材料科學(xué)基礎(chǔ)知識總結(jié)

第0章緒論材料的分類金屬材料②無機非金屬材料③高分子材料④復(fù)合材料無機非金屬材料分類水泥②玻璃③耐火材料④陶瓷（器）第一章固體結(jié)構(gòu)要求掌握的內(nèi)容⑴晶體、晶體結(jié)構(gòu)、空間點陣、對稱、配位數(shù)、配位多面體、合金、固溶體、置換固溶體⑵晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣的關(guān)系和區(qū)別、點陣幾何元素表示法、球體的最緊密堆積、金屬的晶體結(jié)構(gòu)、固溶體、鮑林規(guī)則、用鮑林規(guī)則分析離子晶體結(jié)構(gòu).⑶重點:晶體結(jié)構(gòu)與空間點陣的關(guān)系和區(qū)別、點陣幾何元素表示法、典型離子晶體的結(jié)構(gòu).⑷難點:空間點陣,點陣幾何元素表示法，鮑林規(guī)則，硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)⑴晶體:內(nèi)部質(zhì)點在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體，即晶體是具有格子構(gòu)造的固體.⑵空間點陣（空間格子）:從理想晶體結(jié)構(gòu)中抽象出來，相當(dāng)于晶體結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)基元的結(jié)點在三維空間作周期性重復(fù)排列的幾何圖形。⑶晶體結(jié)構(gòu)與空間格子晶體結(jié)構(gòu)：客觀實體，有實際內(nèi)容，質(zhì)點代表原子、離子、分子等。空間格子:抽象幾何圖形，結(jié)點為幾何點。⑷根據(jù)6個點陣參數(shù)間的相互關(guān)系，可將全部空間點陣歸屬于7種類型，即7個晶系。⑸布拉菲點陣：用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出能夠反映空間點陣全部特征的單位平面六面體只有14種，這14種空間點陣也稱布拉菲點陣。⑹晶胞-能代表整個晶體全部結(jié)構(gòu)特征的最小單位。（與單位平行六面體（單位空間格子）相對應(yīng)，從實際晶體選取的這種最小單位。）單位平行六面體（單位空間格子）：能代表整個空間點陣全部特點的最小單位。晶體結(jié)構(gòu)：晶體內(nèi)部質(zhì)點在三維空間作周期性重復(fù)排列構(gòu)成。晶胞與平行六面體比較：區(qū)別：點的意義不同相同：晶胞與平行六面體的大小、形狀、參數(shù)相同，“點”排列規(guī)律相同2.晶向符號X2.晶向符號X晶向符號不僅代表一根直線方向，而且代表所有平行于這根直線的直線方向。晶面指數(shù)m面：（332）晶面符號代表了一組平行等距的晶面。P面：《32）4.晶帶：⑴晶帶：所有平行或相交于某一直線的這些晶面構(gòu)成一個晶帶，此直線稱為晶帶軸。屬此晶帶的晶面稱為共帶面。⑵晶帶定律：晶帶軸[mvw]與該晶帶的晶面（hk/）之間存在以下關(guān)系：hu+kv+lw=0⑶晶帶定律的應(yīng)用：uuVwu:v:w=hkl111hkl1-222一hkl-h:k:l=uVw111uVwL222已知兩個不平行的晶面（h1k111）和（h2k2l2），求晶帶軸的晶向指數(shù)[uvw]已知兩晶向[u1v1w1]和[u2v2w2]，求兩晶向所決定的晶面指數(shù)（hkl）晶軸1[u1七w1]晶軸2[u2v2w2]晶面上晶面1（與k1R 晶面2（h2k212）宏觀對稱要素和對稱操作晶軸3[u3v3w3]三個晶軸是否同在一個晶面3（h3k313）三個晶面同屬一個晶帶⑴對稱軸（旋轉(zhuǎn)軸）和旋轉(zhuǎn)⑵對稱面與反映⑶對稱中心和倒反 ⑷回轉(zhuǎn)-反演軸與旋轉(zhuǎn)倒反等徑球體最緊密堆積：⑴六方最緊密堆積ABAB:第三層球體排列的位置與第一層球完全相同⑵立方最緊密堆積第四層球時，與第一層球重復(fù)，形成⑵立方最緊密堆積第四層球時，與第一層球重復(fù)，形成ABCABCr+/r_ 正離子配位數(shù)0.225?r+/r_ 正離子配位數(shù)0.225?0.414 40.414?0.732 60.732?1.000 811.