材料组织性能.ppt

* 材料的结构组织与性能 总复习 材料的结构 材料的性能 材料的组织 1、什么是材料？三大材料： 金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料 2、材料的性能分类 使用性能 工艺性能：工艺性能是指材料在各种加工和处理中所应具备的性能，如铸造性能、锻造性能、切削性能、焊接性能和热处理性能等 材料的性能 物理性能、 化学性能、 力学性能 3、材料的力学性能 材料的力学性能（Mechanical property）是指材料在外加载荷作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速度）联合作用下所表现出来的行为。 强度指标σb、σs、 σ0.2 、σ-1； 塑性指标δ、ψ 韧性指标 ak、KIC 硬度指标 HRC 金属材料的力学性质决定与材料的化学成分、组织结构、冶金质量、残余应力及表面和内部缺陷等内在因素，也决定与载荷性质（静载荷、冲击载荷、交变载荷）、应力状态（拉、压、弯、扭、剪等）、温度和环境介质等外在因素。 4、应力应变曲线 应力F/A 应变（ΔL/L0） σb σk σs σe e s k b 应力－应变曲线 ΔL 均匀变形 非均匀变形 5、金属的键结构 金属的原子结构特征是最外层电子少，易于脱落，而形成自由电子（free electron）自由电子可以在金属中移动而形成所谓的电子云（cloud of electrons）。电子云带有负电，另一方面失去电子的金属原子带有正电而成为阳离子，因此，电子云和阳离子之间所作用的引力和离子相互间及电子相互间的斥力之间形成平衡而发生结合。这种结合叫做金属键（metallic bond）。 金属晶体因为有自由电子的存在，其导电性、导热性好，并且结合力的方向性小，原子会尽量高密度排列，富于延展性，强度的变化范围大。 ⊕⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 自由电子 金属阳离子 6、金属的晶体结构 一??? 晶体结构的基本概念 金属在固态下通常都是晶体。 晶体 指其内部原子（分子或离子）在三维空间作有规则的周期性重复排列的物体。 晶体结构（crystal structure） 金属的许多特性都与晶体中原子（分子或离子）的排列方式有关，因此分析金属的晶体结构是研究金属材料的一个重要方面。 三种常见的晶体结构 面心立方结构（face-centered cubic，简写为“fcc”） 体心立方结构（body-centered cubic，简写为“bcc”） 密排六方结构（hexagonal closed-packed，简写为“hcp”）， 7、单晶体与多晶体 圖2.10 各晶粒位向示意圖 晶粒 晶界 实际工程金属均是多晶体 ?8、实际金属中的晶体缺陷 (1)点缺陷（point defect） 其特征是三个方向上的尺寸都很小，相当于原子的尺寸，例如空穴（vacancy）、填隙型原子（interstitial atom）、置换型原子（substation atom）等； (2)线缺陷（line defect） 其特征是在两个方向上的尺寸很小，另一个方向上的尺寸相对很大。属于这一类缺陷的主要是位错（dislocation）； (3)面缺陷（interfacial defect） 其特征是在一个方向上的尺寸很小，另两个方向上的尺寸相对很大，例如晶界、亚晶界（sub grain boundary）等。 填隙型原子 置換型原子 空穴 圖2.11 晶體中的點缺陷 9、金属的塑性变形 单晶体的塑性变形 1、 滑移 在切应力的作用下，晶体的一部分沿一定晶面（滑移面（slip plane））的一定晶向（滑移方向（slip direction））相对于另一部分发生滑动的现象称为滑移。滑移主要发生在原子排列最紧密或较紧密的晶面上，并沿着这些晶面上原子排列最紧密的方向进行。 滑移系: 晶体中每个滑移面和该面上的一个滑移方向组成系统。晶体中的滑移系越多，意味着其延展性越好 滑移（slip ） 孪生（twinning) 金属的塑性变形方式 注：实际金属的滑移过程就是位错运动的过程，因此凡是阻碍位错运动的因素都阻碍滑移的进行，从而使金属的塑性下降，强度升高； 2、塑性变形的方式之二： 孪生 4’ 3 2 1 1’ 2