第一章金属的晶体结构3

1、1-3 1-3 实际金属的晶体结构实际金属的晶体结构原子排列偏离规则排列的不完整性区域。原子排列偏离规则排列的不完整性区域。?点缺陷（point defect）在三个方向上尺寸都很小?线缺陷（line defect）在两个方向上尺寸很小?面缺陷（interfacial defect）在一个方向上尺寸很小根据晶体缺陷的几何形态特征分为三种：根据晶体缺陷的几何形态特征分为三种：理想晶体与实际晶体之间的不同点？理想晶体与实际晶体之间的不同点？晶体缺陷晶体缺陷（crystal imperfection）完美与否完美与否理想晶体理想晶体实际晶体的理想化实际晶体的理想化p三维空间无限延续，无边界三维空间无

2、限延续，无边界p严格按周期性规则排列，是完整的、无缺陷。严格按周期性规则排列，是完整的、无缺陷。p原子在其平衡位置静止不动原子在其平衡位置静止不动数量：数量：1/1000原子数原子数一、点缺陷一、点缺陷形成形成引起引起形成形成能量起伏能量起伏极小；极小；铜：铜：近熔点近熔点10-5数量级数量级复合空位复合空位两个以上的空位聚两个以上的空位聚在一起形成的空位在一起形成的空位间隙原子和置换原子间隙原子和置换原子（interstitial atom/ substitional atom）处于晶格间隙中的原子。处于晶格间隙中的原子。间隙原子：间隙原子：置换原子：置换原子：占据基体原子平衡位置的异类原子

3、。占据基体原子平衡位置的异类原子。空位空位间隙原子间隙原子小置换原子小置换原子大置换原子大置换原子原子偏离平衡位置（原子偏离平衡位置（d d0 0）, ,偏离最低能状态偏离最低能状态能量升高，原子振幅增大，影响性能能量升高，原子振幅增大，影响性能一、点缺陷（一、点缺陷（空位、间隙原子、置换原子空位、间隙原子、置换原子 ）?金属性能发生变化金属性能发生变化?如屈服强度升高，电阻增大、体积膨胀如屈服强度升高，电阻增大、体积膨胀二、线缺陷二、线缺陷 dislocation二、线缺陷二、线缺陷二、线缺陷二、线缺陷? 间隙原子和大置换原子在拉应力侧发生聚集，小置换原子聚集于压间隙原子和大置换原子在拉应力

4、侧发生聚集，小置换原子聚集于压应力侧。造成位错受阻，金属强化（柯垂尔气团）应力侧。造成位错受阻，金属强化（柯垂尔气团）二、线缺陷二、线缺陷原子面部分错动原子面部分错动一个原子间距一个原子间距螺位错螺位错不吻合不吻合过渡区过渡区形成形成畸变区畸变区形成形成称作称作二、线缺陷二、线缺陷二、线缺陷二、线缺陷b刃位错刃位错的求法的求法二、线缺陷二、线缺陷b二、线缺陷二、线缺陷二、线缺陷二、线缺陷位错线垂直于位错线垂直于b，刃型位错刃型位错位错线平行于位错线平行于b，螺型位错螺型位错滑移量大小等于滑移量大小等于b，滑移方向同滑移方向同b柏氏矢量特性柏氏矢量特性二、线缺陷二、线缺陷二、线缺陷二、线缺陷?由

5、于位错是已滑移区和未滑移区的边界，所以位错线不能中止在晶体内部，而只能中止在晶体的表面或晶界上。在晶体内部，位错线一定是封闭的或者自身封闭成一个位错圈，或者构成三维位错网络。二、线缺陷二、线缺陷3 cm/cmLV二、线缺陷二、线缺陷An金属晶须金属晶须退火态退火态(105-108/cm2) 加工硬化态加工硬化态(1011-1012/cm2) 三、面缺陷三、面缺陷晶晶 界界孪晶界孪晶界相相 界界小角度晶界小角度晶界大角度晶界大角度晶界外表面外表面内表面内表面堆垛层错堆垛层错表面表面和自由界面和自由界面三、面缺陷三、面缺陷影响表面能的主要因素外部介质的性质介质不同原子的相互作用力不同，表面能不同裸

6、露晶面原子密度裸露面为密排面时，表面能最小晶体表面的曲率表面的曲率越大表面能越大三、面缺陷三、面缺陷晶体的各向异性晶体的各向异性 多晶体示意图 多晶体：多晶体：凡由两颗以上晶粒组成的晶体。一般金属都凡由两颗以上晶粒组成的晶体。一般金属都是多晶体，不显示各向异性，称是多晶体，不显示各向异性，称伪等向性伪等向性。构成多晶体的晶粒位向是任意的，晶粒的各向异性相构成多晶体的晶粒位向是任意的，晶粒的各向异性相互被抵消，显示出互被抵消，显示出伪等向性。伪等向性。晶界晶界boundary三、面缺陷三、面缺陷 多晶体示意图 三、面缺陷三、面缺陷（low-angle boundary）（high-angle b

7、oundary）相邻晶粒的位相差大于相邻晶粒的位相差大于10情况复杂，尚不清楚；情况复杂，尚不清楚；多晶体金属材料中的晶界大都属于大角度晶界多晶体金属材料中的晶界大都属于大角度晶界相邻晶粒的位相差小于10；基本由位错线构成基本由位错线构成qDb/q（1）对称倾侧晶界）对称倾侧晶界相邻晶粒各转相邻晶粒各转/2同号刃位错垂直排列同号刃位错垂直排列2q2q（2）不对称倾侧晶界）不对称倾侧晶界（3）扭转晶界）扭转晶界两组螺位错构成两组螺位错构成 a2扭转晶界形成扭转晶界形成10以上，一般在3040（subgrain boundary）三、面缺陷三、面缺陷图图 Al-Ni 合金的亚晶粒合金的亚晶粒三、面缺陷三、面缺陷分类分类相界点阵完全重合 共格共格相界点阵基本重合部分共格+位错 半共格半共格相界点阵完全不重合 非共格非共格相邻两相之间的界面相邻两相之间的界面1 1） 晶界晶界畸变畸变晶界能晶界能向低能量状态转向低能量状态转化化晶粒长大、晶界变直晶粒长大、晶界变直晶界面积减小晶界面积减小2 2） 阻碍位错运动阻碍位错运动 b b 细晶强化细晶强化3 3） 位错、空位等缺陷多位错、空位等缺陷多晶界扩散速度高晶界扩散速度高4 4） 晶界