第二章知識(shí)資料工程材料的原子排列

第二章材料的結(jié)構(gòu)、凝固與變形§2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶一、金屬的晶體結(jié)構(gòu)1、晶體2、晶格3、晶胞4、晶格常數(shù)5、晶面與晶向三種典型金屬晶體結(jié)構(gòu)的特性參數(shù)體心立方（Body-CenteredCubic,BCC)面心立方（Face-CenteredCubic,FCC)密排六方（HexagonalClose-packed,HCP)二、金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)1、單晶體與多晶體2、點(diǎn)缺陷3、線缺陷4、面缺陷1、單晶體與多晶體單晶體：原子排列位向一致多晶體：?jiǎn)尉w+缺陷純鐵內(nèi)的晶粒與晶界晶粒的位向光學(xué)金相顯示的晶粒

2、點(diǎn)缺陷(PointDefects)晶體中的空位(vacancy)和間隙原子(interstitialatom)3、線缺陷刃型位錯(cuò)(edgedislocation)4、面缺陷(SurfaceDefects)小角度晶界Smallanglegrainboundary大角度晶界的過(guò)渡結(jié)構(gòu)三、金屬材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合金：兩種或兩種以上金屬元素或金屬與非金屬元素組成，具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金的最基本單元Cu-Al、Fe3C+Fe、Fe+C相：化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同，與其它部分有明顯分界的均勻組成部分。合金中有兩類基本的相結(jié)構(gòu)固溶體和金屬間化合物（中間相）1、固溶體組元通過(guò)溶解形成一種成分和性能均勻的，且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱為固溶體A（B）A：溶劑B：溶質(zhì)分類溶質(zhì)原子的位置置換固溶體：晶格類型相同,原子半徑相差不大,電化學(xué)性質(zhì)相近間隙固溶體：原子半徑較小溶解度有限固溶體無(wú)限固溶體固溶強(qiáng)化溶質(zhì)原子溶入溶劑使晶格產(chǎn)生晶格畸度而造成材料硬度升高。溶質(zhì)原子溶入→晶格畸變→位錯(cuò)遠(yuǎn)動(dòng)阻力上升→金屬塑性變形困難→強(qiáng)度、硬度升高。2、金屬間化合物合金的組元相互作用而形成的具有金屬特性，而晶格類型和特性又完全不同于任一組元的化合物中間相。特點(diǎn)：熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大。在相圖上位于中間部位。彌散強(qiáng)化彌散分布的第二相使金屬?gòu)?qiáng)度提高.四、金屬的結(jié)晶1、結(jié)晶過(guò)程圖2－9結(jié)晶形核：短程有序原子團(tuán)――核心長(zhǎng)大：晶軸2、結(jié)晶溫度過(guò)冷度：實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度的差別ΔT＝To-Tn3、晶粒大小晶粒度：表示晶粒大小的一種尺度細(xì)晶強(qiáng)化：通過(guò)細(xì)化晶粒改善力學(xué)性能提高強(qiáng)硬度、塑韌性鑄件晶粒細(xì)化方法增加過(guò)冷度變質(zhì)處理4、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變重結(jié)晶：同種金屬，不同結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變――晶格改變P31圖2－27純鐵的冷卻曲線§2.2塑性變形與再結(jié)晶一、單晶體的塑性變形二、多晶體的塑性變形三、合金的塑性變形四、塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響五、變形金屬在加熱時(shí)組織與性能的變化六、金屬的熱加工一、單晶體的塑性變形塑變：切應(yīng)力作用→主要通過(guò)晶體→

滑移、孿生

塑性變形的基本方式：滑移、孿生

滑移--切應(yīng)力作用下，晶體內(nèi)部相鄰原子層間的相對(duì)滑動(dòng)孿生：圖2－14了解（1）滑移的表現(xiàn)形式滑移線與滑移帶圖2－11現(xiàn)象：拋光后晶體—塑變—表面臺(tái)階{光學(xué)顯微鏡下—線條：滑移帶—由高低不同的臺(tái)階組成{電子顯微鏡下—線條：滑移線--滑移帶中的一個(gè)小臺(tái)階特點(diǎn)：滑移面往往是最密堆積平面—具有晶體學(xué)特征滑移在有限區(qū)域內(nèi)開始→以有限速度傳播到其他區(qū)域--滑移非剛性滑移發(fā)出在D的b方向--滑移發(fā)出在點(diǎn)陣最密堆積方向之一上滑移線（帶）再拋光→不可見是不均勻的塑變（2）滑移的臨界分切應(yīng)力定律：只有作用到S.S上的分切應(yīng)力達(dá)到臨界值時(shí)，該S.S才滑動(dòng)

