金属材料的基础知识课件.pptVIP

2025-6-21*裂紋在外力作用下擴展的形式可分為三類，如圖1-12所示。這三種類型的脆性破壞，以張開型又稱為I型的擴展斷裂較為常見，且在外力作用下也較為危險，故近期大量研究的是I型這種裂紋的擴展及破壞。2025-6-21*2.斷裂韌性的評定金屬材料的斷裂韌性是材料固有的性能，也是通過一定的實驗方法測定出來的。由於驗的方法不同，裂紋在外力作用下失穩擴展、脆性斷裂的形式也不同，目前常用的斷裂韌性計算公式為：2025-6-21*脆斷應力也和裂紋形狀及加力方式有關，即：構件中的裂紋越長（a越大），則裂紋前端應力集中越大，使裂紋擴展的外加應力，即脆斷應力越小，即：當a和Y已知時，可根據一定的實驗方法測出脆斷應力代入上式，即可計算出k1C值顯然，材料的k1C值越高，則材料阻止裂紋擴展的能力越強。因此，k1C是材料抵抗裂紋失穩擴展能力的指標，是材料抵抗低應力脆斷的韌性參數。斷裂韌性在電廠金屬材料中有相當重要的作用。由於電廠的大型、重要構件，如鍋爐汽包，氣輪機轉子、主軸、葉片等，是在高溫及複雜的應力狀態下運行的，對於這些在特殊狀態下工作的金屬材料斷裂韌性的研究，就顯的更加必要。2025-6-21*一、金屬鍵與晶體結構金屬原子的結構特點是：價電子數目較少（1~3個），電子層數較多，原子核對價電子的引力較弱，價電子極易脫離原子核形成自由電子，金屬原子成為正離子，如圖1-13所示。自由電子在正離子之間做高速運動，形成帶負電的電子氣。金屬原子間這種正離子與自由電子的電性引力結合，稱為金屬鍵。第二節金屬的晶體結構與結晶2025-6-21*金屬鍵與非金屬原子間的結合鍵（離子鍵和共價鍵）不同。金屬離子間的鍵合力很大，且由大量原子結合成整體金屬，故金屬的強度高：自由電子在電場力作用下作定向運動，使金屬具有導電性；金屬離子周圍的鍵是等價的、對稱的，因而金屬原子在空間的位置必須有規則地排列且勢能最低，即呈晶體結構。金屬離子在平衡位置上作高速振動，溫度越高，振幅越大。金屬的這種結構決定了其具有優良的導熱性。2025-6-21*取晶格中一個最基本的幾何單元來表明原子排列的規律性，這個最小的幾何單元，稱為“晶胞”。顯然，金屬的結構是由大量晶胞在空間堆垛形成。晶胞各邊的長度a，b，c稱為“晶格常數”，其大小是以?為單位來度量。金屬材料通常都是晶體，為了便於分析晶體中原子的排列規律，通常用假想的線條將各原子中心連接起來，使之構成一個空間格架，這種三維的空間格架，稱作“晶格”.2025-6-21*常見的晶體結構有三種，即體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。2025-6-21*（一）體心立方晶格（二）面心立方晶格（三）密排六方晶格2025-6-21*二、晶面、晶向與晶格緻密度為了研究方便，可以把金屬原子看成球形，並且人為規定與鄰近的原子是相切的，並將球的半徑規定為原子半徑。圖1-18是體心立方晶格中的原子半徑與晶格常數的關係圖。2025-6-21*三、單晶體與多晶體如果依晶格中晶胞的長、寬、高取坐標系X、Y、Z，將座標原點選在一個頂角原子上，晶格就有了方位和方向，稱為位向。在單晶體中晶格的位向是一致的。金屬的單晶體很小，約在10-1-10-3cm數量級。金屬總是以多晶體的形式存在，所以往往看不到金屬的單晶體，金屬單晶體的各向異性也被抵消了。圖1-21為多晶體示意圖。在自然界中，常常可以看到食鹽，方解石的單晶體。2025-6-21*2025-6-21*四、晶體的缺陷金屬晶體的缺陷依照其幾何形狀，分為點缺陷、線缺陷和麵缺陷。（一）點缺陷

點缺陷是指晶格中三維尺寸都較小的點狀缺陷，主要包括晶格空位、間隙原子和異質原子。圖1-23為空位和間隙原子，空位指晶格中某些結點處沒有原子，而間隙原子指晶格間隙中出現多餘原子。產生空位和間隙原子的主要原因是由於原子熱運動使其逃離晶體結點位置或轉移到晶格間隙中。圖1-24為異質原子，一般是其他金屬或非金屬原子置換原晶格中原子或存在原晶格間隙中。空位、間隙原子和異質原子缺陷均會引起晶格局部變形，即晶格畸變。晶格畸變引起能量升高，使金屬的強度、硬度和電阻升高。2025-6-21*2025-6-21*（二）線缺陷線缺陷又稱位錯，是指晶體中一列或若干列原子發生有規律的錯排現象。位錯有兩種類型，最簡單的是刃形位錯.位錯的存在對金屬的性能有很大影響，隨著位錯數目的增加，金屬強度先降低後增加，所以金屬晶體中不含位錯或含有大量位錯均能使強度提高。2025-6-21*（三）面缺陷

面缺陷是晶體中二維尺寸較大，一維尺寸較小的呈面狀分佈的缺陷，