晶界与相界课件.ppt

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1、面缺陷：晶界与相界面StructureofGrainBoundariesandInterfacesbetweenPhases《物理冶金学原理》研究对象:AtomicArrangements:CrystalStructureandDefectsofMetalsandAlloyPhases-PhaseConstitutionsofAlloysMicrostructureofMetalsandAlloysetcFundamentalsofMetalsProcessing:-Solidification(Casting,Weldi

2、ng,etc)-Solid-StatePhaseTransformation-PlasticDeformation(hotandcoldworking,forging,rolling,MechanicalBehaviors，etc)Properties:-Mechanical-FunctionalNewMaterialsProcessingInnovations面缺陷：晶界与相界面StructureofGrainBoundariesandInterfacesbetweenPhases实际金属材料中的晶界与相界单相单晶材料：单

3、相多晶材料：晶界多相材料：相界面、相结构晶界及相界的结构、性质、作用!材料的物理化学性能与晶界与相界结构物理性能：电阻、磁性、导热性化学性能：耐蚀性、室温及高温力学性能：强度、塑性、韧性、裂纹扩展、氧化性能工艺性能：冷变形、热变形、焊接、热处理、机械加工、晶界的描述:5个自由度小角度晶界LowAngleGrainBoundaries对称倾侧小角度晶界由刃位错墙组成SymmetricTiltSmallAngleGrainBoundariesEgb=Ee/D=Ee×q/b={[Gb×q/4p(1-n)]ln(D/ro)

4、}q=b/DDEgb=Ee/D=Ee×q/b={[Gb×q/4p(1-n)]ln(D/ro)}对称倾侧小角晶界HREM照片（高分辨透射电子显微照片）扭转小角度晶界：由两列柏氏矢量互相垂直的螺位错组成（螺位错网）TwistSmallAngleGrainBoundaries大角度晶界HighAngleGrainBoundaries重合位置点阵CSLLattice晶界的性质重合位置点阵与大角度晶界CoincidenceSiteLatticeandLargeAngleGrainBoundaries大角度晶界HREM像（CSL）晶界与

5、晶粒取向差的关系纯铝晶界与晶粒取向差的关系计算值实验值晶界强化GrainBoundaryStrengtheningHall-Petch公式：ts=to+kd-1/2ss=so+kd-1/2晶界前位错塞积群数目n∝{(t-to)×d｝/（b×G）领先位错处的应力场t(r)∝n×(t-to)=｛(t-to)2×d｝/（b×G）在相邻晶粒位错源S2处的分切应力t(r)=f(r)×t(r)={f(r)×(t-to)2×d}/(b×G)当t(r)≥t*时，（t*为位错源S2开动的临界应力），S2开动，相邻晶粒发生塑性变形，即材料整体开

6、始屈服，此时的外应力t即为该多晶材料的屈服应力tsf(r)×(ts-to)2×d/(b×G)＝t*ts=to+[t*f(r)bG](-1/2)×d(-1/2)Hall-Petch公式：ts=to+kd(-1/2)S1nS2tr晶界前位错塞积群数目n∝{(t-to)×d｝/（b×G）领先位错处的应力场t(r)∝n×(t-to)=｛(t-to)2×d｝/（b×G）在相邻晶粒位错源S2处的分切应力t(r)=f(r)×t(r)={f(r)×(t-to)2×d}/(b×G)当t(r)≥t*时，(t*为位错源S2开动的临界应力），S2

7、开动，相邻晶粒发生塑性变形，即材料整体开始屈服，此时的外应力t即为该多晶材料的屈服应力tsf(r)×(ts-to)2×d/(b×G)＝t*ts=to+[t*f(r)bG](-1/2)×d(-1/2)=to+kd(-1/2)晶界的性质：晶界的高能量位错运动的不可逾越的障碍：Hall-Petch关系、细化晶粒同时提高金属材料常温强度、塑性与韧性的唯一方法；原子扩散的快速通道：固态相变形核之场所：溶质原子平衡偏聚的场所：晶界偏聚对材料物理、化学、力学性质及加工制备工艺性能具有重要影响。降低晶界能：晶界结合力提高：晶界结合力降低或

8、变脆：腐蚀、氧化、熔化等自晶界开始：高温变形之薄弱环节：晶界滑动、晶界迁移晶粒易长大晶界的运动（迁移）MigrationofGrainBoundaries晶界迁移的驱动力相邻晶粒内能差晶界自由能差：小晶粒缩小消失、大晶粒长大应变能差：高应变晶粒缩小消失、低应变晶粒长大ss表面自由能：表