工-第1章材料结构与性能.pptVIP

金属的结构与性能;本章内容;学习目标：?? ?? 本章重点掌握金属材料的晶体结构、晶体缺陷和合金的结构，了解金属材料的组织及性能。 ;学习建议： ??? 1．晶体结构部分应弄清三种常见金属的晶体结构及其特点，应充分发挥空间想象力。??? 2．晶面指数及晶向指数的确定在学习时会感到困难。应掌握常见的晶面和晶向的表示方法，需要多练多画。???? ;1.金属的晶体结构;1).晶体 ( crystal ) : 物体内部的原子 ( 或分子 ) 在三维空间中 , 按一定规律作周期性排列的固体。 性质: 固定的熔点; 各向异性等。 例如 , 所有的金属、食盐等。;2）.非晶体 ( non- crystal ) :;1.1 纯金属的晶体结构;晶系与布拉菲点阵;;三种常见的金属晶体结构（B.C.C、F.C.C、H.C.P）;;;二、面心立方晶体结构（face-Centered Cubic） A1 1）具有此结构的典型金属： 铝（Al）、铜（Cu）、铂（Pt）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）、γ-Fe等。 2）主要特征： a=b=c, α＝β＝γ＝90o； 晶胞原子数：8×1/8+6×1/2＝4； 原子半径 致密度 0.74 空隙半径r4=o.225r;r8=0.414r 配位数12 ;;三、密排六方晶体结构（Hexagonal Close－Packed） A3 1）具有此结构的典型金属： 镁（Mg）、镉（Cd）、锌（Zn）、铍（Be）。 2）主要特征： 晶格常数：正六边形边长a，高为c,侧面之间夹角120o， 侧底面间夹角90o。 c/a = 1.633 晶胞原子数：2×1/2+12×1/6+3＝6； 原子半径 致密度 0.74 空隙半径r4=o.225r;r8=0.414r 配位数12 ;;金属晶体中的晶面和晶向;;密排面和密排方向 不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上原子排列方式和排列密度不一样。 在体心立方晶格中，原子密度最大的晶面为{110}, 称为密排面;? ???? 原子密度最大的晶向为111, 称为密排方向。 ???在面心立方晶格中, 密排面为{111}, 密排方向为110。 ;;;金属晶体的特性 (1)? 金属晶体具有确定的熔点 ??? 纯金属进行缓慢加热时, 达到一定的温度, 固态金属会熔化成为液态金属。在熔化过程中, 温度保持不变。其熔化温度(T0)称为熔点。而非晶体材料在加热时, 由固态转变为液态时, 其温度逐渐变化。 ;晶体和非晶体的熔化曲线;金属晶体具有各向异性 ??? 非晶体在各个方向上性能完全相同, 这种性质叫非晶体的各向同性。 ??? 在晶体中, 不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同, 它们之间的结合力的大小也不相同, 因而金属晶体不同方向上的性能不同。这种性质叫做晶体的各向异性。 ;说明; 实际金属中的晶体缺陷 crystal defect 点缺陷 线缺陷 面缺陷 体缺陷;1)点缺陷( point defect );; 2）线缺陷( line defect )----位错( dislocation ) ; 刃型位错示意图１;;;;位错密度ρ＝∑L/V(m-2);3）面缺陷( surface-defect );; 晶界与亚晶界结构示意图;4）体缺陷( body-defect );1.2 合金的晶体结构;一.固溶体 ( solid solution ); 铁素体的晶体结构;a)固溶体的主要类型; ;2.间隙固溶体( interstitial solid solution );固溶体的其它分类方式; 有序固溶体结构示意图;b)固溶体的性能; 溶质原子对晶格畸变影响示意图; 固溶强化是金属强化的一种重要形式。在溶质含量适当时，可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。 例? 纯铜的 σb 为220MPa, 硬度为40HB, 断面收缩率 ψ 为70%。当加入1%镍形成单相固溶体后, 强度升高到390MPa, 硬度升高到70HB, 而断面收缩率仍有50%。所以固溶体的综合机械性能很好, 常常作为结构合金的基体相。固溶体与纯金属相比, 物理性能有较大的变化, 如电阻率上升, 导电率下降, 磁矫顽力增大。 ;二.金属化合物 ( intermetallic compound ); 渗碳体( Fe3C )晶格结构示意图;a) 金属化合物的主要类型;1?? 正常价化合物 ??? 严格遵守化合价规律的化合物称正常价化合物。它们由元素周期表中相距较远、电