材料科學(xué)基礎(chǔ)綜合概念.doc

擴(kuò) 散凝固的熱力學(xué)，均勻形核、非均勻形核，長(zhǎng)大規(guī)律，固溶體凝固三種情況，成分過(guò)冷，共晶凝固的三種情況和形貌，偏析，掌握一些基本概念：擴(kuò)散定律、擴(kuò)散系數(shù)、純擴(kuò)散、化學(xué)擴(kuò)散、上坡擴(kuò)散、下坡擴(kuò)散、原子擴(kuò)散、反應(yīng)（相變）擴(kuò)散、自擴(kuò)散、互（異）擴(kuò)散、擴(kuò)散激活能，穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，擴(kuò)散通量、柯肯達(dá)爾效應(yīng)，固態(tài)金屬中原子擴(kuò)散的條件 ，擴(kuò)散定律的內(nèi)容、適應(yīng)條件、解及應(yīng)用 ，擴(kuò)散系數(shù)及其影響因素，擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力 ，固相中原子擴(kuò)散的各種機(jī)制 ，擴(kuò)散的分類1.1 擴(kuò)散的條件A、溫度（T）要足夠高。只有T足夠高，才能使原子具有足夠的激活能，足以克服周圍原子的束縛而發(fā)生遷移。如Fe原子在500 以上才能有效擴(kuò)散，而C原子在100 以上才能在Fe中擴(kuò)散B、時(shí)間(t)要足夠長(zhǎng)。擴(kuò)散原子在晶格中每一次最多遷移0.30.5n m的距離，要擴(kuò)散1的距離，必須遷移近億次。 C、擴(kuò)散原子要能固溶。擴(kuò)散原子在基體金屬中必須有一定的固溶度,能溶入基體組元晶格,形成固溶體,才能進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散。 D、擴(kuò)散要有驅(qū)動(dòng)力?；瘜W(xué)位梯度。實(shí)際發(fā)生的定向擴(kuò)散過(guò)程都是在擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力作用下進(jìn)行的1.2擴(kuò)散的分類（1）根據(jù)有無(wú)濃度變化 自擴(kuò)散：原子經(jīng)由自己元素的晶體點(diǎn)陣而遷移的擴(kuò)散。(如純金屬或固溶體的晶粒長(zhǎng)大-無(wú)濃度變化。) 互擴(kuò)散：原子通過(guò)進(jìn)入對(duì)方元素晶體點(diǎn)陣而導(dǎo)致的擴(kuò)散。（有濃度變化）（2）根據(jù)擴(kuò)散方向 下坡擴(kuò)散：原子由高濃度處向低濃度處進(jìn)行的擴(kuò)散。 上坡擴(kuò)散：原子由低濃度處向高濃度處進(jìn)行的擴(kuò)散。（3）根據(jù)是否出現(xiàn)新相 原子擴(kuò)散：擴(kuò)散過(guò)程中不出現(xiàn)新相。 反應(yīng)擴(kuò)散：由之導(dǎo)致形成一種新相的擴(kuò)散。1 擴(kuò)散的現(xiàn)象與本質(zhì) （1）擴(kuò)散：熱激活的原子通過(guò)自身的熱振動(dòng)克服束縛而遷 移它處的過(guò)程。 （2）現(xiàn)象：柯肯達(dá)爾效應(yīng)。 （3）本質(zhì)：原子無(wú)序躍遷的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。（不是原子的定向 移動(dòng)）。2.1菲克(Fick A)第一定律 （2）表達(dá)式：J= -D(dc/dx)。（C溶質(zhì)原子濃度；D-擴(kuò)散系數(shù)。符號(hào)表示擴(kuò)散的方向與濃度梯度的正方向相反） （3）適用條件：穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散 - dc/dt=0,濃度及濃度梯度不 隨時(shí)間改變。3 擴(kuò)散第二定律的應(yīng)用 （1）誤差函數(shù)解 適用條件：無(wú)限長(zhǎng)棒和半無(wú)限長(zhǎng)棒。 （恒定擴(kuò)散源 表達(dá)式：Cx=Cs(Cs-C0)erf(x/2Dt) (半無(wú)限長(zhǎng)棒)。 例：在滲碳條件下：C:x,t處的濃度； Cs:表面含碳量; C0:鋼的原始含碳量。備注 （1）對(duì)于同一擴(kuò)散系統(tǒng)、擴(kuò)散系數(shù)D與擴(kuò)散時(shí)間t的乘積為一常數(shù)。 (2) 對(duì)于鋼鐵材料進(jìn)行滲碳處理時(shí),x與t的關(guān)系是tx。2、在一根無(wú)限長(zhǎng)的棒中部插入了一層極薄的擴(kuò)散組元，組元向兩邊擴(kuò)散。這樣的擴(kuò)散又稱平面源擴(kuò)散。根據(jù)擴(kuò)散第二定律，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)處理，獲得的解是：適用條件：限定擴(kuò)散源、衰減薄膜源（擴(kuò)散物質(zhì)總量M不變；t=0,c=0)3、擴(kuò)散組元在開始時(shí)濃集于無(wú)限長(zhǎng)試樣的一側(cè)表面的擴(kuò)散情況。這時(shí)，組元只能向試樣一側(cè)擴(kuò)散，濃度分布為：3 擴(kuò)散的機(jī)制間隙機(jī)制：方式：原子躍遷到與之相鄰的空位；條件：原子近旁存在空位。（金屬和置換固溶體中原子的擴(kuò)散。）空位機(jī)制：直接換位，環(huán)形換位（擴(kuò)散需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的原子協(xié)同跳動(dòng)，所需能量較高。結(jié)果是垂直于擴(kuò)散方向平面的凈通量等于0. ）交換（換位）機(jī)制：晶界擴(kuò)散和表面擴(kuò)散：晶體內(nèi)擴(kuò)散Dl 晶界擴(kuò)散Db Qb Qs Ds Db Dl lnD1/T成直線關(guān)系， 單晶體的擴(kuò)散系數(shù)表征晶內(nèi)Dl;而多晶體的D是晶內(nèi)擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散共同作用的表征擴(kuò)散系數(shù)。