機(jī)械工程材料全冊配套最完整精品課件2

1、l一、材料和材料科學(xué)一、材料和材料科學(xué)l二、工程材料的分類二、工程材料的分類l三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展l四、機(jī)械工程材料課程的性質(zhì)和任務(wù)四、機(jī)械工程材料課程的性質(zhì)和任務(wù)l五、成績計算五、成績計算l一、材料和材料科學(xué)一、材料和材料科學(xué)l1、材料、材料材料是指人類用以制造材料是指人類用以制造各種有用器件的物質(zhì)。各種有用器件的物質(zhì)。材料是人類生產(chǎn)和生活材料是人類生產(chǎn)和生活所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。手手錘錘銼刀銼刀國產(chǎn)渦噴國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動機(jī)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)石器石器鐵器鐵器 象形尊象形尊( (西周西周) )l石器時代石器時代l青銅器時代青銅器時代l鐵器時代鐵器時代

2、由于材料的重要性，由于材料的重要性，歷史學(xué)家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代。歷史學(xué)家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代。材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進(jìn)步的標(biāo)志。材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進(jìn)步的標(biāo)志。材料的發(fā)展與人類社會簡圖材料的發(fā)展與人類社會簡圖龍芯龍芯聯(lián)想計算機(jī)聯(lián)想計算機(jī)l沒有半導(dǎo)體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前沒有半導(dǎo)體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計算機(jī)技術(shù)。的計算機(jī)技術(shù)。沒有高溫高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料，就不可能有今天的航?jīng)]有高溫高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料，就不可能有今天的航空工業(yè)和宇航工業(yè)。空工業(yè)和宇航工業(yè)。在航天飛機(jī)表面裝陶瓷防護(hù)瓦片在航天飛機(jī)表面裝陶瓷防護(hù)瓦片飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片

3、飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片波音客機(jī)波音客機(jī)沒有低消耗的光導(dǎo)纖維，也就沒有現(xiàn)代的光纖通訊。沒有低消耗的光導(dǎo)纖維，也就沒有現(xiàn)代的光纖通訊。二十世紀(jì)七十年代，人們把材料與能源和信息并列，二十世紀(jì)七十年代，人們把材料與能源和信息并列，稱作現(xiàn)代文明的三大支柱之一。稱作現(xiàn)代文明的三大支柱之一。中華民族在人類歷史上為材料的發(fā)展和應(yīng)用作出中華民族在人類歷史上為材料的發(fā)展和應(yīng)用作出過重大貢獻(xiàn)。過重大貢獻(xiàn)。l早在公元前早在公元前6000 5000年的新石器時代，年的新石器時代，中華民族的先人就能中華民族的先人就能用黏土燒制成陶器，用黏土燒制成陶器，到東漢時期又出現(xiàn)了到東漢時期又出現(xiàn)了瓷器，并流傳海外。瓷器，并流傳海外。 40

4、00年前的夏朝我們的祖先已經(jīng)能夠煉銅，到殷、商年前的夏朝我們的祖先已經(jīng)能夠煉銅，到殷、商時期，我國的青銅冶煉和鑄造技術(shù)已達(dá)到很高水平。時期，我國的青銅冶煉和鑄造技術(shù)已達(dá)到很高水平。司母戊鼎司母戊鼎河南安陽晚商遺址出土河南安陽晚商遺址出土青銅鑄造青銅鑄造高高133厘米厘米 重重875kg飾紋優(yōu)美飾紋優(yōu)美春秋晚期越國青銅兵器春秋晚期越國青銅兵器出土于湖北江陵楚墓出土于湖北江陵楚墓 長長55.7厘米厘米 劍鍔鋒芒犀利劍鍔鋒芒犀利鋒能割斷頭發(fā)鋒能割斷頭發(fā) 春秋戰(zhàn)國時代的春秋戰(zhàn)國時代的青銅劍，劍身及青銅劍，劍身及劍鋒由不同成分劍鋒由不同成分的青銅組成，是的青銅組成，是復(fù)合材料很好的復(fù)合材料很好的例子例子

5、梯度材料古已有之梯度材料古已有之這是古代劍刃截面圖這是古代劍刃截面圖l黃石銅礦遺址黃石銅礦遺址l春秋晚期春秋晚期l礦井深達(dá)礦井深達(dá)50m50ml煉銅爐渣多達(dá)煉銅爐渣多達(dá)4040萬噸萬噸l實(shí)屬罕見實(shí)屬罕見 我國從春秋戰(zhàn)國時期便開始大量使用鐵器，明朝科學(xué)我國從春秋戰(zhàn)國時期便開始大量使用鐵器，明朝科學(xué)家宋應(yīng)星在家宋應(yīng)星在天工開物天工開物一書中就記載了古代的滲碳一書中就記載了古代的滲碳熱處理等工藝。這說明早在歐洲工業(yè)革命之前，我國熱處理等工藝。這說明早在歐洲工業(yè)革命之前，我國在金屬材料及熱處在金屬材料及熱處理方面就已經(jīng)有了較高的成就。理方面就已經(jīng)有了較高的成就。生鐵炒熟鐵圖生鐵炒熟鐵圖宋應(yīng)星宋應(yīng)星新中

6、國成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、寶鋼等大型鋼鐵基地。鋼產(chǎn)量新中國成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、寶鋼等大型鋼鐵基地。鋼產(chǎn)量由由49年的年的15.8萬噸上升到萬噸上升到10年的年的6.27億噸。億噸。 鞍鋼攀鋼夜景原子彈、氫原子彈、氫彈的爆炸，彈的爆炸，衛(wèi)星、飛船衛(wèi)星、飛船的上天等都的上天等都說明了我國說明了我國在材料的開在材料的開發(fā)、研究及發(fā)、研究及應(yīng)用等方面應(yīng)用等方面有了飛躍的有了飛躍的發(fā)展。發(fā)展。 中國第一顆人中國第一顆人造衛(wèi)星造衛(wèi)星長征火箭大家族長征火箭大家族中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸l18631863年，光學(xué)顯微鏡首次應(yīng)用年，光學(xué)顯微

7、鏡首次應(yīng)用于金屬研究，誕生了金相學(xué)，使于金屬研究，誕生了金相學(xué)，使人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微觀組織聯(lián)系起來。觀組織聯(lián)系起來。灰鑄鐵的顯微組織灰鑄鐵的顯微組織光學(xué)顯微鏡光學(xué)顯微鏡Pb-Sn共晶組織共晶組織人類對材料的認(rèn)識是逐步深入的。人類對材料的認(rèn)識是逐步深入的。Si表面的重構(gòu)圖象表面的重構(gòu)圖象X-射線衍射儀射線衍射儀1932年發(fā)明了電子年發(fā)明了電子顯微鏡，把人們帶顯微鏡，把人們帶到了微觀世界的更到了微觀世界的更深層次（深層次（10-7m）透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡 掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡 光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下l1934年位錯理論的提年位錯理論的提出，解

