2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、面缺陷:晶界與相界面Structure of Grain Boundaries and Interfaces between Phases,《物理冶金學原理》研究對象:,,面缺陷:晶界與相界面Structure of Grain Boundaries and Interfaces between Phases,,實際金屬材料中的晶界與相界,單相單晶材料:單相多晶材料:晶界多相材料:相界面、相結(jié)構(gòu)?晶界及相界的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、

2、作用!,材料的物理化學性能與晶界與相界結(jié)構(gòu),物理性能:電阻、磁性、導熱性化學性能:耐蝕性、室溫及高溫力學性能:強度、塑性、韌性、裂紋擴展、氧化性能工藝性能:冷變形、熱變形、焊接、熱處理、機械加工、,晶界的描述: ?5個自由度,,小角度晶界,Low Angle Grain Boundaries,對稱傾側(cè)小角度晶界?由刃位錯墻組成Symmetric Tilt Small Angle Grain Boundaries,,,,Egb

3、=Ee/D = Ee×q/b ={[Gb×q /4p(1-n)]ln(D/ro)},q=b/D,,,,,,,D,,,,Egb=Ee/D = Ee×q/b ={[Gb×q /4p(1-n)]ln(D/ro)},對稱傾側(cè)小角晶界HREM照片 (高分辨透射電子顯微照片),,,,,,扭轉(zhuǎn)小角度晶界:由兩列柏氏矢量互相垂直的螺位錯組成(螺位錯網(wǎng))Twist Small Angle Grain Boun

4、daries,,大角度晶界,High Angle Grain Boundaries,重合位置點陣CSL Lattice,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,晶界的性質(zhì),,重合位置點陣與大角度晶界Coincidence Site Lattice and Large Angle Grain Boundaries,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,大角度晶界HREM像(CSL),,晶界與晶粒取向差

5、的關系,,純鋁晶界與晶粒取向差的關系,計算值 實驗值,晶界強化,Grain Boundary StrengtheningHall-Petch公式: ts= to + kd-1/2 ss= so + kd-1/2,晶界前位錯塞積群數(shù)目 n ∝{ (t-to)×d}/(b×G)領先位錯處的應力場 t(r) ∝ n× (t-to) = {(t-to) 2

6、15;d}/(b×G)在相鄰晶粒位錯源S2處的分切應力t(r)=f(r)×t(r) = {f(r)×(t-to)2×d}/(b×G)當t(r)≥ t*時, (t*為位錯源S2開動的臨界應力),S2開動,相鄰晶粒發(fā)生塑性變形,即材料整體開始屈服,此時的外應力t即為該多晶材料的屈服應力ts f (r)× (ts -to) 2×d/(b×G)= t* ?

7、ts = to + [t* f (r) bG] (-1/2) ×d(-1/2) Hall-Petch公式: ts= to + kd(-1/2),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,S1,n,S2,t,,r,晶界前位錯塞積群數(shù)目 n ∝{ (t-to)×d}/(b×G)領先位錯處的應力場 t(r) ∝ n× (t-to) = {(t-to) 2×d}/(

8、b×G)在相鄰晶粒位錯源S2處的分切應力 t(r)=f(r)×t(r) = {f(r)×(t-to)2×d}/(b×G)當t(r)≥ t*時,(t*為位錯源S2開動的臨界應力),S2開動,相鄰晶粒發(fā)生塑性變形,即材料整體開始屈服,此時的外應力t即為該多晶材料的屈服應力ts f (r)× (ts -to) 2×d/(b×G)= t*

9、?ts= to + [t* f (r) bG] (-1/2) ×d(-1/2)= to + kd(-1/2),,,晶界的性質(zhì):晶界的高能量,位錯運動的不可逾越的障礙:Hall-Petch關系、細化晶粒同時提高金屬材料常溫強度、塑性與韌性的唯一方法;原子擴散的快速通道:固態(tài)相變形核之場所:溶質(zhì)原子平衡偏聚的場所:晶界偏聚對材料物理、化學、力學性質(zhì)及加工制備工藝性能具有重要影響。降低晶界能:晶界結(jié)合力提高:晶界結(jié)合力

10、降低或變脆:腐蝕、氧化、熔化等自晶界開始:高溫變形之薄弱環(huán)節(jié):晶界滑動、晶界遷移晶粒易長大,,,晶界的運動(遷移),Migration of Grain Boundaries,晶界遷移的驅(qū)動力,相鄰晶粒內(nèi)能差 ?晶界自由能差:小晶??s小消失、大晶粒長大 ?應變能差:高應變晶??s小消失、低應變晶粒長大,,,,,,,,,,,,,,,,,,s,s,表面自由能:表面曲率引起的晶粒內(nèi)部附加壓力2s sin(dq/2) = DP

