金属材料电学性能教案课件.pptx

1、金属材料电学性能金属材料电学性能第1页/共74页第2页/共74页二十一世纪世界各二十一世纪世界各国重点和优先发展国重点和优先发展的技术是什么？的技术是什么？第3页/共74页性能性能成分成分结构结构性质性质用途用途第4页/共74页金属铁金属铁强度、硬度高强度、硬度高结构件结构件金属铜金属铜导电性能好导电性能好电线、电缆电线、电缆半导体半导体Si半导体特性半导体特性大规模集成电路大规模集成电路铝合金铝合金比强度高比强度高航空航天航空航天AlN等无机等无机压电性压电性超声波元件，滤波器超声波元件，滤波器绪论绪论第5页/共74页量为主。第6页/共74页n复杂性复杂性能能 复合性能复合性能 工艺性能工艺

2、性能 使用性能使用性能 抗氧化性抗氧化性 耐腐蚀性耐腐蚀性 抗渗入性抗渗入性 强强 度度 延延 性性 韧韧 性性 刚刚 性性 摩擦磨损摩擦磨损 热学性能热学性能 声学性能声学性能 光学性能光学性能 电学性能电学性能 磁学性能磁学性能 辐照性能辐照性能n化学性化学性能能 n物理性物理性能能n力学性力学性能能第7页/共74页第8页/共74页第9页/共74页URIR表示导体的电阻：表示导体的电阻：LRS电导率：电导率：1单位：单位：(m)(-1 m-1,S/m)第10页/共74页一些材料室温下的电导率一些材料室温下的电导率材料材料电导率电导率(-1 m-1)材料材料电导率电导率(-1 m-1)Ag6

3、.3 107Ge2.2Cu6.0 107SiC10Au4.3 107Si4.3 10-4Al3.8 107耐火砖耐火砖10-6Zn1.69 107滑石滑石10-12Ni1.38 107云母云母10-11Fe1.02 107尼龙尼龙10-1210-10304 不锈钢不锈钢1.4 106石蜡石蜡10-1570Cu-30Zn1.6 107聚乙烯聚乙烯10-14第11页/共74页二、金属导电理论二、金属导电理论量子自由电子理论量子自由电子理论经典自由电子理论经典自由电子理论能带理论能带理论第12页/共74页（一）经典自由电子理论（一）经典自由电子理论v经典自由电子理论认为，在金属晶体中，经典自由电子理

4、论认为，在金属晶体中，离子构成了离子构成了晶格点阵晶格点阵，并形成一个均匀电场，并形成一个均匀电场，价电子是完全自由价电子是完全自由的，可以在整个金属中自由运动，就像气体分子充满的，可以在整个金属中自由运动，就像气体分子充满整个容器一样，因此可以把价电子看成整个容器一样，因此可以把价电子看成“电子气电子气”。E第13页/共74页v在自由电子做定向运动过程中，会不断与正离子在自由电子做定向运动过程中，会不断与正离子发生碰撞妨碍电子加速运动，形成电阻发生碰撞妨碍电子加速运动，形成电阻。v从这种认识出发，设电子两次碰撞之间运动的平从这种认识出发，设电子两次碰撞之间运动的平均距离（自由程）为均距离（自

5、由程）为 l，电子平均运动的速度为，电子平均运动的速度为v，单位体积内的自由电子数为单位体积内的自由电子数为 n，则，则电导率电导率为为2222ne lnetmvmvm:电子质量电子质量ve:电子电荷电子电荷v :两次碰撞之间的平均时间两次碰撞之间的平均时间t第14页/共74页v经典自由电子理论的不足之处经典自由电子理论的不足之处不能解释二、三价金属的价电子虽然比一价不能解释二、三价金属的价电子虽然比一价金属多，但导电性比一价金属差的原因金属多，但导电性比一价金属差的原因实际测量到的电子平均自由程比经典理论估实际测量到的电子平均自由程比经典理论估计的大很多计的大很多不能解释超导现象的产生不能解

