1、金 屬 學 與 熱 處 理,2,關 于 本 門 課 程,闡述金屬材料的化學成分、微觀組織結(jié)構與宏觀力學性能三者之間的關系和變化規(guī)律的科學。,通過本課程的學習，達到能夠運用金屬學、熱處理原理和金屬材料的基本理論知識，認識與分析學習本專業(yè)課程中所遇到的有關問題；,掌握和運用金屬材料及熱處理知識，能合理而經(jīng)濟地選用金屬材料和提出合理的熱處理工藝方案等。,3,1.熔點最高的金屬鎢 W 2.熔點最低的金屬汞 Hg 3.硬度最大的金屬鉻 Cr 4.密度最大的金屬鋨 Os 5.密度最小的金屬鋰 Li 6.地殼中含量最多的金屬鋁Al 7.人類冶煉最多的金屬鐵Fe 8.導熱、導電性最好的金屬銀Ag 9.人體內(nèi)最

2、多的金屬元素鈣Ca,金 屬 之 最,4,第一章 金屬的晶體結(jié)構,體心立方結(jié)構 body-centered cubic (bcc),面心立方結(jié)構 face-centered cubic (fcc),5,金屬材料的化學成分不同，其性能也不同。,對于同一種成分的金屬材料，通過不同的加工處理工藝，改變材料內(nèi)部的組織結(jié)構，也可以使性能發(fā)生極大的變化。,可見，除化學成分外，金屬的內(nèi)部結(jié)構和組織狀態(tài)也是決定金屬材料性能的重要因素。,金屬和合金在固態(tài)下通常都是晶體，要了解金屬及合金的內(nèi)部結(jié)構，首先應了解晶體的結(jié)構，其中包括：,晶體中原子是如何相互作用并結(jié)合起來的； 原子的排列方式和分布規(guī)律； 各種晶體結(jié)構的特

3、點及差異等。,6,金屬的傳統(tǒng)定義： 良好導電性、導熱性、延展性（塑性）和金屬光澤的物質(zhì)。 但銻延展性不好；鈰和鐠導電性還不如非金屬（如石墨）。 由性能確定，不具有共性，沒揭示金屬與非金屬的本質(zhì)區(qū)別。,1.1 金屬,嚴格定義： 具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)，非金屬的電阻都隨溫度升高而下降。 由原子結(jié)構和原子間的結(jié)合方式確定。,7,金屬的最外層電子數(shù)很少（13），外層電子與原子核的結(jié)合力弱，容易脫離原子核的束縛而變成自由電子；原子成為正離子，將這些元素稱為正電性元素。 過渡族金屬元素的核外電子先填充次外層再填充最外層電子，很容易失去，化合價可變。結(jié)合力特強，表現(xiàn)為熔點、強度高。,1、 金屬原子的結(jié)構

4、特點,原子(10-10m、 = 10-1nm)= 帶正電的原子核(質(zhì)子+中子) （10-14m）+ 帶負電的按能級排布核外電子(最外層與次外層為價電子) 。,非金屬外層電子數(shù)較多，最多7個，最少4個，易獲得電子，原子成為負離子，故非金屬元素又稱為負電性元素。,可見原子外層參與結(jié)合的電子數(shù)決定著結(jié)合鍵的本質(zhì)，對化學性能、強度等特性有重要影響。,8,2、 金屬鍵,處于聚集狀態(tài)的金屬原子將價電子貢獻出來，為整個原子集體所共有，形成電子云。 貢獻出價電子的原子，變成正離子，沉浸于電子云中，依靠運動于其間的公有化自由電子的靜電作用而結(jié)合形成金屬鍵沒有飽和性和方向性。,中性原子,正離子,電子云,用金屬鍵的

5、特點解釋金屬特性,導電性 自由電子在電場作用下定向移動形成電流 ； 導熱性 自由電子的運動和正離子振動； 正電阻溫度系數(shù) 正離子或原子的振幅隨溫度的升高增大，阻礙自由電子的定向運動，使電阻升高； 金屬光澤 電子躍遷吸收或放出可見光； 延展性 無飽和性和方向性。,9,延展性,物體在外力作用下能延伸成細絲而不斷裂的性質(zhì)叫延性；在外力（錘擊或滾軋）作用能碾成薄片而不破裂的性質(zhì)叫展性。 例如最細的白金絲直徑不過1/5000mm,純凈的金屬鉑有高度的可塑性,可以冷軋制成厚度為0.0025mm的箔。 延展性最好金屬的是金。有人將28克金延伸至65公里長。最薄的金箔只有1/10000mm厚，一兩黃金，壓成金