晶界擴(kuò)散也有各向異性。晶界擴(kuò)散比晶內(nèi)擴(kuò)散快的多。而對(duì)于間隙固溶體,溶質(zhì)原子半徑小易擴(kuò)散,其Dl Db。晶體表面擴(kuò)散比晶界擴(kuò)散還要快。晶體缺陷對(duì)缺陷起著快速通道。在實(shí)際生產(chǎn)中這幾種擴(kuò)散同時(shí)進(jìn)行,并且在溫度較低時(shí),所起的作用更大。應(yīng)力的作用：(1) 合金內(nèi)存在應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)力提 供驅(qū)動(dòng)力F。應(yīng)力升高、F升高。 V=BF V升高 (2) 外界施加應(yīng)力,在合金中產(chǎn)生彈性應(yīng)力梯度,促進(jìn)原子遷移。 磁性: 具有磁性轉(zhuǎn)變的金屬在鐵磁性狀態(tài)下的比順磁性狀態(tài)下擴(kuò)散慢, D小一些。8 擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力與上坡擴(kuò)散（1）擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力對(duì)于多元體系，設(shè)n為組元i的原子數(shù)，則在等溫等壓條件下，組元i原子的自由能可用化學(xué)位表示：i=G/ni擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力為化學(xué)位梯度，即F=-i/x負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力指向化學(xué)位降低的方向。（2）擴(kuò)散的熱力學(xué)因子組元i的擴(kuò)散系數(shù)可表示為Di=kTMi(1+lngi/lnCi)其中，(1+lngi/lnCi)稱為熱力學(xué)因子。而擴(kuò)散通量 JiDi(dCi/dx)當(dāng)(1+lngi/lnCi) 0時(shí)，Di0,發(fā)生下 坡擴(kuò)散。 當(dāng)(1+lngi/lnCi) 0時(shí)，Di0, Gv0過(guò)冷是結(jié)晶的必要條件（之一）。 b T越大, Gv越小過(guò)冷度越大， 越有利于結(jié)晶。 c Gv的絕對(duì)值為凝固過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力。2 材料結(jié)晶的基本條件2 結(jié)構(gòu)條件（1）液態(tài)結(jié)構(gòu)模型（2）結(jié)構(gòu)起伏（相起伏）：液態(tài)材料中出現(xiàn)的短程有序原子集團(tuán)的時(shí)隱時(shí)現(xiàn)現(xiàn)象。是結(jié)晶的必要條件（之二）。3 晶核的形成均勻形核：新相晶核在遍及母相的整個(gè)體積內(nèi)無(wú)軌則均勻形成。非均勻形核：新相晶核依附于其它物質(zhì)擇優(yōu)形成。 1 均勻形核 （1）晶胚形成時(shí)的能量變化 G-VGv+A-(4/3)r3Gv+4r2 (2) 臨界晶核 dG/dr=0 rk=-2/Gv 臨界晶核：半徑為rk的晶胚。實(shí)際上，對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，由于晶體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從液態(tài)到固態(tài)的原子重構(gòu)比較容易實(shí)現(xiàn)，結(jié)晶傾向十分強(qiáng)烈，在到達(dá)形核溫度時(shí)（即達(dá)到臨界過(guò)冷時(shí)），形核速率就急劇升高。3. 2 非均勻形核（1）模型：外來(lái)物質(zhì)為一平面，固相晶胚為一球冠。（2）自由能變化：表達(dá)式與均勻形核類似。（3）臨界形核功計(jì)算時(shí)利用球冠體積、表面積表達(dá)式，結(jié)合平衡關(guān)系 L/B=S/B+S/Lcos計(jì)算能量變化和臨界形核功。Gk非/Gk=(2-3cos+cos3)/4若=0，f()=0，相當(dāng)于基底和晶核結(jié)構(gòu)相同，G非=0，可以直接長(zhǎng)大，這稱為外延生長(zhǎng)。若 =180， f()= 1，晶核和背底完全不浸潤(rùn)。 G非= G均，相當(dāng)于均勻形核。在0 180時(shí)，0f(q)1， G非G才會(huì)存在成分過(guò)冷。4.2.2 成分過(guò)冷對(duì)晶體成長(zhǎng)形狀的影響1、若界面前沿沒有成分過(guò)冷，界面是平面，界面隨著等溫線推進(jìn)而推進(jìn)。2、界面前沿的成分過(guò)冷不大時(shí)，界面只能有凸出不大的胞晶，胞邊上的凹谷不會(huì)相互連接，只有一些分離的小凹坑，稱之為痘點(diǎn)。一個(gè)凸出的部分并不是一個(gè)晶粒。3、界面界面前沿的組分過(guò)冷增大，界面上的胞晶凸出多一些，胞晶是不規(guī)則的，邊上的凹谷部分連接出來(lái)，形成斷續(xù)的不規(guī)則溝槽網(wǎng)絡(luò)。4、組分過(guò)冷再加大，不規(guī)則胞晶邊的凹谷溝槽完全連接起來(lái)。5、成分過(guò)冷繼續(xù)增大，形成伸長(zhǎng)的胞晶，組分過(guò)冷很大時(shí)，胞晶大體是正六邊形。應(yīng)該注意，在一個(gè)晶粒發(fā)展起來(lái)的胞晶是亞結(jié)構(gòu)，它們間的邊界是小角度晶界，取向差15。5.1 共晶體的結(jié)構(gòu)1、兩個(gè)低熔化熵的組元組成的共晶（正常形貌)正常共晶體的兩個(gè)固相和液相的界面都是非光滑的，共晶體和液相的界面呈平面狀，在成長(zhǎng)著的共晶前沿是比較平整的。共晶體中兩相同時(shí)協(xié)同地向液相生長(zhǎng)，它們或成交替片狀或是棒狀的組織。正常共晶凝固的共晶體組織形貌究竟是片層狀或是棒狀，是由共晶組織的總界面能決定。