材料科学基础(2024秋)

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
小角度晶界和大角度晶界
  • 1 内容
  • 2 练习


小角度晶界和大角度晶界 
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1. 小角度晶界的结构 
 (1).对称倾斜晶界


 

(2).不对称倾斜晶界 
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 (3).扭转晶界 
    扭转晶界是小角度晶界的一种,可看成是两部分晶体绕某一轴在一个共同的晶面上相对扭转一个角所构成的,扭转轴垂直于这一共同的晶面。 
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2. 大角度晶界的结构

    相邻晶粒的位向差大于10度的晶界称为大角度晶界。 
    大角度晶界的结构较复杂,原子排列很不规则,由不规则的台阶组成的。晶界可看成坏区与好区交替相间组合而成。 
大角度晶界的“重合位置点阵”模型: 
   晶界由重合位置点阵的密排面构成,具有较低的弹性应变能 如晶界与重合位置点阵的密排面成一定角度,则晶界为密排面构成的台阶状。 
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3. 晶界的特性 
(1).晶界处点阵畸变大,存在晶界能。所以,晶粒的长大和晶界的平直化是自发趋势,以降低总的晶界能。 
(2).晶界处原子排列不规则,在常温下会阻碍位错的运动,致使塑性变形抗力提高,宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。晶粒越细,材料的强度越高,这就是细晶强化。高温时则表现出“粘滞性”,使两侧的晶粒产生相对滑动,导致塑性变形,强度降低。 
(3).晶界处原子偏离平衡位置,具有较高的动能,并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等,故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多。 
(4).由于晶界能量较高且原子活动能力较大,所以在固态相变过程中,新相易于在晶界处优先形核。原始晶粒越细,晶界越多,则新相形核率也相应越高。 
(5).由于成分偏析和内吸附现象,特别是在富集杂质原子的情况下,晶界往往熔点较低,故在加热过程中,因温度过高将引起晶界熔化和氧化,导致“过烧”现象产生。 
(6).由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态,以及晶界富集杂质原子的缘故,耐腐蚀性一般不如晶内。这就是用腐蚀剂显示金相样品组织的依据,也是某些金属材料在使用中发生晶间腐蚀破坏的原因。