材料科学基础复习ppt课件

材料科学基础材料科学基础复习内容复习内容2019.6材料科学基础复习内容2019.61期末考试形式期末考试形式材料科学基础材料科学基础2009-2019第二学期第二学期类型类型1、概念题（、概念题（30-40分）分）2、简答题（、简答题（10分）分）3、填空题（、填空题（10分）分）4、计算题（、计算题（20分）分）5、分析论述题（、分析论述题（20分）分）期末考试形式材料科学基础2009-2019第二学期类型2第一章第一章原子结构与键合原子结构与键合概念：概念：1 1、原子、原子间键合合类型及本型及本质。2 2、金属、高分子、陶瓷材料中的、金属、高分子、陶瓷材料中的键类型、典型物型、典型物质名称。名称。第一章原子结构与键合概念：3平衡距离平衡距离r0Equilibriumspacing；当当FA+FR=0时的原子的原子间距距当当r=r0时，E0称称为结合能（合能（Bondingenergy），将将2个原子无限分离所需能量。个原子无限分离所需能量。通常通常r0 0.3nm(3)1.2.1键合力与能量键合力与能量（BondingForcesandEnergy）平衡距离r01.2.1键合力与能量（BondingF4材材料料中中的的键键范德瓦尔键（二次键）范德瓦尔键（二次键）共价键共价键金属键金属键半导体半导体聚合物聚合物离子键离子键陶瓷和玻璃陶瓷和玻璃金属金属材料中的键范德瓦尔键（二次键）共价键5结结合合键键的的特特性性离子键离子键共价键共价键金属键金属键结构特点结构特点无方向性或方向性不明无方向性或方向性不明显，配位数大显，配位数大方向性明显，配位数小，方向性明显，配位数小，密度小密度小无方向性，无饱和性，无方向性，无饱和性，配位数极大，密度大配位数极大，密度大力学特点力学特点强度高，膨胀系数小，强度高，膨胀系数小，劈裂性良好，硬度大劈裂性良好，硬度大强度高，硬度大强度高，硬度大有各种强度，有塑性有各种强度，有塑性热学特点热学特点熔点高，膨胀系数小，熔点高，膨胀系数小，熔体中有离子存在熔体中有离子存在熔点高，膨胀系数小，熔点高，膨胀系数小，熔体中有的含有分子熔体中有的含有分子有各种熔点高，导热性有各种熔点高，导热性好，液态的温度范围宽好，液态的温度范围宽电学特点电学特点绝缘体，熔体为导体绝缘体，熔体为导体绝缘体，熔体为非导体绝缘体，熔体为非导体导电体导电体根据原子根据原子间键和的不同，将材料分和的不同，将材料分为金属、陶瓷和高分子金属、陶瓷和高分子金属材料：金属键金属材料：金属键金属材料：金属键金属材料：金属键陶瓷材料：共价键陶瓷材料：共价键陶瓷材料：共价键陶瓷材料：共价键/离子键离子键离子键离子键高分子材料：共价键高分子材料：共价键高分子材料：共价键高分子材料：共价键/分子键分子键分子键分子键/氢键氢键氢键氢键 结合键的特性离子键共价键金属键结构特点无方向性或方6第二章固体结构第二章固体结构1 1、概念：、概念：空空间点点阵、晶体、晶体结构、晶胞、晶向族、晶面族、晶构、晶胞、晶向族、晶面族、晶带及晶及晶带定律、配位数、致密度、定律、配位数、致密度、间隙固溶体、置隙固溶体、置换固溶体、固溶体、电子子浓度、度、电子化合物、子化合物、间隙相、隙相、间隙化合物、超隙化合物、超结构。构。2 2、计算算晶向、晶面指数的晶向、晶面指数的标定，原子的定，原子的线、面密度，致密度。、面密度，致密度。第二章固体结构1、概念：7体心立方体心立方堆堆垛因子（致密度）因子（致密度）0.68配位数：配位数：8面心立方面心立方堆堆垛因子（致密度）因子（致密度）0.74配位数：配位数：12密排六方密排六方堆堆垛因子（致密度）因子（致密度）0.74配位数：配位数：12晶体晶体结构构=空空间点点阵+基元基元刚球模型球模型体心立方面心立方密排六方晶体结构=空间点阵+基元刚球8三种典型金属结构的晶体学特点三种典型金属结构的晶体学特点结构特征结构特征晶体结构类型晶体结构类型面心立方面心立方(A1)体心立方体心立方(A2)密排六方密排六方(A3)点阵常数点阵常数aaa,c(c/a=1.633)原子半径原子半径R晶胞内原子数晶胞内原子数426配位数配位数12812致密度致密度0.740.680.74三种典型金属结构的晶体学特点结构特征晶体结构类型面心立方(A914种布拉菲点阵种布拉菲点阵与与7个晶系个晶系7个晶系个晶系棱边长度及夹角关系棱边长度及夹角关系14种布拉菲点阵种布拉菲点阵立方立方a=b=c,=90简单立方简单立方体心立方体心立方面心立方面心立方四方四方a=bc,=90简单四方简单四方体心四方体心四方菱方菱方a=b=c,=90简单菱方简单菱方六方六方a1=a2=a3c,=90,=120简单六方简单六方正交正交abc,=90简单正交简单正交底心底心正交正交体心体心正交正交面心面心正交正交单斜单斜abc,=90简单单斜简单单斜底心底心单斜单斜三斜三斜abc,90简单三斜简单三斜14种布拉菲点阵7个晶系棱边长度及夹角关系14种布拉菲点阵立10立方晶系常见晶向立方晶系常见晶向 由于由于3 3个坐标轴存在个坐标轴存在正、正、负值负值，因此在晶向指数中，因此在晶向指数中也可存在负值。也可存在负值。如：如：立方晶系常见晶向由于3个坐标轴存在正、负值，因此在晶向指数11晶向族：晶向族：111晶向族：11112立方晶系常见晶面立方晶系常见晶面立方晶系常见晶面13晶面族：晶面族：100晶面族：10014六角晶系中的晶向、晶面六角晶系中的晶向、晶面（a）晶向）晶向（b）晶面）晶面注意注意：三指数系统与：三指数系统与四指数系统转换关系四指数系统转换关系六角晶系中的晶向、晶面（a）晶向注意：三指数系统与四指数系15晶晶带带定定律律所有平行或相交于同一直线的晶面构成所有平行或相交于同一直线的晶面构成晶带晶带，此直线，此直线称为称为晶带轴晶带轴，属于此晶带的晶面称为，属于此晶带的晶面称为晶带面晶带面。