本科生上課筆記重點(diǎn)

宏觀的塑性變形是位錯(cuò)在外力作用下運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。

位錯(cuò)在晶體中的運(yùn)動(dòng)方式有兩種：

滑移Siip:與金屬的變形密切相關(guān)

攀移ciimba

位錯(cuò)的滑移是在切應(yīng)力作用下進(jìn)行的，存在一個(gè)最小切應(yīng)力。

使刃型位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力必須與位錯(cuò)線垂直。

對(duì)于刃型位錯(cuò)，晶體滑移的方向與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)方向一致。

滑移面"立錯(cuò)線與柏氏矢量組成的原子面，對(duì)于刃型位錯(cuò)，位錯(cuò)線與柏氏矢量垂直，因此刃位錯(cuò)的滑移面

是唯一確定的。

使螺型位錯(cuò)滑移的切應(yīng)力必須與位錯(cuò)線平行。對(duì)于螺型位錯(cuò)，晶體滑移的方向與位錯(cuò)運(yùn)麗方向垂直?；?/p>

移面：對(duì)于螺型位錯(cuò)，位錯(cuò)線與柏氏矢量平行，因此螺型位錯(cuò)可以有多個(gè)滑移面。

要點(diǎn)（1）位錯(cuò)的滑移面包含柏氏矢量和位錯(cuò)線。

（2）對(duì)于一根位錯(cuò)線而言，柏氏矢量是固定不變

（3）可以通過柏氏矢量和位錯(cuò)線的關(guān)系來(lái)判斷位錯(cuò)特征。b_Lt時(shí)為刃型位錯(cuò)，b〃t為螺型位錯(cuò),

對(duì)于混合型位錯(cuò),b和t的角度在0。和90。。

的。

14）位錯(cuò)線不能終止于完整晶體之中。

位錯(cuò)通?？梢栽诎诲e(cuò)線和柏氏矢量的面上滑移，在某些情況下，還能發(fā)生垂直于滑移面方向的移

動(dòng)，稱為攀移。

只有刃型位錯(cuò)會(huì)發(fā)生攀移。攀移的本質(zhì)是刃型位錯(cuò)半原子面的向上（正攀移）或向下運(yùn)動(dòng)（負(fù)攀移）。

攀移時(shí)伴隨物質(zhì)的遷移，需要空位的擴(kuò)散，需要熱激活，比滑移需要更大的能量

原子正常的堆剁次序遭到破壞的現(xiàn)象稱為堆垛層錯(cuò)。

面缺陷包括晶界、相界和表面

前面舉例晶體有規(guī)則的外形，金屬內(nèi)部是由大量的小的單晶體組成，稱為晶粒，每個(gè)晶粒內(nèi)部，原子

是規(guī)則排列的。晶粒之間的界面稱為晶界。在晶界部分，原子呈不規(guī)則排列。

晶界兩側(cè)晶粒的位相差e

evioo小角度晶界

e>100大角度晶界

在晶界處，原子處于較高能量狀態(tài)。這部分能量稱為晶界能

點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷、肖脫基空位、弗蘭克耳缺陷、間隙原子、置換原子、刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)、

