金属材料和热处理.ppt

* 中国稀土资源在世界上所占比例 稀土 80%， W 43%, Ti 55.8% * 维氏硬度HV 以四方锥体型金刚石压头压入试样表面，保持一定时间后卸载，测定压痕两对角线长度取平均值。 HV=0.1891 F/d2 d：对角线平均值 优点：精度高、测量范围宽(软硬材料都可以测试)、不同标尺的硬度能够统一。 缺点：测定繁琐，工作效率低。 4. 冲击韧性 冲击韧性：材料抵抗冲击而不被破坏的能力。 （二）金属的物理化学性能 物理性能 密度；熔点； 热膨胀性；磁性；导热性；导电性 化学性能 耐腐蚀性；抗氧化性 （三）金属的工艺性能 焊接性能 锻造性能 铸造性能 切削加工性能 热处理性能 第二章 金属的晶体结构与结晶 理想晶体结构 实际晶体结构 纯金属的结晶 学习要点 化学成分 材料性能 晶体结构 第一节 金属的理想晶体结构 1 晶体与非晶体 晶体 ：物质内部的原子作有序、有规则的排列 非晶体 ：在物质内部的原子呈无序堆积状况。 一般固态金属都是晶体。 晶体特点 结构有序 有固定的熔点 各向异性 在一定条件下具有规则的外形 晶体与晶体性能差异很大 如石墨 和金刚石 晶体与非晶体可以相互转化 第一节 金属的理想晶体结构 2 金属的特性 金属键结合 1）正离子按一定规律排列并在固定位置上做热振动 2）自由电子形成电子云 良好的导电性 1）金属键没有饱和性和方向性，自由电子可以定向移动 2）温度升高，电阻增大 良好的塑性 第一节 金属的理想晶体结构 3 晶体结构的基本概念 晶格：表示晶体中原子排列形式的空间格子 晶胞：能够完整反映晶格特征最小几何单元。 体心立方晶格： 晶胞是一个立方体，金属原子排列在立方体的中心和八个顶角上。 **金属有α-Fe、Cr、Mo、V等。 4 晶格类型： 晶格致密度： 晶胞中原子所占有的体积与晶胞体积之比 晶格常数 晶胞中原子数目 原子半径 致密度 a 1/8×8＋1＝2 √3 a/4 0.68 面心立方晶格：晶胞是一个立方体，金属原子排列在立方体的六个面的中心和八个顶角上。 **金属有γ-Fe、Cu、Al、Ni、Au等。 晶格常数 晶胞中原子数目 原子半径 致密度 a 1/8×8＋1 /2×6 ＝4 √2 a/4 0.74 密排六方晶格：晶胞是由12个原子构成的六方体，在六方体的上下两个六方面的中心各有一个原子，且在两个六方面之间还有三个原子。 **金属有Mg、Zn等。 晶胞中原子数目 原子半径 致密度 1/6×12＋2×1 /2+3 ＝6 a/2 0.74 单晶体：晶格位向完全一致晶体。 晶粒：外形不规则，晶格位向一致的小晶体。 多晶体:许多位向不同，外形不规则的小晶粒组成 晶界：多晶体金属内各晶粒间的交界面。 单晶体与多晶体 第二节 金属的实际晶体结构 第二节 金属的实际晶体结构 2 晶体缺陷 点缺陷 点缺陷：晶格中存在空位、间隙原子、置换原子等点缺陷的存在，从而引起晶格畸变。 →性能变化：使金属的电阻率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。 线缺陷 线缺陷/位错：晶格中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。 常见的有刃型位错。 线缺陷 位错密度：以单位体积中位错线的总长度表示，单位是cm-2。 →减少或增加位错密度都可以提高金属的强度。 面缺陷 面缺陷：三维空间中，在一维方向上尺寸很小，另外两维方向上尺寸很大的缺陷。 常见的有晶界和亚晶界。 晶界特性 1、晶界原子排列紊乱，对位错运动有阻碍作用，是金属中的强化部位（在常温下，强度、硬度较高）。 →金属的晶粒越细，晶界总面积就越大，金属的强度也越高 2、晶界处的原子处于不稳定的状态，能量比晶内的高(高出叫晶界能） →晶界熔点低、耐蚀性差、原子扩散快。 →晶界的缺陷比晶内多，因而外来原子易在晶界上偏聚，其浓度高于晶内，称为内吸附。 →晶界还是固态相变的优先形核部位。 第三节 纯金属的结晶 1 结晶的概念 结晶：一切物质从液态到固态的转变过程统称为凝固，如果通过凝固能形成晶体的结构，则成为结晶。 对金属而言结晶：液态金属凝固成晶体结构的过程。也是原子由不规则排列的液态逐步过渡到原子规则排列的晶体的过程。 一次结晶：物质从液态转变为固体晶态的过程。 二次结晶：从一种固体晶态过渡为另一种固体晶态的转变过程。 第三节 纯金属的结晶 非晶体的凝固 非晶态物质：一种长程有序、短程无序的混合结构，所以非晶体具有各向同性。 一定条件下，晶体和非晶体可以相互转化 2 金属的结晶过程 过冷现象 理论结晶温度：纯金属在非常缓慢冷却条件下获得的结晶温度。 过冷：金属的实际温度低于理论结晶温度的现象。 结晶阶段 2 金属的结晶过程 结晶的热力学条件 T0：熔点或者结晶温度 △F=0, 固