机械材料绪论.ppt

1-1 金屬及合金的通性 1-1 金屬製品於日常生活中處處可見，應用甚廣。 1-1 金屬及合金的通性 1-2 金屬製品於日常生活中處處可見，應用甚廣。 1-1 金屬及合金的通性 1-2 金屬的結晶構造與組織 1-3 為了進一步觀察晶粒的形狀，則必須做金相實驗。把金屬的截面磨光後，用適當的化學藥品浸蝕，再以金相顯微鏡觀察時，可以看到如圖1-3所示的許多多角形。這些多角形就是金屬截面上的晶粒形狀。 晶粒的成分、粗細、形狀、方向和其組合的情形，稱為金屬的組織。 金屬的晶粒大小約0.001～0.1mm，它的形狀多呈現不規則的多角形。 晶粒與晶粒的境界叫做晶界。 1-2 金屬的結晶構造與組織 1-2 金屬的結晶構造與組織 1-4 不同的金屬各有其特定的結晶格子，為了方便表示，通常從空間格子內無數的排列原子中選出「能代表排列特性的最小空間」來表示它的結晶格子。 1-2 金屬的結晶構造與組織 觀看動畫 體心立方堆積 六方最密堆積 面心立方堆積 1-2 金屬的結晶構造與組織 1-5 所以一個BCC單位格子所含的原子數為： 1-2 金屬的結晶構造與組織 故一個FCC單位格子含有的原子數為： 1-2 金屬的結晶構造與組織 故一個HCP單位格子含有的原子數為： 1-2 金屬的結晶構造與組織 1-6 自然界可能存在的結晶格子共有7大類，14種之多，如圖1-6所示。但是大多數金屬的結晶格子是屬於圖1-5所示的三種型式。金屬材料的晶粒，雖因加工而發生變化，但是它的結晶格子幾乎不變。 1-2 金屬的結晶構造與組織 1-3 金屬的塑性變形 表1-2 在冷加工等受塑性變形之晶粒被加熱時，發生內部應力減少從高應變處生成無內部應力之新晶核，其數目逐漸增加及成長而取代原變形晶粒之現象稱為再結晶。在特定時間內可完成再結晶的溫度稱為再結晶溫度。 1-3 金屬的塑性變形 1-7(a) 金屬材料經過一長排不同間距的滾輪，使材料的厚度越來越小而達到預期的尺寸，成為截面一樣的成品。 1-3 金屬的塑性變形 1-7(b) 把材料放置在一對鍛模間，從上下或左右方向施加衝擊力，以改變材料之高度、寬度而得到預期的形狀。 1-3 金屬的塑性變形 1-7(c) 把直徑較大的材料通過直徑較小的抽拉模施力向前拉，使材料的直徑變小，如此反覆通過直徑更小的抽拉模，而達到預期的直徑為止。 1-3 金屬的塑性變形 1-7(d) 把金屬材料置於壓模上，使用壓桿由上方以適當之力量和速度下壓，使形成預定形狀的成品。 1-3 金屬的塑性變形 1-7(e) 把材料放在擠製機內，用擠桿施力擠壓，使材料通過各種形狀的擠製模，可以擠出不同形狀的管、條等之加工法稱為擠製。 1-3 金屬的塑性變形 1-7(f) 將模形裝於車床的夾頭上，圓盤形胚料用尾座心軸頂壓於模形上，發動機器使胚料迴轉，用手工具壓著胚料順著模形旋壓成型。 1-4 金屬的凝固與變態 1-8 金屬結晶的凝固與生長情形可以從圖1-8得知，就是形成結晶核後，會以結晶核為中心慢慢生長增大。 特別注意圖1-8(a)之晶核具有方向性，長軸的方向代表晶粒較易結晶固化的軸向。首先長出樹枝狀結晶，然後各原子漸次排滿在剩餘的空間。 由熔液內的各處所生的各個結晶，最後互相接觸使全部的熔液凝固完成，各個結晶的最後接觸面就是晶界。 1-4 金屬的凝固與變態 1-4 金屬的凝固與變態 1-9 晶界處原子受兩方影響以致排列混亂，無一定軸向，如圖1-9所示。 能量很高，是許多冶金現象─如再結晶、金屬間化合物及異相析出，甚至腐蝕發生之處。而且晶界會阻礙滑動面移動，故有阻止變形的能力。 所以晶粒愈小則晶界愈多，其強度(抵抗變形之能力)愈大。 1-4 金屬的凝固與變態 1-4 金屬的凝固與變態 1-10 當α-Fe升溫到912℃時，由於鐵的原子排列將由原子堆積密度較低的BCC結構轉變成為密度較高的FCC結構(γ-Fe)，因此如圖1-10所見，總長度在相變態時反而有縮小的現象。 當再升溫到1400℃時，鐵的結構將由FCC結構高密度的γ-Fe再變態成為較低密度的BCC結構(δ-Fe)，其長度又會有大量的增加。 1-4 金屬的凝固與變態 1-4 金屬的凝固與變態 1-11 置換型固溶體：如圖1-11(a)所示，置換型固溶體之溶質原子將溶劑原子自其固有的結晶格子上置換下來。 這種固溶體常發生於溶質原子與溶劑原子大小相似的合金系。 部分的合金是屬於此型，如Cu-Ni合金、Cu-Mn合金、Al-Be合金、Al-Mg合金、Co-Ni合金等。 1-4 金屬的凝固與變態 插入型固溶體：如圖1-11(b)、(c)、(d)所示，插入型固溶體乃溶質原子插入溶劑晶格間隙所形成之固溶體。 這種固溶體常發生於