6、箔可覆蓋兩個籃球場。 金屬的延展性可以由金屬的結(jié)構得到解釋。當金屬受到外力作用時，金屬內(nèi)原子層之間容易作相對位移，金屬發(fā)生形變而不易斷裂，因此，金屬具有良好的變形性。但也有少數(shù)金屬，如銻、鉍、錳等，性質(zhì)較脆，沒有延展性。,10,共價鍵 相鄰原子共用其外部價電子，形成穩(wěn)定的電子殼層。金剛石中的碳原子間即為共價鍵。,離子鍵 正電性元素與負電性元素相遇時，電子一失一得，各自成為正、負離子，正、負離子間靠靜電作用結(jié)合而成。NaCL,11,3、 結(jié)合力與結(jié)合能（雙原子作用模型圖解）,原子間結(jié)合力是由自由電子與金屬正離子間的引力（長程力），以及正離子間、電子間的排斥力（短程力）合成的。當兩原子間距較大，引

7、力斥力，兩原子自動靠近；當兩原子自動靠近，使電子層發(fā)生重疊時，斥力；直到兩原子間距為d0時，引力斥力。任何對平衡位置d0的偏離，都將受到一個力的作用，促使其回到平衡位置。原子間最大結(jié)合力不是出現(xiàn)在平衡位置d0而是在dc位置，最大結(jié)合力與金屬的理論抗拉強度相對應。,結(jié)合能是吸引能和排斥能的代數(shù)和。當原子處于平衡距離d0時，其結(jié)合能達到最低值，此時原子的勢能最低、最穩(wěn)定。任何對d0的偏離，都會使原子勢能增加，使原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)，原子就有力圖回到低能狀態(tài)，即恢復到平衡距離的傾向。,12,1.2 金屬的晶體結(jié)構,1、晶體的特性: 天然晶體(寶石) 規(guī)則外型 金屬一般無規(guī)則外型 晶體 原子在三維空間按

8、照一定的規(guī)律周期性的重復排列。 具有固定的熔點、各向異性。 不同方向上的性能，表現(xiàn)出差異，稱為各向異性。,非晶體 內(nèi)部原子雜亂無章，至多有局部或短程規(guī)則排列。 無固定熔點、各向同性。,一定條件晶體非晶體 ，玻璃高溫長時間保溫，非晶體晶態(tài)玻璃；液態(tài)金屬急快冷卻(冷速107s) ，可形成非晶態(tài)金屬。 性能發(fā)生顯著變化。,用雙原子模型解釋形成晶體的原因： 原子之間保持一定的平衡距離； 原子周圍要保持盡可能多的近鄰原子。,13,晶體結(jié)構： 指晶體中原子（或離子、分子、原子集團）的具體排列情況，也就是晶體中的質(zhì)點（也叫基元，可以是原子、離子、分子或者原子集團）在三維空間中有規(guī)律的周期性重復排列方式。,原

9、子堆垛模型： 假定晶體中的物質(zhì)質(zhì)點都是固定的剛球，晶體由剛球堆垛而成。 優(yōu)點：直觀、立體感強； 缺點：很難看清內(nèi)部原子排列的規(guī)律 和特點。,2、晶體結(jié)構與空間點陣,14,陣點有規(guī)則地周期性重復排列所形成的空間幾何圖形。 人為地將陣點用直線連接起來形成空間格子，稱空間點陣，簡稱點陣或晶格。,為清楚地表明原子在空間的排列規(guī)律性，常將構成晶體的實際質(zhì)點忽略，而將它們抽象為純粹的幾何點，稱為陣點或結(jié)點。,晶格,空間點陣：,15,同一點陣，可因陣胞選擇方式不同，得到不同的陣胞。,晶胞選取應滿足下列條件: (1)晶胞幾何形狀充分反映點陣對稱性。 (2)平行六面體內(nèi)相等的棱和角數(shù)目最多。 (3)當棱間呈直角

