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晶界和亚晶界

晶界和亚晶界
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3.3.2 晶界和亚晶界

属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界(grain boundary);而每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成,相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界(sub-grain boundary)。晶粒的平均直径通常在0.015—0.25mm范围内,而亚晶粒的平均直径则通常为0.001mm的范围内。

二维点阵中晶界位置可用两个晶粒的位向差θ和晶界相对于一个点阵某一平面的夹角φ来确定,如图所示。

根据相邻晶粒之间位向差θ角的大小不同可将晶界分为两类:

1.小角度晶界(small-angle grain boundary)——相邻晶粒的位向差小于10°的晶界;亚晶界均属小角度晶界,一般小于2°;

2.大角度晶界(large-angle grain boundary)——相邻晶粒的位向差大于10°的晶界,多晶体中90%以上的晶界属于此类。

3.3.2.1小角度晶界的结构

按照相邻亚晶粒间位向差的型式不同,小角度晶界可分为倾斜晶界、扭转晶界和重合晶界等。它们的结构可用相应的模型来描述。

1.对称倾斜晶界

对称倾斜晶界(symmetrical tilt boundary)可看作是把晶界两侧晶体互相倾斜的结果。由于相邻两晶粒的位向差θ角很小,其晶界可看成是由一列平行的刃型位错所构成。

2.不对称倾斜晶界

如果倾斜晶界的界面绕x轴转了一角度φ,则此时两晶粒之间的位向差仍为θ角,但此时晶界的界面对于两个晶粒是不对称的,故称不对称倾斜晶界(unsymmetrical tilt boundary)。它有两个自由度θ和φ。该晶界结构可看成由两组柏氏矢量相互垂直的刃型位错交错排列而构成的。

3.扭转晶界

扭转晶界(twist boundary)是小角度晶界的一种类型。它可看成是两部分晶体绕某一轴在一个共同的晶面上相对扭转一个θ角所构成的,扭转轴垂直于这一共同的晶面。该晶界的结构可看成是由互相交叉的螺型位错所组成,如图3-71 。

扭转晶界和倾斜晶界均是小角度晶界的简单情况,不同之处在于倾斜晶界形成时,转轴在晶界内;扭转晶界的转轴则垂直于晶界。一般情况下,小角度晶界都可看成是两部分晶体绕某一轴旋转一角度而形成的,只不过其转轴既不平行于晶界也不垂直于晶界。对于这样的小角度晶界,可看作是由一系列刃位错、螺位错或混合位错的网络所构成。

3.3.2.2大角度晶界的结构

晶粒之间的晶界通常为大角度晶界。大角度晶界的结构较复杂,原子排列很不规则,有人认为大角度晶界的结构接近于图示的模型。取向不同的相邻晶粒的界面不是光滑的曲面,而是由不规则的台阶组成的。分界面上既包含有同时属于两晶粒的原子D,也包含有不属于任一晶粒的原子A;既包含有压缩区B,也包含有扩张区C。这是由于晶界上的原子同时受到位向不同的两个晶粒中原子的作用所致。总之,大角度晶界上原子排列比较紊乱,但也存在一些比较整齐的区域。因此,晶界可看成坏区与好区交替相间组合而成。随着位向差分的增大,坏区的面积将相应增加。纯金属中大角度晶界的宽度一般不超过3个原子间距。

近年来,有人应用场离子显微镜研究晶界,提出了大角度晶界的“重合位置点阵”模型(coincidence lattice model),如图3-73所示,在二维正方点阵中,当两个相邻晶粒的位向差为37°时(相当于晶粒2相对晶粒1绕某固定轴旋转了37°),设想两晶粒的点阵彼此通过晶界向对方延伸,其中一些原子将出现有规律的相互重合,由这些原子重合位置所组成比原来晶体点阵大的新点阵,通常称为重合位置点阵。在上述具体图例中,每5个原子即有一个是重合位置,故重合位置点阵密度为1/5或称为1/5重合位置点阵。由于晶体结构及所选旋转轴与转动角度的不同,可以出现不同重合位置密度的重合点阵。)表中列出了立方晶系金属中重要的重合位置点阵。