8、決了晶體理論出，解決了晶體理論計算強(qiáng)度與實(shí)驗(yàn)測得計算強(qiáng)度與實(shí)驗(yàn)測得的實(shí)際強(qiáng)度之間存在的實(shí)際強(qiáng)度之間存在的巨大差別的矛盾，的巨大差別的矛盾，對于人們認(rèn)識材料的對于人們認(rèn)識材料的力學(xué)性能及設(shè)計高強(qiáng)力學(xué)性能及設(shè)計高強(qiáng)度材料具有劃時代的度材料具有劃時代的意義。意義。 金屬鈦中的位錯金屬鈦中的位錯材料發(fā)展的歷程示意圖材料發(fā)展的歷程示意圖l主要研究內(nèi)容：主要研究內(nèi)容：l 研究材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；研究材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；l 研究材料的形成機(jī)理和制取方法；研究材料的形成機(jī)理和制取方法；l 研究材料物理性能的測試方法和技術(shù)；研究材料物理性能的測試方法和技術(shù)；l 分析材料的損壞機(jī)理；分

9、析材料的損壞機(jī)理；l 研究材料的合理加工方法和最佳使用方案研究材料的合理加工方法和最佳使用方案l材料科學(xué)是以材料為材料科學(xué)是以材料為研究對象的一門科學(xué)。研究對象的一門科學(xué)。挑戰(zhàn)者號爆炸瞬間挑戰(zhàn)者號爆炸瞬間l工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件并主工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件并主要要求力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料。要要求力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料。l按組成與結(jié)合鍵分：按組成與結(jié)合鍵分： l 1、金屬材料、金屬材料l 2、高分子材料、高分子材料l 3、陶瓷材料、陶瓷材料l 4、復(fù)合材料、復(fù)合材料l以金屬鍵結(jié)合為主以金屬鍵結(jié)合為主 l良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金熱性、延展性和金屬光澤屬光澤

10、 l用量最大、應(yīng)用最用量最大、應(yīng)用最廣泛廣泛黑色金屬黑色金屬有色金屬有色金屬輕金屬輕金屬, ,重金屬重金屬, ,貴金屬貴金屬, ,稀有金屬稀有金屬 鐵及鐵合金稱為黑色金屬，即鋼鐵材料，鐵及鐵合金稱為黑色金屬，即鋼鐵材料，1010年其世界年產(chǎn)量已達(dá)年其世界年產(chǎn)量已達(dá)1414億億噸，在機(jī)械產(chǎn)品中的用量已占整個用材的噸，在機(jī)械產(chǎn)品中的用量已占整個用材的60%60%以上。以上。帶材帶材異形材異形材板材板材管材管材陶瓷材料陶瓷材料l以共價鍵和離子鍵以共價鍵和離子鍵為主為主l熔點(diǎn)高、硬度高、熔點(diǎn)高、硬度高、耐腐蝕、脆性大耐腐蝕、脆性大 l分為傳統(tǒng)陶瓷、特分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷種陶瓷和金屬陶瓷三類

11、三類 傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷又稱普通陶瓷，是以天然材料又稱普通陶瓷，是以天然材料( (如黏土、石如黏土、石英、長石等英、長石等) )為原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。為原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。特種陶瓷特種陶瓷又稱精細(xì)陶瓷，是以人工合成材料為原料的又稱精細(xì)陶瓷，是以人工合成材料為原料的陶瓷，常用作工程上的耐熱、耐蝕、耐磨零件。陶瓷，常用作工程上的耐熱、耐蝕、耐磨零件。陶瓷制品陶瓷制品陶瓷發(fā)動機(jī)陶瓷發(fā)動機(jī)l以分子鍵和共價鍵以分子鍵和共價鍵為主為主l塑性、耐蝕性、電塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好，絕緣性、減振性好，密度小密度小 l包括塑料、橡膠及包括塑料、橡膠及合成纖維等合成纖維等 分子鍵分

12、子鍵共價鍵共價鍵高分子材料高分子材料在機(jī)械、電氣、紡織、汽車、飛機(jī)、輪在機(jī)械、電氣、紡織、汽車、飛機(jī)、輪船等制造工業(yè)和化學(xué)、交通運(yùn)輸、航空航天等工業(yè)船等制造工業(yè)和化學(xué)、交通運(yùn)輸、航空航天等工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。中被廣泛應(yīng)用。 烯丙酰氯烯丙酰氯- -苯乙烯苯乙烯l包括：包括：l金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料l陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料l高分子復(fù)合材料高分子復(fù)合材料 l是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料。以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料。玻璃纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料玻璃纖維增強(qiáng)高分子復(fù)合材料l現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)

13、燃燒室現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)燃燒室溫度最高的材料就是通溫度最高的材料就是通過粉末冶金法制備的氧過粉末冶金法制備的氧化物粒子彌散強(qiáng)化的鎳化物粒子彌散強(qiáng)化的鎳基合金復(fù)合材料。很多基合金復(fù)合材料。很多高級游艇、賽艇及體育高級游艇、賽艇及體育器械等是由碳纖維復(fù)合器械等是由碳纖維復(fù)合材料制成的，它們具有材料制成的，它們具有重量輕，彈性好，強(qiáng)度重量輕，彈性好，強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。高等優(yōu)點(diǎn)。 航空發(fā)動機(jī)航空發(fā)動機(jī)三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對材料的要隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對材料的要求越來越苛刻，結(jié)構(gòu)材料向高比強(qiáng)、高剛度、高韌性、求越來越苛刻，結(jié)構(gòu)材料向

14、高比強(qiáng)、高剛度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、抗輻照和多功能的方向發(fā)展。耐高溫、耐腐蝕、抗輻照和多功能的方向發(fā)展。 國產(chǎn)東風(fēng)國產(chǎn)東風(fēng)4D-0088內(nèi)燃機(jī)車內(nèi)燃機(jī)車美國美國F-117隱身飛機(jī)隱身飛機(jī)新材料在不斷地涌現(xiàn)。新材料在不斷地涌現(xiàn)。機(jī)械工業(yè)是材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域。機(jī)械工業(yè)是材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域。l隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品的要求越來越高。隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品的要求越來越高。 l在產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中，會遇到越來越多的材料在產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中，會遇到越來越多的材料及材料加工方面的問題。及材料加工方面的問題。 l要求機(jī)械工程技術(shù)人員掌握必要的材料科學(xué)與材料要求機(jī)械工程技術(shù)人員掌握必要的材料科學(xué)與

15、材料工程知識，具備正確選擇材料和加工方法、合理安工程知識，具備正確選擇材料和加工方法、合理安排加工工藝路線的能力。排加工工藝路線的能力。 鑄造一級渦輪盤鑄造一級渦輪盤四、機(jī)械工程材料課程的性質(zhì)和任務(wù)四、機(jī)械工程材料課程的性質(zhì)和任務(wù)l課程性質(zhì)：課程性質(zhì)：是機(jī)械類和近機(jī)類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課是機(jī)械類和近機(jī)類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課l課程任務(wù)：課程任務(wù)： 了解工程材料的一般知識；了解工程材料的一般知識； 建立化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之建立化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系：間的關(guān)系： 化學(xué)成分化學(xué)成分(成分成分)：組成材料各元素在材料中的組成材料各元素在材料中的濃度。濃度。 組織：組織：

