机械工程材料第二章.ppt

1、第二章材料的结构是物质由原子构成。 原子的结合方式和排列方式决定着物质的性能。 原子、离子、分子间的键合力称为键合键。 这些具体的组合状态称为结构。 C60，一，晶体结构的基本概念，1，晶体和非晶体是指原子有规律排列的固体。 常态下金属主要以晶体形式存在。 晶体具有各向异性。 非晶体是原子无序排列的固体。 在某些条件下晶体和非晶体可以相互转换。 2 .晶格和晶格：由虚拟直线连接原子的中心而形成。 的双曲馀弦值。 直线的交点(原子中心)叫做节点。 由结点形成的空间点的排列称为空间晶格，是能够表示晶格单元：晶格原子排列规律的最小几何单位。 结晶系：根据结晶池的残奥表，将结晶分为7种结晶系。 90%

2、以上的金属具有立方晶系和六方晶系。 立方晶系： a=b=c，=90六方晶系： a1=a2=a3 c，=90，=120，晶格常数：单位单元边的尺寸a、b、c。 各棱之间所成的角用、表示。 原子半径：晶胞中原子密度最大且相邻的原子间距离的一半。 单位单元原子数：一个单位单元内含有的原子数。 配位数：与晶格中任一原子的距离最近，相等的原子数。 致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分率。 3、立方晶系晶面、晶体取向显示方法、晶体中各位的原子面称为晶面。 各方向的原子列称为结晶方向。 晶面指数表示晶面的符号叫晶面指数。 在该决定步骤中，决定原点，制作坐标系，求出所求出的晶面在3个坐标轴上的切片。 取3个截

3、距值的倒数，与最小整数成比例，加上圆括号，形成(hkl )形式。 晶体取向指数表示晶面的符号称为晶面指数。 其决定步骤是，决定、原点，建立坐标系，越过原点求出结晶方向的平行线。 求出直线上任意点的坐标值，与最小整数成比例，加方括号。 形式是uvw。 例1、已知通过某原点的结晶上的一点的坐标为1、1.5、2，求出该直线的结晶方位指数。 将三个坐标值用方括号括在最小整数上，形成234。 例2、已知晶体取向指数为110，描绘了该晶体取向。 找到1，1，0坐标点，原点和连接该点的直线求出结晶方位。 晶面族和晶面族(hkl )和uvw分别表示平行的晶面和晶面的组合。 指数不同，但原子排列完全相同的晶体取

4、向和晶面称为晶体取向族或晶面族。 分别用hkl和表示。 立方晶系中常见的晶面为：立方晶系中常见的晶体取向为：立方晶系中指数相同的晶面和晶体取向相互垂直。 遇到负指数，“-”就放在该指数上。221、110、2、金属晶体结构、1、纯金属晶体结构金属原子通过正离子和自由电子的相互作用结合，称为金属键。 金属原子有密集排列的倾向。 具有良好的导热性、导电性、延展性及金属光泽。 常见的纯金属晶格类型是体心立方(bcc )、面心立方(fcc )、密列六方(hcp )晶格。体心立方晶格、原子个数： 2配位数： 8致密度：0.68常见金属：-Fe、Cr、w、Mo、v、Nb等，晶格常数： a(a=b=c )，原

5、子半径原子个数： 6配位数： 12致密度：0.74常见金属： Mg、Zn、Be、Cd等，晶格常数： 0 密集排列六方晶格，三种常见晶格的密集排列面和密集排列方向每单位长度的晶体上的原子数称为晶向原子密度。 原子密度最大的晶面或晶体取向称为密排列面或密排列方向。 2、实际金属晶体结构，变形金属晶粒大小约1100m，铸造金属达数mm。 单晶和多晶单晶：其内部晶格取向完全一致的晶体。多晶：晶粒：实际使用的金属材料相互取向不同，由外形不规则的多个小晶体组成，这些小晶体称为晶粒。 晶界：晶粒间的界面。 晶粒越小，晶界面积越大。 多晶：由多晶粒组成的晶体结构。 晶体缺陷晶格的不完整部位称为晶体缺陷。 实际

