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时间:2020-03-27
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1、第2章材料的组成和内部结构特征2.1材料的结构(structureofmaterial)2.2晶体材料的相图与相变(phasediagram&phasetransformation)2.3材料的组织与性能(microstructure&property)退出2.1材料的结构(structureofmaterial)2.1.1晶体与非晶体(crystalandamorphousstate)晶体:原子规则周期性排列,如金属、陶瓷。非晶体:原子不存在周期规则排列,如大多数高分子材料、玻璃。晶体中原子排列的规则性用晶胞来描述。图2-
2、3图2-1图2-22.1.2金属的晶体结构(crystalstructure)特征:排列紧密、高对称性。(1)体心立方(bcc)体对角线方向原子排列最紧密,r=()a晶胞原子数:1/8×8+1=2致密度:(2×3/4πr3)/a3≈0.68配位数:Z=8例:室温的铁:(α-Fe)、Cr、Mo。图2-4图2-7图2-6图2-5(2)面心立方(fcc)面对角线方向原子排列最紧密,r=()a晶胞原子数:1/8×8+1/2×6=4致密度≈0.74Z=12例:高温的铁(γ—Fe)、Cu、Al、Ni。(3)密排六方(hcp)致密度≈0.
3、74Z=12例:Mg、Zn、石墨。2.1.3高分子材料的结构特点(1)单体与链节单体——凡是可以聚合生成大分子链的低分子化合物。链节——大分子链中的重复结构单元。乙烯:n(CH2=CH2)[CH2CH2]n单体链节n为聚合度(2)大分子链的形状线型结构:弹性高、塑性好、硬度低。热塑性材料。如:聚乙烯、ABS、尼龙。支链结构:性能类似线型、强度稍高。热塑性材料。体型结构:交联呈空间网络,刚性大、硬度高、脆性大。热固性材料。如:环氧、聚脂、酚醛塑料(电木)。图2-8图2-9(3)高分子的聚集态结构线型高分子可呈晶态或部分晶态,体
4、型则为非晶态。图2-102.1.4陶瓷材料的结构特点特点:结构比较复杂,主要组成仍是晶体。氧化物结构:尺寸较大的氧离子为骨架(fcc、hcp等)+尺寸小的正离子位于间隙。硅酸盐结构:基本单元为[SiO4],在空间相互连接形成多种结构。图2-11图2-15图2-12图2-13图2-142.1.5材料的原子排列缺陷(defects)(1)空位和间隙原子(vacancyandinterstitialatom)温度↑,数量↑,但≤1/1000,影响原子的扩散和运动。(2)位错(dislocation)原子的错排主要在某一方向上,位错
5、的多少用位错密度ρ表示。位错对材料的力学性能影响很大,ρ↑则σs↑,σb↑及δ↓。(3)晶界(grainboundary)晶体由位向不同的晶粒汇合而成,其过渡层处原子排列极不规则,构成晶界。晶粒内部由许多位向差很小的小晶块组成,其界面称为亚晶界。图2-17图2-16图2-182.2晶体材料的相图与相变(phasediagram&phasetransformation)2.2.1相与相图(phase&phasediagram)(1)组元与相组元——组成合金或材料的独立的、最基本的单元。例:钢的组元为Fe与Fe3C,黄铜为Cu和
6、Zn;例:陶瓷材料的组元多为化合物,如SiO2、Al2O3等。相——材料中具有一定化学成分且结构相同的均匀部分。材料一般由多个相组成。(2)相变与相图相变——由于相所存在条件(T、P、成分)的变化,从某些相→另一些相。相图——不同成分-温度条件所出现的相的类型的图示。不同的相其性能很不相同。利用相图和相变,指导新材料研制,材料的加工与处理。2.2.2固溶体与金属间化合物(solidsolution&metalliccompound)(1)固溶体固溶体是溶质原子溶入固态金属(物质)溶剂中形成的(合金)相。晶体结构同溶剂,分两种
7、:•置换固溶体——溶质原子置换部分溶剂原子,可有限或无限溶解。•间隙固溶体——溶质原子处于溶剂结构间隙位置之中,多为小的非金属原子,溶解度很小(≤2%)。溶质溶入→晶格畸变→强度↑,硬度↑,塑性↓→固溶强化。固溶体可单独使用,更多的作为合金材料的基体(一定强度、高塑韧性)。图2-20图2-19(2)金属间化合物金属间化合物——金属/金属或金属/类金属(非金属)之间的化合物。例:CuAl2、Mg2Pb、Fe3Al、Mg2Si等。特征:结构比较复杂,高熔点、高硬度、高化学稳定性,性脆。应用:较少数量弥散分布在基体(固溶体)上,作
8、为强化相→第二相强化(弥散强化、沉淀强化)。2.2.3二元相图类型及Fe—C相图(1)匀晶相图•形成条件:固态下二组元性质相近→无限互溶→匀晶。•反应式:LL+αα单相两相区(成分不断变化)单相(与液相同成分)(2)共晶相图•形成条件:固态下二组元有限溶解,在恒定温度、恒定成分,二固相同时
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