16、用肉眼或借助于不同放大倍數(shù)的顯微鏡用肉眼或借助于不同放大倍數(shù)的顯微鏡所觀察到的金屬內(nèi)部的情景。所觀察到的金屬內(nèi)部的情景。l習(xí)慣上把用肉眼或幾十倍放大鏡觀察到的組織習(xí)慣上把用肉眼或幾十倍放大鏡觀察到的組織稱低倍組織稱低倍組織或或宏觀組織宏觀組織。l放大放大100 2000倍的組織稱倍的組織稱高倍組織高倍組織或或顯微組織顯微組織。l在電子顯微鏡下放大幾千在電子顯微鏡下放大幾千 幾十萬倍的組織稱幾十萬倍的組織稱精細(xì)組織精細(xì)組織或或電鏡組織電鏡組織。鋼錠的宏觀組織鋼錠的宏觀組織顯微組織顯微組織電鏡組織電鏡組織顯微鏡的使用顯微鏡的使用 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：材料中各原材料中各原子的具體組合狀態(tài)。子的具體組合狀態(tài)。

17、一般通過一般通過X-射線衍射線衍射射或或透射電鏡透射電鏡研究。研究。Al的高分辨透射電鏡象的高分辨透射電鏡象純鐵晶體的純鐵晶體的X-射線衍射譜射線衍射譜 了解常用材料的用途了解常用材料的用途和加工工藝。和加工工藝。 初步具備合理選材、初步具備合理選材、正確確定加工方法、正確確定加工方法、妥善安排工藝路線的妥善安排工藝路線的能力。能力。 課程特點(diǎn)：課程特點(diǎn)：基本概念基本概念多，與實(shí)際聯(lián)系緊密，多，與實(shí)際聯(lián)系緊密，是一門應(yīng)用科學(xué)。是一門應(yīng)用科學(xué)。在在Au-Pa薄膜上用薄膜上用AFM探探針的納米雕刻（北大）針的納米雕刻（北大）課程的主要內(nèi)容課程的主要內(nèi)容1.1.金屬學(xué)部分：金屬學(xué)部分：是本書的1-4

18、章為金屬學(xué)基礎(chǔ)知識，主要介紹金屬材料的基本現(xiàn)象、基本概念和材料的組織與性能的變化基本規(guī)律，它是合理選擇、正確使用、以及強(qiáng)化金屬材料的理論基礎(chǔ)。它主要包括金屬材料的結(jié)構(gòu)、結(jié)晶過程、塑性變形、回復(fù)與再結(jié)晶，以及二元合金相圖、鐵碳合金相圖等；這一部分是隨后兩部分的直接基礎(chǔ)。3.3.金屬材料部分：金屬材料部分：是本書的68章，這部分主要結(jié)合金屬學(xué)與熱處理基本知識，較全面地介紹常用金屬材料的牌號、成分、組織與性能特點(diǎn)及用途，為正確選用金屬材料打基礎(chǔ)。它主要包括合金鋼、鑄鐵、有色金屬及合金等。以上三部分是本課程的重點(diǎn)，其中58章更是全書重點(diǎn)。 2.2.熱處理部分：熱處理部分：是本書的第5章，主要包括鋼的熱

19、處理原理與工藝兩方面，本章著重闡述鋼在不同工藝條件下的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，介紹改善與強(qiáng)化鋼的組織與性能的常用熱處理工藝，為合理使用熱處理做準(zhǔn)備。1. 了解和掌握所學(xué)工程材料方面的基本理論和基本知識。2. 了解和掌握各類工程材料的牌號、成分，組織與性能之間的相互關(guān)系及其變化規(guī)律。3. 能正確選擇常用工程材料，合理制訂其生產(chǎn)工藝流程。4.4.非金屬材料部分：非金屬材料部分：是本書的912章，這部分主要包括高分子材料、陶瓷材料和復(fù)合材料，新型材料，由于講課學(xué)時少，只能簡單介紹上述幾類材料的結(jié)構(gòu)、組織與性能特點(diǎn)，為初步了解有關(guān)非金屬材料的基礎(chǔ)知識，打一點(diǎn)基礎(chǔ)。5.5.材料的機(jī)械性能及機(jī)械零件的

20、失效與選材分析部分：材料的機(jī)械性能及機(jī)械零件的失效與選材分析部分：是本書的第13章，主要介紹材料的常用機(jī)械性能指標(biāo)，和機(jī)械零件的失效形式、原因與分析方法，以及選材的原則和典型零件的選材與工藝分析。學(xué)習(xí)目的與要求學(xué)習(xí)目的與要求l使用性能：使用性能：材料在使用過程材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。中所表現(xiàn)的性能。包括包括力學(xué)力學(xué)性能、物理性能性能、物理性能和和化學(xué)性能。化學(xué)性能。l工藝性能：工藝性能：材料在加工過程材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。中所表現(xiàn)的性能。包括包括鑄造、鑄造、鍛壓、焊接、熱處理鍛壓、焊接、熱處理和和切削切削性能等性能等。神舟一號飛船l材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱材料在

21、外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為為變形變形。l外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形彈性變形。l外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形塑性變形。 五萬噸水壓機(jī)五萬噸水壓機(jī)應(yīng)力應(yīng)力 = P/F0應(yīng)變應(yīng)變 = (l-l0)/l0低碳鋼的低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)力- -應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線拉伸試樣拉伸試樣拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī)圓形橫截面標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣圓形橫截面標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣l彈性：彈性：指標(biāo)為彈性極限指標(biāo)為彈性極限 e e，即即材料承受最大彈性變形時材料承受最大彈性變形時的應(yīng)力。的應(yīng)力。l剛度：剛度：材料受力時抵抗彈性材料受力時抵抗彈性變形的能力。變形的能力。指

22、標(biāo)為彈性模指標(biāo)為彈性模量量E E。 ）（MPatgE彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。可以通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。 l強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料在外力作用下材料在外力作用下抵抗變形和破壞的能力。抵抗變形和破壞的能力。 屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度 s：材料發(fā)生微量材料發(fā)生微量塑性變形時的應(yīng)力值。塑性變形時的應(yīng)力值。 條

