刃型位错 “┻”
两种位错
螺型位错
特点：在二维方向上尺寸都很小，另一维方向上尺寸相对较长
以位错密度表示 “р” 单位 cm/cm3或cm2 └ 单位体积中所包含位错线总长度
(3).面缺陷---晶界.亚晶界 特点：在一维方向上尺寸很小，另二维方向上尺寸相对较大
“亚晶”（亚结构）或嵌镶快 晶体缺陷并非一成不变，总之，对金属的性能和行为有极重要的作用 四. 金属的结晶
凝固---物质由液态转变为固态的过程 结晶--- 凝固后得到固态物质为晶体，这个转变过程称为结晶。 不规则（液）→规则 （固） 1. 金属结晶的概念 温度---时间坐标
过冷---实际结晶温度总是低于熔点 过冷度 △T=T0-Tn “过冷” 是金属结晶的必要条件
△T与V冷.金属种类.结构.纯度有关 同一金属 V冷↑ △T↑
结晶平台：结晶潜热补偿了它向外逸散的热量，Tn不变，液.固共存。 2. 金属结晶的能量条件 高能→低能
自由能 F 结晶的驱动力 温度 T >T0 F固>F液 液体较稳
T Tn↓ △T↑ 两相F差大，结晶加速 3. 金属结晶的基本过程 自发形核 难 （1） 形成晶核 非自发形核 多 （2） 晶粒长大 ： 树枝状方式长大 4. 晶粒大小及其控制 晶粒---每个晶核长成的晶体 晶界---晶粒与晶粒的接触面 不规则 畸变 不稳定… 塑变抗力↑.强度↑.硬度↑ 晶粒小，晶界多，塑韧性好，抗力小 ∴控制晶粒要小 形核率（形核速度）N 长大率（长大速度）G 要细化 总的要 ↑N ↓G 比值N/G↑ ★细化晶粒的措施： （1） 提高金属在结晶时的冷却速度（提高过冷度）； （2） 变质处理； （3） 振动（机械.超声波…）.搅拌. 破碎晶粒 ↑N. 压力下结晶 5. 金属的铸锭组织 指宏观 （1） 表层细等轴晶区 等轴晶粒---晶粒在X.Y.Z三维方向近似相等。 特点：晶粒细小，厚度很薄，各向同性，组织致密，成分较均匀。 （2） 柱状晶区 明显的方向性 平行向液体中长大 特点：晶粒细长，⊥模壁，厚度很大，组织致密，各向异性 穿晶（横晶）----柱状晶贯穿整个铸锭各向异性 （3） 中心粗等轴晶区 V冷↓. △T小. 形核率N↓ 特点：晶粒粗大，组织疏松。 §2 合金的结构与二元合金相图 一 .合金---由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成 的具有金属特性的物质。 钢铁(Fe-C).黄铜(Cu-Zn).青铜(Cu-Sn.Cu-AI…).硬铝(AI-Cu-Mg) 系---所研究合金的系统，由相同的几个元素配制一系列不同成分的合金构 成合金系。简称系。 Fe-C系.AI-Si系.AI-Cu系… 元---组成合金最基本、能够独立存在的物质称组元。简称元。 相---一种聚集状态。合金中具有相同的化学成分，同一晶体结构，同一聚集 状态，并以界面相互分开的各个均匀组成部分称为相。 单相. 多相 相变---合金由一种相变为另一种相称为相变。 Fe在912℃ α―Fe→γ―Fe Bcc→Fcc, 液→固, 固→另一固… 二.固态合金中的相结构 固溶体 两类相结构 金属化合物 1.固溶体 组成合金的元素在固态下能够溶解某些元素（互相溶解），从而形成一种成 分和性能均匀的新相，称为固溶体。或者说溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的 合金相。 Fe-C合金 C溶于Fe中 C溶于γ―Fe (Fcc) 中 → γ固溶体(A) 叫奥氏体 C溶于α―Fe (Bcc) 中 → α固溶体(F) 叫铁素体 ☆特征：溶质原子溶入溶剂晶格中，而仍然保持溶剂的晶格。 以溶质原子在溶剂晶格中存在的位置（分布状况或溶解方式）分： 无限固溶体（连续固溶体） Cu-Ni… 置换固溶体 以溶解度分 固溶体 有限固溶体 间隙固溶体 溶质原子溶入溶剂晶格间隙中而形成的，溶解度总是 有 限的。 （1）置换固溶体 d质/d剂 >0.59 溶质原子置换溶剂原子，并置于溶剂晶格的结点上所形成的固溶体称置换固 溶体。 溶解方式叫做置换溶解。 ☆无限固溶满足三个条件： （负电性因素；尺寸因素；晶体结构因素） a.组元原子外层电子结构相近；（电化学因素的影响）（负电性因素） b.组元间原子半径相差不大（较小）；（尺寸因素）（影响溶解度重要因素） c.组元的晶格类型相同；（首先必要条件）（晶体结构因素） 组元无限固溶归纳三句话：晶格类型相同；原子大小相近；周期表中位置相近。 ★注意：三个条件必要但不充分！ 例 Cu与 γ―Fe…; Fe与Au… （2）间隙固溶体 d质/d剂 〈 0.59 奥氏体 铁素体 溶质原子溶入溶剂晶格间隙中而形成的固溶体。 取决于原子半径差和溶剂晶格中间隙半径 无序固溶体 分布任意 无规律 大多数 溶质在溶剂中分布固溶体分 有序固溶体 有规律 （3）. 固溶强化 （性能） ┗溶质原子溶入溶剂中形成的固溶体,使金属的强度.硬度升高 的现象称为固溶强化。 