表面物理学

⑴ 表面物理学的内容

理想的晶体表面具有二维周期性，其单位网格由基矢a1和a2决定,根据对称性的要求，可能形成的二维单位网格有五种，如图1所示，这五种格子常称为二维布喇菲格子。由于表面原子受力的情况与体内不同,或由于有外来原子的吸附，最表面层原子常会有垂直于或倾斜于表面的位移，表面下的数层原子也会有相应的垂直或横向位移，因而表面单位网格的基矢b1和b2与理想的表面不同，这种现象称为表面再构,如果表面原子只有垂直于表面的运动，则称为表面弛豫。表面结晶学的主要研究内容是弄清b1、b2与a1、a2之间的关系。如b1=pa1,b2=qa2,p和q都是整数，常用下述符号来描写晶体表面结构 R(hkl) p×q,式中R是元素的符号，(hkl)代表密勒指数是hkl的晶面。如果再构是由吸附物A引起的，则可用符号 R(hkl)p×q－A或 A/R(hkl)p×q。 如果表面和衬底单位网格的基矢并不平行，b1与a1、b2与a2之间有相同的夹角α,则常用下述符号来标志表面的再构 R(hkl)p×q－α。

要定量地研究表面，必须获得表面所有原子的坐标信息，为此早期采用的实验方法是低能电子衍射(LEED)。把能量在5～500eV范围的电子沿近于正入射的方向射向晶体表面，通过在荧光屏上观察到的衍射点可以获得有关表面的单位网格的信息。对若干衍射斑点记录斑点强度随电子能量变化的曲线（I-V线）,并对实验结果用根据一定的几何构形计算的理论曲线加以拟合，从而定出原子在单位网格中的位置，这就是LEED结晶学研究表面结构的方法。利用这种方法，研究了许多清洁金属表面的弛豫和再构、金属表面上的吸附、半导体表面的弛豫和再构等。图2给出目前研究得最清楚的而且认识比较一致的 GaAs(110)表面的结构。在表面上的砷原子向外弛豫，而镓原子则向内移动，表面的As-Ga键与无弛豫的表面的As-Ga键之间有一个夹角为ω1的倾斜。由于电子在晶体表面的多重散射增加了LEED结晶学在理论分析上的复杂性。此外，也可用中能电子衍射(MEED)和高能电子衍射 (RHEED)来研究表面结构。

表面扩展X 射线吸收精细结构(SEXAFS)是近年来发展起来的研究表面结构的另一手段。当吸附在衬底 S上的原子A吸收X 射线后，从芯态发射的光电子可受到周围原子的散射，出射电子波与散射电子波之间有干涉作用形成有起伏的末态。这个有起伏的末态使X 射线吸收的几率在吸收边后有振荡现象，振荡的幅度与周期包含了吸附原子 A的近领数及其和周围原子所形成的键长的信息。键长确定的准确度达±0.03┱。 利用能量为 60meV的氦原子在固体表面的弹性散射可以研究衬底和吸附层的周期性结构。足够强的原子束和表面的强相互作用，使这种探测方法具有相当高的灵敏度。探测深度只有3～4┱,衍射峰的强度主要取决于氦原子和表面原子的相互作用势，如何确定与实际情况最接近的势是当前的一个困难问题。
将能量在0.1～3MeV的 He或 H离子束准直沿着晶轴入射，由于离子束首先遭到晶轴第一个原子的散射,入射离子的轨迹形成一个影锥。由于入射波束的波长远小于点阵常数，可把散射过程看作似弹性碰撞，通过测量在影锥中的原子的散射可以测定第一层原子的位移。
表面成分
表面成分的确定是表面研究中的另一重要课题。利用原子芯态能级的位置和原子的质量这两个特征可以确认原子的类别。
X 射线光电子谱(XPS)是通过测量入射X射线打出表面外的光电子的动能Ek来确定芯态能级的位置Eb,从而定出原子的类型及其与周围原子成键的信息。芯态能量Eb和入射光子能量 啚ω，出射光电子动能Ek之间的关系为 ,
φs是功函数（图3）。在固体表面上，Eb的数值随着与周围原子成键的情况而有所移动，利用这种“化学位移”可以得到有关成键的信息。