10、時，直角數(shù)目應最多。 (4)滿足上述條件，晶胞體積應最小。,晶胞 能夠完全反映陣點排列規(guī)律的最小幾何單元。,晶胞,晶格,大小、形狀 棱邊長度: a、b、c 棱邊夾角: 、表示。,16,晶系與布拉菲點陣（Crystal System and Bravais Lattice） 七個晶系，14個布拉菲點陣,17,簡單三斜,底心單斜,簡單單斜,底心正交,體心正交,面心正交,簡單正交,3、三種典型晶體結(jié)構,根據(jù)晶格常數(shù)與夾角關系空間點陣分為14種布拉菲格子,18,簡單菱方,六方, 90,aa2a3 =90 =120,= =90,= =90,19,底心單斜,簡單三斜,簡單單斜,20,底心正交,簡單正交,面

11、心正交,體心正交,21,簡單菱方,簡單六方,簡單四方,體心四方,22,簡單立方,體心立方,面心立方,23,a=b=c、=90，構成立方體； 晶胞的8個角頂各有1個原子，立方體的中心有1個原子。 體心立方結(jié)構的金屬有：-Fe、Cr、V、Nb、Mo、W等。,體心立方晶格(bcc),原 子 數(shù)：n=81812 原子半徑： 配 位 數(shù)：指晶體結(jié)構中，與任一個原子最近鄰、等距離的原子數(shù)目。 bcc配位數(shù)：8,致密度：原子排列的緊密程度。晶胞中原子所占體積與晶胞體積之比，用下式表示：,24,面心立方晶格(fcc) 晶胞的8個角頂各有1個原子，構成立方體，立方體6個面的中心各有1個原子。 面心立方結(jié)構的金屬

12、有：-Fe、Cu、Ni、Al、Ag等。,原 子 數(shù)：n=8186124 原子半徑： 致 密 度：,配 位 數(shù)：4312,25,密排六方晶格(hcp) 晶胞的12 個角頂各有1個原子，構成六方柱體，上、下底面中心各有1個原子，晶胞內(nèi)還有3個原子。 有：Zn、Mg、-Ti、-Co、Cd等。,原 子 數(shù)：n=1216212+36,晶格常數(shù)有兩個，上下底面間的距離c與正六邊形邊長a，比值c/a稱為軸比。 典型密排六方晶格的軸比為1.633，實際軸比往往偏離這一數(shù)值，大約在1.571.64之間波動。,原子半徑：,配 位 數(shù)：12 、 6+6,致 密 度：,26,密排六方晶格原子配位數(shù),27,原子半徑與晶

13、格常數(shù),體心立方 面心立方 密排六方,28,面心立方結(jié)構的原子堆垛方式 密排六方的原子堆垛方式,對各類晶體分析表明；配位數(shù)最大為12，致密度最高為0.74 。為何會出現(xiàn)fcc和hcp不同的晶體結(jié)構？為了搞清這個問題，我們需要了解原子的堆垛方式。,晶體中的原子堆垛方式和間隙,29,如密排面的堆垛次序為ABAB，得到hcp結(jié)構。,如密排面的堆垛次序為ABCABC，得到fcc結(jié)構。,30,面心立方晶胞原子堆垛方式 密排六方晶胞原子堆垛方式,31,六個原子的中心構成了正八面體的頂角，六個原子之間就形成一個八面體間隙。,晶體中的間隙 在密堆結(jié)構中，四個原子的中心構成了正四面體的頂角，四個原子之間就形成一

14、個四面體間隙。,32,面心立方八面體間隙,面心立方四面體間隙,33,fcc：兩種間隙，正八面體 原子至間隙中心 的 距離為a/2，原子半徑為,正四面體，原子至間隙中 心 的距離為,0.08a,0.146a,數(shù)量：4,數(shù)量：8,金屬原子,八面體間隙,金屬原子,四面體間隙,間隙半徑為：,間隙半徑為：,34,bcc：有兩類間隙， 扁八面體間隙:,角頂至間隙中心的距離較遠為 上下原子至間隙中心 的距離較近為a/2，原子半徑為,非正四面體間隙: 原子至間隙中心的距離為,數(shù)量：6,數(shù)量：12,金屬原子,八面體間隙,金屬原子,四面體間隙,間隙半徑：,間隙半徑：,35,hcp： 與面心立方晶格完全相似，當原子