據(jù)計(jì)算，若兩相中的一相體積占約28%以下為棒狀，否則為片層狀。另外，片層狀組織的相界是平面，兩相可能呈某種取向關(guān)系以降低比界面能。因此，當(dāng)一相體積在30%50%時(shí)，總是有利于片層組織的形成。片層共晶片層共晶的形核和長(zhǎng)大共晶凝固時(shí)同時(shí)結(jié)晶出2個(gè)固相，但總是有一個(gè)相領(lǐng)先形核。并會(huì)排出（或吸收）溶質(zhì)原子，使界面附近液相富（或貧）溶質(zhì)原子，這有利于另一相的結(jié)晶。另一相結(jié)晶時(shí)也如此，于是就形成了兩相的交替組織。共晶中兩相交替成長(zhǎng)，并不意味著共晶中每一片都要單獨(dú)形核。實(shí)際上是通過(guò)”搭橋”方式相連接的，使同類相的片層增殖形成一個(gè)共晶團(tuán)。共晶長(zhǎng)大速度因片層間距而受兩個(gè)相反的因素制約： 片層間距減小時(shí)，擴(kuò)散距離減小因而可以加快共晶速度； 又因片層間距減小，側(cè)向的濃度差減小而減小濃度梯度，因而可以減慢共晶速度。這兩個(gè)因素的共同作用，使共晶按某個(gè)特定的片層間距以最大的速度長(zhǎng)大。2、 低熔化熵和高熔化熵的組元組成的共晶（異常形貌)在異常共晶凝固中，共晶體中一個(gè)固相的界面是光滑的，共晶中的一個(gè)固相通常比另一固相率先伸入液體中，共晶體的前沿是不規(guī)則的。共晶體的形貌非常多樣化3、 兩個(gè)高熔化熵的組元組成的共晶（不規(guī)則形貌）5.2 第三組元對(duì)共晶凝固的影響共晶凝固的平面前沿并不總是穩(wěn)定的。如果二元共晶合金中含有雜質(zhì)或其它少量合金元素，它們?cè)诠桃合嗟闹匦路峙洌赡茉诮缑媲把亟⒁粋€(gè)成分過(guò)冷區(qū)，從而造成共晶領(lǐng)域界面向胞狀（共晶領(lǐng)域內(nèi)兩相仍為層狀或棒狀）的轉(zhuǎn)變，這樣共晶中的兩相就會(huì)改變方向，形成扇狀或其它形狀的異常組織。一般在胞壁間富集雜質(zhì)。當(dāng)雜質(zhì)含量很高時(shí)，這種胞狀組織也會(huì)發(fā)展轉(zhuǎn)化成為樹枝狀組織。5.3 非共晶成分合金的凝固 定向凝固 存在兩相區(qū)，在兩相區(qū)內(nèi)有樹枝狀先共晶相，樹枝主干及二次（高次）枝晶長(zhǎng)大時(shí)把溶質(zhì)排出到界面附近的液相中，當(dāng)溶質(zhì)富集到達(dá)共晶成分CE時(shí)便凝固成共晶，相應(yīng)的溫度是共晶溫度。在非平衡冷卻會(huì)使先共晶相出現(xiàn)偏析，共晶的相對(duì)量會(huì)增加。6.1.1鑄錠的凝固外層是隨機(jī)取向的等軸細(xì)晶的細(xì)晶區(qū)，又稱激冷區(qū)；平行于熱流方向排列的柱狀晶晶區(qū)；在鑄錠中心的較粗大的隨機(jī)取向等軸晶粒的等軸晶區(qū)。這3個(gè)晶區(qū)的相對(duì)厚度（或有無(wú)）取決于鑄錠的成分及凝固條件。各晶區(qū)產(chǎn)生的原因：細(xì)晶區(qū)(激冷區(qū)) 溫度較低的模壁使與之接觸的液體會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的過(guò)冷而形成的。當(dāng)模壁被加熱以后，這些晶體在湍流熔液的影響下，有很多從模壁上脫離下來(lái)。它們可能留下來(lái)或大部分重新熔化，只有那些仍然靠近模壁的晶粒成長(zhǎng)而形成細(xì)晶區(qū)。柱狀晶區(qū)前沿不易形核，隨著液相溫度逐漸降低，已生成的晶體向液體內(nèi)生長(zhǎng)而形成柱狀晶。大的溫度梯度和金屬模促進(jìn)形成柱狀晶.它們也可能是樹枝晶，并且有擇尤取向（鑄造織構(gòu)）。柱狀晶區(qū)的厚度主要由等軸晶區(qū)的出現(xiàn)早晚所控制。等軸晶區(qū) 開始凝固的等軸激冷晶游離以及枝晶的熔斷而產(chǎn)生大量游離自由細(xì)晶體，它們隨熔液對(duì)流漂移到鑄錠中心部分，如果中心部分熔液有過(guò)冷，則這些游離細(xì)晶體作為籽晶最終長(zhǎng)成中心的等軸晶區(qū)。游離細(xì)晶越易形成，以后的中心等軸晶區(qū)越大。游離晶體的形成過(guò)程有兩個(gè)來(lái)源：一、是從最早激冷過(guò)程的模臂游離出來(lái)；二、從成長(zhǎng)的枝晶有利出來(lái)的。 晶體與模壁的相交處熔液將會(huì)富集溶質(zhì)原子，使晶粒晶體與模壁的相交處熔液將會(huì)富集溶質(zhì)原子，使晶粒不易生長(zhǎng)，在晶體根部形成脖頸。脖頸的晶體不易沿模壁方向與鄰近晶體連接成凝固殼，在液體對(duì)流沖擊下會(huì)斷開而成游離晶體。隨著溫度降低，對(duì)流減弱，這種游離也減弱，最后形成凝固殼。形成凝固殼后，由于如振動(dòng)等其它原因也會(huì)使部分枝晶斷開而游離。游離晶體在移動(dòng)的過(guò)程中有可能重熔，亦可能成長(zhǎng)和增殖。6.1.2 鑄錠組鑄錠組織的控制 決定鑄錠性能的最重要因素是柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)的相對(duì)寬度、中心等軸晶區(qū)晶粒的大小等。各晶區(qū)的特點(diǎn): 細(xì)晶區(qū)通常只有幾個(gè)晶粒厚，其作用有限。 柱狀晶區(qū)中常有擇尤取向（織構(gòu)），在平行的柱狀晶接觸面及柱狀晶粒界面常常聚集雜質(zhì)、非金屬夾雜物和氣泡等，是鑄錠的脆弱結(jié)合面，鑄錠熱加工時(shí)很容易沿這些面斷裂。但柱狀晶區(qū)組織較為致密。等軸晶沒有擇尤取向，沒有脆弱的界面，性能是各向同性，含有較多的氣孔和疏松。加載時(shí)裂紋不易生長(zhǎng)。6.1.3 偏析一、宏觀偏析指和工件尺寸相當(dāng)?shù)某叨确秶鷥?nèi)的成分不均勻性；鑄件鑄錠的內(nèi)外或上下各部位之間化學(xué)成分的不均勻性。鑄錠或鑄件的宏觀偏析主要有正常偏析，反常偏析和比重偏析等三種： 正常偏析 對(duì)于k01，則相反），這樣的成分差異是正常的，故稱為正常偏析。這種偏析通常是凝固的液/固界面呈平面狀或近乎平面狀才有可能產(chǎn)生。