金属材料-结构性能ppt课件.ppt

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1、第二部分：金属材料梁玉军材料科学与化学工程学院歼10(中国)太行发动机（中国）材料学科金属材料与热处理钢铁冶金有色金属冶金冶金物理化学金属压力加工无机非金属材料硅酸盐工程高分子材料与工程粉末冶金复合材料腐蚀与防护材料科学与工程复合材料铸造焊接金属材料课程内容2、金属材料的力学性能3、金属合金相图1、金属晶体结构、金属固溶体和晶体缺陷4、新型金属材料金属材料金属材料是由化学元素周期表中的金属元素组成的材料。可分为由一种金属元素构成的单质（纯金属）；由两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素构成的合金。合金又可分为固溶体和金属间化合物。在103种元素中，除He,Ne

2、,Ar等6种惰性元素和C、Si、N等16种非金属元素外，其余81种为金属元素。除Hg之外，单质金属在常温下呈现固体形态，外观不透明，具有特殊的金属光泽及良好的导电性和导热性。在力学性质方面，具有较高的强度、刚度、延展性及耐冲击性。单质金属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熔合在一起形成的具有金属特性的新物质。合金的性质与组成合金的各个相的性质有关，同时也与这些相在合金中的数量、形状及分布有关。合金合金组元：组成材料的最基本的独立的物质称为“组元”，组元可以是金属元素或非金属元素（例如：普通碳钢的组元是Fe与C)，也可以是稳定的化合物。相：材料

3、中成份、性能、结构相同并以界面互相分开的均匀的组成部分称为“相”。金属的结构1、体心立方结构（a）刚球模型（b）质点模型（c）晶胞原子数图1体心立方晶胞（a）刚球模型（b）质点模型（c）晶胞原子数金属的结构2、面心立方结构（a）刚球模型（b）质点模型（c）晶胞原子数图2面心立方晶胞金属的结构3、密排六方结构图3密排六方晶胞（a）刚球模型（b）质点模型（c）晶胞原子数金属的实际晶体结构实际上，金属是一个多晶体结构，这种原子排列方位基本一致，但外形不规则的小晶体，称为晶粒。由于金属是多晶体结构，单个晶粒的各向异性彼此相互抵消，金属就显示出各向同性，若对金属进行单方向的

4、塑性变形（如冷扎、冷拉等），使各个晶粒的晶格趋向一致，则多晶体金属又会显示出各向异性。图4金属的多晶体结构示意图金属间化合物合金的分类固溶体合金的结构按其组元在结晶时彼此作用的不同，可以分为固溶体、金属化合物、机械混合物三种类型。合金－固溶体当金属的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，这种合金称为一次固溶体或端际固溶体，简称为固溶体。合金－金属间化合物金属元素与其它金属元素或非金属元素之间形成合金时，除固溶体外，还可能形成金属间化合物。合金－金属间化合物A、B两组元相互溶解后所形成的新的物质既不是A组元的结构，也不是B组元的结构，而是自身的一种独立的结构。例如：Fe

5、和C所形成的化合物Fe3C，就是一种典型的金属化合物。合金中的固溶体固溶体的分类根据溶质原子在溶剂晶体结构中的位置，固溶体可分为：置换固溶体（代位固溶体）间隙固溶体置换固溶体特点置换固溶体：A组元的原子取代了B组元的原子。当A、B两个组元的原子直径相差不大时，两个组元可以以任何比例溶解，形成无限固溶体，反之则为有限固溶体。在置换固溶体中，溶质原子位于溶剂晶体结构的晶格格点上。置换固溶体置换固溶体置换固溶体4（a）随机置换固溶体（b）有序置换固溶体特点间隙固溶体间隙固溶体：A组元溶入B组元的的间隙中。只能形成有限固溶体。例如：C溶入α-Fe或γ-Fe所形成的铁素体、

6、奥氏体。在间隙固溶体中，溶质原子位于溶剂晶体结构的晶格间隙。溶质原子在固溶体中的分布可以是随机的，即呈统计分布；也可以是部分有序或完全有序，在完全有序固溶体中，异类原子趋于相邻，这种结构亦称为超点阵或超结构。间隙固溶体间隙固溶体间隙固溶体随机间隙固溶体固溶体中的溶质丛聚固溶体的电学、热学、磁学等物理性质也随成分而连续变化，但一般都不是线性关系。固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低。合金中的固溶体合金中的固溶体实际应用：铂、铑单独做热电偶材料使用，熔点为1450℃，而将铂铑合金做其中的一根热电偶，铂做另一根热电偶，熔点为1700℃，若两根热电偶都用铂铑合金

7、而只是铂铑比例不同，熔点达2000℃以上。金属间化合物特点金属间化合物可分为三类，即由负电性决定的原子价化合物（简称价化合物）、由电子浓度决定的电子化合物（亦称为电子相）以及由原子尺寸决定的尺寸因素化合物。除了这三类由单一元素决定的典型金属间化合物外，还有许多金属间化合物，其结构由两个或多个因素决定，称之为复杂化合物。晶体结构缺陷缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。理想晶体：质点严格按照空间点阵排列。实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。由于缺陷的存在，才使晶体表现出各种各样的性质，使材料加工、使用过程中的各种性能得以有效控制和

8、改变，使材