金属学基础课件.pptx
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1、金属学基础课件2影响材料性能得内部因素影响材料性能得内部因素材料成分材料成分组织结构组织结构使役性能使役性能工艺工艺各种元素含量各种元素含量冶炼、锻造、焊接、热处冶炼、锻造、焊接、热处理、表面处理、形变、等理、表面处理、形变、等等等结合键、晶体结构、组结合键、晶体结构、组织、内部缺陷织、内部缺陷机械机械:强度、韧性等强度、韧性等物理物理:导热、导电等导热、导电等化学化学:耐腐、相容性耐腐、相容性材料成分、组织结构与性能得关系材料成分、组织结构与性能得关系材料成分材料成分组织结构组织结构使役性能使役性能工艺工艺各种元素含量各种元素含量冶炼、锻造、焊接、冶炼、锻造、焊接、热处理、表面处理、热处理、
2、表面处理、形变、等等形变、等等结合键、晶体结构、结合键、晶体结构、组织、内部缺陷组织、内部缺陷机械机械:强度、韧性等强度、韧性等物理物理:导热、导电等导热、导电等化学化学:耐腐、相容性耐腐、相容性金属学金属学研究材料性能研究材料性能与其化学成分、与其化学成分、生产工艺和微生产工艺和微观组织之间关观组织之间关系和变化规律系和变化规律服役性能服役性能制备制备性能性能成分与结构成分与结构影响材料性能得内部因素影响材料性能得内部因素2、1 晶体结构、组织晶体结构、组织1 1、0 0 晶体学基础晶体学基础 (1/2)(1/2)晶体与非晶体晶体与非晶体 通常按原子在物质内部得排列规则性将物质分为晶体与非晶
3、体。通常按原子在物质内部得排列规则性将物质分为晶体与非晶体。晶体晶体晶体就是原子在其内部沿三维空间呈周期性规则排列得一类物质。晶体就是原子在其内部沿三维空间呈周期性规则排列得一类物质。晶体特点晶体特点结构有序结构有序;物理性质表现为各向异性物理性质表现为各向异性;有固定得熔点有固定得熔点;在一定条件下有规则得几何外形。在一定条件下有规则得几何外形。绝大多数得工程材料绝大多数得工程材料金属及其合金金属及其合金天然得岩石、矿物等天然得岩石、矿物等1 1、0 0 晶体学基础晶体学基础(2/2)晶体与非晶体晶体与非晶体 通常按原子在物质内部得排列规则性将物质分为晶体与非晶体。通常按原子在物质内部得排列
4、规则性将物质分为晶体与非晶体。非晶体非晶体非晶体就是原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列得一类物质。非晶体就是原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列得一类物质。非晶体特点非晶体特点:结构无序结构无序;物理性质表现为各向同性物理性质表现为各向同性;没有固定得熔点没有固定得熔点;热导率热导率(导热系数导热系数)与膨胀性小与膨胀性小;在相同应力作用下在相同应力作用下,非晶体得塑性形变大非晶体得塑性形变大;组成非晶体得化学成分变化范围大。组成非晶体得化学成分变化范围大。多数得玻璃与聚合物多数得玻璃与聚合物晶晶态态SiO2得结构得结构纯铁得显微组织纯铁得显微组织晶界、晶粒、取向晶界、晶粒、取向晶体原子
5、排列晶体原子排列空间点阵、晶格空间点阵、晶格晶胞晶胞纯铁金属得晶体结构纯铁金属得晶体结构1 1、1 1 晶体学基本概念晶体学基本概念1.阵点或结点:由晶体中原子抽象而成得几何点;2.平面点阵:阵点在一个平面上规则得排列方式;3.空间点阵:规则分布于三维空间中得阵点所组成得空间图形4.晶格:用一系列平行线将阵点连接起来,构成空间得格架。5.晶胞:表示空间点阵几何规律得基本空间单元,一般取最小平行六面体。6.点阵参数:三条棱边长a、b、c及三个夹角、,只要确定了6个参数,阵点在空间得分布规律就完全确定了。7.晶粒:排列位向相同得无数个晶胞得聚合体称为晶粒。纯金属通常就是由许多取向不同得晶粒组成得,
6、故称为多晶体。8.晶界:多晶体中晶粒之间边界称为晶界。晶格结构相同,仅取向不同得晶粒之间得过渡界面。14种布拉菲点阵与种布拉菲点阵与7个晶系个晶系abca ab bg g90 立方立方 四方四方 三方三方 简单六方简单六方 正交正交 单斜单斜 三斜三斜初基初基底心底心体心体心面心面心 a=b=ca a=b b=g g=90a=bca a=b b=g g=90a=b=ca a=b b=g g90a=b,g g=120a a=b b=90abca a=b b=g g=90abca a=g g=90b b90原子半径原子半径晶胞原子数晶胞原子数配位数配位数(邻位原子数邻位原子数)致密度致密度大家学习
