【正文】 固溶體 （ 2）無(wú)限固溶體 ** 按溶質(zhì)原子與溶劑原子的相對(duì)分布分類(lèi) （ 1）無(wú)序固溶體 （ 2）有序固溶體 置換固溶體 間隙固溶體 2 置換固溶體及影響因素 置換固溶體中溶質(zhì)與溶劑可以有限固溶，也可以無(wú)限互溶， 如銅與鎳可無(wú)限互溶，鋅在銅中最大溶解度為 39%，鉛幾乎不溶解于銅。 ? 固溶體的分類(lèi) ** 按溶質(zhì)原子在晶格中所占的位置分類(lèi) （ 1） 置換固溶體 — 溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格結(jié)點(diǎn)所形成的固溶體。 （二） 金屬化合物 定義： 溶質(zhì)組元加入到溶劑組元中，改變了 溶劑的晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型 ，而形成一種 新結(jié)構(gòu)的合金相 。 1 合金的相結(jié)構(gòu) 一、相的分類(lèi) （一） 固溶體 合金的組元之間以不同的比例相互混合，量多的稱作 溶劑 ，量少的稱作 溶質(zhì) 。不同的相具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，雖然相的種類(lèi)極為繁多，但根據(jù)相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以歸納為兩大類(lèi)：固溶體與中間相。 相： 合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并以界面相互隔開(kāi)的均勻組成部分。 由兩個(gè)組元組成的合金 ， 稱為二元合金 。 例如 :應(yīng)用最為廣泛的鐵和碳組成的合金 、 銅和鋅組成的銅合金等 。材料可由單一組元組成，如純金屬、 A1203晶體等，也可以由多種組元組成，如 AlCuMg金屬材料、 MgOA1203SiO2系陶瓷材料。 ——力性的各向異性 第三章 二元合金的相結(jié)構(gòu)與相圖 組元：組成材料最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)，簡(jiǎn)稱元 。 ——使流線與力性方向分布合理 3 缺陷：存在帶狀組織與纖維組織 帶狀組織：復(fù)相合金中各個(gè)相沿?zé)峒庸し较蚪惶娉蕩Щ驅(qū)訝罱M織。 （三） 影響再結(jié)晶晶粒度的因素 （ 1）加熱溫度： T↑， d ↑ 原因：原子擴(kuò)散能力強(qiáng)、 晶界易遷移 （ 2）預(yù)先變形量：均勻度 ε= 10~90%： ε↑, d↓ ε= 2~10%：異常長(zhǎng)大 ε 90%：異常長(zhǎng)大 原因： 驅(qū)動(dòng)力因素 形核因素 形變織構(gòu)因素 二次再結(jié)晶：形變量很大時(shí)(90~95%)或在較高溫度下某些晶粒的異常長(zhǎng)大過(guò)程。 120176。 ，近六邊形（直晶界最穩(wěn)定，自發(fā)過(guò)程）。 Pb(Sn): 300℃ (200℃ ) → 0℃ 。 2 特點(diǎn)： ① 加熱溫度較高： TT再 T再 ≈ ；實(shí)際 : +100~200℃ ② 顯微組織顯著變化 —等軸無(wú)畸變新晶粒； ③ 亞結(jié)構(gòu)：位錯(cuò)密度大大降低； ④ 性能顯著變化： HB、 ζ↓↓； δ、 ψ↑↑ ⑤ 內(nèi)應(yīng)力完全消除。 恢復(fù)物、化性能。 3. 回復(fù)的應(yīng)用 去應(yīng)力退火 目的：保持強(qiáng)硬度水平 。 3 金屬及合金的回復(fù)與再結(jié)晶 一 形變金屬與合金在加熱過(guò)程中的變化 1. 組織轉(zhuǎn)變的原因： T Ac1 ：相變驅(qū)動(dòng)力（體積自由能） T Ac1 ：形變儲(chǔ)存能（晶格畸變能80~90%） 形變后的不穩(wěn)定組織 2 組織與性能的變化 根據(jù)組織變化不同，分為三個(gè)階段： 回復(fù) 再結(jié)晶 晶粒長(zhǎng)大 組織變化 加熱溫度 → 內(nèi)應(yīng)力 晶粒度 性能變化 強(qiáng)度 塑性 二 回復(fù) 1 定義：冷變形后的金屬在加熱溫度不高時(shí)，其光學(xué)組織未發(fā)生明顯改變時(shí)所產(chǎn)生的某些亞結(jié)構(gòu)和性能的變化過(guò)程。 3. 