根据该模型,在大角度晶界结构中将存在一定数量重合点阵的原子。晶界上重合位置愈

多,即晶界上愈多的原子为两个晶粒所共有,原子排列的畸变程度愈小,则晶界能也相应愈低。然而从表得知,不同晶体结构具有重合点阵的特殊位向是有限的。所以,重合位置点阵模型尚不能解释两晶粒处于任意位向差的晶界结构。

3.3.2.3晶界能

晶界上的原子排列是不规则的,存在畸变,从而使系统的自由能增高。晶界能(Grain boundary energy)定义为形成单位面积界面时系统自由能的变化(dF/dA),它等于界面区单位面积的能量减去无界面时该区单位面积的能量。

小角度晶界的能量主要来自位错能量(形成位错的能量和将位错排成有关组态所作的功),而位密度又决定于晶粒间的位向差,所以,小角度晶界能γ也和位向差θ有关:

(3.20)

式中为常数,它取决于材料的切变模量G、泊桑比ν,和柏氏矢量b;A为积分常数,取决于位错中心的原子错排能。由上式可知,小角度晶界的晶界能是随位向差增加而增大,但该公式只适用于小角度晶界,而对大角度晶界不适用。

多晶体的晶界一般为大角度晶界,各晶粒的位向差大多在30°~40°左右,实验测出各种金属大角度晶界能约在0.25—1.0J/m2范围内,与晶粒之间的位向差无关,大体上为定值。

晶界能也可以界面张力的形式来表现,通过界面交角的测定求出它的相对值。图3-74所示为3个晶粒相遇时,它们两两相交于一界面,3个界面相交于1个三叉界棱。在达到平衡状态时,O点处的界面张力必须达到力学平衡,即其矢量和为零,故

或(3.21)

若取其中某一晶界能作为基准,则通过测量φ角即可求得其他晶界的相对能量。在平衡状态下,三交叉晶界的各面角均趋向于最稳定的120°,此时各晶粒之间的晶界能基本相等。

3.3.2.4晶界的特性

1.晶界处点阵畸变大,存在晶界能。晶粒的长大和晶界的平直化都能减少晶界面积,从而降低晶界的总能量,这是一个自发过程。晶粒的长大和晶界的平直化均需通过原子的扩散来实现,因此,温度升高和保温时间的增长,均有利于这两过程的进行。

2.晶界处原子排列不规则,在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用,致使塑性变形抗力提高,宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。晶粒越细,材料的强度越高,这就是细晶强化;高温下则由于晶界存在一定的粘滞性,易使相邻晶粒产生相对滑动。

3.晶界处原子偏离平衡位置,具有较高的动能,并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等,故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多。

4.在固态相变过程中,由于晶界能量较高且原子活动能力较大,所以新相易于在晶界处优先形

核.原始晶粒越细,晶界越多,则新相形核率也相应越高。

5.由于成分偏析和内吸附现象,特别是晶界富集杂质原子的情况下,往往晶界熔点较低,故在加热过程中,因温度过高将引起晶界熔化和氧化,导致“过热”现象产生。

6.由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态,以及晶界富集杂质原子的缘故,与晶内相比晶界的腐蚀速度一般较快。这就是用腐蚀剂显示金相样品组织的依据,也是某些金属材料在使用中发生晶间腐蚀破坏的原因。

