《金属学》教学资料

《金属学》精品资料1点缺陷：空位，间隙原子，杂质原子效果：=1\*GB3①提高材料的电阻=2\*GB3②加快原子的扩散迁移=3\*GB3③形成其他晶体缺陷=4\*GB3④改变材料的力学性能线缺陷：刃型位错，螺型位错，混合位错面缺陷：小角度晶界，大角度晶界，晶界面2刃型位错和螺型位错的区别刃型位错螺型位错多余半原子面有无滑移面唯一不唯一柏氏矢量与位错线垂直平行滑移，攀移均可只能滑移交滑移不可以可以3滑移和攀移的区别滑移攀移位错类型刃型位错和螺型位错刃型位错保守运动（体积不变）是否驱动力切应力正应力空位扩散无有4刃型位错应力场分布5位错应变能E=KGb2线张力与位错能在数值上相等T=KGb2位错线的向心恢复力f6点阵阻力，通过公式说明问题派纳力式中，b为柏氏矢量的模，G：切变模量，v：泊松比W为位错宽度，W=a/1-v，a为滑移面间距1）通过位错滑动而使晶体滑移，τp较小,设a≈b，v约为0.3，则τp为（10-3~10-4）G，仅为理想晶体的1/100~1/1000。2）τp随a值的增大和b值的减小而下降。在晶体中，原子最密排面其面间距a为最大，原子最密排方向其b值为最小，可解释晶体滑移为什么多是沿着晶体中原子密度最大的面和原子密排方向进行。3）τp随位错宽度减小而增大。强化金属途径：一是建立无位错状态，二是引入大量位错或其它障碍物，使其难以运动。7位错在应力场中的受力（P25）8位错间的交互作用：两个位错间的作用力实质上就是一个位错的弹性应力场对另一个位错所产生的作用力9位错与溶质原子的交互作用：溶质原子是一种点缺陷，由于溶质原子与溶剂原子的体积不同，晶体中的溶质原子会使其周围晶体发生弹性畸变，而产生应力场。位错与溶质原子的交互作用会引起溶质原子向位错线集聚，位错线附近云集溶质原子，形成了溶质原子气团或溶质原子云。也称柯氏气团。10位错的交割：割阶，扭折11位错的增殖：位错的增殖机制：单轴双轴双轴增殖过程：6步图上少一步12位错的积塞：滑移面上的障碍物（晶界等）阻碍位错运动，使同一位错源发出的同号位错先后被障碍物阻塞，形成了位错塞积群。应变硬化的方式之一13金属晶体中的位错：堆垛层错：抽出，插入面心立方晶体中的位错：b=<110>特征位错b=<112>肖克来半位错b=<111>弗兰克半位错14位错反应：两个条件：几何条件（对应值相等），能量条件（反应前位错能大于反应后位错能）判定：先通过几何求位错再判定能量条件15滑移时临界切应力：只有当外力在某一滑移系中的分切应力达到一定临界值时，该滑移系方可首先发生滑移，该分切应力称为滑移的临界分切应力τc=σscosφcosλcosψcosλ称取向因子当滑移面法线方向、滑移方向与外力轴三者共处一个平面，λ=φ=45º时，取向因子最大，cosφcosλ=1/2，此取向最有利于滑移，称此取向为软取向。处于软取向的滑移系首先发生滑移。当外力与滑移面平行或垂直时（φ=90º或φ=0º），则σs→∞，晶体无法滑移，称此取向为硬取向影响临界切应力的因素：金属的种类、化学成分、组织结构、变形温度、变形速度和预变形程度等金属种类：原子间结合力↑，位错移动的点阵阻力↑，τc↑化学成分：溶质原子产生固溶强化，位错运动受阻。不同溶质原子固溶强化效应不同：=1\*GB3①质原子的原子数分数越大，强化作用越大；②溶质原子与基体金属原子尺寸相差越大，强化作用越大；③间隙型溶质原子比置换原子有更大固溶强化作用变形温度：温度↑，τc↓，因为原子动能增大，原子间结合力减弱；但高温（熔点）时，温度↑，τc不变变形速度：速度↑，τc↑，因为单位时间内必须使更多位错线移动，加工硬化率较快；对变形速度的依赖性极弱变形方式、组织结构（加工和处理状态）等16滑移的基本类型：单滑移：外加切应力>τc,开动一组滑移系；发生在滑移系较少或塑性变形开始阶段。特征：表面平行的滑移线所形成的滑移带;多滑移：多个滑移系同时开动；加工硬化。特征：两组或多组交叉的滑移线；交滑移：螺位错滑移受阻时，离开原滑移面沿另一晶面继续滑移，滑移方向和大小不变。变形温度越高，变形量越大，交滑移越显著。特征：折线或波纹状滑移线17孪生：形成孪晶的过程：晶体在切应力的作用下,一部分沿一定的晶面和一定的晶向相对于另一部分发生的均匀切变；这种切变未使晶体点阵类型发生改变，变为与未切变区晶体呈镜面对称的取向；塑性变形的另一种重要方式，常作为滑移不易进行时的补充。现象：透镜状或片状18孪晶的位错机制：由肖克莱不全位错运动扫过相继的层面造成的均匀切变19不对称转变：扭折带（扭折带的作用：协调变形，促进变形）、变形带（取向转动不同于扭折带,不是突变,而是渐变.转动程度取决于变形量.形貌不同于滑移带,形状不规则）形变带形成的位错示意图20孪晶和滑移的区别：21高温蠕变：金属材料在一定的温度和应力下，随时间的延续所发生的缓慢、连续的塑性变形现象，称为蠕变现象。金属的变形称为蠕变。由于蠕变而最后导致金属材料的断裂称为蠕变断裂。蠕变特征：与时间、温度、应力、应变（应变率）有关永久的变形应力值小于屈服极限高温蠕变有如下特点：在高温下，由于晶界可能产生滑动，因此晶内和晶界都能参与变形；由于高温下的原子扩散能促进各种形式的位错运动，因而有助于蠕变应变；在很高温度和低应力的条件下，扩散成为变形的主要机制。

