材料学2结构凝固变形.ppt

第二章 材料的结构、凝固与变形 微晶玻璃： 将一定成分的非晶态玻璃，加热至某一温度长时间保温，可析出微小晶体。 晶格常数 单位：纳米1nm = 10-9m = 10 晶面和晶向 间隙 三、金属的同素异构转变 B、 螺型位错 晶体中已滑移区与未滑移区的边界线（即位错线）若平行于滑移方向，则在该处附近原子平面已扭曲为螺旋面，即位错线附近的原子是按螺旋形式排列的，这种晶体缺陷称为螺型位错。 电子显微镜下的位错 位错密度ρ: 材料单位体积中位错的总长度。 退火软钢 --- 104?106/cm2 冷变形或淬火钢 ---1010?1012/cm2 晶须---理想晶体(没有位错) 拉伸强度＝14000MPa 实际金属拉伸强度 = 400MPa （3） 面缺陷 面缺陷：两个方向上尺寸较大，第三个方向上尺寸很小，呈面状分布的晶体缺陷。 晶界：晶粒与晶粒之间的界面。 晶界处原子排列呈不规则的排列. （4）晶体缺陷对材料性能的影响 晶体缺陷破坏了晶体的完整性，晶格畸变，能量增高，使晶体处于不稳定状态。 没有晶体缺陷的晶体（理想晶体），强度最高。 晶须是人工合成的强度最高的材料。 一般材料中，晶体缺陷越多，强度、硬度越高，塑性、韧性下降。 晶体缺陷的存在，使材料的耐腐蚀性下降。 溶质原子取代溶剂原子的某些正常位置所形成的固溶体。 除小原子半径的H、O、N、C、B以外，其它元素多形成置换式固溶体。 Fe－Mn、Cr、Ni、Si 置换固溶体结构示意图 电阻率、导磁率、矫顽力提高。 电阻丝：Fe-Cr-Al、Cr-Ni； 铜导线，应尽量减少杂质。 硅钢片：Fe-Si合金，提高电阻率、导磁率。 不锈纲：Cr溶入Fe中达12.5%，铁的电极电位 由-0.6上升到+0.2， 耐腐蚀性大大提高。 2、金属化合物 (中间相) 定义：金属与金属或类金属之间形成的化合物，统称为金属化合物。一般以AmBn表示。 结构特点：晶格类型与组成组元不同，两原子相间呈规则分布。 金属化合物的主要性能 具有一定程度的金属性质。 高熔点。 高硬度。 高脆性。 3、机械混合物 液态金属在平衡凝固时，可形成：单相固溶体、单相化合物、两种固溶体(机械混合物)、固溶体＋化合物(机械混合物)。 一 . 结晶过程的宏观现象 冷却曲线： 过冷： ΔT = Tm - Ts — 过冷度 平衡冷却： 当V冷极小时，ΔT很小，可将Ts近似为Tm。 L→S过程包括： 形核和长大 即新相核心的形成， 核心长大成晶体，直至晶体相遇。 形核和长大交替进行。 获得大小不等的多晶组织，位向不同。 只有一个晶核时形成单晶。  1、塑性变形基本方式 滑移：位错的运动。在切应力作用下，晶体的一部分 沿一定晶面和晶向，相对于另一部分进行滑动。 孪生：在切应力作用下，晶体中一部分相对于另一部 分沿一定晶面（孪生面）和一定晶向（孪生方 向）作集体的切动。（辅助） 滑移的机理 滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。 塑变导致晶粒的转动，取向趋于一致。 这种现象称织构或择优取向。 加工硬化 的作用： 使变形均匀。 均衡负荷，增加安全性。 提高强度。 例： 自行车链条的链板，材料16Mn。经5次轧制，由3.5mm压缩到1.2mm，变形度65％，强度、硬度提高约一倍。 ○残余内应力 内应力是指平衡于金属内部的应力。是由于金属受力时，内部变形不均匀而引起的。金属发生塑性变形时，外力所做的功有10%转化为内应力残留于金属中。 ○其它性能的变化 各向异性：纵向的强度、塑性＞横向 电阻率提高：冷拉Cu导线，需进行低温退火。 耐腐蚀性能降低，会产生应力腐蚀。 再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，将发生晶粒长大，这是一个自发的过程。晶粒的长大是通过晶界迁移进行的，是大晶粒吞并小晶粒的过程。晶粒粗大会使金属的强度，尤其是塑性和韧性降低 。 黄铜再结晶和晶粒长大各个阶段的金相照片 热加工能量消耗小，但钢材表面易氧化。一般用于截面尺寸大、变形量大、在室温下加工困难的工件。 而冷加工一般