6、释超导现象的产生2222ne lnetmvm第15页/共74页第16页/共74页（二）量子自由电子理论（二）量子自由电子理论v相同点：相同点：金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子与离子间没有相互作用，且为整个金属所共与离子间没有相互作用，且为整个金属所共有，可以在整个金属中自由运动。有，可以在整个金属中自由运动。第17页/共74页v不同点：不同点：金属中每个原子的金属中每个原子的内层电子内层电子基本保持着单个基本保持着单个原子时的能量状态，而所有原子时的能量状态，而所有价电子价电子按量子化按量子化规律具有不同的能量状态，即规律具有不同的能量状态，即具有不

7、同的能具有不同的能级级。+11+11第18页/共74页v电子具有电子具有波粒二象性波粒二象性，运动着的电子作为物质波，运动着的电子作为物质波（德布罗意波），其波长与电子的运动速率或动（德布罗意波），其波长与电子的运动速率或动量之间的关系为量之间的关系为hhmvp22 mvhvm:电子质量电子质量vv:电子速度电子速度v :波长波长vp:电子动量电子动量vh:普朗克常普朗克常量量212Emv222222288hhEKmm常数常数228hm波数波数2K第19页/共74页2228hEKm自由电子的自由电子的E-K曲线曲线v粒子的观点粒子的观点曲线表示自由电子的曲线表示自由电子的能量与速度（或动量）能

8、量与速度（或动量）之间的关系之间的关系v波动的观点波动的观点曲线表示电子的能量曲线表示电子的能量和波数之间的关系。和波数之间的关系。电子的波数越大，则电子的波数越大，则能量越高。能量越高。v费米能费米能EF 0K时电子所具有的最时电子所具有的最高能态，不同金属的高能态，不同金属的费米能不同费米能不同第20页/共74页电场对电场对E-K曲线的影响曲线的影响v外加电场的作用外加电场的作用外电场使向着其正外电场使向着其正端运动的电子能量端运动的电子能量降低，反向运动的降低，反向运动的电子能量升高电子能量升高部分能量较高的电部分能量较高的电子转向电场正向运子转向电场正向运动的能级，从而使动的能级，从而

9、使正反向运动的电子正反向运动的电子数不等数不等，使金属导，使金属导电电只有处于较高能态只有处于较高能态的自由电子参与导的自由电子参与导电电第21页/共74页v电阻的形成电阻的形成电子波在传播过程中被离子点阵散射，然电子波在传播过程中被离子点阵散射，然后相互干涉而形成电阻。后相互干涉而形成电阻。v超导体超导体量子力学证明，当电子波在绝对零度下通量子力学证明，当电子波在绝对零度下通过一个理想的晶体点阵时，它将不会受到过一个理想的晶体点阵时，它将不会受到散射而无阻碍地传播，此时的材料是一个散射而无阻碍地传播，此时的材料是一个理想的导体，即所谓的超导体。理想的导体，即所谓的超导体。第22页/共74页v

10、电阻产生的本质电阻产生的本质晶体点阵离子的热振动晶体点阵离子的热振动使电子波受到散射使电子波受到散射晶体中的晶体中的杂质原子、位错和点缺陷杂质原子、位错和点缺陷等使电子等使电子波受到散射波受到散射对电子波产生了阻碍作用，降低了导电性，对电子波产生了阻碍作用，降低了导电性，这就是材料产生电阻的本质所在。这就是材料产生电阻的本质所在。第23页/共74页量子量子2221222effeffeffn e ln en etm vmm经典经典2222ne lnetmvmvm*:有效电子质量有效电子质量vneff:有效自由电子数有效自由电子数vv :费米面附近实际参加费米面附近实际参加导电的电子平均速度导电的

11、电子平均速度v :单位时间内散射的次单位时间内散射的次数（散射系数）数（散射系数）J一价金属的一价金属的neff 比二、三比二、三价金属多，价金属多，因此一价金因此一价金属的导电性属的导电性好好第24页/共74页T电子在杂质和缺陷上的电子在杂质和缺陷上的散射（散射（与温度无关与温度无关）v马基申定则马基申定则(Matthiessen Rule)总的电阻包括金属的基本电阻（与温度有关）总的电阻包括金属的基本电阻（与温度有关）和杂质浓度引起的电阻（与温度无关）和杂质浓度引起的电阻（与温度无关）()T第25页/共74页（三）能带理论（三）能带理论v相同点：相同点：金属中的价电子是公有化的金属中的价电

