物理冶金原理-晶界与相界.pptx
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1、面缺陷:晶界与相界面面缺陷:晶界与相界面Structure of Grain Boundaries and Interfaces between Phases物理冶金学原理物理冶金学原理研究对象研究对象:Atomic Arrangements:Atomic Arrangements:-Crystal Structure andCrystal Structure and Defects Defects of Metals and Alloy Phasesof Metals and Alloy Phases-Phase Constitutions of Alloys-Phase Constitut
2、ions of Alloys-Microstructure of Metals and AlloysMicrostructure of Metals and Alloys-etc etcFundamentals of Metals Processing:Fundamentals of Metals Processing:-Solidification(Casting,Welding,etc)Solidification(Casting,Welding,etc)-Solid-State Phase Transformation-Solid-State Phase Transformation-P
3、lastic Deformation(hot and cold working,-Plastic Deformation(hot and cold working,forging,rolling,Mechanical Behaviorsforging,rolling,Mechanical Behaviors,etc)etc)Properties:Properties:-Mechanical-Mechanical-Functional-FunctionalNew MaterialsProcessing Innovations面缺陷:晶界与相界面面缺陷:晶界与相界面Structure of Gra
4、in Boundaries and Interfaces between Phases实际金属材料中的晶界与相界实际金属材料中的晶界与相界单相单晶材料:单相单晶材料:单相多晶材料:晶界单相多晶材料:晶界多相材料:相界面、相结构多相材料:相界面、相结构晶界及相界的结构、性晶界及相界的结构、性质、作用质、作用!材料的物理化学性能材料的物理化学性能与晶界与相界结构与晶界与相界结构物理性能:电阻、磁性、导热性物理性能:电阻、磁性、导热性化学性能:耐蚀性、化学性能:耐蚀性、室温及高温力学性能:强度、塑室温及高温力学性能:强度、塑性、韧性、裂纹扩展、氧化性能性、韧性、裂纹扩展、氧化性能工艺性能:冷变形、热
5、变形、焊工艺性能:冷变形、热变形、焊接、热处理、机械加工、接、热处理、机械加工、晶界的描述晶界的描述:5个自由度个自由度小角度晶界小角度晶界Low Angle Grain Boundaries对称倾侧小角度晶界对称倾侧小角度晶界由刃位错墙组成由刃位错墙组成Symmetric Tilt Small Angle Grain BoundariesEgb=Ee/D=Eeq/b=Gbq q/4p(1-n)ln(D/ro)q=b/DDEgb=Ee/D=Eeq q/b=Gbq q/4p p(1-n)ln(D/ro)对称倾侧小角晶界对称倾侧小角晶界HREM照片照片(高分辨透射电子显微照片)(高分辨透射电子显微
6、照片)扭转小角度晶界:扭转小角度晶界:由两列柏氏矢量由两列柏氏矢量互相垂直的螺位错组成互相垂直的螺位错组成(螺位错网)(螺位错网)Twist Small Angle Grain Boundaries大角度晶界大角度晶界High Angle Grain Boundaries重合位置点阵CSL Lattice晶界的性质重合位置点阵与大角度晶界重合位置点阵与大角度晶界Coincidence Site Lattice and Large Angle Grain Boundaries大角度晶界HREM像(CSL)晶界与晶粒取向差的关系晶界与晶粒取向差的关系纯铝晶界与晶粒取向差的关系纯铝晶界与晶粒取向差的
7、关系计算值计算值 实验值实验值晶界强化晶界强化Grain Boundary StrengtheningHall-Petch公式:公式:ts=t to o+kd-1/2 ss=s so o+kd-1/2晶界前位错塞积群数目 n (t-tt-to o)d/(bG)领先位错处的应力场 t t(r)n(t-tt-to o)=(t-tt-to o)2d/(bG)在相邻晶粒位错源S2处的分切应力t t(r)=f(r)t t(r)=f(r)(t-tt-to o)2d/(bG)当t(r)t t*时,(t*为位错源S2开动的临界应力),S2开动,相邻晶粒发生塑性变形,即材料整体开始屈服,此时的外应力t即为该多晶
8、材料的屈服应力ts f(r)(ts-t-to o)2d/(bG)t t*ts=t to o+t t*f(r)bG(-1/2)d(-1/2)Hall-Petch公式:公式:ts=t to o+kd(-1/2)S1nS2t tr晶界前位错塞积群数目 n (t-tt-to o)d/(bG)领先位错处的应力场 t t(r)n(t-tt-to o)=(t-tt-to o)2d/(bG)在相邻晶粒位错源S2处的分切应力 t t(r)=f(r)t t(r)=f(r)(t-tt-to o)2d/(bG)当t(r)t t*时,(t*为位错源S2开动的临界应力),S2开动,相邻晶粒发生塑性变形,即材料整体开始屈服
9、,此时的外应力t即为该多晶材料的屈服应力ts f(r)(ts-t-to o)2d/(bG)t t*ts=t to o+t t*f(r)bG(-1/2)d(-1/2)=t to o+kd(-1/2)晶界的性质:晶界的高能量晶界的性质:晶界的高能量位错运动的不可逾越的障碍:位错运动的不可逾越的障碍:Hall-Petch关系、细化关系、细化晶粒同时提高金属材料常温强度、塑性与韧性的唯一方法;晶粒同时提高金属材料常温强度、塑性与韧性的唯一方法;原子扩散的快速通道:原子扩散的快速通道:固态相变形核之场所:固态相变形核之场所:溶质原子平衡偏聚的场所:溶质原子平衡偏聚的场所:晶界偏聚对材料物理、晶界偏聚对材
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