復(fù)動力學(xué)曲線 回復(fù)過程沒有孕育期，隨著退火的開始進行，發(fā)生軟化。在一定溫度下，初期的回復(fù)速率很大，以后逐漸變慢，直到最后回復(fù)速率為零。每一溫度的回復(fù)程度有一極限值，退火溫度越高，這個極限值也越高而達到此極限所需時間則越短。回復(fù)不能使金屬性能恢復(fù)到冷變形前的水平。2)回復(fù)動力學(xué)方程 設(shè)P為冷變形后在回復(fù)階段發(fā)生變化的某種性能，如臨界切應(yīng)力，P0為變形前該性能的值，P=P-P0為加工硬化造成的性能的增量，與晶體中晶體缺陷的體積濃度CP成正比。 3）回復(fù)機制一般認為是點缺陷和位錯在退火過程中發(fā)生運動，從而改變了它們的組態(tài)(z

37、 ti)和分布。 低溫回復(fù)：回復(fù)的機制主要是過?？瘴?kn wi)的消失，趨向于平衡空位濃度。 中溫回復(fù)：其主要機制是位錯滑移導(dǎo)致位錯重新組合；異號位錯會聚而互相抵消以及(yj)亞晶粒長大。 高溫回復(fù)：回復(fù)機制是包括攀移在內(nèi)的位錯運動和多邊化，以及亞晶粒合并。4）回復(fù)退火的應(yīng)用 主要用作去應(yīng)力退火，使冷加工金屬在基本上保持加工硬化的狀態(tài)下降低其內(nèi)應(yīng)力，以穩(wěn)定和改善性能，減少變形和開裂，提高耐蝕性。3、再結(jié)晶冷變形后的金屬加熱到一定溫度后，在原來的變形組織中產(chǎn)生無畸變的新晶粒，而且性能恢復(fù)到變形以前的完全軟化狀態(tài)，這個過程稱為再結(jié)晶，其驅(qū)動力為冷變形時所產(chǎn)生的儲能。4、再結(jié)晶的形核與長大 形核

38、1）亞晶粒粗化的形核機制一般發(fā)生在冷變形度大時亞晶合并形核，適于高層錯能金屬 亞晶粒長大形核，適于低層錯能金屬 通過亞晶合并和亞晶長大，使亞晶界與基體間的取向差增大，直至(zhzh)形成大角度晶界，便成為再結(jié)晶的核心。2）原有晶界弓出的形核機制(jzh)一般(ybn)發(fā)生在形變較小的金屬中 長大 形核之后，無畸變核心與周圍畸變的舊晶粒之間的應(yīng)變能差是核心長大的驅(qū)動力，當各個新晶粒彼此接觸，原來變形的舊晶粒全部消失時，再結(jié)晶過程即告完成。 5、再結(jié)晶動力學(xué) 1）恒溫動力學(xué)曲線 冷軋60%的含Si3.25鋼的等溫再結(jié)晶具有S形特征，存在孕育期； 再結(jié)晶速率開始時很小，然后逐漸加快，再結(jié)晶體積分數(shù)約

39、為0.5時，速度達到最大值，隨后逐漸減慢 ；溫度越高，轉(zhuǎn)變速度越快。2）再結(jié)晶方程Johnson-Mehl（約翰遜梅厄）方程已再結(jié)晶體積分數(shù) N：形核速度 G：長大(chn d)速度 退火(tu hu)保溫時間 Avrami（阿弗瑞米）方程(fngchng)： ：已再結(jié)晶體積分數(shù) kn：系數(shù)t：退火保溫時間 阿弗瑞米方程較約翰遜梅厄方程更為適用。6、影響再結(jié)晶速率與再結(jié)晶溫度的主要因素 通常把再結(jié)晶溫度定義為經(jīng)過嚴重冷變形的金屬（70%），加熱1小時，再結(jié)晶體積占到總體積的95%的溫度。另外，有的文獻把保溫30-60min，開始發(fā)生再結(jié)晶或完成50%再結(jié)晶的溫度定義為再結(jié)晶溫度，因此，引用再結(jié)

40、晶溫度時，必須注意它的具體條件。對于工業(yè)純金屬，其起始再結(jié)晶溫度與熔點之間存在下列關(guān)系： T再=（0.3-0.4）T熔。1)退火溫度 升高退火溫度，將顯著提高和G，再結(jié)晶速度加快。 2)變形程度 變形程度增高，再結(jié)晶速度加快，再結(jié)晶溫度降低，并逐步趨于一穩(wěn)定值。3)微量溶質(zhì)原子或雜質(zhì) 提高金屬的再結(jié)晶溫度，降低再結(jié)晶速度4)第二相可能促進，也可能阻礙(z i)再結(jié)晶，主要取決于基體上第二相粒子的大小及其分布。5)原始(yunsh)晶粒 原始晶粒細小使再結(jié)晶速 度增加(zngji)，再結(jié)晶溫度降低。 6)加熱速度 極快的加熱或加熱速度過于緩慢時，再結(jié)晶速度降低，再結(jié)晶溫度上升。 7)加熱時間 在

41、一定范圍內(nèi)延長加熱時間會降低再結(jié)晶溫度 。7、再結(jié)晶后晶粒大小的控制 再結(jié)晶后晶粒尺寸d與G和之間存在下列關(guān)系：上式表明：增大形核率或減小長大速率G可以得到細的再結(jié)晶晶粒1)變形程度對應(yīng)于再結(jié)晶后得到特別粗大晶粒的變形程度稱為“臨 界變形度”，一般為 2-10%，當變形量超過臨界變形度以后， 隨變形度增加，再結(jié)晶晶粒變細。 2)原始晶粒大小 原始晶粒越細，再結(jié)晶后晶粒越細。 3)退火溫度 當變形程度和保溫(bown)時間一定時，退火溫度越高，所得到的晶粒越粗大。8、 晶粒長大(chn d)晶粒長大(chn d)的驅(qū)動力是晶界能的下降,即長大前后的界面能差值。1）晶粒的正常長大定義：指晶體中有許