11、 R dq ? DP = s/R,由于表面自由能的驅(qū)動:小晶粒縮小、大晶粒長大,?正曲率晶粒縮小、負曲率晶粒長大?小晶??s小、大晶粒長大(馬太效應),,,,,,,,,影響晶界遷移運動的因素,溫度: D=Do×exp(-Q/kT)晶界能: 小角度晶界、低能晶界晶粒內(nèi)晶體缺陷密度及均勻性:晶界元素偏析情況晶界第二相:晶界結(jié)構(gòu)(鋸齒狀晶界、彎曲晶界等)晶體性質(zhì)(晶體結(jié)構(gòu)、熔點、原子間結(jié)合力、層錯能等),,相界面Int

12、erfaces between Phases,共格界面-Coherent Interface?形成條件:1)兩相晶體結(jié)構(gòu)相同、晶格常數(shù)相近2)某些晶面原子排列歸律相同、原子間距相近,b,a,共格界面-Coherent Interface ?特點:界面能很低!但應變能較高!,a,b,,,,,孿晶界:一種理想的共格界面 ?無應變能、界面能即層錯能,,沉淀強化:位錯切割粒子Precipitation Strengthenin

13、g: Particle-Cutting,強化效果取決于粒子的本性!,沉淀析出第二相粒子的強化效果及強化機制與粒子尺寸的關系:Strengthening Effect and Mechanisms by Precipitation Particles,,由于其極低的界面能,利用共格粒子沉淀強化是強化高溫結(jié)構(gòu)材料的主要途徑之一:例如鎳基高溫合金 g’ (Ni3Al)/g-Ni,,非共格界面-Non-Coherent Interface

14、?特點:界面能很高!應變能很低!,,彌散強化:位錯繞過粒子Dispersion Hardening: Particle-bypassing,?強化效果只取決于粒子的尺寸d(粒子間距)!與粒子本性無關!,t = Gb2/d,,,,,,位錯的線張力 T=Gb2/2,t = Gb2/2R,Dispersion Strengthening,,,,,Particle Size (d),Yield Strength (t),,,沉淀析出第二相粒子

15、的強化效果及強化機制與粒子尺寸的關系:Strengthening Effect and Mechanisms by Precipitation Particles,,半共格界面—Semi-coherent Interface?特點:介于共格與非共格之間界面之間!,,,,,,第二相界面結(jié)構(gòu)與相生長形態(tài),界面共格:界面能很低、應變能很高 ?碟狀、片狀、針狀:比表面積最大、應變能最低!界面非共格:界面能很高、應變能很低 ?球狀:比

16、表面積最小,表面能最低!半共格界面:界與上述兩者之間,潤濕性(界面結(jié)構(gòu))與第二相生長形態(tài),非共格???共格,提高金屬材料高溫強度的方法(高溫金屬材料強化方法)?高溫變形: 晶界遷移、晶界滑動?蠕變(Creep),,,提高金屬材料高溫強度的方法(高溫金屬材料強化方法)?降低原子擴散速率?阻礙位錯運動與交滑移?阻礙晶界滑移與遷移?阻礙晶粒長大,Service Conditions of Turbine Bla

17、des and Vanes in a Jet Engine,,Turbofan GP7000 for Airbus 380,,Hostile Service Conditions of Turbine Blades in Jet Engines,,提高金屬材料高溫強度的方法,基體材料:高熔點金屬; 高原子間結(jié)合力材料 (金屬間化合物等):致密的晶體結(jié)構(gòu)(FCC、HCP、TCP)、低的層錯能合金元素:加入高熔點、難擴散合金元素固

18、溶強化低界面能共格粒子沉淀強化(粒子長大區(qū)動力?。└叻€(wěn)定性粒子彌散強化:ODS晶界強化:阻止晶界滑動:晶界上析出第二相粒子釘扎晶界、鋸齒狀晶界、彎曲晶界等微合金化降低晶界能(填充晶界空位):降低晶界移動性、阻止晶界遷移減少晶界(粗晶粒); 消除橫向晶界:定向凝固柱狀晶合金消除全部晶界:單晶合金,由于其極低的界面能,利用共格粒子沉淀強化是強化高溫結(jié)構(gòu)材料的主要途徑之一:例如鎳基高溫合金 g’ (Ni3Al)/g-Ni,

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