各种温度和应力作用下的蠕变机制可概括如下：低温高应力下蠕变机制以位错滑移为主；低温低应力下是以晶界扩散为主；高温低应力下以扩散机制为主，其中包括晶界扩散和晶内扩散。由以上分析还看出，提高蠕变极限的主要途径是增加滑移阻力，抑制晶界的滑动和空位的扩散22：多晶体塑性变形特点：1）变形具有不均匀性：同一晶粒不同位置变形量不同，不同晶粒间变形量不同

2）每个晶粒的变形都要受到其他晶粒的影响和约束，不能独立自由地变形。→协调性和连续性。23：晶界的作用和晶粒大小的影响：滑移首先在取向有利的晶粒中发生→扩展到其他晶粒→终止在晶界。原因:晶界和晶粒间取向差共同作用：相邻晶粒取向差↑，晶界处原子排列紊乱↑，畸能↑，阻碍↑。相邻晶粒取向差↑，滑移转入相邻晶粒时阻力↑晶粒大小与屈服应力的关系式:霍尔-配奇关系式：在所有的钢材强化方法中，唯有细晶强化可同时提高钢材的强度指标和塑性、韧性指标。金属晶粒越细，晶界总面积越大，位错障碍越多；需要协调的具有不同位向的晶粒越多，使金属塑性变形的抗力越高。细晶粒为同时在更多晶粒内开动位错和增殖位错提供了机会，使塑性变形更均匀。晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，使在断裂前发生较大的塑性变形。强度和塑性同时增加,金属在断裂前消耗的功也大，因而其韧性也比较好24：工作应力=基本应力+附加应力挤压时金属流动及纵向应力分布图——基本应力；---附加应力；—•—工作应力25附加应力的分类：（1）第一类：变形物体的几个大部分间（宏观）由于不均匀变形所引起的相互平衡的附加应力.（2）第二类：变形物体局部的各部分之间由于不均匀变形所引起的相互平衡的附加应力（如软、硬两晶粒或两相之间）.（3）第三类：变形物体的一个晶体内的各部分间由于不均匀变形所引起的附加应力，所占比例最大.26凸辊：出现边部周期性裂纹，中浪凹辊：中部周期性裂纹，边浪27：残余应力（P84）我也不知道写啥减小或消除残余应力的措施：热处理，机械处理研究残余应力的方法：机械法，化学法，X射线法28：影响金属变形行为的因素及所呈现的现象（这个我也不知道写啥）29：变形抗力：金属抵抗变形力（塑性加工时,使金属发生塑性变形的外力）之力。材料在一定温度、速度和变形程度条件下，保持原有状态而抵抗塑性变形的能力。在所设定的变形条件下，所研究的变形物体或其单元体能够实现塑性变形的应力强度影响因素：1:金属的化学成分：对于各种纯金属，原子间结合力大的，滑移阻力大，变形抗力也大。同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。合金元素的存在及其在基体中存在的形式对变形抗力有显著影响。原因：1）溶入固溶体，基体金属点阵畸变增加；2）形成化合物3）形成第二相组织，使σS增加。组织：=1\*GB3①基体金属原子间结合力大，σS大。=2\*GB3②单相组织和多相组织单相：合金含量越高，σS越大。原因：晶格畸变。单相σS<多相：硬而脆第二相在基体相晶粒内呈颗粒状弥散质点均匀分布，则σS高。第二相越细、分布越均匀、数量越多，则σS越高。原因：质点阻碍滑移。例：退火时第二相聚集为较大颗粒；淬火时弥散分布在基体上。=3\*GB3③.晶粒大小：d↓,变形抗力↑。=4\*GB3④.夹杂物的存在：变形抗力↑。合金变形抗力>纯金属。2变形抗力：挤压>轧制；孔型中轧制>平辊轧制；模锻>平锤头锻造；压应力状态越强，变形抗力越大。挤压应力状态：三向压拉拔应力状态：一拉二压挤压>拉拔3温度：温度升高，变形抗力降低原因：1)软化效应（发生了回复和再结晶）2)某种物理-化学转变的发生3)其它塑性变形机构的参与（=1\*GB3①温度升高，原子动能大，结合力弱，临界切应力低，滑移系增加，由于晶粒取向不一致对变形抗力影响减弱。=2\*GB3②温度升高，发生热塑性。=3\*GB3③晶界性质发生变化，有利于晶间变形，有利于晶间破坏的消除。=4\*GB3④组织发生变化，如相变）4变形速度对塑性变形抗力的影响：每种金属在设定温度下都有其特征变形速度。小于特征变形速度:变形速度对变形过程没有影响；大于特征变形速度:变形速度↑，变形抗力↑。同时使所有的软化过程、物理化学过程和需要时间来实现有强烈扩散性质的塑性变形机构受到阻碍。原因:①为完全实现塑性变形的时间不够。②为实现软化过程的时间不够:变形产生硬化,回复和再结晶产生软化,但回复和再结晶需要一定时间来完成，时间不够将使硬化速率超过软化速率,使变形抗力升高。速度效应：变形速度↑，变形抗力↑。热效应：变形速度↑，温度升高，变形抗力↓不同温度范围变形速度对变形抗力的影响不同（四个变形温度范围：完全硬化、不完全硬化、不完全软化、完全软化）速度效应：完全软化温度区>不完全软化温度区>不完全硬化温度区>完全硬化温度区;热效应:完全硬化温度区>不完全硬化温度区>不完全