15、半徑相等時（軸比為1.633時），間隙大小完全相等，只是間隙中心在晶胞中的位置不同。,數(shù)量：6,數(shù)量：12,金屬原子,四面體間隙,金屬原子,八面體間隙,36,4、晶向指數(shù)和晶面指數(shù),晶體中，由一系列原子所組成的平面稱晶面，任意兩個原子之間的連線所指的方向稱晶向。為便于研究和表述不同晶面和晶向原子的排列情況和空間取向，需統(tǒng)一表示方法。,晶向指數(shù),確定步驟： 以晶胞三棱邊為坐標軸x、y、z， 以棱邊長度為坐標軸的長度單位； 從坐標原點引一有向直線平行于待定晶向； 在這條直線上取一適當結(jié)點，并求出此點的位置坐標； 將三坐標值化為最簡整數(shù)，寫入方括號內(nèi)，如u v w。,如坐標值為負值，則相應數(shù)字之上冠

16、以負號。,原子排列相同但空間位向不同的所有晶向稱為晶向族，用尖括號表示，如u v w。,（x1,y1,z1）,(x2,y2,z2)二點連線的晶向指數(shù)：x2-x1,y2-y1,z2-z1,37,111,38,晶面指數(shù) 確定步驟： 以晶胞三棱邊為參考坐標軸x、y、z，原點應位于待定晶面之外，以免出現(xiàn)零截距。 以各晶軸點陣常數(shù)為度量單位，求出晶面與三個晶軸的截距。 取各截距的倒數(shù)，化為最簡整數(shù)比，放在圓括號內(nèi)，如 (h k l )。,如截距為負值，則相應數(shù)字之上冠以負號。,39,原子排列相同，但空間位向不同的所有晶面稱為晶面族，用大括號表示，如 h k l 。,110晶面族中的晶面組,40,111晶

17、面族中的晶面組,41,42,晶面間距（Interplanar crystal spacing） 兩相鄰近平行晶面間的垂直距離晶面間距，用 dhkl表示 從原點作（h k l）晶面的法線，則法線被最近的（h k l） 面所交截的距離即是,必須注意，按以上這些公式所算出的晶面間距是對簡單晶胞而言的，如為復雜晶胞（例如體心立方、面心立方等），在計算時應考慮到晶面層數(shù)增加的影響。例如，在體心立方或面心立方晶胞中，上、下底面（001）之間還有一層同類型的晶面，故實際的晶面間距應為d001/2。,43,晶面指數(shù)與面間距的關系,1、一般而言（對于簡單立方等），晶面指數(shù)越小，面間距越大，陣點密度越大。 2、面

18、間距較大原子間結(jié)合力越小，越有利于晶面的相對滑動，金屬塑性越好。,44,FCC和BCC晶格典型晶向的線密度,45,FCC和BCC晶格典型晶面的面密度,46,面心立方密排面,密排面為（111）,47,體心立方晶格密排面,48,密排六方晶格密排面,49,六方晶系的晶面指數(shù)與晶向指數(shù),可用上述方法，但確定六方晶系的晶面指數(shù)時，如用a1、a2、c三個坐標軸，令a1、a2 的夾角為120，c 軸與a1、a2 垂直，標定的晶面指數(shù)中，同類型的晶面指數(shù)不相類同。,如6個柱面屬同一平面族，但指數(shù)為,因此用a1、a2、a3 及 c 四個坐標軸，a1，a2，a3之間夾角均為120。晶面指數(shù)以（h k i l）四個

19、指數(shù)表示，前三個指數(shù)中只有兩個是獨立的，它們之間有以下關系：i = -( h + k )。,四軸坐標系6個柱面指數(shù)為,50,51,52,三軸平面指數(shù)（HKL）轉(zhuǎn)換成四軸坐標（hkil）時 h = H k = K i = - (H + K) l =L 三軸晶向指數(shù)UVW轉(zhuǎn)換成四軸坐標 uvtw 時 u = 1/3 ( 2U V ) v = 1/3 ( 2V U ) t = -1/3 (U + V ) w = W,53,同一晶帶的晶面指數(shù)(hkl)與晶帶軸的晶向指數(shù)uvw存在以下關系： hu+kv+lw=0,晶帶與晶帶軸: 如一系列非平行晶面都平行于（或包含）某一特定方向，則這些晶面同屬一個晶帶，