離子的極化離子極化:在離子緊密堆積時，負(fù)離子多面體形狀四面體八面體立方體實例SiO2NaCl、MgOCsCl、ZrO2帶電荷的離子所產(chǎn)生的電場必然要對另一離子的最緊密堆積中的空隙四面體空隙八面體空隙球體空間利用率:晶胞中原子體積與晶胞體積的比值.=緊密系數(shù)=堆積密度=致密度K=nv/V9.配位數(shù)CN離子晶體配位數(shù)：最鄰近且等距的異號離子數(shù)。單質(zhì)：一個原子周圍最鄰近且等距原子數(shù)。10.晶體結(jié)構(gòu)中正、負(fù)離子配位數(shù)的大小由正、負(fù)離子半徑的比值來決定。電子云發(fā)生作用（吸引或排斥），因而使這個離子的大小和形狀發(fā)生了改變，這種現(xiàn)象叫離子極化。極化會對晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響，主要表現(xiàn)為極化會導(dǎo)致離子間距離縮短，離子配位數(shù)降低，同時變形的電子云相互重疊，使鍵性由離子鍵向共價鍵過渡，最終使晶體結(jié)構(gòu)類型發(fā)生變化.12離子半徑:每個離子周圍存在著一個一定大小的球形力的作用圈，其它離子不能進(jìn)入這個作用圈，這種作用圈的半徑。意義：對球體的最緊密堆積和配位數(shù)有影響。體心立方，面心立方，密排六方：原子半徑②原子個數(shù)③晶格常數(shù)④致密度⑤四面體，八面體間隙合金相結(jié)構(gòu)⑴合金：由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)熔煉，燒結(jié)或其它方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。⑵組織:材料中的直觀形貌，可以用肉眼觀察到，也可以借助于放大鏡、顯微鏡觀察到的微觀形貌。⑶相:合金中具有同一聚集狀態(tài),同一化學(xué)成分、同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并以界面相互隔開的均勻組成部分。⑷固溶體：以某一組元為溶劑，在其晶體點陣中溶入其他組元原子（溶質(zhì)原子）所形成的均勻混合的固態(tài)溶體。置換型固溶體：當(dāng)溶質(zhì)原子溶人溶劑中形成固溶體時，溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑點陣的陣點，或者說溶質(zhì)原子置換了溶劑點陣的部分溶劑原子，這種固溶體就稱為置換固溶體。間隙固溶體:溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙而形成的固溶體兩組元A、B組成合金時：①固溶體（結(jié)構(gòu)與溶劑相同）②中間相（結(jié)構(gòu)不同A、B）離子晶體：由正、負(fù)離子通過離子鍵或離子鍵和共價鍵混合鍵按一定方式堆積起來而形成的。離子半徑：從原子核中心到其最外層電子的平衡距離。離子化合物結(jié)合的幾個規(guī)則⑴離子配位多面體規(guī)則（鮑林第一規(guī)則）：在離子晶體結(jié)構(gòu)中，每個正離子周圍都形成一個負(fù)離子配位多面體；正負(fù)離子間的平衡距離取決于正負(fù)離子的半徑之和；正離子配位數(shù)取決于正負(fù)離子半徑之比。⑵電價規(guī)則（鮑林第二規(guī)則）在一個穩(wěn)定的離子型晶體中，每一個負(fù)離子的電價 Z應(yīng)該—等于（或近似等于）其鄰近的正離子到該負(fù)離子的各靜電鍵強度s的總和z_=Zs=Z］Cnni i i其中：Si為第i種正離子靜電鍵強度，Z+為正離子的電荷，CN為其配位數(shù)。用鮑林規(guī)則解釋CsCl晶體結(jié)構(gòu)與NaCl型結(jié)構(gòu)CsCl：第三規(guī)則8個［CsCl8］共棱，共面相連，實際［CsCl8］共面相連NaCl：第三規(guī)則：八面體可共棱，共面連接，實際共棱相連。第2章晶體缺陷⑴根據(jù)缺陷的作用范圍把真實晶體缺陷分四類:

