晶格畸变应力.ppt

金属材料与热处理 第2章 金属的晶体结构 第2章 金属的晶体结构 2.1 金属晶体结构 2.2金属的结晶及同素异构转变 晶格参数和晶面、晶向 单晶体与多晶体 单晶体金属塑性变形 位错运动和孪生 实际金属的晶体结构 线缺陷 面缺陷 晶界特性 多晶体金属塑性变形 冷塑性变形后金属的组织与性能 残余内应力1 残余内应力2 残余内应力3 残余内应力 金属结晶 结晶过程 铸锭的形成 变形金属加热时组织和性能的变化 2、再结晶 3、晶粒长大 金属热变形加工（热锻/热轧） 金属热变形加工时组织和性能的变化 金属的同素异构转变 跳转到第一页 * 跳转到第一页 * 学习要点 1、晶格类型 2、实际金属的组织与结构 3、单晶体金属塑性变形 4、位错运动 5、实际金属的晶体结构 6、多晶体金属塑性变形 7、金属的结晶 8、同素异构转变 1、晶体 ：物质内部的原子作有序、有规则的排列 非晶体 ：在物质内部的原子呈无序堆积状况。 * 一般固态金属都是晶体。 2、晶格：表示晶体中原子排列形式的空间格子 3、晶胞：能够完整反映晶格特征最小几何单元。 2.1 金属晶体结构 晶格参数：晶格常数a、b、c和棱边边夹角α、β、γ 晶面：在晶格中由一系列原子组成的平面。 晶向：在晶格中原子列的位向。 1、体心立方晶格： 晶胞是一个立方体，金属原子排列在立方体的中心和八个顶角上。 **金属有α-Fe、Cr、Mo、V等。 晶格类型： 晶格致密度： 晶胞中原子所占有的体积与晶胞体积之比 0.68 √3 a/2 1/8×8＋1＝2 a 致密度 最近原子间距 晶胞中原子数目 晶格常数 2、面心立方晶格：晶胞是一个立方体，金属原子排列在立方体的六个面的中心和八个顶角上。 金属有γ-Fe、Cu、Al、Ni、Au等。 0.74 √2 a/2 1/8×8＋1 /2×6 ＝4 a 致密度 最近原子间距 晶胞中原子数目 晶格常数 单晶体：晶格位向完全一致晶体。 晶粒：外形不规则，晶格位向一致的小晶体。 多晶体:许多位向不同，外形不规则的小晶粒组成 晶界：多晶体金属内各晶粒间的交界面。 理论上 整体滑移：每一个原子都移动。 整体滑移所需的理论力远大于实际所需的力。 线缺陷/位错：晶格中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。 位错运动机理：位错的半原子面受到前后两边原子的排斥，处于不稳定的状态，只需加很小的力就能打破力的平衡，位错的半原子面移动很小的距离（小于一个原子间距），达到虚线位置，使位错前进一个原子间距。在切应力作用下，位错继续移动到晶体表面。大量位错移动到晶体表面，就形成宏观塑性变形。 实际滑移通过 实现 金属的塑性变形主要是由位错运动引起滑移完成。 晶格畸变：晶格中原子偏离平衡位置，使晶格发生扭曲 →破坏了原子的平衡状态。 点缺陷：晶格中存在空位、间隙原子、置换原子等点缺陷的存在，从而引起晶格畸变。 →性能变化：使金属的电阻率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。 线缺陷/位错：晶格中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。 常见的有刃型位错和螺型位错 金属的塑性变形主要是由位错运动引起滑移形成。 →阻碍位错运动是强化金属的主要途径。 →减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。 面缺陷/晶界：多晶体金属内各晶粒间的交界面。 晶界/大角晶界：相邻晶粒位向相差15°以上。 亚晶粒：在一个晶粒内部，晶格位向相差很小 （2-3 °）的小晶。 亚晶界/小角晶界： 1、晶界原子排列紊乱，对位错运动有阻碍作用，是金属中的强化部位（在常温下，强度、硬度较高）。 →金属的晶粒越细，晶界总面积就越（ ），金属的强度也越（ ） 2、晶界处的原子处于不稳定的状态，能量比晶内的高(高出叫晶界能） →晶界熔点低、耐蚀性差、原子扩散快。 →晶界的缺陷比晶内多，因而外来原子易在晶界上偏聚，其浓度高于晶内，称为内吸附。 →晶界还是固态相变的优先形核部位。 分析角度：晶粒位向、晶界、晶粒大小 1、晶粒位向：位向不同，使滑移阻力增加， 使塑性变形抗力增加。 塑性变形不均匀和逐步扩展，产生内应力 2、晶界：晶界原子排列紊乱，阻碍位错移动 3、晶粒大小：粒小，晶界多，不同位向晶粒多，塑性变形抗力大 强度（ ）。 晶粒大小影响韧性、塑性：A 变形量均匀分散在更多的晶粒内，不致集中少数晶粒，造成变形严重；B 晶粒小，晶界多且曲折，不利于裂纹传播，断裂前能承受大的塑性变形，吸收较多的功故韧性、塑性（ ） 1、位错密度增加，产生加工硬化 优点