金属学与热处理复习材料-1.pdf

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1、第一章晶体结构1、晶体概念：晶体:原子(分子)在三维空间呈有规律的周期性排列。非晶体:原子呈无规则排列，至多有局部区域呈短程规则排列。主要特征：晶体具有一定的熔点，而非晶体则没有；晶体具有各向异性、伪各向同性，而非晶体为各向同性。2、典型三种晶胞模型晶格类型晶格常数晶胞中原子数原子半径配位数致密度八面体间隙半径四面体间隙半径体心立方a=b=c2√34a80.680.067a0.126a面心立方a=b=c4√24a120.740.146a0.08a密排六方c/a≈1.633612a120.740.207a0.112a3、晶向：晶体中任意两个原子之间的连线称为原子列，其所

2、指方向称为晶向。晶向指数:确定晶向在晶体中的位向。[uvw]；晶向族用表示由于晶体的对称性，某些晶向上的原子排列相同但空间位向不同，它们在晶体学上属等同晶向，可归并为一个晶向族。晶面：晶体中由一系列原子所组成的平面称为晶面。晶面指数:确定晶面在晶体中的位向。晶面指数是晶面与三个坐标轴的截距的倒数。(hkl)；晶面族{hkl}:空间位向不同但原子排列相同的晶面晶向[uvw]晶面(hkl);如果hu+kv+lw=0，平行；如果各个数值相同，垂直4、晶体缺陷：分为点缺陷、线缺陷(即位错)和面缺陷三类。点缺陷：空位、间隙原子和置换原子空位：实际晶体中某些晶格结点因原

3、子脱位而空着，这些空着的结点位置。空位的出现，使其周围原子相互间的作用力失去平衡，因而它们会向空位处偏移，使空位周围的晶格出现了一个弹性畸变(歪扭)区，称为晶格畸变。间隙原子：位于晶格间隙中的原子。间隙原子会使其周围的原子偏离平衡位置，造成晶格胀大而产生弹性畸变区。置换原子：占据在原来基体原子平衡位置上的异类原子。置换原子与间隙原子，在材料的强化过程中起着很重要的作用。点陷缺造成局部晶格畸变,使金属的屈服强度、电阻率增加,密度发生变化。线缺陷就是各种类型的位错。两种基本类型：刃型位错和螺型位错。刃型位错：由多余半原子面产生的“管道”状晶格畸变区。刃型位错线与晶体滑移方

4、向相垂直螺型位错：按螺旋形排列的原子错排区域。螺型位错的位错线与滑移方向平行混合位错：位错线呈曲线状，与滑移方向即不平行也不垂直，而是交成任意角度。柏氏矢量：用来描述位错区域晶格畸变总量的大小和方向的矢量，用b表示。柏氏矢量可通过柏氏回路来确定。不同位错类型柏氏矢量b与位错线L的关系：（a）正刃型位错；(b)负刃型位错；(c)右螺型位错；(d)左螺型位错;(e)混合型位错位错运动位错的滑移：位错沿滑移面的移动；位错的攀移：刃型位错可在垂直于滑移面方向上运动进行攀移。面缺陷：包括晶体的外表面(即通常所说的表面或自由表面)和内界面两类，其中内界面又包括晶界、亚晶界、相界和

5、层错等。自由表面：晶体与气体或液体相接触的界面。单位表面面积上新增加的能量称为表面能，它与表面张力为同一数值。晶界：相邻晶粒之间的界面；单位晶界面积上增加的能量称为晶界能。相界：在复相合金组织中,晶体结构不同的两相分界面第二章金属的结晶1、过冷现象：实际结晶温度Tn低于理论结晶温度Tm的现象称为过冷。过冷度:△T=Tm-Tn,其大小除与金属的性质和纯度有关外，主要决定于冷却速度，一般冷却速度愈大，实际结晶温度愈低，过冷度愈大。结晶的热力学条件：固相自由能必须低于液相自由能。最小自由能原理:在等温等压条件下，一切自发过程的变化总是由高吉布斯自由能状态向吉布斯自由能最小的

6、状态转变。结晶的一般过程：液态>形核>晶核长大>不断形核、不断长大>晶体形成2、均匀形核：液态金属很纯净时，在相当大的过冷度下，固态晶核依靠液相内部的结构起伏直接从液相中均匀自发地形核。尺寸条件和能量条件：液相中出现一个晶核，会引起体积自由能降低，即ΔGv=Gs-GL＜0。晶核为半径r的球形∆G=4�πr3∙∆G+4πr2∙σ3v当r＜r*时，r增大，ΔG增大，系统自由能增加。因此，半径小于r*的原子集团不能在液相中稳定存在，只能溶解而消失。故将半径小于r*的原子集团称为晶胚。当r＞r*，r增大，ΔG减小，系统自由能降低，故大于r*的原子集团可以稳定存在，作为晶核而长

7、大。2σ当r=r*时，ΔG达到极大值ΔG*。r=−∆Gv临界晶核半径：r=r*的原子集团可能长大也可能溶解消失；可能长大是因为r增大系统自由能会降低；也可能溶解消失是因为形成r*尺寸晶核时，系统自由能达到最大，且为正值，亦即r=r*时，体积自由能的降低不能补偿界面能的增加，若要成核还必须从外界取得额外的能量供应，即取得形核功方有可能。若不能取得形核功，尺寸为r*的原子集团则会溶解消失。形核功为界面能的1/3;需依靠能量起伏供给。能量起伏:液相中各微区的能量分布是不同的，而且处在起伏变化之中。具有高能量的微观区域形核，可以提供相当于1/3界面能的形核功