第一篇：高二物理基础知识点总结

高二变化的大背景，便是文理分科(或七选三)。在对各个学科都有了初步了解后，学生们需要对自己未来的发展科目有所选择、有所侧重。下面给大家分享一些关于高二物理基础知识点总结，希望对大家有所帮助。

高二物理基础知识点1

一、磁场：

1、磁场的基本性质：磁场对方入其中的磁极、电流有磁场力的作用;

2、磁铁、电流都能能产生磁场;

3、磁极和磁极之间，磁极和电流之间，电流和电流之间都通过磁场发生相互作用;

4、磁场的方向：磁场中小磁针北极的指向就是该点磁场的方向;

二、磁感线：在磁场中画一条有向的曲线，在这些曲线中每点的切线方向就是该点的磁场方向;

1、磁感线是人们为了描述磁场而人为假设的线;

2、磁铁的磁感线，在外部从北极到南极，内部从南极到北极;

3、磁感线是封闭曲线;

三、安培定则：

1、通电直导线的磁感线：用右手握住通电导线，让伸直的大拇指所指方向跟电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向;

2、环形电流的磁感线：让右手弯曲的四指和环形电流方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴上磁感线的方向;

3、通电螺旋管的磁场：用右手握住螺旋管，让弯曲的四指方向和电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺旋管内部磁感线的方向;

四、地磁场：地球本身产生的磁场;从地磁北极(地理南极)到地磁南极(地理北极);

五、磁感应强度：磁感应强度是描述磁场强弱的物理量。

1、磁感应强度的大小：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积的比值，叫磁感应强度。B=F/IL2、磁感应强度的方向就是该点磁场的方向(放在该点的小磁针北极的指向)

3、磁感应强度的国际单位：特斯拉T，1T=1N/A。m

六、安培力：磁场对电流的作用力;

1、大小：在匀强磁场中，当通电导线与磁场垂直时，电流所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线长度L三者的乘积。

2、定义式F=BIL(适用于匀强电场、导线很短时)

3、安培力的方向：左手定则：伸开左手，使大拇指根其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，并使伸开四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向。

七、磁铁和电流都可产生磁场;

八、磁场对电流有力的作用;

九、电流和电流之间亦有力的作用;

(1)同向电流产生引力;

(2)异向电流产生斥力;

十、分子电流假说：所有磁场都是由电流产生的;

十一、磁性材料:能够被强烈磁化的物质叫磁性材料：

(1)软磁材料：磁化后容易去磁的材料;例：软铁;硅钢;应用：制造电磁铁、变压器、(2)硬磁材料：磁化后不容易去磁的材料;例：碳钢、钨钢、制造：永久磁铁;

十二、洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用力，叫做洛伦兹力

1、洛仑兹力的方向由左手定则判断：伸开左手让大拇指和其余四指共面且垂直，把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，四指为正电荷运动方向(与负电荷运动方向相反)大拇指所指方向就是洛仑兹力的方向;

(1)洛仑兹力F一定和B、V决定的平面垂直。

(2)洛仑兹力只改变速度的方向而不改变其大小

(3)洛伦兹力永远不做功。

2、洛伦兹力的大小

(1)当v平行于B时：F=0

(2)当v垂直于B时：F=qvB

高二物理基础知识点2

一、固体

1、晶体：外观上有规则的几何外形，有确定的熔点，一些物理性质表现为各向异

2、非晶体：外观没有规则的几何外形，无确定的熔点，一些物理性质表现为各向同性

①判断物质是晶体还是非晶体的主要依据是有无固定的熔点

②晶体与非晶体并不是绝对的，有些晶体在一定的条件下可以转化为非晶体(石英→玻璃)

3、单晶体多晶体

如果一个物体就是一个完整的晶体，如食盐小颗粒，这样的晶体就是单晶体(单晶硅、单晶锗)

如果整个物体是由许多杂乱无章的小晶体排列而成，这样的物体叫做多晶体，多晶体没有规则的几何外形，但同单晶体一样，仍有确定的熔点。

二、液体

1、表面张力：当表面层的分子比液体内部稀疏时，分子间距比内部大，表面层的分子表现为引力。如露珠

2、液晶

分子排列有序，各向异性，可自由移动，位置无序，具有流动性

各向异性：分子的排列从某个方向上看液晶分子排列是整齐的，从另一方向看去则是杂乱无章的三：饱和汽与饱和汽压

①汽化

汽化：物质由液态变成气态的过程叫汽化。

1、汽化有两种方式：蒸发和沸腾。

2、液体在沸腾过程中要不断吸热，但温度保持不变，这一温度叫沸点。不同物质的沸点是不同的。而且沸点与大气压有关，大气压越大，沸点也就越高。

②饱和汽与饱和汽压

饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽。没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽。

饱和汽压：在一定温度下，饱和汽的压强是一定的，叫做饱和汽压。未饱和汽的压强小于饱和汽压。

1、饱和汽压只是指空气中这种液体蒸汽的分气压，与其它气体的压强无关。

2、饱和汽压与温度和物质种类有关。

四：物态变化中的能量交换

①熔化热

1、熔化：物质从固态变成液态的过程叫熔化(而从液态变成固态的过程叫凝固)。

注意：晶体在熔化和凝固的过程中温度不变，同一种晶体的熔点和凝固点相同;而非晶体在熔化过程中温度不断升高，凝固的过程中温度不断降低。

2、熔化热：某种晶体熔化过程中所需的能量(Q)与其质量(m)之比叫做这种晶体的熔化热。

I、用λ表示晶体的熔化热，则λ=Q/m，在国际单位中熔化热的单位是焦尔/千克(J/Kg)。

II、晶体在熔化过程中吸收热量增大分子势能，破坏晶体结构，变为液态。所以熔化热与晶体的质量无关，只取决于晶体的种类。

III、一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等。

注意：非晶体在熔化的过程中温度会不断变化，而不同温度下非晶体由固态变为液态时吸收的热量是不同的，所以非晶体没有确定的熔化热。

②汽化热

1、汽化：物质从液态变成气态的过程叫汽化(而从气态变成液态的过程叫液化)。

2、汽化热：某种液体汽化成同温度的气体时所需要的能量(Q)与其质量(m)之比叫这种物质在这一温度下的汽化热。用L表示汽化热，则L=Q/m，在国际单位制中汽化热的单位是焦尔/千克(J/Kg)。

I、液体汽化时，液体分子离开液体表面成为气体分子，要克服其它分子的吸引而做功，因此要吸收能量。

II、一定质量的物质，在一定的温度和压强下，汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等。

III、液体的汽化热与液体的物质种类、液体的温度、外界压强均有关。

高二物理基础知识点3

一、功：功等于力和物体沿力的方向的位移的乘积;

1、计算公式：w=Fs;

2、推论：w=Fscosθ,θ为力和位移间的夹角;

3、功是标量，但有正、负之分，力和位移间的夹角为锐角时，力作正功，力与位移间的夹角是钝角时，力作负功;

二、功率：是表示物体做功快慢的物理量;

1、求平均功率：P=W/t;

2、求瞬时功率：p=Fv,当v是平均速度时，可求平均功率;

3、功、功率是标量;

三、功和能间的关系：功是能的转换量度;做功的过程就是能量转换的过程，做了多少功，就有多少能发生了转化;

四、动能定理：合外力做的功等于物体动能的变化。

1、数学表达式：w合=mvt2/2-mv02/22、适用范围：既可求恒力的功亦可求变力的功;

3、应用动能定理解题的优点：只考虑物体的初、末态，不管其中间的运动过程;

4、应用动能定理解题的步骤：

(1)对物体进行正确的受力分析，求出合外力及其做的功;

(2)确定物体的初态和末态，表示出初、末态的动能;

(3)应用动能定理建立方程、求解

五、重力势能：物体的重力势能等于物体的重量和它的速度的乘积。

1、重力势能用EP来表示;

2、重力势能的数学表达式：EP=mgh;

3、重力势能是标量，其国际单位是焦耳;

4、重力势能具有相对性：其大小和所选参考系有关;

5、重力做功与重力势能间的关系

(1)物体被举高，重力做负功，重力势能增加;

(2)物体下落，重力做正功，重力势能减小;

(3)重力做的功只与物体初、末为置的高度有关，与物体运动的路径无关

六、机械能守恒定律：在只有重力(或弹簧弹力做功)的情形下，物体的动能和势能(重力势能、弹簧的弹性势能)发生相互转化，但机械能的总量保持不变。

1、机械能守恒定律的适用条件：只有重力或弹簧弹力做功;

2、机械能守恒定律的数学表达式：

3、在只有重力或弹簧弹力做功时，物体的机械能处处相等;

4、应用机械能守恒定律的解题思路

(1)确定研究对象，和研究过程;

(2)分析研究对象在研究过程中的受力，判断是否遵受机械能守恒定律;

(3)恰当选择参考平面，表示出初、末状态的机械能;

(4)应用机械能守恒定律，立方程、求解;

第二篇：高二物理知识点总结归纳

高二物理知识点总结归纳

总结是在某一特定时间段对学习和工作生活或其完成情况，包括取得的成绩、存在的问题及得到的经验和教训加以回顾和分析的书面材料，它可以有效锻炼我们的语言组织能力，让我们好好写一份总结吧。但是总结有什么要求呢？以下是小编帮大家整理的高二物理知识点总结归纳，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。

一、静电现象

1、了解常见的静电现象。

2、静电的产生

(1)摩擦起电：用丝绸摩擦的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦的橡皮棒带负电。

(2)接触起电：

(3)感应起电：

3、同种 电荷相斥，异种电荷相吸。

二、物质的电性及电荷守恒定律

1、物质的原子结构：物质是由分子，原子组成，原子由带正电的原子核以及环绕原子核运动的带负电的电子组成的。而原子核又是由质子和中子组成的。质子带正电、中子不带电。在一般情况下，物体内部的原子中电子的数目等于质子的数目，整个物体不带电，呈电中性。

2、电荷守恒定律：任何孤立系统的电荷总数保持不变。在一个系统的内部，电荷可以从一个物体传到另一个物体。但是，在这个过程中系统的总的电荷时不改变的。

3、用物质的原子结构和电荷守恒定律分析静电现象

(1)分析摩擦起电

(2)分析接触起电

(3)分析感应起电

4、物体带电的本质：电荷发生转移的过程，电荷并没有产生或消失。

例题分析：

1、下列说法正确的是(A)

A.摩擦起电和静电感应都是使物体的正负电荷分开，而总电荷量并未变化

B.用毛皮摩擦过的硬橡胶棒带负电，是摩擦过程中硬橡胶棒上的正电荷转移到了毛皮上

C.用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷是摩擦过程中玻璃棒得到了正电荷

D.物体不带电，表明物体中没有电荷

2、如图8-5所示，把一个不带电的枕型导体靠近带正电的小球，由于静电感应，在a，b端分别出现负、正电荷，则以下说法正确的是：(C)

A.闭合K1，有电子从枕型导体流向地

B.闭合K2，有电子从枕型导体流向地

C.闭合K1，有电子从地流向枕型导体

D.闭合K2，没有电子通过K2

易错点1对基本概念的理解不准确

易错分析：要准确理解描述运动的基本概念，这是学好运动学乃至整个动力学的基础。可在对比三组概念中掌握：①位移和路程：位移是由始位置指向末位置的有向线段，是矢量；路程是物体运动轨迹的实际长度，是标量，一般来说位移的大小不等于路程；②平均速度和瞬时速度，前者对应一段时间，后者对应某一时刻，这里特别注意公式只适用于匀变速直线运动；③平均速度和平均速率：平均速度=位移/时间，平均速率=路程/时间。

易错点2不能把图像的物理意义与实际情况对应

易错分析：理解运动图像首先要认清v—t和x—t图像的意义，其次要重点理解图像的几个关键点：①坐标轴代表的物理量，如有必要首先要写出两轴物理量关系的表达式；②斜率的意义；③截距的意义；④“面积”的意义，注意有些面积有意义，如v—t图像的“面积”表示位移，有些没有意义，如x—t图像的面积无意义。

易错点3分不清追及问题的临界条件而出现错误

易错分析：分析追及问题的方法技巧：①要抓住一个条件，两个关系。一个条件：即两者速度相等，它往往是物体间能否追上或（两者）距离、最小的临界条件，也是分析判断的切入点；两个关系：即时间关系和位移关系，通过画草图找两物体的位移关系是解题的突破口。②若被追赶的物体做匀减速运动，一定要注意追上前该物体是否已经停止运动。③应用图像v—t分析往往直观明了。

易错点4对摩擦力的认识不够深刻导致错误

易错分析：摩擦力是被动力，它以其他力的存在为前提，并与物体间相对运动情况有关。它会随其他外力或者运动状态的变化而变化，所以分析时，要谨防摩擦力随着外力或者物体运动状态的变化而发生突变。要分清是静摩擦力还是滑动摩擦力，只有滑动摩擦力才可以根据来计算Fμ=μFN，而FN并不总等于物体的重力。

易错点5对杆的弹力方向认识错误

易错分析：要搞清楚杆的弹力和绳的弹力方向特点不同，绳的拉力一定沿绳，杆的弹力方向不一定沿杆。分析杆对物体的弹力方向一般要结合物体的运动状态分析。

易错点6不善于利用矢量三角形分析问题

易错分析：平行四边形（三角形）定则是力的运算的常用工具，所以无论是分析受力情况、力的可能方向、力的最小值等，都可以通过画受力分析图或者力的矢量三角形。许多看似复杂的问题可以通过图示找到突破口，变得简明直观。

易错点7对力和运动的关系认识错误

易错分析：根据牛顿第二定律F=ma，合外力决定加速度而不是速度，力和速度没有必然的联系。加速度与合外力存在瞬时对应关系：加速度的方向始终和合外力的方向相同，加速度的大小随合外力的增大（减小）而增大（减小）；加速度和速度同向时物体做加速运动，反向时做减速运动。力和速度只有通过加速度这个桥梁才能实现“对话”，如果让力和速度直接对话，就是死抱亚里干多德的观点永不悔改的“顽固派”。

易错点8不会处理瞬时问题

易错分析：根据牛顿第二定律知，加速度与合外力的瞬时对应关系。所谓瞬时对应关系是指物体受到外力作用后立即产生加速度，外力恒定，加速度也恒定，外力变化，加速度立即发生变化，外力消失，加速度立即消失，在分析瞬时对应关系时应注意两个基本模型特点的区别：（1）轻绳模型：①轻绳不能伸长，②轻绳的拉力可突变；（2）轻弹簧模型：①弹力的大小为F=kx，其中k是弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量，②弹力突变的特点：若释放未连接物体，则轻弹簧的弹力可突变为零；若释放端仍连重物，则轻弹簧的弹力不发生突变，释放的瞬间仍为原值。易错点9不理解超、失重的实质

易错分析：要头透彻理解对超重和失重的实质，超失重与物体的速度无关，只取决于加速度情况。物体具有竖直向上的加速度或具有竖直向上的分加速度，失重时，物体具有竖直向下的加速度或有竖直向下的分加速度。处于超重或失重状态的物体仍受重力，只是视重（支持力或拉力）大于或小于重力，处于完全失重状态的物体，视重为零

易错点10找不到两物体间的运动联系而出错

易错分析：动力学的中心问题是研究运动和力的关系，除了对物体正确受力分析外，还必须正确分析物体的运动情况。当所给的情境中涉及两个物体，并且物体间存在相对运动时，找出这两物体之间的位移关系或速度关系尤其重要，特别注意物体的位移都是相对地的位移，故物块的位移并不等于木板的长度。一般地，若两物体同向运动，位移之差等于木板长；反向运动时，位移之和等于木板长

易错点16不能正确理解各种功能关系

易错分析：应用功能关系解题时，首先要弄清楚各种力做功与相应能变化的关系，重要的功能关系有：①重力做功等于重力势能变化的负值，即WG=—△Ep；②合力对物体所做的功等于物体动能的变化，即动能定理W合=△Ek；③除重力（或弹簧弹力）以外的力所做的功等于物体机械能的变化，即W'其它=△E机；④当W其它=0时，说明只有重力做功，所以系统的机械能守恒；⑤系统克服滑动摩擦力做功的代数和等于机械能转化的内能，即fd=Q（d为这两个物体间相对移动的路程）。

易错点17对简谐运动的运动学特征把握不准

易错分析振动具有周期性和对称性，可以结合振动图像加深理解和记忆：⑴相隔半个周期或的两个时刻对应的弹簧振子位置相对于平衡位置对称，相对于平衡位置的位移等大反向，两时刻的速度也等大反向；⑵相隔的两个时刻弹簧振子在同一位置，位移和速度都相等。简谐运动的回复力：当振子做直线运动时（如弹簧振子），简谐运动的回复力是振子所受合外力，当振子做曲线运动（如单摆）时，简谐运动的回复力是振子所受合外力沿振动方向的分量，且都满足，是振子相对于平衡位置的位移。

易错点18不理解波的形成原理和过程

易错分析对于机械波，从整体上看是波，从局部或具体某个质点看又是振动，波是相邻质点的依次带动而形成的，波的传播过程实际上是前一质点带动后一质点振动的过程，因此介质中各质点做的都是受迫振动，它们的振动频率都与波源的频率相同，也就是波的频率。波的传播过程中实际上传播的是波源的振动能量和振动形式，介质中各质点只是在自己的平衡位置附近来回振动，质点本身并不随波迁移。当一个质点完成一个周期振动时，波在沿波的传播方向上恰好传播了一个波长的距离。所有质点起始振动的方向都与第一个质点（波源）起始振动的方向相同。也就是沿着波的传播方向，后面所有质点开始振动的方向都与第一个质点开始振动的方向相同。同时沿着波的传播方向，各质点的振动步调依次落后。

易错点19忽视波的周期性和双向性造成漏解

易错分析机械波的波速只与介质有关，在相同介质中波速相等，在介质中可沿各个方向传播，但中学物理中一般只讨论在一条直线上传播的问题，仅限于两个方向，即波传播的双向性。不能由质点先后顺序（如）来判断波的传播方向，也不能由图像的实、虚线来判断振动的先后，要注意波传播的双向性，以防漏解。

易错点21对基本概念、电场的性质理解不透彻、掌握不牢

易错分析电势具有相对意义，理论上可以任意选取零势能点，因此电势与场强是没有直接关系的；电场强度是矢量，空间同时有几个点电荷，则某点的场强由这几个点电荷单独在该点产生的场强矢量叠加；电荷在电场中某点具有的电势能，由该点的电势与电荷的电荷量（包括电性）的乘积决定，负电荷在电势越高的点具有的电势能反而越小；带电粒子在电场中的运动有多种运动形式，若粒子做匀速圆周运动，则电势能不变。

易错点22不熟悉电场线和等势面与电场特性的关系

易错分析要熟练掌握电场线和等势面的分布特征与电场特性的关系，特别注意：⑴电场线总是垂直于等势面；⑵电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面。同时，对的应用，一定要清楚：⑴在匀强电场中，可以用此公式来进行定量计算，其中d是沿场强方向两点间距离；⑵在非匀强电场中，该式不能用于计算，但可以用微元法判断比较两点间电势差。