俄歇电子谱 (AES)利用涉及三个能级的过程来确认原子，基本过程如图4所示。用能量在3～5keV的电子束e入射到晶体表面,把处于A能级某一芯态电子激发到体外,较高能级B的电子可通过无辐射复合过程填满空穴，并把多余的能量用来激发处于 C能级的另一个电子。通过测量这些逸出电子的数目随能量变化的信息可以识别元素。图4所示的过程称作俄歇过程,它涉及了A、B、C三个能级。当元素与其他元素形成化学键时，也会引起谱线的移动（俄歇电子谱）。
出现电势谱(APS) 测量足以产生芯态空穴的最低能量（见出现电势谱，图1）。由于芯态能量随元素而异，因此通过这个能量的测定可以鉴别元素。空穴的产生可以通过填充空穴时所涉及的俄歇过程或所发出的软 X射线来探测。前者称为俄歇出现电势谱(AEAPS)，后者为软X 射线出现电势谱(SXAPS)。如果测量入射电子束的反射，由于参与激发芯态电子的入射电子的能量损失而不在反射中出现，因此测量反射束强度的减弱也可探测空穴的存在，这个方法称为消隐出现电势谱(DAPS)（见出现电势谱）。
当低能（200～2000eV）惰性气体离子He、Ne、Ar等入射到表面时，通过弹性碰撞，由在一定角度内散射离子可测出表面原子的质量。由能量和动量守恒定律，能量为E0，散射到实验室参考系θ角中能量为E质量为M1的离子束，E和E0的关系可表示为
这个方法称为离子散射谱(ISS),上式对能量更高的离子也适用，只是实验上多采用θs≈π的背散射。对于低能离子散射，θs≈π/2。

如将能量为2～20keV的氩、氮、氧或铯离子入射到固体表面上，通过一系列的碰撞过程，次级离子及离子集团逸出体外，用质谱仪确认离子的品类，这种方法称为次级离子质谱(SIMS)。
对于有吸附物的表面，也可通过脱附过程来确认吸附物的类型以及吸附物与衬底的结合能。可通过加热、电子轰击和光照射来产生脱附，分别称为热脱附(TDS)、电子感生脱附(ESD)或光子感生脱附(PSD)。对于热脱附，脱附的激活能和产生脱附峰的绝对温度成正比。当用能量在10～1000eV的电子轰击表面时, 入射电子通过碰撞可将与衬底成键的原子中的电子由成键态激发到反键态，这个受激态和衬底的排斥势可使原子以离子态离开表面，常把这种机理称为门泽尔 (Menzel)－戈默(Gomer)－雷德黑德 (Redhead)模型。离子逃逸的方向形成分立的锥形。锥轴取决于被脱附断裂的分子键的取向。通过测量逃逸离子束的角分布，可以研究吸附类型，这个方法称为电子激发脱附离子角分布(ESDIAD)。对于过渡金属氧化物M.L.诺特克和P.J.菲布尔曼认为电子束轰击表面后，可在金属离子的芯态产生空穴，氧离子可通过离子间的俄歇过程，激发俄歇电子，成为中性氧原子或荷正电的氧离子离开表面（图6），因此 ESD可以用来做为研究表面吸附原子价态的有力工具。

在弄清表面结构和表面成分后，表面物理的主要研究内容之一是表面电子态和有关的物理性质。光电子能谱是研究表面电子态的重要方法之一。真空紫外辐射的光子可将固体体内价态中的电子或表面态的电子激发到较高能态，通过一系列的碰撞过程，逃逸出表面，测量这些电子的能量分布曲线(EDC)可得到有关占有状态密度的信息。由于表面态电子和体内电子服从不同的选择定则，可通过测量光子能量不同的能量分布曲线，其中不随光子能量变化而移动的峰即相应于表面态的峰。近年来，由于同步辐射的发展，可获得能量连续可变的光源。选择不同的光子能量可使光电子具有最小的逃逸深度，从而提高表面灵敏度，如果收集在某个角度内出射的光电子谱，则可得出表面电子态中占有态的能量色散关系。
测量总的光电子数随光子能量变化的谱称为产额谱，这个方法最早用来探测能隙中表面态的密度，当电子从占有态被激发到略高于真空能级的空态，这个电子可通过俄歇过程来激发电子，也可在经受多次碰撞后逃逸出体外。测量总的产额随光子能量的变化可灵敏地探测能隙中的状态。利用同步辐射，光子可将价带中的电子激发到导带或空的表面态，通过控制激发逃逸深度在 5～30┱的光电子，可探测表面态。当吸收光子后,激发的芯态电子可通过俄歇过程而退激发，也可通过和价带有关的激子的直接复合，或是与表面空态的直接复合，由此而产生的快电子可再次通过电子、电子之间的相互作用产生较慢的次级电子。在总的产额谱中，快的和慢的电子都被收集，如果只收集能量在5eV以下的次级电子，这种分析方法称为部分产额谱(PYS)。如测量能量高于5eV某一个范围内的产额谱，则称为恒定末态谱(CFS)，通过这种模式可以研究初态和激子的影响；如果同步地改变入射光子和电子分析器的能量,得到恒定初态谱(CIS)。如果适当选择E，使价带发射光电子的几率小，并增加芯态俄歇衰减的产额，就可以大大增强芯态到表面态的跃迁。利用光电子发射的衍射现象也可研究表面结构。
如将50～200eV 左右的低能电子束入射到固体表面，测量反射电子的能量损失如图7所示，通过这种能量损失谱可得到体等离激元、表面等离激元等信息。能量损失也可用于激发带间的跃迁或芯态能级间的跃迁。

