材料科學(xué)基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識點(diǎn)總結(jié)

1、旨第一章材料中的原子排列第一節(jié)原子的結(jié)合方式2原子結(jié)合鍵（1）離子鍵與離子晶體原子結(jié)合：電子轉(zhuǎn)移，結(jié)合力大，無方向性和飽和性； 離子晶體；硬度高，脆性大，熔點(diǎn)高、導(dǎo)電性差。如氧化物陶瓷。（2）共價鍵與原子晶體原子結(jié)合：電子共用，結(jié)合力大，有方向性和飽和性；原子晶體：強(qiáng)度高、硬度高（金剛石）、熔點(diǎn)高、脆性大、導(dǎo)電性差。如高分子材料。（3）金屬鍵與金屬晶體原子結(jié)合：電子逸出共有，結(jié)合力較大，無方向性和飽和性； 金屬晶體：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性好，熔點(diǎn)較高。如金屬。金屬鍵：依靠正離子與構(gòu)成電子氣的自由電子之間的靜電引力而使諸原子結(jié)合到一起 的方式。（3）分子鍵與分子晶體原子結(jié)合：電子云偏移，結(jié)合力很

2、小，無方向性和飽和性。分子晶體：熔點(diǎn)低，硬度低。如高分子材料。氫鍵：（離子結(jié)合）X-H-Y （氫鍵結(jié)合），有方向性，如 0-H O（4）混合鍵。如復(fù)合材料。3結(jié)合鍵分類（1） 一次鍵（化學(xué)鍵）：金屬鍵、共價鍵、離子鍵。（2）二次鍵 （物理鍵）：分子鍵和氫鍵。 4原子的排列方式（1）晶體：原子在三維空間內(nèi)的周期性規(guī)則排列。長程有序，各向異性。（2 ）非晶體：不規(guī)則排列。長程無序，各向同性。第二節(jié)原子的規(guī)則排列一晶體學(xué)基礎(chǔ)1空間點(diǎn)陣與晶體結(jié)構(gòu)（1） 空間點(diǎn)陣：由幾何點(diǎn)做周期性的規(guī)則排列所形成的三維陣列。圖1-5 特征：a原子的理想排列；b有14種。其中：空間點(diǎn)陣中的點(diǎn)一陣點(diǎn)。它是純粹的幾何點(diǎn)，各點(diǎn)

3、周圍環(huán)境相同。 描述晶體中原子排列規(guī)律的空間格架稱之為晶格?？臻g點(diǎn)陣中最小的幾何單元稱之為晶胞。（2）晶體結(jié)構(gòu)：原子、離子或原子團(tuán)按照空間點(diǎn)陣的實(shí)際排列。特征：a可能存在局部缺陷；b可有無限多種。2晶胞圖1-6（1）-:構(gòu)成空間點(diǎn)陣的最基本單元。（2）選取原則：a能夠充分反映空間點(diǎn)陣的對稱性； b相等的棱和角的數(shù)目最多； c具有盡可能多的直角；d體積最小。（3）形狀和大小有三個棱邊的長度 a,b,c及其夾角a , 3 , 丫表示。（4）晶胞中點(diǎn)的位置表示（坐標(biāo)法）。3布拉菲點(diǎn)陣圖1-714 種點(diǎn)陣分屬7個晶系。4晶向指數(shù)與晶面指數(shù)晶向：空間點(diǎn)陣中各陣點(diǎn)列的方向。晶面：通過空間點(diǎn)陣中任意一組陣點(diǎn)

4、的平面。 國際上通用米勒指數(shù)標(biāo)定晶向和晶面。（1）晶向指數(shù)的標(biāo)定a建立坐標(biāo)系。確定原點(diǎn)(陣點(diǎn))、坐標(biāo)軸和度量單位(棱邊)。b 求坐標(biāo)。u' ,v '。,w 'c化整數(shù)。u,v,w.d 加。uvw。說明：a指數(shù)意義：代表相互平行、方向一致的所有晶向。 b負(fù)值：標(biāo)于數(shù)字上方，表示同一晶向的相反方向。c晶向族：晶體中原子排列情況相同但空間位向不同的一組晶向。用<uvw>表示,數(shù)字相同，但排列順序不同或正負(fù)號不同的晶向?qū)儆谕痪蜃濉?2) 晶面指數(shù)的標(biāo)定a建立坐標(biāo)系：確定原點(diǎn)(非陣點(diǎn))、坐標(biāo)軸和度量單位。b量截距：x,y,z。 c 取倒數(shù)：h' ,k &#

5、39; ,1 ' d化整數(shù)：h,k,k。e加圓括號：(hkl)。說明：a指數(shù)意義：代表一組平行的晶面；b 0的意義：面與對應(yīng)的軸平行； c平行晶面：指數(shù)相同，或數(shù)字相同但正負(fù)號相反；d晶面族：晶體中具有相同條件(原子排列和晶面間距完全相同)，空間位向不同的各組晶面。用hkl表示。e若晶面與晶向同面，則hu+kv+lw=O;f若晶面與晶向垂直，則u=h, k=v, w=l。(3) 六方系晶向指數(shù)和晶面指數(shù)a六方系指數(shù)標(biāo)定的特殊性：四軸坐標(biāo)系(等價晶面不具有等價指數(shù))。b晶面指數(shù)的標(biāo)定 標(biāo)法與立方系相同(四個截距)；用四個數(shù)字(hkil)表示；i=-(h+k)。c晶向指數(shù)的標(biāo)定 標(biāo)法與立方

6、系相同(四個坐標(biāo))；用四個數(shù)字(uvtw)表示；t=-(u+w) o 依次平移法：適合于已知指數(shù)畫晶向(末點(diǎn)) 。坐標(biāo)換算法：UVWuvtwu=(2U-V)/3, v=(2V-U)/3, t=-(U+V)/3, w=W 。(4) 晶帶a :平行于某一晶向直線所有晶面的組合。b性質(zhì):晶的必要條件。(4) 形核功與能量起伏晶帶軸 晶帶面 晶帶用晶帶軸的晶向指數(shù)表示;晶帶面禺區(qū)IT> Tk是結(jié) Gk= Sk cr /3(是結(jié)臨界形核功：形成臨界晶核時需額外對形核所做的功。 能量起伏：系統(tǒng)中微小區(qū)域的能量偏離平均能量水平而高低不一的現(xiàn)象。 晶的必要條件之三)。(5 )形核率與過冷度的關(guān)系N=(圖

7、 3- 11 , 12)由于N受兩個因素控制，形核率與過冷度之間是呈拋物線的關(guān)系。2非均勻形核(1) 模型：外來物質(zhì)為一平面，固相晶胚為一球冠。(2) 自由能變化：表達(dá)式與均勻形核相同。(3) 臨界形核功計(jì)算時利用球冠體積、表面積表達(dá)式，結(jié)合平衡關(guān)系rlw= r sw+ r slCOS B計(jì)算能量變化和臨界形核功。 Gk 非/ Gk=(2-3cos 0 +cos3B )/4a 0 =0時， Gk非=0,雜質(zhì)本身即為晶核；b 180> 0 >0時， Gk非< Gk,雜質(zhì)促進(jìn)形核；C0 =180時， Gk# = Gk, 雜質(zhì)不起作用。(4) 影響非均勻形核的因素a過冷度：(N-