晶带轴晶带轴uvw与该晶带的与该晶带的晶面（晶面（hkl）之间存在以下关系：之间存在以下关系：hu+kv+lw=0uvw（hkl）晶带轴晶带轴晶带面晶带面晶带晶带晶带定律所有平行或相交于同一直线的晶面构成晶16线线性与平面原子密度性与平面原子密度线原子密度：原子密度：在特定的晶向上，线矢量通过原子中心，在特定的晶向上，线矢量通过原子中心，2个原子中心间的个原子中心间的线段长度为线段长度为l，此线段中包含的，此线段中包含的原子部分原子部分的尺寸为的尺寸为c，c/l为线为线原子密度（原子密度（LD）。）。面面原子密度：原子密度：在特定的晶面上，晶面通过原子中心，由几在特定的晶面上，晶面通过原子中心，由几个原子中心构成的平面的个原子中心构成的平面的面积面积Ap，此平面中包含的，此平面中包含的原子部原子部分的面积分的面积Ac，Ac/Ap为面为面原子密度（原子密度（PD）。）。线性与平面原子密度线原子密度：在特定的晶向上，线矢量通过原子17密度计算密度计算AvogardroNVAnAcmolatoms/10023.623x常数，常数，阿伏加多罗阿伏加多罗晶胞体积晶胞体积原子重量原子重量晶胞中的原子数晶胞中的原子数密度密度 NVnAAc=密度计算AvogardroNVAnAcmolatoms/1018晶体结构可以视为原子密排面在晶体结构可以视为原子密排面在空间一层一层平行堆垛的结果。空间一层一层平行堆垛的结果。密排密排面面数数量量密排密排方向方向数数量量体心立方体心立方11064面心立方面心立方11146密排六方密排六方六方六方底面底面1底面对底面对角线角线3密排面密排面 密排方向密排方向晶体结构可以视为原子密排面在空间一层一层平行堆垛的结果。密1932种点群、种点群、230种空间群种空间群点群：点群：是指一个晶体中所是指一个晶体中所有点对称元素的集合有点对称元素的集合。点群在宏观。点群在宏观上表现为晶体外形的对称。上表现为晶体外形的对称。晶体外形中只能有晶体外形中只能有32种对称点群种对称点群的原因：的原因：(1)点对称与平移对称两者共存于晶体结构中，它们相互协调，彼此制约；点对称与平移对称两者共存于晶体结构中，它们相互协调，彼此制约；(2)点对称元素组合时必须通过一个公共点，必须遵循一定的规则，使组合点对称元素组合时必须通过一个公共点，必须遵循一定的规则，使组合的对称元素之间能够自洽。的对称元素之间能够自洽。空间群：空间群：用以描述晶体中原子组合的所有可能方式，用以描述晶体中原子组合的所有可能方式，是确定晶体结构的依据。是确定晶体结构的依据。230种空间群：种空间群：晶体结构中晶体结构中3232个点群个点群和和1414种布拉菲点阵种布拉菲点阵的组合得到。的组合得到。32种点群、230种空间群点群：是指一个晶体中所有点对称元20X-射线衍射与射线衍射与Bragg定律定律X-射射线线与周期性排列原子与周期性排列原子发发生衍射的生衍射的必要条件必要条件：相同密勒指数相同密勒指数(hkl)的的AA，BB面，面，晶面间距晶面间距dhkl；2列（列（1，2）单色）单色X射射线波长线波长，以，以 角入射，散射波为角入射，散射波为(1，2)，路径差为（衍射条件）：，路径差为（衍射条件）：n=SQ+QT=dhklsin+dhklsin=2dhklsin（布拉格定律（布拉格定律BraggLaw）n为反射级数（为反射级数（theorderofreflection），为整数（），为整数（1、2、3）2 衍射角（衍射角（diffractionangle）X-射线衍射与Bragg定律X-射线与周期性排列原子发生衍射21合合 金金 相相 结结 构构合金（合金（Alloy）：）：两种或两种以上两种或两种以上金属元素金属元素，或，或金属元素与非金属金属元素与非金属元素元素，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并，经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性具有金属特性的物质。的物质。组元（元（Component）：）：组成合金最基本的独立的物质，通常组组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组成合金的元就是组成合金的元素元素，也可以是，也可以是稳定的化合物稳定的化合物。组元间由于物理的。组元间由于物理的或化学的相互作用，可形成各种相。或化学的相互作用，可形成各种相。相（相（Phase）：）：是合金中具有是合金中具有同一聚集状态同一聚集状态、相同晶体结构相同晶体结构、成成分和性能均一分和性能均一，并以，并以界面（相界）界面（相界）相互分开的组成部分。相互分开的组成部分。合金中的相合金中的相结构：构：可分为可分为固溶体固溶体和和中间相中间相两大类。两大类。合金相结构合金（Alloy）：两种或两种以上金属元素22合金中的相合金中的相结构：构：固溶体固溶体:置换式固溶体置换式固溶体间隙式固溶体间隙式固溶体中间相中间相（金属间化合物金属间化合物）:正常价化合物正常价化合物_ _符合化合物原子价规律符合化合物原子价规律电子化合物电子化合物(休姆休姆-罗塞里相罗塞里相)_ _电子浓度决定晶体结构电子浓度决定晶体结构间隙相间隙相_ _rX/rM0.59时，形成复杂晶体结构时，形成复杂晶体结构,Fe3C电子子浓度度:合金中价电子数目与原子数目的比值，即合金中价电子数目与原子数目的比值，即e/aA，B分别为溶剂、溶质的原子价，分别为溶剂、溶质的原子价，x为溶质的原子分数（为溶质的原子分数（%）合金中的相结构：电子浓度:合金中价电子数目与原子数目的比值23固固溶溶体体定定义：溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素的溶剂元素的晶格类型晶格类型,这种类型的合金相称为固溶体。这种类型的合金相称为固溶体。固溶体种固溶体种类：根据溶质原子在溶剂中的位置，可分为根据溶质原子在溶剂中的位置，可分为置换式置换式（Substitutive）固溶体与固溶体与间隙式间隙式（Interstitial）固溶体。