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位错密度 ：单位体积中位错线的总长度, 或单位面积上位错线的根数,单位cm2 位错线附近的原子偏离了平衡位置,使晶格发生了畸变,对晶体的性能有显著的影响。 实验和理论研究表明:晶体的强度和位错密度有如图的对应关系, 当晶体中位错密度很低时,晶体强度很高；相反在晶体中位错密度很高时,其强度很高。 但目前的技术,仅能制造出直径为几微米的晶须,不能满足使用上的要求。而位错密度很高易实现,如剧烈的冷加工可使密度大大提高,这为材料强度的提高提供途径。 三、 面缺陷 概念：是指晶体中在二维方向上尺寸很大，而在另一维方向上尺寸很小的晶体缺陷。 类型：主要包括晶体的外表面、堆垛层错、晶界、亚晶界、孪晶界和相界面等。 1. 晶界 晶界是多晶体中晶粒与晶粒之间的交界面，由于各晶粒中原子排列方式相同（如都是体心立方），只是晶格位向不同，因此晶界实际上是不同位向晶粒之间的过渡层。该过渡层有一定的厚度，为了同时适应两侧不同位向晶粒的过渡，而使过渡层处的原子总是不能规则排列，产生晶格畸变，所以它是晶体中的一种重要的面缺陷。 根据晶体中各晶粒之间的位向差θ不同，又可将晶界分为大角度晶界（θ10°）和小角度晶界（θ10°）两类。 §1.3 实际晶体中的缺陷 对称倾側晶界 扭转晶界 §1.3 实际晶体中的缺陷 2.亚晶界 亚晶界是亚晶粒与亚晶粒之间的晶界，位向差θ一般为几十分到几度。大晶粒中的小晶粒称为亚晶粒。亚晶界的两种特殊形式为对称倾側晶界和扭转晶界。 亚晶界 §1.3 实际晶体中的缺陷 返回 液体 -- 固体（晶体 或 非晶体）-- 凝固 液体 -- 晶体 -- 结晶 晶体 液体 结晶 §1.4 金属的结晶过程 一、液态金属的结构 经研究发现在略高于熔点时，液态金属的结构具有以下特点： 是近程有序远程无序结构，见右图； 存在着能量起伏和结构起伏。 §1.4 金属的结晶过程 局部的近程有序 二、结晶过程的宏观现象 研究液态金属结晶的最常用、最简单的方法是热分析法。它是将金属放入坩埚中，加热熔化后切断电源，用热电偶测量液态金属的温度与时间的关系曲线，该曲线称为冷却曲线或热分析曲线，见右图。 过冷现象 冷却过程中的温度平台 Tm T ΔT 理论结晶温度 开始结晶温度 ΔT = Tm - T 时间 温 度 纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度（克服界面能） §1.4 金属的结晶过程 过冷现象： 液态金属必须冷却到理论结晶温度Tm以下某一个温度T时才开始结晶，这个现象称为过冷。 结晶潜热： 伴随着液态向固态转变而释放的热量称结晶潜热。 §1.4 金属的结晶过程 三. 金属结晶的热力学条件 过冷后，液固相自由能之差ΔG就是金属结晶的驱动力，过冷度越大，驱动力越大。 §1.4 金属的结晶过程 四、金属结晶的微观基本过程 – 形核长大过程 液态金属 形核 晶核长大 完全结晶 结晶过程示意图 §1.4 金属的结晶过程 1）形核 液态金属在结晶时，其形核方式一般认为主要有两种：即均质形核（对称均匀形核）和异质形核（又称非均匀形核）。 （1） 均质形核 从过冷液态金属中自发形成晶核的过程就称为均质形核。 （2） 异质形核 液态金属原子，依附于模壁或液相中未熔固相质点表面，优先形成晶核的过程，称为异质形核。 §1.4 金属的结晶过程 2）晶体的长大 晶核形成以后就会立刻长大，晶核长大的实质就是液态金属原子向晶核表面堆砌的过程，也是固液界面向液体中迁移的过程。 界面 距离 温度 Tm 固 液 过冷度 界面 距离 温度 Tm 固 液 过冷度 固液界面正、负温度梯度 §1.4 金属的结晶过程 两种长大方式：平面生长方式(a)和树枝状生长方式(b)。 界面前方正温度梯度条件下的平面生长 界面前方负温度梯度条件下的枝晶生长 §1.4 金属的结晶过程 返回 思考 1. 为什么要进行晶粒大小的控制？ 2. 怎样进行晶粒大小的控制？ §1.5 晶粒大小的控制 细晶强化：晶粒细化使金属机械性能提高的现象 晶粒尺寸越小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好。 细晶强化：强硬度↑ 塑韧性↑ 固溶强化：强硬度↑ 塑韧性↓ 形变强化：强硬度↑ 塑韧性↓ 弥散强化：强硬度↑ 塑韧性↓ 几种强化方式的比较： §1.5 晶粒大小的控制 细化晶粒的途径： 具体方式：增大过冷度，孕育（变质）处理 增大 形核率 降低 长大速度 N G G、N △T 孕育（变质）处理 在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。其作用是增大形核率并抑制晶粒的长大。 §1.5 晶粒大小的控制 本章内容总结 金属的特征 金属键 金属的晶体结构 晶体学基本概念 金属常见的三种晶体结构 晶面指数、晶向指数表示方法