點缺陷②線缺陷③面缺陷④體缺陷⑵根據(jù)缺陷的形成原因圖2-2點缺陷的類型1-圖2-2點缺陷的類型1-大的置換原子4-復(fù)合空位金屬晶體中的點缺陷的類型①空位②間隙原子③置換原子空位⑴原子遷移到晶格的間隙中，這樣所形成的空位叫弗侖克爾空位⑵原子遷移到晶體表面上,這樣所產(chǎn)生的空位叫肖特基空位⑶遷移到其他空位處，這樣雖然不產(chǎn)生新的空位,但可以使空位變換位置。離子晶體中點缺陷肖特基缺陷：在離子晶體中，由于要維持電價平衡，因此一個正離子產(chǎn)生空位，則鄰近必有一個負(fù)離子空位，這樣的一個正負(fù)離子空位對;弗侖克爾缺陷：一個正離子跳入離子晶體的間隙位置，則出現(xiàn)了一個正離子空位，這種空位一間隙離子對。CaClkci>Ca.+Cl+Cl'2 KCliCaCl2kci>CaK+V?'+2。CaClkci>Ca.+Cl+Cl'2 KCliCaCl2kci>CaK+V?'+2。°3TiOai2o3>3Ti二+6O+V2 AlOAlYOZro2>2Y'+3O+V山6線缺陷5型位錯6?螺型位錯⑴刃型位錯的結(jié)構(gòu)特征有一額外的半原子面可理解為是已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的邊界線，可是直線也可是折線和曲線，但它們必與滑移方向和滑移矢量垂直只能在同時包含有位錯線和滑移矢量的滑移平面上滑移⑵螺型位錯的結(jié)構(gòu)特征無額外的半原子面螺型位錯線與滑移矢量平行，一定是直線，位錯線移動方向與晶體滑移方向垂直;滑移面不是唯一的，包含螺型位錯線的平面都可以作為它的滑移面；位錯的運動⑴刃型位錯運動：位錯的運動在外加切應(yīng)力的作用下發(fā)生；位錯移動的方向和位錯線垂直（與伯氏矢量的方向平行）；運動位錯掃過的區(qū)域晶體的兩部分發(fā)生了伯氏矢量大小的相對運動（滑移）；位錯移出晶體表面將在晶體的表面上產(chǎn)生伯氏矢量大小的臺階。

⑵螺型位錯運動螺位錯也是在外加切應(yīng)力的作用下發(fā)生運動；位錯移動的方向總是和位錯線垂直（與伯氏矢量垂直）；運動位錯掃過的區(qū)域晶體的兩部分發(fā)生了伯氏矢量大小的相對運動（滑移）；位錯移過部分在表面留下部分臺階，全部移出晶體的表面上產(chǎn)生伯氏矢量大小的完整臺階。第三章固體中的擴散固體中，擴散是唯一的物質(zhì)遷移方式，研究擴散一般有兩種方法：表象理論：根據(jù)所測量的參數(shù)描述物質(zhì)傳輸?shù)乃俾屎蛿?shù)量等；原子理論：擴散過程中原子是如何遷移的?；瘜W(xué)擴散：由于濃度梯度所引起的擴散。自擴散：不依賴濃度梯度，而僅由熱振動而產(chǎn)生的擴散。把Cu、Ni兩根金屬棒對焊在一起，在焊接面上鑲嵌上幾根鎢絲作為界面標(biāo)志，然后加熱到高溫并保溫很長時間后，左側(cè)Ni的濃度大于右側(cè)Cu的濃度，側(cè)的點陣膨脹，右邊點陣收縮，導(dǎo)致界面向右漂移。菲克第一定律：J=-Ddp/dxJ：擴散通量，kg/（m2.s） 。：擴散系數(shù)，m2/sp:質(zhì)量濃度，kg/m3 “-”：擴散方向與dp/dx方向相反它僅適應(yīng)于穩(wěn)態(tài)擴散，即質(zhì)量濃度不隨時間而變化。大多數(shù)擴散過程是非穩(wěn)態(tài)擴散，即濃度隨時間而變化的擴散，需要用菲克第二定律處理。菲克第二定律dp/dt=d（Ddp/dx）/dx dp/dt=Dd2p/dx2⑴兩端成分不受擴散影響的擴散偶則p=p1則p=p2二erf（工）2 2、Dt則p=p1則p=p2二erf（工）2 2、Dtx<0，則p=p2 x=-8，通解為：p=Ajg（-P2）鄧+A P（E=耳已+-10 2 2在界面處（x=0）： Ps=Pl；p2⑵一端成分不受擴散影響的擴散體（考研同學(xué)重點）質(zhì)量濃度為P0的低碳鋼滲碳：