如果枝晶狀組織得到充分發(fā)展，由于明顯的枝晶偏析，使鑄錠中心部分不會(huì)富集很多的溶質(zhì)。 反常偏析 成分分布的情況與正常偏析的正好相反。引起反常偏析原因一般認(rèn)為是在枝晶最后凝固時(shí)由于體積收縮，富集溶質(zhì)的液體沿枝晶間的間隙通道倒流回收縮區(qū)域，使鑄錠外層溶質(zhì)濃度反常地高。顯然凝固時(shí)膨脹的合金（這類合金很少），一定不會(huì)產(chǎn)生反常偏析。比重偏析 如果結(jié)晶出來(lái)的固相和液相的密度差別很大，結(jié)晶出來(lái)的固相就會(huì)上浮或下沉，而開始結(jié)晶的固相含溶質(zhì)少（k01），這就在鑄錠上、下部造成成分的差異。因固相密度不同而引起的成分不均勻性稱比重偏析。2、 顯微偏析指在二次枝晶軸間距尺度范圍內(nèi)的成分不均勻性。顯微偏析分為胞狀偏析、枝晶偏析和晶界偏析三種。胞狀偏析 單相合金凝固當(dāng)組分過(guò)冷不大時(shí)，界面以胞狀前沿推進(jìn)。k01時(shí)情況恰好相反。稱胞狀偏析。胞狀偏析可以通過(guò)擴(kuò)散退火來(lái)減輕或消除。 枝晶偏析 合金在樹枝狀凝固時(shí)，溶質(zhì)在枝晶間富集（k01），這就是枝晶偏析，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)第二相。 冷卻速度越快，擴(kuò)散越不充分，擴(kuò)散系數(shù)DS越小，相圖中液固相線水平距離（成分間隔）越大，偏析越嚴(yán)重；第三組元使某元素的溶質(zhì)平衡分配系數(shù)k0減?。╧01），則偏析加大。晶界偏析 凝固時(shí)若晶界與長(zhǎng)大方向平行，由于表面能的要求，在晶界與界面相交之處會(huì)產(chǎn)生溝槽，在晶界溝槽處產(chǎn)生明顯的偏析。若存在組分過(guò)冷時(shí)，會(huì)在晶界溝槽處產(chǎn)生明顯的偏析。在2個(gè)長(zhǎng)大的晶粒相碰時(shí)形成晶界，晶界收納了較多的溶質(zhì)原子（k01），也會(huì)形成晶界偏析。熔焊： 熔焊焊接時(shí)，焊條和基體金屬之間產(chǎn)生電弧，基體金屬和焊條熔化，形成熔池，隨著焊接電弧移動(dòng)，一邊產(chǎn)生熔池而另一邊則是熔池的凝固，這個(gè)過(guò)程和連續(xù)鑄造過(guò)程很相似。由于在熔池中有金屬-氣體、金屬-液體的交互作用，熔池的凝固及凝固后的固態(tài)轉(zhuǎn)變，熱影響區(qū)的固態(tài)轉(zhuǎn)變等，使焊接后的組織非常復(fù)雜。7. 凝固法制備材料區(qū)域熔煉： 如果合金通過(guò)由試樣一端向一端另局部熔化，經(jīng)過(guò)區(qū)域熔煉的固溶體合金，其溶質(zhì)濃度隨距離的變化與正常凝固有所不同的，其變化符合區(qū)域熔煉方程： Cs=C01-(1-K0)exp(-k0x/l)該式表示經(jīng)一次區(qū)域熔煉后隨凝固距離變化的固溶體質(zhì)量濃度。當(dāng)k01時(shí)，凝固前端部分的溶質(zhì)濃度不斷降低，后端部分不斷地富集，這使固溶體經(jīng)區(qū)域熔煉后的前端部分因溶質(zhì)減少而得到提純，因此區(qū)域熔煉又稱為區(qū)域提純。區(qū)域提純已廣泛應(yīng)用于提純?cè)S多半導(dǎo)體材料、金屬、有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物等。定向凝固： 單向凝固的目的是為了使鑄件或鑄錠獲得按一定方向生長(zhǎng)的柱狀晶或單晶組織。需要滿足以下條件： 首先，要在開始凝固的部位形成穩(wěn)定的凝固殼。該條件可通過(guò)各種激冷措施達(dá)到。 其次，要確保凝固殼中的晶粒按既定方向通過(guò)擇優(yōu)生長(zhǎng)而發(fā)展成平行排列的柱狀晶組織。這個(gè)條件可通過(guò)下述措施來(lái)滿足： 1、嚴(yán)格的單向散熱。 2、要有足夠大的GL/R，以使成分過(guò)冷限制在允許的范圍以內(nèi)。3、要避免液態(tài)金屬的對(duì)流、攪拌和振動(dòng)，從而阻止界面前方的晶粒游離。液態(tài)金屬冷卻法 使結(jié)晶器連同鑄型在移出隔板后盡快浸入低熔點(diǎn) 、高沸點(diǎn)的液態(tài)金屬中，利用液態(tài)金屬的高散熱能力使凝固區(qū)激冷。單晶制備： 根據(jù)熔區(qū)的特點(diǎn)，單晶生長(zhǎng)的方法可以分為正常凝固法和區(qū)熔法。正常凝固法制備單晶，最常用的有坩堝移動(dòng)、爐體移動(dòng)及晶體提拉等單向凝固方單晶體的直徑取決于熔體溫度和拉速。減少功率和降低拉速，晶體直徑增加，反之直徑減小。由一個(gè)柱狀晶構(gòu)成的鑄件稱為單晶或準(zhǔn)單晶鑄件。由于它不存在晶界，沒有晶界強(qiáng)化元素，因而具有良好的持久壽命，低的蠕變速度和好的熱疲勞性能，并且由于產(chǎn)生偏析的晶界被排除，從而使抗氧化、抗熱腐蝕性能大大提高。單晶鑄件用于航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱端零件制造， 快速冷凝制備金屬玻璃： 區(qū)域熔化液態(tài)金屬冷卻法采用在距冷卻金屬液面較近的特定位置加熱，使液相中最高溫度區(qū)盡量靠近凝固界面，使界面前沿液相中的溫度分布變陡，可進(jìn)一步提高溫度梯度。如果采用區(qū)域熔化法加熱結(jié)合液態(tài)金屬冷卻，就形成了區(qū)域熔化液態(tài)金屬冷卻單向凝固法7.4 快速凝固 實(shí)現(xiàn)快速凝固需要使液相在結(jié)晶以前獲得很大的過(guò)冷。要求：高的冷卻速度和 避免非均勻形核以獲得大的過(guò)冷。8 非晶態(tài)材料非晶態(tài)可由氣相、液相快冷形成，也可在固態(tài)直接形成 合金由液相轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)（金屬玻璃）的能力，既決定于冷卻速度也決定于合金成分。