第1章-材料基本知识培训.ppt

第一章 晶体与相图 * 铝合金材料基础知识培训 开发部/王海东 2009年07月 一、原子 认为原子是个圆球，似乎是刚性的，又似乎是弹性的； 原子在不停的振动，温度越高越严重，振出空隙； 原子是中性的，外层带负电的电子跑掉时就成为正离子了； 原子用金属键与同类原子结合成金属； 原子用离子键或共价键与别的（同类或异类）原子结合成化合物，就是原子结合在一起而不成为一盘散沙，就因为有“键”。这些键的能量约为500KJ/mole；他们是释放电子、接受额外电子或共有电子造成的，还有一些能量小于40KJ/mole的键； 因此原子与原子处于相对平衡的位置上，近了就产生排斥力，远了就产生吸引力； 原子是有大小的，不同类别的原子大小不一样，造成性质不一样。一般说，直径约3×10-10m，有大到5×10-10m，也有小到0.75×10-10m； 原子按规则地堆聚成晶体（晶粒）； 由互相接触的晶粒组合成金属块（晶粒如同石榴子，晶粒的接触面叫做晶界）； 晶粒的大小：通常20～300um，光学显微镜放大后可见，但也有大的肉眼可见（如粗晶环）； 晶粒的形状：大都为球粒状，也有柱状的、针状的、其它不规则形状； 一块30mm的金属（30×10-3m有100-1000个晶粒排成） 一粒30um的晶粒（30×10-6m有10×104个原子排成） 原子堆聚的方式：对于金属主要有三种（b.c.c\f.c.c\h.c.p）； 堆法不同或处的方位不同，性质不同，这因原子排列的紧密性不同； 方位不同，性质不同称作晶体的各向异性； 对于多晶体金属，各晶粒在其中随机取向，因而金属是各向同性；但由于加工变形、退火或铸造，可能造成各晶粒取向“趋”同，造成金属材料（板、线）的各向异性，这种现象称为织构； 晶格常数：正因为原子有大小，原子有弹性，键力有大小。所以堆成晶体的晶格（单位晶体/晶胞）有一定尺寸，叫晶格常数； 二、晶体与晶粒 晶体缺陷：10万个原子为一边的方阵阵列（晶粒）只能基本排齐，会有缺陷的，缺陷的种类主要分点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷； 点缺陷： 空位：这是影响原子扩散均匀化的重要通道。有人测得Cu的原子每mm3为5×1019个，其中空位每mm3为5×1015个（1000℃）时； 间隙原子：异类或同类原子； 置换原子：异类原子； 线缺陷： 位错：107根/mm2～1011根/mm2 层错： 面缺陷：晶界可认为是面缺陷； 体缺陷：空洞、夹杂物； 混乱不规则程度比较严重的情况为：气态时、液态时（短程不规则），严重变形（位错1011根/mm2）； 点缺陷 线缺陷 面缺陷 体缺陷 认识物质从宏观观到微观的几个层次： 物体 晶粒 晶粒 晶格 晶胞 体心立方b.c.c 面心立方f.c.c 密排六方h.c.p 非晶体的特点： ①原子在三维空间呈不规则的排列； ②没有固定的熔点，随着温度的升高将逐渐变软，最终变为有明显流动性的液体，如塑胶、玻璃、沥青等； ③各个方向上的原子聚集密集大致相同，即具有各向同性。 小结： 晶体的特点： ①原子在三维空间呈有规则的周期性重复排列； ②具有一定的熔点，如铁的熔点为1538℃；铝的熔点为660.37℃（99.99%）； ③晶体的性能随着原子的排列方位而改变，即单晶体具有各向异性。 加入别的物质（杂质或合金元素）会怎样？ 第一种：溶解，随机分布其中，任何微区浓度相同；溶解分液态溶解和固态溶解；与溶液相似，固态时溶质原子（离子或分子）溶入溶剂的晶体点阵中所形成的相成为固溶体； 第二种：部分溶解；饱和，溶解度； 第三种：形成第二相，两相合金一般有三种基本组织形态。第一是两相合金中的一种典型组织，两个相（或两种组织单元）的晶粒尺度相当，两种晶粒各自成为等轴状，两者均匀的交替分布，但是这种情况在实际中很少很少；第二种情况，组织中两个相的晶粒尺度相差很远，其中尺寸较细的像似球状、点状、片状或针状等形态弥散的分布于另一相晶粒的基体内。如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著的提高材料的强度，与此同时，塑性与韧性必将下降。增加弥散相的相对含量，或者在相对量不变的情况下细化弥散相尺寸（即增加弥散相的个数），都会大幅度地提高材料的强度。材料工作者常采取各种措施（如合金化、热处理等），沿着这一思路改变组织，从而提高材料的强度水平，这种强化称为弥散强化。 第三种情况是第二相在基体相的晶界上分布，如果第二相非连续地分布于晶界，它对性能的影响并不大；一旦第二相连续分布于晶界并呈网状，将对材料性能产生明显的不良影响。当第二相很脆时，那么不管基体相的塑性有多好，材料将完全表现为脆性；如果第二相的熔点低于材