利用电子的隧道过程也可探测表面电子态。当离子接近固体表面时，表面价态中电子可通过隧道效应和离子中和，放出的能量可用来把固体价态的电子激发到体外，利用这种过程来探测表面电子态的方法称为离子中和谱(INS)。由于只有在非常靠近表面的电子,才可能通过隧道效应与离子的空态复合，也只有在表面处激发的俄歇电子才能逸出体外，因此离子中和谱是对表面非常灵敏的探测手段。如果在中和过程中被激发的是在离子激发态的电子，这种过程称为亚稳退激谱(MDS)。
场发射显微镜(FEM)是根据冷阴极发射原理，把阴极腐蚀成半径为1～2000┱的尖端, 施加负电压后电子可通过隧道效应穿透到固体表面外并打在阴极前面的荧光屏上。由于电子穿透隧道的几率与外加电场和针尖的功函数有关，因此打在荧光屏上电子的多少就是针尖材料功函数大小的复制图。通过图形的变化可以了解气体原子在针尖表面的吸附、分解和扩散等过程。
为了提高分辨率，在场发射显微镜的基础上又发展了场离子显微镜(FIM)。把金属样品做成针尖状,然后加正电压，在针尖周围充以低压惰性气体，气体的电子可通过隧道效应进入样品费密能级以上的空态，带正电的离子被针尖场所斥，打在荧光屏上并显示出一定的图样，这个图样可提供有关表面分子电离、化学反应、分解以及蒸发的信息。在场离子显微镜的荧光屏上开一小孔，并将它与飞行时间质谱仪相结合，则构成原子探测束。
由于表面可被看为破坏了点阵周期性的缺陷，因此表面的原子具有和体内原子不同的振动模式。当表面有分子的覆盖层，通过研究这些覆盖层的振动模式可以测定吸附分子的结构，确定分子在表面的吸附位置。通过观察某些振动模式的激发，可以得到吸附分子相对于衬底的取向，研究频率随覆盖度的变化，可以了解覆盖层的横向相互作用。可以用红外反射谱(IRAS)、高分辨电子能量损失谱（HREELS）和非弹性电子隧道谱(IETS)来研究表面的振动。红外反射谱的优点是分辨率高，可在周围环境加压来模拟真正催化作用的情况，缺点是灵敏度低。高分辨电子能量损失谱具有高的灵敏度，但分辨率低。这个方法所根据的原理同前面所介绍的能量损失谱同,但是由于声子的能量只有数十毫电子伏，因此要求特殊设计的高分辨的探测器以及高度单色性的电子枪。非弹性隧道谱（IETS）是利用金属-绝缘体-金属（超导态）的夹心结构中的隧道过程(见约瑟夫森效应)来研究吸附在绝缘层的体系的振动谱，可由此决定吸附分子的分子结构，确定吸附分子的表面浓度、吸附物的取向、吸附物之间的相互作用等。

