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
位错的特征
  • 1 内容
  • 2 练习


位错的特征 
1.位错理论的产生 
 
    最初的认识:理想晶体按照“刚性滑移”模型进行塑性变形 
    1926年,弗兰克尔利用理想晶体的刚性滑移模型估算了理论切变屈服强度(≈G/30),与实验结果相比相差3~4个数量级。 
    1934年,M. Polanyi, E. Orowan和G. L. Taylor几乎同时独立地提出有关这类晶体缺陷(位错)的模型。 

(1)晶体中存在某种缺陷,引其应力集中,且该处原子不稳定而易于运动,使滑移首先在该处开始,然后局部滑移区不断扩大。 
(2)已滑移区和未滑移区之间必然有一个过渡区(交界)。在过渡区内,滑移面两边的原子不可能对齐,必然出现严重的错配。该原子错配的过渡区便称为位错。 
(3)位错的宽度为几个原子到十几个原子,而长度则达到晶体的宏观尺寸,为一个管状缺陷区,从宏观上看,就是一个线缺陷。

2. 位错的基本类型和特征 
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(1)刃型位错—晶体中半原子面边缘周围的原子错排区。 
若半原子面在上侧,称正刃型位错,用“^”表示;反之,称为负刃型位错,用“T”表示。两者只是相对而言,并无本质区别。 
滑移面—位错线和滑移矢量所确定的晶面。 
位错线—刃型位错的半原子面垂直于晶体的滑移面,半原子面与滑移面的交线。 
刃位错的特征: 
①刃型位错有一个额外的半原子面。 
②刃型位错线不一定是直线,也可以是折线或曲线,但它必垂直于滑移矢量。 
③由于位错线与滑移矢量互相垂直,所以由它们所构成的滑移面唯一。 
④位错线周围的点阵弹性应变既有切应变,又有正应变。

图7
(2)螺型位错—晶体中螺旋原子面螺旋轴线周围的原子错排区。 
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螺位错的特征: 
①无额外的半原子面,原子错排程轴对称,分右旋和左旋螺型位错; 
②位错线与滑移矢量平行,一定是直线; 
③滑移面不是唯一的,包含螺型位错线的平面都可以作为它的滑移面; 
④位错线周围的点阵弹性应变只有切应变而无正应变,即不引起体积的变化。 
(3)混合位错—位错线既不平行也不垂直于滑移方向,即滑移矢量与位错线成任意的位错。 
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讨论: 
①刃位错线垂直于滑移矢量,螺位错平行于滑移矢量,混合位错既不平行也不垂直于滑移矢量; 
②刃位错的正、负是相对的,而螺位错的左、右则是绝对的; 
③混合位错具有刃型分量和螺型分量; 
④螺位错线一定是直线,而刃位错线和混合位错线则不一定是直线; 
⑤位错既然是晶体中以滑移区和未滑移区的交界,位错线就不能中断在晶体内部,只能露头于表面或界面处,或形成封闭的位错环,或与其它位错线相连接。 
3. 柏氏矢量特性 
只要不和位错线相遇,柏氏回路任意扩大、移动不会改变由它确定的柏氏矢量——柏氏矢量的守恒性。由此可得: 
(1)一根位错线具有唯一的伯氏矢量; 
(2)一根位错线不能中断在晶体内部,只能终止于晶体表面或晶界;若它终止在晶体中部,它必和其他位错线相连接,相交于一个节点,或者自成封闭的位错环。 
(3)若干根位错线交于一点(节点),则流入节点的位错线的伯氏矢量之和必等于流出节点的位错线的伯氏矢量之和。