机械专业工程材料学1解析.ppt

学习重点： ①一个中心：金属及合金的成分、组织结构间的变化规律； ②二个图形：相图、Ｃ曲线 ； ③五大转变：珠光体转变、奥氏体转变、贝氏体转变、马氏体转变、回火转变； ④四把大火：正火、退火、淬火、回火； ⑤八大钢种：渗碳钢、调质钢、轴承钢、刃具钢、模具钢、量具钢、特殊性能钢。 第一章 金属的晶体结构和结晶 第一节 金属的晶体结构 1、晶体的概念： 1.1晶体：内部的原子呈一定规律重复排列着的固态物质。书P2图1-1；例如：钻石、冰等。 4、晶向指数与晶面指数： 4.1 定义： 晶向：在晶体的晶格中穿过两个以上原子中心的方向（直）线。 晶面：在晶体的晶格中通过原子中心所构成的平面。 晶面、晶向指数：表示各种晶面和晶向位向的统一符号，以表示它们在晶体中的方位和方向。 4.3 晶向指数：用来表示晶向在晶体中的原子排列情况及位向的符号。 确定步骤： ⑴ 设坐标轴：以晶胞的三个棱边为坐标轴x、y、z。 ⑵ 引平行线：过原点引一条有向直线平行于待定晶向 ⑶求坐标值：以晶格常数为度量单位，在该方向上求出最近原子的坐标值。 ⑷化整数 ：将三个坐标值化为最小简单整数，放入方括号内，一般用[uvw]表示。 注意： ①所有互相平行，方向一致的晶向具有相同的晶向指数。 ②当晶向指数某一坐标为负方向时，则该坐标值为负值， ③同一直线有相反的两个晶向，其晶向指数的数字相同，但符号相反。 ④晶向族：原子排列相同，但空间位向不同的所有晶向构成晶向族，用＜uvw＞表示。 特点：立方结构的晶体中，晶向指数的数字相同，但排列顺序不同，则具有相同的原子排列 ⑤在立方结构的晶体中，当一晶向[uvw]位于或平行于某一晶面（hkl）时，则hu+kv+lw=0；当某一晶向与某一晶面垂直时，则u=h、v=k、w=l。 晶面及晶向的原子密度 晶面原子密度=该面积上实际包含的原子数/晶面面积 晶向原子密度=该长度上实际包含的原子数/晶向长度 体心立方晶体中{110} 、〈111〉 面心立方晶体{111}、〈 110〉 密排六方晶体 底面 底面对角线 第二节实际金属的晶体结构 1、单晶体与多晶体 几个名词： ⑴晶粒：在实际使用的金属材料中，晶体是由许多细小的颗粒组成，这些细小的颗粒，叫做晶粒。 ⑵ 单晶体：内部晶格位向完全一致的晶体（理想晶体），由一个晶粒所组成。如单晶Si半导体。 ⑶ 多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体 ⑷ 晶界：晶粒与晶粒之间的界面。 2.2 线缺陷: 位错：在晶格中，发生一列或几列原子有规律的错排的现象。 类型：刃型位错；螺型位错。 ⑵ 螺型位错： 在立方晶体的右端施加一切应力，使右端的上下两部分沿滑移面ABCD发生了一个原子间距的相对切变，于是就出现了已滑移区与未滑移区的边界BC，BC就是螺型位错。 2.3 面缺陷： ⑴ 晶界：由于各晶粒的位向不同，故晶界实际上是不同 位向晶粒之间原子排列无规律的过渡层。图 1-11 ⑵ 亚晶界：在金属晶体的每一个晶粒内部，其晶格位向也并不像理想晶体那样完整，它是由许多位向很小的小晶块组成，这些小晶块称为亚晶粒，亚晶粒之间的界面叫做亚晶界。 2、结晶的热力学条件： 为什么液态金属在理论结晶温度不能结晶，而必须在一定的过冷度条件下才能进行呢？这是由热力学条件所决定的。热力学第二定律指出：在等温等压的条件下，物质系统总是自发地从自由能高的状态向自由能低的状态转变。 晶核的形成：利用x射线研究金属的结构时发现：在液态金属中，原子并不是散乱地分布，而是在微小的范围内存在着紧密接触、规则排列的原子集团，称为“近程有序”集团，而且它们不是固定不动的，而是处于不断的变化之中，它会瞬时消失，瞬时产生，此起彼伏，不断变化，我们把这种不断变化的近程有序集团称为“结构起伏”或“相起伏”。 晶胚：在液态金属中，每一瞬间都会涌现出大量尺寸不等的相起伏，尺寸较大的相起伏在结晶时，有可能转变为晶核。这些相起伏就是晶核的胚芽。所以，尺寸较大的相起伏叫做晶胚。 长大过程： a）在晶核长大的初期，其外形还比较规则。 b）由于晶体棱角的形成，棱角的散热条件优于其他部位，因此得到优先成长。就如树枝一样先长出枝干，再长出分枝，最后再把晶间添满。 这种长大方式叫做“枝晶成长”。书P17图1-15 4、晶粒大小的控制： 4.1 晶粒度：晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示。 晶粒的大小对金属的机械性能有很大的影响，在常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度则越高，同时塑性、韧性也越好。那么怎样控制晶粒的大小呢？ 工业生产中，我们经常用提高液态金属的冷却速度，来提高△T， 具体做法有： 用金属型代替砂型；增加金