工程材料与热加工

工程材料与热加工第1页，课件共24页，创作于2023年2月材料科学的核心问题：材料的结构和性能以及它们之间的关系第2页，课件共24页，创作于2023年2月材料晶体——原子排列长程有序，有周期非晶体——原子排列短程有序，无周期ZnS型石英玻璃(非晶体)石英晶体(晶体)熔点一定性能呈各向异性纯金属的晶体结构第3页，课件共24页，创作于2023年2月

晶胞常数：a、b、c、α、β、γ晶格常数：a、b、c简单立方晶胞：a＝b＝cα＝β＝γ＝90℃晶体晶格（空间点阵）晶胞一、晶体的描述纯金属的晶体结构结点第4页，课件共24页，创作于2023年2月晶面、晶面指数、晶面族:致密度：晶向、晶向指数、晶向族:配位数：纯金属的晶体结构有关晶格的基本概念第5页，课件共24页，创作于2023年2月二、金属中常见的晶格类型体心立方晶格

（bcc）面心立方晶格

（fcc）密排六方晶格

（hcp）纯金属的晶体结构第6页，课件共24页，创作于2023年2月金属中常见晶格类型的基本参数晶格类型体心立方（bcc）面心立方（fcc）密排六方（hcp）晶胞结构晶胞常数晶胞内原子数原子半径致密度配位数典型金属a＝b＝c

α＝β＝γ＝90℃a＝b＝c

α＝β＝γ＝90℃

a＝bc/a＝1.633

α＝β＝90℃γ＝120℃0.680.740.7481212α-Fe、Mo、W、V、Cr、β-Tiγ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、AgMg、Cd、Zn、Be、Ca、α-Ti第7页，课件共24页，创作于2023年2月三、晶体的各向异性晶面{100}{110}{111}bccfcc晶向<100><110><111>bccfcc纯金属的晶体结构第8页，课件共24页，创作于2023年2月结论：同一晶格内不同晶面（晶向)上原子分布不同不同晶格类型、同一名称晶面（晶向）上原子分布不同每一晶面（晶向）对应一晶面族（晶向族），其面间距（原子排列紧密程度）不同∴单晶体具有各向异性单晶Fe的弹性模量：E＜111＞=290000MN/m2E＜100＞=135000MN/m2E

=210000MN/m2

Fe的弹性模量：纯金属的晶体结构第9页，课件共24页，创作于2023年2月晶体缺陷的概念晶体缺陷的产生单晶体和多晶体单晶体多晶体实际金属材料是由许多粒状单晶体组成的——晶粒晶粒大小（d：平均直径）——晶粒尺寸每一晶粒内部晶格位相基本一致每个晶粒有许多亚晶粒组成实际金属性能是各晶粒性能平均值（各向同性）金属实际结构及晶体缺陷第10页，课件共24页，创作于2023年2月晶体缺陷的分类点缺陷空位及间隙原子置换原子特征：①本身尺寸很小，但晶格畸变可波及很远②空位和间隙原子均处于不断的运动和变化之中第11页，课件共24页，创作于2023年2月线缺陷（位错）刃型位错螺型位错电子显微镜下观察到的位错线（50,000X）特征：①在位错线方向尺寸大②位错线周围产生晶格畸变位错密度（ρ）：cm/cm3

一般金属中ρ=104～1012cm/cm3晶体缺陷的分类第12页，课件共24页，创作于2023年2月面缺陷——晶界、亚晶界亚晶界（位错墙模型）晶界特征：①属面接触②产生晶格畸变晶体缺陷的分类第13页，课件共24页，创作于2023年2月晶体缺陷对材料性能的影响使实际金属的强度远远小于理想金属晶界处位错密度高，使其局部强度、硬度提高对实际金属来说，晶体缺陷越多(尤其位错)，强度、硬度越高，塑性、韧性越低第14页，课件共24页，创作于2023年2月滑移的实质：位错在切应力作用下运动的结果晶体缺陷对塑性变形的影响第15页，课件共24页，创作于2023年2月凝固的概念:

液体-->固体（晶体或非晶体）结晶的概念:液体-->晶体结晶的过冷现象

金属的结晶当T=T0

时，FL=FS，两相平衡当T>T0

时，FL<FS，液相稳定当T<T0

时，FL>FS，固相稳定过冷度：

T=T0-Tn结晶的必要条件：

必须有过冷度！第16页，课件共24页，创作于2023年2月影响过冷度的因素实际结晶温度Tn：

V冷TnT

纯度TnT金属的结晶第17页，课件共24页，创作于2023年2月晶体液体结晶条件适宜T长大

晶核晶粒结晶的一般过程晶胚

第18页，课件共24页，创作于2023年2月枝晶长大（实际金属）平面长大（小体积液体）晶体生长方式树枝状晶体形貌第19页，课件共24页，创作于2023年2月形核率（N）长大速度（G）孕育期（τ）——金属液体达到结晶温度后实际结晶前需要等待的时间N、G越大，结晶越快结晶温度越低，

T

越大，

τ

越短与结晶有关的概念第20页，课件共24页，创作于2023年2月晶粒度的概念晶粒大小对性能的影响——表示晶粒大小程度的物理量评定标准：100×与标准图比较（…，-1，0，）1

～

8

（9，10，…）d（晶粒度）晶界多，强度硬度晶粒多，塑性韧性细晶强化结晶后晶粒的大小第21页，课件共24页，创作于2023年2月细晶强化第22页，课件共24页，创作于2023年2月增加过冷度进行变质处理（孕育处理）增加液体的流