【正文】 用數(shù)字符號定量地表示晶向，這種數(shù)字符號稱為晶向指數(shù)。 (2)以晶向上的任一原子作為坐標(biāo)原點(diǎn)，找出該晶向上另一原子的坐標(biāo)值，并化為最小整數(shù)。 u v w 100 ： [100]、 [010]、 [001]、 [100]、 [010] [001]。 (2)以晶格常數(shù)為單位求出待定晶面在各軸上的 截距 。原子排列完全相同。 如在立方晶系中： {100}晶面族包括 (100)、 (010)、 (001)、 (100)、 (010)、 (001)。下頁的兩個(gè)表給出了體心立方晶格和面心立方晶格中各主要晶面、晶向上的原子排列方式和緊密程度。（溫度、壓力） 如 Fe晶體， 室溫 ～ 912℃ ，體心立方， α Fe， 912 ℃ ～ 1394 ℃ ，面心立方， γFe， 1394 ℃ ～熔點(diǎn) 1538 ℃ ，體心立方， δ Fe。性能隨之變化。 α Fe單晶體，密排方向 [111] 的彈性模量E=290,000MN/m2，而非密排方向 100的E=135,000MN/m2。 原因：實(shí)際材料為多晶體，各單晶粒分布的方向不同，各向異性相互抵消，而呈現(xiàn)無向性。 晶粒（單晶體） 167。 晶體缺陷在材料組織控制 （ 如擴(kuò)散 、 相變 ） 和性能控制 （ 如材料強(qiáng)化 ） 中具有重要作用 。 如空位 、 間隙原子 、 異類原子等 。主要是位錯(cuò) 。 如晶界 、 相界 、 表面等 。如理想晶胞在三維空間重復(fù)堆砌就構(gòu)成理想的單晶體。 點(diǎn)缺陷 一、 點(diǎn)缺陷的類型 （ 1）空位： 肖脫基空位－離位原子進(jìn)入其它空位或遷移至晶界或表面。 （ 2）間隙原子：位于晶體點(diǎn)陣間隙的原子。 二、線缺陷 位錯(cuò) ：兩維尺寸很小 ，一維尺寸大的原子不規(guī)則排列 ——一列或若干列原子有規(guī)律的錯(cuò)排現(xiàn)象。 螺型位錯(cuò) 混合位錯(cuò) 2 位錯(cuò)密度和金屬材料強(qiáng)度的關(guān)系 (1)位錯(cuò)在晶體中存在形態(tài) 位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，密度高時(shí)互相纏繞，形成位錯(cuò)纏結(jié)。 300MPa 2022MPa 13400MPa (3)金屬強(qiáng)度和位錯(cuò)的關(guān)系 金屬鐵須晶 (直徑 )： 13400MPa， 退火工業(yè)純鐵： 300MPa， 強(qiáng)化處理合金鋼： 2022MPa。 的晶 界。 大角度晶界 ─相鄰晶粒的位向差大于 10176。原子排列比較混亂，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 的亞結(jié)構(gòu)，也稱為亞晶粒，亞晶之間的界面，稱為亞晶界。 亞晶界 相界 ：不同結(jié)構(gòu)的晶粒之間的界面 界面結(jié)構(gòu)類型 : 共格界面 , 半共格 , 非共格 167。 Δ G = G(轉(zhuǎn)變后 ) － G(轉(zhuǎn)變前 ) 0 只有存在 Δ T 時(shí)， 才 能 保 證 Δ G 0， 使 L→S ——存在過冷度 Δ T的 原因 。 工程實(shí)際中材料的凝固主要以非均勻形核方式進(jìn)行，但均勻形核的基本規(guī)律十分重要，它不僅是研究晶體材料凝固問題的理論基礎(chǔ)，而且也是研究固態(tài)相變的基礎(chǔ)。 均勻形核的能量和結(jié)構(gòu)條件 在過冷的液態(tài)金屬中，晶胚形成的同時(shí)，體系自由能的變化包括轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的那部分體積引起的自由能下降和形成晶胚新表面引起的自由能的增加。當(dāng) rrc 時(shí)，晶胚的長大使系統(tǒng)自由能降低，這樣的晶胚稱為臨界晶核， rc為臨界晶核半徑。形成臨界晶核需要的能量稱為臨界晶核形核功 ΔGc,即 上式表明，形成臨界晶核時(shí)液、固相之間的自由能差只能供給所需要的表面能的三分之二，另外的三分之一則需由液體中的能量起伏來提供。 