固溶体。固溶体定义：溶质原子完全溶于固态溶剂中，并能保持溶剂元素24间隙固溶体间隙固溶体当溶质原子半径小，与溶剂原子半径差当溶质原子半径小，与溶剂原子半径差 r41%时，溶质原子可能进入溶剂晶格间隙中时，溶质原子可能进入溶剂晶格间隙中形成间隙固溶体形成间隙固溶体通常原子半径小于通常原子半径小于0.1nm的的非金属元素非金属元素，如，如H、C、N、O等容易成为溶质间隙原子等容易成为溶质间隙原子由于溶质原子大小比晶格间隙的尺寸大，引起由于溶质原子大小比晶格间隙的尺寸大，引起溶剂溶剂点阵畸变点阵畸变，故间隙固溶体都是，故间隙固溶体都是有限固溶体有限固溶体间隙固溶体当溶质原子半径小，与溶剂原子半径差r41%25面心立方晶格中的间隙面心立方晶格中的间隙位于晶胞中心，由六个原子所组成位于晶胞中心，由六个原子所组成的的八面体中心八面体中心（共（共4个）个）rB/rA=0.414位于晶胞体对角线上靠结点位于晶胞体对角线上靠结点1/4处，由四处，由四个原子所组成的个原子所组成的四面体中心四面体中心（共（共8个）个）rB/rA=0.225设原子半径为设原子半径为rA,间隙中能容纳的最大圆球半径为间隙中能容纳的最大圆球半径为rB面心立方晶格中的间隙位于晶胞中心，由六个原子所组成的八面体中26体心立方晶格中的间隙体心立方晶格中的间隙位于晶胞六面体的面中心，由六个原位于晶胞六面体的面中心，由六个原子所组成的子所组成的八面体中心八面体中心（共（共6个）个）rB/rA=0.15由四个原子所组成的由四个原子所组成的四面四面体中心体中心（共（共12个）个）rB/rA=0.29设原子半径为设原子半径为rA,间隙中能容纳的最大圆球半径为间隙中能容纳的最大圆球半径为rB注：注：体心立方结构的四面体和八面体间隙体心立方结构的四面体和八面体间隙不对称不对称(其棱边长度不全相其棱边长度不全相等等)，这会对间隙原子的，这会对间隙原子的固溶固溶及其产生的及其产生的畸变畸变有明显的影响。有明显的影响。体心立方晶格中的间隙位于晶胞六面体的面中心，由六个原子所组成27置换固溶体置换固溶体溶解度的影响因素溶解度的影响因素晶体结构：晶体结构：晶体结构相同是组元间形成晶体结构相同是组元间形成无限固溶体无限固溶体的必要条的必要条件。组元的件。组元的晶体结构类型不同晶体结构类型不同，其溶解度只能是有限的。，其溶解度只能是有限的。原子尺寸：原子尺寸：组元的原子半径差组元的原子半径差 r15%时时，有利于形成溶解，有利于形成溶解度较大的固溶体；当度较大的固溶体；当 r 15%时时，r越大则溶解度越小。越大则溶解度越小。化学亲和力（电负性因素）：化学亲和力（电负性因素）：组元间组元间电负性相近电负性相近，可能具有，可能具有大的溶解度；大的溶解度；电负性差大电负性差大，则化学亲和力大，易形成化合物，则化学亲和力大，易形成化合物，而不利于形成固溶体，固溶体的溶解度愈小。而不利于形成固溶体，固溶体的溶解度愈小。原子价因素：原子价因素：溶质的溶质的原子价（电子浓度）原子价（电子浓度）影响固溶体的溶解影响固溶体的溶解度，度，最大溶解度最大溶解度时，时，电子浓度电子浓度e/a接近接近1.4。置换固溶体溶解度的影响因素晶体结构：晶体结构相同是组28中间相（金属间化合物）中间相（金属间化合物）两组元两组元A和和B组成合金时，除了可形成固溶体之外，如果溶质含量超组成合金时，除了可形成固溶体之外，如果溶质含量超过其溶解度时，便可能形成过其溶解度时，便可能形成新相新相，其成分处于，其成分处于A在在B中、和中、和B在在A中的最中的最大溶解度之间，故称为大溶解度之间，故称为中间相中间相。中间相可以是中间相可以是化合物化合物，也可以是以，也可以是以化合物为基的固溶体化合物为基的固溶体（第二类固第二类固溶体溶体或或二次固溶体二次固溶体）。它的晶体结构不同于其任一组元，结合键中通）。它的晶体结构不同于其任一组元，结合键中通常是常是金属键金属键和和其它典型键（如离子键、共价键和分子键）其它典型键（如离子键、共价键和分子键）相混合。因相混合。因此中间相具有一定的此中间相具有一定的金属特性金属特性，又称为，又称为金属间化合物金属间化合物。金属间化合物种类很多，主要包括三种：金属间化合物种类很多，主要包括三种：正常价化合物正常价化合物电子化合物电子化合物间隙相和间隙化合物间隙相和间隙化合物中间相（金属间化合物）两组元A和B组成合金时，除了可形成固29正常价化合物正常价化合物正常价化合物正常价化合物是指符合化合物是指符合化合物原子价规律的金属间化合物。它原子价规律的金属间化合物。它们具有们具有严格的化合比严格的化合比，成分固定成分固定不变不变。它的结构与相应分子式的它的结构与相应分子式的离子离子化合物晶体结构相同化合物晶体结构相同，如分子式，如分子式具有具有AB型的正常价化合物其晶体型的正常价化合物其晶体结构为结构为NaCl型。型。正常价化合物常见于正常价化合物常见于陶瓷材料陶瓷材料，多为离子化合物。多为离子化合物。例如：例如：Mg2Pb、Mg2Sn、Mg2Ge、Mg2Si等等等等正常价化合物正常价化合物是指符合化合物原子价规律的金属间化30电子化合物（休姆电子化合物（休姆-罗塞里相）罗塞里相）Hume-Rotheryphase电子化合物电子化合物是指按照一定价电子浓度的比值组成一定是指按照一定价电子浓度的比值组成一定晶格类型的化合物，即晶格类型的化合物，即电子浓度决定晶体结构电子浓度决定晶体结构。电子化合物电子化合物不符合化学价规律不符合化学价规律，原子间以金属键为主，原子间以金属键为主，具有明显的具有明显的金属特性金属特性。如：价电子浓度（如：价电子浓度（e/a）：）：3/2体心立方（体心立方（相）相）；7/4密排密排六方晶格（六方晶格（相）；相）；21/13复杂立方（复杂立方（相）；相）；电子化合物的电子化合物的熔点和硬度都很高熔点和硬度都很高，而，而塑性较差塑性较差，是有，是有色金属中的重要色金属中的重要强化相强化相。