材料科学基础(2025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
实际晶体中的位错与位错反应
  • 1 内容
  • 2 练习


实际晶体结构中的位错 
1. 实际晶体中位错的柏氏矢量 
    柏氏矢量=点阵矢量整数倍的位错称为“全位错”;其中柏氏矢量=单位点阵矢量的位错称为“单位位错”;(故全位错滑移后晶体原子排列不变) 
    柏氏矢量≠点阵矢量整数倍的位错称为“不全位错”;其中柏氏矢量<点阵矢量的位错称为“部分位错”。(不全位错扫过后,位错扫过的面两侧必出现错误的堆垛,称堆垛层错。若这些错排不导致增加很多能量,则这种位错是可能存在的。) 
    实际晶体结构中,位错的柏氏矢量不能是任意的,它要符合晶体的结构条件和能量条件。 
晶体结构条件是指柏氏矢量必须连接一个原子平衡位置到另一平衡位置。 
    在某一种晶体结构中,力学平衡位置很多,故柏氏矢量可取很多;但从能量条件看,由于位错能量正比于柏氏矢量的平方,柏氏矢量b 越小越好,即单位位错是最稳定的位错。 
    正因为b既要符合结构条件又要符合能量条件,因而实际晶体中存在的位错的柏氏矢量限于少数最短的点阵矢量。 
                                典型晶体结构中单位位错的伯氏矢量 
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2. 堆垛层错 
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4. FCC面心立方晶体中位错 
    面心立方晶体位错包括:肖克莱(Shockley)不全位错(或分位错)、弗兰克(Frank)不全位错(或分位错)、扩展位错。

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(1). 肖克莱(Shockley)不全位错(或分位错)
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肖克莱不全位错的特点: 
      ①只有通过局部滑移形成。即使是刃型肖克莱不全位错也不能通过插入半原子面得到,因为插入半原子面不可能导致大片层错区。 
      ②即使是刃型肖克莱不全位错也只能滑移,不能攀移,因为滑移面上部(或下部)原子的扩散不会导致层错消失,因而有层错区和无层错区之间总是存在着边界线,即肖克莱不全位错线。 
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弗兰克不全位错的特点:
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夹一片层错的整个缺陷组态称为扩展位错。 
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① 扩展位错的宽度 
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② 扩展位错的束集与交滑移 
    当扩展位错的局部区域受到某种障碍时,扩展位错在外切应力作用下其宽度将会缩小,甚至重新收缩成原来的单位位错,称为束集。