晶界对性能的影响

晶界对合金性能的影响机理 晶界是固体材料中的一种面缺陷,根据晶界角度的大小可以分为小角晶界(θ<10°)和大角晶界,亚晶界均属小角度晶界,一般小于2°,多晶体中90%以上的晶界属于大角度晶界。根据晶界上原子匹配优劣程度可以分为重位晶界和混乱晶界。在晶界处存在一些特殊的性质:(1)晶界处点阵畸变大,存在晶界能。晶粒的长大和晶界的平直化都能减少晶界面积,从而降低晶界的总能量,这是一个自发过程。晶粒的长大和晶界的平直化均需通过原子的扩散来实现,因此,温度升高和保温时间的增长,均有利于这两过程的进行;(2)晶界处原子排列不规则,在常温下晶界的存在会对位错的运动起阻碍作用,致使塑性变形抗力提高,宏观表现为晶界较晶内具有较高的强度和硬度。晶粒越细,材料的强度越高,这就是细晶强化;高温下则由于晶界存在一定的粘滞性,易使相邻晶粒产生相对滑动;(3)晶界处原子偏离平衡位置,具有较高的动能,并且晶界处存在较多的缺陷如空穴、杂质原子和位错等,故晶界处原子的扩散速度比在晶内快得多;(4)在固态相变过程中,由于晶界能量较高且原子活动能力较大,所以新相易于在晶界处优先形核。原始晶粒越细,晶界越多,则新相形核率也相应越高;(5)由于成分偏析和内吸附现象,特别是晶界富集杂质原子的情况下,往往晶界熔点较低,故在加热过程中,因温度过高将引起晶界熔化和氧化,导致“过热”现象产生;(6)由于晶界能量较高、原子处于不稳定状态,以及晶界富集杂质原子的缘故,与晶内相比晶界的腐蚀速度一般较快。这就是用腐蚀剂显示金相样品组织的依据,也是某些金属材料在使用中发生晶间腐蚀破坏的原因;(7)低温下晶界强度比晶粒内高,高温下晶界强度比晶内低,表现为低温弱化。 基于上述几点晶界的特殊性质,使得多晶材料的塑性变形、强度、断裂、脆性、疲劳和蠕变等性能与单晶材料相比存在很大差异,即晶界不同的特殊性质具体体现在了合金的不同性能。但合金性能与晶界特性间绝不是一一对应的关系,而是几种甚至是所有特性的共同作用而表现出来,不同成分的合金在性能上也表现出各异。 1 晶界与塑性变形 晶界对多晶体的塑性变形的影响起因于下述原因:①晶界对滑移的阻碍作用;②晶界引起多滑移;③晶界滑动;④晶界迁移;⑤晶界偏聚。

位错-晶体缺陷

位错——晶体缺陷作业 S1105051 张玉珠 2.论述一种强化机制在金属组织设计中的应用,举例说明。 固溶强化是融入固溶体中的溶质原子造成晶格畸变,晶格畸变增大了位错运动的阻力,使滑移难以进行,从而使合金固溶体的强度与硬度增加产生强化。包含溶质原子的相就能对材料起到强化作用。一般对固溶强化考虑尺寸效应、模量效应和短程有序(SRO)的作用。 为有效地评价动能穿甲弹材料和提高其性能,以真空处理和锻造退火两种状态下的钨合金动态拉伸性能为判据,采用固溶强化的方法,通过添加稀土元素La,Ce强化93WNiFe合金性能。合金在不同的应变率下,其工程应力—应变曲线随应变率的增加而上升,上屈服点显著上升,延伸率却下降。结果表明在93WNiFe合金中添加稀土元素La,Ce可提高弹用钨合金的动态性能。在高应变率(σs>102)时合金添加La,Ce的真空态强度和塑性高于不添加的,经过锻造后,则合金动态强度比不添加的高出60% ~ 150%,这种性能正好与弹体设计要求的前硬后韧相吻合。添加La,Ce改善性能的途径是:W颗粒和粘结相的固熔强化,W颗粒细化,W—M界面净化W—W界面相对量减少,粘结相W溶解度的减小和游离氢的减少。 3.论述位错与晶界或晶面的交互作用,举例说明。 晶界与位错的交互作用形式分为晶界塞积位错、晶界发出位错和晶界吸收位错。 高纯铝在范性形变初期晶界与位错的交互作用: 在一般情况下,点阵位错以及晶界位错的柏氏矢量并非与晶界面平行,因此点阵位错沿晶界的分解或运动均需要提供一攀移分量,这就是温度对晶界与位错交互作用机制影响的关键。在低温形变中,被晶界捕获的点阵位错很难进行攀移。对于特殊位向的大角晶界,被捕获的点阵位错虽可分解为数个晶界位错,或与预先存在的晶界位错网络发生Suzuki反应但分解产物以及反应产物亦难以通过攀移而松弛,在任意大角晶界中,点阵位错由于得不到充分的热激活很难产生核心宽化,同时也难以沿晶界作整体攀移运动。结果被晶界捕获的位错将对随后而至的位错作用一长程斥力或直接发生短程反应,造成位错在晶界前的塞积。对于小应变范性形变,这种晶界塞积所导致的应力集中将对形变硬化产生重要贡献。随着形变温度的升高,一方面由晶内进人晶界的点阵位错的可动性增加,使得部分位错有可能在热激活及外应力场的作用下,通过分解松弛、核心宽化,以及沿晶界运动而与异号位错相抵消等方式对形变回复产生贡献。另一方面,温度的升高可能有助于激活晶界台阶而向晶内发射位错同时在晶界附近的应力集中区激活更多的次级滑移,结果在松弛一部分应力的同时增加了晶内位错之间交互作用的机会。当形变温度提高到一定程度后,进人晶界的点阵位错借助充分的热激活,通过不同的机制而被晶界迅速吸收。 7.论述如何在强化的同时,提高韧性 对于钢材料,采用细晶强化的方式,提高强度的同时,其塑性韧性也相对提高。这是因为钢晶粒细化后,晶界增多,而晶界上的原子排列不规则,杂质和缺陷多,能量较高,阻碍位错的通过,即阻碍塑性变形,就实现了高强度。晶粒越细,在一定体积内的晶粒数目多,则在同样塑性变形量下,变形分散在更多的晶