12、子是公有化的能级是量子化的能级是量子化的v不同点：不同点：金属中由离子点阵所造成的势场不均匀，而金属中由离子点阵所造成的势场不均匀，而呈周期变化呈周期变化能带理论能带理论就是研究金属中的价电子在周就是研究金属中的价电子在周期势场作用下的能量分布问题期势场作用下的能量分布问题第26页/共74页第27页/共74页电子数量增加时能级扩展成能带电子数量增加时能级扩展成能带第28页/共74页第29页/共74页第30页/共74页晶体中电子的晶体中电子的E-K曲线曲线近自由电子模型近自由电子模型充带充带充带充带充带充带禁带禁带禁带禁带空带空带价带价带带隙带隙第31页/共74页第32页/共74页空带空带禁带禁

13、带满带满带金属金属未填满未填满无禁带无禁带重叠重叠宽禁带宽禁带窄禁带窄禁带绝缘体绝缘体半导体半导体第33页/共74页连续连续能量分布的价电子在能量分布的价电子在均匀均匀势场势场中的运动中的运动不连续不连续能量分布的价电子在能量分布的价电子在均匀均匀势势场中的运动场中的运动不连续不连续能量分布的价电子在能量分布的价电子在周期性周期性势场中的运动势场中的运动第34页/共74页第35页/共74页一、温度的影响一、温度的影响22effn e lm v温度对有效电子数温度对有效电子数和电子平均速和电子平均速度几乎没有影度几乎没有影响响自由程减小自由程减小温度升温度升高高周期势场的涨落加大周期势场的涨落加

14、大离子振动加剧离子振动加剧热振动振幅增热振动振幅增大大原子的无序度增加原子的无序度增加散射几率增加散射几率增加电阻率增大电阻率增大第36页/共74页一、温度的影响一、温度的影响普通非过渡金属电阻普通非过渡金属电阻-温度曲线温度曲线23DT TDT 5T2TK2T第37页/共74页一、温度的影响一、温度的影响v通常对金属导电性的研究均在德拜温度以上，通常对金属导电性的研究均在德拜温度以上，在高于室温以上温度金属的电阻与温度的关系在高于室温以上温度金属的电阻与温度的关系为为0(1)TTT:温度温度,C 0:0 C下的电阻率下的电阻率 T:T温度下电阻率温度下电阻率:电阻温度系数电阻温度系数00TT

15、大多数金属：大多数金属：10-3过渡金属，铁磁性金属过渡金属，铁磁性金属 10-2第38页/共74页一、温度的影响一、温度的影响v过渡金属的电阻过渡金属的电阻过渡金属的电阻与温度的关系经常出现反常，特过渡金属的电阻与温度的关系经常出现反常，特别是具有铁磁性的金属在发生磁性转变时，电阻别是具有铁磁性的金属在发生磁性转变时，电阻率出现反常。率出现反常。研究表明，在接近居里点时，铁磁金属或合金的研究表明，在接近居里点时，铁磁金属或合金的电阻率反常降低量电阻率反常降低量 与其自发磁化强度与其自发磁化强度Ms的平方的平方成正比，即成正比，即2/CTsM 第39页/共74页温度对铁磁性金属比电阻和电阻温度

16、系数的影响温度对铁磁性金属比电阻和电阻温度系数的影响一般情况一般情况金属镍金属镍第40页/共74页二、应力的影响二、应力的影响v拉应力拉应力使原子间的距离使原子间的距离增大增大，点阵的畸变，点阵的畸变增大增大，导，导致金属的电阻致金属的电阻增大增大，电阻率与拉应力的关系，电阻率与拉应力的关系：0(1)0:未加载荷时的电阻率未加载荷时的电阻率 :应力系数应力系数 :拉应力拉应力第41页/共74页二、应力的影响二、应力的影响v压应力压应力使原子间的距离使原子间的距离减小减小，点阵的畸变，点阵的畸变减小减小，大，大多数金属在三向压力多数金属在三向压力(高达高达1.2GPa)的作用下，的作用下，电阻率