位錯(cuò)密度、滑移、攀移、全位錯(cuò)、不全位錯(cuò)、層錯(cuò)、大角度晶界、小角度晶界、晶界能

刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)的特征。

柏氏矢量的確定與柏氏矢量的表示。

理解滑移的過程與刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)滑移的特點(diǎn)。

組元component組成材料圾基本的，獨(dú)寺的物質(zhì)。

純?cè)亟饘貼iCuFeCr非金屬CNBO

化合物AI2O3.SiO2.AIN、Fe3C

合金alloy:由兩種或兩種以上的金屬、或金屬與非金屬經(jīng)熔煉或其他方法制成的具有金屬特性的物

質(zhì)。

和phase:金屬中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并以界面相互隔開的均勻組成部分。

相圖phasediagrams：描寫在平衡條件下，系統(tǒng)狀態(tài)或相的轉(zhuǎn)變與成分、溫度與壓力間的關(guān)系的圖。

純金屬：高導(dǎo)電性，高延展性，良好的耐蝕性。強(qiáng)度較低，很少用作工程結(jié)構(gòu)。

合金化：可提高強(qiáng)度和硬度。工程中應(yīng)用的金屬材料大部分是合金。

以合金中某一組元作為溶劑、其它組元為溶質(zhì)、所形成的與溶劑有相同晶體結(jié)構(gòu)、晶格常數(shù)稍有變化的

固相，稱為固溶體。

溶劑的晶體結(jié)構(gòu)不改變，但是由于溶質(zhì)原子的存在，晶格會(huì)發(fā)生畸變

形成無(wú)限固溶體時(shí)，原子相對(duì)尺寸差一般小于15%。

組元間晶體結(jié)構(gòu)相同時(shí).固溶度一般都較大，而且有可能形成無(wú)限固溶體。

若組兀間晶體結(jié)構(gòu)不同.便只能形成有限固溶體。

兩元素間電負(fù)性差越小，則越易形成固溶體，而且所形成的固溶體的溶解度也就越大；

隨兩元素間電負(fù)性差增大.固溶度減小，當(dāng)溶質(zhì)與溶劑的電負(fù)性差很大時(shí);往往形成比較穩(wěn)定的金屬間

化合物。

電子濃度：合金中各組成元素的價(jià)電子數(shù)總和與原子總數(shù)的匕值，記作e/a。

存在一極限電子濃度。超過極限電子濃度，固溶體就不穩(wěn)定，便會(huì)形成新相。

形成間隙固溶體的溶質(zhì)原子半徑很小，如

氫(0.046nm)氧(0.061nm)氮(0.071nm)

碳(0.077nm)硼(0.097nm)

間隙固溶體只能是仃限固溶體。

形成固溶體時(shí)，材料的硬度、強(qiáng)度升高，這種由于溶質(zhì)原子的固溶引起的強(qiáng)化效應(yīng)，稱為固溶強(qiáng)化。

當(dāng)溶質(zhì)原子的加入量超過一定限度時(shí)，會(huì)形成一種新相，這種新相稱為中間相，中間相的晶體結(jié)構(gòu)不同

于此相中的任一組元。

又稱為金屬間化合物

分類：

正常價(jià)化合物

電子化合物

尺寸因素化合物

由金屬元素與周期表中的第IV,V,VI族元素組成。

化合物符合化合的原子價(jià)規(guī)律，可用化學(xué)式表示。

AB.A2.(o.AB2).

熔點(diǎn)高于組成金屬元素，說明原子間結(jié)合力較強(qiáng)。硬度較高，但是脆性大。

如Mg2SiMg2SnMnSAINSiC等?:

介電子數(shù)總和?.(原子總數(shù)).

有三種不同的比值，通常稱為Hume-Rothery比：

心=3/2(21/14)-8相

*=21/13?丫相

e4z=21/12-￡相

這類中間相的形成主要受組元的相對(duì)尺寸所控制。

兩類：

間隙化合物

拉弗斯相

ri(intcrstitial)Mn(metal)<0.59

間隙原子處于結(jié)構(gòu)間隙處，不改變金屬的晶體結(jié)構(gòu)。這時(shí)，稱為間隙相。

n(interstitial)/nn(metal)>0.59

品格畸變?cè)龃?，形成新的更?fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，稱為間隙化合物。

相圖是描述系統(tǒng)的狀態(tài)、溫度、壓力與成分之間關(guān)系的一種圖解。利用相圖可以知道不同成分的材料在

不同溫度下存在哪些相、各相的相對(duì)量、成分與溫度變化時(shí)可能發(fā)生的變化。

相平衡：在某一條件下，系統(tǒng)中各個(gè)相經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間也不互相轉(zhuǎn)變，處于平衡狀態(tài)，這和平衡稱為相平

