工程材料基础教学课件作者张文灼赵振学主编第2章金属学基础知识课件.ppt

第二章 金属学基础知识 纯金属的晶体结构 金属的结晶 合金的晶体结构 金属的冷塑性变形 金属的热塑性变形 晶体与非晶体 案例 合金的晶体结构 一、合金基本概念 二、合金相结构 固溶体 分类 金属化合物 一、单晶体塑性变形 二、多晶体塑性变形 四、回复与再结晶 金属热塑性变形 热加工影响 置换固溶体 间隙固溶体 分类 合金各组元的原子按一定的整数比化合而成的一种新相 性能特点 熔点高、硬度高、脆性大 影 响 强度、硬度和耐磨性提高，塑性和韧性降低 机械混合物 混合物中的各组成相既不溶解，也不化合 具有更高的综合性能 金属的冷塑性变形 基本概念 塑性 塑性成形 塑性成形的目的—— 常用塑性成形方法 ——材料在外力作用下发生永久变形又不破坏其完整性的能力 ——材料在外力作用下，利用自身的塑性而使其加工成 具有一定形状、尺寸及力学性能的工件的加工方法 改变形状、尺寸 改善组织及性能 轧制 挤压 拉拔 锻压 冲压 滑移：晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生滑动 变形过程复杂 晶粒位向的影响 晶界的影响 晶粒大小的影响 产生内应力 出现竹节现象 强度提高，塑性韧性得到改善 纤维组织的形成 晶粒内产生亚结构 形成形变织构 产生残余应力 产生加工硬化 三、金属冷塑性变形对组织和性能的影响 冷塑性变形是金属在再结晶温度以下的塑性变形 回复 纤维组织，残余应力显著下降 塑性提高 再结晶 获得了新的等轴晶粒， 消除了冷加工纤维组织、 加工硬化和残余应力 晶粒长大 晶粒粗化、力学性能变坏 《工程材料基础》张文灼赵振学主编 晶体：固态下分子或原子呈规则排列的聚集状态 特征：整齐规则的几何外形 固定熔点 你是否可以列举生活中的晶体呢？ 盐、味精、砂糖、碱 牙齿、骨骼 泥土、砂石 金属制品 松香、琥珀、玻璃 非晶体 辨别：X技术进行结构分析 晶胞常数：a、b、c、α、β、γ 晶格常数：a、b、c 简单立方晶胞： a＝b＝c α＝β＝γ＝90℃ 晶体 晶格（空间格架） 晶胞 一、晶体结构 纯金属的晶体结构 取向相同的晶胞构成晶粒 纯金属的晶体结构 二、典型晶格类型 体心立方晶格 （bcc） 面心立方晶格 （fcc） 密排六方晶格 （hcp） 金属中常见晶格类型的基本参数 晶格类型 体心立方（bcc） 面心立方（fcc） 密排六方（hcp） 晶胞结构 晶胞常数 晶胞内原子数 原子半径 致密度 配位数 典型金属 a＝b＝c α＝β＝γ＝90℃ a＝b＝c α＝β＝γ＝90℃ a＝b c/a＝1.633 α＝β＝90 ℃ γ＝120℃ 0.68 0.74 0.74 8 12 12 α-Fe、Mo、W、V、Cr、β-Ti γ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag Mg、Zn、Be、Ca、α-Ti 反映原子排列紧密程度 三、单晶体的各向异性 纯金属的晶体结构 晶面 {100} {110} {111} bcc fcc 晶向 100 110 111 bcc fcc 结论： 同一晶格内不同晶面（晶向)上原子分布不同 不同晶格类型、同一名称晶面（晶向）上原子分布不同 每一晶面（晶向）对应一晶面族（晶向族），其面间距（原子排列紧密程度）不同 ∴ 单晶体具有各向异性 实际金属多为多晶体 单晶体 多晶体 四、实际金属晶体结构及晶体缺陷 实际金属材料是由许多粒状单晶体组成的——晶粒 晶粒大小（d：平均直径）——晶粒尺寸 每一晶粒内部晶格位向基本一致 每个晶粒有许多亚晶粒组成 实际金属性能是各晶粒性能平均值（各向同性） 纯金属的晶体结构 点缺陷——空位、间隙原子、置代原子 晶体缺陷 物质扩散的原因 特征： ①在位错线方向尺寸大 ②位错线周围产生晶格畸变 金属实际结构及晶体缺陷 刃型位错 螺型位错 线缺陷——位错 晶体中某处有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象 内部滑移造成 面缺陷——晶界、亚晶界 金属实际结构及晶体缺陷 特征： ①属面接触 ②产生晶格畸变 亚晶界 晶界 细化晶粒可增加面缺陷，提高强度 金属实际结构及晶体缺陷 晶界处位错密度高，使其局部σ H 对实际金属来说，晶体缺陷越多（尤其位错） σ H δ（ψ） ak 晶体缺陷对性能的影响 天然钻石和合成钻石部是由碳原子构成的，并且是按照相同的晶体点阵排列，所以它们具有相同的物理性质。仅有的特徵是显微结构和原子尺度的晶体点阵中的不规则性，也就是晶体缺陷。 天然钻石是在地表以下200公里的深度在极端的高温（约15