局部的近程有序 （ 2）、非均勻形核 假定固相晶胚 α以球冠狀形成于基底 B的平面上，如 圖 59所示 ,設(shè)固相晶核表面的曲率半徑為 r，晶核與基體面的接觸角為 θ，球冠底圓半徑為 R.. ???????? ???? )4c o sc o s32(3 ??均非 GG 在（ 0， π）之間（ 23cosθ+cos3 θ）恒小于 1即非均勻形核功很小，在很小的 ΔT下即可形核。 總之，非均勻形核比均勻生核容易。 意義 : N 越大，結(jié)晶后獲得的晶粒越細(xì)小，材料的強(qiáng)度高，韌性也好。（ Δ T↑ N 2↓） 實(shí)際生產(chǎn)中過冷度 均勻形核 (自發(fā)形核 )：核來源于結(jié)構(gòu)起伏 過冷度： ΔT= 非均勻形核（非自發(fā)形核 ）：核來源于金屬溶液中的第二相雜質(zhì)粒子。 （ 2）鑄造中控制晶粒大小 每個(gè)晶核長成一個(gè)晶粒，形核率越大，長大速度越小，則單位體積中的晶粒數(shù)目越多，晶粒越細(xì)小。在工業(yè)上常用的方法有： 增加過冷度 ΔT 變質(zhì)處理 振動(dòng)、攪動(dòng)：機(jī)械方法、電磁波攪拌、 趨聲波攪拌等 。 （ 2）模壁作為非均勻形核的位置。 (2) 垂直于模壁方向散熱最快，晶體沿相反方向擇優(yōu)生長成柱狀晶。 （ 2）雜質(zhì)集中與此，降低了液體的熔點(diǎn)，滿足了結(jié)晶對過冷度的要求。 —— 長成等軸晶。 等 軸 晶 柱 狀 晶 優(yōu)點(diǎn)：無方向性，無明顯弱 面，熱加工性能好。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)致密 缺點(diǎn)： 由于結(jié)晶位向一致， 性能有方向性，熱加 工性能差。 等軸晶和柱狀晶體性能比較 2 鑄錠組織的控制 一般有三個(gè)晶區(qū)，凝固條件復(fù)雜，在某些情況下只有柱狀晶區(qū)，而有的只有等軸晶區(qū)。 鑄錠模及剛結(jié)晶的固體的導(dǎo)熱能力越大，越有利于柱狀晶的生長。但對尺寸較小的鑄件，若鑄模冷卻能力很大，反而促進(jìn)等軸晶的發(fā)展（增加形核率），如在小連鑄小截面鋼坯時(shí)，采用水冷結(jié)晶器，就可使連鑄錠全部獲得細(xì)小的等軸晶粒 。 （ 3）熔化溫度 熔化溫度越高，液態(tài)金屬過熱度越大，非金屬夾雜物溶解越多，非均勻形核數(shù)目減少，從而減少了柱狀晶前沿液體中形核的可能性，有利于柱狀晶區(qū)的發(fā)展。 （ 一）縮孔 大多數(shù)金屬液態(tài)密度要小于固態(tài)，因此結(jié)晶時(shí)要發(fā)生體積收縮。 集中縮孔 分散縮孔 (二 )氣孔 (氣泡 ) 鑄錠中的主要?dú)怏w是氫，其次是氮和氧，在鑄錠（件）凝固過程中析出的氣泡來不及上浮，就會(huì)留在鑄錠 (件 )中，給材料的性能造成不利影響。 內(nèi)生夾雜物：如氧化物夾雜、硫化物夾雜、氮化物夾雜等。 167。當(dāng)應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度時(shí)，內(nèi)部只發(fā)生彈性應(yīng)變；當(dāng)應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度時(shí)，迫使組成金屬的晶粒內(nèi)部產(chǎn)生 滑移或?qū)\晶 ，同時(shí)晶粒間也產(chǎn)生滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)，因而形成了宏觀的塑性變形。 2）單晶體塑性變形 實(shí)驗(yàn)表明，晶體只有在切應(yīng)力的作用下才會(huì)發(fā)生塑性變形。滑移是指在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于晶體的另一部分沿滑移面作整體滑動(dòng)，動(dòng)畫 2為單晶體在切應(yīng)力作用下的滑移變形過程。單晶體在切應(yīng)力 ? 作用下的孿生變形過程見動(dòng)畫 3。這種變形方式稱為 ~。 