7、辛苦了,还是要坚持继续保持安静继续保持安静1、2 典型金属得晶体结构典型金属得晶体结构晶胞晶胞 空间点阵几何规律得基本空间单元空间点阵几何规律得基本空间单元,一般取最小平行六面体。一般取最小平行六面体。体心立方体心立方(110)面面面心立方面心立方(111)面面密排六方底面密排六方底面1、3 反应堆常用材料结构反应堆常用材料结构Zr:室温为密排六方结构室温为密排六方结构;高温为体心立方高温为体心立方铁素体铁素体:体心立方结构体心立方结构奥氏体奥氏体:面心立方结构面心立方结构1、4 实际金属得晶体结构实际金属得晶体结构l单晶体单晶体l多晶体多晶体l晶粒晶粒l晶界晶界多晶体示意图多晶体示意图光学金
8、相显示的纯铁晶界光学金相显示的纯铁晶界2、2 晶体缺陷晶体缺陷l实际金属中存在实际金属中存在着大量得晶体缺着大量得晶体缺陷陷,按形状可分三按形状可分三类类,点缺陷点缺陷线缺陷线缺陷面缺陷。面缺陷。2、1 点缺陷点缺陷p点缺陷破坏了原子得平衡状态点缺陷破坏了原子得平衡状态,使晶格发生扭曲使晶格发生扭曲;p使强度、硬度提高使强度、硬度提高,塑性、韧性下降。塑性、韧性下降。2 2、2 2位错位错位错位错:晶体中一部分晶体相对另一部分晶体发生了一列或若晶体中一部分晶体相对另一部分晶体发生了一列或若干列原子有规律得错排。干列原子有规律得错排。位错密度可用单位体积中位错线总长度来表示。位错密度可用单位体积
9、中位错线总长度来表示。1.金属得塑性变形主要由位错运动金属得塑性变形主要由位错运动引起引起,阻碍位错运动就是强化金阻碍位错运动就是强化金属得主要途径。属得主要途径。2.减少或增加位错密度都可以提高减少或增加位错密度都可以提高金属得强度。金属得强度。金属晶须金属晶须退火态退火态加工硬化态加工硬化态2、3 面缺陷面缺陷l晶界就是不同位向晶粒得过渡部位晶界就是不同位向晶粒得过渡部位,宽度为宽度为510个原个原子间距。子间距。亚晶粒亚晶粒大角度和小角度晶界大角度和小角度晶界位错壁位错壁l亚晶粒就是组成晶粒得尺寸亚晶粒就是组成晶粒得尺寸很小很小,位向差也很小位向差也很小(小于小于2 )得小晶块。得小晶块
10、。l亚晶粒之间得交界面称亚晶亚晶粒之间得交界面称亚晶界。亚晶界也可瞧作位错壁。界。亚晶界也可瞧作位错壁。l晶界得特点晶界得特点:原子排列不规则。原子排列不规则。熔点低。熔点低。耐蚀性差。耐蚀性差。易产生内吸附易产生内吸附,外来原子外来原子易在晶界偏聚。易在晶界偏聚。阻碍位错运动阻碍位错运动,就是强化就是强化部位部位,因而实际使用得金属因而实际使用得金属力求获得细晶粒。力求获得细晶粒。就是相变得优先形核部就是相变得优先形核部位位 显微组织得显示显微组织得显示2 2、4 4 实际金属晶体中得缺陷实际金属晶体中得缺陷l点缺陷l线缺陷l面缺陷2、3 金属材料得强化机理金属材料得强化机理3、0 金属材料
11、得强化机理l固溶强化l细晶强化l沉淀强化/第二相强化 l相变强化l形变强化3、1 合金得相结构 l合金金属元素与金属或非金属组合而成,具有金属特性,如铜锌合金、钢、铸铁等 l组元组成合金得最基本独立物质,可以就是组成合金得元素,也可以就是稳定得化合物 l相同一聚集态,成分、性能均一,以界面互相分开l实际所使用得大部分金属材料为具有单相或多相得合金。实际所使用得大部分金属材料为具有单相或多相得合金。固溶体固溶体 合金得组元通过溶解形成一种成分及性能均匀得、且结构与组元之一相同得固相合金得组元通过溶解形成一种成分及性能均匀得、且结构与组元之一相同得固相,称为称为固溶体。与固溶体结构相同得组元为溶剂
12、固溶体。与固溶体结构相同得组元为溶剂,另一组元为溶质。另一组元为溶质。p固溶体得分类固溶体得分类 p按溶质原子在溶剂晶格中得位置按溶质原子在溶剂晶格中得位置,固溶体可分为置换固溶体与固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。间隙固溶体两种。p按溶质原子在固体中得溶解度按溶质原子在固体中得溶解度,固溶体可分为有限固溶体与无限固溶体两固溶体可分为有限固溶体与无限固溶体两种。种。p按溶质原子在固溶体内分布就是否有规则按溶质原子在固溶体内分布就是否有规则,固溶体分为有序固溶体与无序固溶体分为有序固溶体与无序固溶体两种。固溶体两种。p固溶体得性能固溶体得性能p固溶体得综合力学性能较好固溶体得综合力学性能较
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