《ZP晶体缺陷及固态相变》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ZP晶体缺陷及固态相变（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、晶体缺陷及固态相变复习资料第一部分：晶体缺陷晶体缺陷：晶体中原子排列的不规则性及不完整性。晶体缺陷的种类：点缺陷、线缺陷、面缺陷。一、点缺陷定义：缺陷尺寸在三维方向上都很小且与原子尺寸相当的缺陷，称为点缺陷。1 点缺陷的类型：空位、间隙原子、异类原子。2 点缺陷与扩散的关系： 弥扩散异类原子自扩散间隙原子空位3 点缺陷对性能的影响：点缺陷的存在，使得金属的电阻增加，体积膨胀，密度减小，使离子晶体的导电性改善。过饱和点缺陷，如淬火空位、辐照缺陷，还可以提高金属的屈服强度。4 获得过饱和点缺陷的方法：辐照、高温淬火。二、线缺陷1 定义：线缺陷在两个方向上尺寸很小，另外一个方向上延伸较长，也称为一维
2、缺陷，如各类位错。包括位错与与滑移？位错：位错是晶体排列的一种特殊组态，晶体中沿某一原子面及某一原子方向发生了某种有规律的错排现象；位错是伯氏矢量不为零的晶体缺陷。2 位错的三种基本类型：刃型位错、螺型位错和混合位错。它们与柏氏矢量的关系：晶体缺陷及固态相变复习资料刃型位错：柏氏矢量与位错线垂直。螺型位错：柏氏矢量与位错线平行。混合位错： 柏氏矢量与位错线既不平行也不垂直，而是与位错线相交成任意角度。3 位错的运动形式或方式有哪些？位错的基本运动形式是滑移，此外，刃型位错还有攀移，螺型位错还有交滑移。刃型位错在垂直于滑移面方向的运动称为攀移。对于螺型位错，由于所有包含位错线的晶面都可成为其滑移
3、面，因此，当某一螺型位错在原滑移面上运动受阻时，有可能从原滑移面转移到与之相交的另一滑移面上去继续滑移，这一过程称为交滑移。4 扭折、割阶的定义；割阶对位错运动有什么影响？一个运动的位错线， 特别是在受到阻碍的情况下， 有可能通过其中一部分线段（ n 个原子间距）首先进行滑移。若由此形成的曲折线段就在位错的滑移面上时， 称为扭折；若该曲折线段垂直于位错的滑移面时，则称为割阶。扭折与原位错线在同一滑移面上，可随主位错线一道运动， 几乎不产生阻力， 而且扭折在线张力作用下易于消失。但割阶则与原位错线不在同一滑移面， 故除非割阶产生攀移， 否则割阶就不能随主位错线一道运动，成为位错运动的障碍，通常称
4、此为割阶硬化。5 单位位错线所受到的滑移力、 攀移力、应变能公式（只记公式结果）：各类位错系数是多少？ ？晶体缺陷及固态相变复习资料6 单位位错与不全位错的基本概念通常把柏氏矢量等于单位点阵矢量的位错称为“单位位错”；把柏氏矢量等于点阵矢量或其整数倍的位错称为“全位错”，全位错滑移后晶体原子排列不变;把柏氏矢量不等于点阵矢量或其整数倍的位错称为“不全位错”。不全位错滑移后原子排列规律发生变化。7 层错与不全位错的关系：若堆垛层错不是发生在晶体的整个原子面上而只是部分区域存在，那么，在层错与完整晶体的交界处就存在柏氏矢量b 不等于点阵矢量的不全位错。在面心立方晶体中，有两种重要的不全位错：肖克利
5、（Shockley）不全位错和弗兰克（ Frank）不全位错。1) 不全位错的四周不完全是完整的结构，有一部分有层错；2) 不全位错的柏氏回路必须从层错开始，回路最后还要穿过层错； 3) 不全位错的柏氏矢量不是完整的最短点阵矢量；4) 不全位错的矢量也有守恒性。8 扩散与位错 ？9 第二相粒子与位错的关系，绕过机制，切过机制？10 汤普森四面体（点、线、面）（1） 四面体的 4个面即为 4个可能滑移面：面（2）四面体的 6 个棱边代表 12个晶向，即为面心立方晶体中全位错 12 个可能的伯氏矢量。（3） 每个面的顶点与其中心的连线代表24 个型的滑移矢量，它们相当于面心立方晶体中可能的24 个
6、肖克利不全位错的伯氏(111),(111),(11 1),(111)11126晶体缺陷及固态相变复习资料矢量。（4）4 个顶点到它所对的三角形中点的连线代表：8 个型的滑移矢量，它们相当于面心立方晶体中可能有的8 个弗兰克不全位错的伯氏矢量。（5）4 个面中心相连即为是压杆位错的一种。11罗麦-柯索尔位错（位错方向）？12 位错增殖的 5 种机制： F-R 位错源、双交滑移、单边F-R 位错源、刃型位错线部分攀移、空位片塌陷13 位错密度与强度关系（图）？三、面缺陷1 基本概念与类型，对性能的影响基本概念：面缺陷，其特征是在一个方向上尺寸很小，另外两个方向上扩展很大，也称为二维缺陷。类型：外表
