材料科学基本课程小结wq.ppt

* 扩散机制 Diffusion mechanisms（扩散原子理论） 1、交换扩散（exchange diffusion） 2、间隙扩散（interstitial diffusion） 3、空位扩散（vacancy diffusion） 4、晶界及表面扩散(grain boundary or surface diffusion) 5、位错扩散（dislocation diffusion） * 影响扩散的因素 扩散温度 扩散元素的性质 基体金属的性质 晶 体 缺 陷 * * * 晶界特性 晶界能量高，原子处于不稳定状态 杂质原子易于在晶界富集，导致晶界熔点低于晶内，加热时晶界先熔化，? 过热 易于原子扩散，故新相易于在晶界处形核 晶界原子扩散速度高于晶内，且晶内腐蚀比晶内也快 2） 晶界原子排列不规则，且存在较多的缺陷，如空位和位错等 对位错运动起阻碍作用，从而提高强度和硬度 3） 晶界的长大和晶界的平直化会减少晶界面积和晶界能量。 ? 需要在高温下原子扩散才能实现 * 材料的变形 塑性变形的方式：主要通过滑移和孪生、还有扭折。 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分所发生的切变。 滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。 * 滑移变形的特点 ： ⑴ 滑移只能在切应力的作用下发生。临界分切应力！ ⑵ 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。 ⑶滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍. ⑷ 滑移的同时伴随着晶体的转动。 (5) 滑移是通过滑移面上的位错的运动来实现的。 单晶体金属的塑性变形 临界分切应力 当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时，该滑移系方向首先发生滑移，该分切应力称为临界分切应力 * 孪生与滑移的主要区别 1 孪生通过晶格切变使晶格位向改变，使变形部分与未变形 部分呈镜面对称；而滑移不引起晶格位向改变。 2 孪生时，相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距；而滑移时滑移面两侧晶体的相对位移量是原子间距的整数倍。 3 孪生所需要的切应力比滑移大得多，变形速度大得多 单晶体金属的塑性变形 * 多晶体金属的塑性变形 晶界及晶粒位向差的影响 晶粒大小对金属力学性能的影响——细晶强化！ 合金的塑性变形与强化 单相固溶体——固溶强化 多相合金——弥散强化 塑性变形对金属性能的影响——加工硬化 产生强化的原因！ * 回复、再结晶和晶粒长大 冷变形 加 热 概念，在每个阶段材料组织以及力学和物理性能会发生什么变化 * 回复阶段退火的作用： 提高扩散 促进位错运动 释放内应变能 回复退火产生的结果： 电阻率下降 硬度、强度下降不多 降低内应力 * 再结晶消除加工硬化 再结晶也是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。 再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连续进行的过程，发生再结晶的最低温度称再结晶温度。 影响再结晶温度的因素： 1、金属的预先变形度： 2、金属的纯度 5、加热速度和保温时间 3. 原始晶粒尺寸 4.第二相粒子 * 冷加工与热加工的区别 低于再结晶温度的加工变形称为冷加工 高于再结晶温度的加工变形称为热加工 热加工：在加工变形的同时产生加工硬化和动态回复与再结晶，并且热加工产生的加工硬化很快被回复再结晶产生的软化所抵消，所以热加工体现不出加工硬化现象。 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。 * 材料凝固 凝固 晶体 物质由液态转变为晶态的过程称为结晶crystallization 其突出特点是材料的性能发生突变 非晶体 材料在凝固过程中逐渐变硬 结晶是由一个相（液相）转变为另一个相（固相）的过程称为相变，因而是相变过程。 材料在凝固过程中逐渐变硬只是一个凝固的过程，不是相变。 * 结晶 结晶条件 热力学条件 动力学条件 结构条件 能量条件 热过冷DT0 (DG0) 形核方式 晶体长大 均匀形核 非均匀形核 动态过冷DTk0 结构起伏（大于临界晶核尺寸r*） 能量起伏（大于临界形核功） 在均匀母相中完全靠过冷液体中的结构起伏和能量起伏来实现形核，故十分困难 依附在液体中的外来固体表面形成晶核，故在相同条件下，比均匀形核更容易 长大机制 长大形态 根据液固界面微观结构：连续长大、二维形核长大和借螺位错长大 根据液固界面微观结构和界面前沿液体中的温度梯度：平面状长大和树枝状长大 纯金属 * 合金凝固区别于纯金属凝固的最典型特征： 成分过冷 在正温度梯度下可实现树枝状生长 固溶体的凝固理论 正常凝固 区域熔炼 平衡分配系数k0 有效分配系数k