易错点23匀强电场中场强与电势差的关系、电场力做功与电势能变化的关系不明确

易错分析在由电荷电势能变化和电场力做功判断电场中电势、电势差和场强方向的问题中，先由电势能的变化和电场力做功判断电荷移动的各点间的电势差，再由电势差的比较判断各点电势高低，从而确定一个等势面，最后由电场线总是垂直于等势面确定电场线的方向。由此可见，电场力做功与电荷电势能的变化关系具有非常重要的意义，并注意计算时一定同时代入表示电荷电性和电势高低关系的“+、—”号。易错点24对带电粒子在匀强电场中的偏转的特点掌握不准确

易错分析带电粒子在极板间的偏转可分解为匀速直线运动和匀加速直线运动，我们处理此类问题时要注意平行板间距离的变化时，若电压不变，则极板间场强发生变化，加速度发生变化，这时不能盲目地套用公式，而应具体问题具体分析。

易错点25对电容器的动态分析不全面

易错分析在解电容器类问题时要注意两板带电荷量、电压、场强、板间某点的电势是如何随两板间的距离发生变化的，同时要注意电势的高低以及板是否接地。

易错点26对闭合电路的动态分析程序不熟悉，方法不熟练

易错分析闭合电路的动态分析一定要严格按“局部→整体→局部”的程序进行。对局部，要判断电阻如何变化，从而判断总电阻如何变化。对整体，首先是由判断干路电流回路随总电阻增大而减小，然后由闭合电路欧姆定律得路端电压随总电阻增大而增大。第二个局部是重点，也是难点。需要根据串、并联电路的特点和规律及欧姆定律交替判断。

易错点27伏安特性曲线的意义不明确

易错分析要准确理解概念，不能把不同情境下的情况随意迁移到另一情境。电阻的定义式R=，当电阻R不变时，也有R=，但当电阻发生变化时则必须依据电阻定义式求电阻，即对应图像上某一点的电阻等于那一点的电压U与电流I的比值。

易错点28对闭合电路输出功率的条件适用对象不明确、掌握不到位

易错分析电源输出功率的条件是当电源或等效电源内阻一定时才成立的，因此不能将可变外电阻当作电源内阻的一部分来判断电源的输出功率是否，也就是说，条件外电阻只能用于外电阻可变电源内阻恒定时输出功率的判断。

易错点29非纯电阻电路的主要特点与纯电阻电路的电功和电热计算相混淆

易错分析在纯电阻电路中，同时由于欧姆定律成立，有；在非纯电阻电路中，但由于欧姆定律不成立，，电热。综上所述，在任何电路中都成立，因此计算时一定先要判断电路性质：是否为纯电阻电路，然后选用合适的规律进行判断或计算。能量转化与守恒定律是自然界中普遍适用的规律，我们在分析非纯电阻电路时还要注意从能量转化与守恒看电路各个部分的作用，从全局的角度把握一道题的解题思路。

易错点30不清楚回旋加速器的原理

易错分析以回旋加速器、磁流体发电机、速度选择器、质谱仪等模型为载体考查带电粒子在复合场中的运动的试题在高考中曾多次出现，要理解这些常见模型的原理。理解回旋加速器的原理需突破两点：①粒子离开磁场的动能与加速电压无关，由知，只取决于磁场的半径R和磁感应强度B的大小以及粒子本身的质量和电荷量；②粒子做圆周运动的周期等于交变电场的周期，由知，要加速不同的粒子需调整B和f。

易错点30不会处理带电粒子在有界磁场中运动的临界问题

易错分析解带电粒子在有界磁场中的临界问题时要注意寻找临界点、对称点，射出与否的临界点是带电粒子的圆形轨迹与边界切点；粒子进、出同一直线边界时具有对称关系：速度与直线的夹角相等但在直线两侧，顺、逆时针偏转的两段圆弧构成一个完整的圆。注意粒子在不同边界的磁场以及磁场内外运动的不同，边界有磁场与无磁场的不同。

一、电流：电荷的定向移动行成电流。

1、产生电流的条件：

(1)自由电荷;

(2)电场;

2、电流是标量，但有方向：我们规定：正电荷定向移动的方向是电流的方向;

注：在电源外部，电流从电源的正极流向负极;在电源的内部，电流从负极流向正极;

3、电流的大小：通过导体横截面的电荷量Q跟通过这些电量所用时间t的比值叫电流I表示：

(1)数学表达式：I=Q/t;

(2)电流的国际单位：安培A

(3)常用单位：毫安mA、微安uA;(4)1A=103mA=106uA

二、欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比;

1、定义式：I=U/R;

2、推论：R=U/I;

3、电阻的国际单位时欧姆，用Ω表示;1kΩ=103Ω,1MΩ=106Ω;

4、伏安特性曲线：

三、闭合电路：由电源、导线、用电器、电键组成;

1、电动势：电源的电动势等于电源没接入电路时两极间的电压;用E表示;

2、外电路：电源外部的电路叫外电路;外电路的电阻叫外电阻;用R表示;其两端电压叫外电压;3、内电路：电源内部的电路叫内电阻，内点路的电阻叫内电阻;用r表示;其两端电压叫内电压;如：发电机的线圈、干电池内的溶液是内电路，其电阻是内电阻;

4、电源的电动势等于内、外电压之和;E=U内+U外;U外=RI;E=(R+r)I

四、闭合电路的欧姆定律：闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比;

1、数学表达式：I=E/(R+r)

2、当外电路断开时，外电阻无穷大，电源电动势等于路端电压;就是电源电动势的定义;

3、当外电阻为零(短路)时，因内阻很小，电流很大，会烧坏电路;

五、半导体：导电能力在导体和绝缘体之间;半导体的电阻随温升越高而减小;

六、导体的电阻随温度的升高而升高，当温度降低到某一值时电阻消失，成为超导;

1.库仑定律：F=kQ1Q2/r2(在真空中){F:点电荷间的作用力(N)，k:静电力常量k=9.0×109N?m2/C2，Q1、Q2:两点电荷的电量(C)，r:两点电荷间的距离(m)，方向在它们的连线上，作用力与反作用力，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引｝

2.两种电荷、电荷守恒定律、元电荷：(e=1.60×10-19C);带电体电荷量等于元电荷的整数倍

3.电场强度：E=F/q(定义式、计算式){E:电场强度(N/C)，是矢量(电场的叠加原理)，q：检验电荷的电量(C)｝

4.真空点(源)电荷形成的电场E=kQ/r2{r：源电荷到该位置的距离(m)，Q：源电荷的电量｝

5.电场力：F=qE{F:电场力(N)，q:受到电场力的电荷的电量(C)，E:电场强度(N/C)｝

6.匀强电场的场强E=UAB/d{UAB:AB两点间的电压(V)，d:AB两点在场强方向的距离(m)｝

7.电势与电势差：UAB=φA-φB，UAB=WAB/q=-ΔEAB/q

8.电场力做功：WAB=qUAB=Eqd{WAB:带电体由A到B时电场力所做的功(J)，q:带电量(C)，UAB:电场中A、B两点间的电势差(V)(电场力做功与路径无关),E:匀强电场强度,d:两点沿场强方向的距离(m)｝

9.电场力做功与电势能变化ΔEAB=-WAB=-qUAB(电势能的增量等于电场力做功的负值)

10.电势能：EA=qφA{EA:带电体在A点的电势能(J)，q:电量(C)，φA:A点的电势(V)｝

11.电势能的变化ΔEAB=EB-EA{带电体在电场中从A位置到B位置时电势能的差值｝

12.电容C=Q/U(定义式,计算式){C:电容(F)，Q:电量(C)，U:电压(两极板电势差)(V)｝

13.平行板电容器的电容C=εS/4πkd(S:两极板正对面积，d:两极板间的垂直距离，ω：介电常数)

14.带电粒子在电场中的加速(Vo=0)：W=ΔEK或qU=mVt2/2，Vt=(2qU/m)1/2

15.带电粒子沿垂直电场方向以速度Vo进入匀强电场时的偏转(不考虑重力作用的情况下)

类平垂直电场方向:匀速直线运动L=Vot(在带等量异种电荷的平行极板中：E=U/d)

抛运动平行电场方向:初速度为零的匀加速直线运动d=at2/2，a=F/m=qE/m

1.电流强度：I=q/t{I:电流强度(A)，q:在时间t内通过导体横载面的电量(C)，t:时间(s)｝

2.欧姆定律：I=U/R{I:导体电流强度(A)，U:导体两端电压(V)，R:导体阻值(Ω)｝

3.电阻、电阻定律：R=ρL/S{ρ：电阻(Ω/m)，L:导体的长度(m)，S:导体横截面积(m2)｝

4.闭合电路欧姆定律：I=E/(r+R)或E=Ir+IR也可以是E=U内+U外{I:电路中的总电流(A)，E:电源电动势(V)，R:外电路电阻(Ω)，r:电源内阻(Ω)｝

5.电功与电功率：W=UIt，P=UI{W:电功(J)，U:电压(V)，I:电流(A)，t:时间(s)，P:电功率(W)｝

6.焦耳定律：Q=I2Rt{Q:电热(J)，I:通过导体的电流(A)，R:导体的电阻值(Ω)，t:通电时间(s)｝

7.纯电阻电路中：由于I=U/R，W=Q，因三此W=Q=UIt=I2Rt=U2t/R

8.电源总动率、电源输出功率、电源效率：P总=IE，P出=IU，η=P出/P总{I:电路总电流(A)，E:电源电动势(V)，U:路端电压(V)，η：电源效率｝

9.电路的串/并联串联电路(P、U与R成正比)并联电路(P、I与R成反比)

电阻关系(串同并反)R串=R1+R2+R3+1/R并=1/R1+1/R2+1/R3+

电流关系I总=I1=I2=I3I并=I1+I2+I3+

电压关系U总=U1+U2+U3+U总=U1=U2=U3

功率分配P总=P1+P2+P3+P总=P1+P2+P3

10.欧姆表测电阻

(1)电路组成(2)测量原理

两表笔短接后，调节Ro使电表指针满偏，得Ig=E/(r+Rg+Ro)接入被测电阻Rx后通过电表的电流为Ix=E/(r+Rg+Ro+Rx)=E/(R中+Rx)由于Ix与Rx对应，因此可指示被测电阻大小

(3)使用方法：机械调零、选择量程、欧姆调零、测量读数{注意挡位(倍率)｝、拨off挡。

(4)注意：测量电阻时，要与原电路断开，选择量程使指针在中央附近，每次换挡要重新短接欧姆调零。

11.伏安法测电阻

电流表内接法：电压表示数：U=UR+UA

电流表外接法：电流表示数：I=IR+IV

Rx的测量值=U/I=(UA+UR)/IR=RA+Rx>R真;

Rx的测量值=U/I=UR/(IR+IV)=RVRx(RV+R)

选用电路条件Rx>RA[或Rx>(RARV)1/2]

选用电路条件Rx

12.滑动变阻器在电路中的'限流接法与分压接法限流接法:电压调节范围小，电路简单，功耗小便于调节电压的选择条件Rp>Rx电压调节范围大，电路复杂，功耗较大便于调节电压的选择条件Rp。

注：

(1)单位换算：1A=103mA=106μA;1kV=103V=106mA;1MΩ=103kΩ=106Ω

(2)各种材料的电阻率都随温度的变化而变化，金属电阻率随温度升高而增大;

(3)串联总电阻大于任何一个分电阻，并联总电阻小于任何一个分电阻;

(4)当电源有内阻时，外电路电阻增大时，总电流减小，路端电压增大;

(5)当外电路电阻等于电源电阻时，电源输出功率，此时的输出功率为E2/(2r);

(6)其它相关内容：电阻率与温度的关系半导体及其应用超导及其应用。

1、多普勒效应：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率变化的现象叫做多普勒效应。是奥地利物理学家多普勒在1842年发现的。

2、多普勒效应的成因：声源完成一次全振动，向外发出一个波长的波，频率表示单位时间内完成的全振动的次数，因此波源的频率等于单位时间内波源发出的完全波的个数，而观察者听到的声音的音调，是由观察者接受到的频率，即单位时间接收到的完全波的个数决定的。

3、多普勒效应是波动过程共有的特征，不仅机械波，电磁波和光波也会发生多普勒效应。

4、多普勒效应的应用：

①现代医学上使用的胎心检测器、血流测定仪等有许多都是根据这种原理制成。

②根据汽笛声判断火车的运动方向和快慢，以炮弹飞行的尖叫声判断炮弹的飞行方向等。

③红移现象：在20世纪初，科学家们发现许多星系的谱线有“红移现象”，所谓“红移现象”，就是整个光谱结构向光谱红色的一端偏移，这种现象可以用多普勒效应加以解释：

由于星系远离我们运动，接收到的星光的频率变小，谱线就向频率变小（即波长变大）的红端移动。科学家从红移的大小还可以算出这种远离运动的速度。这种现象，是证明宇宙在膨胀的一个有力证据。

1.1什么是变压器?

答：变压器是借助电磁感应，以相同的频率，在两个或更多的绕组之间，变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。

1.2什么是局部放电?

答：局部放电是指高压电器中的绝缘介质在高压电的作用下，发生在电极之间但未贯通的放电。

1.3局放试验的目的是什么?

答：发现设备结构和制造工艺的缺陷，例如：绝缘内部局放电场过高，金属部件有尖角;绝缘混入杂质或局部带有缺陷，防止局部放电对绝缘造成损坏。

1.4什么是铁损?

答：变压器的铁损又叫空载损耗，它属于励磁损耗而与负载无关，它不随负载大小而变化，只要加上励磁电压后就存在，它的大小仅随电压波动而略有变化。包括铁心材料的磁滞损耗、涡流损耗以及附加损耗三部分。

1.5什么是铜损?

答：负载损耗又称铜损，它是指在变压器一对绕组中，一个绕组流经额定电流，另一个绕组短路，其他绕组开路时，在额定频率及参考温度下，所汲取的功率。

1.6什么是高压首端?

答：与高压中部出头连接的2至3个饼，及附近的纸板、相间隔板等叫做高压首端(强调电气连接)。

1.7什么是高压首头?

答：普通220kV变压器高压线圈中部出头一直到高压佛手叫做高压首头(强调空间位置)。

1.8什么是主绝缘?它包括哪些内容?

答：主绝缘是指绕组(或引线)对地(如对铁轭及芯柱)、对其他绕组(或引线)之间的绝缘。

它包括：同柱各线圈间绝缘、距铁心柱和铁轭的绝缘、各相之间的绝缘、线圈与油箱的绝缘、引线距接地部分的绝缘、引线与其他线圈的绝缘、分接开关距地或其他线圈的绝缘、异相触头间的绝缘。

1.9什么是纵绝缘?它包括哪些内容?

答：纵绝缘是指同一绕组上各点(线匝、线饼、层间)之间或其相应引线之间以及分接开关各部分之间的绝缘。

它包括：桶式线圈的层间绝缘、饼式线圈的段间绝缘、导线线匝的匝间绝缘、同线圈引线间的绝缘、分接开关同触头间的绝缘。

1.10高压试验有哪些?分别考核重点是什么?

答：高压试验包含空载试验、负载试验、外施耐压试验、感应耐压试验、局部放电试验、雷电冲击试验。

(1)空载试验主要考核测量变压器的空载损耗和空载电流，验证变压器铁心设计的计算、工艺制造是否满足标准和技术条件的要求，检查变压器铁心是否存在缺陷，如局部过热，局部绝缘不良等。

(2)负载试验主要考核产品设计或制造中绕组及载流回路中是否存在缺陷;

(3)外施耐压试验主要考核产品主绝缘电气强度、主绝缘是否合理、绝缘材料有无缺陷、制造工艺是否符合要求;

(4)感应耐压试验主要考核变压器的纵绝缘;

(5)局部放电试验主要考核变压器的整体绝缘性能;

(6)雷电冲击试验主要考核变压器绝缘结构、绝缘质量是否能经受大气放电造成的过电压的冲击。

1.11生产中为什么要注意绝缘件清洁?

答：绝缘件清洁与否对变压器电气强度影响很大，若绝缘件上有粉尘，经过油的冲洗就随油游动起来。因为粉尘中有许多金属粒子，它在电场的作用下，排列成串，形成带电体之间通路(搭桥)，从而破坏了绝缘强度，造成放电。电压越高，粉尘游离越严重，越容易放电。

第一节认识静电

一、静电现象

1、了解常见的静电现象。

2、静电的产生

（1）摩擦起电：用丝绸摩擦的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦的橡皮棒带负电。

（2）接触起电：（3）感应起电：

3、同种电荷相斥，异种电荷相吸。

二、物质的电性及电荷守恒定律

1、物质的原子结构：物质是由分子，原子组成，原子由带正电的原子核以及环绕原子核运动的带负电的电子组成的。而原子核又是由质子和中子组成的。质子带正电、中子不带电。在一般情况下，物体内部的原子中电子的数目等于质子的数目，整个物体不带电，呈电中性。

2、电荷守恒定律：任何孤立系统的电荷总数保持不变。在一个系统的内部，电荷可以从一个物体传到另一个物体。但是，在这个过程中系统的总的电荷时不改变的。

3、用物质的原子结构和电荷守恒定律分析静电现象

（1）分析摩擦起电（2）分析接触起电（3）分析感应起电

4、物体带电的本质：电荷发生转移的过程，电荷并没有产生或消失。

第二节电荷间的相互作用

一、电荷量和点电荷

1、电荷量：物体所带电荷的多少，叫做电荷量，简称电量。单位为库仑，简称库，用符号C表示。

2、点电荷：带电体的形状、大小及电荷量分布对相互作用力的影响可以忽略不计，在这种情况下，我们就可以把带电体简化为一个点，并称之为点电荷。

二、电荷量的检验

1、检测仪器：验电器

2、了解验电器的工作原理

三、库仑定律

1、内容：在真空中两个静止的点电荷间相互作用的库仑力跟它们电荷量的乘积成正比，跟它们距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上。

2、大小：

方向：在两个电电荷的连线上，同性相斥，异性相吸。

3、公式中k为静电力常量，4、成立条件

①真空中（空气中也近似成立），②点电荷

第三节电场及其描述

一、电场

1、电场：电荷的周围存在着电场，带电体间的相互作用是通过周围的电场发生的。

2、电场基本性质：对放入其中的电荷有力的作用。

3、电场力：电场对放入其中的电荷有作用力，这种力叫电场力

电荷间的静电力就是一个电荷受到另一个电荷激发电场的作用力。

电场力做正功，电势能减小，电场力做负功，电势能增大，正电荷在电场中受力方向与场强方向一致，所以正电荷沿场强方向，电势能减小，负电荷在电场中受力方向与场强相反，所以负电荷沿场强方向，电势能增大，但电势都是沿场强方向减小。

1、原因

电势能，电场力，功的关系与重力势能，重力，功的关系很相似。

E=mgh，重力做正功，重力势能减小。

电势能的原因就是电场力有做功的能力，凡是势能规律几乎都是如此，电场力正做功，电势能减小，电场力负做功，电势能增大，在做正功的过程中，电势能通过做功的形式把能量转化为其他形式的能，因而电势能减小。

