第二章 金属热处理(哈工大)

金属材料及热处理 第一篇材料的结构与缺陷 2 第二章晶体缺陷 晶体缺陷是指晶体结构中偏离完整晶格排列的微观区域 分为点缺陷 线缺陷 面缺陷 3 本章提要三类晶体缺陷的形式 分类晶体缺陷与晶体内相关变化过程的联系 4 2 1点缺陷 三维尺度均很小的晶体缺陷 2 1 1空位形成结晶 高温或辐照类型肖脱基空位 弗兰克尔空位运动迁移 复合平衡浓度 5 2 1 2间隙原子形成结晶 高温或辐照平衡浓度弗伦克尔空位常与间隙原子伴生 6 2 1 3置换原子异类原子各类点缺陷图 7 2 1 4点缺陷对性能的影响晶格畸变与缺陷强化电阻率升高加速扩散 影响相变 8 2 2线缺陷 晶体中长度为数百到数万原子间距的管线状原子错排区 又称位错 知识点位错的基本类型柏氏矢量位错的密度位错的运动 9 位错学说发展简史矛盾提出 晶体理论剪切强度与实测值的巨大差异位错概念提出 1934年螺型位错概念 柏氏矢量概念 1939年F R位错源 1950年TEM技术研究位错 50 s以后 影响塑性变形与强度 扩散与相变等 10 2 2 1位错的基本概念 1 位错的基本类型刃型位错有正 负之分 11 TEM观察到的刃型位错 12 螺型位错有左右之分 13 TEM 14 混合位错具有螺型位错与刃型位错的特点 15 2 2 1位错的基本概念 2 位错的产生结晶过程空位聚集成片的边缘塑性变形 16 空位聚集 17 结晶 18 2 2 1位错的基本概念 3 柏氏矢量反映位错造成的晶格畸变的大小和方向避免繁琐的原子模型 19 柏氏矢量的确定方法规定位错线垂直向外穿出纸面为正按右手法则作柏氏回路回路避开严重畸变区包含一个位错 20 刃型位错的柏氏矢量 21 螺型位错的柏氏矢量 22 混合位错的柏氏矢量 23 24 柏氏矢量的表示方法立方晶系中 25 b的方向与大小 1 21 21 3 26 面心立方晶胞中的密堆积面 27 H C P 晶体中的密排面 28 柏氏矢量的意义及特征反映位错的点阵畸变总量反映晶体的滑移量及方向具有守恒性与位错线有确定的位置关系 29 拇指 多余半原子面所在 食指 位错线方向 中指 柏氏矢量方向 30 31 可用判断位错线的类型 32 2 2 1位错的基本概念 4 位错的特征位错是晶体变形与未变形区域的分界位错线不会中断于晶体内 位错具有易动性位错是晶体内多种变化的原因 强化 塑变 相变等 33 2 2 1位错的基本概念 5 位错密度表示晶体中位错的数量单位体积中的位错线长度穿过单位面积的位错线的数目 34 实际晶体中的位错网络 35 位错密度的显示 36 2 2 2位错的运动 1 位错的滑移指位错沿着晶体滑移面的运动 又称保守运动刃型位错的滑移 37 刃型位错的晶体滑移 38 刃型位错滑移的特点滑移面由柏氏矢量与位错线矢量唯一确定位错的运动方向与晶体滑移方向 即位错柏氏矢量方向 一致位错线的运动方向与位错线垂直一次滑移量为最近邻的原子间距 全位错的柏氏矢量的模 39 螺型位错的滑移 40 螺型位错的晶体滑移 41 螺型位错滑移的特点滑移面可以是包含位错线的任意一个密排面位错的运动方向与晶体滑移方向 即柏氏矢量方向 垂直位错的运动方向与位错线垂直原子一次滑移量小于1个密排方向原子间距 42 混合位错的滑移 43 滑移的共同特点晶体滑移的方向就是位错柏氏矢量的方向滑移面是最密排面 滑移方向是最密排晶向 44 2 2 2位错的运动 2 刃型位错的攀移刃型位错在垂直于滑移面方向的的运动 分正攀移与负攀移 是非保守运动 45 2 2 2位错的运动 3 螺型位错的交滑移螺型位错在滑移受阻时 转换到与原滑移面相交的滑移面滑移 46 位错运动总结 位错的运动是晶体塑性变形的主要原因不同的位错可表现出滑移 攀移 交滑移等运动方式一条位错线在运动过程中总可以将晶体分为已变形区域与未变形区域 晶格畸变则集中于位错周围晶体的滑移方向与位错柏氏矢量方向一致位错滑移总是在晶体中面间距最大的密排面上沿着密排晶向进行 47 2 3面缺陷 两个方向上有显著的畸变 畸变层厚度仅有几个原子间距 又称二维缺陷 48 2 3 1外表面 表面及近表面层原子偏离平衡位置表面能形成表面时单位面积表面上增加的能量称比表面能 表面的吸附作用能降低表面能的原子偏聚于表面使表面能降低 49 2 3 2晶界与亚晶界 晶界 相邻晶粒的界面亚晶界 晶粒内部各排列方位有细微差异的亚结构之间的界面 50 1 小角度晶界取向差 10 对称倾侧晶界晶界模型 同号刃型位错墙无长程应力场能量低 稳定 51 1 小角度晶界取向差 10 扭转晶界晶界模型 两组交叉螺位错的网络 52 小角度晶界的能量界面能低 主要是位错的能量 位向差越大 位错密度越高 界面能越高 53 2 3 2晶界与亚晶界 2 大角度晶界取向差 10 晶界能高 且与取向差无关部分特殊取向的晶界界面能很低 晶界模型 是CSL的小角度晶界 54 重合位置点阵 CSL 55 界面能与取向差 56 57 2 3 3孪晶界 是两部分具有特殊镜面对称位向关系的晶体的界面 共格孪晶界面界面能低 58 理想晶体 59 孪晶界面 60 2 3 4相界 两种不同晶体结构的相之间的界面分为共格界面 半共格界面 非共格界面三类共格界面界面能最低 弹性应变能最高 61 失配度 62 2 3 5堆垛层错 是原子的堆垛次序错误形成的缺陷 形成单位面积层错升高的能量称为层错能 层错能越高 形成层错越困难 63 2 3 6界面特性 界面处晶体缺陷集中 原子能量高界面是氧化 腐蚀的优先发生地界面是固态相变的有效形核位置界面原子的扩散速度远高于晶内存在内吸附现象 异类原子可降低界面能时 会向界面偏聚界面阻碍位错运动 组织越细小 强度硬度越高界面能越大 界面迁移