有利于金屬構(gòu)件的工作安全性 不利：再變形難； └ 解決辦法：冷加工之間的再結(jié)晶退火 σs 位錯(cuò) ρ 退火態(tài) (ρ =106~108cm2) 理論強(qiáng)度值 金屬須 2 產(chǎn)生殘余應(yīng)力 ⑴ 第一類(lèi)內(nèi)應(yīng)力 ——宏觀內(nèi)應(yīng)力 工件不同部位 ⑵ 第二類(lèi)內(nèi)應(yīng)力 ——微觀內(nèi)應(yīng)力 晶粒之間或內(nèi)部不同區(qū)域 ⑶ 第三類(lèi)內(nèi)應(yīng)力 ——點(diǎn)陣畸變 (位錯(cuò)、空位 ) 。 原因：位錯(cuò)增殖理論 。 織構(gòu)造成性能各向異性，變形不均勻，產(chǎn)品產(chǎn)生“制耳”現(xiàn)象。 ⑶ 變形具不均勻性 : 晶粒內(nèi)部與邊界；晶粒之間 晶界 ⑷ 多晶體變形抗 (阻 )力 單晶體 ① 晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)； ② 位向差 →晶粒之間須協(xié)調(diào) └ 意義： 晶界強(qiáng)化 167。 三 多晶體的塑性變形 多晶體塑性變形特點(diǎn) ⑴ 單個(gè)晶粒與單晶體一致； ⑵ 各晶粒的變形具不同時(shí)性： 分批、逐次。 滑移方向： 〈 110〉 滑移系數(shù) : 4 3=12 （ 2）滑移系數(shù)目的實(shí)際意義 —判斷塑性變形能力 滑移系數(shù)目愈多，塑性愈好； 滑移系數(shù)相同時(shí)，滑移方向多者塑性較好。位錯(cuò)是晶體內(nèi)部的一種線缺陷，是局部晶體內(nèi)某一列或若干列原子發(fā)生錯(cuò)排而造成的晶格扭曲現(xiàn)象，如動(dòng)畫(huà) 4所示 。 ⑶ 滑移兩部分相對(duì)移動(dòng)的距離是原子間距的整數(shù)倍，滑移后滑移面兩邊的晶體位向仍保持一致； (本質(zhì)：位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) ) 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)只是少量原子的微量移動(dòng)，因而其所需的臨界切應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于剛性滑移，這也就是塑性變形在外力遠(yuǎn)未達(dá)到理論臨界切應(yīng)力時(shí)就已大量發(fā)生的原因所在。 滑移帶 滑移線 高錳鋼中的滑移帶， X500 2 滑移特點(diǎn) ⑴ 發(fā)生在 最密排晶面 ， 滑移方向?yàn)?最密排晶向 ； τ τ σ σ 彈性伸長(zhǎng) 彈性歪扭 斷裂 塑性變形（ 滑移 ） ⑵ 只在切應(yīng)力下發(fā)生，存在 臨界分切應(yīng)力。 動(dòng)畫(huà) 3 孿生變形 3）孿生 5 （一）滑移及相關(guān)概念 ① 滑移： 晶體的一部分沿著一定的晶面和晶向相對(duì)另一部分發(fā)生相對(duì)的平行滑動(dòng)，滑動(dòng)的距離為原子間距的整數(shù)倍。 4 動(dòng)畫(huà) 2 單晶體在切應(yīng)力作用下的滑移變形 孿生是指在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分原子相對(duì)于另一部分原子沿某個(gè)晶面轉(zhuǎn)動(dòng)，使未轉(zhuǎn)動(dòng)部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分的原子排列呈鏡面對(duì)稱。室溫下，單晶體的塑性變形主要是通過(guò)滑移和孿生進(jìn)行的。 1）彈性變形及破斷 當(dāng)金屬受外力作用時(shí)，外力可分為正應(yīng)力和切應(yīng)力，正應(yīng)力使金屬產(chǎn)生彈性變形或破斷 ,見(jiàn)動(dòng)畫(huà) 1。 