⑵ 影响加工表面物理力学性能的有哪些因素

机械加工过程中，工件由于受到切削力、切削热的作用，其表面与基体材料性能有很大不同，在物理力学性能方面发生较大的变化。
一、加工表面层的冷作硬化
在切削或磨削加工过程中，若加工表面层产生的塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并产生晶粒的拉长、破碎和纤维化，引起表面层的强度和硬度提高的现象，称为冷作硬化现象。
表面层的硬化程度取决于产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。力越大，塑性变形越大，产生的硬化程度也越大。变形速度越大，塑性变形越不充分，产生的硬化程度也就相应减小。变形时的温度影响塑性变形程度，温度高硬化程度减小。
( 一 )影响表面层冷作硬化的因素
1 ．刀具
刀具的刃口圆角和后刀面的磨损对表面层的冷作硬化有很大影响，刃口圆角和后刀面的磨损量越大，冷作硬化层的硬度和深度也越大。
2 ．切削用量
在切削用量中，影响较大的是切削速度 V C和进给量 f。当 V C增大时，则表面层的硬化程度和深度都有所减小。这是由于一方面切削速度增大会使温度增高，有助于冷作硬化的回复；另一方面由于切削速度的增大，刀具与工件接触时间短 ,使工件的塑性变形程度减小。当进给量 f增大时，则切削力增大，塑性变形程度也增大，因此表面层的冷作硬化现象也严重。但当 f较小时，由于刀具的刃口圆角在加工表面上的挤压次数增多，因此表面层的冷作硬化现象也会增大。
3 ．被加工材料
被加工材料的硬度越低和塑性越大，则切削加工后其表面层的冷作硬化现象越严重。
( 二 )减少表面层冷作硬化的措施
1 ．合理选择刀具的几何参数，采用较大的前角和后角，并在刃磨时尽量减小其切削刃口圆角半径；
2 ．使用刀具时，应合理限制其后刀面的磨损程度；
3 ．合理选择切削用量，采用较高的切削速度和较小的进给量；
4 ．加工时采用有效的切削液。
二、表面层的金相组织变化
（一）影响表面层的金相组织变化的因素
机械加工时，切削所消耗的能量绝大部分转化为热能而使加工表面出现温度升高。当温度升高到超过金相组织变化的临界点时，就会产生金相组织的变化。一般的切削加工，由于单位切削截面所消耗的功率不是太大，故产生金相组织变化的现象较少。但磨削加工因切削速度高，产生的切削热比一般的切削加工大几十倍，这些热量部分由切屑带走，很小一部分传入砂轮，若冷却效果不好，则很大一部分将传入工件表面，使工件表面层的金相组织发生变化，引起表面层的硬度和强度下降，产生残余应力甚至引起显微裂纹，这种现象称为磨削烧伤。因此，磨削加工是一种典型的易于出现加工表面金相组织变化的加工方法。根据磨削烧伤时温度的不同，可分为：
1. 回火烧伤 当磨削淬火钢时，若磨削区温度超过马氏体转变温度，则工件表面原来的马氏体组织将转化成硬度降低的回火屈氏体或索氏体组织，此称之为回火烧伤。
2. 淬火烧伤 磨削淬火钢时 ,若磨削区温度超过相变临界温度，在切削液的急冷作用，使工件表面最外层金属转变为二次淬火马氏体组织。其硬度比原来的回火马氏体高，但是又硬又脆，而其下层因冷却速度较慢仍为硬度降低的回火组织，这种现象称之为淬火烧伤。
3. 退火烧伤 若不用切削液进行干磨时超过相变的临界温度，由于工件金属表层空冷冷却速度较慢 ,使磨削后强度、表面硬度急剧下降，则产生了退火烧伤。
磨削烧伤时，表面会出现黄、褐、紫、青等烧伤色。这是工件表面在瞬时高温下产生的氧化膜颜色，不同烧伤色表面烧伤程度不同。较深的烧伤层，虽然在加工后期采用无进给磨削可除掉烧伤色，但烧伤层却未除掉，成为将来使用中的隐患。

（二）防止磨削烧伤的工艺措施
1 ．合理选择磨削用量
减小磨削深度可以减少工件表面的温度，故有利于减轻烧伤。增加工件速度和进给量，由于热源作用时间减少，使金相组织来不及变化，因而能减轻烧伤，但会导致表面粗糙度值增大。一般采用提高砂轮速度和较宽砂轮来弥补。

