材料科學基礎（哈工大版）課件

1、材料科學基礎,第一章 材料的結構,前言,材料熱處理學報，29（1），99－101， 2008304 奧氏體不銹鋼熱誘發(fā)馬氏體相變研究楊卓越、王　建、陳嘉硯,摘　要: 借助X射線衍射技術,研究了304 奧氏體不銹鋼熱誘發(fā)馬氏體相變傾向。結果表明:C、Mn、Cr 和Ni接近標準規(guī)范下限,304 不銹鋼的穩(wěn)定性急劇下降,致使液氮內冷卻后的奧氏體轉變?yōu)棣痢浠颚篷R氏體,室溫拉伸即形成應變誘發(fā)ε和α′馬氏體,而且較小的室溫變形顯著增大隨后

2、液氮內冷卻的熱誘發(fā)α′馬氏體相變傾向,但隨室溫預應變增大快速形成應變誘發(fā)α′馬氏體,致使隨后在液氮內發(fā)生熱誘發(fā)α′馬氏體傾向下降。此外,研究表明ε馬氏體的形成及消失與α′馬氏體的累積量有關。,Shui Li, Jin Tao, Tian Sugui , Hu Zhuangqi :Influence of precipitate morphology on tensile creep of a single crystal nicke

3、l-base superalloy,AbstractThe influence of the precipitate morphology on the creep properties of [0 0 1]-orientated specimens of a nickel-base single crystal superalloy has been investigated. Specimens with two differe

4、nt microstructures, namely as-heat treated crystals with cuboidal particles and crystals given a compression pre-treatment to form a raft microstructure orientated parallel to the stress axis, were crept at 800 and 10

5、00 ?C. The analysis of the experiments show that, at 800 ?C and 600MPa, the alloy with cuboidal precipitates exhibited both lower creep rates and longer rupture lives compared to those with rafted . TEM examination show

6、ed that, in addition to {1 1 1} 1 1 0-slip system operated in matrix, the precipitates are cut by superlattice dislocations and stacking fault. It indicated that dislocations could shear the semi-coherent rafts relat

7、ively easily ompared to the coherent cuboidal . At 1000 ?C and 200MPa, the alloy with raft microstructure exhibited an extremely low minimum creep rate and longer rupture life. The dislocations movement by the combinati

8、on of climbing and gliding processes and the glide–climb along / vertical interfaces are impeded most strongly. This indicates that the rafted structure is beneficial to improving creep resistance of the alloy under the

9、test condition.,Materials Science and Engineering A 454–455 (2007) 461–466,Fig. 5. Dislocation structure of a precompression treatment specimens during creep at 800 ?C and 600MPa: (a) t = 0, (b) t=10h, (c) t = 50 h and

10、(d) after fail at t = 287 h.,Fig. 8. Schematic of dislocation shearing precipitate by stacking fault,相關概念：,304不銹鋼 熱誘發(fā):液氮－拉伸變形－液氮－X光、TEMγ奧氏體 α´立方馬氏體 ε六方馬氏體 X射線、TEM ：111 200 220 311 nickel-base su

11、peralloy[0 0 1]-orientated : [001] 位向single crystal： 單晶體cuboidal particles： 立方系顆粒{1 1 1} 1 1 0-slip system ： 滑移系dislocations

12、and stacking fault： 位錯和層錯dislocations climbing and gliding：位錯攀移和滑移,⑴相變機制： 固態(tài)相變：過飽和固溶體 蠕變：位錯 層錯 滑移 攀移⑵晶體學基礎： 結構：單晶體 多晶體 原子排列：體心立方 面心立方 密排六方

13、 晶體表征：晶面指數 晶向指數,內容及要求：懂－會－熟（練習）,本章內容,1. 化學鍵 2. 晶體和非晶體3. 空間點陣－4要素 14種點陣（7個晶系） 陣點 晶向 晶面 晶胞（單胞） 4. 晶向指數 5. 晶面指數6. 典型金屬晶體結構：體心立方 面心立方 密排六方 7. 合金相結構：

14、 固溶體 中間相,§1.1 材料的結合方式,化學鍵：質點間的作用力共價鍵： 共用電子對所產生的力離子鍵： 兩種離子間的靜電力金屬鍵： 屬正離子與自由電子之間的力范德瓦爾斯鍵：正負電荷部分間的微弱靜電力,共價鍵,離子鍵,金屬鍵,,§1.2 晶體學基礎,原子排列：無序 短程有序 長程有序 晶體：三維、周期性重復（整齊排列）近程有序,一、空間點陣,質點

15、－幾何點空間點陣： 陣點＝結構單元（原子、離子、分子、集團） 晶格晶體結構－晶體點陣晶胞：對稱、棱角、直角、體積,對稱最好 棱角最多 直角最多 體積最小,晶胞的表征：X-Y-Z a-b-c α-β-γ,布拉菲點陣： “每個陣點環(huán)境相同” （1848）14種點陣－7個晶系,7個晶系－14種點陣,課堂練習 1－1,晶胞的表征畫出面心立方、體心立方、密排六方結構圖。

16、畫圖說明面心立方點陣可以表示為體心立方點陣。畫14種單胞 舉例說明 和[uvw ] 、 { hkl} 與 ( hkl ) 的區(qū)別,練習 1－1 參考答案,二、晶向指數和晶面指數,晶向指數,晶面指數,六方系指數,課堂練習 1－2,在立方系中繪出{110}、{111}晶面族所包含的晶面及（112），（120）晶面。作圖表示出晶面族所包含的晶面。確定（112）和（120）晶面。求金剛石結構中通過（0，0，0）和（3