17、电阻率下降下降，并有如下关系，并有如下关系：0(1)p 0:真空下的电阻率真空下的电阻率 :压力系数压力系数(为负值为负值)p:压力压力第42页/共74页二、应力的影响二、应力的影响v压力对过渡金属的影响最显著，这些金属的特点压力对过渡金属的影响最显著，这些金属的特点是存在着具有能量差别不大的是存在着具有能量差别不大的未填满电子的壳层未填满电子的壳层，在压力作用下，有可能使外壳层电子转移到未填在压力作用下，有可能使外壳层电子转移到未填满的内壳层，导致性能的变化。满的内壳层，导致性能的变化。v高的压力往往导致物质的金属化，引起导电类型高的压力往往导致物质的金属化，引起导电类型的变化，而且有助于从

18、的变化，而且有助于从绝缘体绝缘体半导体半导体金属金属 超导体超导体的某种转变。的某种转变。第43页/共74页三、冷加工变形的影响三、冷加工变形的影响金属金属/合金合金电阻率增量电阻率增量铁、铜、银、铝等铁、铜、银、铝等2%6%钼钼15%20%钨钨30%50%单相固溶体单相固溶体10%20%有序固溶体有序固溶体100%室温下部分金属室温下部分金属/合金经相当大的冷加工变形后合金经相当大的冷加工变形后电阻率的变化电阻率的变化第44页/共74页三、冷加工变形的影响三、冷加工变形的影响v电阻率增大的原因电阻率增大的原因晶体点阵畸变增加晶体点阵畸变增加晶体缺陷增加晶体缺陷增加空位浓度增加空位浓度增加点阵

19、电场不均匀点阵电场不均匀电子散射加剧电子散射加剧退火可以显著降低点缺陷浓度，再结晶过程可以退火可以显著降低点缺陷浓度，再结晶过程可以消除形变时造成的点阵畸变和晶体缺陷消除形变时造成的点阵畸变和晶体缺陷第45页/共74页三、冷加工变形的影响三、冷加工变形的影响v根据马基申定则，冷加工金属的电阻率可写成根据马基申定则，冷加工金属的电阻率可写成()T(T):与温度有关的退火金属电阻率与温度有关的退火金属电阻率:冷加工变形产生的附加电阻率冷加工变形产生的附加电阻率(与温度无关与温度无关)()()空位位错(空位空位):电子在空位处散射所引起的电阻率的增加值电子在空位处散射所引起的电阻率的增加值(退火温度

20、足以使空位扩散时，退火温度足以使空位扩散时，(空位空位)消失消失)(位错位错):电子在位错处散射所引起的电阻率增加值电子在位错处散射所引起的电阻率增加值(位错位错)保持到再结晶温度保持到再结晶温度)第46页/共74页四、合金元素及相结构的影响四、合金元素及相结构的影响（一）固溶体的电阻（一）固溶体的电阻（二）有序固溶体的电阻（二）有序固溶体的电阻（三）不均匀固溶体（三）不均匀固溶体（K状态）的电阻状态）的电阻（四）化合物、中间相、多相合金的电阻（四）化合物、中间相、多相合金的电阻第47页/共74页四、合金元素及相结构的影响四、合金元素及相结构的影响（一）固溶体的电阻（一）固溶体的电阻v一般情况

21、下，形成固溶体时合金的电阻率一般情况下，形成固溶体时合金的电阻率会增大，即使是在导电性差的金属溶剂中会增大，即使是在导电性差的金属溶剂中溶入导电性好的溶质金属时，也是如此溶入导电性好的溶质金属时，也是如此v原因原因（1）溶质原子的溶入引起溶剂）溶质原子的溶入引起溶剂点阵的畸变点阵的畸变，破坏了，破坏了晶格势场的周期性，晶格势场的周期性，电子散射增加电子散射增加（2）固溶体组元间化学相互作用的加强使）固溶体组元间化学相互作用的加强使有效电子有效电子数减小数减小第48页/共74页（一）固溶体的电阻（一）固溶体的电阻v在连续固溶体中合金成分距组元越远，电在连续固溶体中合金成分距组元越远，电阻率超高，

