第六章-金属及合金强化的位错解释
位错强化名词解释
位错强化名词解释
位错强化是一种材料强化机制，指的是通过在晶体材料中引入位错（晶体原子的局部不规则排列）来提高其强度。
位错是晶体材料中的一种缺陷，它会阻碍晶体原子的滑移，从而增加了材料的变形抗力。
当晶体材料中存在大量位错时，材料的强度会显著提高。
位错强化的原理是通过在晶体材料中引入位错，增加了材料的晶格畸变和内应力，从而提高了材料的强度。
位错强化的效果取决于位错密度、位错类型、位错的分布和运动等因素。
位错强化是一种非常重要的材料强化机制，广泛应用于金属材料、陶瓷材料和半导体材料等领域。
通过控制材料中的位错密度和分布，可以有效地提高材料的强度和韧性，从而改善材料的力学性能。
位错强化是一种通过引入位错来提高材料强度的机制，它可以有效地提高材料的力学性能，是材料科学领域中的一个重要研究方向。
金属材料的强化方法和位错的关系
陶瓷材料和聚合物材料虽然比较脆，但也有滑移面的存在。
金属材料的变形主要是通过滑移实现的，位错对于理解金属材料的一些力学行为特别有用。
而位错理论可以解释材料的各种性能和行为，特别是变形、损伤和断裂机制，相应的学科为塑性力学、损伤力学和断裂力学。
另外，位错对晶体的扩散和相变等过程也有较大影响。
首先，滑移解释了金属的实际强度与根据金属键理论预测的理论强度低得多的原因。
此外，金属材料拉伸断裂时，一般沿450截面方向断裂而不会沿垂直截面的方向断裂，原因在于材料在变形过程中发生了滑移。
其次，滑移赋予了金属材料的延性。
如果材料中没有位错，铁棒就是脆性的，也就不可能采用各种加工工艺，如锻造等将金属加工成有用的形状。
第三，通过干预位错的运动，进行合金的固溶强化，控制金属或合金的力学性能。
把障碍物引入晶体就可以阻止位错的运动，造成固溶强化。
如板条状马氏体钢( F12钢)等。
第四，晶体成型加工过程中出现硬化，这是因为晶体在塑性变形过程中位错密度不断增加，使弹性应力场不断增大，位错间的交互作用不断增强，因而位错运动变得越来越困难。
第五，含裂纹材料的疲劳开裂和断裂、材料的损伤机理以及金属材料的各种强化机制都是以位错理论为基础。
金属的强化strengthening of metals通过合金化、塑性变形和热处理等手段提高金属材料的强度，称为金属的强化。
所谓强度是指材料对塑性变形和断裂的抗力，用给定条件下材料所能承受的应力来表示。
随试验条件不同，强度有不同的表示方法，如室温准静态拉伸试验所测定的屈服强度、流变强度、抗拉强度、断裂强度等（见金属力学性能的表征）；压缩试验中的抗压强度；弯曲试验中的抗弯强度；疲劳试验中的疲劳强度（见疲劳）；高温条件静态拉伸所测的持久强度（见蠕变）。
每一种强度都有其特殊的物理本质，所以金属的强化不是笼统的概念，而是具体反映到某个强度指标上。
一种手段对提高某一强度指标可能是有效的，而对另一强度指标未必有效。
石德珂《材料科学基础》考点精讲6
八、包申格效应
材料经预先加载产生少量塑性变形（小于 ４％），而后同向加载则 σｅ升高，反向加载则 σｅ下降，此 现象称为包申格效应。
考点二：滑移和孪生（重要等级 ★★★★★）
［复习思路］掌握
金属发生塑性变形的主要方式 滑移和孪生的概念 滑移和孪生的异同点
滑移
{ 金属塑性变形的主要方式 孪生 晶界滑动（高温下） 滑移带—把试样抛光，适量的塑性变形后，在宏观或光学显微镜下看到的试样表面上平行或交叉 的细线。 滑移线—在电子显微镜下，可以看到滑移带是由更多的一组平行线组成，称为滑移线。
各向同性。
对于 α Ｆｅ多晶体其 Ｅ为 ２１１４００ＭＮ／ｍ２