2 ．合理选择砂轮并及时修整
若砂轮的粒度越细、硬度越高时自砺性差，则磨削温度也增高。砂轮组织太紧密时磨屑堵塞砂轮，易出现烧伤。砂轮钝化时，大多数磨粒只在加工表面挤压和摩擦而不起切削作用，使磨削温度增高，故应及时修整砂轮。
3 ．改善冷却方法
采用切削液可带走磨削区的热量，避免烧伤。常用的冷却方法效果较差，由于砂轮高速旋转时，圆周方向产生强大气流，使切削液很难进入磨削区，因此不能有效地降温。为改善冷却方法，可采用图 5—4所示的内冷却砂轮。切削液从中心通入，靠离心力作用，通过砂轮内部的空隙从砂轮四周的边缘甩出，因此切削液可直接进入磨削区，冷却效果甚好。但必须采用特制的多孔砂轮，并要求切削液经过仔细过滤以免堵塞砂轮。
三、表面层的残余应力

工件经机械加工后，其表面层都存在残余应力。残余压应力可提高工件表面的耐磨性和受拉应力时的疲劳强度，残余拉应力的作用正好相反。若拉应力值超过工件材料的疲劳强度极限时，则使工件表面产生裂纹，加速工件的损坏。引起残余应力的原因有以下三个方面：
( 一 )冷塑性变形引起的残余应力
在切削力作用下，已加工表面受到强烈的冷塑性变形，其中以刀具后刀面对已加工表面的挤压和摩擦产生的塑性变形最为突出，此时基体金属受到影响而处于弹性变形状态。切削力除去后，基体金属趋向恢复，但受到已产生塑性变形的表面层的限制，恢复不到原状，因而在表面层产生残余压应力。
( 二 )热塑性变形引起的残余应力
工件加工表面在切削热作用下产生热膨胀，此时基体金属温度较低，因此表层金属产生热压应力。当切削过程结束时，表面温度下降较快，故收缩变形大于里层，由于表层变形受到基体金属的限制，故而产生残余拉应力。切削温度越高，热塑性变形越大，残余拉应力也越大，有时甚至产生裂纹。磨削时产生的热塑性变形比较明显。
( 三 )金相组织变化引起的残余应力

切削时产生的高温会引表面层的金相组织变化。不同的金相组织有不同的密度，表面层金相组织变化的结果造成了体积的变化。表面层体积膨胀时，因为受到基体的限制，产生了压应力；反之，则产生拉应力。

⑶ 物理学分支有哪些

物理学大可以分为六个大类：力学、光学、声学、电磁学、量子物理学、固体物理学。

1.力学（力学作为物理学发展的最重要模块，其分支也是最为庞大的）

静力学 动力学 流体力学 分析力学 运动学 固体力学 材料力学 复合材料力学 流变学 结构力学 弹性力学 塑性力学 爆炸力学 磁流体力学 空气动力学 理性力学 物理力学 天体力学 生物力学 计算力学 热学 热力学
2.光学

几何光学 波动光学 大气光学 海洋光学 量子光学 光谱学 生理光学 电子光学 集成光学 空间光学
3.声学

次声学 超声学 电声学 大气声学 音乐声学 语言声学 建筑声学 生理声学 生物声学 水声学
4.电磁学

磁学 电学 电动力学
5.量子物理学

量子力学 核物理学 高能物理学 原子物理学 分子物理学
6.固体物理学

高压物理学 金属物理学 表面物理学

此外，物质的各种存在形式和运动形式之间普遍存在着联系。随着学科的发展，这种联系逐步显示出来。物理学也和其他学科相互渗透，产生一系列交叉学科，如：化学物理、生物物理、大气物理、海洋物理、地球物理、天体物理等等。

数学对物理学的发展起了重要的作用，反过来物理学也促进数学的发展。在物理学的基础性研究过程中，形成和发展出来的基本概念、基本理论、基本实施手段和精密的测试方法，已成为其他许多学科的重要组成部分，并产生了良好的效果。这对于天文学、化学、生物学、地学、医学、农业科学都是如此。

物理学研究的重大突破导致生产技术的飞跃已经是历史事实。反过来，发展技术和生产力的要求，也有力地推动物理学研究的发展，固体物理、原子核物理、等离子体物理、激光研究、现代宇宙学等之所以迅速发展，是和技术及生产力发展的要求分不开的。