22、在二元合金中最大电阻率常在阻率超高，在二元合金中最大电阻率常在50%原子分数处原子分数处v铁磁性及强顺磁性金属组成的固溶体情况铁磁性及强顺磁性金属组成的固溶体情况有异常，最大电阻率一般不在有异常，最大电阻率一般不在50%原子分原子分数处数处第49页/共74页Au-Ag合金电阻率与成合金电阻率与成分关系分关系Cu-Pd、Ag-Pd、Au-Pd合金电阻率与成分关合金电阻率与成分关系系第50页/共74页（一）固溶体的电阻（一）固溶体的电阻v根据马基申定则，低浓度固溶体电阻率表达式为根据马基申定则，低浓度固溶体电阻率表达式为0 :偏离马基申定则的值，与温度和溶质浓度有关偏离马基申定则的值，与温度和溶质

23、浓度有关C 0:固溶体溶剂组元的电阻率固溶体溶剂组元的电阻率 :残余电阻率残余电阻率 C:溶质原子含量溶质原子含量:1%溶质原子引起的附加电阻溶质原子引起的附加电阻率率v偏离马基申定则：偏离马基申定则：0第51页/共74页（一）固溶体的电阻（一）固溶体的电阻v诺伯里诺伯里-林德林德(Norbury-Lide)法则法则除过渡金属外，在同一溶剂中溶入除过渡金属外，在同一溶剂中溶入1%(摩尔分摩尔分数数)原子溶质金属所引起的电阻率增加幅度，原子溶质金属所引起的电阻率增加幅度，由溶剂和溶质金属的价数而定由溶剂和溶质金属的价数而定2()abZa,b:常数常数 Z:低浓度合金溶剂和溶质间的价数差低浓度合金

24、溶剂和溶质间的价数差第52页/共74页（二）有序固溶体的电阻（二）有序固溶体的电阻v电阻增加电阻增加合金组元化学作用加强，电子结合比无序固溶合金组元化学作用加强，电子结合比无序固溶体增强，导致体增强，导致导电电子数减少导电电子数减少v电阻降低电阻降低晶体的离子电场在有序化后更对称，从而晶体的离子电场在有序化后更对称，从而减少减少电子的散射电子的散射通常情况下，第二个因素占优势，因此有通常情况下，第二个因素占优势，因此有序化后，合金的电阻总体上是降低的序化后，合金的电阻总体上是降低的第53页/共74页Cu3Au合金有序化对合金有序化对电阻率的影响电阻率的影响Cu-Au合金电阻合金电阻率曲线率曲线

25、第54页/共74页（三）不均匀固溶体（三）不均匀固溶体（K状态）的电阻状态）的电阻v冷加工变形对固溶体电阻的影响如同纯金属一冷加工变形对固溶体电阻的影响如同纯金属一样，使样，使电阻增大电阻增大v不同的是，形变对固溶体合金电阻的影响比纯不同的是，形变对固溶体合金电阻的影响比纯金属大得多金属大得多v含有过渡金属元素的合金进行冷加工变形后，含有过渡金属元素的合金进行冷加工变形后，电阻却降低电阻却降低镍镍-铬铬镍镍-铜铜-锌锌铁铁-铬铬-铝铝铁铁-镍镍-钼钼银银-锰等锰等第55页/共74页（三）不均匀固溶体（三）不均匀固溶体（K状态）的电阻状态）的电阻vK状态状态不均匀固溶体，固溶体中有特殊的相变及特

26、不均匀固溶体，固溶体中有特殊的相变及特殊的结构存在殊的结构存在这些不均匀组织是这些不均匀组织是“相内分解相内分解”的结果，即的结果，即这种分解不析出任何具有自己固有点阵的晶这种分解不析出任何具有自己固有点阵的晶体体v对电阻率的影响对电阻率的影响当形成不均匀固溶体时，在固溶体点阵中只当形成不均匀固溶体时，在固溶体点阵中只形成形成原子的偏聚原子的偏聚，其成分与固溶体的平均成，其成分与固溶体的平均成分不同分不同偏聚区的大小与偏聚区的大小与电子自由程为同一数量级电子自由程为同一数量级，能明显能明显增加电子散射几率增加电子散射几率第56页/共74页（四）化合物、中间相、多相合金的电阻（四）化合物、中间相