静电力做的正功功=电势能的减小量，静电力做的负功=电势能的增加量

2、判断电场力做功的方法

(1)看电场力与带电粒子的位移方向夹角，小于90度为正功，大于90度为负功;

(2)看电场力与带电粒子的速度方向夹角，小于90度为正功，大于90度为负功;

(3)看电势能的变化，电势能增加，电场力做负功，电势能减小，电场力做正功。

第三篇：高二物理知识点总结

高二物理知识点总结（1）

冲量与动量(物体的受力与动量的变化）

1.动量：p＝mv ｛p:动量(kg/s)，m:质量(kg)，v:速度(m/s)，方向与速度方向相同｝ 3.冲量：I＝Ft ｛I:冲量(N•s)，F:恒力(N)，t:力的作用时间(s)，方向由F决定｝

4.动量定理：I＝Δp或Ft＝mvt–mvo {Δp:动量变化Δp＝mvt–mvo，是矢量式} 5.动量守恒定律：p前总＝p后总或p＝p´也可以是m1v1+m2v2＝m1v1´+m2v2´ 6.弹性碰撞：Δp＝0；ΔEK＝0 {即系统的动量和动能均守恒}

7.非弹性碰撞Δp＝0；0<ΔEK<ΔEKm {ΔEK：损失的动能，EKm：损失的最大动能} 8.完全非弹性碰撞Δp＝0；ΔEK＝ΔEKm {碰后连在一起成一整体}

9.物体m1以v1初速度与静止的物体m2发生弹性正碰: v1´＝(m1-m2)v1/(m1+m2)v2´＝2m1v1/(m1+m2)

10.由9得的推论-----等质量弹性正碰时二者交换速度(动能守恒、动量守恒)。

11.子弹m水平速度vo射入静止置于水平光滑地面的长木块M，并嵌入其中一起运动时的机械能损失。

第八章 电场 一、三种产生电荷的方式：

1、摩擦起电：（1）正点荷：用绸子摩擦过的玻璃棒所带电荷；（2）负电荷:用毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷；（3）实质：电子从一物体转移到另一物体；

2、接触起电：（1）实质：电荷从一物体移到另一物体；（2）两个完全相同的物体相互接触后电荷平分；（3）、电荷的中和：等量的异种电荷相互接触，电荷相合抵消而对外不显电性，这种现象叫电荷的中和；

3、感应起电：把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电；（1）电荷的基本性质：同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引；（2）实质：使导体的电荷从一部分移到另一部分；（3)感应起电时，导体离电荷近的一端带异种电荷，远端带同种电荷；

4、电荷的基本性质：能吸引轻小物体；

二、电荷守恒定律：电荷既不能被创生，亦不能被消失，它只能从一个物体转移到另一物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量不变。

三、元电荷：一个电子所带的电荷叫元电荷，用e表示。

1、e=1.6×10-19c;

2、一个质子所带电荷亦等于元电荷；

3、任何带电物体所带电荷都是元电荷的整数倍；

四、库仑定律：真空中两个静止点电荷间的相互作用力，跟它们所带电荷量的乘积成正比，跟它们之间距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。电荷间的这种力叫库仑力，1、计算公式：F=kQ1Q2/r2(k=9.0×109N.m2/kg2)

2、库仑定律只适用于点电荷（电荷的体积可以忽略不计）

3、库仑力不是万有引力；

五、电场：电场是使点电荷之间产生静电力的一种物质。

1、只要有电荷存在，在电荷周围就一定存在电场；

2、电场的基本性质：电场对放入其中的电荷（静止、运动）有力的作用；这种力叫电场力；

3、电场、磁场、重力场都是一种物质

六、电场强度：放入电场中某点的电荷所受电场力F跟它的电荷量Q的比值叫该点的电场强度；

1、定义式：E=F/q;E是电场强度；F是电场力；q是试探电荷；

2、电场强度是矢量，电场中某一点的场强方向就是放在该点的正电荷所受电场力的方向（与负电荷所受电场力的方向相反）

3、该公式适用于一切电场；

4、点电荷的电场强度公式：E=kQ/r2

七、电场的叠加：在空间若有几个点电荷同时存在，则空间某点的电场强度，为这几个点电荷在该点的电场强度的矢量和；解题方法：分别作出表示这几个点电荷在该点场强的有向线段，用平行四边形定则求出合场强；

八、电场线：电场线是人们为了形象的描述电场特性而人为假设的线。

1、电场线不是客观存在的线；

2、电场线的形状：电场线起于正电荷终于负电荷；G:用锯木屑观测电场线.DAT(1)只有一个正电荷：电场线起于正电荷终于无穷远；（2）只有一个负电荷：起于无穷远，终于负电荷；（3）既有正电荷又有负电荷：起于正电荷终于负电荷；

3、电场线的作用：

1、表示电场的强弱：电场线密则电场强（电场强度大）；电场线疏则电场弱电场强度小）；

2、表示电场强度的方向：电场线上某点的切线方向就是该点的场强方向；

4、电场线的特点：

1、电场线不是封闭曲线；

2、同一电场中的电场线不向交；

九、匀强电场：电场强度的大小、方向处处相同的电场；匀强电场的电场线平行、且分布均匀；

1、匀强电场的电场线是一簇等间距的平行线；

2、平行板电容器间的电是匀强电场；场

十、电势差：电荷在电场中由一点移到另一点时，电场力所作的功WAB与电荷量q的比值叫电势差，又名电压。

1、定义式：UAB=WAB/q；

2、电场力作的功与路径无关；

3、电势差又命电压，国际单位是伏特；

十一、电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移到参考点（零势点）时电场力作的功；

1、电势具有相对性，和零势面的选择有关；

2、电势是标量，单位是伏特V；

3、电势差和电势间的关系：UAB= φA-φB；

4、电势沿电场线的方向降低； 时，电场力要作功，则两点电势差不为零，就不是等势面；

4、相同电荷在同一等势面的任意位置，电势能相同；原因：电荷从一点移到另一点时，电场力不作功，所以电势能不变；

5、电场线总是由电势高的地方指向电势低的地方；

6、等势面的画法：相临等势面间的距离相等；

十二、电场强度和电势差间的关系：在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积。

1、数学表达式：U=Ed；

2、该公式的使适用条件是，仅仅适用于匀强电场；

3、d是两等势面间的垂直距离；

十三、电容器：储存电荷（电场能）的装置。

1、结构：由两个彼此绝缘的金属导体组成；

2、最常见的电容器：平行板电容器；

十四、电容：电容器所带电荷量Q与两电容器量极板间电势差U的比值；用“C”来表示。

1、定义式：C=Q/U；

2、电容是表示电容器储存电荷本领强弱的物理量；

3、国际单位：法拉 简称：法，用F表示

4、电容器的电容是电容器的属性，与Q、U无关；

十五、平行板电容器的决定式：C=εs/4πkd；（其中d为两极板间的垂直距离，又称板间距；k是静电力常数，k=9.0×10 9N.m2/c2;ε是电介质的介电常数，空气的介电常数最小；s表示两极板间的正对面积；）

1、电容器的两极板与电源相连时，两板间的电势差不变，等于电源的电压；

2、当电容器未与电路相连通时电容器两板所带电荷量不变；

十六、带电粒子的加速：

1、条件：带电粒子运动方向和场强方向垂直，忽略重力；

2、原理：动能定理：电场力做的功等于动能的变化：W=Uq=1/2mvt2-1/2mv02;

3、推论：当初速度为零时，Uq=1/2mvt2;

4、使带电粒子速度变大的电场又名加速电场；

九章 恒定电流

一、电流：电荷的定向移动行成电流。

1、产生电流的条件：（1）自由电荷；（2）电场；

2、电流是标量，但有方向：我们规定：正电荷定向移动的方向是电流的方向；

注：在电源外部，电流从电源的正极流向负极；在电源的内部，电流从负极流向正极；

3、电流的大小：通过导体横截面的电荷量Q跟通过这些电量所用时间t的比值叫电流I表示；（1）数学表达式：I=Q/t；（2）电流的国际单位：安培A（3）常用单位：毫安mA、微安uA；(4)1A=103mA=106uA

二、欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比；

1、定义式：I=U/R;

2、推论：R=U/I；

3、电阻的国际单位时欧姆，用Ω表示； 1kΩ=103Ω,1MΩ=106Ω;

4、伏安特性曲线：

三、闭合电路：由电源、导线、用电器、电键组成；

1、电动势：电源的电动势等于电源没接入电路时两极间的电压；用E表示；

2、外电路：电源外部的电路叫外电路；外电路的电阻叫外电阻；用R表示；其两端电压叫外电压；

3、内电路：电源内部的电路叫内电阻，内点路的电阻叫内电阻；用r表示；其两端电压叫内电压；如：发电机的线圈、干电池内的溶液是内电路，其电阻是内电阻；

4、电源的电动势等于内、外电压之和； E=U内+U外；U外=RI；E=（R+r）I

四、闭合电路的欧姆定律：闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比；

1、数学表达式：I=E/（R+r）

2、当外电路断开时，外电阻无穷大，电源电动势等于路端电压；就是电源电动势的定义；

3、当外电阻为零（短路）时，因内阻很小，电流很大，会烧坏电路；

五、半导体：导电能力在导体和绝缘体之间；半导体的电阻随温升越高而减小； 六：导体的电阻随温度的升高而升高，当温度降低到某一值时电阻消失，成为超导；

第十章 磁场

一、磁场：

1、磁场的基本性质：磁场对放入其中的磁极、电流有磁场力的作用；

2、磁铁、电流都能能产生磁场；

3、磁极和磁极之间，磁极和电流之间，电流和电流之间都通过磁场发生相互作用；

4、磁场的方向：磁场中小磁针北极的指向就是该点磁场的方向；

二、磁感线：在磁场中画一条有向的曲线，在这些曲线中每点的切线方向就是该点的磁场方向；

1、磁感线是人们为了描述磁场而人为假设的线；

2、磁铁的磁感线，在外部从北极到南极，内部从南极到北极；

3、磁感线是封闭曲线；

三、安培定则：

1、通电直导线的磁感线：用右手握住通电导线，让伸直的大拇指所指方向跟电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向；

2、环形电流的磁感线：让右手弯曲的四指和环形电流方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴上磁感线的方向；

3、通电螺旋管的磁场：用右手握住螺旋管，让弯曲的四指方向和电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺旋管内部磁感线的方向；

四、地磁场：地球本身产生的磁场；从地磁北极（地理南极）到地磁南极（地理北极）；

五、磁感应强度：磁感应强度是描述磁场强弱的物理量。

1、磁感应强度的大小：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积的比值，叫磁感应强度。B=F/IL

2、磁感应强度的方向就是该点磁场的方向（放在该点的小磁针北极的指向）

3、磁感应强度的国际单位：特斯拉 T，1T=1N/A。m

六、安培力：磁场对电流的作用力；

1、大小：在匀强磁场中，当通电导线与磁场垂直时，电流所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线长度L三者的乘积。

2、定义式F=BIL（适用于匀强电场、导线很短时）

3、安培力的方向：左手定则：伸开左手，使大拇指根其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，并使伸开四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向。

七、磁铁和电流都可产生磁场；

八、磁场对电流有力的作用；

九、电流和电流之间亦有力的作用；（1）同向电流产生引力；（2）异向电流产生斥力；

十、分子电流假说：所有磁场都是由电流产生的；

十一、磁性材料:能够被强烈磁化的物质叫磁性材料：（1）软磁材料：磁化后容易去磁的材料；例：软铁；硅钢；应用：制造电磁铁、变压器、（2）硬磁材料：磁化后不容易去磁的材料；例：碳钢、钨钢、制造：永久磁铁；

十二、磁场对运动电荷的作用力，叫做洛伦兹力

1、洛仑兹力的方向由左手定则判断：伸开左手让大拇指和其余四指共面且垂直，把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，四指为正电荷运动方向（与负电荷运动方向相反）大拇指所指方向就是洛仑兹力的方向；

（1）洛仑兹力F一定和B、V决定的平面垂直。（2）洛仑兹力只改变速度的方向而不改变其大小（3）洛伦兹力永远不做功。

2、洛伦兹力的大小（1）当v平行于B时：F=0（2）当v垂直于B时：F=qvB

一、质点的运动（1）------直线运动 1）匀变速直线运动

1.平均速度V平＝s/t（定义式）2.有用推论Vt2-Vo2＝2as 3.中间时刻速度Vt/2＝V平＝(Vt+Vo)/2 4.末速度Vt＝Vo+at 5.中间位置速度Vs/2＝[(Vo2+Vt2)/2]1/2 6.位移s＝V平t＝Vot+at2/2＝Vt/2t 7.加速度a＝(Vt-Vo)/t ｛以Vo为正方向，a与Vo同向(加速)a>0；反向则a<0｝ 8.实验用推论Δs＝aT2 ｛Δs为连续相邻相等时间(T)内位移之差｝

9.主要物理量及单位:初速度(Vo):m/s；加速度(a):m/s2；末速度(Vt):m/s；时间(t)秒(s)；位移(s):米（m）；路程:米；速度单位换算：1m/s=3.6km/h。注：

(1)平均速度是矢量;(2)物体速度大,加速度不一定大;(3)a=(Vt-Vo)/t只是量度式，不是决定式;(4)其它相关内容：质点、位移和路程、参考系、时间与时刻〔见第一册P19〕/s--t图、v--t图/速度与速率、瞬时速度〔见第一册P24〕。2)自由落体运动

1.初速度Vo＝0 2.末速度Vt＝gt 3.下落高度h＝gt2/2（从Vo位置向下计算）4.推论Vt2＝2gh 注:(1)自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，遵循匀变速直线运动规律；

(2)a＝g＝9.8m/s2≈10m/s2（重力加速度在赤道附近较小,在高山处比平地小，方向竖直向下）。（3)竖直上抛运动

1.位移s＝Vot-gt2/2 2.末速度Vt＝Vo-gt（g=9.8m/s2≈10m/s2）3.有用推论Vt2-Vo2＝-2gs 4.上升最大高度Hm＝Vo2/2g(抛出点算起）5.往返时间t＝2Vo/g（从抛出落回原位置的时间）注:(1)全过程处理:是匀减速直线运动，以向上为正方向，加速度取负值；(2)分段处理：向上为匀减速直线运动，向下为自由落体运动，具有对称性；(3)上升与下落过程具有对称性,如在同点速度等值反向等。

二、质点的运动（2）----曲线运动、万有引力 1)平抛运动

1.水平方向速度：Vx＝Vo 2.竖直方向速度：Vy＝gt 3.水平方向位移：x＝Vot 4.竖直方向位移：y＝gt2/2 5.运动时间t＝(2y/g）1/2(通常又表示为(2h/g)1/2)6.合速度Vt＝(Vx2+Vy2)1/2＝[Vo2+(gt)2]1/2 合速度方向与水平夹角β:tgβ＝Vy/Vx＝gt/V0 7.合位移：s＝(x2+y2)1/2, 位移方向与水平夹角α:tgα＝y/x＝gt/2Vo 8.水平方向加速度：ax=0；竖直方向加速度：ay＝g 注：

(1)平抛运动是匀变速曲线运动，加速度为g，通常可看作是水平方向的匀速直线运与竖直方向的自由落体运动的合成；

(2)运动时间由下落高度h(y)决定与水平抛出速度无关；（3）θ与β的关系为tgβ＝2tgα；

（4）在平抛运动中时间t是解题关键；(5)做曲线运动的物体必有加速度，当速度方向与所受合力(加速度)方向不在同一直线上时，物体做曲线运动。2）匀速圆周运动

1.线速度V＝s/t＝2πr/T 2.角速度ω＝Φ/t＝2π/T＝2πf 3.向心加速度a＝V2/r＝ω2r＝(2π/T)2r 4.向心力F心＝mV2/r＝mω2r＝mr(2π/T)2＝mωv=F合 5.周期与频率：T＝1/f 6.角速度与线速度的关系：V＝ωr 7.角速度与转速的关系ω＝2πn(此处频率与转速意义相同)8.主要物理量及单位：弧长(s):米(m)；角度(Φ)：弧度（rad）；频率（f）：赫（Hz）；周期（T）：秒（s）；转速（n）：r/s；半径(r):米（m）；线速度（V）：m/s；角速度（ω）：rad/s；向心加速度：m/s2。注：

（1）向心力可以由某个具体力提供，也可以由合力提供，还可以由分力提供，方向始终与速度方向垂直，指向圆心；

（2）做匀速圆周运动的物体，其向心力等于合力，并且向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小，因此物体的动能保持不变，向心力不做功，但动量不断改变。3)万有引力

1.开普勒第三定律：T2/R3＝K(＝4π2/GM)｛R:轨道半径，T:周期，K:常量(与行星质量无关，取决于中心天体的质量)｝

2.万有引力定律：F＝Gm1m2/r2（G＝6.67×10-11N•m2/kg2，方向在它们的连线上）

3.天体上的重力和重力加速度：GMm/R2＝mg；g＝GM/R2 ｛R:天体半径(m)，M：天体质量（kg）｝

4.卫星绕行速度、角速度、周期：V＝(GM/r)1/2；ω＝(GM/r3)1/2；T＝2π(r3/GM)1/2｛M：中心天体质量｝ 5.第一（二、三)宇宙速度V1＝(g地r地)1/2＝(GM/r地)1/2＝7.9km/s；V2＝11.2km/s；V3＝16.7km/s 6.地球同步卫星GMm/(r地+h)2＝m4π2(r地+h)/T2｛h≈36000km，h:距地球表面的高度，r地:地球的半径｝ 注:(1)天体运动所需的向心力由万有引力提供,F向＝F万；(2)应用万有引力定律可估算天体的质量密度等；

(3)地球同步卫星只能运行于赤道上空，运行周期和地球自转周期相同；

(4)卫星轨道半径变小时,势能变小、动能变大、速度变大、周期变小（一同三反）；(5)地球卫星的最大环绕速度和最小发射速度均为7.9km/s。

第四篇：[物理]高二物理知识点总结

第八章 电场 一、三种产生电荷的方式：

1、摩擦起电：（1）正点荷：用绸子摩擦过的玻璃棒所带电荷；（2）负电荷:用毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷；（3）实质：电子从一物体转移到另一物体；

2、接触起电：（1）实质：电荷从一物体移到另一物体；（2）两个完全相同的物体相互接触后电荷平分；（3）、电荷的中和：等量的异种电荷相互接触，电荷相合抵消而对外不显电性，这种现象叫电荷的中和；

3、感应起电：把电荷移近不带电的导体，可以使导体带电；（1）电荷的基本性质：同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引；（2）实质：使导体的电荷从一部分移到另一部分；（3)感应起电时，导体离电荷近的一端带异种电荷，远端带同种电荷；

4、电荷的基本性质：能吸引轻小物体；

二、电荷守恒定律：电荷既不能被创生，亦不能被消失，它只能从一个物体转移到另一物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量不变。