8、T曲線有一下降過程)。(圖3-16)b外來物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)：B越小越有利。點(diǎn)陣匹配原理：結(jié)構(gòu)相似，點(diǎn)陣常數(shù)相 近。c外來物質(zhì)表面形貌：表面下凹有利。(圖3- 17)第四節(jié)晶核的長大1晶核長大的條件(1) 動態(tài)過冷動態(tài)過冷度：晶核長大所需的界面過冷度。(是材料凝固的必要條件)(2) 足夠的溫度(3) 合適的晶核表面結(jié)構(gòu)。2液固界面微結(jié)構(gòu)與晶體長大機(jī)制粗糙界面(微觀粗糙、宏觀平整-金屬或合金從來可的界面)：垂直長大。光滑界面(微觀光滑、宏觀粗糙-無機(jī)化合物或亞金屬材料的界面)：二維晶核長大、依靠缺陷長大。3液體中溫度梯度與晶體的長大形態(tài)(1) 正溫度梯度(液體中距液固界面越遠(yuǎn)，溫度越高) 粗糙界面：平

9、面狀。光滑界面：臺階狀。(2) 負(fù)溫度梯度(液體中距液固界面越遠(yuǎn)，溫度越低) 粗糙界面：樹枝狀。光滑界面：樹枝狀-臺階狀。第五節(jié) 凝固理論的應(yīng)用1材料鑄態(tài)晶粒度的控制Zv=(N/G) 3/4(1) 提高過冷度。降低澆鑄溫度，提高散熱導(dǎo)熱能力，適用于小件。(2) 化學(xué)變質(zhì)處理。促進(jìn)異質(zhì)形核，阻礙晶粒長大。(3) 振動和攪拌。輸入能力，破碎枝晶。2單晶體到額制備(1) 基本原理：保證一個晶核形成并長大。(2) 制備方法：尖端形核法和垂直提拉法。3定向凝固技術(shù)(1) 原理：單一方向散熱獲得柱狀晶。(2) 制備方法。4急冷凝固技術(shù)(1) 非晶金屬與合金(2) 微晶合金。(3) 準(zhǔn)晶合金。Q第四章二元相

10、圖相：(概念回顧)相圖：描述系統(tǒng)的狀態(tài)、溫度、壓力及成分之間關(guān)系的圖解。 二元相圖：第一節(jié)相圖的基本知識1相律(1) 相律：熱力學(xué)平衡條件下，系統(tǒng)的組元數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間的關(guān)系。(2) 表達(dá)式：f=c-p+2;壓力一定時，f=c-p+1。(3) 應(yīng)用可確定系統(tǒng)中可能存在的最多平衡相數(shù)。如單元系2個，二元系3個?？梢越忉尲兘饘倥c二元合金的結(jié)晶差別。純金屬結(jié)晶恒溫進(jìn)行，二元合金變溫 進(jìn)行。2相圖的表示與建立（1）狀態(tài)與成分表示法 狀態(tài)表示：溫度成分坐標(biāo)系。坐標(biāo)系中的點(diǎn)表象點(diǎn)。 成分表示：質(zhì)量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)。（2）相圖的建立 方法：實(shí)驗(yàn)法和計(jì)算法。 過程：配制合金測冷卻曲線確定轉(zhuǎn)變溫度填入坐標(biāo)繪

11、出曲線。 相圖結(jié)構(gòu)：兩點(diǎn)、兩線、三區(qū)。3 杠桿定律（1）平衡相成分的確定（根據(jù)相率，若溫度一定，則自由度為0，平衡相成分隨之確定。）（2）數(shù)值確定：直接測量計(jì)算或投影到成分軸測量計(jì)算。（3）注意：只適用于兩相區(qū)；三點(diǎn)（支點(diǎn)和端點(diǎn)）要選準(zhǔn)。第二節(jié) 二元勻晶相圖1 勻晶相同及其分析（1）勻晶轉(zhuǎn)變：由液相直接結(jié)晶出單相固溶體的轉(zhuǎn)變。（2）勻晶相圖：具有勻晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。（3）相圖分析（以 Cu-Ni 相圖為例） 兩點(diǎn)：純組元的熔點(diǎn)； 兩線： L, S 相線；二區(qū)：L, a , L+ a。2 固溶體合金的平衡結(jié)晶（1）平衡結(jié)晶：每個時刻都能達(dá)到平衡的結(jié)晶過程。（2）平衡結(jié)晶過程分析 冷卻曲線：溫度時

12、間曲線； 相（組織）與相變（各溫區(qū)相的類型、相變反應(yīng)式，杠桿定律應(yīng)用。）； 組織示意圖； 成分均勻化：每時刻結(jié)晶出的固溶體的成分不同。（3）與純金屬結(jié)晶的比較 相同點(diǎn)：基本過程：形核長大；熱力學(xué)條件："T>0;能量條件：能量起伏； 結(jié)構(gòu)條件：結(jié)構(gòu)起伏。 不同點(diǎn)：合金在一個溫度范圍內(nèi)結(jié)晶（可能性：相率分析，必要性：成分均 勻化。）合金結(jié)晶是選分結(jié)晶：需成分起伏。3 固溶體的不平衡結(jié)晶（1）原因：冷速快（假設(shè)液相成分均勻、固相成分不均勻）。（2）結(jié)晶過程特點(diǎn)：固相成分按平均成分線變化（但每一時刻符合相圖）;結(jié)晶的溫度范圍增大;組織多為樹枝狀。（3）成分偏析：晶內(nèi)偏析：一個晶粒內(nèi)部化

13、學(xué)成分不均勻現(xiàn)象。枝晶偏析：樹枝晶的枝干和枝間化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。（消除：擴(kuò)散退火，在低于固相線溫度長時間保溫。 ）4 穩(wěn)態(tài)凝固時的溶質(zhì)分布（ 1）穩(wěn)態(tài)凝固： 從液固界面輸出溶質(zhì)速度等于溶質(zhì)從邊界層擴(kuò)散出去速度的凝固過程。（ 2）平衡分配系數(shù)：在一定溫度下，固、液兩平衡相中溶質(zhì)濃度的比值。k0 =C s/Cl（ 3）溶質(zhì)分布：液、固相內(nèi)溶質(zhì)完全混合（平衡凝固）a;固相不混合、液相完全混合 b; 固相不混合、液相完全不混合 c; 固相不混合、液相部分混合 d。（4）區(qū)域熔煉（上述溶質(zhì)分布規(guī)律的應(yīng)用）5 成分過冷及其對晶體生長形態(tài)的影響（1）成分過冷：由成分變化與實(shí)際溫度分布共同決定的過冷。（2

