《材料分析方法绪论》PPT课件

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1、《材料分析方法》贵州大学材料与冶金学院绪论一、材料的组织结构与性能二、显微组织结构的内容三、材料分析方法的基本原理和分类四、显微组织结构与成分的传统分析测试方法五、显微组织结构与成分的现代分析测试方法六、本课程内容及要求材料科学与工程?是研究有关材料的成分、结构和制造工艺与其性能和使用性能间相互关系的知识及这些知识的应用。材料科学与工程对生产、使用和发展材料具有指导意义。材料科学与工程的四个基本要素：材料的成分和结构、制造工艺、性能、使用性能。一、材料的组织结构与性能1、组织结构与性能的关系结构决定性能。即材料的性能(包括力学性能与物理性能)是由其内部的微

2、观组织结构所决定的。不同种类材料固然具有不同的性能，即使是同一种材料经不同工艺处理后得到不同的组织结构时，则具有不同的性能。（结构是理解和控制性能的中心环节！）2、微观组织结构控制通过一定的方法控制其显微组织形成条件，使其形成预期的组织结构，从而具有所希望的性能。必须具备两个基础条件：①认识了材料的组织结构与性能之间的关系；②认识了显微组织结构形成的条件与过程机理。例如：在加工齿轮时，预先将钢材进行退火处理，使其硬度降低，以满足容易车、铣等加工工艺性能要求；加工好后再进行渗碳淬火处理，使其强度、硬度提高，以满足耐磨损等使用性能要求。二、显微组织结构的内容材

3、料的显微组织结构所涉及的内容大致如下：①显微化学成分(不同相的成分，基体与析出相的成分，偏析等)；②晶体结构与晶体缺陷(面心立方、体心立方、位错、层错等)：③晶粒大小与形态(等轴晶、柱状晶、枝晶等)；④相的成分、结构、形态、含量及分布(球、片、棒、沿晶界聚集或均匀分布等)；⑤界面(表面、相界与晶界)；⑥位向关系(惯习面、孪生面、新相与母相)；⑦夹杂物；⑧内应力(喷丸表面，焊缝热影响区等)。三、材料分析方法的理论依据和分类材料分析方法？是关于材料成分、结构、微观形貌与缺陷等的现代分析、测试技术及其有关理论基础的科学。1、材料分析方法的理论依据除了个别研究手段

4、(如扫描探针显微镜)以外，基本上是利用入射电磁波或物质波(x射线、电子束、可见光等)与材料作用，产生携带样品信息的各种出射电磁波或物质波(x射线、电子束、可见光等)，探测这些出射的信号，进行分析处理，即可获得材料的组织、结构、成分、价键等信息。样品入射信号（X射线、电子、离子、可见光）反射信息（X射线、电子、可见光）透射信息（X射线、电子、可见光）吸收信息（电子）样品特征物理信息示意图2、材料分析方法的分类按用途分为三类：组织形貌分析；物相分析；成分和价键分析。(1)组织形貌分析：借助各种显微技术，认识材料的微观结构。表面形貌分析技术经历了光学显微镜(OM

5、)、电子显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)的发展过程。（2）物相分析物相分析是指利用衍射的方法探测晶格类型和晶胞常数，确定物质的相结构。原理：利用电磁波或运动电子束、中子束等与材料内部规则排列的原子作用产生相干散射，获得材料内部原子排列的信息，从而重组出物质的结构。主要的物相分析手段有三种：x射线衍射(XRD)、电子衍射及中子衍射。（3）成分和价键分析原理：核外电子的能级分布反应了原子的特征信息。利用不同的入射波激发核外电子，使之发生层间跃迁，在此过程中产生元素的特征信息。按照出射信号的不同，成分分析手段可以分为两类：x光谱和电子能谱，出射信号分别

6、是x射线和电子。四、显微组织结构与成分的传统分析测试方法1、光学显微镜优点：①是最常用的也是最简单的观察材料显微组织的工具。②能直观地反映材料样品的微观组织形态(如晶粒大小，珠光体还是马氏体，焊接热影响区的组织形态，铸造组织的晶粒形态等)。缺点：①分辨率低(约200nm)和放大倍率低(约103倍)。只能观察到100nm尺寸级别的组织结构，而对于更小的组织形态与单元(如位错，原子排列等)则无能为力。②只能观察表面形态而不能观察材料内部的组织结构，更不能对所观察的显微组织进行同位微区成分分析。目前,光学显微镜已远远满足不了当前材料研究的需要!2、化学分析分析

7、材料平均化学成分的常规方法：湿化学法和光谱分析法等。优缺点：采用化学分析方法测定钢的成分只能给出一块试样的平均成分(所含每种元素的平均含量)，并可以达到很高的精度，但不能给出所含元素分布情况(如偏析，同一元素在不同相中的含量不同等)。光谱分析给出的结果也是样品的平均成分。材料的整体的成分分析也不能满足材料研究的需要！元素在钢中的分布不是绝对均匀的，即在微观上是不均匀的。由于微区成分的不均匀性造成了微观组织结构的不均匀性，以致带来微观区域性能的不均匀性，这种不均匀性对材料的宏观性能有重要的影响作用。例如在淬火钢中，未溶碳化物附近的高碳区形成硬脆的片状马氏体，

8、而含碳量较低的区域则形成强而韧的板条马氏体。片状马氏体在承载时往往