27、、多相合金的电阻（1）化合物和中间相的电阻）化合物和中间相的电阻v电阻率变化电阻率变化当两种金属原子形成化合物时，其电阻率要比当两种金属原子形成化合物时，其电阻率要比纯组元的纯组元的电阻率高很多电阻率高很多v原因原因组成化合物后原子间的组成化合物后原子间的金属键部分地转化为共金属键部分地转化为共价键或离子键价键或离子键，使，使导电电子数减少导电电子数减少v在一些情况下，金属化合物是半导体在一些情况下，金属化合物是半导体v一般地，中间相的导电性介于固溶体与化合物之一般地，中间相的导电性介于固溶体与化合物之间间第57页/共74页（四）化合物、中间相、多相合金的电阻（四）化合物、中间相、多相合金的电

28、阻（2）多相合金的电阻）多相合金的电阻v多相合金的导电性不仅与组成相的导电性及相对多相合金的导电性不仅与组成相的导电性及相对量有关，还与合金的组织形态有关量有关，还与合金的组织形态有关(如晶粒度大如晶粒度大小小)v当合金是等轴晶粒组成的两相机械混合物，并且当合金是等轴晶粒组成的两相机械混合物，并且两相的导电率相近两相的导电率相近(比值为比值为0.75 0.95)时，时，电导电导率与两相的体积分数呈线性关系率与两相的体积分数呈线性关系：1122 1、2、:分别为各相和多相合金的电导率分别为各相和多相合金的电导率 1、2:各相的体积分数，且各相的体积分数，且 1+2=1第58页/共74页合金电阻率

29、与状态图关系的示意图合金电阻率与状态图关系的示意图连续固溶体连续固溶体多相合金多相合金化合物化合物间隙相间隙相第59页/共74页第60页/共74页一、测定固溶体的溶解度曲线一、测定固溶体的溶解度曲线不同温度下电阻率随合金成分变不同温度下电阻率随合金成分变化及与状态图的对应关系化及与状态图的对应关系第61页/共74页二、研究合金的时效二、研究合金的时效v合金的时效往往伴随着脱溶分解过程，从合金的时效往往伴随着脱溶分解过程，从而使电阻率发生显著的变化，所以电阻分而使电阻率发生显著的变化，所以电阻分析是研究合金时效最有效的方法之一。析是研究合金时效最有效的方法之一。（一）研究（一）研究Fe-Ni-C

30、合金马氏体的时效合金马氏体的时效（二）研究（二）研究Al-Si-Cu-Mg铸造合金的时效铸造合金的时效第62页/共74页v所用所用Fe-Ni-C合金合金wNi=18%、21%、24%wC=0.03%0.62%v试样处理试样处理1200 C，24h均匀化处理后，从均匀化处理后，从850 C淬火至淬火至液氮得到马氏体液氮得到马氏体v时效和回火时效和回火将试样从液氮贮存槽移至规定温度温度的浴将试样从液氮贮存槽移至规定温度温度的浴槽中，从槽中，从15s开始按照等比级数增加停留的时开始按照等比级数增加停留的时间间隔，将不同时间间隔停留后的试样及时间间隔，将不同时间间隔停留后的试样及时返回到液氮槽中，测量

31、其电阻返回到液氮槽中，测量其电阻（一）研究（一）研究Fe-Ni-C合金马氏体的时效合金马氏体的时效第63页/共74页电阻率电阻率(-196 C)与时效时间的关系与时效时间的关系Fe-Ni18%-C0.11%板条状马氏体板条状马氏体Fe-Ni21%-C0.4%片状马氏体片状马氏体第64页/共74页马氏体时效和回马氏体时效和回火各区电阻火各区电阻率变化曲线率变化曲线 区：区：初始下降初始下降区：区：先减后增，出现峰值先减后增，出现峰值区：区：缓慢下降缓慢下降v时效过程与碳的扩散和时效过程与碳的扩散和马氏体中碳量减少有关马氏体中碳量减少有关v时效过程的实质是时效过程的实质是原子原子的集团化的集团化第