14、）形成：界面溶質(zhì)濃度從高到低液相線溫度從低到高。（圖示： 溶質(zhì)分布曲線勻晶相圖液相線溫度分布曲線實(shí)際溫度分布 曲線成分過冷區(qū)。 ）（3）成分過冷形成的條件和影響因素 條件： G/R<mC 0（1-k0）/Dk 0 合金固有參數(shù)： m, k0; 實(shí)驗(yàn)可控參數(shù)： G, R 。（4）成分過冷對生長形態(tài)的影響 （正溫度梯度下） G 越大，成分過冷越大生長形態(tài)：平面狀胞狀樹枝狀。第三節(jié) 二元共晶相圖及合金凝固共晶轉(zhuǎn)變：由一定成分的液相同時結(jié)晶出兩個一定成分固相的轉(zhuǎn)變。 共晶相圖：具有共晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。（液態(tài)無限互溶、固態(tài)有限互溶或完全不溶，且發(fā)生共晶反應(yīng)。 共晶組織：共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。 （是兩相混合

15、物）1 相圖分析（相圖三要素）（1）點(diǎn)：純組元熔點(diǎn)；最大溶解度點(diǎn)；共晶點(diǎn)（是亞共晶、過共晶成分分界點(diǎn)）等。（2）線：結(jié)晶開始、結(jié)束線；溶解度曲線；共晶線等。（3）區(qū)： 3個單相區(qū)； 3個兩相區(qū)； 1 個三相區(qū)。2 合金的平衡結(jié)晶及其組織（以 Pb-Sn 相圖為例）（1）Wsn<19 的合金 凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖） 。 二次相（次生相）的生成：脫溶轉(zhuǎn)變（二次析出或二次再結(jié)晶） 。 室溫組織（a + 3 n）及其相對量計(jì)算。（ 2 ） 共晶合金 凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖） 。 共晶線上兩相的相對量計(jì)算。 室溫組織（a+B + a n+B n）及其相對量計(jì)算。（ 3

16、 ） 亞共晶合金 凝固過程（冷卻曲線、相變、組織示意圖） 。 共晶線上兩相的相對量計(jì)算。 室溫組織（a + B n+（a+B）及其相對量計(jì)算。 組織組成物與組織圖 組織組成物：組成材料顯微組織的各個不同本質(zhì)和形態(tài)的部分。 組織圖：用組織組成物填寫的相圖。3 不平衡結(jié)晶及其組織 （ 1 ） 偽共晶 偽共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶組織。 形成原因：不平衡結(jié)晶。成分位于共晶點(diǎn)附近。 不平衡組織 由非共晶成分的合金得到的完全共晶組織。 共晶成分的合金得到的亞、過共晶組織。 （偽共晶區(qū)偏移）（ 2 ） 不平衡共晶 不平衡共晶：位于共晶線以外成分的合金發(fā)生共晶反應(yīng)而形成的組織。 原因：不平衡結(jié)

17、晶。成分位于共晶線以外端點(diǎn)附件。 （ 3 ） 離異共晶 離異共晶：兩相分離的共晶組織。 形成原因 平衡條件下，成分位于共晶線上兩端點(diǎn)附近。 不平衡條件下，成分位于共晶線外兩端點(diǎn)附。 消除：擴(kuò)散退火。4 共晶組織的形成共晶體的形成 成分互惠-交替形核片間搭橋-促進(jìn)生長相交替分布 共晶組織(2) 共晶體的形態(tài)粗糙-粗糙界面：層片狀(一般情況)、棒狀、纖維狀(一相數(shù)量明顯少于另 相)粗糙-平滑界面：具有不規(guī)則或復(fù)雜組織形態(tài)(由于兩相微觀結(jié)構(gòu)不同) 所需動態(tài)過冷度不同，金屬相任意長大，另一相在其間隙長大?？傻玫?球狀、針狀、花朵狀、樹枝狀共晶體。非金屬相與液相成分差別大。形成較大成分過冷，率先長大，形

18、成針狀、 骨骼狀、螺旋狀、蜘蛛網(wǎng)狀的共晶體。(3) 初生晶的形態(tài)：金屬固溶體：粗糙界面-樹枝狀；非金屬相：平滑界面-規(guī)則多面體。第四節(jié)二元包晶相圖包晶轉(zhuǎn)變：由一個特定成分的固相和液相生成另一個特點(diǎn)成分固相的轉(zhuǎn)變。 包晶相圖：具有包晶轉(zhuǎn)變特征的相圖。1相圖分析點(diǎn)、線、區(qū)。2平衡結(jié)晶過程及其組織(1) 包晶合金的結(jié)晶結(jié)晶過程：包晶線以下，L, a對B過飽和-界面生成三相間存在濃度梯度擴(kuò)散長大全部轉(zhuǎn)變?yōu)锽。室溫組織：B或B + a n °(2) 成分在C-D之間合金的結(jié)晶 結(jié)晶過程：a剩余；室溫組織：a+B + a n+B n。3不平衡結(jié)晶及其組織異常a相 導(dǎo)致包晶偏析包晶轉(zhuǎn)變要經(jīng)B擴(kuò)散。

19、包晶偏析：因包晶轉(zhuǎn)變不能充分進(jìn)行 而導(dǎo)致的成分不均勻現(xiàn)象。異常B相由不平衡包晶轉(zhuǎn)變引起。成分在靠近固相、包晶線以外端點(diǎn)附件。4包晶轉(zhuǎn)變的應(yīng)用(1) 組織設(shè)計(jì)：如軸承合金需要的軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)的組織。(2) 晶粒細(xì)化。第五節(jié)其它類型的二元相圖自學(xué)內(nèi)容第六節(jié)鐵碳合金相圖一二元相圖的分析和使用(1) 二元相圖中的幾何規(guī)律 相鄰相區(qū)的相數(shù)差 1 (點(diǎn)接觸除外)一相區(qū)接觸法則； 三相區(qū)的形狀是一條水平線，其上三點(diǎn)是平衡相的成分點(diǎn)。 若兩個三相區(qū)中有 2個相同的相，則兩水平線之間必是由這兩相組成的兩相區(qū)。 單相區(qū)邊界線的延長線應(yīng)進(jìn)入相鄰的兩相區(qū)。(2) 相圖分析步驟 以穩(wěn)定的化合物分割相圖； 確定各點(diǎn)、

20、線、區(qū)的意義； 分析具體合金的結(jié)晶過程及其組織變化注：虛線、點(diǎn)劃線的意義-尚未準(zhǔn)確確定的數(shù)據(jù)、磁學(xué)轉(zhuǎn)變線、有序-無序轉(zhuǎn)變線。(3) 相圖與合金性能的關(guān)系 根據(jù)相圖判斷材料的力學(xué)和物理性能 根據(jù)相圖判斷材料的工藝性能鑄造性能：根據(jù)液固相線之間的距離XX越大，成分偏析越嚴(yán)重(因?yàn)橐汗滔喑煞植顒e大)X越大，流動性越差(因?yàn)橹Оl(fā)達(dá)) ；X越大，熱裂傾向越大(因?yàn)橐汗虄上喙泊娴臏貐^(qū)大)塑性加工性能：選擇具有單相固溶體區(qū)的合金。熱處理性能：選擇具有固態(tài)相變或固溶度變化的合金。二鐵碳合金相圖1組元和相(1) 組元：鐵石墨相圖：Fe,C;鐵一滲碳體相圖：Fe-Fe3C。相：L, S , A( 丫 ), F(