X=8,p=p0初始條件：t=0,x>0,p=p0邊界條件：t>0,x=0,p=psX=8,p=p0P(X,t)=p-(Pss應(yīng)用：在滲碳中，常需要估算滿足一定滲碳層深度所需要的時間，擴散的熱力學(xué)分析上坡擴散：物質(zhì)從低濃度區(qū)向高濃度區(qū)擴散，提高了濃度梯度，上坡擴散⑴從熱力學(xué)分析可知，擴散的驅(qū)動力并不是濃度梯度dp/dx，而是化學(xué)勢梯度dM/dx。只要兩個區(qū)域中i組元存在化學(xué)勢差△pi就能產(chǎn)生擴散，⑵決定組元擴散的基本因素是化學(xué)勢梯度，不管是上坡擴散還是下坡擴散，其結(jié)果總是導(dǎo)致擴散組元化學(xué)勢梯度的減小，直至化學(xué)勢梯度為零。OOoOoo0OOQ\0OOoOoo0OOQ\0OOIoo、ocrooo?oooopO?b?oOgfpO?OOO0OOOO6./oooooooo圖4.8晶體中的擴散機制Nil接交換卜環(huán)形交換c-空位<1-間隙e-推埴f-擠列⑴交換機制：兩個相鄰原子互換位置。擴散原子是等量互換，不出現(xiàn)柯肯達(dá)爾效應(yīng)。⑵間隙機制:原子從一個晶格間隙位置遷移到另一個間隙位置。對大的間隙原子提出推填機制和擠列機制。⑶空位機制：晶體中存在空位，使原子遷移容易。柯肯達(dá)爾效應(yīng)支持了空位機制，⑷晶界擴散及表面擴散：多晶體材料，擴散物質(zhì)可沿三種不同路徑進(jìn)行即晶體內(nèi)擴散，晶界擴散和樣品自由表面擴散，并用DL、DB、DS表示三者的擴散系數(shù)，(見圖4-11，P145)且DL<DB<DS。10.擴散系數(shù)⑴對間隙型擴散，其擴散系數(shù)為：D=D0exp(一△U/kT)=D0exp(—Q/kT)D0為擴散常數(shù)；AU是間隙擴散時溶質(zhì)原子跳躍所需額外的熱力學(xué)內(nèi)能，等于間隙原子的擴散激活能Q。⑵對置換型擴散或自擴散，原子遷移主要是通過空位擴散機制。其擴散系數(shù)為：D=D0exp{(—^UV—^U)/kT}=D0exp(—Q/kT)式中Q=^UV+^U，表明置換擴散或自擴散除了需要原子遷移能AU外還比間隙擴散增加了一項空位形成能^uv。擴散激活能(lnD=lnD0—Q/RT)Q=—Rtana (其中：tana=△lnD/A1/T)影響擴散的因素⑴溫度：溫度越高，擴散系數(shù)越大。⑵固溶體類型：間隙擴散激活能比置換擴散激活能小得多。⑶晶體結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)不同的固溶體對擴散元素的溶解限度不同，造成濃度梯度不

同，會影響擴散速率。⑷晶體缺陷：DS>DB>Dl各種缺陷加快了原子的擴散。⑸化學(xué)成分：具體情況具體分析。⑹應(yīng)力的作用：應(yīng)力越大原子擴散的速度越大。第四章純金屬的凝固1.由一種元素或化合物構(gòu)成的晶體稱為單組元晶體或純晶體，該體系稱為單元系。從一種相到另一種相的轉(zhuǎn)變稱為相變，由液相至固相的轉(zhuǎn)變稱為凝固，凝固后的固體是晶體，又稱為結(jié)晶；組成一個體系的基本單元（元素或化合物）稱為組元。體系中具有相同的物理和化學(xué)性質(zhì)的、且與其他部分以界面分開的均勻部分稱為相。相律：表示在平衡條件下，系統(tǒng)的自由度數(shù)（f）、組元數(shù)3）和平衡相數(shù)（p）之間的關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：f=c-p+2f=c-p+1 相律給出了平衡狀態(tài)下體系中存在的相數(shù)與組元數(shù)及溫度、壓力之間的關(guān)系金屬的實際結(jié)晶溫度（Tn）總低于理論結(jié)晶溫度（Tm）這種現(xiàn)象，叫過冷現(xiàn)象。