三、元电荷：一个电子所带的电荷叫元电荷，用e表示。

1、e=1.6×10-19c;

2、一个质子所带电荷亦等于元电荷；

3、任何带电物体所带电荷都是元电荷的整数倍；

四、库仑定律：真空中两个静止点电荷间的相互作用力，跟它们所带电荷量的乘积成正比，跟它们之间距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。电荷间的这种力叫库仑力，1、计算公式：F=kQ1Q2/r2(k=9.0×109N.m2/kg2)

2、库仑定律只适用于点电荷（电荷的体积可以忽略不计）

3、库仑力不是万有引力；

五、电场：电场是使点电荷之间产生静电力的一种物质。

1、只要有电荷存在，在电荷周围就一定存在电场；

2、电场的基本性质：电场对放入其中的电荷（静止、运动）有力的作用；这种力叫电场力；

3、电场、磁场、重力场都是一种物质

六、电场强度：放入电场中某点的电荷所受电场力F跟它的电荷量Q的比值叫该点的电场强度；

1、定义式：E=F/q;E是电场强度；F是电场力；q是试探电荷；

2、电场强度是矢量，电场中某一点的场强方向就是放在该点的正电荷所受电场力的方向（与负电荷所受电场力的方向相反）

3、该公式适用于一切电场；

4、点电荷的电场强度公式：E=kQ/r2

七、电场的叠加：在空间若有几个点电荷同时存在，则空间某点的电场强度，为这几个点电荷在该点的电场强度的矢量和；解题方法：分别作出表示这几个点电荷在该点场强的有向线段，用平行四边形定则求出合场强；

八、电场线：电场线是人们为了形象的描述电场特性而人为假设的线。

1、电场线不是客观存在的线；

2、电场线的形状：电场线起于正电荷终于负电荷；G:用锯木屑观测电场线.DAT(1)只有一个正电荷：电场线起于正电荷终于无穷远；（2）只有一个负电荷：起于无穷远，终于负电荷；（3）既有正电荷又有负电荷：起于正电荷终于负电荷；

3、电场线的作用：

1、表示电场的强弱：电场线密则电场强（电场强度大）；电场线疏则电场弱电场强度小）；

2、表示电场强度的方向：电场线上某点的切线方向就是该点的场强方向；

4、电场线的特点：

1、电场线不是封闭曲线；

2、同一电场中的电场线不向交；

九、匀强电场：电场强度的大小、方向处处相同的电场；匀强电场的电场线平行、且分布均匀；

1、匀强电场的电场线是一簇等间距的平行线；

2、平行板电容器间的电是匀强电场；场

十、电势差：电荷在电场中由一点移到另一点时，电场力所作的功WAB与电荷量q的比值叫电势差，又名电压。

1、定义式：UAB=WAB/q；

2、电场力作的功与路径无关；

3、电势差又命电压，国际单位是伏特；

十一、电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移到参考点（零势点）时电场力作的功；

1、电势具有相对性，和零势面的选择有关；

2、电势是标量，单位是伏特V；

3、电势差和电势间的关系：UAB= φA-φB；

4、电势沿电场线的方向降低； 时，电场力要作功，则两点电势差不为零，就不是等势面；

4、相同电荷在同一等势面的任意位置，电势能相同；原因：电荷从一点移到另一点时，电场力不作功，所以电势能不变；

5、电场线总是由电势高的地方指向电势低的地方；

6、等势面的画法：相临等势面间的距离相等；

十二、电场强度和电势差间的关系：在匀强电场中，沿场强方向的两点间的电势差等于场强与这两点的距离的乘积。

1、数学表达式：U=Ed；

2、该公式的使适用条件是，仅仅适用于匀强电场；

3、d是两等势面间的垂直距离；

十三、电容器：储存电荷（电场能）的装置。

1、结构：由两个彼此绝缘的金属导体组成；

2、最常见的电容器：平行板电容器；

十四、电容：电容器所带电荷量Q与两电容器量极板间电势差U的比值；用“C”来表示。

1、定义式：C=Q/U；

2、电容是表示电容器储存电荷本领强弱的物理量；

3、国际单位：法拉 简称：法，用F表示

4、电容器的电容是电容器的属性，与Q、U无关；

十五、平行板电容器的决定式：C=εs/4πkd；（其中d为两极板间的垂直距离，又称板间距；k是静电力常数，k=9.0×10 9N.m2/c2;ε是电介质的介电常数，空气的介电常数最小；s表示两极板间的正对面积；）

1、电容器的两极板与电源相连时，两板间的电势差不变，等于电源的电压；

2、当电容器未与电路相连通时电容器两板所带电荷量不变；

十六、带电粒子的加速：

1、条件：带电粒子运动方向和场强方向垂直，忽略重力；

2、原理：动能定理：电场力做的功等于动能的变化：W=Uq=1/2mvt2-1/2mv02;

3、推论：当初速度为零时，Uq=1/2mvt2;

4、使带电粒子速度变大的电场又名加速电场；

九章 恒定电流

一、电流：电荷的定向移动行成电流。

1、产生电流的条件：（1）自由电荷；（2）电场；

2、电流是标量，但有方向：我们规定：正电荷定向移动的方向是电流的方向；

注：在电源外部，电流从电源的正极流向负极；在电源的内部，电流从负极流向正极；

3、电流的大小：通过导体横截面的电荷量Q跟通过这些电量所用时间t的比值叫电流I表示；（1）数学表达式：I=Q/t；（2）电流的国际单位：安培A（3）常用单位：毫安mA、微安uA；(4)1A=103mA=106uA

二、欧姆定律：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比；

1、定义式：I=U/R;

2、推论：R=U/I；

3、电阻的国际单位时欧姆，用Ω表示；

1kΩ=103Ω,1MΩ=106Ω;

4、伏安特性曲线：

三、闭合电路：由电源、导线、用电器、电键组成；

1、电动势：电源的电动势等于电源没接入电路时两极间的电压；用E表示；

2、外电路：电源外部的电路叫外电路；外电路的电阻叫外电阻；用R表示；其两端电压叫外电压；

3、内电路：电源内部的电路叫内电阻，内点路的电阻叫内电阻；用r表示；其两端电压叫内电压；如：发电机的线圈、干电池内的溶液是内电路，其电阻是内电阻；

4、电源的电动势等于内、外电压之和； E=U内+U外；U外=RI；E=（R+r）I

四、闭合电路的欧姆定律：闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比；

1、数学表达式：I=E/（R+r）

2、当外电路断开时，外电阻无穷大，电源电动势等于路端电压；就是电源电动势的定义；

3、当外电阻为零（短路）时，因内阻很小，电流很大，会烧坏电路；

五、半导体：导电能力在导体和绝缘体之间；半导体的电阻随温升越高而减小；

六：导体的电阻随温度的升高而升高，当温度降低到某一值时电阻消失，成为超导； 第十章 磁场

一、磁场：

1、磁场的基本性质：磁场对放入其中的磁极、电流有磁场力的作用；

2、磁铁、电流都能能产生磁场；

3、磁极和磁极之间，磁极和电流之间，电流和电流之间都通过磁场发生相互作用；

4、磁场的方向：磁场中小磁针北极的指向就是该点磁场的方向；

二、磁感线：在磁场中画一条有向的曲线，在这些曲线中每点的切线方向就是该点的磁场方向；

1、磁感线是人们为了描述磁场而人为假设的线；

2、磁铁的磁感线，在外部从北极到南极，内部从南极到北极；

3、磁感线是封闭曲线；

三、安培定则：

1、通电直导线的磁感线：用右手握住通电导线，让伸直的大拇指所指方向跟电流方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向；

2、环形电流的磁感线：让右手弯曲的四指和环形电流方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴上磁感线的方向；

3、通电螺旋管的磁场：用右手握住螺旋管，让弯曲的四指方向和电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺旋管内部磁感线的方向；

四、地磁场：地球本身产生的磁场；从地磁北极（地理南极）到地磁南极（地理北极）；

五、磁感应强度：磁感应强度是描述磁场强弱的物理量。

1、磁感应强度的大小：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积的比值，叫磁感应强度。B=F/IL

2、磁感应强度的方向就是该点磁场的方向（放在该点的小磁针北极的指向）

3、磁感应强度的国际单位：特斯拉 T，1T=1N/A。m

六、安培力：磁场对电流的作用力；

1、大小：在匀强磁场中，当通电导线与磁场垂直时，电流所受安培力F等于磁感应强度B、电流I和导线长度L三者的乘积。

2、定义式F=BIL（适用于匀强电场、导线很短时）

3、安培力的方向：左手定则：伸开左手，使大拇指根其余四个手指垂直，并且跟手掌在同一个平面内，把手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，并使伸开四指指向电流的方向，那么大拇指所指的方向就是通电导线所受安培力的方向。

七、磁铁和电流都可产生磁场；

八、磁场对电流有力的作用；

九、电流和电流之间亦有力的作用；（1）同向电流产生引力；（2）异向电流产生斥力；

十、分子电流假说：所有磁场都是由电流产生的；

十一、磁性材料:能够被强烈磁化的物质叫磁性材料：（1）软磁材料：磁化后容易去磁的材料；例：软铁；硅钢；应用：制造电磁铁、变压器、（2）硬磁材料：磁化后不容易去磁的材料；例：碳钢、钨钢、制造：永久磁铁；

十二、磁场对运动电荷的作用力，叫做洛伦兹力

1、洛仑兹力的方向由左手定则判断：伸开左手让大拇指和其余四指共面且垂直，把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿过手心，四指为正电荷运动方向（与负电荷运动方向相反）大拇指所指方向就是洛仑兹力的方向；

（1）洛仑兹力F一定和B、V决定的平面垂直。（2）洛仑兹力只改变速度的方向而不改变其大小（3）洛伦兹力永远不做功。

2、洛伦兹力的大小（1）当v平行于B时：F=0（2）当v垂直于B时：F=qvB、电阻定律：导体两端电阻与导体长度、横截面积及材料性质有关。R=pl/S（电阻的决定式）P只与导体材料性质有关。R与温度有关。

2、伏安特性曲线：描述电压与电流之间的函数关系的图象。

3、二极管：单向导电性；正极与电源正极相连。

4、串联特点：①总电压等于各部分电压之和。

②电流处处相等

③总电阻等于各部分电阻和

④总功率等于各部分功率和

5、并联特点：①总电压等于各支路电压 ②总电流等于各支路电流和

③总电阻的倒数等于各支路电阻倒数之和

④总功率等于各支路功率和

6、伏安法：（1）限流式；（2）分压式。

7、等效图的接法：（1）节点搭桥法；（2）等电势法（拉扯法）。

8、电动势：（1）定义：非静电力对电荷所做的功与被移送的电荷量之比。

（2）物理意义：反映电源提供电能的本领。

（3）公式：E电动势=W其/q（4）电动势只与电源性质有关

（5）电动势、内阻是电源性质的衡量指标。电动势以大为好，内阻以小为好。

9、闭合电路欧姆定律：E=U外+U内

10、外阻与路端电压成正比。

11、测量电源电动势与内阻的方法：伏安法、伏箱法、安箱法。

12、外接、内接的原则：观察分压、分流效果哪个明显。外接、内接的口诀：小外偏小、大内偏大。

13、表头改装电压表须串联大电阻 表头改装电流表须并联小电阻

14、多用电表→闭合电路欧姆定律→标欧姆表的刻度

15、功率

16、纯电阻电路：电能全部转化为热能的电路。

17、电源总功率：EI=IU外+IU内

18、与门电路、或门电路、非门电路（我只了解了解）

19、电学黑箱问题（我也了解一下）

20、I=Q/t=nqvS„„„„„„„„„S指电荷通过的截面；V指电荷定向移动的速度

给你个顺口溜吧 电源有个电源力，推动电荷到正极，正负极间有电压，电路接通电荷移。直流电路等效图 无阻导线缩一点，等势点间连成线； 断路无用线撤去，节点之间依次连； 整理图形标准化，最后还要看一遍。安培定则歌 导线周围的磁力线，用安培定则来判断。判断直线用定则一，让右手直握直导线。电流的方向拇指指，四指指的是磁力线。判断螺线用定则二，让右手紧握螺线管。电流的方向四指指，N极在拇指指那端。磁体周围有磁场，N极受力定方向； 电流周围有磁场，安培定则定方向。BIL安培力，相互垂直要注意。洛仑兹力安培力，力往左甩别忘记。电磁感应磁生电（电动势），产生条件磁通变，回路闭合有电流，回路断开是电源，感应电动势大或小，磁通变化的快和慢，楞次定律定方向，阻碍变化是关键，导体切割磁力线，右手定则更方便。匀强磁场（中）线圈转，旋转产生交流电，电流电压电动势，变化规律是弦线，中性面计时是正弦，平行面计时是余弦，NBSω是最大值，有效值用热量来计算。自行发光是光源，同种均匀直线传。若是遇见障碍物，传播路径要改变。反射折射两定律，折射定律是重点。光介质有折射率，它的定义是正弦（比值）。还可运用速度比，波长比值也使然。全反射，要牢记，入射光线在光密。入射角大于临界角，折射光线无处觅。物在无穷远，成像在焦点； 千里迢迢物追像，物快像慢有希望； 追到二倍焦距处，像在等距把它望； 追过二倍焦距处，像却比物跑得忙； 追到一倍焦距处，物在焦点像渺茫； 追过一倍焦距处，物要看像回头望； 好事多磨难，镜心得团圆 光照金属能生电，入射光线有极限。光电子动能大和小，与光子频率有关联。光电子数目多和少，与光线强弱紧相连。光电效应瞬间能发生，极限频率取决逸出功。分析电路的口诀 分析电路有方法：先判串联和并联；电表测量然后断。一路到底必是串；若有分支是并联。A表相当于导线；并时短路会出现。如果发现它并源；毁表毁源实在惨。若有电器被它并；电路发生局部短。V表可并不可串；串时相当电路断。如果发现它被串；电流为零应当然。连接电路口诀 连接电路怎么办： 串联很简单，各个元件依次连； 并联有点难，连干路，标节点； 支路可要条条连，连好再检验。还有电表怎样连： A表串其中；V表并两端。线柱认真接；正(进)负(出)不能反。量程不能忘；大小仔细断。

第五篇：材料物理基础知识点总结

点缺陷1范围分类1点缺陷.在三维空间各方向上尺寸都很小,在原子尺寸大小的晶体缺陷.2线缺陷在三维空间的一个方向上的尺寸很大(晶粒数量级),另外两个方向上的尺寸很小(原子尺寸大小)的晶体缺陷.其具体形式就是晶体中的位错3面缺陷在三维空间的两个方向上的尺寸很大,另外一个方向上的尺寸很小的晶体缺陷

2点缺陷的类型1空位.在晶格结点位置应有原子的地方空缺,这种缺陷称为“空位”2.间隙原子.在晶格非结点位置,往往是晶格的间隙,出现了多余的原子.它们可能是同类原子,也可能是异类原子3.异类原子.在一种类型的原子组成的晶格中,不同种类的原子替换原有的原子占有其应有的位置3点缺陷的形成弗仑克耳缺陷:原子离开平衡位置进入间隙,形成等量的空位和间隙原子.肖特基缺陷:只形成空位不形成间隙原子.（构成新的晶面）金属:离子晶体:1 负离子不能到间隙2 局部电中性要求

4点缺陷的方程缺陷方程三原则: 质量守恒, 电荷平衡, 正负离子格点成比例增减.肖特基缺陷生成:0＝VM，+ VO··弗仑克尔缺陷生成: MM ＝ VM，+ Mi ··

非计量氧化物:1/2O2(g)＝ VM，+ 2h· + OO 不等价参杂:Li2O＝ 2LiM, + OO + VO··Li2O+ 1/2O2(g)＝ 2LiM, + 2OO + 2h·.Nb2O5 ＝ 2NbTi · + 2 e, + 4OO + 1/2O2(g)5过饱和空位.晶体中含点缺陷的数目明显超过平衡值.如高温下停留平衡时晶体中存在一平衡空位,快速冷却到一较低的温度,晶体中的空位来不及移出晶体,就会造成晶体中的空位浓度超过这时的平衡值.过饱和空位的存在是一非平衡状态,有恢复到平衡态的热力学趋势,在动力学上要到达平衡态还要一时间过程.6点缺陷对材料的影响.原因无论那种点缺陷的存在,都会使其附近的原子稍微偏离原结点位置才能平衡即造成小区域的晶格畸变.效果1提高材料的电阻

定向流动的电子在点缺陷处受到非平衡力(陷阱),增加了阻力,加速运动提高局部温度(发热)2加快原子的扩散迁移

空位可作为原子运动的周转站3形成其他晶体缺陷

过饱和的空位可

集中形成内部的空洞,集中一片的塌陷形成位错4改变材料的力学性能.空位移动到位错处可造成刃位错的攀移,间隙原子和异类原子的存在会增加位错的运动阻力.会使强度提高,塑性下降.位错

7刃型位错若将上半部分向上移动一个原子间距,之间插入半个原子面,再按原子的结合方式连接起来,得到和(b)类似排列方式(转90度),这也是刃型位错.8螺型位错若将晶体的上半部分向后移动一个原子间距,再按原子的结合方式连接起来(c),同样除分界线附近的一管形区域例外,其他部分基本也都是完好的晶体.而在分界线的区域形成一螺旋面,这就是螺型位错

9柏氏矢量.确定方法,首先在原子排列基本正常区域作一个包含位错的回路,也称为柏氏回路,这个回路包含了位错发生的畸变.然后将同样大小的回路置于理想晶体中,回路当然不可能封闭,需要一个额外的矢量连接才能封闭,这个矢量就称为该位错的柏氏矢 10柏氏矢量与位错类型的关系刃型位错,柏氏矢量与位错线相互垂直.(依方向关系可分正刃和负刃型位错).螺型位错,柏氏矢量与位错线相互平行.(依方向关系可分左螺和右螺型位错).混合位错,柏氏矢量与位错线的夹角非0或90度.柏氏矢量守恒1同一位错的柏氏矢量与柏氏回路的大小和走向无关.2位错不可能终止于晶体的内部,只能到表面,晶界和其他位错,在位错网的交汇点, 11滑移运动--刃型位错的滑移运动在晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体上部向有发生移动的趋势.假如晶体中有一刃型位错,显然位错在晶体中发生移动比整个晶体移动要容易.因此,①位错的运动在外加切应力的作用下发生;②位错移动的方向和位错线垂直;③运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移);④位错移出晶体表面将在晶体的表面上产生柏氏矢量大小的台阶.螺型位错的滑移在晶体上施加一切应力,当应力足够大时,有使晶体的左右部分发生上下移动的趋势.假如晶体中有一螺型位错,显然位错在晶体中向后发生移动,移动过的区间右边晶体向下移动一柏氏矢量.因此,①螺位错也是在外加切应力的作用下发生运动;②位错移动的方向总是和位错线垂直;③运动位错扫过的区域晶体的两部分发生了柏氏矢量大小的相对运动(滑移);④位错移过部分在表面留下部分台阶,全部移出晶体的表面上产生柏氏矢量大小的完整台阶.这四点同刃型位错.刃,螺型位错滑移的比较.1因为位错线和柏氏矢量平行,所以螺型位错可以有多个滑移面,螺型位错无论在那个方向移动都是滑移2晶体两部分的相对移动量决定于柏氏矢量的大小和方向,与位错线的移动方向无关.12刃位错的攀移运动:刃型位错在垂直于滑移面方向上的运动.刃位错发生攀移运动时相当于半原子面的伸长或缩短,通常把半原子面缩短称为正攀移,反之为负攀移.滑移时不涉及单个原子迁移,即扩散.刃型位错发生正攀移将有原子多余,大部分是由于晶体中空位运动到位错线上的结果,从而会造成空位的消失;而负攀移则需要外来原子,无外来原子将在晶体中产生新的空位.空位的迁移速度随温度的升高而加快,因此刃型位错的攀移一般发生在温度较高时;另外,温度的变化将引起晶体的平衡空位浓度的变化,这种空位的变化往往和刃位错的攀移相关.切应力对刃位错的攀移是无效的,正应力的存在有助于攀移(压应力有助正攀移,拉应力有助负攀移),但对攀移的总体作用甚小.13位错点缺陷交互.晶体内同时含由位错和点缺陷时(特别时溶入的异类原子),它们会发生交互作用异类原子在刃位错处会聚集,如小原子到多出半原子面处,大原子到少半原子面处,而异类原子则溶在位错的间隙处.空位会使刃位错发生攀移运动.界面