20、這個特定方向稱為晶帶軸。,兩個晶面(h1k1l1)和(h2k2l2)的晶帶軸指數(shù)uvw可由下式確定：,54,5、晶體的各向異性和多晶型性,各向異性：晶體的一個重要特征，與非晶體的重要區(qū)別。 是不同晶向上的原子緊密程度不同所致。緊密程度不同 原子間距離不同 結(jié)合力不同 性能（彈性摸量、強度、電阻率等）不同。,一般工業(yè)金屬材料，由多晶體組成，各向異性特征不明顯；因多晶體中的晶粒位向是任意的，晶粒的各向異性被相互抵消。,如體心立方 -Fe 單晶，100晶向原子密度為1/a，110為0.7/a，111為1.16/a。 111密度最大，E=290000N/m2， 而100 E=135000N/m2。,多

21、晶體的晶粒位向,55,當外部條件（如溫度、壓強）改變時，晶體內(nèi)部由一種晶體結(jié)構向另一種晶體結(jié)構的轉(zhuǎn)變稱為多晶型性轉(zhuǎn)變或同素異構轉(zhuǎn)變。,純鐵加熱時的膨脹曲線,多晶型性： 一般金屬只有一種晶體結(jié)構，但少數(shù)金屬（Fe、Mn、Ti、Co等）具有兩種或 幾種晶體結(jié)構，即具有多晶型性。,純鐵 在912以下為 -Fe bcc 912-1394為 -Fe fcc 1394以上為 -Fe bcc 不同晶型密度不同，故同素異構轉(zhuǎn)變時拌有比容或體積變化。,56,1.3 實際金屬的晶體結(jié)構,實際金屬材料中，原子排列不能象理想晶體那樣規(guī)則和完整，總不免存在一些原子偏離規(guī)則排列的不完整性區(qū)域，即晶體缺陷。,晶體缺陷的產(chǎn)生

22、、發(fā)展、運動及交互作用，在晶體的強度、塑性、擴散、相變塑性變形與再結(jié)晶等問題中扮演著主要的角色。,根據(jù)晶體缺陷的幾何特征，可分為三類： 點缺陷：在三個方向的尺寸都很小，相當于原子尺寸， 如空位、間隙原子、置換原子等。 線缺陷：在兩個方向的尺寸很小，另一個方向的尺寸 相對很大，主要是位錯。 面缺陷：在一個方向的尺寸很小，另外兩個方向的尺 寸相對很大，如晶界、亞晶界等。,57,1、點缺陷： 常見的有空位、間隙原子、置換原子。,空位:原子是以其平衡位置為中心不間斷地進行熱振動。振幅與溫度有關，原子熱振動的能量是溫度的函數(shù)，溫度越高，能量越大。但一定溫度下，各原子在同一瞬間或同一原子在不同瞬間的振動能

23、量并不相同，即存在能量起伏。,大置換原子,肖脫基空位,復合空位,弗蘭克空位,異類間隙原子,小置換原子,同類間隙原子,Pt表面STM像,58,在某溫度下的某一瞬間，總有一些原子具有足夠高的能量，可以克服周圍原子的束縛，離開原來的平衡位置遷移到別處，其結(jié)果，即在原位置上出現(xiàn)了空結(jié)點，即空位。,空位性質(zhì)： 位置不固定，處于運動、消失和形成的不斷變化中。 是一種熱平衡缺陷（雖使晶體的內(nèi)能升高，但也增加晶體結(jié)構的混亂程度，使熵值增加），溫度，平衡濃度。一定溫度下，對應著一定的平衡濃度。 空位的平衡濃度極小，但在固態(tài)金屬的擴散過程中起極為重要的作用。 通過某些處理（高能粒子輻照、高溫淬火及冷加工），可使晶

24、體中的空位濃度高于平衡濃度而處于過飽和狀態(tài)。,59,平衡空位濃度,溫度升高，原子熱運動加劇，原子離開平衡位置的可能性增大，空位數(shù)目增多。 若在有N個點陣結(jié)點的晶體中有n個空位，則C=n/N稱為空位濃度。 熱平衡條件下的空位濃度： C0=n/N=Ae-Q/kt A常數(shù) k玻爾茲曼常數(shù) Q空位形成能,對晶體進行高溫淬火，能保留高 溫下的空位濃度。晶體淬火后的實際空 位濃度要大大超過室溫下的空位濃度， 稱為非平衡或者過飽和空位濃度。,60,空位使周圍原子失去一個近鄰原子，使相互間的作用失去平衡，因而它們朝空位方向稍有移動，偏離其平衡位置，產(chǎn)生晶格畸變。,空 位 的 運 動,61,間隙原子：,處于晶格

