晶界与强化-1.ppt

* * 晶界特性及其强化作用 《材料强度学》课程内容之一 2008年5月11日 1 晶界的特性 1.1 定义：两个空间位向不同的相邻晶粒之间的界 面。(是单晶体区别与多晶体的主要特征) 1.2 性能特征： 晶界原子排列混乱、缺陷和杂质原子多、能量高； 晶界上原子扩散速度较快； 晶界对位错运动有阻碍作用； 晶界易产生氧化、局部熔化和腐蚀等； 晶界的原子混乱排列和高能量有利于固态相变的形核。 1.3 分类： 大角度晶界：晶粒位向差大于10度的晶界。其结构为几个原 子范围内的原子的混乱排列，可视为一个过 渡区。 小角度晶界：晶粒位向差小于10度的晶界。其结构为位错列， 又分为对称倾侧晶界和扭转晶界。 亚晶界：位向差小于1度的亚晶粒之间的边界。为位错结构。 孪晶界：两块相邻孪晶的共晶面。分为共格孪晶界和非共格 孪晶界。 2 有晶界条件下的变形特点 2.1晶粒之间变形的传播 位错在晶界塞积; 应力集中; 相邻晶粒位错源开动; 相邻晶粒变形; 宏观塑性变形。 2.2 晶粒之间变形的协调性 原因：各晶粒之间变形具有非同时性。 要求：各晶粒之间变形相互协调。（独立变形会导致 晶体分裂） 条件：独立滑移系?5个。（保证晶粒形状的自由变 化） 2.3 晶界对变形的阻碍作用 晶界的特点：原子排列不规则、分布有大量缺陷； 晶界对变形的影响：滑移、孪生多终止于晶界，极少穿过； 晶粒大小与性能的关系件： 晶粒越细，强度越高(细晶强化：Hall-Petch 公式可知) ?s=?0+kd-1/2 原因：晶粒越细，晶界越多，位错运动的阻力越大。 而且晶粒越多，变形均匀性提高，由应力集中导致的开裂机 会减少，可承受更大的变形量，表现出高塑性。 此外，晶粒越细，应力集中小，裂纹不易萌生；晶界 多，裂纹不易传播，在断裂过程中可吸收较多能量, 表现出高韧性。 故细化晶粒是同时提高材料强度、塑性和韧性的有效手 段（高温性能除外），受到广泛重视。 3 Hall－Petch 公式的位错模型 ?s=?0+kd-1/2 Hall和Petch 首先建立了低碳钢下屈服点与晶粒尺寸的经验关系，并得到了Morrison, Gladman 和Pickering等人的证实。但其中各参数的意义是什么，从何而来，却值得深入的研究。 3.1 位错塞积模型 基本思路：晶界位错塞积－应力集中－达到某临界值－相邻晶粒屈服－相邻晶粒位错源开动－滑移从一个晶粒传播到另一个晶粒。 *