工程材料第一章1(wu)概要.ppt

1.材料的结构与性能 本章导读 内容提要： 本章介绍金属材料的结构与组织，包括纯金属的晶体结构、晶体缺陷和合金的结构、金属材料的组织。介绍金属材料的工艺性能、机械性能和理化性能。还介绍高分子材料和陶瓷材料的结构与性能。 学习目标： 本章重点掌握金属材料的晶体结构、晶体缺陷和合金的结构，了解金属材料的组织及性能。了解高分子材料的结构与性能。 学习建议： 1．晶体结构部分应弄清三种常见金属的晶体结构及其特点，应充分发挥空间想象力。 2．晶面指数及晶向指数的确定在学习时会感到困难。应掌握常见的晶面和晶向的表示方法，需要多练多画。 3．了解高分子材料的大分子链结构与聚集态，结合工程、生活实际归纳高分子材料的性能特点。 4．对陶瓷材料的结构与性能只作一般了解。 1.1 金属材料的结构与组织 1.1.1? 纯金属的晶体结构 ??晶体中原子(离子或分子)规则排列的方式称为晶体结构（也称材料结构）。 ??? 通过金属原子(离子)的中心划出许多空间直线，这些直线将形成空间格架。这种格架称为晶格，晶格的结点为金属原子(或离子)平衡中心的位置。 晶体的特点是： （1）结构有序； （2）物理性质表现为各向异性； （3）有固定的熔点。 1.1.1? 纯金属的晶体结构 右手螺旋直角坐标系： 1.1.1? 纯金属的晶体结构 晶胞： 能反映该晶格特征的最小组成单元称为晶胞。晶胞在三维空间的重复排列构成晶格。晶胞的基本特性即反映该晶体结构(晶格)的特点。 晶格常数： 晶胞的几何特征可以用晶胞的三条棱边长a、b、c和三条棱边之间的夹角α、β、γ等六个参数来描述。其中a、b、c 为晶格常数。 1.1.1? 纯金属的晶体结构 金属的晶格常数一般为:? 1×10-10 m-7×10-10 m。 不同元素组成的金属晶体因晶格形式及晶格常数的不同,表现出不同的物理、化学和力学性能。金属的晶体结构可用X射线结构分析技术进行测定。 晶格常数测量：X射线衍射 由于原子排列紧密程度不一样,当金属从面心立方晶格向体心立方晶格转变时, 体积会发生变化。这就是钢在淬火时因相变而发生体积变化的原因。不同晶体结构中原子排列的方式不同, 将会使它们的形变能力不同。 1.1.1? 纯金属的晶体结构 1 金属三种常见的晶体结构 晶体结构有： 布拉维晶格在三维平面上有七大晶系，14种晶格分别为三斜晶系、单斜晶系、正交晶系、四方晶系、立方晶系、三方晶系、六角晶系。 三种晶体结构 （1）体心立方晶胞 BCC(Body Center Club）晶格（晶胞) 八个原子处于立方体的角, 一个原子处于立方体的中心, 角上八个原子与中心原子紧靠。 体心立方晶胞特征 ① 晶格常数： ② 晶胞原子数： ③原子半径： ④致密度： 晶胞中原子体积和/晶胞体积 体心立方晶胞特征 ⑤间隙半径： 12个四面体间隙 6个八面体间隙 体心立方晶胞特征 ⑥配位数： 任一原子相邻最近且距离相同的原子数 配位数大，原子排列紧密度大。 BCC 晶胞配位数为：8 （2）面心立方晶胞 FCC晶胞(Face Center Club） 金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。具有这种晶格的金属有铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、γ- 铁( γ-Fe, 912℃-1394℃)等。 （2）面心立方晶胞 四面体间隙8个 八面体间隙4个 ⑥配位数：12 由于原子排列紧密程度不一样,当金属从面心立方晶格向体心立方晶格转变时, 体积会发生变化。这就是钢在淬火时因相变而发生体积变化的原因。不同晶体结构中原子排列的方式不同, 将会使它们的形变能力不同。 (3)? 密排六方晶格(胞) (H.C.P.晶格) ? 十二个金属原子分布在六方体的十二个角上, 在上下底面的中心各分布一个原子, 上下底面之间均匀分布三个原子。具有这种晶格的金属有镁(Mg)、镉(Cd)、锌(Zn)、铍(Be)等。 (3)? 密排六方晶格(胞) (H.C.P.晶格) 上节课回顾 2.金属晶体中的晶面和晶向 晶面：在晶体学中，通过晶体中原子中心的平面 晶向：通过原子中心的直线所指的方向 ① 确定欲定晶面外的原点，建立坐标系，写出欲定晶面在三个坐标轴上的截距。 ② 取三个截距值的倒数并按比例化为最小整数，加圆括弧，形式为（hkl）。 负号： 例一