工程材料与热处理课件

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1、书名：工程材料与热处理ISBN：978-7-111-25734-9作者：黄晓明出版社：机械工业出版社本书配有电子课件工程材料与热处理ppt课件第二章金属学及热处理基础工程材料与热处理ppt课件2.1金属的结构与结晶一、金属晶体结构1、晶体和非晶体固体物质按其原子排列的特征，可分为晶体和非晶体。非晶体原子作不规则的排列，如松香、玻璃、沥青等。晶体原子则按一定次序作有规则的排列，如金刚石、石墨及固态金属等。工程材料与热处理ppt课件晶体中原子在空间是按一定规律堆砌排列的。晶格为了便于表明晶体内部原子排列的规

2、律，有必要把原子抽象化，把每个原子看成一个点，这个点代表原子的振动中心。把这些点用直线连接起来，便形成一个空间格子，叫做晶格。2．金属晶体的结构工程材料与热处理ppt课件结点晶格中每个点叫结点。晶胞晶格的最小单元叫做晶胞，它能代表整个晶格的原子排列规律。结点晶胞工程材料与热处理ppt课件晶格常数晶胞中各棱边的长度叫做晶格常数，其大小用Å来度量（1Å=10-8cm）。晶格常数a=b=c，而α=β=γ=90o的晶胞为简单立方晶胞。金属的种类很多，而且它们的晶体结构并不完全相同。工业上常用的金属除少数具有复杂

3、的晶体结构外，大多数具有简单的晶体结构，常见的有三种晶格类型：⑴体心立方结构;⑵面心立方结构;⑶密排六方结构工程材料与热处理ppt课件最常见的晶格类型1、体心立方晶格a）原子分布在立方晶体的各个结点及中心。b）每个体心立方晶胞中仅包含2个原子。c）致密度0.68属于这类晶格的金属有：α-Fe、Cr、V、W、Mo等。2、面心立方晶格a）原子分布在立方晶体的各个结点及中心。b）每个体心立方晶胞中仅包含4个原子。c）致密度0.74属于这类晶格的金属有：γ-Fe、Al、Cu、Pb等。3、密排六方晶格a）原子分布

4、在各个结点及上下两个正六方面的中心，另外在六方柱体中心还有三个原子。b）每个密排六方晶胞中包含6个原子。c）致密度0.74属于这类晶格的金属有：Mg、Zn等。工程材料与热处理ppt课件晶格致密度三种晶格中原子排列的紧密程度：面心立方和密排六方晶格致密度均为0.74；体心立方晶格的致密度为0.68。体心立方、面心立方、密排六方晶格密度比较工程材料与热处理ppt课件3金属的实际晶体结构工业上使用的金属都是由许多小晶体组成的多晶体，每个小晶体称为晶粒。如果一整块金属仅由一个晶粒组成，则称为单晶体。反之则为多晶

5、体。晶界：晶粒与晶粒之间的界面。显微组织：在显微镜下观察到的晶粒的大小、形态和分布。1、单晶体和多晶体工程材料与热处理ppt课件在实际金属晶体中，存在原子不规则排列的局部区域，这些区域称为晶体缺陷。按缺陷的几何形态分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三种。三种晶体缺陷都会造成晶格畸变，使变形抗力增大，从而提高材料的强度、硬度。2、晶体缺陷工程材料与热处理ppt课件1）点缺陷：空位和间隙原子晶格中某个原子脱离了平衡位置，形成空结点，称为空位；某个晶格间隙挤进了原子，称为间隙原子。空位与间隙原子周围的晶格偏离了理想晶

6、格，即发生了“晶格畸变”。点缺陷的存在，提高了材料的硬度和强度。工程材料与热处理ppt课件2）线缺陷：即位错在晶体中，有一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。最简单的位错是刃型位错和螺型位错。位错对金属的性能有着重要影响3）面缺陷：晶界和亚晶界晶界是晶粒与晶粒之间的界面，另外，晶粒内部也不是理想晶体，而是由位向差很小的称为嵌镶块的小块所组成，称为亚晶粒，亚晶粒的交界称为亚晶界。二、金属的结晶液态转变为固态的过程称为凝固。液态金属的凝固过程就称为结晶。1、结晶2、冷却曲线与过冷度1)冷却曲线：是温度与时

7、间的关系曲线，可用来描述金属的结晶规律。通过热分析法测量绘制，即使熔化后的液体金属缓慢冷却，每隔一定时间记录下温度值，将温度T和对应时间t绘制成T-t曲线。时间t温度TT0Tn2)过冷度图中T0为理论结晶温度，金属实际结晶温度(Tn)总是低于理论结晶温度的现象，称为过冷现象。而过冷度ΔT=T0—TnΔT=T0—Tn2、结晶的过程晶核的形成和长大过程4、金属结晶后的晶粒大小晶粒大小控制:晶核数目:多—细(晶核长得慢也细)冷却速度:快—细(因冷却速度受限,故多加外来质点)晶粒粗细对机械性能有很大影响,若晶粒

8、需细化,则从上述两方面入手.细化晶粒的方法一般来说，晶粒愈细，强度和硬度愈高，同时塑性和韧性也愈好。1、过冷度大：冷却速度愈大，过冷度愈大，晶粒愈细。2、变质处理：在实际生产中，有意向金属液中加入某些物质（称为变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，这种处理方法称为变质处理。3、振动：对正在结晶的金属施以机械振动、超声波振动和电磁振动，均可使树枝晶尖端破碎而增加新的核心，提高形核率，使晶粒细化。三