电子化合物（休姆-罗塞里相）Hume-Rotheryph31间间隙隙相相当非金属原子半径（当非金属原子半径（rX）与金属原子半径（）与金属原子半径（rM）的比值）的比值rX/rM0.59时时，将形成具有将形成具有复杂晶体结构复杂晶体结构的的金属间化合物金属间化合物，其中非金属原，其中非金属原子也位于晶格的间隙处，故称之为子也位于晶格的间隙处，故称之为间隙化合物间隙化合物。例如例如Fe3C是铁碳合金中的重要组成相，称为是铁碳合金中的重要组成相，称为渗碳体渗碳体，具有复杂的，具有复杂的正交正交晶格晶格。Fe3C中的中的Fe原子可以部分地被其它金属原子（原子可以部分地被其它金属原子（Mn、Cr、Mo、W）所置换，形成）所置换，形成(Fe、Mn)3C等，称为等，称为合金渗碳体合金渗碳体。间隙化合物中原子间结合键为间隙化合物中原子间结合键为共价键共价键和和金属键金属键。间隙化。间隙化合物也具有合物也具有很高的熔点和硬度很高的熔点和硬度，脆性较大脆性较大，也是钢中重要，也是钢中重要的的强化相强化相之一。但之一。但与间隙相相比与间隙相相比，间隙化合物的熔点、硬，间隙化合物的熔点、硬度、以及化学稳定性都要低一些。度、以及化学稳定性都要低一些。间隙化合物当非金属原子半径与金属原子半径的比值rX/rM33第三章第三章晶体缺陷晶体缺陷1 1、概念、概念肖脱基空位、弗肖脱基空位、弗仑克克尔空位、刃型位空位、刃型位错、螺型位、螺型位错、柏氏矢、柏氏矢量、位量、位错密度、位密度、位错的滑移及攀移、弗的滑移及攀移、弗兰克克-瑞德源、瑞德源、汤普普森四面体、位森四面体、位错反反应、扩展位展位错、表面能、界面能、重整位、表面能、界面能、重整位置点置点阵、失配度、失配度、对称称倾侧晶界、非共格晶界。晶界、非共格晶界。2 2、计算算点缺陷点缺陷浓度，位度，位错密度。密度。3 3、分析判断、分析判断位位错反反应条件，位条件，位错受力分析。受力分析。第三章晶体缺陷1、概念34缺缺陷陷种种类类Imperfections,Defects点缺陷（点缺陷（Pointdefects）：）：最简单的晶体缺陷，在结点上或邻最简单的晶体缺陷，在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列。在空间三维方向上近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列。在空间三维方向上的尺寸都很小，约为一个、几个原子间距，又称的尺寸都很小，约为一个、几个原子间距，又称零维缺陷零维缺陷。包括空位、间隙原子、杂质、溶质原子等。包括空位、间隙原子、杂质、溶质原子等。线缺陷（线缺陷（Lineardefects）：）：在一个方向上的缺陷扩展很大，其在一个方向上的缺陷扩展很大，其它两个方向上尺寸很小，也称为它两个方向上尺寸很小，也称为一维缺陷一维缺陷。主要为位错主要为位错。面缺陷（面缺陷（Interfacialdefects）：）：在两个方向上的缺陷扩展很大，在两个方向上的缺陷扩展很大，其它一个方向上尺寸很小，也称为其它一个方向上尺寸很小，也称为二维缺陷二维缺陷。包括晶界、相界、孪晶界、堆垛层错等。包括晶界、相界、孪晶界、堆垛层错等。缺陷种类Imperfections,Defects35点缺陷的形成条件点缺陷的形成条件原子热运动原子热运动点缺陷的平衡浓度：点缺陷的平衡浓度：设由设由N个原子组成的晶体中含有个原子组成的晶体中含有n个空位，形成一个空位所需能量为个空位，形成一个空位所需能量为Ev，振动，振动熵为熵为Sf，k为波尔兹曼常数，则空位在为波尔兹曼常数，则空位在T温度时的温度时的空位平衡浓度空位平衡浓度C：类似的，类似的，间隙原子平衡浓度间隙原子平衡浓度C：一般，晶体中一般，晶体中间隙原子隙原子的形成能比的形成能比空位空位的形成能的形成能大大3-4倍倍，间隙原子的量与隙原子的量与空位相比可以忽略。空位相比可以忽略。热平衡缺陷（热平衡缺陷（thermalequilibriumdefects）：由于热起伏促使原子脱由于热起伏促使原子脱离点阵位置而形成的点缺陷。离点阵位置而形成的点缺陷。点缺陷的形成条件原子热运动点缺陷的平衡浓度：36刃型位刃型位错螺型位螺型位错刃型位错螺型位错37位错的运动位错的运动位位错运运动是位是位错的重要性的重要性质之一，它与晶体的力学性能，之一，它与晶体的力学性能，如如强度、塑性、断裂等密切相关度、塑性、断裂等密切相关位位错的运的运动方式主要是：方式主要是：滑移滑移 slip 攀移攀移 climb位错的滑移（守恒运动）：位错的滑移（守恒运动）：在外加切应力作用下，位错中在外加切应力作用下，位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断作少量位移心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断作少量位移（小于一个原子间距）而逐步实现（小于一个原子间距）而逐步实现位错的运动位错运动是位错的重要性质之一，它与晶体的力学性能，38位位错滑移的特点滑移的特点1)1)刃型位错：滑移的刃型位错：滑移的切应力方向切应力方向与与位错线位错线垂直；垂直；2)2)螺型位错：滑移的螺型位错：滑移的切应力方向切应力方向与与位错线位错线平行。平行。2)2)刃型位错：刃型位错：滑移方向滑移方向与与位错运动方向位错运动方向一致；一致；螺型位错：螺型位错：滑移方向滑移方向与与位错运动方向位错运动方向垂直。垂直。3)3)螺型位错：如果在原滑移面上运动受阻时，有可能转移到螺型位错：如果在原滑移面上运动受阻时，有可能转移到与之相交的另一滑移面上继续滑移，这称为与之相交的另一滑移面上继续滑移，这称为交滑移交滑移。位位错滑移的切滑移的切应力力位位错滑移方向滑移方向柏氏矢量柏氏矢量位位错线方向方向位位错运运动方向方向位错滑移的特点刃型位错：滑移的切应力方向与位错线垂直；位错滑39运运动位位错的交割：的交割：扭折：扭折：位错交割形成的曲折线段在位错的滑移面上。位错交割形成的曲折线段在位错的滑移面上。