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
冷变形金属的组织和性能
  • 1 内容
  • 2 练习
  • 3 案例

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①高层错能金属:随形变量增加,位错密度升高→位错缠结(高密度位错)→扩展位错束集(原螺型单位位错)→螺位错交滑移→形成位错胞(胞壁为高密度位错)→位错胞细化→细长状变形胞(轧制和拉伸)



 



②低层错能金属:复杂的位错网络。层错能低的材料位错分解成扩展位错,不易交滑移和攀移,所以不易形成明显的胞状结构,而形成复杂的三维排列结构,目前对这种结构了解还不多。 
3. 加工硬化 
——塑性变形过程中,流变应力变随应变而增加的现象。或金属经冷变形后,强度和硬度升高,塑性和韧性下降的现象。
单晶体的典型加工硬化曲线:

k

第Ⅰ阶段—易滑移阶段。对应单滑移,位错增殖速率低,加工硬化率θⅠ小; 
第Ⅱ阶段—线性硬化阶段。对应多滑移,位错增殖速率高,加工硬化率θⅡ大; 
第Ⅲ阶段—抛物线型硬化阶段。对应交滑移,位错增殖速率逐渐降低,加工硬化率θⅢ逐渐减小。
典型金属单晶体的加工硬化曲线:
FCC:难于交滑移,加工硬化率高,缩颈出现的产生。 
BCC:一定纯度、温度、位向和应变速度时才有明显的三个阶段。无扩展位错,滑移面多,易于交滑移,第Ⅱ阶段短,位错交截作用较弱,第Ⅱ阶段的加工硬化率比FCC的低。??? 
HCP:第Ⅰ阶段很长,只有一个滑移面,位错的交截作用很弱,几乎没有第II阶段。特定位向、温度和其它试验条件下,有些HCP金属的应力-应变曲线也出现三个分明的阶段。

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4. 形变织构
织构——多晶材料中晶粒的取向集中在一个或几个取向附近,称为择优取向或织构。
形变织构——塑性变形后形成的织构。
丝织构——晶粒的某一晶向//拉拔方向,如<111>丝织构。
板织构——晶粒的某一晶面//板面、某一晶向//轧向,如{110}<112>板织构。 
型变织构的形成原因:变形过程中晶粒发生规律性转动,使变形后众多晶粒的取向集中在一个或几个取向附近。
织构对材料的影响:产生个向异性。弊:不均匀变形,如冲压“制耳”等;利:织构材料,如变压器硅钢的高斯织构{110}<100>等。
5. 形变储能
储存能的具体表现形式: 
第一类(宏观)内应力——由不同部分宏观变形不均匀而引起,约占储存能的1%; 
第二类(微观)内应力——由晶粒或亚晶间变形不均匀而引起,约占储存能的10%; 
第三类(点阵畸变)内应力——由点阵畸变引起,约占储存能的10%。 
残余应力的影响:影响共件的性能。弊:引起工件变形、开裂,残余拉应力降低疲劳强度;利:残余压应力提高疲劳强度,如滚压、喷丸等。