材料科学与人类文明 第3章(吴进明).pptVIP

贝氏体组织 马氏体组织 缺陷与材料性能 缺陷对材料的性能有很重要的影响 ! 点缺陷 产生原因：①热运动；②射线辐射；③快速淬火 点缺陷使周围晶格发生畸变，提高晶体内能，降低导电率，提高强度。 空位 置换原子 自间隙原子 杂质间隙原子 热运动平衡空位浓度 热运动产生的平衡空位浓度Nv可以用下式计算： Ns——完整晶格中的格点数 Qv——空位形成能（表征在完整晶格中形成空位的难易程度） kB——玻尔兹曼常数，1.38?10-23 J/atom-K T——温度，单位K。 例题 估算300 K时Cu中的平衡空位浓度（已知Qv=0.9 ev/atom，?=8.4 g/cm3，原子量A=63.5 g/mol）。 答案：7.4?107 vacancies/cm3 线缺陷——位错 产生原因：①点缺陷坍塌；②应力作用下的塑性变形 位错越多，其运动越困难，材料的强度、硬度越高，脆性越大。 刃型位错 螺型位错 位错是只在1维尺度上尺寸很大的缺陷，由晶体中原子平面的错动引起。 材料的变形 a b c d 应力 应变 材料在拉伸载荷作用下的应力——应变曲线 ab段：外加载荷撤消后，材料已发生的变形可以恢复。这部分变形称弹性变形。 bcd段：外加载荷撤消后，材料已发生的变形只能部分恢复。不可恢复部分的变形称塑性变形。 d点：断裂 位错线的实验观察 透射电镜照片 位错密度 晶体中位错的量可以用位错线的长度来表征。位错密度指单位体积中位错线的总长度。退火金属中位错密度约为1010 m/m3，即每立方厘米中位错线的总长度约为10 Km。这个数据尽管看起来很大，实际上仍有99.999%的金属原子在正常的晶格格点位置上。 面缺陷 晶界——晶粒之间的界面 光学显微镜照片 面缺陷包括晶界、亚晶界、相界面、表面等 体缺陷 体缺陷是三维缺陷，包括： 孔洞(Pores)——影响材料的力学、光学、热学性能； 裂纹(Cracks)——影响材料的力学性能； 夹杂(Inclusions)——影响材料的力学、光学、电学性能。 Chap3-4合金基本相 合金的基本相 几个概念 合金(Alloy)——以一种金属元素为基础，加入其它金属或非金属而组成的具有金属特性的材料。 组元(Constituent)——组成合金的最基本的独立的物质。可以是金属元素、非金属元素或稳定的化合物。 相(Phase)——成分、结构相同，性能均一，并有界面与其它部分隔开的独立均匀的组成部分。合金中的基本相有固溶体和中间相两种。 组织(Microstructure)——合金结构的微观形貌。可以是单相的，也可以是多相的。 举例 Al-Si二元合金 组元：Al、Si 相：Al(Si)、Si 组织：Al(Si)、Si 45号钢 Fe-C二元合金 组元：Fe、C 相：Fe(C)、Fe3C 组织：铁素体（F）、珠光体（P） 固溶体 溶液 固溶体 固溶体——以一种金属元素为基础，其它合金元素（金属或非金属）的原子溶入基础元素的晶格中所形成的相。基础元素称为溶剂，溶入元素称为溶质。 固溶体的分类 固溶体 置换固溶体 间隙固溶体 有限固溶体 无限固溶体 置换固溶体：溶质原子取代晶格中溶剂原子原子的位置。 形成无限固溶体的前提：溶质和溶剂金属的晶格型式相同。 间隙固溶体：尺寸较小的溶质原子进入晶格空隙。 固溶体的特点（1）晶格型式同溶剂；（2）性能和溶剂接近。 固溶体中溶质原子使溶剂晶格发生畸变，因此其强度、硬度比溶剂元素高，塑性韧性变化不大——固溶强化 晶格中的间隙 面心立方中的八面体间隙 能容纳的最大球半径=0.414R 体心立方中的八面体间隙 能容纳的最大球半径=0.154R BCC铁中的C 中间相 中间相又称金属间化合物，其特点有： 组成化合物的合金元素按一定比例结合； 晶格型式不同于各组成元素的晶格； 结合方式：金属键和其它键（离子键、共价键、分子键）相混合； 化学分子式不符合化合价规律（因为结合含金属键形式）； 具有金属的性质，但性能和组成元素原有性能差别较大。 中间相的分类 正常价化合物——由负电性差别较大的组元组成，组元的原子数比较符合化合价规律。如Mg2Sn、AuAl2、AlN、SiC、CaTe等。硬度高、脆性大。 电子化合物——满足一定电子浓度值c时可以稳定存在的化合物。不符合化合价规律。 c=e/a, e为价电子总数，a为原子总数。c为21/14，21/13，21/12时形成电子化合物，分别标为?、?、?相。 间隙化合物——过渡族金属元素与小原子尺寸的非金属元素（C、N、B）形成的化合物。如Fe3C。 Chap3-5 常见材料的组织结构 金属材料结构 金属材料结构3层次： 晶体结构：FCC、BCC、HCP 相结构：固溶体、中间相 组织结构：共晶组织、共析组织、非金属夹杂物等 金属材料的组织 在金相