割阶：割阶：该曲折线段垂直于位错的滑移面。该曲折线段垂直于位错的滑移面。位位错反反应：位位错线之之间可以合并或分解可以合并或分解几何条件：几何条件：反反应前后前后诸位位错的柏氏矢量之和相等，的柏氏矢量之和相等，b bb b1 1+b+b2 2能量条件：能量条件：反反应后位后位错的的总能量小于反能量小于反应前位前位错的能量的能量bb2 2 b b1 12 2+b+b2 22 2运动位错的交割：位错反应：位错线之间可以合并或分解40位错的应变能位错的应变能位错的能量：位错的能量：位位错周周围点点阵畸畸变引起的引起的弹性性应力力场，导致晶体能量的增加致晶体能量的增加位错中心畸变能位错中心畸变能Ec(大约为总应变能的大约为总应变能的1/10-1/15)位错应力场引起的弹性应变能位错应力场引起的弹性应变能Ee(主要部分主要部分)单位长度单位长度刃型位错刃型位错的应变能的应变能:单位长度单位长度螺型位错螺型位错的应变能的应变能:简化的单位长度位错的简化的单位长度位错的总应变能总应变能：E=Gb2约为约为0.5-1单位长度单位长度混合位错混合位错的应变能的应变能:G切变模量切变模量K角度因素角度因素 几何系数几何系数b柏氏矢量柏氏矢量 泊松比泊松比位错的应变能位错的能量：位错周围点阵畸变引起的弹性应力场，导41作用在位错的力作用在位错的力在在外切应力外切应力 的作用下，位错的移动可以理解为有一个垂直于位错线的作用下，位错的移动可以理解为有一个垂直于位错线的力的力Fd作用于位错线上。作用于位错线上。Fd=bFd的方向总是与的方向总是与位错线相垂直位错线相垂直，并指向滑移面的未滑移部分，并指向滑移面的未滑移部分作用在位错上的力只是作用在位错上的力只是一种组态力一种组态力，它不代表位错附近原子实际所受，它不代表位错附近原子实际所受力，也区别于作用在晶体上的力，其方向力，也区别于作用在晶体上的力，其方向与外切应力方向不一定一致与外切应力方向不一定一致一根位错具有唯一的柏氏矢量，只要作用在晶体上的切应力是均匀的，一根位错具有唯一的柏氏矢量，只要作用在晶体上的切应力是均匀的，则各段则各段位错所受的力大小相同位错所受的力大小相同 FdFd 作用在位错的力在外切应力的作用下，位错的移动可以理42位错的线张力位错的线张力线张力力T可以理解可以理解为使位使位错增加增加单位位长度所需的能量，度所需的能量，故：故：T=kGb2，k约为约为0.5-1若位若位错长度度为ds，单位位长度位度位错线所受的力所受的力为 b，则：bds=2Tsin(d/2)，由于由于ds=rd，当，当d很小很小时，sin（d/2）（d/2）因此：因此：b=T/rGb2/2r两端固定的位两端固定的位错在切在切应力力 作用下作用下与位与位错线弯曲度弯曲度r的关系的关系=Gb/2r位错的线张力线张力T可以理解为使位错增加单位长度所需的能量43位错间的交互作用力位错间的交互作用力1 1）两平行）两平行螺位螺位错的交互作用的交互作用2）两平行）两平行刃位刃位错的交互作用的交互作用沿沿x方向方向的切应力分量（滑移）的切应力分量（滑移）：沿沿y方向方向的正应力分量（攀移）的正应力分量（攀移）：在同一滑移面上的位在同一滑移面上的位错，同性相斥、异同性相斥、异性相吸（性相吸（见右右图）在不同滑移面上的位在不同滑移面上的位错，小角度晶界小角度晶界的的形成。形成。相互平行的螺位相互平行的螺位错和刃位和刃位错之之间不不发生生相互作用相互作用（柏氏矢量相互垂直）（柏氏矢量相互垂直）混合位混合位错，先分解、再叠加，先分解、再叠加 位错间的交互作用力1）两平行螺位错的交互作用2）两平行刃位错44位错的生成和增殖位错的生成和增殖位位错的密度的密度Densityofdislocations：位错密度是位错密度是单位体积单位体积晶体中所含的位错线的晶体中所含的位错线的总长度总长度：=L/V（1/cm2）一般，位错密度也定义为一般，位错密度也定义为单位面积单位面积所见到的所见到的位错数目位错数目充分退火的多晶体金属中，充分退火的多晶体金属中，=106108cm-2剧烈冷变形的金属中：剧烈冷变形的金属中：=10101012cm-2超纯金属单晶体：超纯金属单晶体：103cm-2位错的生成和增殖位错的密度Densityofdislo45面面缺缺陷陷InterfacialDefects表面及界面表面及界面Surface、Interface、Boundary界面：界面：通常包含通常包含几个原子层厚几个原子层厚的区域，其原子排列及化的区域，其原子排列及化学成分学成分不同于晶体内部不同于晶体内部，可视为二维结构分布，也称为晶，可视为二维结构分布，也称为晶体的体的面缺陷面缺陷。界面对晶体的物理、化学和力学等性能产生重要的影响界面对晶体的物理、化学和力学等性能产生重要的影响 外表面：外表面：指固体材料与气体或液体的分界面。它与摩擦、吸附、指固体材料与气体或液体的分界面。它与摩擦、吸附、腐蚀、催化、光学、微电子等密切相关腐蚀、催化、光学、微电子等密切相关内界面：内界面：分为晶粒界面、亚晶界、孪晶界、相界面等分为晶粒界面、亚晶界、孪晶界、相界面等面缺陷InterfacialDefects46晶界分类晶界分类(根据相邻晶粒位相差根据相邻晶粒位相差)小角度晶界小角度晶界Low-anglegrainboundary：相邻晶粒的位相邻晶粒的位相差小于相差小于10，亚晶界一般为亚晶界一般为2左右。左右。大角度晶界大角度晶界High-anglegrainboundary：相邻晶粒的位相差相邻晶粒的位相差大于大于10晶界分类(根据相邻晶粒位相差)小角度晶界Low-angle47晶界能晶界能晶界上原子畸变引起的系统自由能的升高，单位：晶界上原子畸变引起的系统自由能的升高，单位：J/m2小角度晶界小角度晶界能量主要来能量主要来自自位错能量位错能量，与位相差，与位相差有关：有关：=0(A-ln)大角度晶界能量基本为大角度晶界能量基本为定值，与晶粒之间位相差定值，与晶粒之间位相差无关无关：0.251.0J/m2晶界能晶界上原子畸变引起的系统自由能的升高，单位：J/m248作业题答案：作业题答案：试分析在（试分析在（111）面上运动的柏氏矢量为）面上运动的柏氏矢量为的螺型位错受阻时，能的螺型位错受阻时，能否通过交滑移转移到否通过交滑移转移到面中的某个面上继续运动？