14表面能的来源.材料表面的原子和内部原子所处的环境不同,内部在均匀的力场中,能量较低,而表面的原子有一个方向没有原子结合,处在与内部相比较高的能量水平.另一种设想为一完整的晶体,按某晶面为界切开成两半,形成两个表面,切开时为破坏原有的结合键单位面积所吸收的能量.由于不同的晶面原子的排列方式不同,切开破坏的化学键的量也不同,故用不同的晶面作表面对应的表面能也不相同,一般以原子的排列面密度愈高,对应的表面能较小

15表面能与晶体形状之间的关系.在晶体形成的过程中,为了使系统的自由能最低,尽量降低表面的总能量,即ΣσA最小.一方面尽量让σ最小的晶面为表面,当然也可能是表面能略高但能明显减小表面积的晶面为表面.如fcc结构的晶体自由生长就为14面体 粗糙表面与平滑表面晶体的表面在宏观为一能量较低的平面,但表面原子的缺陷,局部表面原子缺少或有多余原子,以表面存在的阵点数与实有原子数的比x来表示,这些缺陷的存在可提高表面的熵,是必然存在的.每种材料有特定的x值下表面能最低,其中x=0.5的表面稳定的称为粗糙表面,大多数的金属材料是属于粗糙表面;x值仅在0或1附近稳定的称为平滑表面,大多是非金属材料.17晶界与杂质原子的相互作用.少量杂质或合金元素在晶体内部的分布也是不均匀的,它们常偏聚于晶界,称这种现象为晶界内吸附.产生的原因可参见位错与点缺陷的作用,一般杂质原子与晶体的尺寸或性质差别愈大,这种偏聚愈严重.杂质原子在晶界的偏聚对晶体的某些性能产生重要的影响，18相界面.两种不同相的分界面.液体的表面是液相和气相的分界面;晶体的表面是晶体和气相(或液相)的分界面;两个不同的固相之间的分界面也是相界面,在我们的课程中主要是指后者.相界面的特性:相界面的结构和晶界有一定的共性,也有一些明显的差别.非共格界面类似大角度晶界,而完全的共格是困难的,共格面两边微少的差别可以用晶格的畸变来调整,界面两边差别不十分大时,将可以补充一定的位错来协调,组成半共格界面.无论那种情况,界面都存在自己的界面能,都将对材料的结构形貌带来明显的影响.第三章 相

固溶体分类位置分置换固溶体.溶质原子取代了部分溶剂晶格中某些节点上的溶剂原子而形成的固溶体.间隙固溶体.溶质原子嵌入溶剂晶格的空隙中,不占据晶格结点位置 固溶体分类溶解度无限溶解固溶体.溶质可以任意比例溶入溶剂晶格中.这是把含量较高的组元称为溶剂,含量较少的组元称为溶质.有限溶解固溶体.溶质原子在固溶体中的浓度有一定限度,超过这个限度就会有其它相(另一种固溶体或化合物)的形成.间隙固溶体都是有限溶解固溶体.通常是过渡族金属为溶剂,小尺寸的C,N,H,O,B等元素为溶质.4影响固溶体溶解度的因素在一定条件下,溶质元素在固溶体中的极限浓度叫该元素在固溶体中的溶解度.影响溶解度的因素很多,目前还在研究中,现在公认的有1尺寸因素.在置换固溶体中,溶质原子的尺寸和溶剂相近,溶解度也愈大,Δr小于15%时才有利于形成置换固溶体,要能达到无限互溶,Δr的值还要小一些.间隙固溶体的形成的基本条件D质/D剂<0.59.在间隙固溶体中,显然D质/D剂愈小,即溶质原子的尺寸愈小,溶解度也大.间隙固溶体只能有限溶解2．晶体结构因素.组元间晶体结构相同时,固溶度一般都较大,而且才有可能形成无限固溶体.若组元间的晶体结构不同,便只能生成有限固溶体3电负性差.电负性为这些元素的原子自其它原子夺取电子而变为负离子的能力.反映两元素的化学性能差别.两元素间电负性差越小,则越容易形成固溶体,且所形成的固溶体的溶解度也就越大;随两元素间电负性差增大,溶解度减小,当其差别很大时,往往形成较稳定的化合物4电子浓度.在金属材料(合金)中,价电子数目(e)与原子数目(a)之比称为电子浓度.由于溶质和溶剂的价电子数可能不同,电子浓度

e/a = VA(1-x)+ VBx.其中x为溶质的原子百分比浓度(摩尔分数),VA,VB分别为溶剂和溶质的价电子数.一方面,溶质和溶剂的价电子数目相差大,它们的电负性的差别也大,溶解度会下降.另一方面,当 e/a 为某些特定值时形成一新的晶体结构,因此它们的溶解度也就受到相应的限制.5固溶体的性能特点.1由于固溶体的晶体结构与溶剂相同,固溶体的性能基本上与原溶剂的性能相近,即固溶体的性能主要决定于溶剂的性能,或在溶剂性能基础上发生一些改变2固溶体的性能与原溶剂性能的差别,或称性能变化的大小,随着溶质的浓度的增加而加大3以金属元素为溶剂的固溶体,随着溶质的溶入,强度将提高,称为固溶强化,溶质的溶入可造成晶格畸变,材料的塑性变形的阻力加大,塑性略有下降,但不明显.是有效提高金属材料力学性能的途径之一 6金属化合物类型.1.正常价化合物两组元服从原子价规律而生成的正常化学中所称的化合物.通常是金属元素与非金属元素组成,组元间电负性差起主要作用,两组元间电负性差较大,它们符合一般化合物的原子价规律.例如MnS,Al2O3,TiN,ZrO2等,其结合键为离子键;也有的是共价键,如SiC;少数也有以金属键结合,如Mg2Pb2电子化合物这类化合物大多是以第Ⅰ族或过渡族金属元素与第Ⅱ至第Ⅴ族金属元素结合而成.它们也可以用分子式表示,但大多不符合正常化学价规律.当 e/a 为某些特定值时形成一新的晶体结构,并且电子浓度不同,其对应的晶体结构的类型也就不同.常见的电子浓度值有21/14,21/13,21/12.由于这类中间相与电子浓度有关,所以就称为电子化合物,主要出现在金属材料中,它们的结合键为金属键.一些常见的电子化合物可参看教材.例如Cu31Sn8,电子浓度21/13,具有复杂立方晶格3.间隙化合物.主要受组元的原子尺寸因素控制,通常是由过渡族金属原子与原子半径小于0.1nm的非金属元素碳,氮,氢,氧,硼所组成.由于非金属元素(X)与金属元素(M)原子半径比不同,结构也有所不同.当rX/rM<0.59时,形成具有简单晶体结构的化合物,如fcc,bcc,cph或简单立方,通常称它们为间隙相,相应的分子式也较简单,如M4X,M2X,MX,MX2.当rX/rM>0.59时,形成的化合物的晶体结构也较复杂,通常称它们为间隙化合物,相应的分子式也较复杂,如钢中常见的Fe3C,Cr7C3,Cr23C6等.7金属化合物的性能特点.大多数化合物,特别是正常价化合物,熔点都较高(结合键强的表现之一),力学性能表现为硬而脆.单一由化合物在金属材料中比较少见,而陶瓷材料则是以化合物为主体.少量硬度高的质点加入到塑性材料中,将明显提高材料的强度,即第二相强化机制.另一方面,化合物往往由特殊的物理,化学(电,磁,光,声等)性能,从而在功能材料中的应用得到迅速发展.相图热力学

8克劳修斯-克莱普隆方程.设在一定温度和压力下,某物质处于两相平衡状态,若温度改变为dT,压力相应的改变dp之后,两相仍呈平衡状态.根据等温定压下的平衡条件△G=0,考虑1mol物质吉布斯自由能变化,由于平衡状态△G=G2-G1=0即d G2=d G1按d G=-SdT+Vdp因为过程是在恒温恒压的条件下进行的即为克劳修斯-克莱普隆方程,适应于任何物质的两相平衡体系.9公切线法则-两相平衡.在二元的情况,温度一定时,若AB组元可能形成αβ两种相,其自由能与成分的关系曲线.合金成分为X时: 以单一的α相存在,自由能在1点;以单一的β相存在,自由能在2点;作GαGβ的公切线,切点分别为P,Q,延长交坐标轴为a,b.a点为组元A在α和β的化学位b点为组元B在α和β的化学位,显然二者相等,所以P点的α相成分为x1;Q点的β相成分为x2;它们是平衡相.两相的数量满足杠杆定律,以这两相混合的自由能在M点.这时的自由能最低,它们才是这个温度下的平衡相.注意平衡相是以共切点的成分来分配,如果连接两曲线的最低点,以这样的成分的两相混合,尽管每一相的自由能比切点低,但数量按杠杆定律分配后的混合自由能在3点,依然高于M点 结论:二元合金两相平衡的条件是能够作出这两相自由能曲线的工切线.公切线在两条曲线上的切点的成分坐标值便是这两个相在给定温度下的平衡成分.推论三个溶体平衡共存的条件是在给定的温度下,公切线能同时切过三条自由能曲线.或曰这三个溶体的自由能曲线有公切线.这三个切点的成分坐标

值便是这三个相在给定温度下的平衡成分.10相律—相律是描述系统的组元数,相数和自由度间关系的法则.相律有多种,其中最基本的是吉布斯相律,其通式f=C-P+2式中,C为系统的组元数,P为平衡共存的相的数目.自由度f不能为负值.对于恒压条件:f = c – p + 1.系统中有p相,c个组元,则成分引起的变数p(c-1)个.系统总的变数为p(c-1)+1.在多相平衡时,任一组元在各相间的化学位相等, 每个组元可写出个p-1等式,平衡条件总数为c(p-1)

11几种二元相图.匀晶相图.两组元在液态和固态都能无限互溶.如Cu—Ni,Ag—Au形成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图.相图的构成:由两条曲线将相图分为三个区.左右两端点分别为组元的熔点.上面的一条曲线称为液相线,液相线之上为液相的单相区,常用L表示;下面的一条曲线称为固相线,固相线之下为固溶体的单相区,常用α表示;两条曲线之间是双相区,标记L+α表示.二元共晶相图.两组元在液态下无限互溶,固态下有限溶解,一组元溶入另一组元中时都使凝固温度下降,并发生共晶转变.如Pb—Sn,Ag—Cu等形成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图.相图的构成:tAE和tBE为两液相线,与其对应的tAC和tBD为两固相线;CG和DH固溶体α,β的溶解度随温度变化线;CED为水平共晶线.将相图分成三个单相区 L,α,β;三个双相区L＋α,L＋β,α＋β和 一个三相区L＋α＋β,即CED为共晶线.二元包晶相图.两组元在液态下无限互溶,固态下有限溶解,并且发生包晶转变.相图的构成:ac和bc为两液相线,与其对应的ad和bp为两固相线;df和pg固溶体α,β的溶解度随温度变化线;dpc为包晶转变线.它们分隔相图为三个单相区L,α,β;三个双相区L＋α,L＋β,α＋β;一个三相区 L＋α＋β,即水平线dpc为包晶线.第四章单组元材料的结晶

1凝固状态的影响因素1物质的本质.原子以那种方式结合使系统吉布斯自由能更低.温度高时原子活动能力强排列紊乱能量低,而低温下按特定方式排列结合能高可降低其总能量.这是热力学的基本原则2熔融液体的粘度:粘度表征流体中发生相对运动的阻力,随温度降低,粘度不断增加,在到达结晶转变温度前,粘度增加到能阻止在重力作用物质发生流动时,即可以保持固定的形状,这时物质已经凝固,不能发生结晶.例如玻璃,高分子材料3熔融液体的冷却速度:冷却速度快,到达结晶温度原子来不及重新排列就降到更低温度,最终到室温时难以重组合成晶体,可以将无规则排列固定下来.金属材料需要达到106℃/s才能获得非晶态.2结晶的热力学条件.结晶过程不是在任何情况下都能自动发生.自然界的一切自发转变过程总是向着自由能降低的方向进行.因为液体的熵值恒大于固体的熵,所以液体的曲线下降的趋势更陡,两曲线相交处的温度Tm,当温度T= Tm时,液相和固相的自由能相等,处于平衡共存,所以称Tm为临界点,也就是理论凝固温度.当T< Tm时,从液体向固体的转变使吉布斯自由能下降,是自发过程,发生结晶过程;反之,当T> Tm时,从固体向液体的转变使吉布斯自由能下降,是自发过程,发生熔化过程.所以结晶过程的热力学条件就是温度在理论熔点以下.3结晶过程.温度变化规律:材料的熔体在熔点以上不断散热,温度不断下降,到理论结晶温度并不是马上变成固态的晶体,继续降温而出现过冷.过冷到某一程度开始结晶,放出结晶潜热,可能会使其温度回升.到略低于熔点的温度时,放出的热量和散热可达到平衡,这时处于固定温度,在冷却曲线上出现平台.结晶过程完成,没有潜热的补充,温度将重新不断下降,直到室温.组织的变化在一定的过冷度下,液态的熔体内首先有细小的晶体生成,称为形核.随后已形成的晶核不断的长大,同时在未转变的液体中伴随新的核心的形成.生长过程到相邻的晶体互相接触,直到液体全部转变完毕.每个成长的晶体就是一个晶粒,它们的接触分界面就形成晶界.4自发形核1能量变化.在一定的过冷度下,液体中若出现一固态的晶体,该区域的能量将发生变化,一方面一定体积的液体转变为固体,体积自由能会下降,另一方面增加了液－固相界面,增加了表面自由能2临界大小.在一定过冷度下,ΔGV为负值,而σ恒为正值.可见晶体总是希望有最大的体积和最小的界面积.设ΔGV和σ为常数,最有利的形状为球.当细小晶体的半径大于临界尺寸,晶体长大时吉布斯自由能下降,这种可以长大的小晶体称为晶核.如果它的半径小于临界尺寸,晶体长大时吉布斯自由能将上升,自发过程为不断减小到消失3晶核的来源.熔体在熔点附近时,处在液态总体的排列是无序的,但局部的小区域并非静止不动的,原子的运动可造成局部能量在不断变化,其瞬间能量在平均值的上下波动,对应的原子排列在变化,小范围可瞬间为接近晶体的排列,其范围大小对应的能量于平均能量之差ΔG小于临界尺寸的(晶胚)下一步减小到消失,大于临界尺寸的可能不断长大,晶核.等于临界尺寸大小的晶核高出平均能量的那部分称为“形核功”.过冷度愈小,固—液自由能差也小,临界尺寸大,形核功也高,出现的几率也小.太小的过冷度在有限的时空范围内不能形核 5非自发形核.如果形核不是在液体内部,如附着在某些已存在的固体(液体中存在的未熔高熔点杂质),例如在固体上形成球冠形,这时可以利用附着区原液体和杂质的界面能,特别是核心和杂质间可能有小的界面能.这种依附在某些已有的固体上形核称之为

6晶核的长大一长大条件.从热力学分析可知,要使系统的自由能下降,在液—固界面附近的部分液体转变为固体,依然要求在界面附近要存在过冷度,前面冷却曲线上平台和理论结晶温度之差就是长大所要求的过冷度,也称为“动态过冷度”.金属材料的动态过冷度很小,仅0.01—0.05℃,而非金属材料的动态过冷度就大得多.若液—固界面处于平衡,则界面的温度应该为理论结晶温度.二长大速度.凝固过程中,晶体在不断长大,界面在单位时间向前推移的垂直距离称为长大线速度三正温度梯度下晶体的长大.正温度梯度是指液—固界面前沿的液体温度随到界面的距离的增加而升高,这时结晶过程的潜热只能通过已凝固的固体向外散失.平衡时界面的温度为理论结晶温度,液体的温度高于理论结晶温度.当通过已凝固的固体散失热量时,达到动态过冷的部分液体转变为固体,界面向前推移,到达理论结晶温度处,生长过程将停止.所以这时界面的形状决定于散热,实际上为理论结晶温度的等温面.在小的区域内界面为平面,局部的不平衡带来的小凸起因前沿的温度较高而放慢生长速度,因此可理解为齐步走,称为平面推进方式生长.四负温度梯度下晶体的长大.负温度梯度是指液—固界面前沿的液体温度随到界面的距离的增加而降低,这时结晶过程的潜热不仅可通过已凝固的固体向外散失,而且还可向低温的液体中传递.在小的区域内若为平面,局部的不平衡可带来某些小凸起,因前沿的温度较低而有利生长,因而凸起的生长速度将大于平均速度,凸起迅速向前发展,可理解赛跑的竞争机制,在凸起上可能再有凸起,如此发展而表现为数枝晶的方式长大.枝晶间的空隙最后填充,依然得到完整的晶体.7树枝晶的生长按树枝方式生长的晶体称为树枝晶,先凝固的称为主干,随后是分支,再分支.①纯净的材料结晶完毕见不到树枝晶,但凝固过程中一般体积收缩,树枝之间若得不到充分的液体补充,树枝晶可保留下来②生长中晶体分支受液体流动,温差,重力等影响,同方向的分支可能出现小的角度差,互相结合时会留下位错③材料中含有杂质,在结晶时固体中的杂质比液体少,最后不同层次的分枝杂质含量不相同,其组织中可见树枝晶 8非金属晶体的长大正温度梯度下,等温面和有利的晶体表面不相同时,界面会分解为台阶形.在表面的台阶处有利晶体的生长,这时原子从液体转移到固体中增加的表面积较小,台阶填充完后在表面生长也需要一定的临界尺寸,表现为非金属生长的动态过冷度比金属大,其中特别是螺位错造成的表面台阶对生长有利,并且是永远填不满的台阶.9界面结构对晶体生长影响-受界面能和表明熵的影响,液－固界面的微观结构有两中类型:平滑型(晶面型)界面上原子排列平整,通常为晶体的某一特定晶面,界面上缺位或单贴原子较少.粗糙型(非晶面型)界面上缺位或单贴原子较多,粗糙不平,不显示任何晶面特征.大多金属材料时如此.粗糙界面生长时向各个方向无区别.对于平滑界面能低的晶面与等温面不重和,原子将在台阶面处生长.（无台阶时,少量的原子很难吸附在光滑平面上,需要一批原子<二维晶核>,所需的动态过冷度较大.最终的形状与晶体的各向异性相关,对应独特的外形