衡。

相律(Gibbs'PhaseRule)1876Gibbs

描述系統(tǒng)的組元數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)關(guān)系的法則。

/=C-P+2

自由度：平衡系統(tǒng)中保持平衡相數(shù)不變的條件下獨(dú)立可變的因素。

不能為負(fù)值。

組元數(shù)C=1

根據(jù)相律：f=l-P+2=3-P

若,P=l,則f=2

???可以用溫度和壓力作坐標(biāo)的平面圖（p-7圖）來(lái)表示系統(tǒng)的相圖。

若，f=0,則P=3,即最多有三相平衡

相圖上的每一個(gè)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)著系統(tǒng)的某一種狀態(tài)，因此這些點(diǎn)通常稱作狀態(tài)點(diǎn)。

如果外界保持一個(gè)大氣壓，根據(jù)相律,C=1,P=1則f=l。系統(tǒng)中只有一個(gè)獨(dú)立可變的變數(shù)。因此單元系相

圖可以只用一個(gè)溫度軸來(lái)表示。

二元系統(tǒng)有兩個(gè)組元，根據(jù)相律：f=C-P+l,二元系統(tǒng)最大的自由度數(shù)目f=2,這兩個(gè)自由度就是溫度和

成分。故二元凝聚系統(tǒng)的相圖，仍然可以采用二維的平面圖形來(lái)描述。即以溫度和任一組元濃度為坐標(biāo)

軸的溫度-成分圖表示。

熱分析法、金相組織法、X射線分析法、硬度法、電阻法、熱膨脹法、磁性法等

第四章鐵-碳合金相圖

Phasediagramofiron-carbcnalloys

要求：

掌握鐵-碳合金中的基本相；

掌握鐵■碳（Fe?Fe3C）合金相圖；

熟悉典型合金的平衡凝固過程與組織轉(zhuǎn)變；

理解碳含量對(duì)鐵■碳合金組織和性能的影響；

了解鋼中的雜質(zhì)元素。

鋼鐵為最重要的金屬材料。

鐵碳合金分類：

鋼：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%；

鑄鐵：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%。

實(shí)際研究中碳的含量小于6.69%。

鐵■碳合金相圖是研究鐵碳合金的重要工具?？?/p>

由于含碳量超過6.69（Fe3c的含碳量）以后，合金脆性很大，所以研究的只無(wú)Fe-Fe3c

鐵的熔點(diǎn)：1538℃

密度：7.87kg/m3.

同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：

金屬在固態(tài)下發(fā)生的

純鐵的冷卻曲線及晶體結(jié)構(gòu)變化

Fe3c是鐵與碳的一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物（正交晶系）,通常稱為滲碳體，用Cm表示。

性能特點(diǎn)：

硬度高，800HBWo

脆性大

Fe3C->3Fe+C

石墨

5相：碳在b-鐵中的間隙固溶體bcc結(jié)構(gòu)，1394℃以上存在，最大溶碳量為0.09舟。又叫高溫鐵素體。

a相：碳在a-鐵中的間隙固溶體bcc結(jié)構(gòu)，912℃以下存在，最大溶碳量為0.0218%。叫做鐵素體，也

可用F表示。丫相：Y相是碳在Y-鐵中的固溶體，fee結(jié)構(gòu)，727℃7495℃之間存在，最大溶碳量為

2.11%,叫做奧氏體，也可用A來(lái)表示。

1538Z.+，）

HA

B1495

1500A，

14006177.53

1394

1300

D

1200

1100-7/E1148C

2.114.3

1000

G912

900

y+F'C

800

7007P0.77727

/0.0218

600IQ

500

400

“+Fc3c

300

200

100

0_

Ee23566.69

（：%（重最）一^

Fe-Fe3C相圖

4.1.2相圖中重要的點(diǎn)和線

Fe-Fc.C相圖中各點(diǎn)的溫度、碳含量及含義

符號(hào)溫度，C碳含量,%（重量）含義

A15380純鐵的熔點(diǎn)

B14950.53包晶轉(zhuǎn)變時(shí)液態(tài)合金的成分

C11484.30共晶點(diǎn)Lc=Mr+FesC

D12276.69Fe,C的熔點(diǎn)

E11482.11碳在V-Fe中的最大溶解度

F11486.69Fe,C的成分

G9120a-Fe=?y"Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)（4）

HM950.09碳在d-Fo中的般大溶解度

JM950.17包晶點(diǎn)L+如=4

.K7276.69F.C的成分

N13940y-Fei=M-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變點(diǎn)（4）

P7270.0218碳在所Fe中的最大溶解度

S7270.77共析點(diǎn)（4）4m,+Fe3c

Q6000.0057600c（或室溫）時(shí)碳在eFe中的溶解度

（室溫）(0.0008)