为什么？面中的某个面上继续运动？为什么？相关知识：相关知识：abfedc位错线位错线交滑移：交滑移：由于螺型位错可有多个滑移面，螺型位错在原滑移面上运动受阻由于螺型位错可有多个滑移面，螺型位错在原滑移面上运动受阻时，可转移到与之相交的另一个滑移面上继续滑移。时，可转移到与之相交的另一个滑移面上继续滑移。晶带：晶带：所有平行或相交于同一直线的晶面构成所有平行或相交于同一直线的晶面构成晶带晶带，此直线称为，此直线称为晶带轴晶带轴，属于此晶带的晶面称为属于此晶带的晶面称为晶带面晶带面。晶带轴晶带轴 u v wu v w 与该晶带的与该晶带的晶晶面（面（hkl）之间存在以下关系：之间存在以下关系：hu+kv+lw=0称为晶带定律称为晶带定律作业题答案：abfedc位错线交滑移：由于螺型位错可有多个滑49晶带轴（伯氏矢量）：晶带轴（伯氏矢量）：在在中属于以上晶带的晶带面：中属于以上晶带的晶带面：晶带轴（伯氏矢量）：50第四章第四章凝固与扩散凝固与扩散1、概念、概念凝固、凝固、结晶、晶、过冷、冷、过冷度、冷度、结构起伏、能量起伏、均匀形核、非均匀形构起伏、能量起伏、均匀形核、非均匀形核、核、临界晶核半径、界晶核半径、临界形核功及物理意界形核功及物理意义、形核率、光滑界面、粗糙界、形核率、光滑界面、粗糙界面；面；扩散通量、散通量、稳态扩散、非散、非稳态扩散、散、扩散系数、散系数、扩散激活能、菲克第散激活能、菲克第一定律、菲克第二定律、柯肯达一定律、菲克第二定律、柯肯达尔效效应、互、互扩散散(化学化学扩散）、自散）、自扩散、散、上坡上坡扩散、反散、反应扩散。散。2、分析、判断、分析、判断、计算算l液液态金属在正、金属在正、负温度梯度下的生温度梯度下的生长过程，控制凝固后晶粒大小方法；程，控制凝固后晶粒大小方法；l 扩散相关物理量散相关物理量计算；算；l 分析影响分析影响扩散的因素，解散的因素，解释一些一些现象；象；l 利用一些利用一些结论。如。如“钢铁材料渗碳材料渗碳处理理时，扩散需要的散需要的时间 t t 与与扩散散距离距离 x x 的平方成正比，即的平方成正比，即t xt x2 2”;”;以及以及“同一个同一个扩散系散系统，扩散系散系数数 D D 与与扩散散时间 t t 的乘的乘积为一常数，即一常数，即 Dt=Dt=常数常数”解决解决实际问题。第四章凝固与扩散1、概念51结构起伏构起伏Structuralundulation：液态金属中存在着原子排列液态金属中存在着原子排列规则（有序）的小区域（规则（有序）的小区域（原子团原子团），这些大小不一的原子集），这些大小不一的原子集团是与固态结构类似的；这些原子集团不稳定，一会儿在这团是与固态结构类似的；这些原子集团不稳定，一会儿在这里消失，一会儿在那里出现（原子重新聚集），里消失，一会儿在那里出现（原子重新聚集），此起彼伏此起彼伏，这种现象称为这种现象称为结构起伏结构起伏。能量起伏能量起伏Energyundulation：造成结构起伏的原因是液态金造成结构起伏的原因是液态金属中存在着能量起伏，属中存在着能量起伏，能量低能量低的地方有序原子团才能形成，的地方有序原子团才能形成，遇到遇到能量高峰能量高峰又散开成无序状态。又散开成无序状态。结构起伏结构起伏与与能量起伏能量起伏是对应的是对应的结构起伏Structuralundulation：液态52结晶过程结晶过程晶核形成（形核）：晶核形成（形核）：在过冷的金属液体中，尺在过冷的金属液体中，尺寸较大的晶胚不再被熔化掉，寸较大的晶胚不再被熔化掉，能够稳定保留下来的能够稳定保留下来的晶胚晶胚就就成了开始结晶的成了开始结晶的核心核心；晶核长大：晶核长大：然后然后晶核晶核不断长大。随着不断长大。随着结晶结晶过程的进行，固相逐渐过程的进行，固相逐渐增多，液相逐渐减少，直至增多，液相逐渐减少，直至全部转变为全部转变为固相固相结构起伏、能量起伏结晶过程晶核形成（形核）：结构起伏、能量起伏53驱动力力Drivingforce：固、液两相的自由能之差固、液两相的自由能之差G=GS-GL就是结晶的驱动力就是结晶的驱动力在恒温、恒压的条件下，单位体积的液体与固体的自由能之差为：在恒温、恒压的条件下，单位体积的液体与固体的自由能之差为：“-”表示由液态转变为固态自由能降低；表示由液态转变为固态自由能降低；Lm熔化潜热熔化潜热;T=Tm-T过冷度过冷度Undercooling过冷度过冷度T越大，结晶的驱动力也就越大；越大，结晶的驱动力也就越大；T=0，Gv=0，即没有，即没有驱动力，结晶不能进行驱动力，结晶不能进行结晶的热力学条件结晶的热力学条件：结晶必须有一定的过冷度结晶必须有一定的过冷度（热过冷）（热过冷）自由能随温度变化示意图自由能随温度变化示意图驱动力驱动力过冷度过冷度驱动力Drivingforce：固、液两相的自由能之差54形形核核Nucleation金属金属结晶晶时，形核方式有两种：，形核方式有两种：均匀形核均匀形核Homogeneousnucleation：指在均匀单一的液相中形成固相结晶核心的过程指在均匀单一的液相中形成固相结晶核心的过程非均匀形核非均匀形核Heterogeneousnucleation：由于外界因素，如杂质颗粒、铸型内壁等，促进结由于外界因素，如杂质颗粒、铸型内壁等，促进结晶晶核的形成晶晶核的形成形核Nucleation金属结晶时，形核方式有两种：55均匀形核的自由能变化均匀形核的自由能变化在过冷的条件下，金属液体中晶胚的形成和增大，将引起在过冷的条件下，金属液体中晶胚的形成和增大，将引起系统自由能变化：系统自由能变化：转变为转变为固态固态的那部分体积，引起的那部分体积，引起自由能下降自由能下降；晶胚与液相之间增加的晶胚与液相之间增加的界面界面，造成，造成自由能（表面能