七、弹性模量在工程上的应用
对零（构）件进行刚度设计
σ
＝
Ｆ Ａ
＝Ｅε→
Ｆ ε
＝ＥＡ
ＥＡ（ＧＡ），代表零件的刚度，产生单位弹性应变所需载荷的大小。
在其它条件相同时，金属的弹性模量愈高，制成的零件或构件的刚度便愈高，即在外力作用时，保
持其固有形状、尺寸的能力愈强。
２．位错运动的点阵阻力
（１）位错的宽度
{越窄 界面能越低
位错宽度
→平衡宽度
越窄 单位体积弹性畸变能高
刃型位错的形成 刃型位错原子模型
偏离 ＝ｂ／４（柏氏矢量）时，叫位错宽度 （２）位错运动的点阵阻力 晶体的滑移必须有外力作用→ 位错运动要克服阻力 →位错运动的阻力首先来自的点阵阻力
弹性变形是塑性变形的先行阶段，在塑性变形中还伴生着一定的弹性变形。可以从原子间结合
力的角度了解其物理意义。
发生弹性变形的难易程度取决于作用力 －原子间距曲线的斜率 Ｓ０
— １６７—
Ｓ０ ＝ｄｄＦｒ＝ｄｄ２ｒｕ２ σ ＝Ｓｒ００ε Ｅ ＝Ｓ０
清华大学 材料科学基础——作业习题第六章
第六章目录6.1 要点扫描 (1)6.1.1 金属的弹性变形 (1)6.1.2 单晶体的塑性变形 (2)6.1.3 多晶体的塑性变形与细晶强化 (8)6.1.4 纯金属的塑性变形与形变强化 (10)6.1.5 合金的塑性变形与固溶强化和第二相强化 (14)6.1.6 冷变形金属的纤维强化和变形织构 (16)6.1.7 冷变形金属的回复与再结晶 (17)6.1.8 热变形、蠕变和超塑性 (20)6.1.9 断裂 (22)6.2 难点释疑 (25)6.2.1 从原子间结合力的角度了解弹性变形。
(25)6.2.2 从分子链结构的角度分析粘弹性。
(25)6.2.3 FCC、BCC和HCP晶体中滑移线的区别。
(25)6.2.4 Schmid定律与取向规则的应用。
(26)6.2.5 孪生时原子的运动特点。
(27)6.2.6 Zn单晶任意的晶向[uvtw]方向在孪生后长度的变化情况 (29)6.3 解题示范 (30)3.4 习题训练 (33)参考答案 (38)第六章 金属与合金的形变6.1 要点扫描6.1.1 金属的弹性变形1. 弹性和粘弹性所谓弹性变形就是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形。
从对材料的力学分析中可以知道，材料受力后要发生变形，外力较小时发生弹性变形，外力较大时产生塑性变形，外力过大就会使材料发生断裂。
对于非晶体，甚至某些多晶体，在较小的应力时，可能会出现粘弹性现象。
粘弹性变形即与时间有关，又具有可恢复的弹性变形，即具有弹性和粘性变形两方面的特性。
2. 应力状态金属的弹性变形服从虎克定律，应力与应变呈线性关系：γτεσG E == 其中： yx G E εενν-==+,)1(2 E 、G 分别为杨氏模量和剪切模量，v 为泊松比。
工程上，弹性模量是材料刚度的度量。
在外力相同的情况下，E 越大，材料的刚度越大，发生弹性形变的形变量就越小。
3. 弹性滞后由于应变落后于应力，使得εσ-曲线上的加载线和卸载线不重合而形成一个闭合回路，这种现象称为弹性滞后。
基础题
第一章晶体学基础及晶体结构一、思考题：1 ．三大固体材料的键性如何？2 ．金属的特性是什么？3 ．纯金属的晶体结构有几种类型？4 ．合金相结构有几种？都是什么？5 ．金属材料的性能特点是什么？6 ．高分子材料的结构及性能特点是什么？7 ．陶瓷材料的结构及性能特点是什么？二、作业：•氯化钠和金刚石各属于那种空间点阵？试计算配位数与致密度。
