一般工程材料的结构特点

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1、1.3一般工程材料的结构特点StructureCharacteristicsofGeneralEngineeringMaterials1.3.1晶体材料的基本相结构Basicphasestructureofcrystalmaterials1.3.2聚合物的结构PolymerStructures1.3.3无机材料（陶瓷材料）的结构Structureofinorganicmaterials本章小结summary阅读材料1非晶态结构与非晶态材料AmorphousStructuesandAmorphousM

2、aterials1.组元、相、组织与合金的概念（1）组元（constituent）组成材料的最基本、独立的物质称为“组元”。组元可以是纯元素，也可是稳定化合物。金属材料的组元多为纯元素,无机材料则多为化合物。（2）相（phase）材料中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并与其它部分有界面分开的均匀组成部分称为“相”。若材料是由成分、结构相同的同种晶粒构成的，尽管各晶粒之间有界面隔开，但它们仍属于同一种相。若材料是由成分、结构都不相同的几部分构成，则它们应属于不同的相。例如工业纯铁是单相合金（如左下

3、图所示），共析碳钢在室温下由铁素体和渗碳体两相（如下图所示）组成，而陶瓷材料则由晶相、玻璃相(即非晶相)与气相三相所组成(如右下图所示)。1.3.1晶体材料的基本相结构StructureCharacteristicsofCommonEngineeringMaterials铁素体珠光体陶瓷1.组元、相、组织与合金的概念1.3.1晶体材料的基本相结构StructureCharacteristicsofCommonEngineeringMaterials铁素体珠光体陶瓷“相结构”指的是相中原子的具体排列规律，

4、即相的晶体结构。（3）组织（microstructure）与相的关系“组织”是与“相”有紧密联系的概念。“相”是构成组织的最基本组成部分;但是当“相”的大小、形态与分布不同时会构成不同的微观形貌(图象)，各自成为独立的单相组织，或与别的相一起形成不同的复相组织。例如左下图所示工业纯铁的显微组织就是由单相α构成的组织，而正下图所示共析碳钢的显微组织则是由α相与Fe3C相层片交替、相间分布共同构成的组织（即称珠光体）。而普通陶瓷则由右下图所示晶相、玻璃相和气相所组成。1.组元、相、组织与合金的概念组织是材料

5、性能的决定性因素。相同条件下，材料的性能随其组织的不同而变化。因此在工业生产中，控制和改变材料的组织具有相当重要意义。由于一般固体材料不透明，故需先制备金相试样，包括样品的截取、磨光和抛光等步骤，把欲观察面制成平整而光滑如镜的表面，然后经过一定的浸蚀，再在金相显微镜下观察其显微组织（如左下图所示）。（4）合金由两种或两种以上金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质称为“合金”。例如，黄铜是铜和锌组成的合金，碳钢和铸铁是铁和碳组成的合金。由给定组元可按不同比例配制出一系列不同成分的合金，这一

6、系列合金就构成一个合金系统，简称合金系。两组元组成的为二元系，三组元组成的为三元系等。1.3.1晶体材料的基本相结构StructureCharacteristicsofCommonEngineeringMaterials铁素体珠光体（1）固溶体（solidsolution）定义：指溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的均一、保持溶剂晶体结构的结晶相。其分类如下。①按照溶质原子在溶剂晶格中所占据位置分类:i.置换固溶体系指溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体，犹如这些结点上的溶剂原子被溶质原子所置换一

7、样，因此称为置换固溶体，如图1-17a示。当溶质原子与溶剂原子的直径、电化学性质等较为接近时，一般可形成置换固溶体。ii.间隙固溶体溶质原子不是占据溶剂晶格的正常结点位置，而是嵌入溶剂原子间的一些间隙中，如图1-17b示。当溶质原子直径(如C、N等元素)远小于溶剂原子(如Fe、Co、Ni等过渡族金属元素等)时，一般形成间隙固溶体。2.晶体材料的基本相结构图1.17固溶体的两种类型置换固溶体→←间隙固溶体（1）固溶体（solidsolution）②按固态溶解度分类:i.有限固溶体在一定条件下，溶质原子在固

8、溶体中的浓度有一定限度，超过此限度就不再溶解了。这一限度称为溶解度或固溶度，这种固溶体称为有限固溶体，大部分固溶体都属于此类(间隙固溶体只能是有限固溶体)。ii.无限固溶体溶质原子能以任意比例溶入溶剂,固溶体的溶解度可达100%，这种固溶体称无限固溶体。无限固溶体只能是置换固溶体，且溶质与溶剂原子晶格类型相同，电化学性质相近，原子尺寸相近等。如Cu-Ni系合金可形成无限固溶体。2.晶体材料的基本相结构＃形成无限固溶体示意图（1）固溶体（so