21、 a ), Fe3C(K)。(其定義)2相圖分析點(diǎn)：16個。線：兩條磁性轉(zhuǎn)變線；三條等溫轉(zhuǎn)變線；其余三條線：GS,ES,PQ。區(qū)：5個單相區(qū)，7個兩相區(qū)，3個三相區(qū)。相圖標(biāo)注：相組成物標(biāo)注的相圖。 組織組成物標(biāo)注的相圖。3合金分類：工業(yè)純鈦(C%<% )、碳鋼(<C%<% )、鑄鐵(C%>% )4平衡結(jié)晶過程及其組織(1) 典型合金(7種)的平衡結(jié)晶過程、組織變化、室溫組織及其相對量計(jì)算。(2) 重要問題：Fe3Ci, Fe3Cn, Fe3Cm的意義及其最大含量計(jì)算。Ld-Ld '轉(zhuǎn)變。 二次杠桿的應(yīng)用。5含碳量對平衡組織和性能的影響(1) 對平衡組織的影響(隨

22、 C%提高)組織：a+ Fe3C mLd' + Fe3C i;相：a減少，F(xiàn)e3C增多；FesC形態(tài)：FesCm (薄網(wǎng)狀、點(diǎn)狀)共析母3。(層片狀)FesS (網(wǎng)狀晶Fe3C (基體)Fe3C i (粗大片狀)。(2) 對力學(xué)性能的影響強(qiáng)度、硬度升高，塑韌性下降。(3) 對工藝性能的影響適合鍛造：C%<%，可得到單相組織。 適合鑄造：C%。，流動性好。 適合冷塑變：C%<%，變形阻力小。 適合熱處理：，有固態(tài)相變。第七節(jié)相圖的熱力學(xué)解釋圖示講解第八節(jié)鑄錠組織及其控制1鑄錠組織(1) 鑄錠三區(qū)：表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、中心等軸晶區(qū)。(2) 組織控制：受澆鑄溫度、冷卻速度、化學(xué)

23、成分、變質(zhì)處理、機(jī)械振動與攪拌等 因素影響。2鑄錠缺陷(1) 微觀偏析(2) 宏觀偏析 正偏析 反偏析 比重偏析(3) 夾雜與氣孔夾雜：外來夾雜和內(nèi)生夾雜。氣孔：析出型和反應(yīng)型。(4) 縮孔和疏松形成：凝固時體積縮小-補(bǔ)縮不足-形成縮孔。分類：集中縮孔(縮孔、縮管)和分散縮孔(疏松，枝晶骨架相遇，封閉液體, 造成補(bǔ)縮困難形成。)辺第五章三元相圖第一節(jié)總論1三元相圖的主要特點(diǎn)(1) 是立體圖形，主要由曲面構(gòu)成；(2) 可發(fā)生四相平衡轉(zhuǎn)變；(3) 一、二、三相區(qū)為一空間。2成分表示法-成分三角形(等邊腰、直角三角形)(1) 已知點(diǎn)確定成分；(2) 已知成分確定點(diǎn)。3成分三角形中特殊的點(diǎn)和線(1)

24、三個頂點(diǎn)：代表三個純組元；(2) 三個邊上的點(diǎn)：二元系合金的成分點(diǎn)；(3) 平行于某條邊的直線：其上合金所含由此邊對應(yīng)頂點(diǎn)所代表的組元的含量一定。(4) 通過某一頂點(diǎn)的直線：其上合金所含由另兩個頂點(diǎn)所代表的兩組元的比值恒定。4平衡轉(zhuǎn)變的類型(1) 共晶轉(zhuǎn)變：Lo Ta a+ 3 b+ y c;(2) 包晶轉(zhuǎn)變：Lo+a a+ 3b T 丫(3) 包共晶轉(zhuǎn)變：Lo+a a T 3 b+ 丫 c;還有偏共晶、共析、包析、包共析轉(zhuǎn)變等。5共線法則與杠桿定律(1) 共線法則：在一定溫度下，三元合金兩相平衡時，合金的成分點(diǎn)和兩個平衡相的成分點(diǎn)必然位于成分三角形的同一條直線上。(由相率可知，此時系統(tǒng)有一個

25、自由度，表示一個相的成分可以獨(dú)立改變，另一相的成分隨之改變。)(2) 杠桿定律：用法與二元相同。兩條推論(1) 給定合金在一定溫度下處于兩相平衡時，若其中一個相的成分給定，另一個相 的成分點(diǎn)必然位于已知成分點(diǎn)連線的延長線上。(2) 若兩個平衡相的成分點(diǎn)已知，合金的成分點(diǎn)必然位于兩個已知成分點(diǎn)的連線上。6重心定律在一定溫度下，三元合金三相平衡時，合金的成分點(diǎn)為三個平衡相的成分點(diǎn)組成的三 角形的質(zhì)量重心。(由相率可知，此時系統(tǒng)有一個自由度，溫度一定時，三個平衡相的成分 是確定的。平衡相含量的計(jì)算：所計(jì)算相的成分點(diǎn)、合金成分點(diǎn)和二者連線的延長線與對邊的 交 點(diǎn)組成一個杠桿。合金成分點(diǎn)為支點(diǎn)。計(jì)算方法

26、同杠桿定律。第二節(jié) 三元勻晶相圖1相圖分析點(diǎn)：Ta, Tb, Tc-三個純組元的熔點(diǎn)； 面：液相面、固相面； 區(qū)：L, a , L+ a。2三元固溶體合金的結(jié)晶規(guī)律液相成分沿液相面、固相成分沿固相面，呈蝶形規(guī)律變化。 (立體圖不實(shí)用)3等溫界面(水平截面)(1)做法：某一溫度下的水平面與相圖中各面的交線。（2）截面圖分析3 個相區(qū)：L, a , L+ a ；2條相線：L1L2, S1S2 （共軛曲線）；若干連接線：可作為計(jì)算相對量的杠桿（偏向低熔點(diǎn)組元；可用合金成分點(diǎn)與頂點(diǎn)的連線近似代替）變溫截面（1）（2）(3)（垂直截面）做法：某一垂直平面與相圖中各面的交線。二種常用變溫截面經(jīng)平行于某條邊

