金属工艺学基础教学课件作者宋金虎项目2.ppt

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1、项目二　金属材料组织结构的认知任务２－１　金属材料晶体结构的认知任务２－２　铁碳合金状态图的应用返回任务２－１　金属材料晶体结构的认知常温下，固态的金属大多数是晶体结构，不同的金属材料具有不同的力学性能，不同的力学性能取决于金属材料的内部组织结构，而内部组织结构是由金属材料的化学成分组成和加工工艺所决定。因此，研究金属材料首先就应从晶体结构开始，了解金属内部结构对金属性能的影响，做到合理选择和加工金属材料。一、金属的晶体结构与结晶（一）晶体的基本概念１.晶体与非晶体自然界固态物质按组成质点（原子、分子和离子）的空间排列位置，可分为晶体和非晶

2、体两大类。下一页返回任务２－１　金属材料晶体结构的认知在物质内部，凡是原子（分子或离子）按一定秩序有规则排列的物质称为晶体，如固态的金属、金刚石、合金等。晶体具有固定的熔点和各向异性的特征。原子（分子或离子）呈无序堆积状况排列的物质称为非晶体，如玻璃、松香、石蜡等。非晶体没有固定的熔点，且各向同性。自然界中绝大多数的固体是晶体，由于各原子间的相互吸引力与排斥力相平衡，使晶体具有规则的、规律性原子排列形式。有时能见到某些物质的外形也具有规则的轮廓，如水晶、食盐及黄铁矿等，而金属晶体一般看不到这样规则的外形。上一页下一页返回任务２－１　金属材料

3、晶体结构的认知２.晶格、晶胞、晶格常数不同的晶体，其内部的原子可按不同方式规则地排列。通常把晶体中原子规则排列的方式称为晶体结构。图２.２所示为简单的金属晶体的结构示意。为形象地描述各种晶体中的原子排列规律，可将晶体中的原子看成一个个小圆球，如图２.２（ａ）所示。通过原子中心用一些假想直线把它们连接起来，并将每个原子视为一个质点，这样就构成了有明显规律性的空间格子，如图２.２（ｂ）所示。这种构成有明显规律性的空间格架，称为晶格。空间格架中各连线的交点称为“结点”，结点上的小圆圈（或质点）表示原子的中心。如图２.２（ｃ）所示，在晶格中选取一个

4、能够完全反映晶格特征的最小几何单元进行分析，便能确定原子排列的规律，这个最小几何单元称为晶胞。上一页下一页返回任务２－１　金属材料晶体结构的认知晶胞的几何特征可用晶格常数来表示，即晶胞的三条棱边长度ａ、ｂ、ｃ和三条棱边之间的夹α、β、γ六个参数来表示。当晶格常数ａ＝ｂ＝ｃ，晶轴间夹角α＝β＝γ＝９０°时，称这种晶胞为立方体晶胞。具有立方体晶胞的晶格称为立方晶格。立方晶格只需要用一个晶格常数（ａ）就可以表示晶胞的大小和形状。（二）三种常见的晶体结构金属的晶格类型很多，但绝大多数金属属于体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格等三种典型的晶体结

5、构。上一页下一页返回任务２－１　金属材料晶体结构的认知（三）金属晶体结构缺陷工程上实际使用的金属材料一般是多晶体结构。绝大部分并非是理想的单晶体材料，而是由大量外形不规则的小晶体即晶粒组成的。这些金属材料在相同条件下具有相同的晶体结构，但晶体晶格的位向是不同的。只有通过专门的加工，才能获得晶格的位向完全一致的晶体，即单晶体。由于受到各种因素的影响，使得实际金属原有规律的原子排列方式受到干扰，这种原子排列不规则的部位和区域称为金属的晶体缺陷。晶体缺陷根据几何特征，分为点缺陷、线缺陷和面缺陷三类。上一页下一页返回任务２－１　金属材料晶体结构的认

6、知二、合金的基本概念和基本结构（一）合金的基本概念由于纯金属的力学性能较低而成本较高，为此应用受到限制。而合金可以按不同需要配制成力学性能和物理、化学性能不同的材料，因而得到广泛的应用。常用的合金材料有碳素钢、铸铁、合金钢、青铜等１.合金合金是由两种或两种以上的金属元素（或金属元素与非金属元素），通过熔炼或其他方法结合而成的具有金属特性的物质。如普通黄铜是由铜和锌（均为金属元素）两种元素组成的合金；碳钢和铸铁则是由铁和碳（金属元素与非金属元素）两种元素组成的合金。上一页下一页返回任务２－１　金属材料晶体结构的认知２.组元组成合金最基本的、能

7、独立存在的物质称为组元，简称“元”。在大多数情况下，组元是合金的组成元素或是某些稳定的化合物。由二个组元组成的合金称为二元合金，三个组元组成的合金称为三元合金，依次类推。如黄铜是由二个组元即铜和锌元素组成的二元合金。３.合金系由两个或两个以上给定的组元，按不同比例配制出一系列成分不同、性能不同的系列合金，这一系列合金构成了一个合金系统，简称为合金系，如铸造铝合金中的铝硅系、铝镁系等。上一页下一页返回任务２－１　金属材料晶体结构的认知４.相在金属或合金中，凡化学成分、晶体结构相同并与其他部分有明显界面分开的均匀组成部分称为相。例如，均匀的液态

8、合金是一个相，称之为液相；结晶后的纯金属也是一个相，称之为固相；而正在结晶的纯金属，则是液相和固相同时存在，称为两相共存。固态下的合金，其结构要比纯金属复杂得多，它们可以是单相的