7、面和内界面。外表面：固体材料与气体或液体的分界面。内界面：晶界、亚晶界、孪晶界、层错和相界面等。对性能的影响： ？2 晶界的位错结构晶界是两相邻晶粒间的过渡界面。 由于相邻晶粒间彼此位向各不相同，故晶界处的原子排列与晶内不同，它们因同时受到相邻两侧晶粒不同位向的综合影响， 而做无规则排列或近似于两者取向的折衷位置的排列，这就形成了晶体中的重要的面缺陷。11113,1110 6晶体缺陷及固态相变复习资料根据位向差 的大小不同可将晶界分为两类：（1）小角度晶界相邻晶粒的位向差小于10晶界；亚晶界均属小角度晶界，一般小于2 ；（2）大角度晶界相邻晶粒的位向差大于10晶界，多晶体中 90以上的晶界属于
8、此类。1. 小角度晶界的结构： a.对称倾斜晶界： 晶界两侧晶体互相倾斜的结果，晶界可看成是由一列平行的刃型位错所构成。b.不对称倾斜晶界：倾斜晶界的界面绕x 轴转了一角度 ，两晶粒之间的位向差仍为角。由两组柏氏矢量相互垂直的刃位错交错排列而构成c. 扭转晶界：两部分晶体绕某一轴在一个共同的晶面上相对扭转一个角所构成，由互相交叉的螺型位错网络所组成。倾斜晶界：转轴在晶界内；扭转晶界：转轴垂直于晶界。2. 大角度晶界的结构：多晶体材料中各晶粒之间的晶界通常为大角度晶界。分界面由不规则的台阶组成。第二部分固态相变1 固态相变的特点？相变阻力大等6 个特点。 ？（1）固态相变阻力大（2）原子迁移率低
9、（3）非均匀形核（4）低温相变时会出现亚稳相（5）新相往往都有特定的形状（6）按新相-母相界面原子的排列情况不同，存在共格、半共格、非共格等多种结构形式的界面（7）新相和母相之间存在一定的位相关系（8）为了维持共格，新相往往在母相的一定界面上开始形成。晶体缺陷及固态相变复习资料（1）相界面：按结构特点可分为共格界面、半共格界面( 部分共格界面 )和非共格界面三类；（2）位向关系，它们常以低指数的、原子密度大而又彼此匹配较好的晶面互相平行；（3）惯习面，固态相变时，新相往往在母相的一定结晶面上开始形成的晶面；（4）应变能，在固态相变过程中，新、旧两相的比容不同，并且由于母相是固体，新相形成时的体
10、积变化将受到周围母相的约束，不能自由胀缩而产生应变，使系统额外地增加的能量；（5）晶体缺陷的影响，如晶界、位错和空位；（6）原子的扩散，有许多固态相变，新、旧两相的成分不同，相变必须通过某些组元的扩散才能进行。在这种情况下， 扩散就成为相变的控制因素。 但是，固态金属中原子的扩散速度远低于液态的原子，如液态金属中扩散系数可达10-70cm2/sec，而固态中仅约10-710-8 cm2/天，两者之间要相差几个数量级。因此原子的扩散速度对固态相变有很重要的影响。2 固态相变类型：不同分类方式、不同类型（1）按热力学分类：一级相变和二级相变新 、旧两相的化学位相等，但化学位的一次偏导不等的相变，称
11、为一级相变。所谓二级相变，是指相变时两相化学位相等，一次偏导也相等，但二次偏导不等。（2）按原子迁移情况分类：分为扩散型和无扩散型两大类。晶体缺陷及固态相变复习资料3 沉淀不连续沉淀概念连续沉淀，调幅分解的沉淀的定义：从过饱和固溶体中析出第二相或形成溶质原子富集的亚稳区等过渡相的过程称为沉淀，或称脱溶。沉淀类型：沉淀形式可分为连续沉淀和不连续沉淀两类。连续沉淀又分为均匀沉淀和局部沉淀，而不连续沉淀则总是局部沉淀。调幅分解，它在整个固溶体内均匀地发展成为结构相同而成分不同、且无明确界限的两相，没有形核过程。4 时效过程（ Al-4.5%Cu 合金）【 材料科学基础（第三版） 上海交大出版社 P4
12、02， 材料科学基础（第二版）上海交大出版社P354，二者描述完全一致】以含 Cu 量为 4.5%的 Al-Cu 合金为例，其室温组织应为 固溶体及相(CuAl2)，加热到 550保温后 溶入呈单相，如果淬火快冷，则得到过饱和 固溶体，然后加热到130保温进行时效处理，随时间延长，将发生下述沉淀析出过程：CPI 区晶体缺陷及固态相变复习资料晶体缺陷及固态相变复习资料5 马氏体相变特点7 个：？(1)无扩散性（2）表面浮凸和形状改变（3）惯习面及其不应变性（4）新、旧相之间保持一定的位相关系（5）马氏体内往往有亚结构 （6）马氏体相变的可逆性（ 7）马氏体有一定的起始相变温度Ms和一定的终了相变
13、温度Mf （8）奥氏体的热稳定化（9）形变诱发马氏体相变（1）具有无扩散性。（2）表面出现浮凸现象：以共格切变方式转变。（3）马氏体往往沿奥氏体的一定晶面形成：c0.6%，惯习面（ 111）A；c0.61.4%，惯习面（ 225）A；c1.42.0%，惯习面（ 259）A。（4）马氏体转变前后，新相与母相之间有一定的晶体学关系：对于含碳量低于1.4%的碳钢，有 K-S 关系：111A110M,，110A111M；对于高于 1.4%含碳量或含高镍的钢，有西山关系：111A110M,，211A011M。（5）马氏体高速长大， 低碳 M 形成速度 100mm/s，高碳 M 形成速度12106m/s。（6）马氏体转变是在MsMf温度范围内开始。（7）马氏体转变不完全，存在残余奥氏体：钢在淬火时，一般冷却达不到该钢的 Mf点马氏体转变时的体积膨胀