一种强化方式，提高材料机性的主要途径之一 固溶体σb↑. HB↑,但仍不高,仍保持相当δ.ak,工业常用作基本相,还需 一种强化相---金属化合物。 2.金属化合物 Fe3C WC … 合金中的两组元相互作用而形成的一种新相，它的晶体结构.性能.熔 点与两组元都不同，并具有金属特征，这种相称为金属化合物 。 Fe + C → Fe3C ┗Bcc.Fcc + ┗六方 ┗复杂晶格 硬 脆 δ↓ 正常价化合物 以形成分 电子化合物 间隙相 间隙化合物 具有复杂结构的间隙化合物 （1） 正常价化合物 特征：严格遵守一般化合物的原子价规律（金属化合物少数遵守，在金属学 中被叫作正常价化合物） 性能：硬度大.脆性大.合理分布于固溶体基体上起弥散强化作用。 （2） 电子化合物 与正常价化合物不同，化学式不符合（不遵守）化合价规律，而是按一定的 电子浓度组成的，所以，称为电子化合物。 所谓电子浓度.是指化合物中的价电子数与原子数之比。 价电子数 ┗ 特征：一定比值 即：电子浓度C电==----------- 原子数 性能：高熔点，高硬度，脆性大，塑性低。不适于做合金基体，如与固溶体 基体适当配合，可获得良好的机性。有色金属中为重要的强化相。 （3） 间隙化合物 碳化物 氮化物 硼化物… 不符合化合价规律 取决于二组元的原子半径 都是由过渡族金属元素（Fe.Co.Ni等）与原子直径较小的非金属元素（C.N.H. B.半径<1?）形成一种新的晶体结构化合物。（大的金属占据晶格结点，小的非 金属元素嵌入晶格间隙中）所以，称为间隙化合物。 间隙化合物分两类： a.间隙相 b.具有复杂结构的间隙化合物 d非/d金≤0.59 d非/d金>0.59 简单晶体结构 Fcc.hcp 具有复杂晶格 金属M.非金属X.化学式M4X Fe3C. Fe4W2.Cr7C3.Cr23C6 M2X.MX.MX2. ┗正交晶格 Fcc---Fe4N.TiN.TiC.VC (α=β=γ a≠b≠c) hcp---Fe2N.Cr2N.W2C dC/dFe=0.63 简单六方晶格WC 六个Fe构成一个八面体，内有一 化学成分不固定.如VC 含 个C.每个Fe为两个八面体所有 C量43~50%（原子%） ∴Fe:C=3:1 各个八面体位向不同， 金属原子可被其它金属原子所置换， Fe3C中Fe可被Mn.Cr置换形成 (FeMn)3C. (FeCr)3C合金渗碳体。 间隙相 不同与 间隙固溶体 间隙化合物特性：高熔点，高硬度，脆性大，塑性低，相对间隙相更高，都 是硬质合金.合金工具钢的重要强化相。 总结：金属化合物都是硬而脆，不能作基本相。 一般固溶体为基本相 + 分布少量金属化合物强化相（第二相.中间相.），具有足够的强度，良好的塑性，满足使用。即 机械混合物。 （4） 机械混合物 单一固溶体强度不够高，应用受限；化合物硬而脆无法用；两者混合，工业 多用。 多相. 常见 F+Fe3C→P 青铜. 黄铜. Ai—Si… 各组元仍保持原来的晶格类型；强度.硬度高于单一固溶体，但塑性.可锻性 不如单一固溶体。 ∴ 锻钢.先加热→单一固溶体（A），再锻打。 组织----显微镜下看到的具有一定形貌或形态的部分称为组织。 有单相.多相 三.二元合金相图 相图---就是表示不同浓度合金结晶过程的简明图解。或叫状态图. 平衡图 二元合金系 1. 二元合金相图的建立 0. 二元合金相图的基本类型 （1）匀晶相图 Cu-Ni Au-Ag… 特点：两组元在液态.固态均能够完全无限互溶，形成单一均匀无限固溶体。 a.相图分析 b.合金结晶过程 d. 杠杆定律及其应 (a) 两平衡相 (L+α)成分的确定 L+α.L. α.的化学成分x. x1. x2. (b) 确定两平衡相的相对重量 合金成分X L含Ni X1 α含Ni X2 设合金的总重量 100%=1 液体L重占合金总重量的百分比为QL,固体α重占合金总重量的百分比为Qα QL+Qα=100% QLX1+QαX2= X 解上述方程 X2-X X-X1 线段 X2-X1=ab QL=--------- Qα=------- X2-X =cb X2-X1 X2-X1 X-X1 =ac 即 cb ac QL=-------- Qα=------- ab ab QL cb X2-X ------- =------- = ------------- Qα ac X-X1 直接应用：距某相区远的那一段线段长与直线全长的比就等于某相的相对重量。 d. 枝晶偏析（晶内偏析） 慢冷 均匀α 快冷 偏析 晶体内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析或称晶内偏析。 呈树枝状 要消除.改善------生产中用“扩散退火”（均匀化退火）热处理-----即加热铸件 到固相线以下100~200℃温度，长时间保温，使原子经过充分扩散，使晶体内 化学成分均匀一致。 （2）共晶相图 Pb-Sn Pb-Sb…
工程材料及热加工工艺