10铸件晶粒大小的控制从液体凝固后,每个晶核生长成一个晶粒,晶核多晶粒的尺寸自然就小.凝固理论分析表明晶粒尺寸决定于N/G,即形核率高晶粒细小,而长大速度快,晶粒尺寸增大.控制原理与方法:生产过程通常希望材料得到细小的尺寸,为此控制晶粒尺寸的方法有:第一,降低浇注温度和加快冷却速度,如金属模,或加快散热,尽管形核率和长大速度都提高,但形核率的提高快得多,所得到的晶粒将细化,可是快冷却速度会增加零件的内应力有时甚至可能造成开裂,有时因生产环境和零件尺寸达不到快速冷却.第二,加变质剂即人为加入帮助形核的其它高熔点细粉末,如在铜中加少量铁粉或铝中加Al2O3粉等,以非均匀方式形核并阻碍长大.第三,铸件凝固中用机械或超声波震动等也可细化晶粒尺寸.若希望晶粒粗大,如用于高温的材料,对这些因素进行相反的操作.11凝固体的结构--表层等轴细晶区.晶粒细小,取向随机,尺寸等轴,因为浇铸时锭模温度低,大的过冷度加上模壁和涂料帮助形核,大的形核率使与锭模接触的表层得到等轴细晶区.柱状晶区.随模具温度的升高,只能随锭模的散热而降低温度,形核困难,只有表层晶粒向内生长,不同晶向的生长速度不一样,那些较生长有利的部分晶粒同时向内长大,掩盖了大量的晶粒,形成了较粗且方向基本相同的长形晶粒区.中心等轴晶区.凝固的进行后期,四周散热和液体的对流,中心的温度达到均匀,降到凝固点以下后,表层晶粒的沉降,生长中碎断晶枝的冲入可作为核心,且可向四周均匀生长,形成等轴晶.晶核数量的有限,该区间的晶粒通常较粗大.12铸锭中的组织缺陷--缩孔大多材料凝固后体积收缩,留下的空腔就形成缩孔,缩孔是不可避免的,减少危害措施可后加液体补缩减小缩孔,让缩孔在不使用部位,如铸锭或铸件的冒口,凝固后切去来保证使用部位无缩孔疏松实际为微小分散的收缩孔,树枝间或晶粒间收缩孔被凝固的固体封闭而得不到液体补充而留下得缺陷.中部比边缘多,尺寸大的铸件比小尺寸铸件严重.型材的轧制可减小或消除其不利的影响.气孔液体中的气体在凝固中未排出在凝固体内形成的缺陷.气体的来源析出型(气体在液,固中的溶解度不同)和反应型(凝固过程中发生的化学反应生成).夹杂物与基体要求成分和组织都不相同多余颗粒,外来夹杂物有浇铸中冲入的其它固体物,如耐火材料,破碎铸模物等.成分偏析在多组元材料中,不同位置材料的成分不均匀叫做偏析.按其区域分为宏观偏析(不同区域的成分不同)和微观偏析(各区域平均成分相同,在微观位置如一个晶粒的内部或更小的范围看成分有差别).13单晶的制备.尽管在工程材料中应用的绝大多数是细晶粒多晶体材料,在高温应用一些粗晶粒的材料,但在一些专门的场合,如电子工业或科学研究中也经常需要单晶体材料.根据凝固理论,要想得到单晶体,在凝固的过程中只有晶体长大而不能有新的晶核形成,采取的措施就是:熔体的纯度非常高,防止非均匀形核;1液体的温度控制在精确的范围内,过冷度很小,可以生长但不足以发生自发形核2引入一个晶体(晶种),仅让这个晶体在此环境中长大.4体心立方晶系比表面能.答采用“近邻断键模型”来计算固体晶体的表面能,两点假设1每个原子只与其最近邻的原子成键（最近邻原子数即为该晶体结构的配位数）,并且只考虑最近邻原子间的结合能;2原子间的结合能（-Ua）不随温度变化,对于具有任意晶体结构的固态晶体,某一晶面{hkl}的表面能可以用下式计算：γS{hkl} = N{hkl}Z(Ua /2)式中,N{hkl}为{hkl}晶面单位面积的原子数,Z为晶体沿{hkl}晶面断开形成新表面时{hkl}晶面上每个原子需要断裂的键数

第五章合金的凝固与结晶

匀晶2固溶体非平衡冷却.过程从固溶体的凝固特征可知,在晶体长大过程中,组元元素在析出的固相中不断的发生迁移.但原子在固体中的迁移相对结晶过程是较慢的,完全达到平衡凝固是需要相当长的时间,一般的冷却凝固达不到平衡状态.在冷却速度较快时的凝固是非平衡凝固,从相图中可见,在略低于开始凝固温度t 1下开始析出的固体的成分为α1,到t 2温度晶体表面生长的成分可为α2,由于扩散速度跟不上来,心部的成分来不及达到和表面一样就冷却到下一温度t

3,因此析出的固体的成分表里不一,平均成分也偏离了固相线.到达平衡和固相线交点的温度t f时还有液相存在,继续冷却到一更低的温度,固体的平均成分回到合金成分时液体消失,凝固过程才结束.特点:①凝固过程中,液,固两相的成分偏离液,固相线;②凝固过程进行到一更低的温度才能完成;③生成固体的成分是不均匀的.随着冷却速度的加大,这些差别特点表现的愈明显.结果:生成固体的成分不均匀叫偏析,快速冷却时在一个晶粒内部先后结晶的成分有差别,所以称为晶内偏析,金属的晶体往往以树枝晶方式生长,偏析的分布表现为不同层次的枝晶成分有差别,因此这种偏析又称枝晶偏析.晶内偏析的程度决定于:相图中液—固相线相距愈远,组元元素原子的迁移能力愈低(扩散系数小),冷却速度愈大,造成的晶内偏析将愈严重.消除偏析的方法:前两条原因是不可更改的,但并不是采用慢速冷却,因为慢速冷却会使晶粒变大,最高和最低成分之间的距离加大消除更困难,而是快速冷却,细化晶粒,会带来晶内的偏析,即宏观均匀而微观有大的差别,凝固后重新加热到略低于熔点温度,进行一段时间的保温,让原子在这时进行扩散迁移,达到均匀,这种方法称为均匀化退火.3成分过冷.在正温度梯度下,纯金属的生长方式为平面推进,而固溶体凝固时,却有树枝状生长和胞状生长存在,这是由于凝固过程中,成分是在不断变化,液体和固体的成分均不能达到平衡状态,产生了成分过冷现象.现象在相图中,成分为C0的合金凝固时,开始析出的固相为k0C0,多余的B组元排放到液体

中,在界面处B组元的浓度高于平均值,逐渐向液体中扩散.在液体未达到均匀时,结晶继续进行,新析出的固体成分中B的量也随着上升,同时液体中界面处B浓度上升到更高的水平,扩散的速度因浓度差的提高而加快.远处液体的成分依然为C0,到B组元的扩散量和固体排放平衡时,析出固体的成分也为C0,这时的成分分布如图b所示.对照相图,液体的开始凝固温度随着液体的成分变化而变化,图c给出其分布曲线TL(x),如果G2为实际温度,对比可以看出在界面前沿的液体中的一小区域内,尽管温度比界面处高,却存在一定的过冷度,这种由成分的不均匀而产生的过冷度称为‘成分过冷’.固溶体凝固过程中,由于析出的固体的成分和原液体有一定的差别,排放到液体中的某些组元来不及均匀,这种因成分偏差对应的凝固温度也不同而造成的附加过冷度称为成分过冷.成分过冷对凝固过程的影响.不同的固溶体对应的相图形式不同,不同组元的扩散能力各自不同,加上凝固过程的实际温度分布也不相同,成分过冷的影响也必然存在差别,凝固后的组织也各不相同.1实际温度梯度较大,在凝固过程中不出现成分过冷现象2成分过冷区较小,界面处的不平衡生长的凸起始终处在领先的状态,但这个凸起既不会消失,也不能发展到成分过冷区外,凸起和底部的微小成分有一定差别而发展成胞状组织3中区域的成分过冷可能生成胞状到树枝晶的各种过渡组织4成分过冷区较大,凸起发展较长,在凸起上再生新的凸起,就可生成树枝晶5如果成分过冷区域特别大,得到的成分过冷度也十分大,若达到形核要求的过冷度时,在成分过冷区可能形成新的晶核,新晶核的生长阻碍原晶粒生长,对柱状晶的发展产生隔断作用.共晶4二元匀晶相图.两组元在液态下无限互溶,固态下有限溶解,一组元溶入另一组元中时都使凝固温度下降,并发生共晶转变.如Pb—Sn,Ag—Cu等形成二元合金对应的相图就是.过程.在TE温度以上仅是液体的冷却到达略低于TE的温度,按L＋α相区分析应为从液体中析出C成分的α相,而按L＋β相区分析应从液体中析出D成分的β相.如果α

和β按一定的比例析出,最终液体的成分不变,两固相不断同时析出,即共同结晶,故称为共晶转变,直到液体完全消失,结晶过程完成,得到的是两固相的混合物,称为共晶体.在TE温度以下仅是固体的冷却

5形核特点.交替形核,在一定的过冷度下,尽管两固相都可能从液体中形核,由于两固溶体的成分结构的差别,总有一个固相先形核为领先相,设领先相为α,由于α富A组元,其生长时附近液体则富B组元,α的存在和液体中B的富集,β相将附着在α上形核并长大,同理在β相外将附着α的形核长大.此外也有人认为交替形核是以边缘桥接生长方式来实现的.7生长特点共同生长.两个相长大时都要排放相应的溶质组元,排出的溶质将阻碍自身的生长,但两相同时生长时,一相排出的组元正是另一相生长所需要的,所以两相的生长过程将互相促进,最后是两相共同携手长大.由于两固相的成分是固定的,综合成分应和液体的成分相同,它们的数量反映在二者的厚度相对比例上.8组织特点.当两个固相都是金属性较强相时,共晶体一般生长成层片状.当两相的相对数量比相差悬殊时,在界面能的作用下,数量较小的相将收缩为条,棒状,更少时为纤维状,甚至为点(球)状.当有一相或两相都具有较强的非金属性时,它们表现出较强的各向异性,不同方向的生长速度不同,并且有特定的角度关系,同时生长过程要求的动态过冷度也有差异,往往有一个相在生长中起主导作用,决定了两相的分布,共晶体的形态也具有独特性,这时常见的形态有针状,骨肋状,蜘蛛网状,螺旋状等.9共晶合金非平衡凝固.1冷却速度较快,共晶体的形成转变进行较快,共晶体中两相的层片间距变小(相对的比例仍旧不变);非共晶部分的转变同固溶体的非平衡转变.2伪共晶.在共晶点附近非共晶成分的合金在快速冷却时,少量初生相的析出未进行就被冷却到共晶温度以下,直接发生共晶转变,可以得到全部的共晶体组织,这种组织称为伪共晶.它们的形貌和共晶体没有明显的差别,仅内部两相的数量比有觉察不到差别3亚(过)

共晶成分的合金在快速冷却时,由固溶体析出和伪共晶转变综合可知,①初晶的晶粒细化;②初生相内有晶内偏析(可能为枝晶偏析);③共晶体细化且多为伪共晶;④共晶体的数量多于平衡态4,出现非平衡共晶未到共晶平衡的合金,在冷却到共晶温度以下时,固溶体凝固未完成,余下的液体成分也到共晶成分附近,发生共晶转变.这种本不应该有共晶体的材料因冷却速度过快,发生非平衡转变而生成的共晶体称为非平衡共晶.非平衡共晶的数量随冷却速度的加快而增加,但总量较少,一般出现在几个晶粒的交界处5离异共晶凝固形成的共晶体数量较少时,有时共晶体中的同初生相相同的一相依附在初生相上,另一相挤到初生相的晶界单独存在,这种见不到共晶形貌的共晶体称为离异共晶.它可发生在平衡凝固时,而非平衡共晶有时也以离异共晶的形式出现.二元包晶相图

10形成过程:两组元在液态下无限互溶,固态下有限溶解,并且发生包晶转变.成分为P点合金的凝固.在液相区为液体的冷却,进入两相区,发生与固溶体凝固相同的凝固转变,到达P点,液体的成分为C,固体的成分为D.从L+β相区可知也满足液体和β相的平衡,与C成分液体平衡还有P成分的固体β相.β相的形核在α相晶体和液体的边界处,由于β相的成分介于液体和α相之间,所以它是靠消耗部分已有的α相和部分液体来实现.β相的生长在液体和α相的交界面处最有利,沿边界同时消耗液体和α相来长大,形成的β相包围在α相外围,将α相与液体分隔开,所以把这种转变称为包晶转变.在略低于TP的温度下,进一步的生长过程,伴随A组元从α相穿过β相到达液体界面,液体转变为β相,同时多余的B组元穿过β相到达α相界面,α相中B组元的减少使部分α相转变为β相以保证α相要求的成分.即β相长大的过程是A组元穿过β相向液体处扩散,B组元穿过β相向α相处扩散,同时消耗液相和α相.11包晶非平衡转变组织.包晶转变过程伴随组元在β相的固体中扩散迁移,因此包晶转变进行的非常缓慢,达到上述情况是理想的平衡分析,实际冷却很难实现.在一般的冷却条件下,包晶转变未结束,系统已经到TP以下的温度,液体将将按L＋β两相平衡规律直接凝固结晶.P点成分的合金一方面会有部分α相残留,另一方面β相的成分偏离P点,以这种不平衡的组织保留下来.成分在DP之间的合金,由于包晶转变的不充分,在α相的晶界处会有液体直接凝固生成的β相存在.成分在PC之间的合金,本来不应该有剩余的α相,由于包晶转变的不充分,在β相的晶体内部将会有残留的α相存在.12铁碳合金相图1纯铁,1394-1538为体心立方结构,称为&-fe,912-1394为面心立方结构,称为r-fe,912°以下为体心立方结构为&-fe它是铁磁性的.纯铁的塑性韧性好,但强度硬度低,很少用作结构材料.由于纯铁具有高的磁导率,固可用于要求软磁性的场合.2．fe3C称为渗碳体,铁与碳形成的间隙化合物,其w为6.69%属正交晶系.理论上熔点为1227.在低温时略有铁磁性,在230°以上消失.由于其是介稳定化合物,当条件适当时,它分解出单质状态的碳称为石墨.3铁碳合金相.碳溶于&-fe和&-fe中而形成的间隙固溶体称为铁素体,体心立方结构.碳溶于r-fe中而形成的间隙固溶体称为奥氏体具有面心立方结构，马氏体体心四方结构

131包晶转变.在HJB水平线1495°发生包晶反应LB+&H=rJ即在1495度的恒温下w为0.53%的液相与w为0.09%的&铁素体发生反应,生成w为0.17%的奥氏体.2共晶反应.ECF线,1148°是共晶反应线.含碳量在E-F（w为2.11%-6.69%）之间的铁碳合金均要发生共晶转变Lc=（Re+Fe3C）转变产物是奥氏体和渗碳体的机械混合物,称为莱氏体.莱氏体中的渗碳体称为共晶渗碳体3共析反应.在PSK（727°）发生共析转变rs=&p+Fe3C共析转变产物称为珠光体P表示.从液相中经CD线析出的一次渗碳体Fe3C,奥氏体中将析出Fe3C,称为二次渗碳体Fe3C,铁素体从727°冷却也将析出渗碳体,称为三次渗碳体.14铸铁.按有无共晶反应将其分为碳钢和铸

铁两大类,即w大于2.11%为铸铁;w小于2.11%为碳钢.按Fe-Fe3C系结晶的铸铁,因其断口呈白亮色称白口铸铁.含石墨组织的Fe-C合金称灰口

15合金的平衡冷却凝固过程.合金O自液态冷却下来,开始是液体的降温,直到液相面的温度tS,温度再下降时,液态具有一定的过冷度,开始凝固,形核长大析出的固体α,在这温度下可达到液－固平衡,平衡时液体的成分在液相面上某一点,固相成分也应在固相面上的某一点.温度不断下降,液体的数量在逐渐减少,固体的数量不断增加,液体的成分变化一直在液相面上,而固体的成分变化在固相面上.到达和固相面交点温度tf时,液体全部消失,得到成分为O的均匀固溶体.随后温度下降仅是固体的冷却降温,组织不发生变化.整个结晶在一温度范围内完成,由于有结晶潜热的放出,在冷却曲线上凝固时下降平缓,曲线在凝固开始和结束处有明显的转折.如果不过分考究转变过程的内涵,三元匀晶反应的过程与二匀晶反应基本相同.都是进行选分结晶,在平衡缓慢冷却过程中,都可得到成分均匀的固溶体.如果在非平衡冷却过程,同样会出现晶内偏析,若晶体以树枝晶方式长大,便得到枝晶偏析组织.在结晶过程中,也存在成分过冷的影响.第六章扩散与固态相变

1菲克第一定律.菲克第一定律适用于稳态扩散,即在扩散的过程中各处的浓度不因为扩散过程的发生而随时间的变化而改变,也就是 dc/dt = 0.J为单位时间通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散物质的通量dc/dx为溶质原子的浓度梯度.负号表示物质总是从浓度高处向浓度低的方向迁移;比例常数D称为扩散系数.2菲克第二定律.在一维状态下非稳态扩散的微分方程,即为菲克第二定律的数学表达式,又称为扩散第二方程.方程可写成

3,间隙扩散机制.扩散机制:溶质原子存在晶格的间隙中,如Fe中的C,N,H等元素,扩散过程是间隙原子从所处在的间隙,挤过晶格原子的空隙,到达相邻的另一个间隙溶质原子从一个间隙到另一个间隙的过程,在间隙中的平衡位置的能量为G1,从晶格原子中挤过去,最高能量达到G2,存在能垒ΔG=G2-G1 4空位扩散机制.在置换固溶体中,由于晶格中存在空位,空位周围的原子(包括溶剂和溶质原子)由热运动可能进入空位,即原子利用空位最后达到迁移,当存在浓度梯度(化学位梯度)时,溶质原子 就会发生定向的扩散迁移,这是置换原子扩散的主要方式.扩散进行有两个要求条件,一是有空位存在,二是空位周围的原子从原来的平衡位置进入空位也要一定的激活能.5菲克定律局限性.其结论是扩散中物质的流动是从浓度高处流向浓度低处,如果浓度梯度消失(dC/dx=0),各处的浓度相等,就不应该再出现物质的传输,在一般的情况下可以解释许多现象.在固体材料中,还有些现象与此相矛盾,物质的迁移(扩散)会出现从低浓度向高浓度处聚集,例如过饱和固溶体的脱溶,从中析出第二相,此外固体电解质中的带电离子在电场或磁场的作用下,发生的扩散迁移也不一定是从高浓度处流向低浓度处,这种反向的扩散称为“上坡扩散”