32、65页/共74页（二）研究（二）研究Al-Si-Cu-Mg铸造合金的时效铸造合金的时效第66页/共74页三、材料疲劳过程的研究三、材料疲劳过程的研究v原理原理材料的应力疲劳是内部位错的增殖、裂纹的材料的应力疲劳是内部位错的增殖、裂纹的扩展等一系列微观缺陷而导致的宏观缺陷发扩展等一系列微观缺陷而导致的宏观缺陷发展过程，将引起电阻的变化展过程，将引起电阻的变化v方法方法将试样开好缺口，装在试验机上，对试样施将试样开好缺口，装在试验机上，对试样施加周期载荷并通恒定直流电流，在试样缺口加周期载荷并通恒定直流电流，在试样缺口两端测定电位差两端测定电位差第67页/共74页 1、2阶段：电阻变化不大阶段：电

33、阻变化不大 3阶段：电阻缓慢增加，阶段：电阻缓慢增加，内部缺陷密度不断增高内部缺陷密度不断增高 4阶段：电阻迅速增加，阶段：电阻迅速增加，内部裂纹已发展到表面出现微裂纹内部裂纹已发展到表面出现微裂纹镍在低周期应力疲劳时的镍在低周期应力疲劳时的电阻变化电阻变化试样示意图试样示意图第68页/共74页v例子：基于电位法原理的金属结构裂纹监测传例子：基于电位法原理的金属结构裂纹监测传感器研究感器研究杜金强等，基于电位法原理的金属结构裂纹监测传感器研究，南京航空航天大学学报，杜金强等，基于电位法原理的金属结构裂纹监测传感器研究，南京航空航天大学学报，(2010)Vol.42 No.3 387-391传感

34、器示意图传感器示意图不同裂纹长度时不同裂纹长度时AC之之间的电位差间的电位差第69页/共74页四、研究碳钢的回火四、研究碳钢的回火v原理原理通常钢的淬火组织是马氏体与残余奥氏体，通常钢的淬火组织是马氏体与残余奥氏体，碳含量越高，残余奥氏体越多碳含量越高，残余奥氏体越多淬火钢回火要发生马氏体的分解和残余奥氏淬火钢回火要发生马氏体的分解和残余奥氏体的转变体的转变由于固溶体的电阻比较高，所以分解过程伴由于固溶体的电阻比较高，所以分解过程伴随着电阻不断地下降随着电阻不断地下降第70页/共74页第71页/共74页五、研究五、研究Cu3Au合金的有序合金的有序-无序转变无序转变Cu3Au合金的电阻与加热温

35、度合金的电阻与加热温度的关系的关系v曲线曲线1室温下无序，室温下无序，300 C出现拐折，表明原子开始出现拐折，表明原子开始向有序排列，之后由于加向有序排列，之后由于加热温度较高，只能获得部热温度较高，只能获得部分有序状态，随后转变为分有序状态，随后转变为无序结构无序结构v曲线曲线2室温下有序，从高室温下有序，从高温无序状态缓慢冷却，转温无序状态缓慢冷却，转变为有序状态变为有序状态v曲线曲线3室温下部分有序，室温下部分有序，将高温无序状态合金冷却将高温无序状态合金冷却至某一有序化温度，使有至某一有序化温度，使有序化在冷却过程中来不及序化在冷却过程中来不及进行，再缓慢冷却，获得进行，再缓慢冷却，获得部分有序状化态部分有序状化态第72页/共74页六、马氏体相变的研究六、马氏体相变的研究马氏体相变和逆相变时的电阻马氏体相变和逆相变时的电阻-温度曲线示意图温度曲线示意图v金属与合金在常温以上，电阻与温度的关系符合线性金属与合金在常温以上，电阻与温度的关系符合线性规律，若发生相变则可能偏离线性规律，故可采用电规律，若发生相变则可能偏离线性规律，故可采用电阻分析来研究马氏体相变。阻分析来研究马氏体相变。开始发生马氏体相开始发生马氏体相变变相变完相变完成成逆相变完成逆相变完成逆相变开始逆相变开始第73页/共74页感谢您的观看。感谢您的观看。第74页/共74页