熔體急冷 ，高能幅照，機(jī)械驅(qū)動(dòng)（如高能球磨、高速?zèng)_擊等劇烈形變方式）從原先的有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)序結(jié)構(gòu)，這類轉(zhuǎn)變都?xì)w因于晶體中產(chǎn)生大量缺陷使其自由能升高，促使發(fā)生非晶化。8.1 非晶態(tài)的結(jié)構(gòu) 非晶結(jié)構(gòu)不同于晶體結(jié)構(gòu)，它既不能取一個(gè)晶胞為代表，且其周圍環(huán)境也是變化的，故測(cè)定和描述非晶結(jié)構(gòu)均屬難題，只能統(tǒng)計(jì)性地表達(dá)之。 在非晶態(tài)合金中異類原子的分布也不是完全無(wú)序的，如BB近鄰原子對(duì)就不存在，故實(shí)際上非晶合金仍具有一定程度的化學(xué)序。 8.2 非晶合金的性能1力學(xué)性能 非晶合金的力學(xué)性能主要表現(xiàn)為高強(qiáng)度和高斷裂韌性.非晶合金的強(qiáng)度與組元類型有關(guān)，金屬類金屬型的強(qiáng)度高（如Fe80B20非晶），而金屬一金屬型則低一些（如Cu50Zr50非晶）。非晶合金的塑性較低，在拉伸時(shí)小于l，但在壓縮、彎曲時(shí)有較好塑性，壓縮塑性可達(dá)40 ，2物理性能 高的電阻率小的電阻溫度系數(shù)最令人注目的是其優(yōu)良的磁學(xué)性能，包括軟磁性能和硬磁性能。使非晶合金部分晶化后可獲得1020nm尺度的極細(xì)晶粒，因而細(xì)化磁疇，產(chǎn)生更好的高頻軟磁性能。有些非晶合金具有很好的硬磁性能，其磁化強(qiáng)度、剩磁、矯頑力、磁能積都很高，例如 NdFeB非晶合金經(jīng)部分晶化處理后（1450nm尺寸晶粒）達(dá)到目前永磁合金的最高磁能積值，是重要的永磁材料3化學(xué)性能 極佳的抗腐蝕性，這是由于其結(jié)構(gòu)的均勻性，不存在晶界、位錯(cuò)、沉淀相以及在凝固結(jié)晶過(guò)程產(chǎn)生的成分偏析等能導(dǎo)致局部電化學(xué)腐蝕的因素。物理氣相沉積PVD （Physics Vapor Deposition，主要是在真空環(huán)境下利用各種物理手段或方法沉積薄膜?；騿尉Щ瘜W(xué)氣相沉積 CVD(Chemical Vapor Deposit）是一種化學(xué)氣相生長(zhǎng)法，把一種或幾種化合物的單質(zhì)氣體供給基片，利用加熱、等離子體、紫外光乃至激光等能源，在基片表面發(fā)生氣相化學(xué)反應(yīng)生成薄膜。優(yōu)點(diǎn)：可以任意控制薄膜的組成，從而制得許多新的膜材。成膜速度快，每分鐘可達(dá)幾個(gè)m，甚至數(shù)百m。（3）計(jì)算棒中單相固溶體段的平均原子濃度凝固例題1.面積法2.質(zhì)量守恒法：溶質(zhì)原子質(zhì)量守恒第七章 材 料 的 變 形 與 斷 裂退火純銅拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線:（1）s表示開始塑性變形的應(yīng)力，稱為屈服強(qiáng)度。（2）加工硬化：超過(guò)s點(diǎn)后，應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系就不再是線性；隨著變形程度的增加，變形的抗力也增加，要繼續(xù)變形必須增加外力，這種現(xiàn)象稱加工硬化。 （3）抗拉強(qiáng)度：曲線中的最高點(diǎn)，是材料極限承載能力的標(biāo)志。 （4）頸縮：在應(yīng)力未達(dá)到以前，試樣只發(fā)生均勻伸長(zhǎng)，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到時(shí)，試樣局部地方截面積開始變細(xì)的現(xiàn)象，力學(xué)上也稱開始失穩(wěn)。 （5）注意：畫出的是條件應(yīng)力-應(yīng)變曲線，材料的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線是可求的。延伸率 （L-L0）/L0100斷面收縮率 （A-A0）/A01003. 滑移:常溫下塑性變形的主要方式：滑移、孿生、扭折。 滑移：在切應(yīng)力作用下，晶體的一 部分相對(duì)于另一部分沿著一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）產(chǎn)生相對(duì)位移，且不破壞晶體內(nèi)部原子排列規(guī)律性的塑變方式光鏡下：滑移帶（無(wú)重現(xiàn)性）:是由一系列相互平行的更細(xì)的線組成的電境下：滑移線?；凭€實(shí)際上是在晶體表面產(chǎn)生的小臺(tái)階。3 滑移機(jī)制（1）位錯(cuò)的寬度：晶體中已滑移的部分與未滑移的部分之間過(guò)渡區(qū) （2）原因：兩種能量平衡的結(jié)果：界面能、彈性畸變能。（3）位錯(cuò)寬度是影響位錯(cuò)是否容易運(yùn)動(dòng)的重要參數(shù)。位錯(cuò)寬度越大，位錯(cuò)就越易運(yùn)動(dòng)。 從能量角度看，位錯(cuò)寬度大時(shí)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)所需克服的能壘小，而位錯(cuò)寬度窄時(shí)需克服的能壘大位錯(cuò)所受滑移力大于滑移的阻力時(shí)，位錯(cuò)就可滑動(dòng)。位錯(cuò)核心區(qū)域的原子錯(cuò)排導(dǎo)致位錯(cuò)核心具有能量并阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)位錯(cuò)在周期排列的點(diǎn)陣移動(dòng)時(shí)會(huì)改變其能量，從而位錯(cuò)移動(dòng)時(shí)受到周期性的晶格阻力，稱Peierls-Nabarro力:派納力都和exp(-a/b)成正比，位錯(cuò)處在低指數(shù)面，柏氏矢量為密排方向時(shí)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)要克服的派納力最小，位錯(cuò)最易動(dòng)，位錯(cuò)寬度越窄，派納力越高。