中南大学机械系工程材料教学ppt课件.ppt

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1、机械工程材料MechanicalEngineeringMaterials1第1章材料的结构与凝固本章目录1.1金属的晶体结构1.1.1晶体结构的基本概念1.1.2三种常见的金属晶体结构1.1.3常见金属晶体结构的特征1.1.4晶面、晶向及晶体的各向异性1.1.5实际金属的晶体结构1.2合金的晶体结构1.2.1合金概述1.2.2固态合金的相结构1.3非金属材料的结构（自学）1.3.1高分子材料的结构1.3.2陶瓷材料的结构21.4凝固的基本概念1.4.1结晶概述1.4.2凝固产物1.5金属的结构1.5.1金属的结晶过程1.5.2金属的冷却曲线1.5.3结晶后晶粒大小及其控制1.5.4金属铸锭

2、的结晶组织1.6材料的同素异构现象1.6.1金属晶体有同素异构31.1金属的晶体结构1.1.1晶体结构的基本概念晶体——内部原子（或离子）按一定几何形状有规则排列的固体。如天然金刚石、钻石、水晶、氯化钠、明矾等。固体金属均为晶体。非晶体——原子排列无规则的固体。如玻璃、松香、石腊、棉花、木材等。晶格——描述晶体中原子排列的空间格架。晶胞——能够反映晶格特征的最小组成单元图1-1晶体中的原子堆垛刚球模型、晶格和晶胞示意图返回4晶格参数——晶格的几何特征可以用晶胞的三条棱边长a、b、c和三条棱边之间的夹角、、六个参数来描述晶格常数－－a、b、c。1.1.1晶体结构的基本概念图1-2晶格参

3、数5体心立方晶格------如Ti、V、Cr、Mo、W及-Fe等面心立方晶格------如Al、Mn、Ni、Cu、Ag、Pt、Au、Pb及-Fe密排六方晶格------如Zn、Mg、Be、Cd、-Ti及-Co等1.1.2三种常见的金属晶体结构(a)体心立方（b）面心立方（c）密排六方61.1.3常见金属晶体结构的特征（1）晶胞中的原子数面心立方晶格密排六方晶格体心立方晶格71.1.3常见金属晶体结构的特征（2）原子半径面心立方晶格密排六方晶格体心立方晶格8配位数——晶体结构中与任一原子周围最近邻的且等距离的原子数。配位数越大，晶体中原子排列就越紧密。（3）配位数和致密度面心立方晶格

4、：12密排六方晶格：12体心立方晶格：89致密度------晶胞中所含原子的体积与晶胞体积的比值。配位数大，则致密度亦大。K=nU/V（3）配位数和致密度面心立方晶格密排六方晶格体心立方晶格10表1—1三种典型金属晶体结构的特征晶格类型晶胞中的原子数原子半径配位数致密度体心立方280.68面心立方4120.74密排六方6120.74111)晶面--------通过晶体中原子中心的平面。晶面指数------用以表示晶面的数字符号称为晶面指数（hkl）晶面组（HKL）；晶面族{HKL}1.1.4晶面、晶向及晶体的各向异性立方晶格中晶面指数的确定122)晶向--------是晶体中原子列所表示的

5、方向。晶向指数------表示晶向的数字符号称为晶向指数[uvw]晶向组[uvw]；晶向族晶向指数的确定133）金属晶体的各向异性晶体的各向异性－－金属晶体沿不同方向性能不相同的现象。晶体与非晶体最根本的差别之一是单晶体具有明显的方向性。原因：这与晶面和晶向上原子排列的方式和密度不同，因而它们之间的结合力不同有关。实际金属：多晶体，无各向异性？141.1.5实际晶体结构及晶体缺陷（1）实际晶体结构单晶体－－金属内部的晶格方位完全一致。多晶体－－多晶粒组成的实际晶体结构。晶粒－－组成多晶体的外形不规则的小晶体。晶界－－晶粒与晶粒间的界面。亚晶粒－－晶粒内存在的、相互间晶格位向差很小

6、的晶块。亚晶界－－亚晶粒之间的界面。15（2）晶体缺陷1）点缺陷：包括：晶格空位、间隙原子和异类原子。点缺陷的存在会使晶格发生畸变，金属的性能发生变化。点缺陷示意图162）线缺陷：即位错，位错线。位错－－是晶体中某处有一列或若干列原子，发生了规律的错排现象。包括：刃型位错、螺型位错刃型位错螺型位错173）面缺陷：晶体中的面缺陷是晶界和亚晶界。面缺陷是晶体中不同区域之间，由于晶格方位的过渡所造成。位向差较小的亚晶界，可看成是位错线的堆积。晶界亚晶界18§1.2合金的晶体（相）结构一、合金的基本概念二、合金中的相结构1．固溶体置换固溶体间隙固溶体固溶体的性能2．中间相（化合物）返回一、合金的基

7、本概念合金通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质，称为合金。合金系组元组成合金的最基本的独立的物质称为组元。二元合金：由两个组元组成的合金称为二元合金。返回一合金中的基本概念相在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分，均称之为相。液相；固相组织：指金属的内部形貌(晶粒的形态、大小、分布状况等)。例：Ｆe与Ｆe３Ｃ→Ｐ、Ｓ、Ｔ、Ｓ回