•试说明一个面心立方等于一个体心正方结构。
•在立方系中绘出｛ 110 ｝、｛ 111 ｝晶面族所包括的晶面，及（ 112 ）和（ 1 0 ）晶面。
•求（ 121 ）与（ 100 ）所决定的晶带轴和（ 001 ）与（ 111 ）所决定的晶带轴所构成的晶面的晶面指数。
•计算面心立方结构（ 111 ）、（ 110 ）与（ 100 ）面的面密度和面间距。
• FeAl 是电子化合物，具有体心立方点阵，试画出其晶胞，计算电子浓度，画出（ 112 ）面原子排列图。
•合金相 VC 、 Fe 3 C 、 CuZn 、 ZrFe 2 属于何种类型，并指出其结构特点。
•在立方系标准投影图上确定极点（ 111 ）、（11 ）、（ 1 1 ）、（ 1 ）、（12 ）、（0 ）的位置。
第二章凝固与结晶一、思考题：•液态金属结构与固态金属结构有何区别，试述小体积液态纯金属结晶过程。
•什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？•比较过冷度、临界过冷度与动态过冷度的区别。
•形核为什么需要形核功？均匀形核与非均匀形核形核功有何差别？二、作业：•若液态金属中形成一球形晶核，试证明临界晶核形成功△ G c 与临界晶核体积 V c 的关系为△ G c =－。
•分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。
•细化铸件晶粒的途径有那些？为什么？•液态金属结晶时需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热？△ G c第三章二元相图及金属凝固组织一、思考题：•二元相图有那些最基本的类型？何为匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、有序 - 无序转变。
材料科学基础教学大纲
材料科学基础教学大纲材料科学基础（专业基础课）fundamentalofmaterialscience以下部分标题核对用黑体五号字体，具体内容填写内容字体为宋体五号）【课程编号】bj26603【学分数】4【学时数】80（理论66+实验9+研究5）【课程类别】专业基础课【撰写日期】2021.09【先修课程】高等数学、大学物理【适用于专业】金属材料、材料学、材料物理与化学一、教学目的、任务:材料科学基础是研究材料的成分、结构与性能之间的关系及其变化规律的一门应用基础科学。
本课程的任务是向学生较全面系统地介绍材料科学基本原理，注意材料的共性与个性的结合，实现多学科知识的交叉与渗透。
材料科学基础是金属材料工程专业教育课，学习本课程的目的是为后续专业课打下牢固的基础，同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。
先修课程为物理化学、高等数学。
通过材料科学基础的教学，使学生了解和掌握材料科学的基本理论，培养学生理论思维的能力，为从事材料学教学和科研打下扎实的理论基础。
二、课程教学的基本建议：1．了解材料科学的重要地位与作用，工程材料的分类，课程的任务与内容，材料科学基础的学习方法。
2．认知原子的电子结构和元素周期表，掌控金属键、离子键、共价键、分子键和氢键几种典型融合键的特点。
3．掌握三大固体材料的结构特点、性能特点，建立材料结构与性能之间的关系。
掌握晶体学的基础知识，重点是掌握晶向指数与晶面指数的标定方法，三种典型的金属晶体结构，会求三种晶体结构的致密度和配位数。
4．掌控晶体缺陷的类型、各类瑕疵的结构特征、性质及其对材料性能的影响。