27、的直線做垂直面獲得; w經(jīng)通過某一頂點(diǎn)的直線做垂直面獲得。 結(jié)晶過程分析I"成分軸的兩端不一定是純組元； 注意液、固相線不一定相交； 不能運(yùn)用杠桿定律（液、固相線不是成分變化線） 投影圖 I（1）等溫線投影圖：可確定合金結(jié)晶開始、結(jié)束溫度。（2）全方位投影圖：勻晶相圖不必要。第三節(jié)三元共晶相圖組元在固態(tài)互不相溶的共晶相圖（1）相圖分析點(diǎn):線:熔點(diǎn)；二兀共晶點(diǎn)；三兀共晶點(diǎn)。 兩相共晶線 液相面交線 兩相共晶面交線 液相單變量線液相區(qū)與兩相共晶面交線EnE彳面:液相面 固相面 兩相共晶面 三兀共晶面區(qū):1兩相區(qū) 單相區(qū) 三相區(qū) 四相區(qū)3個4個4個1個等溫截面I應(yīng)用：可確定平衡相及其成分；

28、可運(yùn)用杠桿定律和重心定律。三相平衡區(qū)是直邊三角形兩相區(qū)與之線接，單相區(qū)與之點(diǎn)接（水平截面與棱柱面交線）（水平截面與棱邊的交點(diǎn)，表示 個平衡相成分。）(3)變溫截面應(yīng)用：分析合金結(jié)晶過程，確定組織變化局限性：不能分析成分變化。（成分在單變量線上，不在垂直截面上）合金結(jié)晶過程分析；（4）投影圖（相組成物相對量計(jì)算（杠桿定律、重心定律）.組織組成物相對量計(jì)算（杠桿定律、重心定律） 組元在固態(tài)有限溶解的共晶相圖（1）相圖分析點(diǎn)：熔點(diǎn)；二元共晶點(diǎn)；三元共晶點(diǎn)。兩相共晶線/液相面交線線：EnE J兩相共晶面交線液相單變量線1液相區(qū)與兩相共晶面交線結(jié)束面組成。面:區(qū):（2 ）等溫截面(3)(4)固相單變量線

29、液相面固相面：由勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)束面、 兩相共晶結(jié)束面、兩相共晶面 三兀共晶面 溶解度曲面：6個 兩相區(qū) 單相區(qū) 三相區(qū) 四相區(qū)6個4個4個1個應(yīng)用：可確定平衡相及其成分；可運(yùn)用杠桿定律和重心定律。三相共晶是直邊三角形 兩相區(qū)與之線接 單相區(qū)與之點(diǎn)接（水平截面與棱柱面交線） （水平截面與棱邊的交點(diǎn)，表示 個平衡相成分。）1；相區(qū)接觸法則：單相區(qū)/兩相區(qū)曲線相接；三相平衡區(qū)相率相區(qū)的相數(shù)差兩相區(qū)/三相區(qū)直線相接。變溫截面3個三相區(qū)共晶相圖特征：水平線1個三相區(qū) 三相共晶區(qū)特征：曲邊三角形。 應(yīng)用：分析合金結(jié)晶過程，確定組織變化 局限性：不能分析成分變化。（成分在單變量線上，不在垂直截面上）合金結(jié)晶過程

30、分析；投影圖*相組成物相對量計(jì)算（杠桿定律、重心定律）、組織組成物相對量計(jì)算（杠桿定律、重心定律）第四節(jié)三元相圖總結(jié)立體圖：共軛曲面。1兩相平衡“.等溫圖：兩條曲線。立體圖：三棱柱，棱邊是三個平衡相單變量線。2三相平衡（等溫圖：直邊三角形，頂點(diǎn)是平衡相成分點(diǎn)。垂直截面：曲邊三角形，頂點(diǎn)不代表成分iJ根據(jù)參加反應(yīng)相：后生成。包、共晶轉(zhuǎn)變判斷L根據(jù)居中單相區(qū)：上共下包。四相平衡（1）立體圖中的四相平衡共晶轉(zhuǎn)變類型：包共晶轉(zhuǎn)變 包晶轉(zhuǎn)變”與4個單相區(qū)點(diǎn)接觸； 相區(qū)鄰接（四相平衡面）與6個兩相區(qū)線接觸；|與4個三相區(qū)面接觸。'I共晶轉(zhuǎn)變：上3下1 （三相區(qū)）反應(yīng)類型判斷（以四相平衡面為界）包共

31、晶轉(zhuǎn)變：上2下2 ；包晶轉(zhuǎn)變：上 1下3。（2）變溫截面中的四相平衡四相平衡區(qū)：上下都有三相區(qū)鄰接。判斷轉(zhuǎn)變類型條件：鄰接三相區(qū)達(dá) 4時;類型：共晶、包共晶、包晶。（3）投影圖中的四相平衡 根據(jù)12根單變量判斷; 根據(jù)液相單變量判斷共晶轉(zhuǎn)變包共晶轉(zhuǎn)變包晶轉(zhuǎn)變4相區(qū)接觸法則相鄰相區(qū)的相數(shù)差1 （各種截面圖適用）。5應(yīng)用舉例第六章固體中的擴(kuò)散第一節(jié)概述1擴(kuò)散的現(xiàn)象與本質(zhì)（1）擴(kuò)散：熱激活的原子通過自身的熱振動克服束縛而遷移它處的過程。（2）現(xiàn)象：柯肯達(dá)爾效應(yīng)。（3） 本質(zhì)：原子無序躍遷的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。（不是原子的定向移動）。2擴(kuò)散的分類（1）根據(jù)有無濃度變化（如純金屬或固溶體的（有濃度變化）自擴(kuò)冃攵：

32、原子經(jīng)由自己兀素的晶體點(diǎn)陣而遷移的擴(kuò)冃攵。 晶粒長大。無濃度變化。）互擴(kuò)散：原子通過進(jìn)入對方兀素晶體點(diǎn)陣而導(dǎo)致的擴(kuò)散。(2)根據(jù)擴(kuò)散方向下坡擴(kuò)散：原子由高濃度處向低濃度處進(jìn)行的擴(kuò)散。 上坡擴(kuò)散：原子由低濃度處向咼濃度處進(jìn)行的擴(kuò)散。(3)根據(jù)是否出現(xiàn)新相原子擴(kuò)散：擴(kuò)散過程中不出現(xiàn)新相。反應(yīng)擴(kuò)散：由之導(dǎo)致形成一種新相的擴(kuò)散。3固態(tài)擴(kuò)散的條件（1）溫度足夠高；（2）時間足夠長；（3）擴(kuò)散原子能固溶；（4）具有驅(qū)動力：化學(xué)位梯度。第二節(jié)擴(kuò)散定律1菲克第一定律（1）第一定律描述：單位時間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的某一單位面積截面的擴(kuò)散物質(zhì) 流量（擴(kuò)散通量J）與濃度梯度成正比。（2） 表達(dá)式：J=-D（dc/

33、dx）。（ C溶質(zhì)原子濃度；D-擴(kuò)散系數(shù)。）2菲克第二定律（1）表達(dá)式” 一般:二維：彳特殊:（3） 適用條件：穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，dc/dt=0。濃度及濃度梯度不隨時間改變。C/ t= (D C/ x)/ xC/ t=D 2C/ x2三維： C/ t=D( 2/ x2+ 2/ y2+ 2/ z2)C"穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：C/ t=0, J/x=O。(2) 適用條件：:、非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：C/ t 工,0 J/ x工0( C/ t= J/ x)。3擴(kuò)散第二定律的應(yīng)用(1) 誤差函數(shù)解適用條件：無限長棒和半無限長棒。表達(dá)式：C=Ci (Ci-C2)erf(x/2 V Dt)(半無限長棒)。在滲碳條件下：C:x,