1 金屬的塑性變形 一 金屬變形的方式及研究方法 1 方式：彈性變形 塑性變形 斷 裂 2 研究方法 ① 載荷 —— 變形曲線 ② 工程應(yīng)力 —— 應(yīng)變曲線 ③ 真應(yīng)力 —— 真應(yīng)變曲線 成形 失效 研究手段 真應(yīng)力 — 真應(yīng)變曲線與工程應(yīng)力 — 工程應(yīng)變曲線 差別 第二章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶 動(dòng)畫(huà) 3 常見(jiàn)的各種外載荷 17 動(dòng)畫(huà) 3 常見(jiàn)的各種外載荷 17 19 動(dòng)畫(huà) 4 低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變圖 3 工程應(yīng)力應(yīng)變曲線 低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線 典型性 ε σb σs σe ① 分析變形過(guò)程； ② 強(qiáng)度、塑性指標(biāo)的意義； σe、 σs、 σ σb； δ、 ψ 二 單晶體的塑性變形 從單晶體到多晶體的塑性變形 塑性變形方式：滑移；孿生 F 3 動(dòng)畫(huà) 1 單晶體正應(yīng)力拉伸 1. 塑性變形 金屬在外力作用下，內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。夾雜物的存在，對(duì)鑄錠（件）的性能產(chǎn)生不良影響。 （三）夾雜物 鋼錠（件）中的夾雜物根據(jù)來(lái)源分為兩類(lèi) : 外來(lái)夾雜物：如在澆注過(guò)程中混入的耐火材料等。 縮孔分為集中縮孔和分散縮孔（縮松）兩類(lèi)。 3 鑄錠缺陷 常見(jiàn)的缺陷有縮孔、氣孔及夾雜物等。 （ 2）澆注溫度與澆注速度 提高澆注溫度和澆注速度，使溫度梯度增大，有利于柱狀晶發(fā)展。對(duì)尺寸較大的鑄件，若增加金屬鑄模的厚度，提高鑄模的冷卻能力，都會(huì)增加柱狀晶。 （一）影響柱狀晶生長(zhǎng)的因素： （ 1）鑄錠模的冷卻能力 柱狀晶的長(zhǎng)大速度與己凝固固相的溫度梯度和液相的溫度梯度有關(guān)，固相的溫度梯度越大，或液相的溫度梯度越小，則柱狀晶的長(zhǎng)大速度便越大。 兩個(gè)不同方向柱狀 晶的結(jié)合處，雜質(zhì)多，強(qiáng)度低，稱為弱面，熱軋時(shí)易破斷。 缺點(diǎn)：顯微縮孔多，致密性 差。 由于過(guò)冷度 ΔT不大，晶粒較粗大。 （ 3）散熱失去了方向性，各方向長(zhǎng)大速度相差不大。 （三）中心等軸粗晶區(qū) 形成原因： （ 1）液體溫度全部降到結(jié)晶溫度以下，可同時(shí)形核。 （ 二）柱狀晶區(qū) 形成原因： (1) 細(xì)晶區(qū)形成后，模壁溫度升高，結(jié)晶前沿過(guò)冷度 ΔT逐漸減小，不易形成新的晶核，而已形成的細(xì)晶區(qū)中某些晶?？梢蚤L(zhǎng)大。 四 金屬鑄錠的組織與缺陷 鑄錠三晶區(qū) （一）表層細(xì)晶區(qū) 形成原因： （ 1）過(guò)冷度 ΔT大。 凡促進(jìn)形核，抑制長(zhǎng)大的因素，都能細(xì)化晶粒。 形核功下降故其過(guò)冷度： ΔT= 2 晶核的長(zhǎng)大 ——―枝晶生長(zhǎng)”方式 ——常見(jiàn) 三、晶粒大小及控制 （ 1）晶粒大小對(duì)材料性能的影響 常溫下，金屬的晶粒越細(xì)小，強(qiáng)度和硬度越高，塑性和韌性也越好。 控制因素 : N = N1? N2 N 1 ─ 受形核功影響的因子；（ Δ T↑ N 1↑） N 2 ─ 受擴(kuò)散控制的因子。 (3)形核率 （ N = cm 3 s –1） ： 單位時(shí)間單位體積液相中所形成的晶核數(shù)目。而且， θ角越小，潤(rùn)濕越好，則 越易生核 。 TLTr c?? mm2?σAG cc 31=Δ金屬形核三個(gè)條件： (1).過(guò)冷度（ Δ T ） (2).結(jié)構(gòu)起伏 (3).能量起伏 瞬時(shí) 1 瞬時(shí) 2 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在略高于熔點(diǎn)時(shí)，液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)： ① 是近程有序遠(yuǎn)程無(wú)序結(jié)構(gòu)，見(jiàn)右圖； ② 存在著能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏。 可見(jiàn) ， 過(guò)冷度 ΔT 越大 ， rc 越小 ， 即形核的機(jī)率增加 。假設(shè)單位體積自由能的下降為 Δ Gv(Δ Gv0) ，比表面能為 σ ，晶胚假設(shè)為球體，其半徑為 r ,則晶胚形成時(shí)體系自由能的變化為 : Δ G=