什么叫晶界

材物0802 陆寅 12 题目:晶界对材料性质的影响 摘要: 简述晶界的定义以及其来源与分类,引入晶界对材料性质的各种作用原理与原因,通过列举各种材料性质与其晶界间的关系来说明晶界对材料性质的影响,并对晶界的研究作出展望。 关键词: 晶界面缺陷晶界的分类晶界腐蚀多晶材料金属材料无机非金属材料材料 论述: 什么叫晶界 grain boundary 晶界是结构相同而取向不同晶体之间的界面。在晶界面上,原子排列从一个取向过渡到另一个取向,故晶界处原子排列处于过渡状态。 晶界的分类 晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界有二种不同的分类方法,一种简单地按两个晶粒之间夹角的大小来分类。分成小角度晶界和大角度晶界。小角度晶界是相邻两个晶粒的原子排列铝合的角度很小,约2`~3`。两个晶粒间晶界由完全配合部分与失配部分组成。,界面处质点排列着一系列棱位图。当一颗晶粒绕垂直晶粒界面的轴旋转微小角度,也能形成由螺旋位错构成的扭转小角度晶界。大角度晶界在多晶体中占多数,这时晶界上质点的排列已接近无序状态。另一种分类是根据晶界两边原子排列的连贯性来划分的。当界面两侧的晶体具有非常相似的结构和类似的取向,越过界面原子面是连续的。这样的界面称为共格晶界。例如,氢氧化镁加热分解成氧化镁,Mg(OH)2--》MgO+H2O,就形成这样的间界。这种氧化物的氧离子密堆平面通过类似堆积的氢氧化物的平面脱氢而直接得到。因此当Mg(OH)。结构内有转变为MgO结构的畴出现时,则阴离子面是连续的。然而,两种结构的晶面间距彼此不同,分别为C1和C2,(C2-C1)/C1=Q被定义为品面间距的失配度。为了保个相或二个相发生弹性应变,或通过引入位错来达到。失配度Q是弹性应变的一个量弹性应变的存在,使系统的能量增大,系统能量与cQ2成正比,C为常数。另一种类型的晶界称做半共格晶界。在这种结构中,最简单的看只有晶面间距C1比较小的一个相发生应变。弹性应变可以成引入半个原子晶面进入应变相下降,这样就生成所谓界面位错。位错的引入、使在位错线附近发生局部的晶格畸变。显然晶体的能量也增加。 晶界的特性 由于晶界上两个晶粒的质点排列取向有一定的差异,两者都力图使晶界上的质点排列符合于自己的取向。当达到平衡时,晶界上的原子就形成某种过渡的排列。显然,晶界上由于原子排列不规则而造成结构比较疏松,因而也使晶界具有一些不同于晶粒的特性。晶界上原子排列较晶粒内疏松,因而晶界易受腐蚀(热侵蚀、化学腐蚀)后,很易显露出来;由于晶界上结构疏松,在多晶体中,晶界是原子(离子)快速扩散的通道,并容易引起杂质原子(离子)偏聚,同时也使晶界处熔点低于晶粒;晶界上原子排列混乱,存在着许多空位、位错和键变形等缺陷,使之处于应力畸变状态。故能阶较高,使得晶界成为富态相变时代先成核的区域。利用晶界的一系列特性,通过控制晶界组成、结构和相态等来制造新型无机材料是材料科学工作者很感兴趣的研究领域。但是多晶体晶界尺度仅在0.lum以下,并非一般显微工能研究的。而要采用俄歇谱仪及离子探针等。由于晶界上成分复杂,因此对晶界的研究还有待深入。晶界对无机非金属材料的影响 无机非金属材料是由微细粉料烧结而成的。在烧结时,众多的的微细颗粒形成大量的结晶中心。当它们发育成晶粒并逐渐长大到相遇时就形成晶界。因而无机非金属材料是由形状不规