34、t處的濃度；Ci：表面含碳量；C2:鋼的原始含碳量。(2) 正弦解Cx=Cp-A osin( n x/ 入)Cp:平均成分；Ao：振幅Cmax- Cp ;入：枝晶間距的一半。對于均勻化退火，若要求枝晶中心成分偏析振幅降低到1/100,貝C(入 /2,t)- Cp/( Cmax- Cp)=exp(- n 2Dt/ 入 2)=1/100。第三節(jié)擴(kuò)散的微觀機(jī)理與現(xiàn)象1擴(kuò)散機(jī)制'間隙一間隙；(1) 間隙機(jī)制，平衡位置一間隙一間隙：較困難；間隙一篡位一結(jié)點(diǎn)位置。(間隙固溶體中間隙原子的擴(kuò)散機(jī)制。)方式：原子躍遷到與之相鄰的空位；(2) 空位機(jī)制條件：原子近旁存在空位。(金屬和置換固溶體中原子的擴(kuò)

35、散。)f直接換位(3) 換位機(jī)制呱宙形換位(所需能量較高。)2擴(kuò)散程度的描述(1) 原子躍遷的距離_R= Vr t rR:擴(kuò)散距離；r：原子躍遷的頻率(在一定溫度下恒定)；r:原子一次躍遷距離(如一個原子間距)。(2) 擴(kuò)散系數(shù)2D= a Pr對于立方結(jié)構(gòu)晶體 P=1/6,上式可寫為D= a 2/6P為躍遷方向幾率；a是常數(shù)，對于簡單立方結(jié)構(gòu)a=a;對于面向立方結(jié)構(gòu)a =V 2a/2; a=V -3a/2。(3) 擴(kuò)散激活能擴(kuò)散激活能Q:原子躍遷時所需克服周圍原子對其束縛的勢壘。間隙擴(kuò)散擴(kuò)散激活能與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系D=D 0exp(-Q/RT)D0：擴(kuò)散常數(shù)。空位擴(kuò)散激活能與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系D=D

36、 0exp(- E/kT) E= Ef(空位形成功)+ Em (空位遷移激活能)。3擴(kuò)散的驅(qū)動力與上坡擴(kuò)散(1)擴(kuò)散的驅(qū)動力對于多元體系，設(shè)n為組元i的原子數(shù)，則在等溫等壓條件下，組元i原子的自由能可用化學(xué)位表示：口 i= G/ ni 擴(kuò)散的驅(qū)動力為化學(xué)位梯度，即F=- |1 i / X負(fù)號表示擴(kuò)散驅(qū)動力指向化學(xué)位降低的方向。(2) 擴(kuò)散的熱力學(xué)因子 組元i的擴(kuò)散系數(shù)可表示為Di=KTBi(1+ In i/ Inxi)其中，(1+ In i/ Inxi)稱為熱力學(xué)因子。當(dāng)(1+ In i/ Inxi)<0時，Di<0,發(fā)生上坡擴(kuò)散。 (3 )上坡擴(kuò)散概念：原子由低濃度處向高濃度處遷

37、移的擴(kuò)散。驅(qū)動力：化學(xué)位梯度。 其它引起上坡擴(kuò)散的因素：彈性應(yīng)力的作用一大直徑原子跑向點(diǎn)陣的受拉部分，小直徑原子跑向點(diǎn)陣的受壓 部分。晶界的內(nèi)吸附：某些原子易富集在晶界上。電場作用：大電場作用可使原子按一定方向擴(kuò)散。4反應(yīng)擴(kuò)散(1) 反應(yīng)擴(kuò)散：有新相生成的擴(kuò)散過程。(2) 相分布規(guī)律：二元擴(kuò)散偶中不存在兩相區(qū)，只能形成不同的單相區(qū)；三元擴(kuò)散偶中可以存在兩相區(qū)，不能形成三相區(qū)。第四節(jié)影響擴(kuò)散的主要因素1溫度D=D oexp(-Q/RT)可以看出，溫度越高，擴(kuò)散系數(shù)越大。2原子鍵力和晶體結(jié)構(gòu)原子鍵力越強(qiáng)，擴(kuò)散激活能越高；致密度低的結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散系數(shù)大(舉例：滲碳選擇在 奧氏體區(qū)進(jìn)行)；在對稱性低的結(jié)構(gòu)

38、中，可出現(xiàn)明顯的擴(kuò)散各向異性。3固溶體類型和組元濃度的影響間隙擴(kuò)散機(jī)制的擴(kuò)散激活能低于置換型擴(kuò)散；提高組元濃度可提高擴(kuò)散系數(shù)。4晶體缺陷的影響(缺陷能量較高，擴(kuò)散激活能小) 空位是空位擴(kuò)散機(jī)制的必要條件； 位錯是空隙管道，低溫下對擴(kuò)散起重要促進(jìn)作用； 界面擴(kuò)散-(短路擴(kuò)散)：原子界面處的快速擴(kuò)散。 如對銀： Q表面=Q晶界/2=Q 晶內(nèi)5第三組元的影響如在鋼中加入合金元素對碳在中擴(kuò)散的影響。強(qiáng)碳化物形成元素，如 W, Mo, Cr,與碳親和力大，能顯著組織碳的擴(kuò)散； 弱碳化物形成元素，如 Mn ,對碳的擴(kuò)散影響不大； 固溶元素，如Co, Ni,提高碳的擴(kuò)散系數(shù)；Si降低碳的擴(kuò)散系數(shù)。區(qū)ZI第七

39、章塑性變形第一節(jié) 單晶體的塑性變形常溫下塑性變形的主要方式：滑移和孿生。一滑移1滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面(滑移面)和晶向 (滑移方向)產(chǎn)生相對位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式。'光鏡下：滑移帶(無重現(xiàn)性)。2滑移的表象學(xué)電境下：滑移線。3滑移的晶體學(xué)滑移面(密排面)(1) 幾何要素'1-滑移方向(密排方向)(2) 滑移系滑移系：一個滑移面和該面上一個滑移方向的組合?；葡档膫€數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù))X(每個面上所具有的滑移方向的個數(shù))晶體結(jié)構(gòu)滑移面滑移方向滑移系數(shù)目常見金屬面心立方111 X 4<110>X 312Cu,

40、AI,Ni,Au110 X 6X 212Fe,W,Mo體心立方121 X 12<111> X 112Fe,W123 X 24X 124Fe0001 X 1X 33Mg,Z n,Ti密排六方1010<1120>3Mg,Zr,Ti10116Mg,Ti典型滑移系一般滑移系越多，塑性越好；滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系：j與滑移面密排程度和滑移方向個數(shù)有關(guān); 與同時開動滑移系數(shù)目有關(guān)(C)。(3)滑移的臨界分切應(yīng)力(C)c：在滑移面上沿滑移方面開始滑移的最小分切應(yīng)力。外力在滑移方向上的分解。C= scos coss的取值c取決于金屬的本性，不受 ，的影響;或尸90時,“ 45 時,