密排金屬位錯(cuò)寬度較大，派納力很小，甚至可忽略；而一些如硅和金剛石等共價(jià)鍵的晶體，位錯(cuò)寬度很窄，派納力很高以致幾乎不能變形。派納力和晶體的屈服應(yīng)力有區(qū)別，派納力是位錯(cuò)在晶體中滑移所需臨界分切應(yīng)力，而屈服應(yīng)力是晶體宏觀塑性形變臨界分切應(yīng)力。3.3 滑移系滑移系：一個(gè)滑移面和該面上一個(gè)滑移方向的組合。滑移系的個(gè)數(shù):(滑移面?zhèn)€數(shù)）（每個(gè)面上所具有的滑移方向的個(gè)數(shù)）滑移系數(shù)目與材料塑性的關(guān)系: 一般滑移系越多，塑性越好；與滑移面密排程度和滑移方向個(gè)數(shù)有關(guān)；與同時(shí)開動(dòng)滑移系數(shù)目有關(guān)。4 孿晶變形 孿晶變形是在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定晶面(孿晶面)和一定方向(孿生方向)相對(duì)于另一部分作均勻的切變（協(xié)同位移）所產(chǎn)生的變形。但是不同的層原子移動(dòng)的距離也不同。變形與未變形的兩部分晶構(gòu)成鏡面對(duì)稱,合稱為孿晶（twin）。 均勻切變區(qū)與未切變區(qū)的分界面成為孿晶界。 孿晶面 A1111,A2112,A31012孿晶方向A1, A2,A3 FCC晶體的孿生面是（111），孿生方向是11-2 。fcc中孿生時(shí)每層晶面的位移是借助于一個(gè)不全位錯(cuò)（b=a/611-2）的移動(dòng)造成的，各層晶面的位移量與其距孿晶面的距離成正比。孿晶在顯微鏡下觀察呈帶狀或透鏡狀。每層（111）面的原子都相對(duì)于鄰層（111）晶面在11-2 方向移動(dòng)了此晶向原子間距的一個(gè)分?jǐn)?shù)值孿晶與未變形的基體間以孿晶面為對(duì)稱面成鏡面對(duì)稱關(guān)系。如把孿晶以孿晶面上的11-2 為軸旋轉(zhuǎn)180度，孿晶將與基體重合。其他晶體結(jié)構(gòu)也存在孿生關(guān)系，但各有其孿晶面和孿晶方向?qū)\晶的類型及形成:按孿晶（twin）形成原因可將孿晶分為： 變形孿晶(機(jī)械孿晶)：機(jī)械變形產(chǎn)生的孿晶。 特征：透鏡狀或片狀。其形成通過(guò)形核和長(zhǎng)大兩個(gè)階段生產(chǎn)。形核是在晶體變形時(shí)以極快速度爆發(fā)出薄片孿晶；生長(zhǎng)是通過(guò)孿晶界的擴(kuò)展使孿晶增寬。 孿生變形在曲線上表現(xiàn)為鋸齒狀變化。孿生變形與晶體結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。hcp中易發(fā)生，fcc一般不易發(fā)生，但在極低溫度下才會(huì)產(chǎn)生。 生長(zhǎng)孿晶：晶體自氣態(tài)，液態(tài)，或固體中長(zhǎng)大時(shí)形成的孿晶。 退火孿晶：形變金屬在其再結(jié)晶過(guò)程中形成的孿晶。5 單晶體的塑性變形滑移的臨界分切應(yīng)力（ttc）c：在滑移面上沿滑移方面開始滑移的最小分切應(yīng)力。(外力在滑移方向上的分解)位向和晶面的變化:拉伸時(shí),滑移面和滑移方向趨于 平行于力軸方向; 壓縮時(shí)，晶面逐漸趨于垂直于壓力軸線。取向因子的變化幾何硬化：遠(yuǎn)離45，滑移變得困難幾何軟化；接近45，滑移變得容易滑移的分類:多滑移：在多個(gè)（2）滑移系上同時(shí)或交替進(jìn)行的滑移交滑移：交滑移：晶體在兩個(gè)或多個(gè)不同滑移面上沿同一滑移方向進(jìn)行的滑移。螺位錯(cuò)的交滑移：螺位錯(cuò)從一個(gè)滑移面轉(zhuǎn)移到與之相交的另一滑移面的過(guò)程；螺位錯(cuò)的雙交滑移：交滑移后的螺位錯(cuò)再轉(zhuǎn)回到原滑移面的過(guò)程。螺全位錯(cuò)可交滑移，但分解成擴(kuò)展位錯(cuò)后部分位錯(cuò)離開層錯(cuò)所在的面會(huì)引起嚴(yán)重錯(cuò)排。所以擴(kuò)展位錯(cuò)交滑移前一定要以一定方式變回全位錯(cuò)才能交滑移。交滑移的注意點(diǎn):交滑移不是幾個(gè)面“同時(shí)”，而是“順序”滑動(dòng)。只有螺型位錯(cuò)才可以交滑移。 bccfcc hcp（交滑移） hcp bcc，fcc （孿晶變形）層錯(cuò)能越低，位錯(cuò)寬度就越大，交滑移束集是做功也越大。對(duì)低層錯(cuò)能材料，位錯(cuò)很難交滑移，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是平面型的，稱平面滑動(dòng)。對(duì)高層錯(cuò)能材料，位錯(cuò)容易交滑移，滑移線呈波紋狀，稱波紋滑動(dòng)。交滑移容易與否，對(duì)材料的應(yīng)變硬化有很大的影響。層錯(cuò)能越低，位錯(cuò)不易通過(guò)交滑移越過(guò)遇到的障礙，從而加大了應(yīng)變硬化。等效滑移系：各滑移系的滑移面和滑移方向與力軸夾角分別相等的一組滑移系?；频谋砻婧圹E:單滑移：?jiǎn)我环较虻幕茙?；多滑移：相互交叉的滑移帶；由于多個(gè)滑移系開動(dòng)，位錯(cuò)交截產(chǎn)生割階及位錯(cuò)帶著割階運(yùn)動(dòng)等原因使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增加，因而強(qiáng)度也增加。交滑移：波紋狀的滑移帶。對(duì)高層錯(cuò)能材料，位錯(cuò)容易交滑移，滑移線呈波紋狀多晶體中晶粒取向:1 晶粒之間變形的傳播 位錯(cuò)在晶界塞積應(yīng)力集中相鄰晶粒位錯(cuò)源開動(dòng) 相鄰晶粒變形 塑變2 晶粒之間變形的協(xié)調(diào)性（1）原因：各晶粒之間變形具有非同時(shí)性。（2）要求：各晶粒之間變形相互協(xié)調(diào)。（獨(dú)立變形會(huì)導(dǎo)致晶體分裂）（3）條件：獨(dú)立滑移系5個(gè)。