晶界和亚晶界

3.3.2 晶界和亚晶界 属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界(grain boundary);而每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成,相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界(sub-grain boundary)。晶粒的平均直径通常在0.015—0.25mm范围内,而亚晶粒的平均直径则通常为0.001mm的范围内。 二维点阵中晶界位置可用两个晶粒的位向差θ和晶界相对于一个点阵某一平面的夹角φ来确定,如图所示。 根据相邻晶粒之间位向差θ角的大小不同可将晶界分为两类: 1.小角度晶界(small-angle grain boundary)——相邻晶粒的位向差小于10°的晶界;亚晶界均属小角度晶界,一般小于2°; 2.大角度晶界(large-angle grain boundary)——相邻晶粒的位向差大于10°的晶界,多晶体中90%以上的晶界属于此类。 3.3.2.1小角度晶界的结构 按照相邻亚晶粒间位向差的型式不同,小角度晶界可分为倾斜晶界、扭转晶界和重合晶界等。它们的结构可用相应的模型来描述。 1.对称倾斜晶界 对称倾斜晶界(symmetrical tilt boundary)可看作是把晶界两侧晶体互相倾斜的结果。由于相邻两晶粒的位向差θ角很小,其晶界可看成是由一列平行的刃型位错所构成。 2.不对称倾斜晶界 如果倾斜晶界的界面绕x轴转了一角度φ,则此时两晶粒之间的位向差仍为θ角,但此时晶界的界面对于两个晶粒是不对称的,故称不对称倾斜晶界(unsymmetrical tilt boundary)。它有两个自由度θ和φ。该晶界结构可看成由两组柏氏矢量相互垂直的刃型位错交错排列而构成的。 3.扭转晶界 扭转晶界(twist boundary)是小角度晶界的一种类型。它可看成是两部分晶体绕某一轴在一个共同的晶面上相对扭转一个θ角所构成的,扭转轴垂直于这一共同的晶面。该晶界的结构可看成是由互相交叉的螺型位错所组成,如图3-71 。 扭转晶界和倾斜晶界均是小角度晶界的简单情况,不同之处在于倾斜晶界形成时,转轴在晶界内;扭转晶界的转轴则垂直于晶界。一般情况下,小角度晶界都可看成是两部分晶体绕某一轴旋转一角度而形成的,只不过其转轴既不平行于晶界也不垂直于晶界。对于这样的小角度晶界,可看作是由一系列刃位错、螺位错或混合位错的网络所构成。