41、ss最小，晶體易滑移;軟取向f:值大;取向因子:cos cos硬取向：值小。(4 )位錯運(yùn)動的阻力派一納力：p-N=2 G/(1-v)exp-2 a/(1-v)b主要取決于位錯寬度、結(jié)合鍵本性和晶體結(jié)構(gòu)。4滑移時晶體的轉(zhuǎn)動(1)位向和晶面的變化(力軸方向不變)(2 )取向因子的變化拉伸時，滑移面和滑移方向趨于平行于力軸方向 _壓縮時，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。 '幾何硬化：，遠(yuǎn)離45，滑移變得困難；幾何軟化；，接近45，滑移變得容易。5多滑移.多滑移：在多個(>2)滑移系上同時或交替進(jìn)行的滑移。(1) 滑移的分類*雙滑移：單滑移：(2) 等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向與

42、力軸夾角分別相等的一組滑移系。 6交滑移(1) 交滑移：晶體在兩個或多個不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。螺位錯的交滑移：螺位錯從一個滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面的過 程；,(2) 機(jī)制螺位錯的雙交滑移：交滑移后的螺位錯再轉(zhuǎn)回到原滑移面的過程。(單滑移：單一方向的滑移帶；(3) 滑移的表面痕跡 -多滑移：相互交叉的滑移帶；交滑移：波紋狀的滑移帶。孿生（1）孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生 均勻切變并形成晶體取向的鏡面對稱關(guān)系。'孿生面A1111, A2112, A31012（2） 孿生的晶體學(xué)孿生方向 A1<112>,A2<

43、;111>, A3<1011> 一孿晶區(qū)（3）孿生變形的特點(diǎn)滑移孿生相同點(diǎn)1均勻切變；2沿一定的晶面、晶向進(jìn)行；不改變結(jié)構(gòu)。不同點(diǎn)晶體位向不改變（對拋光面觀察無重 現(xiàn)性）。改變，形成鏡面對稱關(guān)系（對拋 光面觀察有重現(xiàn)性）位移量滑移方向上原子間距的整數(shù) 倍，較大。小于孿生方向上的原子間距，較 小。對塑變的貢獻(xiàn)很大，總變形量大。有限，總變形量小。變形應(yīng)力有一定的臨界分切壓力所需臨界分切應(yīng)力遠(yuǎn)咼于滑移變形條件一般先發(fā)生滑移滑移困難時發(fā)生變形機(jī)制全位錯運(yùn)動的結(jié)果分位錯運(yùn)動的結(jié)果第二節(jié)多晶體的塑性變形1晶粒之間變形的傳播位錯在晶界塞積 應(yīng)力集中 相鄰晶粒位錯源開動相鄰晶粒變形 塑變 +

44、2晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性（1）原因：各晶粒之間變形具有非同時性。（2） 要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會導(dǎo)致晶體分裂）（3）條件：獨(dú)立滑移系 5個。（保證晶粒形狀的自由變化）3晶界對變形的阻礙作用（1）晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。（2）晶界對變形的影響：滑移、孿生多終止于晶界，極少穿過。（3）晶粒大小與性能的關(guān)系a晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高（細(xì)晶強(qiáng)化：由下列霍爾一配奇公式可知）s= o+kd-1/2原因：晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯運(yùn)動的阻力越大。（有尺寸限制）r晶粒越多，變形均勻性提高由應(yīng)力集中 導(dǎo)致的開裂機(jī)會減少，可承受更大的變 形量，表現(xiàn)出高塑性。b晶粒越細(xì)，塑韌性提高4細(xì)晶

45、粒材料中，應(yīng)力集中小，裂紋不易 萌生；晶界多，裂紋不易傳播，在斷裂 過程中可吸收較多能量，表現(xiàn)出高韌性。第三節(jié)合金的塑性變形一固溶體的塑性變形1固溶體的結(jié)構(gòu)2固溶強(qiáng)化（1）固溶強(qiáng)化:固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。（2）強(qiáng)化機(jī)制.1晶格畸變，阻礙位錯運(yùn)動；-柯氏氣團(tuán)強(qiáng)化。（3）屈服和應(yīng)變時效現(xiàn)象：上下屈服點(diǎn)、屈服延伸（呂德斯帶擴(kuò)展）。預(yù)變形和時效的影響：去載后立即加載不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；去載后放置一段時間或 200 C加熱后再加載出現(xiàn)屈服。原因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成。（4）固溶強(qiáng)化的影響因素 溶質(zhì)原子含量越多，強(qiáng)化效果越好； 溶劑與溶質(zhì)原子半徑差越大，強(qiáng)化

46、效果越好； 價電子數(shù)差越大，強(qiáng)化效果越好； 間隙式溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果高于置換式溶質(zhì)原子。二 多相合金的塑性變形1結(jié)構(gòu)：基體+第二相。2性能（1）兩相性能接近：按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算。（2）軟基體十硬第二相第二相網(wǎng)狀分布于晶界（二次滲碳體）；a結(jié)構(gòu)r兩相呈層片狀分布（珠光體）； 第二相呈顆粒狀分布（三次滲碳體）。彌散強(qiáng)化：位錯繞過第二相粒子 （粒子、位錯環(huán)阻礙位錯運(yùn)動 ）b強(qiáng)化YL沉淀強(qiáng)化：位錯切過第二相粒子（表面能、錯排能、粒子阻礙位錯運(yùn)動）第四節(jié) 塑性變形對材料組織和性能的影響一對組織結(jié)構(gòu)的影響-晶粒拉長；1形成纖維組織.雜質(zhì)呈細(xì)帶狀或鏈狀分布。2形成形變織構(gòu)（1）形變織構(gòu)：多晶體材料由塑性變形

47、導(dǎo)致的各晶粒呈擇優(yōu)取向的組織。絲織構(gòu)：某一晶向趨于與拔絲方向平行。（拉拔時形成）（2）常見類型-板織構(gòu)：某晶面趨于平行于軋制面，某晶向趨于平行于主L變形方向。（軋制時形成）（力學(xué)性能：禾深沖板材變形控制；弊：制耳。（3）對性能的影響：各向異性物理性能：硅鋼片100織構(gòu)可減少鐵損。3形成位錯胞變形量位錯纏結(jié)3錯昔胞（大量位錯纏結(jié)在胞壁，胞內(nèi)位錯密度低。）二對性能的影響1對力學(xué)性能的影響（加工硬化）（1）加工硬化（形變強(qiáng)化、冷作強(qiáng)化）：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑 韌性下降的現(xiàn)象。廠卩雖化金屬的重要途徑；利彳提高材料使用安全性；（2） 利弊材料加工成型的保證。弊J變形阻力提高，動力消耗

