材料科学基础(2023春)

辽宁工业大学 陈扬 齐义辉

目录

  • 1 材料的结构
    • 1.1 空间点阵与晶体结构
    • 1.2 晶向指数与晶面指数
    • 1.3 晶带与晶面间距
    • 1.4 晶体的极射赤面投影图
    • 1.5 三种典型的金属晶体结构
    • 1.6 晶体的原子堆垛方式和间隙
    • 1.7 离子晶体与共价晶体的结构
    • 1.8 固溶体
    • 1.9 中间相
  • 2 晶体中的缺陷
    • 2.1 点缺陷
    • 2.2 位错的特征
    • 2.3 位错的运动与交割
    • 2.4 位错的应力场与应变能
    • 2.5 作用在位错线上的力与位错间的交互作用力
    • 2.6 位错的生成与增殖
    • 2.7 实际晶体中的位错与位错反应
    • 2.8 小角度晶界和大角度晶界
    • 2.9 孪晶界与相界
  • 3 材料中的扩散
    • 3.1 扩散第一定律
    • 3.2 扩散第二定律及误差解
    • 3.3 扩散机制与柯肯达尔效应
    • 3.4 原子跳跃和扩散系数
    • 3.5 影响扩散的因素
    • 3.6 反应扩散
  • 4 单组元相图及纯金属的结晶
    • 4.1 单组元相图的热力学与相平衡
    • 4.2 液态金属的结构与结晶的热力学条件
    • 4.3 形核
    • 4.4 晶体长大与凝固组织
    • 4.5 凝固理论的应用
  • 5 二元相图及合金的凝固
    • 5.1 匀晶相图与固溶体凝固
    • 5.2 共晶相图及其合金凝固
    • 5.3 包晶相图及其合金凝固
    • 5.4 其他类型的二元相图
    • 5.5 钢的凝固过程及平衡组织
    • 5.6 铸铁的凝固过程及平衡组织
    • 5.7 固溶体的正常凝固
    • 5.8 成分过冷与固溶体的生长形态
    • 5.9 共晶体的形核与生长
    • 5.10 合金铸锭(件)的组织与缺陷
  • 6 晶体的塑性变形
    • 6.1 滑移
    • 6.2 Schmid定律及其应用
    • 6.3 派-纳力
    • 6.4 孪生
    • 6.5 多晶体的塑性变形
    • 6.6 固溶体的塑性变形
    • 6.7 弥散强化
    • 6.8 冷变形金属的组织和性能
  • 7 回复与再结晶
    • 7.1 冷变形金属加热时的组织性能变化
    • 7.2 回复
    • 7.3 再结晶形核机制
    • 7.4 再结晶动力学
    • 7.5 再结晶温度及影响因素
    • 7.6 再结晶后的晶粒尺寸
    • 7.7 正常晶粒长大
    • 7.8 再结晶织构与二次再结晶
  • 8 三元相图
    • 8.1 三元相图基础
    • 8.2 均晶相图
    • 8.3 固态互不溶解的三元共晶相图
    • 8.4 固态有限互溶的三元共晶相图
    • 8.5 三相平衡和四相平衡
固溶体
  • 1 内容
  • 2 练习
  • 3 案例

固溶体

1. 置换固溶体 
——半径较大的溶质原子占据溶剂晶格某些阵点所形成的固溶体。 
金属元素彼此间通常能形成置换固溶体,但溶解度视元素而异。有些能无限互溶,有些只能有限互溶。 
影响固溶度的主要因素:组元的晶体结构类型;原子尺寸因素;化学亲和力(电负性因素);原子价(电子浓度)因素 
(1). 组元的晶体结构类型: 
晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件。只有晶体结构相同,组元之间才可能连续不断地置换而不改变溶剂的晶格类型。 
    形成有限固溶体时,如果溶质与溶剂的晶体结构类型相同,则溶解度通常也较不同结构时为大。 
(2). 原子尺寸因素: 



(3). 化学亲和力: 
    溶质和溶剂间化学亲和力越强,即电负性差越大,则越倾向于形成化合物而不利于形成固溶体;形成的化合物越稳定,则固溶体的溶解度就越小。 
(4). 原子价(电子浓度)因素: 
    (以Cu、Ag、Au为基的固溶体)随溶质原子价的增大,其固溶度减少。 
如果将浓度以价电子浓度(价电子数/原子数)表示,则它们的溶解度极限是近似相同的。 
    此外,固溶度还与温度密切相关:在大多数情况下温度越高,固溶度越大。而对少数含有中间相的复杂合金系则相反。 
2. 间隙固溶体 
——尺寸较小的溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体。 
溶质原子通常大于间隙尺寸,导致溶剂晶格点阵畸变。随溶质含量增加,畸变能升高。所以,间隙固溶体都是有限固溶体,且溶解度很小。

    在BCC晶体中,四面体间隙大于八面体间隙,因而间隙原子应占据四面体间隙位置。 
另一方面,由于BCC的八面体间隙是不对称的,即使间隙原子占据八面体间隙位置,也只引起距间隙中心最近的两个原子显著地偏离平衡位置。 

3. 固溶体的微观不均匀性



4. 固溶体的性质 
(1). 晶格常数随浓度的变化 
    随溶质加入,固溶提的晶格常数改变。 
有些无限固溶体的晶格常数与成分成直线关系——Vegard定律。 
(2). 产生固溶强化 
——溶质原子的溶入使固溶提的强度和硬度升高。 
(3). 物理和化学性能 
   溶质原子的加入使固溶体的物理和化学性能发生变化。 如: 
   电阻率提高,电阻温度系数下降;