考研专业课之清华大学材料科学基础-物理化学(13)

2.1.3 多晶体的塑性变形与细晶强化

1. 晶界和晶体位向对塑性变形的影响

多晶体材料是由许多取向不同的小单晶体即晶粒组成的。晶粒和晶粒之间的过渡区域就称为晶界。晶界处原子排列的周期性被破坏，能量高。

晶界中原子排列的特点：含有大量的缺陷，包含位错、缺陷、杂质或沉淀相等，晶态或非晶态。通过对α-Fe在室温和高温下拉伸的实验得到：在低温下，晶界强度较大，而晶粒强度较小；在高温下，晶界强度较小，而晶粒强度较大。

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晶界在多晶体范性形变中的作用主要表现在以下几点：
⑥ 协调作用
由于协调变形的要求，在晶界处变形必须连续，否则在晶界处就会裂开。
⑦ 障碍作用
低温或室温下，晶界强度大于晶粒强度，因此滑移主要是在晶粒内进行。同时，由于晶界内大量缺陷的应力场，使晶粒内部滑移更加困难。
⑧ 促进作用
高温下变形时，由于晶界强度比晶粒弱，因此，相邻两晶粒还会沿着晶界发生滑动。但变形量往往小于滑移和孪生的变形量。
⑨ 起裂作用
由于晶界阻碍滑移，因此晶界处往往应力集中，同时，由于杂质和脆性影响，第二相往往优先分布与晶界，使晶界变脆。此外，由于晶界处缺陷多，原子处于能量较高的状态，所以晶界往往优先被腐蚀。

2. Hall-Petch公式（可用于解释细晶强化）

晶粒大小，即晶粒度，对晶体的各种性能都有影响，其中影响最大的是力学性能。

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