25、間隙中的原子,即為間隙原子。 原子硬擠入很小的晶格間隙中后，會造成嚴重的晶格畸變。間隙原子盡管很小，但仍比晶格中的間隙大得多，造成的晶格畸變遠較空位嚴重。,間隙原子也一種熱力學平衡的晶體缺陷，在一定溫度下有一平衡濃度，常將這一平衡濃度稱為固溶度或溶解度。,62,置換原子: 占據(jù)原基體原子平衡位置上的異類原子，稱為置換原子。 由于置換原子的大小與基體原子不可能完全相同，因此其周圍鄰近原子也偏離其平衡位置，造成晶格畸變。,置換原子也一種熱力學平衡的缺陷，在一定溫度下有一平衡濃度，一般稱為固溶度或溶解度。,63,2、線缺陷,刃型位錯： 某一原子面在晶體內(nèi)部中斷，象刀一樣插入晶體，并且終止于滑移面上，

26、使滑移面上下的的原子產(chǎn)生錯排，特別是使刃口附近的原子完全失去了正常的相鄰關系，形成晶體缺陷，即刃口處的原子列，稱為刃型位錯。,64,65,刃型位錯的彈性性質(zhì) 在位錯線周圍一有限區(qū)域內(nèi)，原子離開了原平衡位置，即產(chǎn)生了晶格畸變，且在額外半原子面左右的畸變是對稱的。就正刃型位錯而言，滑移面上面的原子間距變小，晶格受壓應力；滑移面下面的原子間距變大，晶格受拉應力；而在滑移面上，晶格受到切應力。 在位錯中心，即額外半原子面的邊緣處，晶格畸變最大，隨距位錯中心距離的增加，畸變程度逐漸減小。通常把晶格畸變程度大于其正常原子間距1/4的區(qū)域稱為位錯寬度，其值約為35個原子間距。 刃型位錯的應力場可以與間隙原子

27、和置換原子發(fā)生彈性交互作用。刃型位錯往往總是攜帶大量的溶質(zhì)原子，形成所謂的“柯氏氣團”。,66,刃型位錯的特征： 刃型位錯有一個額外半原子面； 位錯線是一個具有一定寬度的細長的晶格畸變管道，其中既有正應變，又有切應變。對于正刃型位錯，滑移面上面的晶格受到壓應力；滑移面下面的晶格受到拉應力。負刃型位錯與此相反。 位錯線與晶體滑移的方向相垂直，即位錯線運動的方向垂直于位錯線。,67,位錯是晶體中原子 錯排而成的一種晶體缺陷。 （結(jié)構的不完整性）,位錯線并不是一條 實體線，只是形象地 表示位錯是一種 線狀缺陷。,根據(jù)原子錯排特點不 同，位錯分為：刃型位錯、 螺型位錯、混合位錯。,68,68,刃位錯的

28、運動,69,螺型位錯： 切應力使晶體右端上下兩部分沿滑移面發(fā)生一個原子間距的相對切變，已滑移區(qū)和未滑移區(qū)的邊界線就是螺型位錯線。,70,螺形位錯周圍滑移面上下相鄰的兩個晶面的原子錯排情況,已滑移區(qū),未滑移區(qū),過渡區(qū),71,螺型位錯的特征： 螺型位錯沒有額外半原子面； 位錯線是一個具有一定寬度的細長的晶格畸變管道，其中沒有正應變，只有切應變。 位錯線與晶體滑移的方向相平行，即位錯線運動的方向垂直于位錯線。,72,柏氏矢量： 表示位錯的性質(zhì)的量，即表示不同類型位錯晶格畸變的大小和方向。,確定方法： 在實際晶體中，從距位錯線一定距離的無畸變區(qū)的任一原子M出發(fā)，以至相鄰原子為一步，沿逆時針方向環(huán)繞位錯

