工程材料及热加工精品课程

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电子教案
 绪论 
 第一章 工程材料的主要性能 
 第二章 金属的晶体结构与结晶 
 第三章 二元合金相图及应用 
 第四章 钢的热处理 
 第五章 常用工程金属材料 
 第六章 非金属材料 
 第七章 工程材料的选择 
 第八章 铸造 
 第九章 锻压 
 第十 章焊接 
 
第二章 金属的晶体结构与结晶
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第二章 金属的 晶体结构与结晶

第一节 纯金属的晶体结构

一、晶体结构的基本知识

1、晶体与非晶体

—— 原子规则排列的集合体

非晶体 —— 原子无规则堆积的集合体

晶体特征:固定的熔点,各向异性

2、格与晶胞

晶格:把晶体中原子看成几何点,用假象的直线连接后得到的三维格架

晶胞:晶格中能全面反映原子排列规律的最小几何单元

3、晶面与晶向

晶格常数:晶胞的棱边长度

晶面:晶格中各方位的原子面

晶向:任意两个原子连线所指的方向

二、常见的晶格类型

晶格类型

晶胞中的原子数

最近原子间距

原子半径

致密度

常见金属

体心立方

2

0.68

α-Fe,Cr,W,V

面心立方

4

0.74

γ-Fe,Cu,Ag,Au

密排六方

6

0.74

Mg,Zn,Cd

第二节纯金属的实际晶体结构

α-Fe  [100]  E=135000N/mm2

      [111] E=290000 N/mm2

实际测定E=210000N/mm2

一、多晶体结构

单晶体:各部分位向完全一致的晶体(各向异性)

多晶体:许多位向不同的单晶体的聚合体(各向同性)

晶粒:多晶体中外形不规则的小晶体

晶界:晶粒之间的界面

二、晶体缺陷

1、点缺陷—— 空位和间隙原子

点缺陷 →导致晶格畸变 →强度↑,硬度↑

空位和间隙原子都处于运动和变化之中,是原子扩散主要方式之一。温度↑,空位↑

2、线缺陷——位错

位错—— 整排原子有规律错排

位错密度 ρ=L / V (cm-2)

增加或减小,可以提高强度

3、面缺陷——晶界、亚晶界

晶界处:晶格畸变→强度高

原子能量高→熔点低,易腐蚀,原子扩散快

晶粒细→晶界面积大→强度高

亚晶界:晶粒内小位向差(1-2°)的晶块(亚晶粒亚结构)边界

第三节合金的晶体结构

一、合金的基本概念

合金:由两种或两种以上金属,或金属与非金属组成,具有金属性质的物质。

组元:组成合金的基本物质。

相:结构相同,成分相近,与其它部分有界面分开的部分

单相合金:固态下由一个固相组成的合金

多相合金:固态下由两个以上固相组成的合金

组织:相的聚合体。 ( 单相组织,多相组织,)

二、合金的相结构

合金相结构 —— 固溶体和金属化合物

1、固溶体

固溶体:一种元素的原子溶入另一种元素中形成的合金相。

溶剂——保持原晶体结构的元素

溶质—— 失去原晶体结构的元素

有限固溶体:溶解度有一定限度 —— 有限互溶

无限固溶体:溶解度无一定限度 —— 无限互溶(晶体结构相同原子直径相近

固溶体分类:

置换固溶体:溶质原子占据溶剂晶格的某些结点

间隙固溶体:溶质原子处于溶剂晶格的间隙中

固溶强化——溶质溶入固溶体,导致晶格畸变,引起强度和硬度升高

(仍保持良好的塑性和韧性)

2、金属化合物

特征:

•有金属性质

•晶体结构不同于任何组元

•成分可用分子式表示Fe3C

性能:硬,脆,熔点高

弥散强化(第二相强化):

当金属化合物以细小颗粒均布于固溶体上,

可使合金的强度↑↑,硬度↑↑,耐磨性↑↑

调整合金性能的途径:

•改善固溶体溶解度

•改变化合物形状、数量、大小、分布

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