文档介绍：佥属学与热处理
Metallography Heat Treatment
第4章金属材料结构缺陷
主讲人:潘尧坤
知识回顾:单晶体和多晶体的区别
单晶体:在整个晶体内部原子都按照一定规律周期性规则排列。
食盐晶
单晶冰糖
天然水晶
多晶体:在晶体内每个局部区域里原子按周期性的规则排列,
但不同局部区域之间原子的排列方向并不相同,因此多晶体也
可看成由许多取向不同的小单晶体(晶粒)组成。
铅锭宏观组织
沿晶断口
变形金属晶粒尺寸约1~100μm,铸造金属可达几个mm。
实际金属材料几乎都是多晶体( Multicrystal),
即由许多彼此位向不同、外形不规则的小晶体(单晶体
Single Crysta)组成,这些小晶体称为晶粒( Grain)。
纯铁组织
晶
粒示意图
材料缺陷的分类:(按几何形象特征)
>点缺陷( Point defect):最简单的晶体缺陷,在结点上或邻近的微
观区域内偏离晶体结构的正常排列。在空间三维方向上的尺寸都很小,约
为一个、几个原子间距,又称零维缺陷。
·包括空位( Vacancy)、间隙原子( interstitial atom)、杂质( Impurity)、溶质
原子( Solute atom)等
线缺陷( Linear defect):在一个方向上的缺陷扩展很大(尺寸很
大),其它两个方向上尺寸很小,也称为一维缺陷。
主要为位错 Dislocation)
面缺陷( Planar defect):在两个方向上的缺陷扩展很大,其它一个
方向上尺寸很小,也称为二维缺陷
包括晶界( Grain boundary)、相界( Phase boundary)、孪晶界(Twin
boundary)、堆垛层错( Stacking fault等。

Vacancy.
89898
晶体中点阵结点上的原子以其平
衡位置为中心作热振动,当某些原子
振动能量起伏高于势垒时,将克服周
围原子的制约而跳离平衡位置,使得
点阵中形成空结点,称为空位。
空位
晶格中某些缺排
原子的空结点
空位产生后,其周围原子相互间的作用力失去平衡,因而它
们朝空位方向稍有移动,形成一个涉及几个原子间距范围的弹性
畸变区,即晶格畸变。
空位的分类 Classifications of vacancies)
离开平衡位置的离位原子:
(a)迁移到晶体外表面或内界面(如晶界处)的正常结点位置,
使晶体内部留下空位。→肖脱基( Schottky)缺陷
(b)跳入间隙位置,在
Schottky缺陷
( Frenkel)缺e
晶体中形成数目相等
●
的空位和间隙原子。
→弗兰克尔
o●
Q(●
(c)还可以跑到其他空oao。
位中,使空位消失或
●
者空位移位。
(●
Frenkel缺
( Interstitial atom)
间隙原子
999可以是基体金属原子,也
86888
|可以是外来原子。
间隙原子同样会使周围点阵产生弹性畸变,而且畸变程度
要比空位引起的畸变大的多,因此,形成能大,在晶体中的浓
度很低。
( Substitutional atom)
取代原来原子位置
9999999的外来原子
99
|99
8606629888
小置换原子
大置换原子
点缺陷的存在:
(a)造成点阵畸变→系统内能升高→降低晶体的热力学
稳定性。
(b)增大原子排列的混乱程度,并改变周围原子的振动
频率→系统组态熵和振动熵升高→增加晶体的热力学
稳定性
没有任何缺陷的完整晶体在热力学上是最稳定的么?
在一定温度下具有一定的平衡浓度