6、金属中存在许多晶体缺陷，根据形状可分为点、线、面缺陷3种。 点缺陷空间的三维尺寸小的缺陷。 孔隙原子取代原子，a .孔隙：晶格中几个缺排原子的空结点。 b .间隙原子：压入晶格间隙的原子。 基体金属原子也可以是外来原子。 c .取代原子：取代原子的位置将外来原子称为取代原子。 点缺陷破坏原子的平衡状态，使晶格产生扭曲，称为晶体、晶格应变。 由此强度、硬度提高，塑性、韧性降低。 线缺陷晶体中的位错：晶格中的一部分晶体相对于其他一部分晶体局部滑动，滑动面上的滑动区域和未滑动区域的边界线称为位错。 分为刃型位错和螺旋型位错。 刃状变位和螺旋状变位，刃状变位的形成，刃状变位：在完全的结晶的结晶面以上的

7、某个地方原子面有一半多馀的话，那个结晶面象刃一样地陷入结晶，这个多馀的原子面的边缘是刃状变位。 半原子面在滑动面以上称为正位错误，用表示。 半原子面在滑动面以下的负位错用表示。 位错密度：每单位体积所包含的位错线的全长。=S/V(cm/cm3或1/cm2)金属的位错密度对1041012/cm2位错性能的影响：由于金属的塑性变形主要起因于位错运动，阻碍位错运动是加强金属的主要手段。 减少或增加位错密度也能提高金属的强度。 面缺陷晶界和亚晶界是不同取向晶粒的过度部位，宽度为510原子间距，取向差一般为2040。 亚晶粒是组成晶粒的尺寸小，取向差也小的(10 2 )小晶块。 亚粒间的界面称为亚粒界。

8、 亚晶界也可以看作位错壁。 晶界特征：原子排列不规则。 融点低。 耐腐蚀性差。 容易发生内部吸附，外来原子容易在晶界偏在。 因为阻碍位错运动的是强化部位，所以实际使用的金属是为了获得细粒。 作为相变的优先核部位，显微组织的表示是3、合金的结晶结构，合金是指由2种以上元素组成的具有金属特性的物质。 构成合金的元素可以全部是金属，也可以是金属和非金属。 构成合金的元素的相互作用可以形成不同的相。 相是指金属或合金中的所有成分相同、结构相同、且与该部分界面相距较远的均匀构成部分。 显微组织是指实质上在显微镜下观察到的金属中的各相和各晶粒的形态、数量、大小和分布的组合。 固态合金中的相分为固溶体和金属

9、化合物。 固溶体合金中其结构与作为构成元素之一的晶体结构为相同的固体，与固溶体相称。 习惯用、表示。 和合金的晶体结构相同的元素叫做溶剂。 其他元素被称为溶质。 固溶体是合金的重要组成相，实际合金多为单相固溶体合金或以固溶体为基础的合金。 根据溶质原子的位置分为置换固溶体和间隙固溶体。 取代固溶体溶质原子占有溶剂晶格某结合点位置的固溶体。 溶质原子被称为无序分布的无序固溶体，被称为有序分布的有序固溶体。 间隙固溶体溶质原子埋入溶剂晶格间隙的固溶体。 间隙固溶体溶质原子埋入溶剂晶格间隙的固溶体。 形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径小的非金，是c、n、b等属元素，而溶剂元素一般是过渡族元素。 形成

10、间隙固溶体的一般规律是r质/r剂0.59。 间隙固溶体都是无序固溶体。 固溶体的溶解度溶质原子在固溶体中的极限浓度。 溶解度有限的固溶体称为有限固溶体。构成元素无限相容的固溶体称为无限固溶体。 构成元素的原子半径、电化学特性相近，晶格型相同的置换固溶体有可能形成无限固溶体。 间隙固溶体均为有限固溶体。 固溶体的性能随溶质含量的增加固溶体的强度、硬度增加，塑性、韧性降低固溶强化。 固溶强化的原因是溶质原子引起的晶格应变和定位错误的钉扎作用。 与纯金属相比，固溶体的强度硬度高，塑性韧性低。 但是，与化合物相比，硬度低得多，塑性和韧性高得多。 金属化合物合金中的晶体结构与构成元素的晶体结构不同的固相金属化合物。 金属化合物熔点、硬度、脆性高，可以分子式表示。 铁碳合金中的Fe3C在合金中出现金属化合物时，虽然可以提高其强度、硬度、耐磨损性，但会降低塑性。 金属化合物也是合金的重要组成相。 正常价化合物符合正常原子价规律。 例如Mg2Si电子化合物符合电子浓度规律。 例如Cu3Sn。 电子浓度是价电子数和原子数之比。 间隙化合物由过渡族元素和c、n、b、h等小原子半径非金属元素组成。 a .间隙相： r非/r金0.59时形成的具有简单晶格结构的间隙化合物。 例如，M4X (Fe4N )、M2X (Fe2N、W2C )、MX (钛、钴、钛)等。