重点掌控势能的概念，柏氏矢量及其性质，势能的运动与交易，势能反应，掌控势能的应力场，介绍势能的能量、晶体的界面与界面能够，溶解与润湿等概念与现象。
5．掌握扩散的概念、重点掌握扩散第一定律、扩散第二定律及其应用、扩散机制。
了解柯肯达耳效应、扩散的热力学解释，掌握扩散系数的计算、影响扩散的因素和离子晶体的扩散。
第六章 塑性变形习题集-附部分答案
1.简单立方晶体(100)面有1 个[]010=b 的刃位错(a)在(001)面有1 个b =[010]的刃位错和它相截，相截后2 个位错产生扭折结还是割阶？ (b)在(001)面有1 个b =[100]的螺位错和它相截，相截后2 个位错产生扭折还是割阶？解：两位错相割后，在位错留下一个大小和方向与对方位错的柏氏矢量相同的一小段位错，如果这小段位错在原位错的滑移面上，则它是扭折；否则是割阶。
为了讨论方便，设(100)面上[]010=b 的刃位错为A 位错，(001)面上b =[010]的刃位错为B 位错，(001)面上b =[100]的螺位错为C 位错。
(a) A 位错与B 位错相割后，A 位错产生方向为[010]的小段位错，A 位错的滑移面是(100)，[010]⋅[100]=0，即小段位错是在A 位错的滑移面上，所以它是扭折；而在B 位错产生方向为[ 010 ]的小段位错，B 位错的滑移面是(001)， [010]⋅[001]=0 ，即小段位错在B 位错的滑移面上，所以它是扭折。
(b)A 位错与C 位错相割后，A 位错产生方向为[100]的小段位错，A 位错的滑移面是(100)，[100]⋅[100]≠0 ，即小段位错不在A 位错的滑移面上，所以它是割阶；而在C 位错产生方向为[]010的小段位错，C 位错的滑移面是(001)，[][]0001010=•，即小段位错在B 位错的滑移面上，所以它是扭折。
2.下图表示在同一直线上有柏氏矢量相同的2 个同号刃位错AB 和CD ，距离为x ，他们作F-R 源开动。
(a)画出这2 个F-R 源增殖时的逐步过程，二者发生交互作用时，会发生什么情况？(b)若2 位错是异号位错时，情况又会怎样？解：(a)两个位错是同号，当位错源开动时，两个位错向同一方向拱弯，如下图(b)所示。
在外力作用下，位错继续拱弯，在相邻的位错段靠近，它们是反号的，互相吸引，如上图(c)中的P 处所示。
《材料科学基础》教学大纲
《材料科学基础》教学大纲课程编号:C050130507课程名称：材料科学基础课程类型：专业基础课组英文名称：Fundamentals of Materials Science适用专业：材料科学与工程总学时：70学分：4.5一、课程的性质、目的和任务性质：材料科学基础是材料金属材料和冶金工程专业的一门重要的学科基础理论课程。
目的：本课程的教学目的是使学生系统掌握材料的化学成分、组织结构与性能之间的关系及其变化规律的基础理论，材料热处理的基本原理和方法，以及金相组织的分析方法，能从材料组成-结构-性能相互联系的角度理解、解释材料制备、通过热处理进行材料改性以及使用过程中的各种化学、物理现象和性能。
任务：为后续专业课打下牢固的基础，同时为将来从事材料的研究与开发打下坚实的理论基础。
二、课程教学的基本要求1.课程教学的基本要求通过学习，应着重掌握材料成分、组织、结构及加工过程与性能间的相互关系；了解材料科学在国民经济中的地位与作用与材料科学的发展历史。
掌握材料中原子的结合方式、晶体学基础、材料的晶体结构、相结构。
掌握点缺陷、线缺陷、面缺陷的有关概念、规律、实际应用等基本理论。