42、多晶粒獲得長大條件，晶粒的長大是連續(xù)地，均勻地進行，晶粒長大過程中晶粒的尺寸是比較均勻的，晶粒平均尺寸的增大也是連續(xù)的。2）晶粒長大的方式彎曲的晶界總是趨向于平直化，即向曲率中心移動以減少界面積，同時，大角度晶界的遷移率總是大于小角度晶界的遷移率。當晶界為三維空間的任意曲面時，作用在單位界面上的力P為：P：晶界遷移的驅(qū)動力 ：晶界單位面積的界面能 R1、R2：曲面的兩個主曲率半徑 如果空間曲面為球面時，R1=R2 ， 即：晶界遷移的驅(qū)動力與其曲率半徑R成反比，與界面能成正比。 晶界總是向角度較銳的晶粒方向(fngxing)移動，力圖使三個夾角都等于120度。在二維坐標中，晶界邊數(shù)少于6的晶粒，

43、其晶界向外凸出，必然(brn)逐漸縮小，甚至消失，而邊數(shù)大于6的晶粒，晶界向內(nèi)凹進，逐漸長大，當晶粒的邊數(shù)為6時，處于穩(wěn)定狀態(tài)。 9、影響(yngxing)晶粒長大（即晶界遷移率）的因素 1）溫度： 溫度越高，晶粒長大速度越快，晶粒越粗大 2）第二相： 晶粒長大的極限半徑 ， 第二相質(zhì)點的數(shù)量越多，顆粒越小，則阻礙晶粒長大的能力越強。 3）可溶解的雜質(zhì)或合金元素阻礙晶界遷移，特別是晶界偏聚現(xiàn)象顯著的元素，其阻礙作用更大。但當溫度很高時，晶界偏聚可能消失，其阻礙作用減弱甚至消失。10、晶粒的異常長大（二次再結(jié)晶）定義：將再結(jié)晶完成后的金屬繼續(xù)加熱至某一溫度以上，或更長時間的保溫，會有少數(shù)幾個晶粒

44、優(yōu)先長大，成為特別粗大的晶粒，而其周圍較細的晶粒則逐漸被吞食掉，整個金屬由少數(shù)比再結(jié)晶后晶粒要大幾十倍甚至幾百倍的特大晶粒組成。 1)驅(qū)動力：同正常晶粒長大一樣，是長大前后的界面能差 2)產(chǎn)生條件：正常晶粒長大過程被彌散的第二相質(zhì)點(zhdin)或雜質(zhì)、織構(gòu)等所強烈阻礙。 3)對性能的影響：得到粗大組織，降低材料的室溫機械性能，大多數(shù)情況下應(yīng)當(yngdng)避免。 11、金屬(jnsh)的熱加工將金屬或合金加熱至再結(jié)晶溫度以上進行的壓力加工稱為熱加工。 熱加工時，硬化過程與軟化過程是同時進行的，按其特征不同，可分為下述五種形式：1) 動態(tài)回復(fù) 2) 動態(tài)再結(jié)晶 3) 亞動態(tài)再結(jié)晶 4) 靜態(tài)

45、再結(jié)晶 5) 靜態(tài)回復(fù) 12、動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶 1）動態(tài)回復(fù) （真應(yīng)力真應(yīng)變曲線）微應(yīng)變階段 動態(tài)回復(fù)的初始階段 穩(wěn)態(tài)變形階段2）組織結(jié)構(gòu)的變化 熱加工后的晶粒沿變形(bin xng)方向伸長，同時，晶粒內(nèi)部出現(xiàn)動態(tài)回復(fù)所形成的等軸亞晶粒。亞晶尺寸與穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力成反比，并隨變形溫度升高和變形速度降低而增大。 3）動態(tài)回復(fù)(huf)的機制是位錯的攀移和交滑移(hu y)，攀移在動態(tài)回復(fù)中起主要的作用。層錯能的高低是決定動態(tài)回復(fù)進行充分與否的關(guān)鍵因素，動態(tài)回復(fù)易在層錯能高的金屬，如鋁及鋁合金中發(fā)生。4）動態(tài)再結(jié)晶 （真應(yīng)力真應(yīng)變曲線）加工硬化階段 （0c) 動態(tài)再結(jié)晶的初始階段 （c0.5T熔 等軸、復(fù)相的極細晶粒（d10m） 5）（組織）超塑性變形后的組織變化 晶粒保持為等軸狀，但產(chǎn)生粗化; 有明顯的晶界滑動和晶粒轉(zhuǎn)動，沒有明顯的晶內(nèi)滑移，也沒有位錯密度的顯著升高，看不到晶內(nèi)亞結(jié)構(gòu);不產(chǎn)生織構(gòu)。6）組織超塑性變形的機制 目前傾向于認為是晶界滑動和晶?；剞D(zhuǎn)為主，伴有原子的擴散。 第七章擴散1、擴散方程 穩(wěn)態(tài)擴散與非穩(wěn)態(tài)擴散1) 穩(wěn)態(tài)擴散下的菲克第一定律（一定時間內(nèi)，濃度不隨時間變化dc/dt=0） 單位時間內(nèi)通過垂直于擴散方向(fngxing)的單位截面積的擴散物質(zhì)流量（擴散通量）與該面積處的濃度梯度成正比 即J=D（dc/dx） 2