金屬的實際結(jié)晶溫度（Tn）與理論結(jié)晶溫度（Tm）之差，稱為過冷度，用△T表示。結(jié)晶的一般過程是由形核和長大兩個過程結(jié)晶的熱力學(xué)條件是：GS<GL或AG=GS-GL<0液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點：近程規(guī)則排列-----結(jié)構(gòu)起伏結(jié)晶的實質(zhì):就是從近程規(guī)則排列的液體變成遠(yuǎn)程規(guī)則排列的固體過程。金屬晶核從過冷液相中以結(jié)構(gòu)起伏為基礎(chǔ)直接涌現(xiàn)自發(fā)形成，這種方式為均勻形核。AG=AGVL-S+AGA=VAGV+A-bAGVL-S是結(jié)晶的驅(qū)動力。 AGA是結(jié)晶的阻力。分析△G—r曲線：（l）r<r*的晶胚r<r*的晶胚長大，使^GL只有重新熔化才能使^G!這種尺寸的晶胚不穩(wěn)定，不能長大。r>r*的晶胚因為長大，使AG1能自發(fā)進(jìn)行，能長大成為晶核。當(dāng)r>r0時，因為△G<0為穩(wěn)定晶核。②當(dāng)r在r*?r0之間時，長大使△GI但△G>0,為亞穩(wěn)定晶核。（3）r=r*的晶胚長大與消失的趨勢相等，這種晶胚稱為臨界晶核。r*為臨界晶核半徑。12.臨界晶核半徑r?二匹Lr?二匹LAT△T越大r*越小越易形核臨界過冷度兩條曲線的交點所對應(yīng)的過冷度△T*為臨界過冷度。當(dāng)△T<△T*時，rmax<r*，難于形核，結(jié)晶不能進(jìn)行。當(dāng)△T=△T*時，rmaX=r*，晶胚可能轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ш恕．?dāng)△T>△T*時，日：："*，結(jié)晶易于進(jìn)行。形核功⑴由^G一r曲線可知：在r>r*時，長大使^GI，但在r*與r0之間，△G為正值。說明，△GI還不能完全補償^GAt，還需要提供一定的能量。這部分為形核而提供的能量叫形核功。形成臨界晶核所需要的能量稱為臨界形核功。數(shù)值上等于△G*。⑵形成臨界晶核時，體積自由能公Gv(lsI只能補償2/3表面能AGAt，還有1/3的表面能必須由系統(tǒng)的能量起伏來提供。⑶系統(tǒng)中各微小體積的能量偏離系統(tǒng)平均能量的現(xiàn)象，稱為能量起伏。⑷均勻形核是在過冷液相中靠結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏來實現(xiàn)的。形核率NN=k-N-NN1:為受形核功影響的形核1率囪子。隨Tt,△TI,△G*.N':受原子擴散能力影響的形核率因子。隨Tt,原子擴散M能力t'N2t'2-'2-3cos0+cos30_4兀了2b 2-3cos0+cos30_、g3非血 4 均⑴e=o時，△g*非二o說明雜質(zhì)本身就是晶核'不需要形核功。⑵e=180°時，蕓G*二△G*'相當(dāng)于均勻形核，基底不起作用。函G*非<△G*，即非均勻形核所需的膏*非總是小于均勻形核的^G*'表明基底總會促進(jìn)晶核的形成。作為非均勻形核基底是有條件的：結(jié)構(gòu)相似，尺寸相當(dāng)晶體的長大機制⑴垂直長大機制:在粗糙界面上，垂直長大,長大速度較快⑵二維晶核長大機制：光滑界面'形成具有一個原子厚度并且大于臨界半徑的晶核，即為二維晶核。其長大速度十分緩慢。⑶螺型位錯長大機制:光滑界面上出現(xiàn)一個螺位錯露頭，長大方式：平面長大'枝晶長大晶體是以平面方式長大還是以枝晶方式長大，取決于溫度梯度。⑴正的溫度梯度，以平面方式長大。⑵負(fù)的溫度梯度，以枝晶方式長大。晶粒大小的控制晶粒的大小取決于形核率和長大速度'凡能促進(jìn)形核，抑制長大的因素，都能細(xì)化晶粒。⑴提高八T△Tt，Nt>Vgt.??N/Vgt，晶粒細(xì)化。只對小型或薄壁鑄件有效，(2)變質(zhì)處理此法用于大型鑄件。

