【正文】 一般退火金屬晶體中 ?為 105~106cm2數(shù)量級，經(jīng)劇烈冷加工的金屬晶體中， ?為 1010~1012cm2 VS /??AnlAnl ???第五章 晶體缺陷 ? 二、位錯的運(yùn)動 ? 位錯在外部因素作用下，在晶體內(nèi)部運(yùn)動，從而導(dǎo)致晶體相應(yīng)的變化，稱為位錯運(yùn)動。 圖 510 位錯的結(jié)點(diǎn) 第五章 晶體缺陷 第五章 晶體缺陷 （三）位錯密度 ? 位錯密度：單位體積內(nèi)位錯線的總長度。 ? ②若幾條位錯線相交于一點(diǎn)，則其中任何一個位錯的柏氏矢量等于其他幾個位錯柏氏矢量之和。 ? （ 2）柏氏矢量 b表示位錯線周圍總畸變量的大小和方向，柏氏矢量越大看，位錯周圍的點(diǎn)陣畸變就越嚴(yán)重。 222 wvunab ???wnavnaunau v wnab ???? ][第五章 晶體缺陷 ? ? （ 1）可以判斷位錯類型 ? ①刃型位錯 ? 坐標(biāo)系：拇指 +食指 +中指。 柏氏矢量的物理意義為：柏氏矢量是對位錯周圍晶體點(diǎn)陣畸變的疊加， b 越大，位錯引起的晶體彈性能越高。 （ 2）螺位錯的柏氏矢量與位錯線同向或相反（平行）。 ? ? 刃型位錯：解釋圖 57。如果滑移從晶體的一角開始，然后逐漸擴(kuò)大滑移范圍，滑移區(qū)和未滑移區(qū)的交界為曲線，曲線與滑移方向既不垂直也不平行，原子的排列介于刃型位錯和螺位錯之間，就稱為混合型位錯。在這個區(qū)域，存在嚴(yán)重的點(diǎn)陣畸變，從立體模型的正面看，原來的原子平面變成了螺旋面，這個嚴(yán)重的畸變區(qū)域，就是螺型位錯。含有多余半原子面的晶體受壓，原子間距小于正常點(diǎn)陣常數(shù)；不含多余半原子面的晶體受張力，原子間距大于正常點(diǎn)陣常數(shù)。 位錯在晶體中引起的畸變在位錯線中心處最大，隨著離位錯中心距離的增大，晶體的畸變逐漸減小。 圖 5?? 4 刃型位錯模型 a)原子組態(tài) b)正刃型位錯和負(fù)刃型位 第五章 晶體缺陷 ? 補(bǔ)充： 第五章 晶體缺陷 EF 就是線缺陷 ——刃型位錯。當(dāng)額外的原子面位于晶體上部，稱為正刃型位錯，記為 “ ┻ ” ；反之，稱為負(fù)刃型位錯，記為 “ ┳ ” 。一維缺陷。而材料的熱處理等工藝，正是以擴(kuò)散為基礎(chǔ)得以實(shí)現(xiàn)的。產(chǎn)生缺陷后，電子產(chǎn)生散射，導(dǎo)致電阻率增大。 ? 。 ? ? （三）空位遷移能 ? 空位遷移能、空位形成能、自擴(kuò)散激活能。 第五章 晶體缺陷 ? （二）過飽和點(diǎn)缺陷 ? 在某些特殊條件下，晶體中點(diǎn)缺陷的濃度超過平衡濃度，稱為過飽和點(diǎn)缺陷。 (1)一方面，晶體中點(diǎn)缺陷的形成引起了點(diǎn)陣的畸變，使晶體的內(nèi)能增加，提高了系統(tǒng)的自由能。 ? 對于金屬而言，點(diǎn)缺陷主要指空位。 第五章 晶體缺陷 ? 二、平衡點(diǎn)缺陷與過飽和點(diǎn)缺陷 ? （一）平衡點(diǎn)缺陷 ? ? 在一定的溫度下，點(diǎn)缺陷的量（濃度）不是任意的，存在一個平衡數(shù)量。 ? （ 2）在離子晶體中，當(dāng)正負(fù)離子尺寸差別較大，結(jié)構(gòu)配位數(shù)較低時，小尺寸離子擠入晶格間隙并不困難，弗蘭克爾缺陷是常見的點(diǎn)缺陷；而對于結(jié)構(gòu)配位數(shù)高的離子晶體，形成弗蘭克爾缺陷則比較難，肖脫基缺陷則是常見的點(diǎn)缺陷。肖脫基缺陷的產(chǎn)生必須是同時移去一個正離子和一個負(fù)離子（張聯(lián)盟：材料學(xué)。 