σ τ F ηk 的影響因素： 取決于金屬本性，與外力無關(guān)，取向無關(guān)； ζs的影響因素： ① 與 ηk有關(guān)； ② 與取向有關(guān)。 近代塑性理論研究與實(shí)踐證明，晶體內(nèi)的滑移或?qū)\生不是晶體兩部分之間的整體剛性滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，而是通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。 動(dòng)畫 4 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) 6 滑移面 滑移前 P P 滑移后 力偶 ⑷ 伴隨晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，滑移面轉(zhuǎn)向與外力平行方向，滑移方向旋向最大切應(yīng)力方向 ； 3 滑移系及滑移系數(shù)的實(shí)際意義 （ 1）各晶體結(jié)構(gòu)的滑移系 體心立方 () 面心立方 () (110) 〔 111〕 滑移面：｛ 110｝ (110),(011),(101), (110),(011),(101) 滑移方向： 〈 111〉 滑移系數(shù)： 6 2=12 (111) 〔 110〕 滑移面：｛ 111｝ (111),(111),(111), (111)。 塑性變形的能力： （二）孿生 晶體的一部分相對于另一部分沿著一定的晶面（孿生面）產(chǎn)生一定角度的切變。原因：取向不同。 2 塑性變形對金屬組織和性能的影響 一 塑性變形對組織結(jié)構(gòu)影響 1 晶粒變形：等軸狀 →拉長 纖維組織、帶狀組織 └ 性能各向異性 2 亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化 鑄態(tài) d = 102 cm；塑變后 d = 104~106 cm 原因：位錯(cuò)受阻后塞積、纏結(jié) →亞晶界 → 晶粒分化為許多位向略有差異的小晶塊 └ 變形中的晶粒碎化 晶格較完整的亞晶塊 嚴(yán)重畸變區(qū) 3 產(chǎn)生形變織構(gòu) 定義：金屬塑性變形到很大程度（ 70%）時(shí)，晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，各晶粒的位向趨于一致，這種有序化的結(jié)構(gòu)。 二 塑性變形對金屬性能的影響 1 加工硬化 定義： 隨變形度增大，金屬的強(qiáng)硬度顯著增高而塑韌性明顯下降的現(xiàn)象 ~。 意義： —形變強(qiáng)化； 。 — 1%；變形 — 9~10%；應(yīng)力集中，裂紋 殘余應(yīng)力消除方法：去應(yīng)力退火 殘余應(yīng)力的應(yīng)用：噴丸處理 —— 提高表面強(qiáng)度 σ拉 ＝ σs ＋ σ壓 σ壓 σ拉 σS 3 性能出現(xiàn)方向性 ← 形變織構(gòu)， 70% 4 其它性能的影響 物理：電阻 ↑，導(dǎo)電、導(dǎo)磁性 ↓ 化學(xué)：化學(xué)活性 ↑，耐蝕性 ↓ 消除： 去應(yīng)力退火 167。 2 特點(diǎn)： ① 加熱 T低： T回 = (~)T熔 ； ② 顯微組織無明顯變化： ③ 晶粒內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化： Ⅰ 點(diǎn)缺陷 ↓ ↓ ； Ⅱ 位錯(cuò)密度 ↓ 異號位錯(cuò)的合并； 同號位錯(cuò)的規(guī)整化：形成回復(fù)亞晶， —— 多邊形化” └ 仍保留高位錯(cuò)密度 ④ 性能變化： HB、 ζ略 ↓ ， δ、 ψ略 ↑； R↓↓； 原因：晶格畸變 ↓ ⑤ 內(nèi)應(yīng)力 ↓ ↓ 力性變化不大，理、化性能變化較大； 加工硬化基本保持。 消除內(nèi)應(yīng)力 。 鋼件： 250~300℃ （一） 再結(jié)晶定義及特點(diǎn) 1 定義：冷變形金屬在低于固態(tài)相變溫度的較高溫度下，通過新晶核的形成與長大，由畸變晶粒變?yōu)榈容S晶粒的過程。 三、