23、件屈服強(qiáng)度條件屈服強(qiáng)度 0.2：殘余變殘余變形量為形量為0.2%時的應(yīng)力值。時的應(yīng)力值。 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 b：材料斷裂前材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。所承受的最大應(yīng)力值。0.2EbeAABDEEEspCOOCAB 伸長率：伸長率：%100001 lll %100010 FFF 斷面收縮率：斷面收縮率：斷裂后斷裂后拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象l說明：說明：l 用面縮率表示塑性比伸長率更接近真用面縮率表示塑性比伸長率更接近真實(shí)變形。實(shí)變形。l 直徑直徑d0 相同時，相同時，l0 ， 。只有當(dāng)。只有當(dāng)l0/d0 為常數(shù)時，塑性值才有可比性。為常數(shù)時，塑性值才有可比性。l當(dāng)當(dāng)l0=10d0

24、時，伸長率用時，伸長率用 表示；表示；l當(dāng)當(dāng)l0=5d0 時，伸長率用時，伸長率用 5 表示。顯然表示。顯然 5 l 時，無頸縮，為脆性材料表征時，無頸縮，為脆性材料表征 Al AZ 時，無頸縮，為脆性材料表征時，無頸縮，為脆性材料表征 AZ 時，有頸縮，為塑性材料表征時，有頸縮，為塑性材料表征l彈性：彈性：指標(biāo)為彈性極限指標(biāo)為彈性極限，即，即材料承受最大彈性變形時的材料承受最大彈性變形時的應(yīng)力。應(yīng)力。l剛度：剛度：材料受力時抵抗彈性材料受力時抵抗彈性變形的能力。變形的能力。指標(biāo)為彈性模指標(biāo)為彈性模量量E E。 ）（MPatgE 彈性模量的大小主要取決于材料的本性，除隨溫度升彈性模量的大小主要

25、取決于材料的本性，除隨溫度升高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷高而逐漸降低外，其他強(qiáng)化材料的手段如熱處理、冷熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小?？梢酝ㄟ^熱加工、合金化等對彈性模量的影響很小。可以通過增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。增加橫截面積或改變截面形狀來提高零件的剛度。 l材料抵抗表面局部塑性變形材料抵抗表面局部塑性變形的能力。的能力。l布氏硬度布氏硬度HBHB)(2102. 022dDDDPHB 布氏硬度計布氏硬度計l壓頭為鋼球時壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號，布氏硬度用符號HBS表示，適用于表示，適用于布氏硬度值在布氏硬度值在450以下的材料。以下的材料。l壓頭

26、為硬質(zhì)合金球時壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號，用符號HBW表示，適用于布表示，適用于布氏硬度在氏硬度在650以下的材料。以下的材料。l符號符號HBS或或HBW之前的數(shù)字表示之前的數(shù)字表示硬度值硬度值, 符號后面的數(shù)字按順序分符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑別表示球體直徑、載荷及載荷保載荷及載荷保持時間。持時間。如如 120HBS10/1000/30 表表 示直徑為示直徑為10mm的鋼球在的鋼球在1000kgf（9.807kN）載荷）載荷作用下保持作用下保持30s測得的布氏硬度值為測得的布氏硬度值為120。布氏硬度壓痕布氏硬度壓痕l布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測量誤差小

27、，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。還硬的材料。l適于測量適于測量退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼退火、正火、調(diào)質(zhì)鋼, 鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄鐵及有色金屬的硬度。l材料的材料的Rm與與HB之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： 對于低碳鋼對于低碳鋼: Rm(MPa)3.6HB 對于高碳鋼：對于高碳鋼：Rm(MPa)3.4HB 對于鑄鐵：對于鑄鐵： Rm(MPa)1HB或或 Rm(MPa) 0.6(HB-40)HB b(MPa)鋼黃銅球墨鑄鐵l洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號HR表示，表示，HR=k-(h1-h0)/0.002l根據(jù)壓頭類型

28、和主載荷不同，分為九個標(biāo)尺，常用的根據(jù)壓頭類型和主載荷不同，分為九個標(biāo)尺，常用的標(biāo)尺為標(biāo)尺為A、B、C。 h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度計l符號符號HR前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺前面的數(shù)字為硬度值，后面為使用的標(biāo)尺。lHRA用于測量高硬度材料用于測量高硬度材料, 如如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。lHRB用于測量低硬度材料用于測量低硬度材料, 如如有色金屬和退火有色金屬和退火、正火鋼等。正火鋼等。lHRC用于測量中等硬度材料，用于測量中等硬度材料，如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。l洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，

29、操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。壓痕小，適用范圍廣。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：測量結(jié)果分散度大。測量結(jié)果分散度大。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金剛石壓頭金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕維氏硬度計維氏硬度計維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度試驗(yàn)原理維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕l維氏硬度用符號維氏硬度用符號HV表示表示，符號前的數(shù)字為硬度值，符號前的數(shù)字為硬度值，后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。后面的數(shù)字按順序分別表示載荷值及載荷保持時間。l根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法根據(jù)載荷范圍不同，規(guī)定了三種測定方法維氏硬維氏硬度試驗(yàn)度試驗(yàn) 、小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)小負(fù)荷維氏硬度試驗(yàn)、顯微維氏硬度試驗(yàn)顯微維氏硬度試驗(yàn)。l維氏

30、硬度保留了布氏硬度和維氏硬度保留了布氏硬度和 洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)洛氏硬度的優(yōu)點(diǎn)。 小負(fù)荷維氏硬度計小負(fù)荷維氏硬度計顯微維氏硬度計顯微維氏硬度計l是指材料抵抗沖擊載荷是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。作用而不破壞的能力。l指標(biāo)為沖擊指標(biāo)為沖擊韌性值韌性值ak(通通過沖擊實(shí)驗(yàn)過沖擊實(shí)驗(yàn)測得測得)。l材料的沖擊韌性隨溫材料的沖擊韌性隨溫度下降而下降。度下降而下降。在某在某一溫度范圍內(nèi)沖擊韌一溫度范圍內(nèi)沖擊韌性值急劇下降的現(xiàn)象性值急劇下降的現(xiàn)象稱稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變。發(fā)生韌發(fā)生韌脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱脆轉(zhuǎn)變的溫度范圍稱韌脆轉(zhuǎn)變韌脆轉(zhuǎn)變溫度溫度。材料材料的使用溫度應(yīng)高于韌的使用溫度應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度。脆轉(zhuǎn)變

31、溫度。體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。方金屬沒有。建造中的建造中的Titanic 號號TITANIC的沉沒的沉沒與船體材料的質(zhì)量與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān)直接有關(guān)Titanic近代船用鋼板近代船用鋼板l材料在低于材料在低于Re的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。l材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應(yīng)材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應(yīng)力稱為力稱為疲勞極限疲勞極限。用。用 D表示。表示。l鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為107，有色金屬合金為，有色金屬合金為108。疲勞應(yīng)