6影响扩散系数的因素1温度.无论是间隙机制,还是空位机制,都遵循热激活规律,温度提高,能超过能垒的几率越大,同时晶体的平衡空位浓度也越高,这些都是提高扩散系数的原因.扩散系数与温度T 成指数关系,在以下

因素中这个影响最为明显.2材料的成分.原子之间的结合键力越强,通常对应材料的熔点也越高,激活能较大,扩散系数较小.材料的成分不同,即组成材料的元素和比例不同,不同原子之间结合键能不一样,成分的变化也影响不同类型结合键的相对数量,所以材料的成分变化带来的影响有:组元特性,组元浓度,第三组元的影响3晶体结构1原子排列越紧密,晶体结构的致密度越高,激活能较大,扩散系数较小.2晶体结构的对称性差的材料中,不同方向上扩散系数的差别也大,常见金属材料的晶体结构较简单,各方向的差别大多都不明显3晶体缺陷.点缺陷:主要影响扩散的空位浓度.线缺陷:线缺陷主要形式是位错,位错线附近的溶质原子的浓度高于平均值;原子在位错中沿位错线的管道扩散比晶体中的扩散快.3面缺陷:本身所处于较高的能力状态,相应扩散激活能也就较低.4其他因素.1．弹性应力场

可以加速尺寸大的原子向拉应力大处扩散,同样加速尺寸小的原子向压应力大处扩散,这种扩散可以松弛应力,但也能把原来的弹性应变部分的转化为不可恢复的永久变形(塑性变形),这种在应力作用下的扩散过程也是材料以蠕变方式发生塑性变形的基本机制2．其他任何对粒子运动的力也都可能影响扩散,如电磁场对带电粒子的扩散.7反应扩散的主要特征1在一定的温度下,扩散过程进行中,成分从高到低逐渐变化,但二元合金中不会形成两相混合区2．在单相区为常数,扩散过程进行,需存在浓度梯度,物质从高处流向低处3在一定的温度下,随着时间的增加,发生反应扩散时,转折点的浓度不发生变化,而是新相的深度不断增加4单独依靠扩散从固体中析出另一新相，8反应扩散实例.利用我们大家熟悉的Fe－C相图,将纯铁置于850℃渗碳,气氛能使表明达到的最高溶解的碳量为CS,因为再高将形成碳化物.表面为CS的固溶体为γ相,从表面向内,碳的含量逐渐减少,直到碳含量为C2处;心部为纯铁在850℃下依然为α相,从心部向外,碳的含量逐渐提高,表面达到C1处.从相图可知它们到达互相平衡,这里形成两相的分界面,碳的含量就出现了一突变.随时间的加长,在γ相存在碳的浓度梯度,碳不断向内扩散,在α－γ相界面碳多余进入到α相,平衡破坏,部分的α得到碳转变生成γ相,因此在相界面两边的成分依然为C2和C1不变,而是相界面向内迁移,即γ相在不断生长.可见在二元合金的在一定温下进行扩散过程中,不会出现两相区

8二元合金扩散不形成两相混合区.一.1在一定的温度下相律f = c – p.2扩散过程进行中,系统没有达到平衡,f > 0.3 C = 2,p < 2 即存在相数 p = 1.二.扩散能够不断向内进行,材料内存在连续分布的化学位梯度,如果出现两相平衡,则此区域内的化学位梯度为０,扩散就不能进行,这将与事实相矛盾 9固态相变的特点.⑴相界面:根据界面上新旧两相原子在晶体学上匹配程度的不同,可分为共格界面,半共格界面和非共格界面⑵位向关系与惯习面:在许多情况下,金属固态相变时新相与母相之间往往存在一定的位向关系,而且新相往往在母相一定的晶面上开始形成,这个晶面称为惯习面通常以母相的晶面指数来表示⑶弹性应变能:金属固态相变时,因新相和母相的比容不同可能发生体积变化.但由于受到周围母相的约束,新相不能自由膨胀,因此新相与其周围母相之间必将产生弹性应变和应力,使系统额为地增加了一项弹性应变能⑷过渡相的形成:当稳定的新相与母相的晶体结构差异较大时,母相往往不直接转变为自由能最低的稳定新相,而是先形成晶体结构或成分与母相比较接近,自由能比母相稍低些的亚稳定的过渡相⑸晶体缺陷的影响:固态晶体中存在着晶界,亚晶界,空位及位错等各种晶体缺陷,在其周围点阵发生畸变,储存有畸变能.一般地说,金属固态相变时新相晶核总是优先在晶体缺陷处形成⑹原子的扩散由于新相和母相的成分不同,金属固态相变必须通过某些组织的扩散才行

10相变按热力学分类;一级相变:当T或P发生变化(偏离临界点),平衡就被破坏,体系的熵S和体积V会改变,向吉布斯自由能低的方向发展,就有一相减少而另一相增加,这时发生的相变称为一级相变.所以一级相变过程会伴随潜热的释放(或吸收)和体积

改变的发生.过去相图中介绍的合金凝固过程是一级相变,热处理中发生的固态相变也主要是一级相变.二级相变:在临界点处,这时两相的化学位,熵S和体积V相同,但等压热容量CP,等温压缩系数k,等压热膨胀系数α可能不相同.当T或P发生变化(偏离临界点),平衡也被破坏,向吉布斯自由能低的方向发展,这时发生的相变称为二级相变.所以二级相变过程中无潜热和体积的改变,一般两相的成分也相同(成分的变化一般会改变其熵).常见的二级相变有磁性转变,有序－无序转变,超导转变等,大多伴随材料某种物理性能的变化.原子运动分类,扩散型（非协同型）原子从母相以扩散方式向新相迁移.原子可以改变相邻关系;转变的速度由原子扩散迁移速度控制,在固态中进行较慢;转变过程大多伴随成分的改变(新旧相成分不相同);转变产物无固定的形状,决定于界面能,为减少界面面积,有可能是为球面.脱溶,共析,增幅分解属于这种类型.协同型（非扩散型）在相变过程中没有原子的扩散运动,相变前后没有成分的变化,原子以切变的方式,即相对周围原子发生有规律的少量的偏移,基本维持原来的相邻关系,而发生晶体结构的改变,这就是协同型相变.新旧相成分相同,为减少原子偏移的距离,新相的取向与母相原来的取向有一定的延续关系;新旧相的界面有共格关系,转变要求较大的驱动力来补偿共格应变能;转变速度快,大多不进行到底 12固态相变热力学1相变驱动力.其指出一切系统都有降低自由能以达到稳定状态的自发趋势.若具备引起自由能降低的条件,系统将由高能到低能转变转变,称为自发转变.金属固态相变就是自发转变,则新相自由能必须低于旧相自由能.新旧两相自由能差既为相变的驱动力,也就是所谓的相变热力学条件2相变势垒.要使系统有旧相转变为新相除了驱动力外,还要克服相变势垒.所谓相变势垒是指相变时改组晶格所必须克服的原子间引力.金属固态相变的热力学作用:①为相变的发生提供动力2明确相变发生所要克服的势垒,即激活能.13晶核长大条件和机制.条件:①要求具有合适的过冷度;②有合适的晶核表面结构.长大机制:如果新相晶核与母相之间存在着一定的晶体学位向关系,则生长时此位向关系仍保持不变,以便降低表面能.新相的生长机制也与晶核的界面结构有密切关系,具有共格,半共格或非共格界面的晶核,其长大方式也各不相同,不过完全共格情况很少,大都是非共格和半共格界面.1非共格界面的迁移.有两种;一是母相原子通过热激活越过界面不断地短程迁入新相,界面随之向母相中迁移,新相长大.另一种方式是非共格界面呈台阶状结构,台阶的高度为一个原子的尺度2半共格界面的迁移.因半共格界面具有较低的界面能,故在长大过程中界面往往保持平面.由于相变过程中原子迁移都小于一个原子间距,又称为无扩散型相变.14固态相变的形核.均匀形核指在均匀单一的母相中形成新相结晶核心的过程.能量条件.所谓能量起伏是指系统中微小体积所具有的能量,短暂偏离其平均成分的现象.条件1 必须过冷,过冷度越大形核驱动力越大2具备与一定过冷度相适应能量起伏和结构起伏.非均匀形核实际金属结晶时常常依附在液体中的外来固体表面形核.非$比均匀形核所需要的形核功要小,故它可以在较小的过冷度下发生形核容易.非均匀形核通常是固态相变的主要形核方式.1晶界形核.母相的晶界特别是大角晶界具有较高的能量,在此处生核可以释放生核晶界的晶界能,生核容易.2位错线上生核.使生核处的位错线消失,这段位错线的能量被释放出作为相变的驱动力.3空位的作用.由于过饱和空位原子促进扩散,空位具有能量,在空位处生核,空位消失相当于增加了相变驱动力

15过饱和固溶体的分解.过饱和固溶体的分解包括形核长大,调幅分解两种机制.过饱和固溶体的分解也叫时效.经过固溶处理的过饱和固溶体在室温或较高温度下等温保持时,将发生脱溶,使合金的强度和硬度显著提高,称为沉淀强化或时效强（硬）化 16时效过程的结构变化1）G.P.区形成：时效初期，母相α固溶体（100）面上出现一个原子层厚的Cu原子聚集区，与母相共格，点阵畸变，产生应力场为时效硬化主要因素

2）//

相形成：G.P.区形成后时效时间延长

或时效温度提高，形成过渡相3）

/相形成：随着时效进行，片状//

相周围共格关系部

分遭到破坏，//相转变为新的过渡相/相4）平衡相形成（即相的形成）：当/相长大到一定尺寸后将与α相脱离，成为独立平衡相。

17增幅分解.是单相固溶体分解为两相混合物的一种特殊方式,其特殊是在这一分解过程中不需要新相的形核.在无限溶解固溶体中,如果溶解时为吸热过程,当温度较低时,自由能曲线中部有上凸部分出现,这时单一的固溶体的自由能不是最低,可以分解为结构相同而成分不同两个相混合物.增幅区外的分解:在实线和虚线之间的区域.成分为CN的合金有分解的热力学动力,但形核时成分的偏离会造成能量的提高,只有达到一定数量后其自由能才会降低,表明形核时要求一定的临界尺寸.这种状态和固溶体中第二相形成相同.增幅区内的分解: 成分在虚线范围内时,由于自由能曲线为上凸,任何细小的成分的偏离都会使自由能下降,偏离加大自由能降低愈多,可见这时成分的偏离是自发的,不需要外界提供或自身的聚集.18无扩散相变原子不发生随机走动的相变.常见的无扩散相变:马氏体相变;铁磁性相变;马氏体相变特征1无扩散性.马变中没有原子的混合和再混和,新相保留了与母相完全相同的成分2点阵畸变式转变（或称均匀点阵变形）3存在一个无畸变面.直线到界面才稍有转折,界面上无错动,直线转变后仍为直线4)马氏体内有滑移或孪晶.在发生均匀点阵变形时,产生大的形状变化,因而有高的应变能,滑移和孪晶都是点阵不变形变:不改变结构,不改变体积,使应变能降低

第七章 材料的变形与断裂

1塑性变形过程－均匀变形.均匀变形:在屈服后的变形阶段,试样整体进行均匀的塑性变形.如果不再增加外力,材料的变形将不能继续下去.原因:维持材料均匀变形的原因是材料发生了加工硬化.已经发生变形处的强度提高,进一步变形困难,即变形要在更大的应力作用下才能进行.下一步的变形发生在未变形或变形相对较小的位置,达到同样变形后,在更大的应力作用下发生变形.颈缩.试样将开始发生不均匀的塑性变形,产生了颈缩,即塑性变形集中在一局部区域进行.特点:宏观表现为外力在下降,工程应力在减小,但颈缩区的材料承受的真实应力依然在上升.极限强度:材料开始发生颈缩时对应的工程应力σb ,这时试样出现失稳,颈缩真实应力依然在上升,但能承受的总外力在下降.断裂变形量大至K点,试样发生断裂.实质:断裂的实质原子间承受的力超出最大吸引力,原子间的结合破坏而分离.韧性断裂:在断裂前有明显塑性变形后发生的断裂叫“韧性断裂”.在晶体构成的材料中,内部的晶粒都被拉长成为细条状,断口呈纤维状,灰暗无光.脆性断裂:断裂前因并未经过明显塑性变形,故其断口常具有闪烁的光泽.脆性断裂可沿晶界发生,断口也可凹凸不平;脆性断裂也可穿过各个晶粒发生,断口比较平坦.4滑移是在外力作用下,晶体的一部分沿着一定的晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相对于晶体的另一部分发生的相对滑动.滑移过程说明.在切应力的作用下,先使晶格发生弹性外扭,进一步将使晶格发生滑移.外力去除后,由于原子到了一新的平衡位置,晶体不能恢复到原来的形状,而保留永久的变形.大量晶面的滑移将得到宏观变形效果,在晶体的表面将出现滑移产生的台阶.作用在晶格上的正应力只能使晶格的距离加大,不能使原子从一个平衡位置移动到另一平衡位置,不能产生塑性变形;正应力达到破坏原子间的吸引力,晶格分离,材料则出现断裂.材料在正应力作用下,在应力方向虽然不能发生塑性变形,但应力的分解在另一方向就有切应力,可使晶格沿另外的方向上发生滑移.5滑移系对性能的影响.1晶体中滑移系愈多,晶体发生滑移的可能性便愈大,材料的塑性愈好,并且,其中一个滑移面上存在的滑移方向数目比滑移面数目的作用更大.2在金属材料中,体心立方晶格的铁与具有面心立方晶格的铜,虽然它们都具有12个滑移系,但铁的塑性不如铜,而具有密排六方晶格的镁及锌等,因其滑移系仅有3个,故其塑性远较具有立方晶格的金属差

6滑移变形的主要特点.1滑移只能在切应力的作用下发生.2滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生.这是因为只有在最密晶面之间的面间距最大,原子面之间的结合力最弱,沿最密晶向滑移的步长最小,因此这种滑移所需要的外加切应力最小3滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向的距离为原子间距的整数倍,滑移的结果会在晶体的表面上造成台阶4滑移的同时必然伴随有晶体的转动.滑移时晶体转动.当外力作用于单晶体试样上时,它在某些相邻层晶面上所分解的切应力使晶体发生滑移,而正应力和垂直滑移方向的另一分切应力因滑移错开组成一力偶,使晶体在滑移的同时向外力方向发生转动.趋势为滑移面趋于平行拉力方向,滑移方向也趋于平行拉力方向

8滑移的位错理论分析.滑移是由于滑移面上的位错运动而造成的.一刃型位错在切应力的作用下在滑移面上的运动过程,通过一根位错从滑移面的一侧运动到另一侧便造成一个原子间距的滑移.对应于位错运动,在滑移的过程中,只需要位错中心上面的两列原子向右作微量的位移,位错中心下面的一列原子向左作微量的位移,位错中心便会发生一个原子间距的右移.由此可见,通过位错运动方式的滑移,并不需要整个晶体上半部的原子相对于其下半部一起位移,而仅需位错中心附近的极少量的原子作微量的位移即可,所以它所需要的临界切应力便远远小于整体刚性滑移.位错的滑移面就是晶体的滑移面,柏氏矢量的方向就是晶体的滑移方向.为了使位错的能量较低,在结构容许的条件下,尽量减小柏氏矢量,原子的密排方向就成为了位错的柏氏矢量的方向.9位错的增殖.塑性变形的过程中,尽管位错移出晶体产生滑移台阶,但位错的数量(位错密度)却在不断的增加,这是因为在外应力作用下发生塑性变形时位错会发生增殖.若滑移面上有一段位错,CD两点钉住不可滑移,在外力作用下位错应向右移动,这段位错将弯曲,扩张,相遇为异号位错相消,产生一位错环,内部CD段还存在.反复可生成一系列的位错环,扩展到晶体外的产生滑移台阶可为柏氏矢量的整数倍.10位错的交割.不在同一个滑移面上的两位错运动的过程中可发生交割.如果位错AB向下运动扫过位错CD,由于扫过区间的晶体两边发生了柏氏矢量大小的滑移,在位错CD上产生了EF转折,EF长度为AB的柏氏矢量,EF位错的柏氏矢量不发生变化,位错的性质和原来可能不一样.若 AB为一个源发出的一批位错,EF则为多倍长.如果CD为如图刃位错,AB上也留下一转折.转折的性质不一样,有的在位错的线张力作用下可消失,或以相同滑移方向一起滑移的称为扭折;有的不仅不能消失,而且滑移面也不同而不能一起运动,称为割阶.成为位错运动的阻碍.11位错的塞积.位错运动时,在其前沿如果有障碍就停留不能前进,若同一位错源不断产生一系列位错源源而来,在此将产生塞积.在该处产生大的应力,可能的后果有:①螺位错可改变滑移面而发生交滑移;②晶界处的应力可能迫使相邻晶粒中的位错运动来松弛应力;③无发松弛就有可能在此处造成裂纹.12加工硬化.材料在变形后,强度,硬度显著提高,而塑性,韧性明显下降的现象称为加工硬化.这种加工硬化的作用在拉伸时的应力--应变曲线中可看出,材料屈服后要继续变形只有不断增加外力1原因:塑性变形是通过位错的运动来实现的,位错运动一旦受阻,塑性变形就难以进行,要继续进行变形只有增加外力2分析:变形过程中,位错沿滑移面运动,各种位错会频繁相遇,发生一系列复杂的交割作用,出现位错的缠结等等现象,使位错的运动受阻,位错源不断发出的位错不能顺利地移出晶体,发生位错地塞积,造成位错密度的逐渐增大.变形量越大,位错密度就越大,变形的抗力也越就大.随着位错密度的升

