金属的结构与结晶.ppt

螺型位错示意图§1.3实际晶体中的缺陷第31页,共50页，星期六，2024年，5月位错密度：单位体积中位错线的总长度,或单位面积上位错线的根数,单位cm2位错线附近的原子偏离了平衡位置,使晶格发生了畸变,对晶体的性能有显著的影响。实验和理论研究表明:晶体的强度和位错密度有如图的对应关系,当晶体中位错密度很低时,晶体强度很高；相反在晶体中位错密度很高时,其强度很高。但目前的技术,仅能制造出直径为几微米的晶须,不能满足使用上的要求。而位错密度很高易实现,如剧烈的冷加工可使密度大大提高,这为材料强度的提高提供途径。第32页,共50页，星期六，2024年，5月三、面缺陷概念：是指晶体中在二维方向上尺寸很大，而在另一维方向上尺寸很小的晶体缺陷。类型：主要包括晶体的外表面、堆垛层错、晶界、亚晶界、孪晶界和相界面等。1.晶界晶界是多晶体中晶粒与晶粒之间的交界面，由于各晶粒中原子排列方式相同（如都是体心立方），只是晶格位向不同，因此晶界实际上是不同位向晶粒之间的过渡层。该过渡层有一定的厚度，为了同时适应两侧不同位向晶粒的过渡，而使过渡层处的原子总是不能规则排列，产生晶格畸变，所以它是晶体中的一种重要的面缺陷。根据晶体中各晶粒之间的位向差θ不同，又可将晶界分为大角度晶界（θ10°）和小角度晶界（θ10°）两类。§1.3实际晶体中的缺陷第33页,共50页，星期六，2024年，5月对称倾側晶界扭转晶界§1.3实际晶体中的缺陷第34页,共50页，星期六，2024年，5月2.亚晶界亚晶界是亚晶粒与亚晶粒之间的晶界，位向差θ一般为几十分到几度。大晶粒中的小晶粒称为亚晶粒。亚晶界的两种特殊形式为对称倾側晶界和扭转晶界。亚晶界§1.3实际晶体中的缺陷返回第35页,共50页，星期六，2024年，5月液体--固体（晶体或非晶体）--凝固液体--晶体--结晶晶体液体结晶§1.4金属的结晶过程第36页,共50页，星期六，2024年，5月一、液态金属的结构经研究发现在略高于熔点时，液态金属的结构具有以下特点：是近程有序远程无序结构，见右图；存在着能量起伏和结构起伏。§1.4金属的结晶过程局部的近程有序第37页,共50页，星期六，2024年，5月二、结晶过程的宏观现象研究液态金属结晶的最常用、最简单的方法是热分析法。它是将金属放入坩埚中，加热熔化后切断电源，用热电偶测量液态金属的温度与时间的关系曲线，该曲线称为冷却曲线或热分析曲线，见右图。过冷现象冷却过程中的温度平台TmTΔT理论结晶温度开始结晶温度ΔT=Tm-T时间温度纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度（克服界面能）§1.4金属的结晶过程第38页,共50页，星期六，2024年，5月过冷现象：液态金属必须冷却到理论结晶温度Tm以下某一个温度T时才开始结晶，这个现象称为过冷。结晶潜热：伴随着液态向固态转变而释放的热量称结晶潜热。§1.4金属的结晶过程第39页,共50页，星期六，2024年，5月三.金属结晶的热力学条件过冷后，液固相自由能之差ΔG就是金属结晶的驱动力，过冷度越大，驱动力越大。§1.4金属的结晶过程四、金属结晶的微观基本过程–形核长大过程液态金属形核晶核长大完全结晶第40页,共50页，星期六，2024年，5月结晶过程示意图§1.4金属的结晶过程第41页,共50页，星期六，2024年，5月1）形核液态金属在结晶时，其形核方式一般认为主要有两种：即均质形核（对称均匀形核）和异质形核（又称非均匀形核）。（1）均质形核从过冷液态金属中自发形成晶核的过程就称为均质形核。（2）异质形核液态金属原子，依附于模壁或液相中未熔固相质点表面，优先形成晶核的过程，称为异质形核。§1.4金属的结晶过程第42页,共50页，星期六，2024年，5月2）晶体的长大晶核形成以后就会立刻长大，晶核长大的实质就是液态金属原子向晶核表面堆砌的过程，也是固液界面向液体中迁移的过程。界面距离温度Tm固液过冷度界面距离温度Tm固液过冷度固液界面正、负温度梯度§1.4金属的结晶过程第43页,共50页，星期六，2024年，5月两种长大方式：平面生长方式(a)和树枝状生长方式(b)。界面前方正温度梯度条件下的平面生长界面前方负温度梯度条件下的枝晶生长§1.4金属的结晶过程返回第44页,共50页，星期六，2024年，5月思考1.为什么要进行晶粒大小的控制？2.怎样进行晶粒