工程材料课件1.ppt

1、第二章材料C60的结构由原子组成。原子的组合和排列决定了物质的性质。原子、离子和分子之间的结合力称为结合键。它们特定的组合状态称为结构。强键：离子键、共价键、金属键、弱键：分子键，2.1材料中的原子键模式，1 .金属键，正离子和自由电子的相互吸引，结合所有金属原子，使金属处于稳定的晶体状态。这种金属原子的结合被称为“金属键”。2，金属特性，(1)良好的导电性和导热性。(2)正电阻温度系数。(3)不透明和金属。(4)延展性(塑性)。金属键的不饱和度和方向性(5)键的结合力很不一样，2.2金属晶体结构，2.2.1晶体结构的基本概念，1。晶体原子在空间中规则排列的固体物质。晶体具有固定的熔点。各向异

2、性的无定形原子无序地堆积在一起。在一定条件下，晶体和无定形可以相互转化。2.金属的晶体结构和性质不仅取决于原子间的键和模式，还与原子在空间中的排列密切相关。晶格：由原子中心和假想直线连接而成的三维空间晶格。(2)晶胞：晶格的最小几何成分，由节点构成的空间点阵列称为空间晶格，直线(原子中心)的交点称为节点，(4)晶面：晶格中由一系列原基组成的平面。(3)晶格常数，边角，边长a，b，c，(5)晶格中的晶体方向：由任意两个原子之间的连线所指向的方向。(6)原子半径：单位晶胞中原子密度最大方向上相邻原子之间距离的一半。(9)密度：单位晶胞中原子的体积百分比。(7)单位晶胞中的原子数量：单位晶胞中包含的

3、原子数量。(8)配位数：晶格中最接近且等于任何原子的原子数。2.2.2典型的金属晶体结构，原子分布在立方晶胞的八个角和立方体的体中心。1，体心立方晶格，(1)晶胞特征参数，a(a=b=c)，=90，(2)晶胞中的原子序数，n=81/81=2，(3)原子半径，-铁、铬、钼、钨、钒等。(4)-铁、铜、镍、铝、银、金等。(2)晶胞的原子序数：4，(3)原子半径，(5)密度：AFP=0.74，(4)配位数：12，(1)晶胞特征参数，a(a=b=c)，=六边形晶格中紧密堆积着分布在六边形晶格的12个角上以及两个底面中心之间三个均匀分布的间隙中的原子。锌、镁、铍、镉等。(1)晶格尺寸，a=bc，=90o，

4、=120oC/a1.633，(5)密度，(2)单元的原子序数，(3)原子半径：r=a/2，n=3 21/2 121/6=6，(4)配位数：12，1，单晶和多晶结构，机械性能：各向同性，(2)多晶晶体由许多具有不同晶格排列方向的晶粒(小晶体)组成。2.2.3典型的金属晶体结构，(3)晶界与晶粒之间的界面，以及亚晶界中子晶粒之间的界面。同一晶粒内具有较小尺寸和较小取向差(1o2o)的小块。(4)微观结构在显微镜下观察到的材料内部微观形态。即颗粒的形状、大小、数量和分布。2、晶格缺陷、点缺陷、线缺陷、表面缺陷、晶格的不完整部分称为晶体缺陷，以及长度、宽度和高度三个方向上尺寸较小的缺陷。(1)点缺陷、

5、其对晶体性质的影响、晶格畸变以及晶格间隙中冗余原子的存在。节点上的原子被异质原子取代。空位出现在正常晶格节点上。空位和间隙原子有利于金属中原子的扩散。位错：晶体中某处有一列或几列原子的规则位错。位错密度：单位体积中包含的位错线的总长度。当一个完整的晶体在某个晶面上有半个原子面时，这个晶面像刀片一样切入晶体，这个额外的原子面的边缘就是边缘位错。位错对性能的影响金属的塑性变形主要是由位错运动引起的，因此阻止位错运动是强化金属的主要途径。降低或增加位错密度可以提高金属的强度。使用具有极低位错密度和极细尺寸的无定形“晶须”丝。冷变形和热处理使位错密度增大(如马氏体相变等)。)，晶界处的亚晶界，对晶体性

6、能的影响，晶界处的晶格畸变，低于晶粒内熔点的能量，腐蚀性差，高温下的强度和硬度较低，这是相变的优先成核点，而常温下较高的强度和硬度阻碍位错运动，这可以提高塑性和韧性。晶粒越细，晶界越多，室温下的强度和塑性越高。2.3合金的相结构，相同的相，其结构不一定相同，其性能也不同，合金是由两种或两种以上的金属或具有金属性质的金属和非金属组成，其成分是合金最基本的独立物质，其成分可以是元素或稳定的化合物，相合金具有相同的化学成分，相同的聚集状态，相同的结构和所有均匀的成分通过界面相互隔开。微观结构由不同数量、形状、大小和分布模式的不同相组成。金属材料的性能由微观结构决定。相的类型有固溶体、金属化合物(中间

7、相)和2.3.1固溶体。合金处于固态，各成分相互溶解形成均相，在某一成分的晶格中含有其他成分。1.固溶体的溶解度：在一定条件下，溶质原子。2.结构特征：晶格结构仍然保持溶剂金属的结构。式(1)固溶体，由固溶体中的溶质原子取代并占据溶剂原子的一些晶格节点位置而形成。形成条件如下：溶质原子和溶剂原子大小相近，类型有：(2)间隙固溶体，由溶质原子溶解在溶剂晶格连接处的空隙中形成，r溶质/r溶剂为0.59，原子半径小于1的非金属元素溶解在过渡金属中，间隙固溶体均为有限固溶体，以及(3)无限固溶体：两种组分以固态无限溶解的固溶体。溶质和溶剂的原子直径和电负性相似。无限固溶体只能是置换固溶体。(4)有限固

8、溶体：组分以固态溶解的固溶体，具有晶格畸变。(4)固溶体和位错运动阻力的特性使金属更难滑移和变形。随着溶质含量的增加，固溶体的强度和硬度增加，塑性和韧性降低，固溶体增强。金属和合金成分的强度和硬度相互作用，具有高熔点、高硬度、脆性和金属特性。1，特性，点阵类型不同于任何一个组件。钢中的Fe3C示例。可以用分子式表示。2.3.2金属化合物。作用，提高合金的强度、硬度、耐磨性和耐热性，但塑性下降。3型、(1)正常价化合物、(2)电子化合物、(3)间隙相和间隙化合物、过渡金属和非金属元素，具有小半径、简单的晶体结构、极高的硬度和熔点以及极大的脆性。是高合金工具钢和硬质合金的重要组成相。合金渗碳体：渗碳体(Fe3C)中的铁原子被锰、铬、钼、钨等原子取代，