第五章 晶體缺陷 ? ：在某個瞬時，少數(shù)原子的振動能量高于平均振動能量，脫離周圍原子的束縛，離開原來的平衡位置，從而產(chǎn)生點(diǎn)缺陷。 ? （ 2）原因：點(diǎn)陣中的原子獲得足夠的能量（能量起伏）脫離點(diǎn)陣束縛而逃逸。 ? 晶體缺陷分為：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷。 ? 。 ? （二）特性與作用 ? 、強(qiáng)度大、塑性差。 ? 。 表 42 一些碳化物的硬度及熔點(diǎn) 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 第五節(jié)離子晶體與共價晶體的結(jié)構(gòu) ? 一、離子晶體結(jié)構(gòu) ? （一）結(jié)構(gòu)與類型 ? 要點(diǎn)： ? 、負(fù)離子，它們之間已靜電作用力（庫侖力）結(jié)合（離子鍵結(jié)合）。 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 本節(jié)小結(jié)： ? ：固溶體、中間相、點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷。 ? ④性能特點(diǎn)及應(yīng)用：高硬度。前者是化合物，具有與組元完全不同的晶體結(jié)構(gòu)；后者保持其組元的晶體結(jié)構(gòu)。如 TiZrC、TiCVC等。金屬原子位于晶格的正常位置，而非金屬原子位于晶格的間隙位置。金屬的硼化物都是間隙化合物。不適合作合金的基體相。如 MnS等。服從原子價規(guī)律，可以用分子式表達(dá)。 ? （自學(xué)） 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 二、中間相 ? （一）結(jié)構(gòu)與類型 ? 在合金的制造過程中，當(dāng)溶質(zhì)在溶劑中的溶解度超過極限時，除了已經(jīng)形成的固溶體相之外，還會形成新相 中間相。 ? ：在合金中，兩個組元的價電子總數(shù) e與兩組元原子總數(shù) a的比值。副組元的原子半徑；主組元 BA ?? BA rr第四章晶體結(jié)構(gòu) ? ：表示元素原子在分子中對成鍵電子的吸引能力相對大小的一組數(shù)值。 ? ： ? 當(dāng)電負(fù)性相差較小時，有利于形成固溶體。溶質(zhì)原子統(tǒng)計式或隨機(jī)地分布在溶劑晶體點(diǎn)陣中，占據(jù)著與溶劑原子等同的點(diǎn)陣位置或占據(jù)著溶劑原子的間隙，無規(guī)律性。 ? （ 3）缺位固溶體。 ? ? 所占位置分類 ? （ 1）置換固溶體。溶質(zhì)和溶劑之間可以無限互溶。 ? （溶解度）分類 ? （ 1）有限固溶體。以化合物為溶劑的固溶體。 ? 溶劑：構(gòu)成固溶體的組員中，保持其本身晶體結(jié)構(gòu)的組元。、 ? 固溶體：在合金相中，組成合金的異類原子能夠以不同比例混合，相互作用，其晶體結(jié)構(gòu)與組成合金的某一組元相同，這種合金相稱為固溶體。 ? 組元：組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)。 體心立方面心立方體心立方 ????? ??????? ?? ?????? FeFeFeFe ???? 00 9121394第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 三、晶體結(jié)構(gòu)中的間隙 ? 由致密度的計算可知，金屬晶體中存在很多間隙。 ? 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的典型例子是純鐵在常壓下，由高溫到低溫直至冷卻到室溫的過程中所發(fā)生的變化（其逆亦如此）： ? ? 