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面缺陷 Interfacial defects
外表面 晶界
小角度晶界 大角度晶界
界面
孪晶界 共格
相界
半共格
非共格 堆垛层错
对称倾斜
不对称倾斜 扭转
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晶界特性
1) 晶界能量高，原子处于不稳定状态
易于原子扩散，故新相易于在晶界处形核 杂质原子易于在晶界富集，导致晶界熔点低于晶内，加
热时晶界先熔化， 过热 晶界原子扩散速度高于晶内，且晶内腐蚀比晶内也快
R 4R
FCC
（3）致密度(K) K ＝ V /V0
Atomic packing factor
V：晶胞中原子的体积
晶胞中原子本身所占的体积百分数。V0：晶胞体积
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（4）配位数(CN) Coordination number
晶格中与任一原子直接相邻结合的原子数目。
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原子堆垛方式
三种常见晶格的密排面和密排方向
矢量方向：表示位错的性质与取向，表示位错运动导致晶体滑移的方向； 矢量的模 ∣b∣：表示该位错畸变的程度（或称位错的强度），也可表
示该位错导致的晶体滑移的大小； 模的平方∣b∣2 ：位错的畸变能与柏氏矢量的模的平方的大小成正比； 2) 守恒性：柏氏矢量与回路起点及具体途径无关； 3) 唯一性：一根不分叉的位错线具有唯一的柏氏矢量，与位错的类型、
点缺陷的存在会阻碍位错运动，增加金属及合金塑性变形的抗力
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位错的生成和增殖：位错源、增殖机理：Frank-Read resource
实际晶体结构中的位错
单位位错、全位错、不全位错（肖克莱不全位错、弗兰克不全位错）
堆垛层错
位错反应：几何条件、能量条件
bi bj
bi 2
2
bj
扩展位错：全位错分解为两个不全位错+一个堆垛层错
螺型位错的割阶和扭折部分均为刃型位错；因为都垂直于b
d d
cc
b
a
ab
刃型位错
螺型位错
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位错的弹性性质：
应力场：刃型位错、螺型位错 弹性畸变能：正比于b2
位错的存在使晶体处于高能的不稳定状态，位错线有尽量变直和缩短其长度的趋势
作用在位错上的作用力：F=tb
位错上的线张力
t = Gb/2r r为曲率半径
溶解度有一定限度的固溶体称有限固溶体，组成元素无限互溶的固溶体 称无限固溶体。
只有组成元素原子半径、电化学特性相近，晶格类型相同的置换固溶体， 才有可能形成无限固溶体。而间隙固溶体都是有限固溶体。
影响固溶度的因素： 晶体结构，原子尺寸、电负性、电子浓度
固溶体的主要性能——固溶强化！
产生原因：是溶质原子使晶格发生畸变及对位错的钉扎作用，阻碍了 位错的运动。
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多晶体金属的塑性变形
晶界及晶粒位向差的影响 晶粒大小对金属力学性能的影响——细晶强化！
合金的塑性变形与强化
单相固溶体——固溶强化
多相合金——弥散强化
塑性变形对金属性能的影响——加工硬化
产生强化的原因！
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冷变形
加热
回复、再结晶和晶粒长大
概念，在每个阶段材料组织以及力学 和物理性能会发生什么变化
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晶体缺陷
点缺陷 point defects 线缺陷 linear defects 面缺陷 Interfacial defects
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点缺陷 point defects
空位 间隙原子
肖脱基空位 弗兰克缺陷
热平衡点缺陷
置换原子
在一定温度下具有
改变外部条件
一定的平衡浓度
过饱和的点缺陷
CNn AexpkETv
影响再结晶温度的因素：
• 1、金属的预先变形度： 2、金属的纯度 3. 原始晶粒尺寸 4.第二相粒子 5、加热速度和保温时间
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• 再结晶完成后，若继续升高加热温度 或延长保温时间，将发生晶粒长大， 这是一个自发的过程。
冷加工与热加工的区别
低于再结晶温度的加工变形称为冷加工 高于再结晶温度的加工变形称为热加工 热加工：在加工变形的同时产生加工硬化和动态回复与再 结晶，并且热加工产生的加工硬化很快被回复再结晶产生 的软化所抵消，所以热加工体现不出加工硬化现象。
{11}1 :(11)、 1(11)1、 (111)、 (11)
立方晶系常见的晶向为：
100:[10]、 0 [01]、 0 [00]1
110:[11]、 0 [10]、 1 [01]、 1 [110 ]、 [10]1、 [011] *2
111:[11]、 1 [11]1、 [111]、 [11]
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回复阶段退火的作用： ➢ 提高扩散 ➢ 促进位错运动 ➢ 释放内应变能
回复退火产生的结果： ➢ 电阻率下降 ➢硬度、强度下降不多 ➢ 降低内应力
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• 再结晶消除加工硬化 • 再结晶也是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，
再结晶前后新旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。
• 再结晶不是一个恒温过程，它是自某一温度开始，在一个温度范围内连 续进行的过程，发生再结晶的最低温度称再结晶温度。
