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
合金铸锭(件)的组织与缺陷
  • 1 内容
  • 2 练习
  • 3 案例


合金铸锭(件)的组织与缺陷

1. 铸锭(件)的宏观组织 

2. 缩孔与疏松 
    金属凝固时要收缩,若没有液态金属补充,便会出现收缩孔洞,简称缩孔。 
    缩孔分为几种缩孔和分散缩孔也称为缩松。 
    集中缩孔: 
    纯金属及共晶合金凝固时几乎无成分过冷,以柱状晶长大的方式由外向内凝固(壳状凝固),主要形成集中缩孔。应设法(适当的冒口设计、补缩及铸锭顶部加保温帽)避免缩管。



分散缩孔(疏松): 
    如合金的液相线和固相线间的距离很大,则凝固时液相中有较大的成分过冷,凝固以等轴树枝晶长大(糊状凝固)的方式进行——存在较大范围的液固两相共存区域(糊状区)。枝晶的缝隙处凝固时需要液体流入以补充它的收缩,但若一些缝隙在完全凝固之前已被封闭了,液体无法流入以填补充它的收缩,从而留下细小的空洞,形成疏松。 


3. 偏析——化学成分的不均匀性 
    宏观偏析——工件尺度范围内的成分不均匀性 
    显微偏析——晶粒尺度范围内的成分不均匀性 
(1) 宏观偏析 
    ①正常偏析——先凝固部分(外部)高熔点组元浓度高,后凝固部分低熔点组元浓度高。 
    凝固速度较慢,液体对流较强,使剩余液体中的溶质浓度逐渐升高,凝固后所产生的正常偏析就比较严重。 
在正常偏析程度比较大的情况下,最后凝固的液体溶质浓度高,有时会形成其它非平衡相。 
    ②反常偏析——成分分布情况与正常偏析相反。 
    在合金凝固时,先凝固部分(外层)发生收缩,在枝晶之间产生空隙和负压,使铸模中心低熔点组元浓度较高的液体沿枝晶间隙倒流至表层,形成反常偏析。 
    ③比重偏析——固相和液相的密度差别很大并上浮或下沉所导致的上、下成分不均。 
    防止或减轻比重偏析的方法有:增大冷却速度,使先共晶相来不及上浮或下沉;加入第三组元,形成高熔点的、比重与液体相近的树枝状新相,阻止偏析相的沉浮。 
(2) 显微偏析 
    ①胞状偏析——胞状组织的胞内富含高熔点组元而胞界处则相反,这种成份不均匀的现象称为胞状偏析。 
    ②枝晶偏析——先结晶枝干富含高熔点组元而后结晶的枝间则相反,这种成份不均匀的现象称为枝晶偏析。枝晶偏析对铸锭(件)的性能是有害的,特别使铸件的韧性、塑性及抗蚀性下降。 
    ③晶界偏析——后凝固的晶界处富含低熔点组元,这种成份不均匀的现象称为枝晶偏析。晶界偏析容易引起沿晶断裂,应设法减轻或避免。显微偏析均可以通过扩散退火予以减弱或消除。