29、線作一閉合回路，稱之為柏氏回路。, 由完整晶體的回路終點Q到始點M引一矢量b，使該回路閉合，這個矢量即為這條位錯線的柏氏矢量b。, 在完整的晶體中以同樣的方向和步數(shù)做相同的回路，此時的回路沒有封閉。,73,螺型位錯的柏氏矢量： 在含有螺型位錯的實際晶體中，圍繞位錯線作一個閉合的回路。,后在完整的晶體中作相似的回路。,回路不閉合，由終點向始點引出的矢量使回路閉合，此矢量即為該螺型位錯的柏氏矢量b。,74,螺型位錯的柏氏矢量： 在含有螺型位錯的實際晶體中，圍繞位錯線作一個閉合的回路。,后在完整的晶體中作相似的回路，回路不閉合，由對比終點向始點引出的矢量使回路閉合，此矢量即為該螺型位錯的柏氏矢量b。

30、,75,柏氏矢量的特性： 用柏氏矢量可以判斷位錯的類型，而不要再去分析晶體中原子排列的具體細節(jié)。柏氏矢量位錯線，是刃位錯；柏氏矢量位錯線，是螺位錯。 用柏氏矢量可以表示位錯區(qū)域晶格畸變總量的大小。 用柏氏矢量可以表示晶體滑移的方向和大小。 一條位錯線的柏氏矢量是恒定不變的，與回路的大小、形狀、起點和具體路徑無關。 刃型位錯線和與之垂直的柏氏矢量所構成的平面是滑移面，刃位錯的滑移面只有一個。因螺位錯的位錯線柏氏矢量，所以包含柏氏矢量和位錯線的平面可以有無限個，螺位錯的滑移面是不定的，它可以在更多的滑移面上進行滑移。,76,混合型位錯 在實際晶體中，當柏氏矢量與位錯線既不平行又不垂直，而是交成任意

31、角度時，則位錯是刃型和螺型的混合類型，稱為混合型位錯。,77,位錯的滑移特征,78,79,位錯密度 單位體積中包含的位錯線的總長度，用v表示：v =L/V；也可表示為單位面積上位錯的露頭數(shù)，用s表示：s =n/s；位錯密度的量綱為L-2。實際晶體中位錯線的方向完全是任意的。 實驗結(jié)果證明：退火良好的金屬晶體，位錯密度為1081012m-2，劇烈冷加工金屬位錯密度約為1015106 m-2，和淬火低碳馬氏體中位錯密度相近。,80,81,位錯密度 單位體積中包含的位錯線的總長度，用v表示：v =L/V；也可表示為單位面積上位錯的露頭數(shù)，用s表示：s =n/s；位錯密度的量綱為L-2。實際晶體中位錯

32、線的方向完全是任意的。 實驗結(jié)果證明：退火良好的金屬晶體，位錯密度為1081012m-2，劇烈冷加工金屬位錯密度約為1015106 m-2，和淬火低碳馬氏體中位錯密度相近。,82,位錯的存在，對金屬材料的機械性能、擴散及相變等過程有著重要的影響。 如金屬中不含位錯，那么它將有極高的強度; 幾乎不含位錯的結(jié)構完整的小晶體晶須，其變形抗力很高，其抗拉強度競高達13400 MPa；,位錯密度為時，晶體的抗拉強度最小，相當于退火狀態(tài)下的晶體強度; 當經(jīng)過加工變形后，位錯密度增加，由于位錯之間的相互作用和制約，晶體的強度便又上升。,理論強度,晶須強度,合金化、加工、熱處理等,未處理的純金屬,而工業(yè)上應用

33、的退火純鐵，抗拉強度則低于300 MPa，兩者相差40多倍。如用冷塑性變形等方法使金屬中的位錯密度大大提高，則金屬的強度也可以隨之提高。,83,3、面缺陷 晶體表面： 指金屬與真空或氣體、液體等外部介質(zhì)相接觸的界面。 界面上的原子，同時受晶體內(nèi)自身原子和外部介質(zhì)原子或分子的作用力。顯然，兩作用力不會平衡，內(nèi)部原子對界面原子的作用力外部原子或分子的作用力。這樣，表面原子就會偏離其正常平衡位置，并因而牽連到鄰近的幾層原子，造成表面層的晶格畸變。,由于晶格畸變，故其能量就會升高，將單位面積上升高的能量稱為比表面能，簡稱表面能，它與表面張力同數(shù)值、同量綱，單位為J/m2。,84,影響表面能的主要因素有： 外部介質(zhì)的性質(zhì)。外部介質(zhì)的分子或原子對晶體界面原子的作用力與晶體內(nèi)部分子或原子對界面原子的作用力相差越懸殊，則表面能越大。