相圖中各個(gè)點(diǎn)的代表符號(hào)一般通用，不隨意改變。其中的P、S、E、C四個(gè)點(diǎn)最重要。

包晶轉(zhuǎn)變：

1495'CHJB水平線:L0.53+60.09-y0.17

共晶轉(zhuǎn)變：

1148CECF水平線:L4.30TY2.11+Fe3C

萊氏體Ledeburite符號(hào)Ld共晶反應(yīng)的產(chǎn)物是奧氏體與滲碳體的共晶混合物，叫做萊氏體，用Ld表示。其

中的滲碳體叫做共晶滲破體。

共析轉(zhuǎn)變：

727℃PSK水平線（Al線，A1溫度）：

Y0.77->a0.02+Fe3C

珠光體Pearlite符號(hào)P共析反應(yīng)的產(chǎn)物是鐵素體與滲碳體的共析混合物，叫做珠光體，用P表示。其中的

滲碳體叫做共析滲碳體。

GS線（A3線，或A3溫度）：

合金冷卻時(shí)從A中開始析出F的臨界溫度線。

ES線碳在A中的固溶線，叫做Acm線,Acm溫度。

由奧氏體中析出的滲碳體叫做二次滲碳體，用Fe3cII表示。

PQ線碳在鐵素體中的固溶度曲線。

由鐵素體中析出的滲碳體叫做三次滲碳體，用Fe3CIII表示。

一次滲碳體：直接從液相中析出。

二次滲碳體：從A中析出

三次滲碳體：從F中析出

共晶滲碳體：共晶反應(yīng)，萊氏體中

共析滲碳體：共析反應(yīng)，珠光體中

成分相同，來(lái)源、形態(tài)不同

鐵碳合金可以分為三類：

工業(yè)純鐵：C^O.0218%

鋼：0.0218%<C<2.11%

亞共析鋼：0.02析％<C<0.77%

共析鋼:00.77%

過共析鋼：0.77%<C<2.11%

白口鑄鐵：2.11%<C<6.69%

亞共晶白口鑄鐵:2.11%<0<4.3%

共晶白口鑄鐵：04.3%

過共晶白口鑄鐵:4.3%<C<6.69%

典型合金的結(jié)晶過程

工業(yè)純鐵

6

g

色

時(shí)間（$）

工業(yè)純鐵結(jié)晶過程示意圖

析鋼

2.共

攝

（s）

時(shí)間

示意圖

晶過程

平衡結(jié)

共析鋼

3.亞共析鋼

4,過共析鋼

過共析鋼結(jié)晶過程示意圖

5.共晶白口鑄鐵

共晶白口鑄鐵結(jié)晶過程示意圖

低溫萊氏體：高溫萊氏體（A+Fe3C）形成后，隨溫度的降低，A要轉(zhuǎn)變?yōu)镻和Fe3CII,叫做低溫萊氏體

（P+Fe3CII+Fe3c共晶）。用Ld'表示。

6.亞共晶白口鑄鐵

1以上

7

S\"W蕊觥匕/

lV/4+FsC

S3

________________________P二+FenCu+L？IAr耀婕

F+F/C

4

時(shí)間—.7^^Fe￡ii

亞共晶白口鐵結(jié)晶過程示意圖

7.過共晶白口鑄鐵

L+Fe/?

—1

4+FesC

F+Fe?C

過共晶白U鑄鐵結(jié)晶過程示意圖

P+FcsCn+Lf'

0.02180.772.11

%

040302010

4.刀

-1鋸剃

體

碳

滲

2.具刀刀

1刀拉錢

頭錐具

0.

1?鉆絲模

具

T

8.%

0___片子工

量

刀鑿手

含

刀繩

6碳

.，絲軌絲

0

螺鐵鋼

___輪

4.

0軸齒

2.?栓口構(gòu)

0

螺為結(jié)

件