17、/4，3/4，1/4）兩碳原子的晶向，及于該晶向垂直的晶面。,,練習1－2答案,,,№ 1,∞、∞、∞、1,（1121）1、1、－1/2、1,,№ 2,晶帶：相交或平行于某直線的所有晶面,直線：晶帶軸晶帶定理：hu + kv+ lw = 0,晶面間距,,面間距的應用－物相鑒定,Fe的PDF卡片(已知),Fe的X射線衍射譜(實驗),求（121）與（100）決定和（001）和（111）所決定晶帶軸計算面心立方結構（111），（11

18、0），（100）的面間距。－－其它面間距公式－計算任意晶面的面間距,課題練習1－3,№ 4,,三、極 圖,,EBSP,晶體極射赤面投影,,,基園 赤道 緯線,課題練習 1－4,EBSP文獻,§1.3 材料的晶體結構,一、典型金屬的晶體結構,二、原 子半徑 配位數(面心立方),致密度：原子體積/晶胞體積,間隙：體心－四12/八6 面心－四8/八4,試證明等徑鋼球最緊密堆積時所形成的

19、密排六方結構有 c/a＝1.633,CB = √3 a / 6 c/2 = √2 / 3 a c/a ≈1.633,,,,四、間 隙,課題練習5,計算面心立方結構的八面體間隙和四面體間隙半徑，并用間隙半徑和原子半徑之比表示間隙的大小。2.畫四面體、八面體間隙,金剛石結構：Si、Ge、Sn、C共價鍵 配位數＝8－N(族數)＝4致密度：0.34（低于面心立方結構）,四面體間隙：rB/rA ≈ 0.255

20、八面體間隙：rB/rA ≈ 0.414,三、原子的堆垛方式,1.3.2 晶體結構,共價鍵晶體離子鍵晶體 固溶體： 置換固溶體 間隙固溶體合金相 中間相：正常價化合物 電子化合物 間隙相/間隙

21、化合物 拓撲密堆相,,,,共價鍵晶體結構 金剛石結構 層狀結構 鏈狀結構,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,VA族元素：菱形層狀結構 配位數3,VIA族元素：鏈

22、狀結構 配位數2,離子晶體結構,典型離子化合物的晶體結構,離子晶體閱讀－思考題,畫圖說明CsCl結構、離子位置、配位數畫圖說明NaCl結構、離子位置、配位數畫圖說明CaF2結構、離子位置、配位數總結離子晶體的一般特征,組元相單相合金多相合金,合金相結構：固溶體和中間相,置換固溶體,固溶體,圖1－33,條件：晶體結構：類型相同原子尺寸:（rA - rB）/ rA = ±14% ~ 15%電負性: ?。纬晒?/p>

23、溶體，大－形成化合物電子濃度：FCC- 1.36 BCC- 1.48 HCP-1.75,,,,間隙固溶體: FCC-Fc：9％ BCC-Fc：0.095%,無序－偏聚－短程有序完全有序（有序固溶體－超結構、超點陣）,固溶體的微觀不均勻性,CuAuII型超結構：,正常價化合物：符合原子價規(guī)律 AB AB2 A2B3 硬脆2. 電子化合物：Hume-Roth

24、ery定律 濃度決定結構 表1－6 熔點高 硬脆間隙相和間隙化合物：過渡族金屬＋非金屬 Rx/Rm－0.59拓撲密堆相：大小原子－四面體間隙 （空間圖形的分離性/緊性/連通性）,中間相：超過溶解度形成的新相,正常價化合物 AB- NaCl,正

25、常價化合物 AB2- CaF2,,,Cl,Na,,,正常價：離子化合物,電子化合物：β－21/14 － 體心立方（CuZn） γ－21/13 － 復雜立方（Cu5Zn8） ε－21/12 － 密排六方（CuZn3）,硬－脆－強,間隙相:高硬度、高熔點、金屬性,間隙化合物: M3C M7C3 M23C6,1650℃1340H

26、VFe-14 密排C-4 間隙（八）Fe:C=3:1,拓撲密堆相： Laves σ R P,,,,,課題練習,氯化鈉與金剛石各屬于那種空間點陣？計算其配位數與致密度(1-2)。,氯化鈉：面心立方正負離子配位數6致密度0.67,金剛石：面心立方配位數4致密度0.34,Na Cl 占一個陣點，面心立方， 每個Na（Cl ）周圍有6個 Cl（ Na），配位數6；RNa =0.097nm， RCl ＝

27、0.181nm，a＝2（0.097＋0.181）＝0.556nm。4個陣點－ K＝0.67,金剛石：面心六方 配位數4 （8－N）原子半徑：[111]原子鄰接,Cs+與Cl－的相對原子質量分別為132.9和35.45，離子半徑分別為0.170nm和0.181nm，試述晶體結構特點，屬于何種空間點陣？并求離子配位數、致密度K和密度ρ。,1.離子半徑比：0.939方向正負離子相切，

28、 致密度： 密度：4.21g/cm3,FeAl是電子化合物，電子濃度為3/2，畫出（112）面原子排列(1-12)對晶體結構進行分類性總結VC Fe3C CuZn MgCu2 類型及結構（1－13）,參考答案,1. FeAl電子化合物，C電＝3/2 體心立方2. VC： 間隙相， FCC ，V在結點，C在八面體間隙，NaCl型結構 Fe3C：復雜晶格，正交系，Fe近密堆排列，呈