（保證晶粒形狀的自由變化）3 晶界對(duì)變形的阻礙作用晶界的特點(diǎn)：原子排列不規(guī)則；分布有大量缺陷。晶界對(duì)變形的影響:滑移、孿生多終止于晶界,極少穿過(guò)。晶界對(duì)晶粒變形具有阻礙作用。拉伸試樣變形后在晶界處呈竹節(jié)狀，每個(gè)晶粒中的滑移帶均終止于晶界附近，晶界附近位錯(cuò)塞積.晶界本身對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不是主要的，而對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)主要來(lái)自晶粒間的取向差。因相鄰晶粒取向不同，為保持形變時(shí)應(yīng)變連續(xù)，各晶粒形變要協(xié)調(diào)，在晶界附近會(huì)進(jìn)行多系滑移，正是這些多系滑移增加了形變阻力，從而增加強(qiáng)度。晶界對(duì)硬度的影響：形變時(shí)宏觀協(xié)調(diào)的難易與晶粒尺寸相關(guān)：晶粒小時(shí)各晶粒間形變比較均勻。晶粒越大，形變?cè)讲痪鶆颍Я！八榛钡默F(xiàn)象越強(qiáng)烈。大晶粒形變要求局部開動(dòng)比較少的滑移系(少于5個(gè))，結(jié)果流變應(yīng)力會(huì)降低。晶粒大小與性能的關(guān)系：a 、晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高(細(xì)晶強(qiáng)化：霍爾配奇公式)ss=s0+kyd-1/20稱晶內(nèi)阻力或晶格摩擦力；ky是和晶格類型、彈性模量、位錯(cuò)分布及位錯(cuò)被釘札程度有關(guān)的常數(shù)。 除屈服強(qiáng)度外，流變應(yīng)力、斷裂強(qiáng)度等與晶粒尺寸間也有H-P關(guān)系，但0與ky常數(shù)的意義及數(shù)值不同。 原因：晶粒越細(xì)，晶界越多，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力越大。（有尺寸限制）b 、晶粒越細(xì)，塑韌性提高晶粒越多，變形均勻性提高由應(yīng)力集中導(dǎo)致的開裂機(jī)會(huì)減少，可承受更大的變 形量，表現(xiàn)出高塑性。細(xì)晶粒材料中，應(yīng)力集中小，裂紋不易萌生；晶界多，裂紋不易傳播，在斷裂過(guò)程中可吸收較多能量,表現(xiàn)高韌性?！熬ЯＴ郊?xì)，材料的強(qiáng)度越高”規(guī)律的解釋用晶界位錯(cuò)塞積模型。 假如，某晶粒中心有一位錯(cuò)源，在外加切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)沿著某一個(gè)滑移面運(yùn)動(dòng)。如果遇到障礙物（固定位錯(cuò)、雜質(zhì)粒子、晶界）的阻礙，領(lǐng)先的位錯(cuò)在障礙前被阻止，后續(xù)的位錯(cuò)被堵塞起來(lái)。形成位錯(cuò)的平面塞積群，稱為位錯(cuò)塞積。位錯(cuò)塞積群的位錯(cuò)數(shù)n與障礙物至位錯(cuò)源的距離L呈正比。塞積群在障礙處產(chǎn)生高度應(yīng)力集中，其值為：= n0 L越大，n越多，越大晶界附近的塞積的位錯(cuò)數(shù)目多少與晶粒大小正相關(guān)。位錯(cuò)塞積后對(duì)晶粒中心位錯(cuò)源有一反作用力或稱背應(yīng)力。粗晶粒能在較低的外力下就開始塑性變形，在斷裂前的應(yīng)變最也較低。 粗晶粒容易萌生裂紋，斷裂時(shí)顯示的塑性也較低7 純金屬的變形和強(qiáng)化變形強(qiáng)化（加工硬化）：隨變形量的增加，材料的強(qiáng)度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。多種機(jī)制：位錯(cuò)滑動(dòng)和位錯(cuò)交割，增加阻力。（位錯(cuò)的交割）F-R源不斷產(chǎn)生位錯(cuò)。（位錯(cuò)的增殖）形成的L-C不動(dòng)位錯(cuò)增大了形變的抗力。（位錯(cuò)的反應(yīng)）由局部應(yīng)力場(chǎng)（短程交互作用）引起硬化7.1 位錯(cuò)的交割 發(fā)生多系滑移之后，兩個(gè)相交滑移面上運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)必然會(huì)互相交截，原來(lái)一直線位錯(cuò)經(jīng)交截后就會(huì)出現(xiàn)彎折部分。 如此彎折部分仍在滑移面上，這叫扭折。 如彎折不在滑移面上，這一線段叫割階。對(duì)性能影響：增加位錯(cuò)長(zhǎng)度，產(chǎn)生固定割階。兩位錯(cuò)交割的定性結(jié)論：a. 任意兩種類型位錯(cuò)相互交割時(shí)，只要是形成割階，必為刃形割階，割階的大小與方向取決于穿過(guò)位錯(cuò)的柏氏矢量 b. 螺位錯(cuò)上的割階比量位錯(cuò)上的割階運(yùn)動(dòng)阻力大。 （如一條位錯(cuò)b與另一條位錯(cuò)線平行，則對(duì)此條位錯(cuò)沒有作用）7.2 位錯(cuò)反應(yīng)兩滑移面上的位錯(cuò)相遇，在一定條件下可發(fā)生位錯(cuò)，形成一個(gè)不可動(dòng)的位錯(cuò) 新位錯(cuò)的特性 a.新位錯(cuò)的位錯(cuò)線即為兩滑移面的交線 b.此位錯(cuò)是不可動(dòng)的，通常稱之為梯桿位錯(cuò) c.這種位錯(cuò)的結(jié)合稱之為洛麥爾-柯垂?fàn)栨i(L-C鎖d.由于面角位錯(cuò)鎖的存在，使得兩個(gè)滑移面上隨后運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)受到阻塞，這是引起加工硬化的一個(gè)可能原因。 7.3 位錯(cuò)的增殖金屬變形后產(chǎn)生大量位錯(cuò)，是引起強(qiáng)化的一個(gè)原因。 