⑷ 材料表面物理与化学和腐蚀科学学什么

腐蚀主要是学腐蚀原理比如说缝隙腐蚀 晶间腐蚀等，还有就是如何进行防护和预防金属腐蚀。
表面物理与化学就是通过对材料表面进行改性从而获得良好性能等

⑸ 表面物理化学是研究什么的

主要介绍了液体表面张力的基本概念及测定方法，固 液界面及湿润与黏附，溶液吸附等基本专概念。介绍了固属 固界面与黏附及固体表面的吸附。介绍了表面电化学及其应用。简述了表面物理化学在一些领域的应用，其中包括在膜科学、表面改性与功能材料及表面活性剂上的应用。主要介绍了有关表面研究的一些测试方法。

⑹ 物理学专业分支有那些

物理学分支太多具体有：
物理学分支
力学
1静力学
2动力学
3流体力学
4分析力学 5.运动学 6固体力学 7.材料力学 8.复合材料力学
9.流变学 10.结构学 11.弹性力学 12.爆炸力学 13.次流体力学
14.空气动力学 15.塑性力学 16..物理力学 17..理性力学 18.天体力学
19.计算力学
热学 1.热力学
光学
1．几何光学 2.波动光学 3大气光学 4.海洋光学 5.量子光学
6.光谱学 7.生理光学 8. 电子光学 9.集成光学 10.空间光学
声学
1.次生学 2.超声学 3.电声学 4.大气声学 5.音乐声学 6.语言声学
7.建筑声学 8.生理声学 9.生物声学 10.水声学
电磁学
1.磁学 2.电学 3.电动力学 4.量子物理学 5.量子力学
核物理学
1.高能物理学 2.原子力学 3分子物理学 4.固体物理学 5.高压物理学
6.金属物理学 7.表面物理学
希望对楼主有所帮助
望采纳！

⑺ 表面物理力学性能对零件加工有什么影响

机械加工过程中，工件由于受到切削力、切削热的作用，其表面与基体材料性能有很大不同，在物理力学性能方面发生较大的变化。
一、加工表面层的冷作硬化
在切削或磨削加工过程中，若加工表面层产生的塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格严重扭曲，并产生晶粒的拉长、破碎和纤维化，引起表面层的强度和硬度提高的现象，称为冷作硬化现象。
表面层的硬化程度取决于产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。力越大，塑性变形越大，产生的硬化程度也越大。变形速度越大，塑性变形越不充分，产生的硬化程度也就相应减小。变形时的温度影响塑性变形程度，温度高硬化程度减小。
( 一 )影响表面层冷作硬化的因素
1 ．刀具
刀具的刃口圆角和后刀面的磨损对表面层的冷作硬化有很大影响，刃口圆角和后刀面的磨损量越大，冷作硬化层的硬度和深度也越大。
2 ．切削用量
在切削用量中，影响较大的是切削速度 V C和进给量 f。当 V C增大时，则表面层的硬化程度和深度都有所减小。这是由于一方面切削速度增大会使温度增高，有助于冷作硬化的回复；另一方面由于切削速度的增大，刀具与工件接触时间短 ,使工件的塑性变形程度减小。当进给量 f增大时，则切削力增大，塑性变形程度也增大，因此表面层的冷作硬化现象也严重。但当 f较小时，由于刀具的刃口圆角在加工表面上的挤压次数增多，因此表面层的冷作硬化现象也会增大。
3 ．被加工材料
被加工材料的硬度越低和塑性越大，则切削加工后其表面层的冷作硬化现象越严重。
( 二 )减少表面层冷作硬化的措施
1 ．合理选择刀具的几何参数，采用较大的前角和后角，并在刃磨时尽量减小其切削刃口圆角半径；
2 ．使用刀具时，应合理限制其后刀面的磨损程度；
3 ．合理选择切削用量，采用较高的切削速度和较小的进给量；
4 ．加工时采用有效的切削液。
二、表面层的金相组织变化
（一）影响表面层的金相组织变化的因素
机械加工时，切削所消耗的能量绝大部分转化为热能而使加工表面出现温度升高。当温度升高到超过金相组织变化的临界点时，就会产生金相组织的变化。一般的切削加工，由于单位切削截面所消耗的功率不是太大，故产生金相组织变化的现象较少。但磨削加工因切削速度高，产生的切削热比一般的切削加工大几十倍，这些热量部分由切屑带走，很小一部分传入砂轮，若冷却效果不好，则很大一部分将传入工件表面，使工件表面层的金相组织发生变化，引起表面层的硬度和强度下降，产生残余应力甚至引起显微裂纹，这种现象称为磨削烧伤。因此，磨削加工是一种典型的易于出现加工表面金相组织变化的加工方法。根据磨削烧伤时温度的不同，可分为：
1. 回火烧伤 当磨削淬火钢时，若磨削区温度超过马氏体转变温度，则工件表面原来的马氏体组织将转化成硬度降低的回火屈氏体或索氏体组织，此称之为回火烧伤。
2. 淬火烧伤 磨削淬火钢时 ,若磨削区温度超过相变临界温度，在切削液的急冷作用，使工件表面最外层金属转变为二次淬火马氏体组织。其硬度比原来的回火马氏体高，但是又硬又脆，而其下层因冷却速度较慢仍为硬度降低的回火组织，这种现象称之为淬火烧伤。
3. 退火烧伤 若不用切削液进行干磨时超过相变的临界温度，由于工件金属表层空冷冷却速度较慢 ,使磨削后强度、表面硬度急剧下降，则产生了退火烧伤。
磨削烧伤时，表面会出现黄、褐、紫、青等烧伤色。这是工件表面在瞬时高温下产生的氧化膜颜色，不同烧伤色表面烧伤程度不同。较深的烧伤层，虽然在加工后期采用无进给磨削可除掉烧伤色，但烧伤层却未除掉，成为将来使用中的隐患。
（二）防止磨削烧伤的工艺措施