在澆注前往液態(tài)金屬中加入形核劑，促進(jìn)形成大量的非均勻形核來細(xì)化晶粒。(3)振動、攪拌機械振動，電磁振動，加壓澆注等。用于薄壁形狀較復(fù)雜的鑄件。第五章部分5.4.1固溶體合金的凝固理論⑴平衡分配系數(shù)k0:由于二元合金中第二組元的加入，溶質(zhì)原子要在液、固兩相發(fā)生重新分布，重新分布的程度用平衡分配系數(shù)k0表示。k0=WS/WL，即平衡凝固時固相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與液相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比。⑵討論：k=WJW P154**0 ^s⑶固溶體平衡凝固過程是：形核f相界平衡f擴散破壞平衡f長大f相界平衡。⑷固溶體合金的不平衡凝固正常凝固:因此實際生產(chǎn)中的凝固過程都屬于不平衡凝固過程，又稱正常凝固過程。區(qū)域熔煉:當(dāng)ko<1時，凝固前端部分的溶質(zhì)濃度不斷降低，后段部分不斷的富集，這使固溶體經(jīng)區(qū)域熔煉后的前端因溶質(zhì)的減少而得到提純，因此區(qū)域熔煉又稱為區(qū)域提純。正常凝固是將質(zhì)量濃度為Co的固溶體合金，整體融化f定向凝固。區(qū)域熔煉是將質(zhì)量濃度為Co的固溶體合金，局部融化f局部凝固。⑸固溶體合金凝固中的成分過冷成分過冷:將界面前沿液體中的實際溫度低于由溶質(zhì)分布所決定的凝固溫度時產(chǎn)生的過冷，稱為成分過冷。純金屬晶體的生長方式主要受T梯度的影響(正溫度梯度以平面方式生長，負(fù)溫度梯度以枝晶方式生長)。固溶體合金的生長方式，除了受T梯度影響外，主要受成分過冷的影響。L-a界面前沿沒有成分過冷時，呈平面生長；有較小的成分過冷時，呈胞狀生長；有較大的成分過冷時，呈枝狀生長。第7章材料的變形與再結(jié)晶7.1彈性變形⑴了解材料受力后要發(fā)生變形，外力較小時產(chǎn)生彈性變形，外力較大時產(chǎn)生塑性變形，而當(dāng)外力過大時就會發(fā)生斷裂。變形可分為三個階段：彈性變形、塑性變形和斷裂。彈性變形特征:①變形是可逆的②應(yīng)力與應(yīng)變保持單值線性函數(shù)關(guān)系③彈性變形量隨材料的不同而異。⑵彈性的不完整性①工程上應(yīng)用的材料為多晶體，內(nèi)部存在各種類型的缺陷，彈性變形時，可能出現(xiàn)加載線與卸載線不重合、應(yīng)變的發(fā)展跟不上應(yīng)力的變化等現(xiàn)象，稱為彈性的不完整性。彈性的不完整性，包括包申格效應(yīng)、彈性后效、彈性滯后等。⑶包申格效應(yīng)：材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，然后同向加載則。e升高，反向加載則。e降低的現(xiàn)象，稱為包申格效應(yīng)

⑷彈性后效：在彈性極限范圍內(nèi)，應(yīng)變滯后于外加應(yīng)力，并和時間有關(guān)的現(xiàn)象稱為彈性后效。見書上圖⑸彈性滯后：由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，在。一￡曲線上使加載線與卸載線不重合而形成一封閉回線，稱為彈性滯后。彈性滯后表明：加載時消耗于材料的變形功大于卸載時材料恢復(fù)所釋放的變形功，多余的部分被材料內(nèi)部所消耗，稱為內(nèi)耗，大小=彈性滯后環(huán)面積。7.2晶體的塑性變形7.2.1單晶體的塑性變形⑴單晶體的塑性變形主要通過滑移、孿生和扭折等方式進(jìn)行。⑵滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的 |（）11|TOC\o"1-5"\h\z一部分沿著一定晶面（滑移面）和□功 /I一定晶向（滑移方向）相對另一部 ’廠廠二^ \ \ [T1分發(fā)生相對位移的現(xiàn)象。 （jio） 匕艾三①一個滑移面和此面上的一個滑移 "ill> - JII”*方向合起來稱為一個滑移系 用豐-3 勺I''判斷下列晶面及晶向是否構(gòu)成滑移系？并說明原因FCC^rm^riioKtncniiui.⑶扭折⑶扭折構(gòu)成滑移系必須滿足兩條：1）必須是密排面和密排方向；2）向一定在面上?；葡翟蕉啵圃饺菀?，塑性越好。臨界分切應(yīng)力：能引起滑移的最小分切應(yīng)力稱為臨界分切應(yīng)力當(dāng)外力與滑移面平行（9=90°）或垂直（入=90°）時，取向因子最小，。S為無限大，不可能產(chǎn)生滑移，此時的位向稱為硬位向；當(dāng)外力與滑移面和滑移方向的夾角都接近45°時，取向因子最大，。S最小，容易產(chǎn)生滑移，此時的位向稱為軟位向。滑移的位錯機制：晶體滑移并不是晶體的一部分相對于另一部分沿著滑移面作剛性整體位移，而是借助位錯在滑移面上的運動來逐步進(jìn)行的。⑵孿生①孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分以一定的晶面（攣生面）為對稱面和一定的晶向（攣生方向）與另一部分發(fā)生相對切變的現(xiàn)象.對那些既不能進(jìn)行滑移也不能進(jìn)行孿生的地方，為了使晶體的形狀與外力相適應(yīng)，當(dāng)外力超過某一臨界值時晶體將會產(chǎn)生局部彎曲，這種變形方式稱為扭折7.2.2多晶體的塑性變形⑴晶界在變形中的作用主要作用是提高變形抗力⑵晶粒在變形中的作用：由。s=oo+Kd-1/2細(xì)晶強化：晶粒越細(xì)，不僅強度高，而且塑韌性也好。⑶多晶體的塑性變形過程過程：在同樣的外力作用下，不同晶?；葡瞪系那袘?yīng)力不一樣，處于軟位向的首先開始滑移，當(dāng)外力進(jìn)一步增加時，位錯在A晶粒晶界附近堆積，這樣就產(chǎn)生了應(yīng)力集中，達(dá)到一定B山A方布：C程度時，變形就會越過晶界，傳到它附近的晶粒B、C中，A人/晶粒也可能發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)到硬位向，不再繼續(xù)變形，另一批B、C晶粒開始發(fā)生變形?？傊嗑w塑性變形總是一批一批晶粒逐步地發(fā)生，從少量晶粒開始逐步擴大到大量的晶粒，從不均勻變形逐步發(fā)展到比較均勻的變形。多晶體的塑性變形各晶粒變形具有不同時性；各晶粒變形具有相互協(xié)調(diào)性。7.2.3合金的塑性變形⑴單相固溶體合金的塑性變形溶質(zhì)原子對合金塑性變形的影響主要表現(xiàn)在固溶強化作用上。固溶強化：溶質(zhì)原子的存在及其固溶度的增加，使基體金屬的變形抗力提高。⑵多相合金的塑性變形多相合金與單相固溶體合金的不同之處是除基體相外，還有第二相存在第二相對塑性變形影響：①不連續(xù)的網(wǎng)狀分布使塑韌性大大降低。②呈片層狀分布使塑韌性下降。這種由于第二相呈點狀彌散分布在基體內(nèi)，使其強度、硬度明顯升高的現(xiàn)象叫彌散強化。第二相粒子的強化作用是通過其對位錯運動的阻礙作用而表現(xiàn)出來的。第二相粒子分為：不可變形粒子和可變形粒子。7.2.4塑性變形對材料組織與性能的影響⑴顯微組織的變化:晶粒將逐漸沿其變形方向伸長，出現(xiàn)各向異性，⑵亞結(jié)構(gòu)的變化:隨著變形量的增加，變形胞的數(shù)量增多，尺寸減小。⑶性能的變化:產(chǎn)生加工硬化即金屬材料經(jīng)冷加工變形后，強度、硬度顯著提高，而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。加工硬化產(chǎn)生原因：變形量不大時，晶界附近產(chǎn)生位錯堆積；隨變形量增加，位錯之間產(chǎn)生交互作用，出現(xiàn)纏結(jié)現(xiàn)象，使晶粒破碎成為亞晶粒；變形越大，晶粒越碎，亞晶界增多，位錯密度增大，變形抗力增大⑷形變織構(gòu):由于變形而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織，稱為形變織構(gòu)。