理論和實(shí)驗(yàn)證明：流變應(yīng)力和位錯(cuò)密度之間關(guān)系： 金屬變形后會(huì)引起位錯(cuò)大量增殖之原因： F-R源（弗蘭克-瑞德源） 雙交滑移機(jī)制 F-R源：位錯(cuò)兩端被釘扎，在切應(yīng)力作用下發(fā)生彎曲；位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生卷曲；異號(hào)位錯(cuò)相遇一位錯(cuò)環(huán)+一位 錯(cuò)線；上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行。合金的變形與強(qiáng)化： （1）固溶強(qiáng)化：固溶體材料隨溶質(zhì)含量提高其強(qiáng)度、硬度提高而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。 （2）強(qiáng)化機(jī)制：晶格畸變，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)；柯氏氣團(tuán)強(qiáng)化。 低碳鋼在上屈服點(diǎn)開始塑性變形，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到上屈服點(diǎn)之后開始應(yīng)力降落，在下屈服點(diǎn)發(fā)生連續(xù)變形而應(yīng)力并不升高，即出現(xiàn)水平臺(tái)，通常稱為屈服平臺(tái)。呂德斯帶：拉伸試樣上與外力成一定角度的變形條紋。 （1）屈服平臺(tái)是呂德斯帶的延伸和擴(kuò)展過(guò)程 （2）屈服平臺(tái)之后產(chǎn)生明顯的加工硬化 （3）屈服平臺(tái)的長(zhǎng)短和鋼的含碳量有關(guān) 如果體心立方金屬含有微量的如碳、氮等間隙原子，不論它是單晶體或多晶體，它的應(yīng)力-應(yīng)變曲線都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。屈服和應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象：上下屈服點(diǎn)、屈服延伸（呂德斯帶擴(kuò)展）。預(yù)變形和時(shí)效的影響：去載后立即加載不出現(xiàn)屈服現(xiàn)象；去載后放置一段時(shí)間或200加熱后再加載出現(xiàn)屈服。原因：柯氏氣團(tuán)的存在、破壞和重新形成。固溶強(qiáng)化的影響因素： 溶質(zhì)原子含量越多，強(qiáng)化效果越好；溶劑與溶質(zhì)原子半徑差越大，強(qiáng)化效果越好；溶劑與溶質(zhì)原子價(jià)電子數(shù)差越大，強(qiáng)化效果越好；間隙式溶質(zhì)原子的強(qiáng)化效果高于置換式溶質(zhì)原子。第二相對(duì)合金變形的影響：性能：兩相性能接近：按強(qiáng)度分?jǐn)?shù)相加計(jì)算。軟基體硬第二相結(jié)構(gòu) ：第二相網(wǎng)狀分布于晶界（二次滲碳體）；兩相呈層片狀分布（珠光體）；第二相呈顆粒狀分布（三次滲碳體）。b 彌散強(qiáng)化 位錯(cuò)繞過(guò)第二相粒子(粒子、位錯(cuò)環(huán)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng))含有不可變形粒子的合金中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與粒子相遇時(shí)采用繞過(guò)機(jī)制，結(jié)果在粒子周圍留下位錯(cuò)環(huán)，而其余部分則越過(guò)粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。 位錯(cuò)線彎曲繞過(guò)第二相粒子所需要的切應(yīng)力為：= Gb/；第二相粒子間距 = 2R 因此， 1/，粒子越多, 越小，大.強(qiáng)化效果愈明顯。減小粒子尺寸或提高粒子的體積分?jǐn)?shù)都可以合金強(qiáng)度提高。 位錯(cuò)切過(guò)第二相粒子（表面能、錯(cuò)排能、粒子阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）可變形粒子的合金中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與粒子相遇時(shí)切過(guò)機(jī)制，即第二相粒子在位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí)隨同基體一起變形。其強(qiáng)化作用取決于粒子本身的性質(zhì)及粒子與基體的聯(lián)系?？勺冃瘟Ｗ拥闹饕饔糜幸韵聨追矫妫? 位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí),粒子產(chǎn)生寬度為b的臺(tái)階，出現(xiàn)了新的表面積，界面能升高。 2 當(dāng)粒子為有序結(jié)構(gòu)時(shí)，位錯(cuò)切過(guò)粒子會(huì)產(chǎn)生反相疇界，使能量升高。 3 位錯(cuò)切過(guò)粒子時(shí)，引起滑移面上原子錯(cuò)排，需要做功，給位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)困難。 4 粒子周圍產(chǎn)生彈性應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)發(fā)生交互作用，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。 5 位錯(cuò)切過(guò)后產(chǎn)生一割階，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。 6 若擴(kuò)展位錯(cuò)通過(guò)后，其寬度發(fā)生變化，引起能量升高。 以上這些作用使合金的強(qiáng)度提高。8 冷變形對(duì)材料組織和性能的影響一 對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響1 形成纖維組織，