相（Phase）：是合金中具有同一聚集状态、相同晶体结构，成分和 性能均一，并以界面相互分开的组成部分。
显微组织(microscopic structure): 实质上是指在显微镜下观察到的金属中 各相晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。
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根据结构特点
固溶体 Solid solution
相 phase
基本概念
2
晶体结构
3
1 晶体学基础
基本概念
（1）晶格
（2）晶胞 （3）晶格常数
（4）晶系
7种晶系，14种布拉维点阵
空间点阵与晶体结构的区别？
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2 晶面指数和晶向指数
标定！！！
确定步骤： A：确定原点，建立坐标系，过原点作所求晶向的平行线， B：求直线上任一点的坐标值并按比例化为最小整数，加方括弧，形式 为[uvw]。
当外力在某一滑移系中的分切应力达到 一定临界值时，该滑移系方向首先发生 滑移，该分切应力称为临界分切应力
临界分切应力 t Fcos cos
A
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单晶体金属的塑性变形
孪生与滑移的主要区别
1 孪生通过晶格切变使晶格位向改变，使变形部分与未变形 部分呈镜面对称；而滑移不引起晶格位向改变。 2 孪生时，相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距；而滑移时滑移 面两侧晶体的相对位移量是原子间距的整数倍。 3 孪生所需要的切应力比滑移大得多，变形速度大得多
3) 刃：滑移方向与位错运动方向一致，螺：滑移方向与位错运动方向垂直；
4) 位错滑移的切应力方向与b一致；位错滑移后，滑移面两侧晶体的相对位移与柏氏 矢量一致。 5) 对螺型位错，还存在交滑移和双交滑移。
攀移：只对刃型位错而言，通过原子或空位的扩散来实现的
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位错的交割
特点
扭折 割阶
刃型位错的割阶部分仍为刃型位错（垂直于b），而扭折部分则为 螺型位错（平行于b）；（由柏氏矢量与位错线取向关系确定）
间隙 interstices tetra octa
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Characteristics of BCC, FCC and HCP structures
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3 合金相的晶体结构
合金（Alloy）：两种或两种以上金属元素，或金属元素与非金属元素， 经熔炼、烧结或其它方法组合而成并具有金属特性的物质。 组元（Component）：组成合金最基本的独立的物质，通常组元就是组 成合金的元素，也可以是稳定的化合物。组元间由于物理的或化学的相 互作用，可形成各种相。
2） 晶界原子排列不规则，且存在较多的缺陷，如空位和位错等
对位错运动起阻碍作用，从而提高强度和硬度
3） 晶界的长大和晶界的平直化会减少晶界面积和晶界能量。
需要在高温下原子扩散才能实现
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材料的变形
塑性变形的方式：主要通过滑移和 孪生、还有扭折。
• 滑移是指晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一 部分发生滑动位移的现象。
u
v
k1l2 l1 h 2
l1k 2 h1l2
w h1 k 2 k 1 h 2
与晶带轴计算相同
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2 纯金属的晶体结构
金属中的原子键为金属键，不具方向性，因此，对最邻近原子数和位 置无限制，通常大部分金属都具有大的最邻近原子数和原子堆垛密度。
体心立方结构(BCC) body-centered cubic
刃型位错
螺型位错
特点
混合位错
螺型位错： 不存在一个多余半原子面 位错线与b平行，滑移面可以多个 只有切应变
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判断位错的正负
柏
刃
型 正
位 错 线
氏 矢 量
负
右手法则
直角坐标
b
b
正• 负×
刃型位错
b
b
右左
螺型位错
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伯氏矢量的特性
1)物理量：是一个反映位错周围点阵畸变总积累的物理量。 位错是柏氏矢量不为零的晶体缺陷。
置换固溶体 Substitutional solid solution
间隙固溶体 Interstitial solid solution
正常价化合物
中间相
Intermediate phase (金属间化合物 Intermetallic compound)
电子化合物 尺寸因素化合物
基本概念！！
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固溶体的溶解度：是指溶质原子在固溶体中的极限浓度。
• 孪生是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分 所发生的切变。
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单晶体金属的塑性变形
滑移变形的特点 ：
⑴ 滑移只能在切应力的作用下发生。临界分切应力！ ⑵ 滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。 ⑶滑移时，晶体两部分的相对位移量是原子间距的整数倍. ⑷ 滑移的同时伴随着晶体的转动。 (5) 滑移是通过滑移面上的位错的运动来实现的。