金属材料与热处理-2v.ppt

模块二 金属材料的结构 先复习一下几个金属材料的概念： 1.合金—由两种或两种以上的金属元素组成的具有金属特性的新物质，如：汽车缸体的铝镁合金，发动机轴瓦的铅锡合金等。 2.组元—组成合金的最基本的独立的物质，如上例铝镁合金的铝和镁 ，铅锡合金的铅和锡。 3.相—在纯金属或合金中，具有相同成分、相同结构，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分，如：液相（液体）、固相（固体）、气相（气体）等。 4.显微组织—用金相分析方法，在金属及内部看到的有关晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列情况等组成关系的构造情况，如铁的液状奥氏体，铁回火处理得到的索氏体，铁淬火处理得到的马氏体等组织。 再复习一下常见的金属晶体结构： 1.体心立方晶格—晶胞是一个正立方体，其金属有ɑ–Fe、钒、铬、钼、钨等。一般来讲，这类金属材料的强度较大而塑性相对较差一些。 下面是体心立方的原子排列模型、晶格和晶胞。 2.面心立方晶格—晶胞也是一个正立方体，其金属有γ–Fe、铝、镍、铜、铅等。一般来讲，这类金属材料的强度较低而塑性很好。 下面是面心立方的原子模型、晶格和晶胞。 3.密排六方晶格—晶胞是一个六方柱体，其金属有铍、镁、钛、锌等。一般来讲，这类金属材料的强度和塑性均较差。 下面是密排六方的原子模型、晶格和晶胞。 其实，正立方体、六方柱体等都是所谓“布拉维十四种空间粒子”的两种。 任务一 熟悉金属的实际晶体结构（课本P21） 金属的实际结构并非如上述都是单晶体（除非专门制作），呈现的是多晶体结构，这是其一；其二，金属的冶炼过程不可能是理想状态，绝大多数的情况下，都会产生晶体缺陷，要不，就不会一根老鼠须般细小的金属，其抗拉强度竟超过理论值的几百倍了。 单晶体与多晶体 对于单晶体，由于各个方向上原子排列不同，导致各个方向上的性能不同，即“各向异性”的特点； 而多晶体对每个小晶粒具有“各向异性”的特点，而就多晶体的整体，由于各小晶粒的位向不同，表现的是各小晶粒的平均性能，不具备“各向异性”的特点。 　 一、晶体缺陷 在金属中存在着各种各样的晶格缺陷，按其几何形式的特点，分为如下三类： 　 1.点缺陷 晶体中的空位（格）、间隙原子、置换原子都是点缺陷。 当晶格中某些原子由于某种原因，（如热振动等）脱离其晶格结点而转移到晶格间隙这样就形成了点缺陷，点缺陷的存在会引起周围的晶格发生畸变，从而使材料的性能发生变化，如屈服强度提高和电阻增加等。见下图。 2.线缺陷 　　 原子排列的不规则区在空间的某一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小，如：位错。 位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成；滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。由于晶体中局部滑移的方式不同，可形成不同类型的位错。 　　 最简单的位错是“刃型位错”。因为相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余的另半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。 线缺陷示意图：呈线状分布的缺陷位错(正刃型位错、负刃型位错与螺型位错) 实际晶体中存在的位错,一般用位错密度来表示位错的多少。位错密度 ：单位体积中位错线的总长度,或单位面积上位错线的根数,单位cm2。 由于位错线附近的原子偏离了平衡位置,使晶格发生了畸变,对晶体的性能有显著的影响。实验和理论研究表明:晶体的强度和位错密度有着如下图的对应关系：当晶体中位错密度很低时,晶体强度很高；相反在晶体中位错密度很高时,其强度很又呈很高（U形)。 　 3.面缺陷 　　 原子排列的不规则区在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。晶界和亚晶界是晶体中典型的面缺陷。晶界：晶粒之间的位向为30o～40o；亚晶界：晶粒内的小位向为1o～2o。 显然在晶界处原子排列很不规则，亚晶界处原子排列不规则程度虽较晶界处小，但也是不规则的，可以看作是由无数刃型位错组成的位错墙。这样晶界及亚晶界愈多，晶格畸变越大，且位错密度愈大，晶体的强度愈高。 面缺陷有多种类型：大角度晶界、小角度晶界、 孪晶界、相界、表面： 任务二 明确合金的相结构（课本P25） 一、固溶体 概念：合金中其晶体结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称为固溶体，习惯上用希腊字母?、?、?……来表示。