）增大自由能（表面能）增大设单位体积设单位体积自由能的下降为自由能的下降为Gv(Gv0，x=0，=sx=，=0则浓度则浓度(x,t)可表示为可表示为（求解过程见讲义）（求解过程见讲义）：tx2Dt=常数常数菲克第二定律的实际应用一端成分不受扩散影响的扩散体75扩散的热力学分析扩散的热力学分析下坡扩散：下坡扩散：菲克第一定律描述了物质菲克第一定律描述了物质从高浓度向低浓度扩散从高浓度向低浓度扩散的现象，的现象，扩散的结果导致浓度梯度的减小，使成份趋于均匀扩散的结果导致浓度梯度的减小，使成份趋于均匀上坡扩散（逆向扩散）：上坡扩散（逆向扩散）：物质也可能物质也可能从低浓度区向高浓度区扩从低浓度区向高浓度区扩散散，扩散的结果提高了浓度梯度，扩散的结果提高了浓度梯度扩散的驱动力：扩散的驱动力：并不是浓度梯度，而扩散前后并不是浓度梯度，而扩散前后自由能之差自由能之差（化学化学势梯度势梯度）扩散的热力学分析下坡扩散：菲克第一定律描述了物质从高浓度向低76固态扩散的分类固态扩散的分类化学扩散、互扩散化学扩散、互扩散interdiffusion：依赖于依赖于浓度梯度浓度梯度的扩散的扩散包括：原子扩散、反应扩散、上坡扩散、下坡扩散包括：原子扩散、反应扩散、上坡扩散、下坡扩散自扩散自扩散self-diffusion：仅由仅由热振动热振动而产生扩散，不依赖于而产生扩散，不依赖于浓度梯度的扩散浓度梯度的扩散 互扩散、自扩散的区别：互扩散、自扩散的区别：在于扩散前后在于扩散前后是否有浓度是否有浓度的变化的变化，有浓度变化则为互扩散（化学扩散），无浓，有浓度变化则为互扩散（化学扩散），无浓度变化则为自扩散度变化则为自扩散固态扩散的分类化学扩散、互扩散interdiffusio77扩散机制扩散机制Diffusionmechanisms扩散原子理论扩散原子理论扩散机制，扩散机制，就是扩散原子在晶体点阵中迁移的具体方式就是扩散原子在晶体点阵中迁移的具体方式包括：包括：1、交换扩散（、交换扩散（exchangediffusion）2、间隙扩散（、间隙扩散（interstitialdiffusion）3、空位扩散（、空位扩散（vacancydiffusion）4、晶界及表面扩散（、晶界及表面扩散（grainboundaryorsurfacediffusion）5、位错扩散（、位错扩散（dislocationdiffusion）扩散机制Diffusionmechanisms扩散78第四章第四章凝固与扩散凝固与扩散（思考题及答案）（思考题及答案）1、金属液体在熔点温度保温，则a需要很长时间才能结晶；b到熔点温度就会结晶；c永不结晶。答案：（c）在熔点保温，就是没有过冷。2、下述哪些现象结晶时出现？a在低于熔点的温度下结晶才能进行；b结晶时有热量放出；c液态金属冷却到熔点时就开始结晶。答案：（a,b）3、形成临界晶核时需要的形核功由什么提供？a由外界加热提供；b由能量起伏提供；c由体积自由能提供。答案：（b）根据形核功的概念可知4、临界晶核有可能继续长大，也有可能消失（熔化）。a是b否答案：(a)因为临界晶核形成时能量增大到最高，此时无论晶核继续长大，还是减小，都可以使能量降低，所以都是自发过程。故这两种可能都存在。5、在相同过冷度的条件下，（下述说法哪些正确？）（多选）a非均匀形核比均匀形核的形核率高；b均匀形核与非均匀形核具有相同的临界晶核半径；c非均匀形核比均匀形核的形核功小；d非均匀形核比均匀形核的临界晶核体积小。答案：（a，b，c，d）6非均匀形核时，角越小，形核越容易。这是因为（下述说法哪些正确？）（多选）a临界晶核的体积和表面积越小；b形核需要的过冷度越小；c需要的形核功越小。答案：（a，b，c）第四章凝固与扩散（思考题及答案）797、在负的温度梯度下，晶体生长以平面状前推进。(单选)a是b否c不能确定答案：（b）在负温度梯度下，液-固界面呈树枝状向液相一方推进。因为前方具有更大的过冷度8、形核率越高、晶体生长速率越小，最后得到的晶粒越细小。(单选)a是b否c不能确定答案：（a）一个晶核长成一个晶粒，所以形核率越高，单位体积晶体中的晶粒数量越多，单个晶粒就越小；晶体生长越慢，一个晶粒能够长大的程度就越小，同时，新的晶核也会不断出现，因此晶粒数越多，晶粒越细小。9、快速凝固技术能获得的新材料有：非晶态合金，超细晶态金属或合金。a是b否答案：（a）非晶态合金，超细晶态金属或合金的制取需要快速冷却。10、单向凝固要求不仅具有正温度梯度，而且温度梯度要很大。a是b否答案：（a）正温度梯度，而且温度梯度要很大，这是保证液-固界面以平面状态向前推进的必要条件，也是实现单向凝固的技术关键。11、制取单晶体的技术关键是保证液体结晶时只有一个晶核。a是b否答案：（a）12、对于浓度不均匀的固溶体中的扩散，溶质原子的扩散属于互扩散，溶剂（基体）原子的扩散则属于自扩散。a是b否答案：（b）由于不均匀的固溶体中的扩散伴有浓度变化，无论是溶剂还是溶质原子的扩散都属于互扩散。13、在稳态扩散过程中，扩散组元的浓度C只随距离x变化，而不随时间t变化。a是b否答案：（a）这就是稳态扩散的定义。14、在非稳态扩散过程中，扩散组元的浓度C也是只随距离x变化，而不随时间t变化。a是b否答案：（b）在非稳态扩散过程中，扩散组元的浓度C不只是随距离x变化，而且也随时间t变化。7、在负的温度梯度下，晶体生长以平面状前推进。(单选)8015、扩散系数D是描述扩散速度的重要物理量，D值越大则扩散越慢。a是b否答案：（b）扩散系数扩散系数D值越大，扩散越快。16、已知Mg(镁)在Al(铝)中的扩散常数D0=1.210-4m2/s，扩散激活能Q=131000J/mol,500时扩散系数D=1.810-13m2/s，问400时Mg在Al中的扩散系数D是多少？a8.110-15m2/sb1.810-13m2/sc2.810-11m2/s答案：（a）17、怎样理解扩散原子对基体造成的晶格畸变越大，扩散则越容易。