在轉(zhuǎn)換過程中，由于致密度的不同，會引起性能的變化。晶面上原子排列越密集，晶面間距越大。 ? 此時有： ? hu+kv+lw=0 (11) ? （ 8）當(dāng)晶面指數(shù)與晶向指數(shù)數(shù)值上完全 ? 相同或稱比例時，晶面和晶向互相垂直。 ? ： ﹛ 0001﹜ 〈 〉 。通常用 K表示。通常用 CN表示。 ? ： ﹛ 111﹜ 〈 110〉 。 圖補(bǔ)充 46金屬電子云 圖補(bǔ)充 45 某金屬晶體 圖補(bǔ)充 47金屬鍵 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 一、典型的金屬晶體結(jié)構(gòu) ? （一）面心立方晶格 ? ： a=b=c,α=β=γ=90176。 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 第三節(jié) 純金屬的晶體結(jié)構(gòu) ? 純金屬晶體的特性 ? *一般均為晶體。由于各個晶面和晶向的原子密度不同，因此，晶體的性能呈現(xiàn)：各向異性！ ? （ 10）晶面間距：相鄰兩個平行晶面間的距離。而滿足上述條件的晶向，稱為晶帶軸。0 1 1[/]。 ]101[:/]。 ? ⑤晶向族：晶體中原子排列情況相同但是空間位向不同的一組晶向成為晶向族。 ? ? ? ? （ 4）晶面族：晶體中，原子排列情況相同，但是空間位向不同的一組晶面。 ? ： ? （ 1）選取三個晶軸作為坐標(biāo)系的軸，各個軸以相應(yīng)的點(diǎn)陣常數(shù)為單位，其正負(fù)關(guān)系同常例； ? （ 2）從待定的晶面組中，選取一個不通過原點(diǎn)的晶面，找出其在三個坐標(biāo)軸上的截距； ? （ 3）取各個截距的倒數(shù)，按比例化為簡單整數(shù) h、 k、 l，用（）括起來形成（ hkl），即為所求晶面指數(shù)。對應(yīng)的結(jié)構(gòu)見圖補(bǔ)充 44. ? 表 41 7大晶系和 14中布拉菲點(diǎn)陣 第四章晶體結(jié)構(gòu) 圖補(bǔ)充 44 14中布拉菲點(diǎn)陣 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 三、晶向與晶面 ? ? （ 1）晶面：在晶體中，由一系列原子所組成的平面。 第四章晶體結(jié)構(gòu) 圖 42 在同一點(diǎn)陣中不同晶胞的選取 圖 42 在同一點(diǎn)陣中，不同晶胞的選取 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 二、晶系和點(diǎn)陣類型 ? 按照排列組合的原理，理論上可以存在的空間點(diǎn)陣很多。 ? ? （ 1）要能充分反應(yīng)空間點(diǎn)陣的對稱性。 圖 41 晶體結(jié)構(gòu) a) 晶體中原子堆垛模型 b) 晶格 c) 晶胞 ? （ 5）晶軸：以晶胞的三個棱邊所作得三個坐標(biāo)軸 x, y, z。 ? （ 2）空間點(diǎn)陣：質(zhì)點(diǎn)在晶體中有規(guī)則的、周期性的排列形式。 ? 舉例：如何理解晶體的 X射線衍射行為 ? 晶體的 X射線譜線是分立的，而非晶體則是不分立的。 第四章晶體結(jié)構(gòu) 圖補(bǔ)充 41 晶體與非晶體之例 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 舉例：如何理解晶體的各項異性 ? 晶體的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、光的透射、折射、偏振、壓電性、硬度等性質(zhì)常因晶體取向不同而異，叫做各向異性。 （ 4）均勻性來源于原子無序分布的統(tǒng)計性規(guī)律，無晶界。 ? 第四章晶體結(jié)構(gòu) ? 非晶體：與晶體對應(yīng)的物質(zhì)是非晶體，如玻璃等。 ? 習(xí)題： 2 2 23。狹義的材料經(jīng)濟(jì)性是指材料的價格成本、包括原材料價格、材料的加工勞動消耗、材料的利用率及材料來源的豐富性等。 ? 材料的粘接性能。材料的工藝性能主要是指鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能（可以分別舉例）。如拉伸曲線的各個階段、布氏硬度、洛氏硬度的測試方法、裂紋的失穩(wěn)擴(kuò)展直至斷裂過程等。需要記憶并理解的概念包括：強(qiáng)度、剛度、彈性、塑性、韌性、硬度、疲勞。 表 1?? 6 主要金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位 第一章 材料的使用性能 ? （ 1）提高零件耐化學(xué)腐蝕性 (主要指抗氧化性 )的措施有： ①選擇抗氧化材料如耐熱鋼、耐熱鑄鐵、耐熱合金、陶瓷材料等，如發(fā)動機(jī)排氣閥采用 4Cr9Si2耐熱鋼制造； ②表面處理如表面鍍層、表面涂層 (熱噴涂鋁、陶瓷等 )，如工業(yè)加熱爐的爐底輥采用噴涂 ZrO2陶瓷涂層，可耐 900℃ 以上的高溫氧化。一般發(fā)生在金屬表面。 ? ：材料與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但反應(yīng)過程中不產(chǎn)生電流的腐蝕過程。 ? （ 4）載荷類型。 ? （ 3）低周疲勞：如果零件所受的工作應(yīng)力接近或略超過其屈服強(qiáng)度，則發(fā)生的應(yīng)變?yōu)閺椥詰?yīng)變與塑性應(yīng)變之和，斷裂前載荷循環(huán)次數(shù) N較低。當(dāng)施加的 ? 交變應(yīng)力 是對稱循環(huán)應(yīng)力時，所得的疲勞 ? 強(qiáng)度用 σ–1表示。結(jié)合圖 15進(jìn)行講解。平均應(yīng)力；應(yīng)力幅值；最小應(yīng)力；最大應(yīng)力；??????????m a xm i nm i nm a xm i nm a xm i nm a x22??????????Rma：不對稱拉伸循環(huán)。 ? 交變載荷的描述參數(shù)： ? 抗疲勞試驗(yàn)：以 為縱坐標(biāo)，循環(huán)次數(shù)為橫坐標(biāo)，記錄達(dá)到破斷時的試驗(yàn)次數(shù) N，作出 SN曲線。 cⅠⅠ KaYK ?? 2/1?第一章 材料的使用性能 ? 七、疲勞性能 ? ：零件在遠(yuǎn)離該材料屈服極限為低的交變載荷長時間作用下，在沒有明顯塑性變形征兆下所發(fā)生的一種破壞方式。 ? 由該公式可知，當(dāng) ? 時，會發(fā)生裂紋的失穩(wěn)擴(kuò)展。 2/1aYKⅠ ??圖補(bǔ)充 19無裂紋與含裂紋試樣的應(yīng)力線 第一章 材料的使用性能 第一章 材料的使用性能 ? KⅠ 的值越大，表明裂紋尖端的應(yīng)力場越強(qiáng)。嚴(yán)重時，將導(dǎo)致低應(yīng)力脆斷。 ? （ 2）材料中存在著先天的或后天產(chǎn)生的微小裂紋，這些裂紋可能是金屬在冶煉過程中存在的成分偏析（成分偏析導(dǎo)致局部應(yīng)力的不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生微裂紋）等原因?qū)е碌牧鸭y，也包括后天加工過程中產(chǎn)生的裂紋，如焊接裂紋、鍛造裂紋等，也可能是使用過程中產(chǎn)生的裂紋，如疲勞裂紋等。 圖 14 不同材料多沖抗力