第一章金属的结构与结晶.ppt

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1、工程材料学绪论工程材料按其性能特点分为：结构材料和功能材料按化学材料分类法对工程材料进行分类工程材料金属材料陶瓷材料高分子材料复合材料黑色金属材料有色金属材料氧化物陶瓷非氧化物陶瓷塑料橡胶合成纤维金属基复合材料陶瓷基复合材料树脂基复合材料铸铁钢面向二十一世纪，新材料的发展趋势如下：1、继续重视高性能的新型金属材料；2、结构材料趋向于复合化；3、低维材料正在扩大应用；4、非晶（亚稳态）材料日益受到重视；5、功能材料迅速发展；6、特殊条件下应用的材料；7、材料的设计及选用计算机化。本课程的内容有金属学热处理学金属材料三方面组成，基本要求如下：1、在金属学方面：了解金属和合

2、金的组织结构、结晶过程、塑性变形与再结晶以及二元合金的基本理论2、在热处理方面：了解钢材的热处理基本原理和工艺，以及热处理工艺在零件加工过程中的地位和作用，以便能根据零件的技术条件正确选定热处理工艺方法，合理按排工艺路线。3、在金属材料方面掌握常用的碳钢、合金钢、铝合金、铜合金、轴承合金等金属材料的成分组织性能和用途的基本知识，以便合理选用金属材料。第一章金属的结构与结晶一、概念晶体—其原子呈规则排列的物体。晶格（点阵）—把表示晶体中原子排列形式的空间子。晶胞—组成晶格的这种最基本的几何单元。（二）面心立方晶格（共有14个原子）其晶胞是由八个原子构成的立方体，但在其立

3、方体的每一面的中心还有一个原子。具有这种晶格的金属有：铝、铜、镍、铅等。二、三种常见的金属晶格（一）体心立方晶格（共有9个原子）具有这种晶格的金属有：铁、铬、钼、钨、钒等。其晶胞是由八个原子构成的立方体，并在其立方体的体积中心还有一个原子。（三）密排六方晶格（共有17个原子）其晶胞中十二个金属原子分布在六方体的十二个角上，在上下底面的中心各分布一个原子，上下底面之间均匀分布三个原子。如图1-4所示。具有这种晶格的金属有铍（Be）、镁（Mg）、锌（Zn）、镉（Cd）等。三、金属的实际结构和晶体缺陷（一）概念：1、单晶体—晶体的内部晶格位向完全一致。2、晶粒—外形不规则的

4、小晶体。3、多晶体—由多晶粒组成的晶体结构。4、晶界—晶粒与晶粒之间的接触界面。如图1-8、1-9所示。5、亚晶（嵌镶块）—在晶格位向上彼此有微小差别的晶内小区域（二）晶格缺陷（3）面缺陷—二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。四、金属的结晶按其几何形式的特点可分为三类：（1）点缺陷—在三维尺度上都很小的，不超过几个原子直径的缺陷。最常见的点缺陷是晶格空位和间隙原子。（2）线缺陷—二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷（位错）。凝固—一切物质从液态到固态的转变过程。结晶—通过凝固能形成晶体结构。结晶过程—金属从液态转变为固态（晶态）的过程。一次结晶—把金属从液态转变为固体晶

5、态的过程。图1-4液体和晶体在不同温度下的自由能变化T0二次结晶（或重结晶）—把金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程。T1T11、纯金属结晶的条件自由能—物质中能够自动向外界释放出多余的或能够对外作功的这一部分能量。液态金属要结晶必须过冷。过冷是指液态金属实际冷却到结晶温度以下而暂不结晶的现象。它表明金属在液态和固态之间存在一个自由能差。这个能量差就是促使液体结晶的动力。2、纯金属的结晶过程一、晶核的形成和成长过程二、影响晶核的形成和成长速率的因素（1）过冷度（2）未熔杂质的影响五、金属铸锭的组织