材料物理性能期末考试复习资料

材料物理性能

第一部分

■一、电阻的影响因素：由于晶体点阵的不完整性是引起电子散射的根本原因，因此温度、形变与合金化均能影响金属的导电性能。

1、外界条件：温度、应力（环境因素）

（A）、温度

（a）一般规律：金属电阻率随温度的升高而增大，温度对有效电子数（nef)和电子平均速度几乎没有影响，因为在熔点以下其费米能和费米分布受温度的影响很小，但温度升高，会使离子振动加剧，热振动幅度加大，原子无序度增加，周期性势场的涨落加大，从而使电子运动的自由程减小，散射几率增大而导致电阻率增大。（b）过渡族金属与多晶型转变

S层电子排满、d层电子未满，传导电子可能由S层电子向d层电子过渡，其电阻可以认为是由一系列具有不同温度关系的成分叠加而成（ρ∝Tn, n为2~5.3）

（c）铁磁金属与磁性转变

在居里点附近时，铁磁金属的电阻率随温度的变化偏离线性关系：反常降低量Δρ=αMs2。原因：铁磁性金属内d层与外层s壳层电子云交互作用引起。

（d）熔化

大多数金属熔化成液态时，电阻会突然增大约1~2倍，这是由于原子长程有序排列遭到破坏，从而加强了对电子的散射所引起，但Bi、Sb、Ga等在熔化时电阻率反而下降，这是由于该类元素在固态时为层状结构，具有小的配位数，主要为共价键型晶体结构，在熔化时共价键被破坏，转以金属键为主，故电阻率下降（可见书p39:图2.4）。

（B）、应力

在弹性范围内的单向拉应力，使原子间距离增大，点阵动畸变增大，由此导致金属电阻率增大；在压应力作用下，使原子间距变小，点阵动畸变减小，传导电子和声子之间相互作用变化，电子结构以及电子间相互作用发生改变，金属的费米面和能带结构发生变化，由此导致金属电阻率下降。αT为应力系数，αT >0，ζ为拉应力。

2、组织结构的影响：组织结构与塑性变形、热处理工艺有关

(A)、塑性形变

形变使金属电阻率增大，因晶体点阵畸变和晶体缺陷的增加，造成点阵电场的不均匀性增强而加剧对电子波散射的结果；此外冷塑性变形使原子间距有所改变，对电阻率也有一定影响。（大多数金属电阻率增大2~6%）

(B)、热处理的影响

回复：可以显著降低缺陷浓度，电阻率有明显恢复；再结晶：可以消除形变时造成的点阵畸变和晶体缺陷，因而再结晶退火可使电阻率恢复到冷变形前的水平，再结晶后晶粒越小，电阻率越大。

(C)、晶粒大小：晶粒越小，晶界（面缺陷）增多电阻率增大

(D)、电阻率的尺寸效应：当导电电子的自由程同试样尺寸处于同一数量级时，强烈散射电子波，电阻率急剧增大

(E)、电阻率的各向异性：在对称性较差的六方晶系、四方晶系、斜方晶系和菱面体中，沿各晶向电阻不同

3、合金元素及相结构的影响

（A）、固溶体

一般规律：形成固溶体合金时，导电率降低、电阻率升高，主要原因是异类原子的溶入引起溶剂点阵的畸变，增加了电子的散射，因而加大了电阻，同时由于组元间化学交互作用的加强使有效电子数减少和能带结构发生变化，从而使电阻率增加。

（a）：由非过渡族元素组成的连续二元固溶体（液、固态下无限互溶），其电阻率随溶质含量的增加而增大，最大电阻率大致出现在50%原子浓度处；（b）：当固溶体中的一个组元是过渡族元素时，其电阻率增大得更为显著，其电阻率的最高值出现在过渡族元素为基的一侧，这是由于过渡族元素存在着未填满的d或f电子层，形成固溶体时会使一部分电子进入这些电子层中，使S能带电子数降低，减少了有效电子，从而使电阻增大。

（B）、有序固溶体的导电性

固溶体发生有序化时，其电阻率将明显降低，影响具有双重性：（a）:有序化使点阵规律性加强，减少了电子的散射而引起电阻率的降低（占主导因素）；（b）:有序化呈现出一定程度的共价结合使原子间结合加强，减少了有效电子数而引起电阻率升高。

（C）、不均匀固溶体的导电性（反常）

不均匀固溶体：溶质和溶剂原子在微观区域分布不均匀；当含有过渡族元素时，其电阻会出现反常变化：（a）：固溶体经高温淬火后在加热过程中的某一区间具有反常高的电阻率变化，超过一定温度后才呈线性变化；（b）：经高温淬火后的电阻率比退火后的电阻率低，淬火态经一定温度回火后，其电阻率增加；（c）：退火态固溶体经冷加工后电阻率反而下降，回火后电阻率又反常增加

K状态：回火过程电阻有反常升高，冷加工时电阻率明显降低，具有这种电阻反常现象的合金状态。最早发现于Ni80Cr20中。

原因：由溶质、溶剂原子不均匀分布造成，固溶体中存在原子的偏聚区域，其成分与固溶体平均成分不同，或者是固溶体中存在着短程有序区域，其原子富集区的尺寸为几个纳米，与电子波波长相当，对电子造成强烈散射，因而具有极高的电阻率。

4、金属化合物、中间相的电阻

金属化合物或中间相导电能力较差，比各组元小得多，原因在于组成化合物后原子间的金属键部分地改换为共价键或离子键，使传导电子减少，甚至因为形成了化合物而变成了半导体，失去导体性质。

5、多相合金的电阻（p50)

多相合金的电阻不仅取决于组成相的相对含量，还取决于组成相的形状、大小和分布，例如：片状珠光体电阻>粒状珠光体电阻，如果两相形状、大小、导电率相近，则满足线性组合规律，即：ρ=ρ1r1+ρ2r2+…

6、碳钢的电阻

ωc<0.9%,ρ20=（10.5+3ωc+2ωc2）μΩcm；ωc<0.02%(最大固溶度),由于碳固溶于α-Fe，故随ωc增加，电阻增大；

ωc >0.02%，多余的碳以Fe3C存在，因此碳对电阻的影响减弱退火态组织：α-Fe + Fe3C 淬火态组织：过饱和态固溶体

碳含量增加，电阻系数增大，对同一含碳量的钢，淬火态的电阻系数比退火态高；回火时由固溶体转变为两相混合物，使电阻降低。

■二、电阻分析的应用

1、★研究Fe-Ni-C合金马氏体的时效过程

I 区：出现电阻率初始下降。这种变化是由低温马氏体转变时，部分具有很高能量位置的原子运动而引起的，归因于少量残余奥氏体等温转变或马氏体的微量松弛。II区：刚刚淬火的正方马氏体消失，低正方度马氏体出现，时效过程与碳的扩散和马氏体中碳量减