1 ．合理选择磨削用量
减小磨削深度可以减少工件表面的温度，故有利于减轻烧伤。增加工件速度和进给量，由于热源作用时间减少，使金相组织来不及变化，因而能减轻烧伤，但会导致表面粗糙度值增大。一般采用提高砂轮速度和较宽砂轮来弥补。
2 ．合理选择砂轮并及时修整
若砂轮的粒度越细、硬度越高时自砺性差，则磨削温度也增高。砂轮组织太紧密时磨屑堵塞砂轮，易出现烧伤。砂轮钝化时，大多数磨粒只在加工表面挤压和摩擦而不起切削作用，使磨削温度增高，故应及时修整砂轮。
3 ．改善冷却方法
采用切削液可带走磨削区的热量，避免烧伤。常用的冷却方法效果较差，由于砂轮高速旋转时，圆周方向产生强大气流，使切削液很难进入磨削区，因此不能有效地降温。为改善冷却方法，可采用图 5—4所示的内冷却砂轮。切削液从中心通入，靠离心力作用，通过砂轮内部的空隙从砂轮四周的边缘甩出，因此切削液可直接进入磨削区，冷却效果甚好。但必须采用特制的多孔砂轮，并要求切削液经过仔细过滤以免堵塞砂轮。

三、表面层的残余应力
工件经机械加工后，其表面层都存在残余应力。残余压应力可提高工件表面的耐磨性和受拉应力时的疲劳强度，残余拉应力的作用正好相反。若拉应力值超过工件材料的疲劳强度极限时，则使工件表面产生裂纹，加速工件的损坏。引起残余应力的原因有以下三个方面：
( 一 )冷塑性变形引起的残余应力
在切削力作用下，已加工表面受到强烈的冷塑性变形，其中以刀具后刀面对已加工表面的挤压和摩擦产生的塑性变形最为突出，此时基体金属受到影响而处于弹性变形状态。切削力除去后，基体金属趋向恢复，但受到已产生塑性变形的表面层的限制，恢复不到原状，因而在表面层产生残余压应力。
( 二 )热塑性变形引起的残余应力
工件加工表面在切削热作用下产生热膨胀，此时基体金属温度较低，因此表层金属产生热压应力。当切削过程结束时，表面温度下降较快，故收缩变形大于里层，由于表层变形受到基体金属的限制，故而产生残余拉应力。切削温度越高，热塑性变形越大，残余拉应力也越大，有时甚至产生裂纹。磨削时产生的热塑性变形比较明显。
( 三 )金相组织变化引起的残余应力
切削时产生的高温会引表面层的金相组织变化。不同的金相组织有不同的密度，表面层金相组织变化的结果造成了体积的变化。表面层体积膨胀时，因为受到基体的限制，产生了压应力；反之，则产生拉应力。