16.晶界特性

()六晶界特性:5个特性 由于晶界的结构与晶粒内部有所不同就使晶界具有一系列不同于晶粒内部的特性 首先由于晶界上的原子或多或少地偏离了其平衡位置,因而就会或多或少地具有界面能或晶界能一般为2 1m J ~ 3 / 1.界面能越高,则晶界越不稳定。 2.因此,高的界面能就具有向低的界面能转化的趋势,这就致了晶界的运动。 3.晶粒长大和晶界的平直化都可减少晶界的总面积,从而降低晶界的总能量。 4.理论和实验结果都表明,大角度晶界的界面能远髙于小角度晶界的界面能, 所以大角度晶界的迁移速率较小角度晶界大。 5.当然,晶界的迀移是原子的扩散过程,只有在比较高的温度下才有可能进行。晶界偏聚特性: 1.由于界面能的存在,当金属中存在有能降低界面能的异类原子时,这些原子 就将向品界偏聚,这种现象称为内吸附。例如往钢中加入微量的硼 ()% W,即向品界偏聚,这对钢的性能有重要影响 < .0 005 B 2.相反,凡是提高界面能的原子,将会在晶粒内部偏聚,这种现象叫做反内吸 附。 3.内吸附和反内吸附现象对金属及合金的性能和相变过程有着重要的影响 晶界对金属材料的塑性变形起着阻碍作用 1.由于晶界上存在晶格畸变因而在室温下对金属材料的塑性变形起着阻碍作 用 2.在宏观上表现为使金属材料具有更高的强度和硬度

3.显然,晶粒越细,金属材料的强度和硬度便越高 因此对于在较低温度下使用的金属材料一般总是希望获得较细小的晶粒 其他特性: 1.此外,由于界面能的存在,使晶界的熔点低于晶粒内部,且易于腐蚀和氧化。 2.晶界上的空位、位错等缺陷较多,因此原子的扩散速度较快,在发生相变时, 新相晶核往往首先在晶界形成。

