《材料成型技术与基础》全套PPT电子课件教案-第01章 材料原子（分子）的相互作用.ppt

绪论,材料与成形技术的经济地位 材料的发展史:石器时代、青铜器时代、铁器时代 材料的分类:金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料 材料的应用 :人造卫星天线、隐形飞机、磁性材料、 本课程在人才培养中的地位和作用 是机械类专业的一门重要的技术基础课 是机械设计的重要基础之一 在机械制造中占有重要地位 本课程的内容和要求 内容和要求:基本原理、基本知识、工程应用（及三者之间 的关系） 特点: 内容多、广而浅、够用为度 方法：前后贯通、灵活应用,基本原理,第一章工程材料的结构与性能,基本知识,1.各类工程材料(金属材料、工程陶瓷材料、高分子材料、复合 材料)的特点及应用. 2.材料改性工艺的特点及应用(热处理工艺、表面改性). 3.各种成形工艺的特点及应用(液态成形技术、固态成形技术 和连接技术).主要以金属材料的铸造、塑性加工及焊接工艺 为主. 4.零件材料的质量控制(质量检验标准、检验项目及方法). 5.新材料的发展及现代改性与成形工艺的进展.,第一章工程材料的结构与性能,工程应用,1.掌握工程材料和成形工艺的合理选用. 2.合理安排材料改性与成形工艺在流程中的位置. 3.掌握成形零件的结构工艺性. 4.掌握材料及其加工中图样和技术条件的标注方法. 5.了解材料质量检验方法与分析方法. 6.具有对工程材料及改性与成形的工艺的分析能力.,第一章工程材料的结构与性能,车床,齿轮,火箭,球形容器,第一章工程材料的结构与性能,1.1材料原子的相互作用 1.2晶体材料的原子排列 1.3非晶态材料中的原子排列 1.4合金的晶体结构 1.5高聚物的结构 1.6陶瓷的结构 1.7工程材料的性能 本章小结,1.1材料原子的相互作用,第一章工程材料的结构与性能,离子键 共价键 金属键 分子键,原子结合键类型,1.2晶体材料的原子排列,1.2.1理想晶体结构 1).晶格 2).常见的金属晶体结构 3).晶面和晶向的表示方法 1.2.2实际晶体结构 1).单晶体与多晶体 2).晶体缺陷,第一章工程材料的结构与性能,1.2.1理想晶体结构,第一章工程材料的结构与性能,2).常见的金属晶体结构,第一章工程材料的结构与性能,体心立方晶格 面心立方晶格 密排六方晶格,1.2晶体材料的原子排列,1.2.1理想晶体结构 1).晶格 2).常见的金属晶体结构 3).晶面和晶向的表示方法 1.2.2实际晶体结构 1).单晶体与多晶体 2).晶体缺陷,第一章工程材料的结构与性能,晶面和晶向的表示方法分别采用晶面指数 (hkl)和晶向指数uvw形式（以立方晶系为例）。,3).晶面和晶向的表示方法,第一章工程材料的结构与性能,晶向指数（hkl)的确定方法,晶面,第一章工程材料的结构与性能,以晶胞的某一阵点为原点，三个基矢 为坐标轴，并以点阵基矢的长度作为三 个坐标的单位长度； 过原点作一直线op，使其平行于待 标志的晶向ab,这一直线必定会通过 某些阵点； 在直线op上选取距原点o最近的一个阵 点p，确定p点的坐标值； 将此值乘以最小公倍数化为最小整数u、 v、w,加上方括号，uvw即为ab的晶向指数。,晶面指数的确定方法,第一章工程材料的结构与性能,在点阵中设置参考坐标系，方法与确定晶 向指数时相同，但不能将坐标原点选在待 确定指数的晶面上； 以点阵基矢的长度为单位，量出待定晶面 在各坐标轴上的截距； 取三个截距的倒数，并以最小 公倍数乘这三个倒数，得到三个 最小的整数h、k、l; 将求得的h、 k、 l用圆括号括 起来，（hkl)即为该晶面的晶面 指数。,单晶体的各向异性,单晶体中不同晶面和晶向上的原子排列方式和密度不同，因而，在不同的晶面和晶向上的各种性能也不同，这种现象称为各向异性。,第一章工程材料的结构与性能,1.2.2实际晶体结构,第一章工程材料的结构与性能,2).晶体缺陷种类,第一章工程材料的结构与性能,亚晶界,第一章工程材料的结构与性能,材料强度与位错密度的关系,晶体缺陷的影响,晶体缺陷,晶体缺陷的出现,将使其周围的晶格产生畸变,而晶格畸变使材料的强度、硬度等力学性能和电阻率、耐蚀性等物理及化学性能发生改变。,第一章工程材料的结构与性能,1.3非晶态材料中的原子排列,1.3.1短程有序 1.3.2亚稳态性,熔体、晶体、非晶体的能量关系,第一章工程材料的结构与性能,1.4.1合金的相结构、组织及其关系 1.4.2固溶体 1.4.3金属间化合物 1.4.4合金性能,1.4合金的晶体结构,第一章工程材料的结构与性能,1.4.2固溶体,第一章工程材料的结构与性能,1.4.3金属间化合物,1)正常价化合物 2)电子化合物 3)间隙化合物 1.4.4合金性能 1)固溶体与固溶强化 2)化合物与第二相强化,第一章工程材料的结构与性能,1.5高聚物的结构,高聚物又称高分子化合物,通常由一种或几种简单的低分子化合物聚合而成。