分絲織構(gòu)、板織構(gòu)。形成織構(gòu)引起各向異性。⑸殘余應(yīng)力：殘余應(yīng)力是一種內(nèi)應(yīng)力，在工件中處于自相平衡狀態(tài)，其產(chǎn)生是由于工件內(nèi)部各區(qū)域變形不均勻及相互間的牽制作用所致。宏觀殘余應(yīng)力（第一類內(nèi)應(yīng)力）：是工件不同部分的宏觀變形不均引起的。微觀殘余應(yīng)力（第二類內(nèi)應(yīng)力）：是晶?；騺喚ЯＶg的變形不均產(chǎn)生的。點陣畸變（第三類內(nèi)應(yīng)力）：是工件在塑性變形中形成的大量點陣缺陷（如空位、間隙原子、位錯等）引起的。

內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，使材料變脆，耐蝕性降低。7.3回復(fù)和再結(jié)晶7.3.1冷變形金屬在加熱時的組織和性能變化⑴分為三個階段回復(fù)：指新的無畸變晶粒出現(xiàn)之前所產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)和性能變化的階段。組織：由于不發(fā)生大角度晶界的遷移，晶粒的形狀和大小與變形前相同，仍為纖維狀或扁平狀。性能：強度與塑性變化很小，內(nèi)應(yīng)力、電阻明顯下降。再結(jié)晶：指出現(xiàn)無畸變的等軸新晶粒逐步取代變形晶粒的過程。組織：產(chǎn)生新的無畸變晶粒的核心，長大，完全改組為新的、無畸變的細(xì)等軸晶粒為止。性能：強度與硬度明顯下降，塑性提高，消除了加工硬化，使性能恢復(fù)到變形前的程度晶粒長大：指再結(jié)晶結(jié)束之后晶粒的繼續(xù)長大。7.3.2回復(fù)機制⑴①低溫回復(fù)：主要與點缺陷的遷移有關(guān)。點缺陷密度下降中溫回復(fù)：主要與位錯的滑移有關(guān)。異號相消排列規(guī)整高溫回復(fù)：刃型位錯產(chǎn)生攀移。⑵多邊化的產(chǎn)生⑶從回復(fù)機制可以理解：①電阻率的明顯下降（由于過量空位的減少和位錯應(yīng)變能的降低）②內(nèi)應(yīng)力的降低（由于晶體內(nèi)彈性應(yīng)變的基本消除）③硬度及強度下降不多（由于位錯密度下降不多，亞晶還較細(xì)小）7.3.3再結(jié)晶再結(jié)晶:冷變形后的金屬加熱到一定溫度后，在原變形組織中重新產(chǎn)生了無畸變的新晶粒，而性能也發(fā)生了明顯的變化并恢復(fù)到變形前的狀況，這個過程稱為再結(jié)晶。再結(jié)晶是一種形核和長大過程⑴再結(jié)晶形核機制有三種：①晶界弓出②亞晶合并③亞晶蠶食⑵長大:界面遷移的推動力是無畸變的新晶粒與周圍畸變的母體之間的應(yīng)變能差。再結(jié)晶溫度及其影響因素⑴再結(jié)晶溫度:冷變形金屬開始進(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度⑵對純金屬：TR0.4T熔（K）K=°C+273⑶一般再結(jié)晶退再火溫度比T再要高出100?200C，目的：消除加工硬化現(xiàn)象。⑷影響再結(jié)晶溫度的因素有：變形程度:隨冷變形程度增加，（儲能增多，再結(jié)晶的驅(qū)動力增大）再結(jié)晶容易發(fā)生，再結(jié)晶溫度低。當(dāng)變形量達(dá)到一定程度，T趨于一定值再 一一^原始晶粒尺寸：越細(xì)小容易發(fā)生再結(jié)晶，使T降低。（原始晶粒越細(xì)小，晶界越多，有利于形核；另外再，晶粒越細(xì)小，變形抗力越大，變形儲能高，再結(jié)晶驅(qū)動力越大）微量溶質(zhì)原子：微量溶質(zhì)原子可顯著提高T再（溶質(zhì)原子與位錯和晶界間存在著交互作用，產(chǎn)生偏聚，阻礙位錯的滑移與攀移和晶界的遷移，不利于再結(jié)晶的形核和長大，阻礙再結(jié)晶過程，因而使T提高。）第二相粒子：尺寸和間距都較大時（變形中阻礙位錯運動，提高