第一章 材料结构的基本知识课件.ppt

结合键与性能 1. 物理性能 a.熔点 共价键、离子键较高；金属键次之；二次键最低 b.密度 金属键最高，共价键、离子键次之，二次键最低 c.导电、导热性 金属键有；非金属键没有 2. 力学性能 a. 弹性模量E 物理意义：材料发生单位弹性变形所需的应力。E越大，应变越 不易进行，材料抵抗外力变形能力越强。 影响弹性模量的主要因素：结合键能。 结合键能越大，E越大。 b.强度 结合键 ，强度 。 c.塑性 金属键较好，共价键、离子键次之。 第三节 原子排列方式 一、晶体与非晶体 固体材料根据原子（原子团、分子）的排列方式分为两大类：晶体与非晶体。 晶体：原子按某种特定方式在三维空间内呈周期性规则排列。 非晶体：原子的排列是无序的，即不存在长程的周期排列。 晶体的特点： 原子排列有序 具有各向异性 有固定的熔点 凝固过程有结构和体积的变化。 晶体的结晶过程 金属与合金，大部分陶瓷（氧化物、碳化物、氮化物）以及少数高分子材料为晶体。 非晶体特点： 原子排列无序 具有各向同性 没有固定的熔点 凝固过程是液体的简单冷却，无体积突变。 多数高分子材料及玻璃等原子或分子结构较复杂的材料为非晶体，其中玻璃是典型。 二、原子排列的研究方法 X射线衍射分析法 电子束衍射分析法 方法 X射线衍射原理 布拉格定律 只要满足布拉格方程便可以发生原子衍射，从原子衍射图中，根据衍射峰的形状及强度就可以判断原子的特征。 晶体：有明显的、尖锐的峰值。 非晶体：峰值不明显。 晶体与非晶体衍射峰的差别： 第四节 晶体材料的组织 材料的组织：各种晶粒的相对量、尺寸大小、形状及分 布等特征。 一、组织的显示与观察 显微组织：用金相或电子显微镜观察 宏观组织：用肉眼观察。 二、单相组织 1.定义：具有单一相的组织为单相组织，即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。 2.类型 纯组元：纯Fe、纯Al、纯Al2O3等。 单相固溶体 3.描述参数 晶粒尺寸 晶粒形状 等轴晶 柱状晶 等轴晶 柱状晶 柱状晶 三、多相组织 1. 定义：具有两种或两种以上的组织，每个相具有不同的成分和晶体结构。 2.典型的两种合金组织 如：材料的强度 合金力学性能取决于两个相组成物的相对含量及各自的性能。 两种相晶粒尺寸相当，均呈等轴状，交替分布。 两种相晶粒尺寸相差较大 弥散相硬度高，使合金的强度提高，但使塑性和韧性下降——弥散强化。 a. 尺寸较小的相以球状、点状、片状或针状弥散分布于另一相基体中。 非连续分布：对合金性能影响不大 连续分布，呈网状: 第二相很脆，材料表现脆性 第二相熔点低，材料出现“热脆性” 综上所述： 所谓组织是指材料中两个相（或多相）的体积分数为多少，各个相的尺寸、形状及分布特征如何。 b. 第二相分布于基体相的晶界上。 第五节　材料的稳态结构及亚稳态结构 稳态结构：材料处于能量最低时的结构—平衡态结构。 非稳态结构：材料处于能量较高时的结构—亚稳态结构。 一、热力学条件 １.实质：是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行。 结构转变的推动力 ２．描述方法：自由能 等温等容：亥姆霍兹自由能Ａ＝Ｕ－ＴＳ 等温等压：吉布斯自由能Ｇ＝Ｈ－ＴＳ ３．热力学第二定律 ΔＡＴ，Ｖ，０，　　过程自发进行 ΔＧＴ，Ｐ，０，　　过程自发进行 ΔＡ、 ΔＧ的绝对值越大，自发转变过程越容易进行。 二、动力学条件 1.实质：转变进行时的反应速度。 结构转变的阻力 2. 阿累尼乌斯（Arhennius）方程 激活能Q ： 自发转变过程中，原子始态 能量与激活态能量的差值。 3. 转变过程影响因素 亚稳态结构常温下可以稳定长期存在，当原子有足够活动能力时，可以转变为稳态结构。 温度、压力、冷却速度等通过改变热力学条件和动力学条件而间接地影响内部结构的转变。 a.阻力较小，热力学条件起主要作用，得到稳态结构。 b.阻力较大，动力学条件起支配作用，得到亚稳态结构。 阻力 外界条件 第一章 材料结构的基本知识 材料的性能 内部结构 原子结构 原子键合 原子排列 显微组织 第一节 原子结构 世界上的一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。 分子：能单独存在且保持物质化学特性的一种微粒。 原子：是元素能够存在的最小单位，是化学变化 中的最小微粒。 原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的。 e =1.6022× 10-19C m质子≈ 1.677 × 10-24g m中子≈ 1.675 × 10-24g m电子≈ 9.1