高聚物的分子量很大，一般在104107的范围内。 高聚物的结构主要是指大分子链的结构，即大分子链的形态、和大分子的聚集态结构。 1.5.1大分子链的结构 1.5.2高聚物的聚集态结构,第一章工程材料的结构与性能,1.5.1大分子链的结构,大分子链的结构包括大分子结构单元的化学组成、键接方式、空间构型等。 1)结构单元的化学组成：由c、h、n、o、si等元素构成。其中碳原子之间以共价键结合的碳链高分子是最重要的高聚物。 2)结构单元的键接方式和链的构型（头_尾连接、头_头连接、尾_尾连接等连接方式；空间构型有全同立构、间同立构和无规立构 3)大分子链的形态： （大分子链的几何形态、大分子链的构象及柔顺性）,第一章工程材料的结构与性能,大分子链的几何形态,第一章工程材料的结构与性能,大分子链的构象及柔顺性,单键内旋转示意图,第一章工程材料的结构与性能,1.5.2高聚物的聚集态结构,第一章工程材料的结构与性能,1.6陶瓷的结构,陶瓷的基本相结构主要有:晶相、玻璃相、气相等。其组织示意图见下图 陶瓷的性能主要取决于晶相。陶 瓷中的晶相主要有硅酸盐、氧化物、 非氧化物。,第一章工程材料的结构与性能,相,1.7工程材料的性能,第一章工程材料的结构与性能,1.7.1工程材料的力学性能 1. 强度 2. 塑性 3. 硬度 4. 冲击韧性 5. 断裂韧性 6. 耐磨性 7.粘弹性 1.7.2工程材料的物理性能 1.7.3工程材料的化学性能 1.7.4工程材料的工艺性能,拉伸实验,现在播放录象，请同学把视频放大。,1.强度,第一章工程材料的结构与性能,1)静载时的强度 (1) 弹性和刚度 (2) 屈服点 (3) 抗拉强度 2)变载时的强度 3)高温强度,e,p,变载时的强度,第一章工程材料的结构与性能,金属疲劳强度与抗拉强度间的关系: 碳素钢: -1(0.40.5) b; 灰铸铁: -1 0.4 b; 有色金属:-1(0.30.4) b,第一章工程材料的结构与性能,2.塑性,材料在外力的作用下,产生塑性变形而不断裂的性能称为 塑性。其大小用伸长率和断面收缩率来表示。,3.硬度,第一章工程材料的结构与性能,硬度,第一章工程材料的结构与性能,布氏硬度用hb表示:当试验压力的单位为kgf时,当试验压力的单位为牛顿(n)时,低碳钢:b=3.53hb,高碳钢: b=3.33hb,合金调质钢: b=3.19hb 灰铸铁: b=0.98hb,退火铝合金: b=4.70hb,硬度,第一章工程材料的结构与性能,布氏硬度,洛氏硬度,4.冲击韧性,第一章工程材料的结构与性能,温度对冲击韧性的影响,第一章工程材料的结构与性能,多次冲击试验原理图,第一章工程材料的结构与性能,5.断裂韧性,第一章工程材料的结构与性能,6.耐磨性,第一章工程材料的结构与性能,7.粘弹性,第一章工程材料的结构与性能,1.7.2工程材料的物理性能材料,第一章工程材料的结构与性能,1.电性能 (1)导电性能 (2)介电性能 2.磁性能 3.光学性能 4.热性能,（1）导电性能,第一章工程材料的结构与性能,定义:导电性能是指材料传导电流的能力。用电导 率表示，（电阻率的倒数1/），单位为cm-1。 材料的超导性,（2）介电性能,第一章工程材料的结构与性能,1）材料在电场中的极化 2）介电常数和介电强度： 介电常数k是材料的电容率与真空电容率的比值 （k=/0）。 介电强度是极板间介电体可保持不被击穿的最大电 场强度，它决定了电容c和电荷量q的上限。 3）压电现象和电致伸缩现象 4）电铁现象,2.磁性能,磁导率为磁场强度与磁 感应强度的比值(=b/h). 相对磁导率r= / 0 (2)抗磁性、顺磁性、铁磁性、 反铁磁性、亚铁磁性 (3)磁畴结构,第一章工程材料的结构与性能,3.光学性能,第一章工程材料的结构与性能,(1)连续光谱和特征谱线 (2)材料与光子的交互作用,4.热性能,第一章工程材料的结构与性能,(1)热容: 摩尔热容是将1mol材料的温度升高1k所需要的能量。 比热容是指将单位质量的材料的温度升高1k所需要的能量。 其与摩尔热容之间的关系是： 比容c=摩尔热容/摩尔质量 (2)热膨胀系数： 线膨胀系数是指每升高1k单位长度上的变化量。 l=1t (3)热导率： 热导率是材料传导热量速率的量度，单位为w/（mk）,1.7.3工