工程材料第二章幻灯片.ppt

晶体的微观结构 晶体里面的原子(或离子）都是在它的平衡位置上不停振动着。各种晶体结构就可以假设看成静止不动的小球按一些的几何方式紧密排列堆积而成的。 (三)晶格的致密度 (二) 晶体中的缺陷 3.面缺陷：晶体的面缺陷，主要是指前述的晶界和亚晶界。面缺陷是由于受到其两侧的不同晶格位向的晶粒或亚晶粒的影响而使原子呈不规则排列。原子的位置处于两晶格的取向所能适应的折衷位置上。面缺陷是有一定厚度的原子排列不规则的过渡带。其厚度重要取决于相邻的两晶粒或亚晶粒的晶格位向差的大小及晶格变化的纯度。对于金属，这个厚度通常在几个原子间距或到几百个原子间距大小的范围内变化。面缺陷处的晶格畸变较大，界面处能量高，影响范围也较大。因此，晶界具有与晶粒内部不同的特性。 第二节 合金的晶体结构 在机械工程中，由于纯金属本身的力学性能很有限，满足不了实际的需要。所以，很少使用纯金属制作零部件。而是将它们熔炼成合金，从而改善他们的力学性能，满足使用需要。所以，在机械工程中大量使用的金属材料绝大多数都是合金材料。如：钢、铸铁、黄铜、青铜、硬铝、锻铝等等。由于合金不只是一种化学元素，因此合金的晶体结构要比纯金属复杂许多。而且其显微组织仅用晶粒、晶界来表示也远为不足，必须引出一些新概念。 二 合金的金相组织 5.显微组织：是指在显微镜下看到的相和晶粒的形态大小和分布。 (一) 固溶体 合金结晶成固态时，含量少的组元(溶质)原子分布在含量多的组元(溶剂)晶格中形成一种与溶剂有相同晶格的相，称为固溶体。可见固溶体的重要标志是与溶剂有相同晶格。根据需要 固溶体有很多种分类方法。最常用的是按溶质固溶体原子在溶剂晶格中的分布位置来分类。有间隙固溶体和置换(代位)固溶体两大类。见图2-12和图2-13。 1．间隙固溶体： 2．置换固溶体 3.固溶体的溶解度 有序固溶体，虽然化学元素成比例，但不是化合物。当把它加热到一定温度时就会变成无序固溶体。若是把它再缓慢地冷到这个温度之下又可变为有序的。 这个无序到有序的转变过程称固溶体的有序化。固溶体的有序化也会变化。如：硬度和脆性增加，塑性和电阻率下降等。 4．影响固溶体的晶体结构和溶解度主要因素有： （1）原子直径因素：当溶质与溶剂的原子直径相差较小时易形成置换固溶体，而且直径差愈小，其溶解度也会愈大。这是因为，原子直径差会引起晶格的畸变，使晶格的畸变能增加。原子直径差愈大，畸变能增加愈剧。随着畸变能的增加将使这种固溶体晶格结构的稳定性下降。自然这种固溶体本身的存在也就不稳定了，这将会导致其它相的形成。但是，若两种原子直径差愈小，畸变能增加也愈小，尽管固溶体浓度不断增加，也不致于因畸变能的原因而引起其晶格结构的改变。这就有可能形成无限固溶体。 (5)温度因素：在一般情况下，固溶体随温度升高其溶解度也增加 这可能与固溶体晶格上原子的热振动有关。 5．固溶体的性能 当然仅靠固溶强化来提高金属材料的强度和硬度还是很有限的。但是可以在固溶强化工基础上再适当配合其它强化手段，就会使金属材料起到所需的各种强韧巨。其它强化方法要还有：细晶强化、第二相弥散强化、热处理相变强化、加 (二)金属化合物 1．正常价化合物 这是一种符合化合物原子价规律，成分固定并有严格分子式的金属化合物。通常由在元素周期表上相距较远、电化学性质相差很大的两种元素化合而成。例如：强金属元素与非金属或类金属元素(Sb、 Bi、 Sn、 Ph等)形成的化合物 Mg2Si、 Mg2Sn、 Mg2Pb等。 2.电子化合物 这是一类不遵守原子价规律而服从电子浓度规律的化合而成。当电子浓度为21／14、21／13、21／12时，则分别形成体心立方的电子化合物(β相)、复杂体心立方的电子化合物(?相)，密排立方体(ε相)。见表2-2。 3．间隙化合物 这是一种以原子直径较大的过渡族金属与原子直径很小的非金属原子组成的化合物。非金属原子有规则的嵌入金属元素晶格的间隙中，所以称为间隙化合物。 (1)间隙相 当非金属原子直径与金属原子直径比值小于0.59时，形成简单晶格的间隙化合物，称间隙相。从表2－1中可见非金属元素碳的原子直径为0.154nm，而金属元素钛的原子直径为0.293nm。它们的比值小于0.59，所以形成的间隙化合物TiC就是一种间隙相。其晶格结构见图2－15。 (2)复杂结构的间隙化合物当非金属原子直径与金晶原子直径之比大于0.59则不能产生间隙相，而产生复杂晶格结构的间隙化合物。过渡族金属的硼化物及部分碳化物