32、力示意圖疲勞應(yīng)力示意圖疲勞曲線示意圖疲勞曲線示意圖通過通過改善材料的形狀結(jié)構(gòu)改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷減少表面缺陷，提高表面提高表面光潔度光潔度，進(jìn)行表面強(qiáng)化進(jìn)行表面強(qiáng)化等方法可提高材料疲勞抗力。等方法可提高材料疲勞抗力。軸的疲勞斷口軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）疲勞輝紋（掃描電鏡照片）油輪斷裂和北極星導(dǎo)油輪斷裂和北極星導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)殼體爆炸與彈發(fā)動機(jī)殼體爆炸與材料中存在缺陷有關(guān)材料中存在缺陷有關(guān) 1943年年1月美國月美國T-2油輪發(fā)生斷裂油輪發(fā)生斷裂北極星導(dǎo)彈北極星導(dǎo)彈裂紋擴(kuò)展的基本形式裂紋擴(kuò)展的基本形式裂紋擴(kuò)展的基本形式裂紋擴(kuò)展的基本形式斷裂力學(xué)認(rèn)為：材料中存在缺陷是絕對的，常見

33、的缺陷是裂紋。根據(jù)受力情況，裂紋可以分為張開型、滑開型、撕開型三類。在應(yīng)力作用下，裂紋將發(fā)生擴(kuò)展，一旦擴(kuò)展失穩(wěn)，便會發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂。材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展材料抵抗內(nèi)部裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力，稱為斷裂韌性。的能力，稱為斷裂韌性。l描述裂紋尖端附近應(yīng)力場強(qiáng)度的指標(biāo)描述裂紋尖端附近應(yīng)力場強(qiáng)度的指標(biāo):應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子l（對于（對于型裂紋）型裂紋）)/(23/ImMNaYK2/1)( cca CCICaYK )/(23mMN C為斷裂應(yīng)力，為斷裂應(yīng)力，aC為臨界為臨界裂紋半長，單位為裂紋半長，單位為 研究表明，斷裂應(yīng)力 C與裂紋長度2ac之間的關(guān)系為（一）密度：單位體積材料的質(zhì)量。（一）密度：

34、單位體積材料的質(zhì)量。對于運(yùn)動構(gòu)件，材料的密度越小，消耗的能量越少，對于運(yùn)動構(gòu)件，材料的密度越小，消耗的能量越少，效率越高。材料的抗拉強(qiáng)度與密度之比稱為比強(qiáng)度。效率越高。材料的抗拉強(qiáng)度與密度之比稱為比強(qiáng)度。（二）熔點(diǎn)：材料的熔化溫度。（二）熔點(diǎn)：材料的熔化溫度。材料的熔點(diǎn)越高，材料在高溫下保持高強(qiáng)度的能力越強(qiáng)。材料的熔點(diǎn)越高，材料在高溫下保持高強(qiáng)度的能力越強(qiáng)。（三）熱膨脹性：（三）熱膨脹性：大部分固體材料在加熱時都發(fā)生膨脹，材料的熱膨脹性大部分固體材料在加熱時都發(fā)生膨脹，材料的熱膨脹性通常用線膨脹系數(shù)表示。它是指溫度升高通常用線膨脹系數(shù)表示。它是指溫度升高1C時單位長時單位長度材料的伸長量。度材

35、料的伸長量。（四）導(dǎo)熱性：材料的導(dǎo)熱性常用導(dǎo)熱率表示。（四）導(dǎo)熱性：材料的導(dǎo)熱性常用導(dǎo)熱率表示。導(dǎo)熱率是指在單位溫度梯度下，單位時間內(nèi)通過導(dǎo)熱率是指在單位溫度梯度下，單位時間內(nèi)通過垂直于熱流方向單位截面積上的熱流量。垂直于熱流方向單位截面積上的熱流量。（五）導(dǎo)電性：材料的導(dǎo)電性常用電阻率表示。（五）導(dǎo)電性：材料的導(dǎo)電性常用電阻率表示。（六）磁性（六）磁性抗磁性材料：使磁場減弱的材料。抗磁性材料：使磁場減弱的材料。順磁性材料：使磁場略有增強(qiáng)的材料。順磁性材料：使磁場略有增強(qiáng)的材料。鐵磁性材料：使磁場強(qiáng)烈增強(qiáng)的材料。鐵磁性材料：使磁場強(qiáng)烈增強(qiáng)的材料。腐蝕是材料在外部介質(zhì)作用下發(fā)生破壞或變質(zhì)腐蝕是材

36、料在外部介質(zhì)作用下發(fā)生破壞或變質(zhì)的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。（一）耐腐蝕性：材料抵抗各種介質(zhì)腐蝕破壞的能力（一）耐腐蝕性：材料抵抗各種介質(zhì)腐蝕破壞的能力 （二）抗氧化性：材料抵抗高溫氧化的能力。（二）抗氧化性：材料抵抗高溫氧化的能力。鑄造性：指澆注時液體金屬充滿比較復(fù)雜的鑄型并鑄造性：指澆注時液體金屬充滿比較復(fù)雜的鑄型并獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力?？慑懶裕褐附饘俨牧弦子阱憠撼尚偷哪芰??？慑懶裕褐附饘俨牧弦子阱憠撼尚偷哪芰ΑＧ邢骷庸ば裕褐覆牧先菀妆磺邢骷庸こ尚筒⒌玫角邢骷庸ば裕褐覆牧先菀妆磺邢骷庸こ尚筒⒌玫骄_的形狀和高表面光潔度的能力。精確的形狀和高表面光潔度的能力?？珊感裕褐覆牧弦子诒缓附涌?/p>

37、焊性：指材料易于被焊接 到一起并獲得優(yōu)質(zhì)焊到一起并獲得優(yōu)質(zhì)焊縫的能力?？p的能力。桂林電子科技大學(xué)晶體結(jié)構(gòu)原子排列方式與相互作用的結(jié)果 第二章第二章 材料的結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)本章目的金屬合金黃銅奧氏體不銹鋼桂林電子科技大學(xué)l物質(zhì)由原子組成。l原子的結(jié)合方式和排列方式?jīng)Q定了物質(zhì)的性能。l原子、離子、分子之間的原子、離子、分子之間的結(jié)合力稱為結(jié)合力稱為結(jié)合鍵。結(jié)合鍵。l它們的具體組合狀態(tài)稱為它們的具體組合狀態(tài)稱為晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)。一. 金屬原子間的結(jié)合金剛石石墨一、原子的結(jié)合方式一、原子的結(jié)合方式桂林電子科技大學(xué)l 正離子和自由電子之間的正負(fù)電荷產(chǎn)生吸引力而使金屬正離子和自由電子之間的正負(fù)電荷產(chǎn)生吸引力

38、而使金屬 原子結(jié)合。原子結(jié)合。l 金屬特性：金屬特性：導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，塑性，強(qiáng)度導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，塑性，強(qiáng)度，金屬光澤。，金屬光澤。1. 金屬鍵金屬鍵正離子與自由電子之間的吸引力自由自由電子氣電子氣模型模型桂林電子科技大學(xué)l 正負(fù)離子通過靜電引力互相吸引，當(dāng)離子間的引力與斥正負(fù)離子通過靜電引力互相吸引，當(dāng)離子間的引力與斥力相等時便形成穩(wěn)定的離子鍵。力相等時便形成穩(wěn)定的離子鍵。l 特性：特性：離子鍵結(jié)合力大，因而通過離子鍵結(jié)合的材料強(qiáng)離子鍵結(jié)合力大，因而通過離子鍵結(jié)合的材料強(qiáng)度高、硬度高、熔點(diǎn)高、脆性大。度高、硬度高、熔點(diǎn)高、脆性大。2. 離子鍵離子鍵NaCl離子鍵的形成過程離子鍵的形成過程桂林電子科

39、技大學(xué)l 通過共用電子對而形成的結(jié)合鍵。通過共用電子對而形成的結(jié)合鍵。l 特性：特性：強(qiáng)度高、熔點(diǎn)高、脆性大。強(qiáng)度高、熔點(diǎn)高、脆性大。3. 共價鍵共價鍵4. 分子鍵分子鍵l 一個分子的帶正電部分會吸引另一個分子的帶負(fù)電部一個分子的帶正電部分會吸引另一個分子的帶負(fù)電部 分，這種結(jié)合力稱為范德華力或分子鍵。分，這種結(jié)合力稱為范德華力或分子鍵。l 特性：特性：熔點(diǎn)、硬度低，良好的絕緣體。熔點(diǎn)、硬度低，良好的絕緣體。桂林電子科技大學(xué)金屬的結(jié)構(gòu)金屬的結(jié)構(gòu)晶態(tài)晶態(tài)非晶態(tài)非晶態(tài)SiO2的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)l1、晶體與非晶體l晶體是指原子呈規(guī)則排列的固體。常態(tài)下金屬主要以晶體形式存在。晶體具有各向異性。l非晶體是指原

40、子呈無序排列的固體。在一定條件下晶體和非晶體可互相轉(zhuǎn)化。桂林電子科技大學(xué)l 晶格：用假想的直線將原子中心連接起來所形成的三維空間的三維空間格架。格架。直線直線的交點(diǎn)（原的交點(diǎn)（原子中心）稱子中心）稱結(jié)點(diǎn)。結(jié)點(diǎn)。由結(jié)由結(jié)點(diǎn)形成的空點(diǎn)形成的空間點(diǎn)的陣列間點(diǎn)的陣列稱稱空間點(diǎn)陣空間點(diǎn)陣桂林電子科技大學(xué)l 晶胞：能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元。桂林電子科技大學(xué)l 晶系：l根據(jù)晶胞參數(shù)不同，將晶體分為七種晶系。l90%以上的金屬具有立方晶系和六方晶系。l立方晶系：a=b=c，=90l六方晶系：a1=a2=a3 c，=90，=120立方立方六方六方四方四方菱方菱方正交正交單斜單斜三斜三斜l 晶格常數(shù)：

41、晶晶格常數(shù)：晶胞各邊的尺寸胞各邊的尺寸 a a、b b、c c。l各棱間的夾角用各棱間的夾角用 、 、 表示。表示。桂林電子科技大學(xué)l 原子半徑：晶胞中原子密原子半徑：晶胞中原子密度最大方向上相鄰原子間距度最大方向上相鄰原子間距的一半。的一半。l 晶胞原子數(shù)：一個晶胞內(nèi)晶胞原子數(shù)：一個晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。所包含的原子數(shù)目。l 配位數(shù)：晶格中與任一原配位數(shù)：晶格中與任一原子距離最近且相等的原子數(shù)子距離最近且相等的原子數(shù)目。目。l 致密度：晶胞中原子本身致密度：晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)所占的體積百分?jǐn)?shù)。桂林電子科技大學(xué)l晶體中各方位上的原子面稱晶面。l各方向上的原子列稱晶向。l晶面指數(shù)l

42、表示晶面的符號稱晶面指數(shù)。l其確定步驟為：桂林電子科技大學(xué)l 確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，求出所求晶面在三個坐標(biāo)軸上的截距。l 取三個截距值的倒數(shù)并按比例化為最小整數(shù)，加圓括弧，形式為（hkl）。桂林電子科技大學(xué)l 晶向指數(shù)l表示晶向的符號稱晶向指數(shù)。其確定步驟為：桂林電子科技大學(xué)l 確定原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，過原點(diǎn)作所求晶向的平行線。l 求直線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)值并按比例化為最小整數(shù)，加方括弧。形式為uvw。桂林電子科技大學(xué)l(hkl)與uvw分別表示的是一組平行的晶面和晶向。l指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面稱作晶向族或晶面族。分別用和hkl表示。桂林電子科技大學(xué))111()111()111

43、()111(:111)110()011()101()011()101()110(:110)001()010()100(:100 、桂林電子科技大學(xué)（110）（110）（101）（101）（011）（011）XZY桂林電子科技大學(xué)111111111111:111110011101011101110:110001010100:100 、桂林電子科技大學(xué)111111111111XZY桂林電子科技大學(xué)說明： 在立方晶系中，指數(shù)相同的晶面與晶向相互垂直。 遇到負(fù)指數(shù)，“-”號放在該指數(shù)的上方。 晶向具有方向性，晶向具有方向性， 如如110與與110方方 向相反。向相反。XZY(221)221110110

44、桂林電子科技大學(xué)l1、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)l金屬原子是通過正離子與自由電子的相互作用而結(jié)合的，稱為金屬鍵。l金屬原子趨向于緊密排列。價電子云價電子云正離子正離子金屬鍵示意圖金屬鍵示意圖l具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、延展性及金屬光澤。具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、延展性及金屬光澤。l常見純金屬的晶格類型有體心立方常見純金屬的晶格類型有體心立方(bcc)(bcc)、面心立方、面心立方(fcc)(fcc)和和密排六方密排六方(hcp)(hcp)晶格。晶格。桂林電子科技大學(xué)桂林電子科技大學(xué)桂林電子科技大學(xué)桂林電子科技大學(xué)l體心立方晶格原子個數(shù)：原子個數(shù)：2 2配位數(shù)：配位數(shù)： 8 8致密度：致密度：0.680.

45、68常見金屬：常見金屬： -Fe-Fe、CrCr、W W、MoMo、V V、NbNb等等晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：a(a=b=c)ar43 原子半徑：原子半徑：桂林電子科技大學(xué)桂林電子科技大學(xué)桂林電子科技大學(xué)桂林電子科技大學(xué) a42r ：原子半徑原子半徑原子個數(shù)：原子個數(shù)：4 4配位數(shù)：配位數(shù)： 1212致密度：致密度：0.740.74常見金屬：常見金屬： -Fe-Fe、NiNi、AlAl、CuCu、PbPb、AuAu等等晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：al面心立方晶格桂林電子科技大學(xué)桂林電子科技大學(xué)桂林電子科技大學(xué)a21r ：原子半徑原子半徑原子個數(shù)：原子個數(shù)：6 6配位數(shù)：配位數(shù)： 1212致密度：致密度：

46、0.740.74常見金屬：常見金屬： MgMg、ZnZn、 BeBe、CdCd等等晶格常數(shù)：底面邊長晶格常數(shù)：底面邊長 a a 和高和高 c c， c/a=1.633c/a=1.633l密排六方晶格桂林電子科技大學(xué)桂林電子科技大學(xué)l 三種常見晶格的密排面和密排方向l單位面積晶面上的原子數(shù)稱晶面原子密度。l單位長度晶向上的原子數(shù)稱晶向原子密度。l原子密度最大的晶面或晶向稱密排面或密排方向。密排面密排面數(shù)量數(shù)量密排方向密排方向數(shù)量數(shù)量體心立方晶格體心立方晶格11064面心立方晶格面心立方晶格11146密排六方晶格密排六方晶格六方底面六方底面1底面對角線底面對角線3桂林電子科技大學(xué)l三種常見晶格的密

47、排面和密排方向六方底面六方底面底面對角線底面對角線密排六方晶格密排六方晶格面心立方晶格面心立方晶格體心立方晶格體心立方晶格桂林電子科技大學(xué)體心立方體心立方(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桂林電子科技大學(xué)純鐵組織純鐵組織晶粒示意圖晶粒示意圖l 單晶體與多晶體l單晶體：其內(nèi)部晶格方位完全一致的晶體。l多晶體：l晶粒：實(shí)際使用的金屬材料是由許多彼此方位不同、外形不規(guī)則的小晶體組成，這些小晶體稱為晶粒。變形金屬晶粒尺寸約1100m，鑄造金屬可達(dá)幾mm。桂林電子科技大學(xué)l晶粒越細(xì)小，晶界面積越大。l多晶體：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。光學(xué)金相顯示的純鐵晶界光學(xué)金相顯示的純

48、鐵晶界多晶體示意圖多晶體示意圖桂林電子科技大學(xué)l 晶體缺陷l晶格的不完整部位稱晶體缺陷。l實(shí)際金屬中存在著大量的晶體缺陷，按形狀可分三類，即點(diǎn)、線、面缺陷。桂林電子科技大學(xué)l 點(diǎn)缺陷 l空間三維尺寸都很小的缺陷。l空位空位l間隙原子間隙原子l置換原子置換原子桂林電子科技大學(xué)la. 空位：晶格中某些缺排原子的空結(jié)點(diǎn)。lb. 間隙原子：擠進(jìn)晶格間隙中的原子?？梢允腔w金屬原子，也可以是外來原子。體心立方的四面體和八面體間隙體心立方的四面體和八面體間隙桂林電子科技大學(xué)lc. 置換原子：取代原來原子位置的外來原子稱置換原子。l點(diǎn)缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱晶格畸變。從而使強(qiáng)度、硬度提高

49、，塑性、韌性下降?？湛瘴晃婚g隙原間隙原子子小置換原小置換原子子大置換原大置換原子子桂林電子科技大學(xué)桂林電子科技大學(xué)l 線缺陷晶體中的位錯l位錯：晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體發(fā)生局部滑移，滑移面上滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線稱作位錯。分為刃型位錯和螺型位錯。刃型位錯刃型位錯 螺型位錯螺型位錯桂林電子科技大學(xué)刃位錯的形成刃位錯的形成桂林電子科技大學(xué)l刃型位錯：當(dāng)一個完整晶體某晶面以上的某處多出半個原子面，該晶面象刀刃一樣切入晶體，這個多余原子面的邊緣就是刃型位錯。l半原子面在滑移面以上的稱正位錯，用“ ”表示。l半原子面在滑移面以下的稱負(fù)位錯，用“ ”表示。桂林電子科技大學(xué)l位錯密度：單位體積內(nèi)

50、所包含的位錯線總長度。 = S/V(cm/cm3或1/cm2)l金屬的位錯密度為1041012/cm2l位錯對性能的影響：金屬的塑性變形主要由位錯運(yùn)動引起，因此阻礙位錯運(yùn)動是強(qiáng)化金屬的主要途徑。l減少或增加位錯密度都可以提高金屬的強(qiáng)度。金屬晶須金屬晶須退火態(tài)退火態(tài)(105-108/cm2) 加工硬化態(tài)加工硬化態(tài)(1011-1012/cm2) R 桂林電子科技大學(xué)透射電鏡下鈦合金中的位錯線透射電鏡下鈦合金中的位錯線( (黑線黑線) )桂林電子科技大學(xué)l 面缺陷晶界與亞晶界l晶界是不同位向晶粒的過度部位，寬度為510個原子間距，位向差一般為2040。桂林電子科技大學(xué)亞晶粒亞晶粒大角度和小角度晶界大

51、角度和小角度晶界位錯壁位錯壁l亞晶粒是組成晶粒的尺寸很小，位向差也很小的小晶塊。l亞晶粒之間的交界面稱亞晶界。亞晶界也可看作位錯壁。桂林電子科技大學(xué)l晶界的特點(diǎn)：l 原子排列不規(guī)則。l 熔點(diǎn)低。l 耐蝕性差。l 易產(chǎn)生內(nèi)吸附，外來原子易在晶界偏聚。l 阻礙位錯運(yùn)動，是強(qiáng)化部位，因而實(shí)際使用的金屬力求獲得細(xì)晶粒。l 是相變的優(yōu)先形核部位 顯微組織的顯示顯微組織的顯示桂林電子科技大學(xué)l合金是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。l組成合金的元素可以全部是金屬，也可是金屬與非金屬。l組成合金的元素相互作用可形成不同的相。Al-CuAl-Cu兩相合金兩相合金黃銅黃銅桂林電子科技大學(xué)l所謂相是

52、指金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開的均勻組成部分。l顯微組織實(shí)質(zhì)上是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或各晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布的組合。l固態(tài)合金中的相分為固溶體和金屬化合物兩類。單單相相合合金金兩兩相相合合金金桂林電子科技大學(xué)l 固溶體l合金中其結(jié)構(gòu)與組成元素之一的晶體結(jié)構(gòu)相同的固相稱固溶體。習(xí)慣以、表示。與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶劑。其它元素稱溶質(zhì)。l固溶體是合金的重要組成相，實(shí)際合固溶體是合金的重要組成相，實(shí)際合金多是單相固溶體合金或以固溶體為金多是單相固溶體合金或以固溶體為基的合金?；暮辖?。l按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體

53、和間隙固溶體。和間隙固溶體。Cu-Ni置換固溶置換固溶體體Fe-C間隙固溶體間隙固溶體桂林電子科技大學(xué)l 置換固溶體l溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體。l溶質(zhì)原子呈無序分布的稱無序固溶體，呈有序分布的稱有序固溶體。黃銅置換固溶體組織黃銅置換固溶體組織桂林電子科技大學(xué)l 間隙固溶體l溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。l形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金屬元素，如C、N、B等，而溶劑元素一般是過渡族元素。l形成間隙固溶體的一般規(guī)律為r質(zhì)/r劑0.59。l間隙固溶體都是無序固溶體。桂林電子科技大學(xué)l 固溶體的溶解度l溶質(zhì)原子在固溶體中的極限濃度。l溶解度有一定限度的固溶

54、體稱有限固溶體。l組成元素?zé)o限互溶的固溶體稱無限固溶體。l組成元素原子半徑、電化學(xué)特性相近，晶格類型相同的置換固溶體，才有可能形成無限固溶體。 l間隙固溶體都是有限固溶體。Cu-Ni無限固無限固溶體溶體Cu-Zn有限固溶體有限固溶體固溶體固溶體化合物化合物桂林電子科技大學(xué)l 固溶體的性能l隨溶質(zhì)含量增加, 固溶體的強(qiáng)度、硬度增加, 塑性、韌性下降固溶強(qiáng)化。l產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因是溶質(zhì)原子使晶格發(fā)生畸變及對位錯的釘扎作用。與純金屬相比，固溶體的強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性低。但與化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。桂林電子科技大學(xué)金屬化合物l合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同

55、的固相稱金屬化合物。金屬化合物具有較高的熔點(diǎn)、硬度和脆性，并可用分子式表示其組成。鐵碳合金中的鐵碳合金中的Fe3Cl當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時，可提高其強(qiáng)度、物時，可提高其強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但降低硬度和耐磨性，但降低塑性。塑性。l金屬化合物也是合金的金屬化合物也是合金的重要組成相。重要組成相。桂林電子科技大學(xué) 正常價化合物符合正常原子價規(guī)律。如Mg2Si 電子化合物符合電子濃度規(guī)律。如Cu3Sn。 電子濃度為價電子數(shù)與原子數(shù)的比值。 間隙化合物由過渡族元素與C、N、B、H等小原子半徑的非金屬元素組成。Al-Mg-Si合金中的合金中的Mg2SiPbPb基軸承合金中的電基軸承合

56、金中的電子化合物子化合物桂林電子科技大學(xué)la. 間隙相：r非/r金0.59時形 成的具有簡單晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物。如lM4X (Fe4N)、lM2X (Fe2N、 W2C)、lMX (TiC、VC、TiN)等。l間隙相具有金屬特征和極高的硬度及熔點(diǎn)，非常穩(wěn)定。l部分碳化物和所有氮化物屬于間隙相。VC的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)桂林電子科技大學(xué)l如FeB、Fe3C、Cr23C6等。Fe3C稱滲碳體，是鋼中重要組成相，具有復(fù)雜斜方晶格。l化合物也可溶入其它元素原子，形成以化合物為基的固溶體。Fe3C的晶格的晶格高溫合金中的高溫合金中的Cr23C6桂林電子科技大學(xué) 非晶態(tài)金屬具有獨(dú)特的力學(xué)性能和物理、化學(xué)性非晶態(tài)金

57、屬具有獨(dú)特的力學(xué)性能和物理、化學(xué)性能，因而對它的研究也越來越受到重視。非晶態(tài)金能，因而對它的研究也越來越受到重視。非晶態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)相似，原子排列沒有長程屬的結(jié)構(gòu)與液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)相似，原子排列沒有長程的周期性。在非晶態(tài)金屬中，沒有晶界、位錯等晶的周期性。在非晶態(tài)金屬中，沒有晶界、位錯等晶態(tài)金屬所特有的晶體缺陷。態(tài)金屬所特有的晶體缺陷。2.模型模型 非晶態(tài)結(jié)構(gòu)是一種無序結(jié)構(gòu)，但原子排列不像氣體那非晶態(tài)結(jié)構(gòu)是一種無序結(jié)構(gòu)，但原子排列不像氣體那樣完全沒有規(guī)則，而存在短程有序。目前通用的描述非晶樣完全沒有規(guī)則，而存在短程有序。目前通用的描述非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的方法是統(tǒng)計方法，即在非晶態(tài)材料中以任一原

58、子態(tài)結(jié)構(gòu)的方法是統(tǒng)計方法，即在非晶態(tài)材料中以任一原子為中心，在和它相距為為中心，在和它相距為r+drr+dr的球殼中發(fā)現(xiàn)另一個原子的幾的球殼中發(fā)現(xiàn)另一個原子的幾率為：率為：NVg（r）4rdr 關(guān)于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的研究，公認(rèn)的模型是硬球關(guān)于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的研究，公認(rèn)的模型是硬球無規(guī)密堆模型。該模型把原子假設(shè)為不可壓縮的硬無規(guī)密堆模型。該模型把原子假設(shè)為不可壓縮的硬球，均勻、連續(xù)、無規(guī)則地堆積，結(jié)構(gòu)中沒有容納球，均勻、連續(xù)、無規(guī)則地堆積，結(jié)構(gòu)中沒有容納另一硬球的空間。另一硬球的空間。1.描述方描述方法法桂林電子科技大學(xué)陶瓷材料：陶瓷材料：利用氧化物，碳化物，氮化物，硼化物等原料經(jīng)坯料制備，成型和

59、燒結(jié)工藝加工而成。晶相：是陶瓷材料中的主要組成相。1.硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)：硅酸鹽是普通陶瓷的主要組成成分，其晶體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。硅酸鹽晶體的主體是硅氧四面體，如圖所示：硅酸鹽的部分晶體結(jié)構(gòu)示意圖桂林電子科技大學(xué)玻璃相玻璃相：是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的低熔點(diǎn)固體，其作用是充是非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的低熔點(diǎn)固體，其作用是充填晶粒間隙，粘結(jié)晶粒，提高材料致密程度，降低填晶粒間隙，粘結(jié)晶粒，提高材料致密程度，降低燒結(jié)溫度和抑制晶粒長大，但玻璃相的強(qiáng)度低，絕燒結(jié)溫度和抑制晶粒長大，但玻璃相的強(qiáng)度低，絕緣性及熱穩(wěn)定性差。緣性及熱穩(wěn)定性差。氣相：由原料和工藝等因素造成的，在陶瓷中氣相：由原料和工藝等因素造成的，在陶瓷中形成氣孔。氣孔往

60、往會成為裂紋源，使陶瓷的形成氣孔。氣孔往往會成為裂紋源，使陶瓷的強(qiáng)度降低。強(qiáng)度降低。石英的玻璃體示石英的玻璃體示意圖意圖桂林電子科技大學(xué) 高分子材料的結(jié)構(gòu)高分子材料的結(jié)構(gòu)高分子材料：以高分子化合物為主要組分的材料。高分子材料：以高分子化合物為主要組分的材料。高分子化合物是指相對分子質(zhì)量大于高分子化合物是指相對分子質(zhì)量大于10104 4的有機(jī)化合的有機(jī)化合物。物。1.1.高分子化合物的組成高分子化合物的組成 高分子化合物的相對分子質(zhì)量雖然很大，但其高分子化合物的相對分子質(zhì)量雖然很大，但其組成一般都比較簡單，是由簡單的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)組成一般都比較簡單，是由簡單的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成。如聚氯乙烯分子：