臨界分切應(yīng)力τeτe—由晶體結(jié)構(gòu)、加載速度、溫度確定（思考？）二、多晶體的塑性變形原理與單晶體相同，存在晶界的作用細(xì)晶強(qiáng)化加工硬化：冷加工使金屬內(nèi)部缺陷增多，強(qiáng)度提高。三、合金的塑性變形1、固溶體的塑性變形固溶強(qiáng)化柯氏效應(yīng)2、多相合金的塑性變形彌散強(qiáng)化切割機(jī)制+繞過(guò)機(jī)制四、塑性變形對(duì)金屬組織與性能的影響塑性變形組織：滑移帶（等軸晶粒）――伸長(zhǎng)――纖維組織各向異性：微觀組織不均衡―宏觀各方向性能不同加工硬化：冷加工使金屬內(nèi)部缺陷增多，強(qiáng)度提高形變織構(gòu)：冷變形使晶粒某晶面或其上某位向趨于一致圖2－19殘余內(nèi)應(yīng)力：三類應(yīng)力宏觀殘余內(nèi)應(yīng)力――能量提高――不穩(wěn)定五、變形金屬在加熱時(shí)組織與性能的變化冷塑變――缺陷增多――熱力學(xué)不穩(wěn)定態(tài)加熱――原子移動(dòng)――趨于穩(wěn)定（降低缺陷）回復(fù)與再結(jié)晶研究對(duì)象1、冷塑變金屬加熱時(shí)組織于性能的變化塑變金屬

低溫

加熱

高溫纖維

ρ↑ρ↓（不多）ρ↓↓新等軸晶粒大等軸晶粒顯微組織變化不大

晶粒變化

圖2－21回復(fù)：冷塑變金屬加熱時(shí)，在顯微組織未發(fā)生明顯改變前，某些性能的恢復(fù)過(guò)程。再結(jié)晶：冷塑變金屬加熱時(shí)，通過(guò)形核和長(zhǎng)大形成無(wú)畸變等軸晶粒組織的過(guò)程。無(wú)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、成分的變化2、回復(fù)顯微組織基本不變（光學(xué)顯微鏡下視場(chǎng)）位錯(cuò)密度變化不大性能：強(qiáng)、硬度基本不變，宏觀內(nèi)應(yīng)力↓↓應(yīng)用：去應(yīng)力退火3、再結(jié)晶顯微組織：等軸晶粒（大小：溫度、變形量）性能：恢復(fù)塑性，位錯(cuò)密度↓↓再結(jié)晶溫度工業(yè)生產(chǎn)中，常以經(jīng)過(guò)大變形量（≥70％）的冷變形金屬，經(jīng)1h退火，能完全再結(jié)晶（Xr≈95％）的最低溫度（T再）T再≈（0.35－0.40）T熔應(yīng)用：再結(jié)晶退火（實(shí)際退火溫度↑）4、晶粒長(zhǎng)大驅(qū)動(dòng)力↓界面能顯微組織：晶粒粗大性能：↓↓強(qiáng)度、塑性六、金屬的熱加工冷熱加工的區(qū)別冷加工――加工硬化T<T再熱加工――加工硬化＋再結(jié)晶軟化T>T再熱加工組織和性能的變化流線雜質(zhì)纖維發(fā)布各向異性圖2－22細(xì)化晶粒鑄態(tài)粗晶碎化焊合氣孔、疏松、微裂紋第二章總結(jié)空間點(diǎn)陣--晶胞晶體結(jié)構(gòu)：晶體中原子和分子的排列狀態(tài)空間點(diǎn)陣：晶體中質(zhì)點(diǎn)排列的幾何學(xué)抽象常見晶體結(jié)構(gòu)Fcc，Bcc，Hcp晶體缺陷：原子排列偏離理想結(jié)構(gòu)的區(qū)域