（单选）a扩散原子具有更低的能量，需要的扩散激活能变大，扩散系数变小，所以扩散容易；b扩散原子具有更高的能量，需要的扩散激活能变小，扩散系数变大，所以扩散容易；c基体原子具有更高的能量，造成的势垒变小，扩散系数变小，所以扩散容易。答案：（b）18、在相同的温度下，碳在-Fe中的扩散比在-Fe中的扩散更容易，速度更快。这主要是因为,a碳原子在-Fe中固溶造成的晶格畸变更大;b其它合金元素的影响所致；c温度对扩散系数的影响所致。答案：（a）15、扩散系数D是描述扩散速度的重要物理量，D值越大则扩散越81第五章第五章形变与再结晶形变与再结晶1 1、概念、概念应力、力、应变、应力力应变曲曲线、滞、滞弹性、性、弹性模量、泊松比、性模量、泊松比、屈服屈服强度、抗拉度、抗拉强度、塑性、滑移、度、塑性、滑移、孪生、滑移生、滑移带、临界分界分切切应力、加工硬化、柯氏气力、加工硬化、柯氏气团、形、形变织构、残余构、残余应力、金属力、金属强化机制、断裂（脆性、延性）、回复、再化机制、断裂（脆性、延性）、回复、再结晶、多晶、多边化、化、二次再二次再结晶、弓出形核。晶、弓出形核。2 2、计算、分析、判断算、分析、判断形形变相关物理量相关物理量计算、相关机理分析判断。算、相关机理分析判断。第五章形变与再结晶1、概念82晶体的塑性变形晶体的塑性变形单晶体单晶体变形的微观过程变形的微观过程 弹性变形弹性变形外力克服单晶外力克服单晶原子间的键合力原子间的键合力，使原子偏离，使原子偏离其平衡位置，试样开始伸长其平衡位置，试样开始伸长 晶面滑移晶面滑移当外力大于屈服极限后，沿单晶的当外力大于屈服极限后，沿单晶的某一特定某一特定晶面原子晶面原子的产生相对滑移。随应力的增加，发生滑移的晶的产生相对滑移。随应力的增加，发生滑移的晶面增加，塑性变形量加大。面增加，塑性变形量加大。单晶体的塑性变形，主要通过单晶体的塑性变形，主要通过滑移滑移，还有，还有孪生孪生、扭折扭折等等晶体的塑性变形单晶体变形的微观过程单晶体的塑性变形，主83滑移系滑移系=滑移面滑移面+滑移方向滑移方向宏观起始宏观起始屈服强度屈服强度取向因子取向因子临界分切界分切应力力滑移系=滑移面+滑移方向宏观起始取向因子临界分切应力84滑移的位错机制滑移的位错机制点阵阻力（派点阵阻力（派-纳力）纳力）实测晶体滑移的临界切应力，较理论计算低实测晶体滑移的临界切应力，较理论计算低34个数量级，表明晶个数量级，表明晶体滑移是借助位错在滑移面上运动而逐步实现的体滑移是借助位错在滑移面上运动而逐步实现的晶体滑移需克服点阵阻力，由晶体滑移需克服点阵阻力，由派尔斯派尔斯R.Peierls和和纳巴罗纳巴罗F.R.N.Nabarro首先估算了此阻力，即派首先估算了此阻力，即派-纳力纳力 N-P，相当于简单立方晶体，相当于简单立方晶体中使刃形位错运动所需的中使刃形位错运动所需的临界分切应力临界分切应力：d滑移面的面间距；滑移面的面间距；b柏氏矢量（滑移方向上的原子间距）；柏氏矢量（滑移方向上的原子间距）；泊松比；泊松比；位错宽度位错宽度滑移的位错机制点阵阻力（派-纳力）实测晶体滑移的临界85滑移与孪生变形的主要区别滑移与孪生变形的主要区别孪生孪生通过晶格切变使通过晶格切变使晶格位向改变晶格位向改变，使变形部分与未变形部分呈镜面，使变形部分与未变形部分呈镜面对称；而对称；而滑移滑移不引起晶格位向改变不引起晶格位向改变孪生孪生时，相邻原子面的时，相邻原子面的相对位移量相对位移量小于一个原子间距；而小于一个原子间距；而滑移滑移时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面两侧晶体的相对位移量是原子间距的整数倍孪生孪生所需要的所需要的临界切应力临界切应力比比滑移滑移大得多，大得多，变形速度变形速度大得多，接近声速大得多，接近声速孪生孪生可在位错滑移受阻时调整晶体的可在位错滑移受阻时调整晶体的变形能力变形能力孪生变形孪生变形滑移滑移滑移与孪生变形的主要区别孪生通过晶格切变使晶格位向改变，使86晶界的影响：晶界的影响：晶界上原子排列不规则、点阵畸变、两侧滑移方向和滑移面不一致，晶界上原子排列不规则、点阵畸变、两侧滑移方向和滑移面不一致，因此，室温下晶界对滑移具有因此，室温下晶界对滑移具有阻碍效应阻碍效应。位错在晶界处的位错在晶界处的位错塞积效应位错塞积效应抑制了位错源的开动。抑制了位错源的开动。晶体的塑性变形晶体的塑性变形 多晶体多晶体增加了多晶体金属的增加了多晶体金属的宏观宏观宏观宏观塑性变形抗力塑性变形抗力晶界的影响：晶体的塑性变形多晶体增加了多晶体金属的宏观87金属的金属的强化机制：化机制：与与约束和束和钉扎位扎位错的滑移有关的滑移有关1、固溶、固溶强化：化：柯氏柯氏Cotrell气气团2、加工硬化：、加工硬化：冷加工程度，冷加工程度，3、细晶晶强化：化：4 4、弥散、弥散强化：化：Hall-Petch公式公式金属的强化机制：与约束和钉扎位错的滑移有关1、固溶强化：柯氏88ColdworkRecoveryRecrystallizationGraingrowth冷变形金属的加热冷变形金属的加热组织变化组织变化回复：回复：晶粒的晶粒的形态、大小形态、大小与变形态相同，但与变形态相同，但亚结构亚结构、性能性能已有变化已有变化再结晶再结晶：出现出现无畸变的等轴晶粒无畸变的等轴晶粒，逐步取代变形晶粒，逐步取代变形晶粒晶粒长大：晶粒长大：再结晶结束后的再结晶结束后的晶粒继续长大晶粒继续长大ColdworkRecoveryRecrystalliza89冷变形金属的加热冷变形金属的加热性能变化性能变化强度和硬度强度和硬度：回复阶段变化小；回复阶段变化小；再结晶阶段变化大再结晶阶段变化大(与位错密度有关与位错密度有关)电阻：电阻：回复阶段已有大的变化回复阶段已有大的变化(与点缺陷有关与点缺陷有关)内应力：内应力：回复阶段消除大部或全部内应力；回复阶段消除大部或全部内应力；再结晶阶段全部消除微观内应力再结晶阶段全部消除微观内应力 亚晶粒尺寸：亚晶粒尺寸：回复阶段变化小；回复阶段变化小；接近再结晶时，显著增大