掌握纯金属的结晶过程、结晶的条件、形核规律、长大规律，了解结晶理论的实际应用。
掌握相图的基本知识、二元相图的基本类型、二元相图的分析与使用方法，熟练记忆和应用Fe-Fe3C相图。
掌握三元相图的成分表示法，理解三元系平衡转变的定量法则、三元匀晶相图、三元共晶相图、三元相图的四相平衡转变、具有化合物的三元相图的分析方法。
掌握弹性变形、单晶体的塑变、多晶体的塑变的规律，掌握塑性变形对金属组织与性能的影响，金属及合金强化的位错解释。
掌握金属及合金在加热过程中的组织与性能变化，掌握回复、再结晶、晶粒长大及金属的热变形的规律。
掌握扩散的基本理论。
三、课程教学内容0.绪论内容：0.1材料科学在国民经济中的地位与作用0.2材料科学的发展简史0.3本课程的主要内容和学习方法重点：本课程的主要内容难点：学习方法要求：了解材料科学在国民经济中的地位与作用和材料科学的发展简史,掌握本课程的主要内容和学习方法.1金属的晶体结构内容：1.1金属1.2金属的晶体结构1.3实际晶体的晶体结构重点：金属原子的结构特点和结合能;空间点阵及有关概念，晶向、晶面指数的标定，典型金属的晶体结构;位错等有关基本概念，点缺陷的平衡性质，位错的运动与晶体滑移的关系，位错的性质，柏氏矢量的性质与应用，位错反应与位错的增殖，点缺陷的平衡性质，晶界的结构与特性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3、滑动位错与第二相质点的交互作用
晶体中的位错在外力作用 下产生运动，在运动过程 中首先遇到的是第二相质 点周围的应力场（如果有 这种应力场存在的话）， 对其产生阻碍作用，它属 于长程作用。继而有两种 可能，一种是位错切割质 点而过，一种是位错以某 种方式绕过质点
6.5 材料的断裂
6.6.5 影响材料断裂的基本因素
• 1、结合键及晶体结构类型对材料断裂形式 有决定性的影响；
• 2、材料的化学成分及显微组织对断裂行为 也有重要影响；
• 3、裂纹及应力状态的影响； • 4、温度对材料断裂行为的影响。
位错互相截割后可以 产生割阶(jog)。图6[两 个刃型位错的截割]
为伯格斯矢量互相垂直的两个刃型位错发生截割的情况。 AB在Ⅰ面上移动，CD在Ⅱ面上截割后产生割阶QQ （图6b [两个刃型位错的截割]其伯格斯矢量为。从QQ与相垂直 可知QQ属刃型,位于QQ 与构成的滑移面Ⅲ上, 故可与整个 位错一起运动。因为与AB平行，截割后位错AB不受影响。
金属及合金强化的位错解释
1、cottrell 气团 2、位错的交割和带割阶位错的运动 3、滑动位错与第二相质点的交互作用
1、柯氏气团(Cottrell atmosphere) 围绕于刃型位错(见滑移)周围的溶质原子聚物，又称溶质原子气团或 溶质原子云，溶质原子和刃型位错的相互弹性作用称为柯氏效应。 在含有溶质原子的固溶体合金中，同时存在位错与溶质，其周围均 有一个应力场，这两个应力场会发生交互作用，降低系统的应变能 溶质原子与位错应力场问的弹性交互作用能越大，则交互作用越强 烈。由于这种交互作用，溶质原子在晶体中将重新进行分布。刃型 位错具有拉应力区及压应力区，因此溶质原子被吸引到拉应力区(见 图)；若置换的溶质原子比溶剂原子小时，则溶质原子被吸引到位错 的压应力区。在间隙固溶体中，溶质原子在刃型位错的拉应力区偏 聚，使溶质原子的浓度提高；而在压应力区，则溶质原子浓度降低。 柯氏气团对位错起钉扎作用，除产生强化效应外，还可解释某些合 金中出现的应变时效和明显屈服点现象的原因。柯氏气团的作用随 着温度的升高而减弱。