机械工程材料课件第二章上.ppt

本章提要 1、学习目的和要求通过本章的学习，掌握有关晶体结构的基本知识，晶体缺陷的种类和特点，金属结晶的基本规律以及合金相图的分析与应用。 2、课程内容 （1）纯金属的晶体结构与结晶； （2）合金的晶体结构及结晶； （3）铁碳合金。 第一节 金属的晶体结构 一、晶体与非晶体 晶体：凡内部原子呈规则排列的物质称为晶体。 非晶体：凡内部原子无规则排列的物质称为非晶体。 晶体与非晶体的区别 内部原子的排列是否有规则； 晶体有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点； 晶体具有各向异性，而非晶体呈各向同性。 第一节 金属的晶体结构 二、金属的晶体结构 2.典型的晶体结构 体心立方晶格 第三节 纯金属的结晶 二、金属的冷却曲线和过冷现象 过冷—指液态金属实际冷却到结晶温度以下而暂不结晶的现象。 过冷度—理论结晶温度和实际结晶 温度之差。 第三节 纯金属的结晶 三、纯金属的结晶过程 纯金属的结晶过程随着凝固温度的下降，经历以下阶段： 晶核的生成（自发形核、非自发形核） 晶核的长大（平面长大、树枝状长大） 第三节 纯金属的结晶 三、纯金属的结晶过程 第三节 纯金属的结晶 三、纯金属的结晶过程 长大方式：平面长大 第三节 纯金属的结晶 三、纯金属的结晶过程 长大方式：树枝状长大 第三节 纯金属的结晶 三、纯金属的结晶过程 长大方式：固液界面结构 第三节 纯金属的结晶 晶粒大小对性能的影响：在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属具有较高 的强度、塑性和韧性。 光滑界面粗糙界面 第一节 金属的晶体结构 三、实际金属的晶体结构 3面缺陷—二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。 晶界亚晶界 第二节 合金的相结构 一、基本概念 合金：合金是指由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成 的金属材料。 合金系：由若干给定组元按不同比例配制成一系列不同成分的合金，构 成一个合金系统，简称合金系。 组元：组成合金的最基本的、独立的物质。 相：是指合金中成分、结构均相同的组成部分，相与相之间有明显的界面 组织：用金相观察方法，在金属及合金内部看到的涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成关系的构造情况。（1）不同的组元可以组成不同的相，相同的组元也可以组成不同的相。 （2）对于不同的合金可能具有不同类型的相，也可能具有相同类型的相，同一合金在不同条件下可能具有不同的相。 （3）固态合金可以是仅由一种固相组成的单相合金，也可以是由几种不同固相组成的多相合金。 （4）在有些情况下，金属的组织名称相同，组成相也相同，但晶粒形状、大小不同，则它们的性能也不相同。 第二节 合金的相结构 一、合金的相结构 1.固溶体固溶体是指溶质原子溶入溶剂中形成的均一的结晶相。与某一组元晶格 结构相同。按溶质原子的位置可分为： 置换固溶体 间隙固溶体 溶剂原子 溶质原子 第二节 合金的相结构 一、合金的相结构 1.固溶体 （1）间隙固溶体的形成：通常仅由比溶剂原子显著小得多的并且在尺寸上与 它所占据的间隙位置相当的溶质原子组成。 （2）置换固溶体的形成：Hume-Rothery为了能在比较大的成分范围形成置换固溶体，必须遵守如下条件：两类原子的电负性必须相当溶质和溶剂的尺寸差别必须不大于15%两类原子的价必须相似两类原子的结构必须是一样的。第二节 合金的相结构 一、合金的相结构 1.固溶体 置换固溶体的形成：Hume-Rothery 例：Cu-Ni 电负性：Cu为1.90，Ni为1.91 尺寸差别：2.4% 化合价：Cu为+1或+2，Ni为+2 原子的结构：同为面心立方晶格Cu-Zn 电负性：Cu为1.90，Zn为1.65 尺寸差别：4.3% 化合价：Cu为+1或+2，Zn为+2 原子的结构：Cu为面心立方Zn为密排六方第二节 合金的相结构 一、合金的相结构 1.固溶体 按分布有序度可分为：按溶解度可分为：有限固溶体和无限固溶体 溶剂原子 溶质原子 无序固溶体 有序固溶体 第二节 合金的相结构 一、合金的相结构 1.固溶体 固溶体的性能当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂金属性能基本相同。但随溶 质元素含量的增多，会使金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性有所下降， 这种现象称为固溶强化。置换固溶体和间隙固溶体都会产生固溶强化现象。 适当控制溶质含量，可明显提高强度和硬度，同时仍能保证足够高的塑性 和韧性，所以说固溶体一般具有较好的综合力学性能。因此要求有综合力学 性能的结构材料，几乎都以固溶体作为基本相。这就是固溶强化成为一种重 要强化方法，在工业生产中得以广泛应用的原因。第二节 合金的相结构 一、合金的相结构 2.金属化合物合金组元相互作用而形成一种具有金属特性的物质称为金属化合物。 金属化合物的组成一般可用化学式表示。金属化合物的晶格类型不同