高,位错之间的平均距离减小,它们之间的相互干扰和交互作用进一步增强,强度就大了.13变形的传递.当一个晶粒在某一滑移系发生滑移动作,即位错发生运动,位错遇到晶界时,由于各个晶粒的位向不同,不能直接从一个晶粒移动到另一晶粒,便塞积起来;加之晶界处的杂质原子也往往较多,增大其晶格畸变,在滑移时位错运动的阻力较大,难以发生变形,可见晶界的存在可以提高材料的强度.位错在晶界处的塞积产生了大的应力集中,当应力集中能使相邻晶粒的位错源开动,相邻取向不利的晶粒也能开始变形,相邻晶粒的变形也使位错塞积产生的应力集中得以松弛,原来变形的晶粒可以进一步的变形.变形的协调.多晶体的变形中要保持晶界处的连续性,即晶界处的原子既不能堆积也不能出现空隙或裂缝,晶界两边的变形需要达到互相协调.晶界两边的晶粒取向不一样,靠单一的滑移系的动作将不能保证这种协调,为了适应变形协调,不仅要求邻近晶粒的晶界附近区域有几个滑移系动作,就是已变形的晶粒自身,除了变形的主滑移系统外,在晶界附近也要有几个滑移系统同时动作.至少应有5个独立的滑移系才能协调多晶体的塑性变形.对面心和体心立方金属,是容易满足这个变形协调条件的,但对密排六方金属,由于滑移系一般只有三个,为了实现变形协调,有两种方式:一种是在晶界附近区域,除了有基面滑移外,可能有柱面或棱锥面等较难滑移的晶面作为滑移面;另一种则是产生孪晶变形,孪晶和滑移结合起来,连续地进行变形.15塑性变形过程的不均匀性.在多晶体金属中,每个晶粒的晶格位向都不同,其滑移面和滑移方向的分布便不同,故在在同一外力作用下,每个晶粒中不同滑移面和滑移方向上所受的分切应力便不同.凡滑移面和滑移方向处于或接近于与外力成45度,即施密特因子较大,必将首先发生滑移变形;而滑移面或滑移方向处于或接近于与外力相平行或垂直,即施密特因子较小(接近0)的晶粒所受的分切应力将较小,较难发生滑移.由此可见,由于多晶体金属中每个晶粒所取的位向不同,金属的塑性变形将会在不同晶粒中逐批发生,是个不均匀的塑性变形过程.16晶粒大小对材料强度的影响.材料的塑性变形抗力,不仅与其原子间的结合力有关,而且还与材料的晶粒度有关,即材料的晶粒愈细,材料的强度愈高.因为材料晶粒愈细,晶界总面积愈大,晶界对变形的阻碍作用愈明显,对塑性变形的抗力也便愈大.效果:塑性材料的晶粒愈细,不仅强度愈高,而且塑性与韧性也较高.原因:因为晶粒愈细,单位体积中晶粒数量便愈多,变形时同样的形变量便可分散在更多的晶粒中发生,晶粒转动的阻力小,晶粒间易于协调,产生较均匀的变形,不致造成局部的应力集中,而引起裂纹的过早产生和发展.因而断裂前便可发生较大的塑性形变量,具有较高的冲击载荷抗力.意义:所以在工业上通过各种方法(凝固,压力加工,热处理)使材料获得细而均匀的晶粒,使目前提高材料力学性能的有效途径之一.17孪生变形.孪晶:晶体的一部分相对于一定的晶面(孪生面),沿着一定的方向(孪生方向)发生切变,形成对称的晶格排列,发生切变部分叫做孪生带,或简称为孪晶.切变部分和未切变部分呈镜面对称,对称面为孪生面.孪生:在外力作用下,以切变生成孪晶而发生塑性变形方式.产生条件:孪生仅在滑移困难时才会发生.一般孪生出现在滑移系很少的晶体结构的材料中(如密排六方晶格金属);此外在某些容易发生滑移的晶格材料仅在较低温度或受冲击时因来不及滑移又有较大的应力作用时才可能产生孪生.特点1在孪晶带中,每层原子面对于相邻原子面的移动量都相同,其移动量不是原子间距的整倍,但它们在孪生后各自移动的距离和离孪生面的距离成正比2孪生带的晶格位向发生了变化,抗腐蚀性和光学反射性也也将有差异,抛光腐蚀后在显微镜下可见到孪晶组织3孪生变形在晶体表面可形成浮凸4孪生是在切应力作用下产生的,但产生孪生所需要的切应力比滑移要大得多5孪生变形得速度很快,接近于声速6孪生变形会在周围得晶格中引起很大得畸变,因此所产生的塑性变形总量不大7孪生对变形的作用另一方面还表现在生成的孪生改变了晶体的位向而帮助滑移 18蠕变:所谓蠕变是指材料在高温下(高于0.3Tm)的变形不仅与应力有关,而且和应力

作用的时间有关.蠕变过程:整个的蠕变过程可分为三个阶段.由蠕变速率(dε/dτ)逐渐减慢的第一阶段到恒速蠕变的第二阶段.在蠕变过程后期,蠕变速率加快直至断裂,视为蠕变第三阶段.随着温度与应力的提高,蠕变的第二阶段渐短,金属的蠕变很快由第一阶段过渡到第三阶段,使高温下服役的零件寿命大大减少.蠕变机理:蠕变过程是一热激活过程,蠕变现象可看着在应力作用下原子流的扩散.原子的定向流动本身可造成材料的变形.借助原子的扩散会发生位错的攀移,位错滑移产生的加工硬化和由位错攀移产生的高温回复,这两个过程的速率相等,便形成了恒定的蠕变速率过程.所有影响自扩散系数的因数均按相同的方式影响蠕变速率.19粘滞性流动在液体状态下,原子呈无规则排列,没有固定的形状,处于可流动的状态.液体的流动性用黏度来度量,当黏度大到可以维持自己的形状时,材料就处于固态.在固态下处于非晶态的材料看做是过冷的液体,在外力作用下,非晶态的材料当能克服黏度的阻力时,可以象液体那样发生流动,自己的形状和尺寸发生变化,材料的性质未发生改变,为一种塑性变形.变形实例:非晶态材料处于玻璃化温度Tg上可以发生塑性变形的方式.多晶体材料的晶界滑动

20冷变形对力学性能影响.产生加工硬化:材料在变形后,强度,硬度显著提高,而塑性,韧性明显下降.加工硬化的工程意义1加工硬化是强化材料的重要手段,尤其是对于那些不能用热处理方法强化的金属材料2加工硬化有利于金属进行均匀变形.因为金属已变形部分产生硬化,将使继续的变形主要在未变形或变形较少的部分发展3加工硬化给金属的继续变形造成了困难加速了模具的损耗,在对材料要进行较大变形量的加工中将是不希望的,在金属的变形和加工过程中常常要进行“中间退火”以消除这种不利影响,因而增加了能耗和成本

21塑性变形对组织和结构的影响.1晶粒变形:随着外形的改变,内部晶粒的形状也相应变化.通常晶粒沿变形方向被拉长或压扁.变形的程度愈大,则晶粒形状的代表也愈大2晶界模糊:当变形量很大时,晶界变得模糊不清,这是由于位错移出晶粒在边界造成的台阶使晶界交错,同时也进一步降低了晶界的耐腐蚀性3纤维组织:在金属变形较大时,材料中的夹杂物也沿变形方向被拉长,形成了纤维组织.纤维组织的出现造成材料在不同方向上表现出不同的力学性能,即产生一定程度的各向异性4亚结构形成:在大量变形之后,由于位错的运动和交互作用,位错不均匀分布,并使晶粒碎化成许多位向略有差异的亚晶粒.亚晶粒边界上聚集大量位错,而内部的位错密度相对低得多.随着变形量的增大,产生的亚结构也越细.整个晶粒内部的位错密度的提高将降低了材料的耐腐蚀性.变形织构:金属晶粒的取向一般是无规则的随机排列,尽管每个晶粒有各向异性,所以宏观性能表现出各向同性.但是当金属经受大量的一定方向的变形之后,由于晶粒的转动造成晶粒取向趋于一致,形成了晶体的“择优取向”,即某一晶面在某个方向出现的几率明显高于其他方向.金属大变形后形成的这种有序化结构叫做变形织构,它使金属材料表现出明显的各向异性.形成原因:滑移塑性变形时伴随晶粒的转动,造成各晶粒的滑移面或滑移方向趋于平行外力方向.对工程应用的影响:在大多数情况下是不利的,如有织构的金属板材冲制筒形零件时,由于不同方向上塑性的差别较大,深冲之后零件的边缘不齐出现“制耳”现象;另外在不同方向上变形不同,制成的零件的硬度和壁厚会不均匀,等等.但织构有时也能带来好处,制造变压器铁芯的硅钢片,利用织构可大大提高变压器的效率.防止措施:织构形成后很难消除,工业生产中为了避免织构,较大的变形量往往通过几次变形来完成,并进行中间退火.23残余内应力指去除外力之后,残留于材料内部,且自身平衡于材料内部的应力.塑性变形后材料内部的残余内应力明显增加,它主要是由于材料在外力作用下内部变形不均匀所造成的.分类:材料表层和心部变形不均匀或这一部分和那一部分变形不均匀,会造成平衡于它们之间的宏观内应力,通常称为第一类内应力.相邻晶粒取向不同引起变形不均匀,或晶内不同部位变形不均匀,会造成微观内应力,为第二类.由于位错等缺陷的增加,会造成晶格畸变,通常也称为第三类.经过塑性变形,外力对材料试样或构件作的功绝大部分在变形过程中转化成热而散失,只有少数能量转化为内应力残留在材料中,使其内能增加.第三类内应力占绝大部分,是使变形金属强化的主要原因.会使材料如金属的耐腐蚀性下降.第一,二类内应力占的比例不大,但当进一步加工会打破原有平衡,引起材料的变形.一般要用退火的办法将其消除.24回复,性能变化,机制.所谓回复,即在加热温度较低时,仅因金属中的一些点缺陷和位错的迁移而引起的某些晶内的变化.回复阶段一般加热温度在0.4Tm以下.回复的组织性能变化1宏观应力基本去除,微观应力仍然残存2物理性能,如电阻率,有明显降低,有的可基本回到未变形前的水平3力学性能,如硬度和流变应力,觉察不到有明显的变化4 光学金相组织看不出任何变化,温度较高发生回复,在电子显微镜下可间到晶粒内部组织的变化.(位错的胞状组织转变为亚晶)回复机制,低温阶段:点缺陷的迁移和减少,表现为1空位与间隙原子的相遇而互相中和2空位或间隙原子运动刃位错处消失,引起位错的攀移3点缺陷运动到界面处消失.他们都将减少晶体中的点缺陷,力学性能无变化,但物理性能发生回复.较高温阶段:位错的运动和重新分布,滑移面上异号位错相遇销毁,可使位错密度略有降低.高温回复:当温度大于0.3Tm后,位错可以获得足够的能量自身除滑移外还可产生攀移,除异号位错中和外,还有位错的组合和重新排列,例如排列成墙明显降低弹性应变能,变形的晶体发生多边化,甚至形成亚晶粒.25再结晶.基本过程:形后的金属材料在加热到较高温度时,可以发生晶粒的重新改组.同结晶过程类似,首先在材料中形成新的无畸变的小晶粒,这些小晶粒消耗周围发生过变形的晶体而不断长大,同时也有新的小晶粒形成,直到新的晶粒全部代替变形过的晶体.这个过程也是一形核和核心长大,称为再结晶.材料发生了再结晶后,由于全部用新生成的晶粒替换了原发生过塑性变形的晶粒,所以材料经过再结晶后,由冷塑性变形带来的所有性能变化就全部消失,材料的组织发生了变化,性能完全彻底回到变形前的状态.26再结晶的转变不是相变.冷塑性变形后的发生再结晶,晶粒以形核和晶核长大来进行,但再结晶过程不是相变.原因1变化前后的晶粒成分相同,晶体结构并未发生变化,因此它们是属于同一个相2再结晶不像相变那样,有转变的临界温度点,即没有确定的转变温度3再结晶过程是不可逆的,相变过程在外界条件变化后可以发生可逆变化4发生再结晶的热力学驱动力是冷塑性变形晶体的畸变能,也称储存能.27再结晶形核机制.1晶界弓出的形核机制.金属在变形时是不均匀的,若晶界两边一个晶粒的位错密度高,另一个位错密度低,在加热时晶界会向位错密度高的一侧突然移动,从位错高的一侧的原子转移到位错低的一侧,新的排列应为无畸变区,这个区域就是再结晶核心.和结晶形核方式类似,晶界弯曲后,一方面界的弯曲面因面积增加会增加界面能,另一方面形核区中原变形区间有应变能释放.和液体结晶形核不相同的是如果达不到临界条件,晶界也会弯曲,到一定程度停止但不会消失。同时位错低的一边的原子在晶核处重排列,从原变形状态改变为无变形状态,超过一定的区域与原晶粒形成大的取向差,即独立形成一新晶粒.2他形核机制:在再结晶中的形核还有亚晶合并长大,详细过程就不分析了,总之核心都是在原有晶粒的边界或变形较大的地方先产生.核心的长大是变形晶粒晶界附近的原子移动到新的未变形晶粒上,从而可以减少变形应变能,新晶粒不断长大到相遇,最后全部为新晶粒,再结晶完成.28影响再结晶速度的因数.材料因素:①原子的结合力大,表现为熔点高的材料,再结晶进行较慢;②材料的纯度,纯净材料如纯金属,进行较快,而溶入了其他元素,特别是元素易在晶界处存在聚集时,将降低再结晶的速度;③第二相质点的存在,特别是其成弥散分布时,将明显降低再结晶的速度.工艺因素:①加热温度愈高,再结晶速度愈快;②变形量大,弹性畸变能大,再结晶速度也快.当变形量过小,弹性畸变能不能满足形核的基本要求时,再结晶就不能发生,即能发生再结晶需要一起码的变形量,称为临界变形量δC, 29晶粒长大的动力.晶粒的长大是一自发过程,其驱动力是降低其总界面能.长大过程中,晶粒变大,则晶界的总面积减小,总界面能也就减小.为减小表面能晶粒长大的热力学条件总是满足的,长大与否还需满足动力学条件,这就是界面的活动性,温度是影响界面活动性的最主要因素.晶粒的正常长大.长大后的晶粒大小分布统计结果相同,所以把这种晶粒的均匀长大称为正常长大.晶粒的非正常长大在长大过程中.般晶粒在正常缓慢长大时,如果有少数晶粒处在特别优越的环境,这些大量吞食周围晶粒,迅速长大,这种现象称为晶粒的异常长大.这些优先长大的少数晶粒最后到互相接触,早期的研究以为是形核和核心的生长过程,而称为“二次再结晶”,但实质并不是靠重新产生新的晶核,而是在一次再结晶后的长大过程中,某些晶粒的环境特殊而产生的优先长大.30晶粒非正常长大预防.再结晶退火时发生晶粒异常长大的条件是1材料的冷变形程度较大,产生了变形织构,再结晶后晶粒取向的遗传,再结晶组织依然存在择优取向,这时晶粒取向差小,晶界的界面能较小,正常长大速度较慢,个别较大的晶粒的取向不同,有较大的界面能,长大速度也较快,晶粒优先长大就有了可能2再结晶的加热温度较高,再结晶发生快,晶界容易移动又有足够的时间来进行晶粒长大.故防止材料发生晶粒异常长大的方法就是注意这两个环节

再结晶后的晶粒尺寸1预先变形量:在临界变形量以下,材料不发生再结晶,维持原来的晶粒尺寸;在临界变形量附近,刚能形核,因核心数量很少而再结晶后的尺寸很大,甚至单晶;一般随着变形量的增加,再结晶后的晶粒尺寸不断减小;当变形量过大,可能产生明显织构,在退火温度高时发生晶粒的异常长大2退火温度和时间:再结晶刚结束时,材料的晶粒尺寸与退火温度无明显的变化,但退火温度高,完成再结晶用的时间少,长大的时间就长,所以一般规律依然是随退火温度的提高而晶粒尺寸增大.一般均采用保温 2小时,保证再结晶充分完成而晶粒不过分长大3杂质:无论是固溶于晶体内的异类原子,还是在材料组织中存在的第二相质点,特别是弥散分布时,都将促进再结晶后的晶粒细化4原始晶粒大小:在其他条件相同时,材料变形前的晶粒尺寸愈细小,晶界面多,有利形核,再结晶后的晶粒也细小5材料变形温度较高,或再结晶退火前进行较有效的回复处理,因降低了畸变能,可使再结晶后的晶粒变粗.冷热加工定义.把金属的塑性变形称为加工,凡是在其再结晶温度以上进行加工变形称为热加工,反之在其再结晶温度以下进行的加工变形称为冷加工.这里冷热加工的分界线不是以变形过程是否进行过加热,铅的再结晶温度在 0℃以下,在室温下进行变形是属于热加工,铁的再结晶温度为450℃左右,在400℃进行变形仍属于冷加工

33热加工的原因.冷态对材料进行塑性变形会产生加工硬化,当材料成形需要较大的变形量时,进行一段变形后,进行一次再结晶退火,再来继续进行塑性变形,再退火,直到达到需要的变形程度.金属材料的强度和硬度会随温度的上升而下降,塑性会随温度的升高而升高,因此在较高的温度下进行塑性变形,材料的抗力小,变形所用的动力也小,高的塑性减少开裂破坏的可能性.如果温度超过材料的再结晶温度,在变形的同时会发生再结晶,可不产生加工硬化,直接进行大的变形量 34热加工时的软化机制.高温下,塑性变形的同时,发生组织结构的软化,尽管软化本身的方式也是属于回复和再结晶,由于变形硬化和软化同时发生,软化有自己的特点:1动态

回复:在热加工的温度下,材料可以进行较快回复过程.它不同于静态回复,材料在变形的同时,一方面变形在增加缺陷,另外以回复方式减少部分缺陷,某些性能因二者的同时作用可达到动态平衡,维持在某一固定的水平2动态再结晶:多晶体材料发生塑性变形,变形是不均匀的,部分区域的变形量超过临界变形量后,可以以再结晶方式形核,变形量增加,形核的部位也在增加,形成的核心不断的长大.一边变形,长大的同时,内部又因变形而增加缺陷硬化,内部的缺陷密度也不同.这些在再结晶中生成长大的晶粒当变形超过一定程度会再次形核长大,如此往而复始.变形速率高,平均硬化程度维持在较高的水平,材料在变形中表现出较高的流变应力3亚动态再结晶:变形过程中形成的再结晶核心或长大未完成的小晶体,在变形过程停止后的继续长大4静态回复和静态再结晶:变形过程停止后,由于在较高的温度下,这时所发生的回复过程和重新形核并长大的再结晶过程 35热加工对材料性能的影响1为了控制材料的最后组织,如晶粒尺寸,必需控制好最后的变形量和变形停止时的温度,终锻温度过高,最后会导致材料的晶粒尺寸粗大,使材料的性能下降.但终锻温度过低或变形量过大可能会在零件上带来残余应力,甚至出现开裂2压力加工可以焊合铸态材料中的气孔疏松,提高材料的致密度,提高材料性能.所以有些零件必须通过压力加工来成形3压力加工可以打碎粗大枝晶和柱状晶,细化晶粒尺寸;对多相材料,反复的镦拔,可以均匀材料的成分,都将有益于材料的使用性能4热加工的温度较高,表面较易发生氧化现象,尽管有一些精密锻造工艺,但产品的表面光洁度和尺寸精度不可能达到机械加工能达到的高度5在热加工时,仅在一个方向上变形,如热轧,会造成杂质或第二相沿加工方向分布,形成热加工纤维组织,材料的机械性能具有明显的各向异性,通常纵向的强度,塑性和韧性显著大于横向.让流线与零件的受力方向成合理分布,才能保证质量水平.6复相合金中的各相,在热加工时沿着变形方向交替地呈带状分布,形成“带状组织”,使材料性能变坏,用热处理方法不易消除,工艺上应注意.