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晶界与界面1.分类大角晶界：相邻晶体位向差θ100小角度晶界：位向差θ为2~100（位错模型解释）亚晶界：位向差θ202.大角度晶界模型大角度晶界中仍有周期性结构，重合位置点阵模型重合位置点阵F7-4：相邻晶粒点阵延伸互相穿插，两晶粒位向转动一特定角度后，两晶粒的阵点有部分处于重合位置，由重合的阵点构成重合位置点阵。大角晶界模型：晶界力求与重合点阵密排面重合，即使有偏离，晶界会台阶化，使大部分面积分段与密排面重合，中间以小台阶相连，如图AB、CD与重合点阵密排面重合，中间BC小台阶相连。对称倾侧晶界、不对称倾侧晶界、扭转晶界3.小角度晶界对称倾侧晶界由相隔一定距离刃型位置垂直排列组成位错间距离D：与柏氏矢量及位向差关系,已知晶体点阵常数，想法测出位错蚀坑距离，可计算位向差：2sin2bbD不对称倾侧晶界：两组不同方向的刃错组，两晶体各转θ/2后形成晶界，晶界与x轴成ψ角扭转晶界：两晶体绕轴旋转后相差θ后螺型位错。网络组成扭转晶界示意图如下：扭转晶界位错模型每个晶粒中直径10~100μm的晶块（亚晶粒）之的界面溶质原子优先聚集和第二相优生析出的地方可阻碍位错运动，影响材料力学性能4.亚晶界金属晶粒内的重结构示意图Fe-4Si合金中的亚晶界5.晶界能晶界上非正常结点位置原子引发晶格畸变，使能量升高小角度晶界能EB：可由位错模型计算EB=E0θ（A-lnθ），E0=Gb/4π（1-γ），–A=EC4π（1-γ）/Gb2EC为位错中心能量,金属晶界能与晶粒位向差θ的关系实线测量值、虚线计算值小于15~200两者符合很好。EB在小角时与位向敏感，大角度时为常数三个晶界平衡时有：E1/sinφ1=E2/sinφ2=E3/sinφ36.少量第二相形状A.第二相基体晶粒内与基体完全不共格或完全共格，呈球状，与基体只有一个共有晶面，为减少界面能，第二相呈园盘状或片状B.界面上第二相形状：平衡时界面能的关系：γα-α=2γα-βcosθ/2界面能γα-α/γα-β比值的大小决定第二相β形貌θ=180°，β呈球状θ=0°，β呈连续薄膜0θ180°，可形成不同形状第二相C.二面角的用途（a）杂质在金属压力加工中影响Cu中Bi有热脆是因为Bi低熔点液相薄膜分布（b）粉末冶金烧结时润湿性：选Co与WC（c）对焊料影响：焊接时用助焊剂使焊料润湿被焊金属表面7.晶界偏聚平衡偏聚及非平衡偏聚A.平衡偏聚平衡条件下由于溶质与溶剂原子尺寸相差很大，溶质原子在晶内、晶界的畸变能差很大，造成溶质原子在晶界富集，如Cu-1Sn%合金，：Sn的偏析，Sn的原子半径比Cu大9%，发生严重点阵畸变当Sn处于晶界时畸变能明显降低畸变能的变化B.平衡偏聚公式Cg=Coexp（dEs/RT）Cg：晶界上溶质原子浓度，Co晶内溶质原子浓度，dEs晶界、晶内能量差C.平衡偏聚特点a.由公式可见一定溶质浓度在一定温度下对应一定偏聚量b.温度升高时，偏聚量迅速下降，至一定温度后，偏聚消失c.溶质原子分布悬殊，偏聚时晶界浓度可比晶内高10~1000倍d.平衡偏聚层只1~2个或几个原子间距宽，与晶界层厚相当D.非平衡偏聚由于空位的存在，促使溶质原子向晶界迁移的偏聚，辐射或加热时产生大量空位在冷却时向晶界迁移并消失，同时拖着溶质原子运动，溶质原子富集在晶界。E.非平衡偏聚特点：a.偏聚范围大，在晶界上形成一定宽度偏聚带，达几微米，偏聚带两侧有溶质原子贫化区。b.非平衡偏聚在适当冷却速度下发生c.一定冷速下，淬火温度升高，由于空位增多，偏聚及贫化宽度增加F.晶界偏聚意义对强韧性、晶间腐蚀、应力腐蚀、蠕变断裂强度、钢回火脆性，钢淬透性有重要影响：a.纯铁中氧含量增至0.057%，由于氧在晶界偏聚降低晶界结合力，脆性转变温度提高至300℃以上，Ni-Cr合金钢经250~350℃回火后脆性增大，是因为P（磷）在奥氏体化时在晶界偏聚。b.Ni3Al金属间化合物加入0.1%B后，B在晶界偏聚提高Ni3Al室温塑性c.中、低碳钢中加入0.0005~0.003%B可提高淬透性，即是硼（B）偏聚在晶界降低奥氏体晶界能，抑制奥氏体分解时的先共析铁素体形成8.晶界的其它特性a.晶界熔点低，易过烧b.晶界是易扩散通道c.晶界易形核d.晶界易受腐蚀e.晶界常温下强化，高温下弱化9.孪晶界：共格、非共格孪晶A.共格孪晶界：界面上原子正好在两侧晶粒点阵位置上多通过形变后退火而形成，与堆垛层错密切相关，如fcc(111)面通常是ABCABCABC……，从某一层开始堆垛变成ABCACBACBA……则形成孪晶，CAC为堆垛层错界面.B.非共格孪晶界：由许多位错构成