48、增大； -脆斷危險性提咼。2對物理、化學(xué)性能的影響導(dǎo)電率、導(dǎo)磁率下降，比重、熱導(dǎo)率下降；結(jié)構(gòu)缺陷增多，擴(kuò)散加快；化學(xué)活性提高，腐蝕加快。殘余應(yīng)力（約占變形功的10%）第一類殘余應(yīng)力（I）:宏觀內(nèi)應(yīng)力，由整個物體變形不均勻引起。1分類 第二類殘余應(yīng)力（n）:微觀內(nèi)應(yīng)力，由晶粒變形不均勻引起。第三類殘余應(yīng)力（m）:點(diǎn)陣畸變，由位錯、空位等引起。80-90%。禾預(yù)應(yīng)力處理，如汽車板簧的生產(chǎn)。2利弊弊：弓I起變形、開裂，如黃銅彈殼的腐蝕開裂。3消除：去應(yīng)力退火。第八章回復(fù)與再結(jié)晶第一節(jié)冷變形金屬在加熱時的組織與性能變化一回復(fù)與再結(jié)晶回復(fù)：冷變形金屬在低溫加熱時，其顯微組織無可見變化，但其物理、力學(xué)性能

49、卻部 分恢復(fù)到冷變形以前的過程。再結(jié)晶：冷變形金屬被加熱到適當(dāng)溫度時，在變形組織內(nèi)部新的無畸變的等軸晶粒逐 漸取代變形晶粒，而使形變強(qiáng)化效應(yīng)完全消除的過程。二 顯微組織變化（示意圖）回復(fù)階段：顯微組織仍為纖維狀，無可見變化；再結(jié)晶階段：變形晶粒通過形核長大，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌臒o畸變的等軸晶粒。晶粒長大階段：晶界移動、晶粒粗化，達(dá)到相對穩(wěn)定的形狀和尺寸。 三性能變化1力學(xué)性能（示意圖）回復(fù)階段：強(qiáng)度、硬度略有下降，塑性略有提高。再結(jié)晶階段：強(qiáng)度、硬度明顯下降，塑性明顯提高。晶粒長大階段：強(qiáng)度、硬度繼續(xù)下降，塑性繼續(xù)提高，粗化嚴(yán)重時下降。2物理性能密度：在回復(fù)階段變化不大，在再結(jié)晶階段急劇升高；電阻：

50、電阻在回復(fù)階段可明顯下降。四儲存能變化（示意圖）1儲存能：存在于冷變形金屬內(nèi)部的一小部分（10% ）變形功。彈性應(yīng)變能（312%）2存在形式 位錯（8090%）_是回復(fù)與再結(jié)晶的驅(qū)動力點(diǎn)缺陷3儲存能的釋放：原子活動能力提高，遷移至平衡位置，儲存能得以釋放。 五內(nèi)應(yīng)力變化回復(fù)階段：大部分或全部消除第一類內(nèi)應(yīng)力，部分消除第二、三類內(nèi)應(yīng)力； 再結(jié)晶階段：內(nèi)應(yīng)力可完全消除。第二節(jié)回復(fù)一回復(fù)動力學(xué)（示意圖）1加工硬化殘留率與退火溫度和時間的關(guān)系In （x0/x）= C0texp（-Q/RT）X0 -原始加工硬化殘留率；x退火時加工硬化殘留率；C0 比例常數(shù)；t加熱時間；T 加熱溫度。2動力學(xué)曲線特點(diǎn)（1

51、）沒有孕育期；（2）開始變化快，隨后變慢；（3）長時間處理后，性能趨于一平衡值。 二回復(fù)機(jī)理£移至晶界、位錯處空位+間隙原子消失一 缺陷密度降低（空位群、對）J,異號位錯相遇而抵銷2中溫回復(fù)：位錯滑移位錯纏結(jié)重新排列位錯密度降低（）亞晶粒長大3高溫回復(fù)：位錯攀移（+滑移）（）晶粒）彈性畸變能降低。位錯垂直排列（亞晶界）多邊化甲回復(fù)退火的應(yīng)用去應(yīng)力退火：降低應(yīng)力（保持加工硬化效果），防止工件變形、開裂，提高耐蝕性。第三節(jié)再結(jié)晶'亞晶合并形核班晶界移動形核（吞并其它亞晶或變形部分）1形核亞晶長大形核機(jī)制（變形量較大時）晶界凸出形核（晶界弓出形核，凸向亞晶粒小的方向） （變形量較小

52、時） 驅(qū)動力：畸變能差2長大-方式：晶核向畸變晶粒擴(kuò)展，直至新晶粒相互接觸。 注：再結(jié)晶不是相變過程。再結(jié)晶動力學(xué)（1）（示意圖） 再結(jié)晶速度與溫度的關(guān)系v 再=Aexp（-QWRT）規(guī)律開始時再結(jié)晶速度很小，在體積分?jǐn)?shù)為時最大，然后減慢。三再結(jié)晶溫度1再結(jié)晶溫度：經(jīng)嚴(yán)重冷變形（變形量>70%）的金屬或合金，在1h內(nèi)能夠完成再結(jié)晶的（再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)2經(jīng)驗(yàn)公式注：再結(jié)晶退>95%）最低溫度。高純金屬：T再=Tm。 工業(yè)純金屬：T再=Tm。合金：T再=Tm。t溫度一般比上述溫度高100200 Co變形量越大，驅(qū)動力越大，再結(jié)晶溫度越低；純度越高，再結(jié)晶溫度越低； 加熱速度太低或太高，再

53、結(jié)晶溫度提高。四影響再結(jié)晶的因素1退火溫度。溫度越高，再結(jié)晶速度越大。2變形量。變形量越大，再結(jié)晶溫度越低；形量低于一定值，再結(jié)晶不能進(jìn)行。3原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅(qū)動力越大；4微量溶質(zhì)元素。阻礙位錯和晶界的運(yùn)動，3影響因素隨變形量增大，再結(jié)晶溫度趨于穩(wěn)定；變晶界越多，有利于形核。 不利于再結(jié)晶。12345第二分散相。間距和直徑都較大時，提高畸變能，并可作為形核核心，促進(jìn)再結(jié)晶; 直徑和間距很小時，提高畸變能，但阻礙晶界遷移，阻礙再結(jié)晶。五 再結(jié)晶晶粒大小的控制（晶粒大小一變形量關(guān)系圖） 再結(jié)晶晶粒的平均直徑d=kG/N 1/4變形量（圖）。存在臨界變形量，生產(chǎn)中應(yīng)避免臨界變形量。 原始晶粒尺寸。晶粒越小，驅(qū)動力越大，形核位置越多，使晶粒細(xì)化。 合金元素和雜質(zhì)。增加儲存能，阻礙晶界移動，有利于晶粒細(xì)化。溫度。變形溫度越高，回復(fù)程度越大，儲存能減小，晶粒粗化；退火溫度越高，臨 界變形度越小，晶粒粗大。六再結(jié)晶的應(yīng)用再結(jié)晶退火再結(jié)晶溫度:第四節(jié)晶粒長大驅(qū)動力：界面能差；長大方式：