晶界特性

晶界特性:5个特性 由于晶界的结构与晶粒内部有所不同就使晶界具有一系列不同于晶粒内部的特性 首先由于晶界上的原子或多或少地偏离了其平衡位置,因而就会或多或少地具有界面能或晶界能一般为 1. 界面能越高,则晶界越不稳定。 2. 因此,高的界面能就具有向低的界面能转化的趋势,这就致了晶界的运动。 3. 晶粒长大和晶界的平直化都可减少晶界的总面积,从而降低晶界的总能量。 4. 理论和实验结果都表明,大角度晶界的界面能远髙于小角度晶界的界面能,所以大角度晶界的迁移速率较小角度晶界大。 5. 当然,晶界的迀移是原子的扩散过程,只有在比较高的温度下才有可能进行。 晶界偏聚特性: 1. 由于界面能的存在,当金属中存在有能降低界面能的异类原子时,这些原子就将向品界偏聚,这种现象称为内吸附。例如往钢中加入微量的硼,即向品界偏聚,这对钢的性能有重要影响 2. 相反,凡是提高界面能的原子,将会在晶粒内部偏聚,这种现象叫做反内吸附。 3. 内吸附和反内吸附现象对金属及合金的性能和相变过程有着重要的影响 晶界对金属材料的塑性变形起着阻碍作用 1. 由于晶界上存在晶格畸变因而在室温下对金属材料的塑性变形起着阻碍作用 2. 在宏观上表现为使金属材料具有更高的强度和硬度 3. 显然,晶粒越细,金属材料的强度和硬度便越高 因此对于在较低温度下使用的金属材料一般总是希望获得较细小的晶粒 其他特性: 1. 此外,由于界面能的存在,使晶界的熔点低于晶粒内部,且易于腐蚀和氧化。 2. 晶界上的空位、位错等缺陷较多,因此原子的扩散速度较快,在发生相变时,新相晶核往往首先在晶界形成。 金属由液态向固态的相变过程。除某些液态金属合金在激冷条件下“冻结”成具有无定形结构的非晶态金属外,金属的凝固在多数情况下,是晶体或晶粒的生成和长大的过程。金属凝固过程还伴随着体积变化、气体脱溶和元素偏析等现象。绝大部分金属材料是在液态中纯化(去气、去杂质等),调整成分,而后浇铸成锭,再加工成材,或直接铸造成部件。因此,金属的凝固不但决定了金属和合金的结构、组织和性能,而且还影响着以后的塑性加工和热处理。 金属的凝固所涉及的范围比较广泛,包括从宏观上研究铸锭及铸件的宏观结构、缺陷及宏观偏析;同时研究其显微结构,包括晶粒大小、取向和形状,晶内树枝状结构,以及非金属夹杂物、显微疏松和其他亚微观缺陷;也从原子尺度研究合金元素的微观偏析,微观晶体缺陷(如位错、空位等)的形成,晶粒成核与长大的原子堆垛过程等等。 研究金属凝固的理论基础是合金热力学、合金相图、传热、传质以及相变和金属中的扩散等。 金属的凝固过程主要是在一定的过冷度下,通过晶粒的成核和长大,并伴随着潜热的释放来实现的。而金属结晶过程又可以分为同分结晶和异分结晶两大类。同分结晶即结晶出的晶体与金属母液的化学成分完全一样,这通常是在纯金属以及相图中固、液相线相重合的合金成分上发生。异分结晶是结晶出的晶体与金属母液的化学成分不一样,即在结晶过程中伴随有成分的变化,绝大多数实际应用合金的结晶都属于这一类。首先研究没有成分变化的同分结晶的情况: 1. 物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时,在物体内各部分之间产生相互作用的内力,以抵抗这种外因的作用,并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面垂直的称为正应力或法向应力。 2. 在没有外力存在下,材料内部由于加工成型不当,温度变化,溶剂作用等原因所产生的应力。3、内应力的取消有几种方法:一对物体进行热处理(只针对金属性质的工件)二是放到自然条件下进行消除。三是人工通过敲打振动等方式进行消除。内应力是在结构上无外力作用时保留于物体内部的应力没有外力存在时,弹性物体内所保存的应力叫做内应力,它的特点是在物体内形成一个平衡的力系,即遵守静力学条件.按性质和范围大小可分为宏观应力,微观应力和超微观应力.按引起原因可分为热应力和组织应力.按存在时间可分为瞬时应力和残余应力.按作用方向可分为纵向应力和横向应力. 焊接应力,是焊接构件由于焊接而产生的应力。焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时,焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形;焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在没有外力作用的条件下,焊接应力在焊件内部是平衡的。焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观,因此是设计和制造中必须考虑的问题。 为了消除和减小焊接残余应力,应采取合理的焊接顺序,先焊接收缩量大的焊缝。焊接时适当降低焊件的刚度,并在焊件的适当部位局部加热,使焊缝能比较自由地收缩,以减小残余应力。热处理(高温回火)是消除焊接残余应力的常用方法。整体消除应力的热处理效果一般比局部热处理好。焊接残余应力也可采用机械拉伸法(预载法)来消除或调整,例如对压力容器可以采用水压试验,也可以在焊缝两侧局部加热到200℃,造成一个温度场,使焊缝区得到拉伸,以减小残余应力。 只有一个晶粒的铸造叶片。定向结晶叶片消除了对空洞和裂纹敏感的横向晶界,使全部晶界平行于应力轴方向,从而改善了合金的使用性能。单晶叶片消除了全部晶界,不必加入晶界强化元素,使合金的初熔温度相对升高,从而提高了合金的高温强度,并进一步改善了合金的综合性能。单晶叶片整个铸件由一个晶粒组成的铸造高温合金。这是继定向凝固铸造高温合金之后,进一步提高合金强度和使用温度的一条途径。单晶叶片铸件的理想组织是叶根、叶身和叶冠,都由毫无缺陷的多相单晶体组成。晶体取向应是〈001〉方向,并与叶片主应力轴方向之间的偏离不应大于10度。单晶铸件可以用与定向凝固相同的设备和工艺制备,与定向凝固铸件的区别只在于在水冷底盘的上部加入选晶器或仔晶,以便控制单一晶体进入铸件。简史初期的单晶铸造高温合金采用普通铸造高温合金成分,在此情况下,单晶铸造高温合金与定向凝固铸造高温合金相比,除了改善横向强度

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