材料科学基础(2024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
形核
  • 1 内容
  • 2 练习


形核 
    形核是指固相核心的形成过程。
    形核方式分为均匀形核、非均匀(异质)形核(主要的)两种。
    均匀形核:由近程有序的原子集团(晶胚)转变为晶核。
    非均匀形核:依附于液体内存在的杂质或外来表面形核。



1. 均匀形核
(1). 均匀形核的能量变化和临界晶核
    晶胚形成包括:液相变为固相→体积自由能降低(凝固的驱动力)和形成固/液界面→产生表面自由能(凝固的阻力)
在过冷条件下,晶胚形成时,系统自由能变化包括体积自由能的下降和表面能的增加,即 

    形成晶胚时的自由能变化:




    上式说明:形成临界晶核时,液、固两相之间的自由能差只提供所需要的表面能的三分之二,另外的三分之一则需由液体中的能量起伏来提供。 
    能量起伏——体系中微小体积的能量偏离平均能量而且瞬时涨落的现象。 
(2). 形核率
——单位时间单位体积内形成的晶核数目( )。

2. 非均匀形核
    由上式可知,形核的驱动力为自由能差(第一项),而阻力则来自于新增界面的界面能(第二项)。 
若晶核依附于现有表面形成,则新增界面面积减小(第二项项减小),所需驱动力减小(第一项),使形核更加容易: