金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶(材料第一章)

1、 金屬學部分：金屬學部分：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； 熱處理部分：熱處理部分：主要介紹鋼的熱處理原理與工藝兩方面； 金屬材料部分：金屬材料部分：主要結(jié)合金屬學與熱處理基本知識； 非金屬材料部分：非金屬材料部分：這部分主要包括高分子材料、陶瓷材料和復合材料; 材料的機械性能及機械零件的失效與選材分析部分：材料的機械性能及機械零件的失效與選材分析部分：主要介紹材料的常用機械性能指標，機械零件的失效形式、原因及分析方法；實驗部分實驗部分: (1) 鐵碳合金平衡組織觀察鐵碳合金平衡組織觀察; (2) 二元合金非平衡組織觀二元合金非平衡組織觀察；察；(3) 碳

2、鋼熱處理及硬度。碳鋼熱處理及硬度。組織架構(gòu)組織架構(gòu)總學時：講課總學時：講課28課時課時 + 實驗實驗4課時課時=28課時課時基本要求基本要求1. 什么是工程材料什么是工程材料2022-5-95緒 論2. 工程材料的重要性工程材料的重要性 人類生產(chǎn)、生活的物質(zhì)基礎(chǔ)；人類生產(chǎn)、生活的物質(zhì)基礎(chǔ)； 人類社會文明程度的重要標志之一人類社會文明程度的重要標志之一 ； 當代社會經(jīng)濟的先導，是科技進步的關(guān)鍵當代社會經(jīng)濟的先導，是科技進步的關(guān)鍵； 2022-5-96結(jié) 構(gòu)性 能組 織 材料組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系材料組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系緒 論制備加工工藝 性能分類緒 論強度、硬度、塑性、韌性、蠕變和疲勞 熔點、密度

3、以及電、磁、光和熱 耐腐蝕和抗老化 材料本身所具有的使用特性緒 論液固；流動性鍛、拉、擠、軋、彎 ；延展性;變形抗力,變形開裂傾向可焊性熱誘發(fā)組織轉(zhuǎn)變經(jīng)壓制、燒結(jié)成固體 材料本身所具有的可加工特性緒 論 鑄造緒 論 塑性加工緒 論 熱處理冶煉澆鑄均勻化退火鍛造預備熱處理機械加工最終熱處理精加工穩(wěn)定化處理裝配材料制備和加工工序2. 材料中原子之間的鍵合特點 金屬材料陶瓷材料高分子材料復合材料金屬是具有正的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì), 通常具有良好的導電性、導熱性、延展性、高的密度和高的光澤 金屬材料陶瓷材料高分子材料復合材料金屬和非金屬元素間的化合物。具有很高的強度和硬度，較低的導電、導熱性，延性、成型

4、性及耐沖擊性都很差。極好的耐高溫和耐腐蝕特性,還有一些獨特的光學、電學。金屬材料陶瓷材料高分子材料復合材料非金屬元素構(gòu)成的大分子材料。每個大分子由許多結(jié)構(gòu)相同的單元相互連接而成。具有較高的強度、良好的塑性、較強的耐腐蝕性、絕緣性和低密度等優(yōu)良性能。 金屬材料陶瓷材料高分子材料復合材料由兩種或兩種以上材料組成，其性能是單一的組成材料所不具備的。一般具有非同尋常的剛度、強度、高溫性能和耐蝕性。第二章第二章 金屬材料組織與性能的控制金屬材料組織與性能的控制 第一章第一章 材料的結(jié)構(gòu)與性能材料的結(jié)構(gòu)與性能 金金錳錳鋁合金鋁合金銅銅鈦合金鈦合金不銹鋼不銹鋼基本概念基本概念 金屬材料：金屬材料：由金屬元素

5、或以金屬元素為主形成的具有的一類材料。1-1 材料的鍵合方式材料的鍵合方式金屬鍵金屬鍵金屬的特征?；金屬的特征金屬的特征金屬鍵模型示意圖舉例： (鎂) Mg: 1s22s22p6 3s2 (鋁) Al: 1s22s22p6 3s23p1 (鍺) Ge: 1s22s22p6 3s3p3d10 金屬原子外層電子排布金屬原子外層電子排布最外層的電子數(shù)(價電子)很少，一般為12個，不超過3個 物質(zhì)由原子組成。原子的結(jié)物質(zhì)由原子組成。原子的結(jié)合方式和排列方式?jīng)Q定了物合方式和排列方式?jīng)Q定了物質(zhì)的性能。質(zhì)的性能。 原子、離子、分子之間的結(jié)原子、離子、分子之間的結(jié)合力稱為合力稱為結(jié)合鍵結(jié)合鍵。它們的具。它們的

6、具體組合狀態(tài)稱為體組合狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。C601-2 晶體結(jié)構(gòu)常識晶體結(jié)構(gòu)常識l1、晶體與非晶體、晶體與非晶體l晶體晶體是指原子呈規(guī)則排列的固體。是指原子呈規(guī)則排列的固體。常態(tài)下金屬主常態(tài)下金屬主要以晶體形式存在。要以晶體形式存在。晶體具有各向異性晶體具有各向異性。l非晶體非晶體是指原子呈無序排列的固體。是指原子呈無序排列的固體。在一定條件在一定條件下晶體和非晶體可互相轉(zhuǎn)化。下晶體和非晶體可互相轉(zhuǎn)化。l 晶格：晶格：用假想的直線將原子中心連接起來所形成用假想的直線將原子中心連接起來所形成的三維空間格架。的三維空間格架。直線的交點（原子直線的交點（原子中心）稱結(jié)點。中心）稱結(jié)點。由由結(jié)點形成的空

7、間點結(jié)點形成的空間點的陣列稱空間點陣的陣列稱空間點陣(晶格晶格)l 晶胞：晶胞：能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元。能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元。l 晶系：晶系：l根據(jù)晶胞參數(shù)不同，將晶體分為七種晶系。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。以上的金屬具有立方晶系和六方晶系。l立方晶系：立方晶系：a=b=c， = = =90 l六方晶系六方晶系：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)：晶格常數(shù)：晶晶胞各邊的尺寸胞各邊的尺寸 a、b、c。l各棱間的夾角用各棱間的夾角用

8、 、 、 表示。表示。l 原子半徑：原子半徑：晶胞中晶胞中原子密度最大方向上相原子密度最大方向上相鄰原子間距的一半。鄰原子間距的一半。l 晶胞原子數(shù)：晶胞原子數(shù)：一個晶胞內(nèi)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)：配位數(shù)：晶格中與任一晶格中與任一原子距離最近且相等的原子原子距離最近且相等的原子數(shù)目。數(shù)目。l* 致密度致密度：晶胞中原子本晶胞中原子本身所占的體積百分數(shù)。身所占的體積百分數(shù)。l晶體中各方位上的晶體中各方位上的原子面稱原子面稱晶面。晶面。l各方向上的原子列各方向上的原子列稱稱晶向。晶向。l晶面指數(shù)晶面指數(shù)l表示晶面的符號稱表示晶面的符號稱晶面指數(shù)晶面指數(shù)。l其確定步

9、驟為：其確定步驟為：l 確定原點，建立坐標系，求出所求晶面在三個確定原點，建立坐標系，求出所求晶面在三個坐標軸上的截距。坐標軸上的截距。l 取三個截距值的倒數(shù)并按比例化為最小整數(shù)，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（加圓括弧，形式為（hkl）。）。l例一例一.求截距為求截距為 、1、 晶面的指晶面的指數(shù)數(shù) 截距值取倒截距值取倒數(shù)為數(shù)為0、1、0，加圓括弧得（，加圓括弧得（010）l例二例二.求截距為求截距為2、3、 晶面的指晶面的指數(shù)數(shù) 取倒數(shù)為取倒數(shù)為1/2、1/3 、 0, 化為最小整數(shù)加圓括弧化為最小整數(shù)加圓括弧得（得（320）l例三例三.畫出（畫出（112）晶面）

10、晶面 取三指數(shù)的倒數(shù)取三指數(shù)的倒數(shù)1、1、1/2, 化成化成最小整數(shù)為最小整數(shù)為2、2、1，即為，即為X、Y、Z三坐標軸上的截距三坐標軸上的截距l(xiāng) 晶向指數(shù)晶向指數(shù)l表示晶面的符號稱晶面指數(shù)。表示晶面的符號稱晶面指數(shù)。其確定步驟為：其確定步驟為：l 確定原點，確定原點，建立坐標系，建立坐標系，過原點作所求過原點作所求晶向的平行線。晶向的平行線。l 求直線上任求直線上任一點的坐標值一點的坐標值并按比例化為并按比例化為最小整數(shù)，加最小整數(shù)，加方括弧。形式方括弧。形式為為uvw。2022-5-933l例一、例一、已知某過原點晶向上一點的坐標為已知某過原點晶向上一點的坐標為1、1.5、2，求該直線的晶

11、向指數(shù)。，求該直線的晶向指數(shù)。l將三坐標值化為最小整數(shù)加方括弧得將三坐標值化為最小整數(shù)加方括弧得234。l例二、例二、已知晶向指已知晶向指數(shù)為數(shù)為110, 畫出該畫出該晶向。晶向。l找出找出1、1、0坐標點坐標點,連接原點與該點的連接原點與該點的直線即所求晶向。直線即所求晶向。110234（110）（110）（101）（101）（011）（011）XZYl1、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)、純金屬的晶體結(jié)構(gòu)l金屬原子是通過正離子與自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，由電子的相互作用而結(jié)合的，稱為稱為金屬鍵金屬鍵。l金屬原子趨向于緊密排列。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

12、屬鍵示意圖金屬鍵示意圖l具有良好的導熱性、導電性、延展性及金屬光澤。具有良好的導熱性、導電性、延展性及金屬光澤。l常見純金屬的晶格類型有常見純金屬的晶格類型有體心立方體心立方(bcc)、面心立方面心立方(fcc)和和密排六方密排六方(hcp)晶格。晶格。1-3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與性能金屬的晶體結(jié)構(gòu)與性能 原子半徑：原子半徑：是利用晶格常數(shù)，算出晶胞中兩相切原子間距離的一半； 單位晶胞原子數(shù)：單位晶胞原子數(shù)：一個晶胞所含的原子數(shù)目； 配位數(shù)：配位數(shù)：是晶體結(jié)構(gòu)中任何一原子周圍最近鄰且等距離的原子數(shù)目，配位數(shù)越大，原子排列的越緊密； 致密度：致密度：是單位晶胞中原子所占體積與晶胞體積之比，其表達式為

13、 K=nv/V；K-致密度；n-單位晶胞原子數(shù)，v-每個原子的體積，V-晶胞體積，致密度越大，原子排列越緊密; 間隙半徑：間隙半徑：指晶格空隙中能容納的最大球體半徑。因為相同尺寸的原子，既使按最緊密方式排也會存在空隙；描述金屬晶體結(jié)構(gòu)的一些重要參數(shù)描述金屬晶體結(jié)構(gòu)的一些重要參數(shù) 體心立方晶格體心立方晶格(bcc)體心立方晶格體心立方晶格體心立方晶格的參數(shù)體心立方晶格的參數(shù)l體心立方晶格體心立方晶格原子個數(shù)：原子個數(shù)：2配位數(shù)：配位數(shù)： 8致密度：致密度：0.68常見金屬：常見金屬： -Fe、Cr、W、Mo、V、Nb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： 面心立方

14、晶格面心立方晶格(fcc)面心立方晶格面心立方晶格面心立方晶格的參數(shù)面心立方晶格的參數(shù) a42r ：原子半徑原子半徑原子個數(shù)：原子個數(shù)：4配位數(shù)：配位數(shù)： 12致密度：致密度：0.74常見金屬：常見金屬： -Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等等晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：al面心立方晶格面心立方晶格 密排六方晶格密排六方晶格密排六方晶格的參數(shù)密排六方晶格的參數(shù)*a21r ：原子半徑原子半徑原子個數(shù)：原子個數(shù)：6配位數(shù)：配位數(shù)： 12致密度：致密度：0.74常見金屬：常見金屬： Mg、Zn、 Be、Cd等等晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：底面邊長底面邊長 a 和高和高 c， c/a=1.633l密排六方晶格密排六

15、方晶格(hcp)l 三種常見晶格的密排面和密排方向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)稱單位面積晶面上的原子數(shù)稱晶面原子密度晶面原子密度。l單位長度晶向上的原子數(shù)稱單位長度晶向上的原子數(shù)稱晶向原子密度晶向原子密度。l原子密度最大的晶面或晶向稱原子密度最大的晶面或晶向稱密排面密排面或或密排方向密排方向。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3三種常見晶格的密三種常見晶格的密排面和密排方向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

16、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l四、晶體的各向異性四、晶體的各向異性 由于晶體中不同晶面和晶向上的原子密度由于晶體中不同晶面和晶向上的原子密度不同，因而晶體在不同方向上的性能便有所差不同，因而晶體在不同方向上的性能便有所差異，這叫異，這叫晶體的各向異性晶體的各向異性。l變形金屬晶粒尺寸約變形金屬晶粒尺寸約1100 m，鑄造金屬可達幾鑄造金屬可達幾mm。純鐵組織純鐵組織晶粒示意圖晶粒示意圖l一、一、多晶體結(jié)構(gòu)多晶體結(jié)構(gòu)l單晶體：單晶體：其內(nèi)部晶格方位完其內(nèi)部晶格方位完全一致的晶體

17、。全一致的晶體。l晶粒：晶粒：實際使用的金屬材料實際使用的金屬材料是由許多彼此方位不同、外是由許多彼此方位不同、外形不規(guī)則的小晶體組成，這形不規(guī)則的小晶體組成，這些小晶體稱為些小晶體稱為晶粒晶粒。鉛錠宏觀組織鉛錠宏觀組織l晶粒越細小，晶界面積越大。晶粒越細小，晶界面積越大。l多晶體：多晶體：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。光學金相顯示的純鐵晶界光學金相顯示的純鐵晶界多晶體示意圖多晶體示意圖l二、二、 晶體缺陷晶體缺陷l晶格的不完整部位晶格的不完整部位稱稱晶體缺陷晶體缺陷。l實際金屬中存在著實際金屬中存在著大量的晶體缺陷，大量的晶體缺陷，按形狀可分三類，按形狀可分三類，即即點點、

18、線線、面面缺陷。缺陷。l 點缺陷點缺陷 l空間三維尺寸都很空間三維尺寸都很小的缺陷。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la. 空位：空位：晶格中某些晶格中某些缺排原子的空結(jié)點。缺排原子的空結(jié)點。lb. 間隙原子：間隙原子：擠進晶擠進晶格間隙中的原子。格間隙中的原子。可可以是基體金屬原子，以是基體金屬原子，也可以是外來原子。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lc. 置換原子：置換原子：取代原來原子位置的外來原取代原來原子位置的外來原子稱置換原子。子稱置換原子。l點缺陷破壞了原子的平衡狀點缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲，稱態(tài)，

19、使晶格發(fā)生扭曲，稱晶晶空位空位間隙原子間隙原子小置換原子小置換原子大置換原子大置換原子格畸變格畸變。從而使強度、硬度提高，塑性、韌性下降。從而使強度、硬度提高，塑性、韌性下降?？瘴缓烷g隙原子引起的晶格畸變空位和間隙原子引起的晶格畸變l 線缺陷線缺陷晶體中的位錯晶體中的位錯l位錯：位錯：晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體發(fā)生局部晶格中一部分晶體相對于另一部分晶體發(fā)生局部滑移，滑移面上已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線稱作滑移，滑移面上已滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線稱作位錯位錯。刃型位錯：刃型位錯：當一個完整晶體某晶面以上的某處多出半個原子面，該當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

20、入晶體，這個多余原子面的邊緣就是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刃型位錯。l位錯密度：位錯密度：單位體積內(nèi)所包單位體積內(nèi)所包含的位錯線總長度。含的位錯線總長度。 = S/V(cm/cm3或或1/cm2)l金屬的位錯密度為金屬的位錯密度為1041012/cm2l位錯對性能的影響位錯對性能的影響：金屬的金屬的塑性變形主要由位錯運動引塑性變形主要由位錯運動引起，因此阻礙位錯運動是強起，因此阻礙位錯運動是強化金屬的主要途徑?；饘俚闹饕緩健減少或增加位錯密度都可以減少或增加位錯密度都可以提高金屬的強度。提高金屬的強度。金屬晶須金屬晶須退火態(tài)退火態(tài)(105-108/cm2)

21、加工硬化態(tài)加工硬化態(tài)(1011-1012/cm2) 電子顯微鏡下的位錯觀察電子顯微鏡下的位錯觀察 面缺陷面缺陷晶界與亞晶界晶界與亞晶界晶界是不同位向晶粒的過度部位晶界是不同位向晶粒的過度部位，寬度為，寬度為510個原子間距，位向個原子間距，位向差一般為差一般為2040。亞晶粒亞晶粒是晶粒內(nèi)部的尺寸很小是晶粒內(nèi)部的尺寸很小,位向差也很小位向差也很小(10 2 )的小晶塊。的小晶塊。亞晶粒之間的交界面稱亞晶粒之間的交界面稱亞晶界亞晶界。亞晶界也可看作位錯壁。亞晶界也可看作位錯壁。晶界示意圖亞晶界示意圖亞晶組織l晶界的特點：晶界的特點： 原子排列不規(guī)則原子排列不規(guī)則。 熔點低熔點低。 耐蝕性差耐蝕性

22、差。 易產(chǎn)生內(nèi)吸附易產(chǎn)生內(nèi)吸附，外來原子，外來原子易在晶界偏聚。易在晶界偏聚。 阻礙位錯運動阻礙位錯運動，是強化部，是強化部位，因而實際使用的金屬位，因而實際使用的金屬力求獲得細晶粒。力求獲得細晶粒。 是相變的優(yōu)先形核部位是相變的優(yōu)先形核部位 顯微組織的顯示顯微組織的顯示l合金合金是指由兩種或兩種以是指由兩種或兩種以上元素組成的具有金屬特上元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。性的物質(zhì)。l組成合金的元素可以全部組成合金的元素可以全部是金屬，也可是金屬與非是金屬，也可是金屬與非金屬。金屬。l組成合金的元素相互作用組成合金的元素相互作用可形成不同的可形成不同的相相。Al-Cu兩相合金兩相合金黃銅黃銅l相相

23、:是指金屬或合金中凡成是指金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開的均其它部分有界面分開的均勻組成部分。勻組成部分。l顯微組織顯微組織:是指在顯微鏡下是指在顯微鏡下觀察到的金屬中各相或各觀察到的金屬中各相或各晶粒的晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小形態(tài)、數(shù)量、大小和分布和分布的組合。的組合。l固態(tài)合金中的相分為固態(tài)合金中的相分為固溶固溶體體和和金屬化合物金屬化合物兩類。兩類。單相單相合金合金兩相兩相合金合金一、一、 固溶體固溶體合金中其結(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 相稱相稱固溶體固溶體。習慣以習慣以 、 、 表示。表

24、示。l與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶溶劑劑。其它元素稱。其它元素稱溶質(zhì)溶質(zhì)。l固溶體是合金的重要組成相固溶體是合金的重要組成相，實，實際合金多是單相固溶體合金或以際合金多是單相固溶體合金或以固溶體為基的合金。固溶體為基的合金。l按溶質(zhì)原子所處位置分為按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固置換固溶體溶體和和間隙固溶體間隙固溶體。Cu-Ni置換固溶體置換固溶體Fe-C間隙固溶體間隙固溶體l 置換固溶體置換固溶體l溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點位置所形成的固溶體。溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點位置所形成的固溶體。l溶質(zhì)原子呈無序分布的稱溶質(zhì)原子呈無序分布的稱無序固溶體，無序固溶體，呈有序分

25、布的呈有序分布的稱稱有序固溶體。有序固溶體。黃銅置換固溶體組織黃銅置換固溶體組織l 間隙固溶體間隙固溶體l溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。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形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金金 屬元素，如屬元素，如C、N、B等，而溶劑元素一般等，而溶劑元素一般是過渡族元素。是過渡族元素。l形成間隙固溶體的一形成間隙固溶體的一般規(guī)律為般規(guī)律為r質(zhì)質(zhì)/r劑劑0.59。l間隙固溶體都是無序間隙固溶體都是無序固溶體。固溶體。l 固溶體的溶解度固溶體的溶解度l溶質(zhì)原子在固溶體中的極限濃度。溶質(zhì)原子在固溶體中的極限濃度。l

26、溶解度有一定限度的固溶體稱溶解度有一定限度的固溶體稱有有限固溶體限固溶體。l組成元素無限互溶的固溶體稱組成元素無限互溶的固溶體稱無無限固溶體限固溶體。l組成元素原子半徑、電化學特性組成元素原子半徑、電化學特性相近，晶格類型相同的置換固溶相近，晶格類型相同的置換固溶體，才有可能形成無限固溶體。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。間隙固溶體都是有限固溶體。Cu-Ni無限固溶體無限固溶體Cu-Zn有限固溶體有限固溶體固溶體固溶體化合物化合物l 固溶體的性能固溶體的性能l隨溶質(zhì)含量增加隨溶質(zhì)含量增加, 固溶體的強度固溶體的強度、硬度增加硬度增加, 塑塑性、韌性下降性、韌性下降固溶

27、強化固溶強化。l產(chǎn)生固溶強化的原因是溶質(zhì)原子使產(chǎn)生固溶強化的原因是溶質(zhì)原子使晶格發(fā)生畸晶格發(fā)生畸變變及對位錯的及對位錯的釘扎作用釘扎作用。l與純金屬相比，固溶體的強度、硬度高，塑性、韌與純金屬相比，固溶體的強度、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。和韌性則要高得多。金屬化合物金屬化合物l合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同且合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同且具有金屬特性的固相稱具有金屬特性的固相稱金屬化合物金屬化合物。金屬化合物具有金屬化合物具有較高的熔點、硬度和脆性較高的熔點、硬度和脆性

28、，并，并可用分子式表示可用分子式表示其組成。其組成。鐵碳合金中的鐵碳合金中的Fe3Cl當合金中出現(xiàn)金屬化當合金中出現(xiàn)金屬化合物時，可提高其強合物時，可提高其強度、硬度和耐磨性，度、硬度和耐磨性，但降低塑性、韌性。但降低塑性、韌性。l金屬化合物也是合金金屬化合物也是合金的重要組成相。的重要組成相。* 正常價化合物正常價化合物符合正符合正常原子價規(guī)律。如常原子價規(guī)律。如Mg2Si* 電子化合物電子化合物符合電子符合電子濃度規(guī)律。如濃度規(guī)律。如Cu3Sn。 電子濃度電子濃度為價電子數(shù)與原為價電子數(shù)與原子數(shù)的比值。子數(shù)的比值。 間隙化合物間隙化合物由過渡族元由過渡族元素與素與C、N、B、等小原子等小原

29、子半徑的非金屬元素組成。半徑的非金屬元素組成。Al-Mg-Si合金中的合金中的Mg2SiPbPb基軸承合金中的電子化合物基軸承合金中的電子化合物la. 間隙相：間隙相：r非非/r金金 0.59時形時形 成的具有簡單晶格結(jié)構(gòu)的間成的具有簡單晶格結(jié)構(gòu)的間隙化合物。隙化合物。如如lM4X (Fe4N)、lM2X (Fe2N、 W2C)、lMX (TiC、VC、TiN)等。等。l間隙相具有間隙相具有金屬特征和極高金屬特征和極高的硬度及熔點，非常穩(wěn)定的硬度及熔點，非常穩(wěn)定。l部分碳化物和所有氮化物屬部分碳化物和所有氮化物屬于間隙相。于間隙相。VC的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)l如如FeB、Fe3C、Cr23C6等。等。F

30、e3C稱稱滲碳體，滲碳體，是鋼中重要組成相，是鋼中重要組成相，具有復雜斜方晶格具有復雜斜方晶格。l化合物也可溶入其它元素原子，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。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Cr23C6l使用性能：使用性能：材料在使用過程中所表現(xiàn)的性能。包括力學性能、物理性能和化學性能。l工藝性能：工藝性能：材料在加工過程中所表現(xiàn)的性能。包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理和切削性能等。l金屬材料的力學性能是指在承受各種外加載荷（金屬材料的力學性能是指在承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等）拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、

31、交變應(yīng)力等）時，對變形與斷裂的抵抗能力及發(fā)生變形的能力時，對變形與斷裂的抵抗能力及發(fā)生變形的能力。l常用的力學性能有：強度、剛度、彈性、塑性、硬度、沖擊韌性及疲勞極限等。l硬度：硬度：材料抵抗表面局部塑性變形的能力。材料抵抗表面局部塑性變形的能力。（一）布氏硬度（一）布氏硬度（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度布氏硬度試驗是指用一定直徑的 硬質(zhì)合金球以相應(yīng)的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，用測量的表面壓痕直徑計算硬度的一種壓痕硬度試驗。 測量比較軟的材料。測量比較軟的材料。測量范圍測量范圍 650650HBW的金的金屬材料。屬材料。3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點2. 應(yīng)用應(yīng)用 壓痕大，測量準確，壓

32、痕大，測量準確，但不能測量成品件。但不能測量成品件。（二）洛氏硬度（二）洛氏硬度加初載荷加初載荷加主載荷加主載荷卸除主載荷卸除主載荷讀硬度值讀硬度值2. 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍20671500N120金剛石圓錐體HRC251001000N1.588mm鋼球HRB7085600N120金剛石圓錐體HRA常用洛氏硬度標度的試驗范圍常用洛氏硬度標度的試驗范圍優(yōu)點：操作簡便、迅速，效率優(yōu)點：操作簡便、迅速，效率 高，可直接測量成品件高，可直接測量成品件 及高硬度及高硬度 的材料。的材料。3. 優(yōu)缺點優(yōu)缺點缺點：壓痕小，測量不準確，缺點：壓痕小，測量不準確， 需多次測量。需多次測量。 常見的強度形式有抗拉強度、抗壓強度、抗彎強常見的強度形式有抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗扭強度、抗剪強度等。一般以抗拉強度作為判度、抗扭強度、抗剪強度等。一般以抗拉強度作為判別金屬強度指標。別金屬強度指標。l強度強度:指金屬材料在靜載荷的作用下抵抗變形和斷指金屬材料在靜載荷的作用下抵抗變形和斷裂的能力裂的能力 。一般鋼材的屈服強度在。一般鋼材的屈服強度在2001000MPa 之間。之間。2、材料的拉伸曲線、材料的拉伸曲線1 1、o