【文章內(nèi)容簡介】 想的空間直線把原子連結(jié)起來，構(gòu)成一個三維的空間幾何格架，稱為晶格； 晶胞：（定義見教材 ） 晶格常數(shù)：（定義見教材 ） 工程材料 晶面、晶向 （了解一般概念，定義見教材， “ 晶面指數(shù) ” 與 “ 晶向指數(shù) ” 不要求） 工程材料 上堂重點 1. 基本力學性能指標 (續(xù) )： 硬度、布氏硬度、洛氏硬度、沖擊韌度、疲勞強度等，它們的含義、符號、測量方法、計算公式、單位、在材料使用上的應(yīng)用，等等； 2. 材料的其它性能 。 3. 材料的結(jié)構(gòu)與組織的概念，組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系 。 4. 晶體與非晶體、晶體材料的特點； 5. 有關(guān)晶體的基本概念：晶格、晶胞、晶格常數(shù)、晶面、晶向等。 工程材料 復(fù)習與思考 1. 用標準試樣測得的材料的力學性能能否直接代表材料制成零件的力學性能？為什么？ 2. (1)何謂硬度？ (2)布氏硬度與洛氏硬度的主要區(qū)別是什么？ (3)為什么工程上廣泛使用硬度作為評定材料性能的一個指標？ 工程材料 晶胞原子數(shù)、配位數(shù)、致密度（見后面的具體例子，定義見教材 ） 工程材料 金屬材料典型的晶體結(jié)構(gòu) 在金屬元素中， 90%以上的金屬都屬于下面 3種晶體結(jié)構(gòu) 體心立方晶格 晶胞原子數(shù) — 2 配位數(shù) — 8 致密度 — 68% 常見金屬 — Fe, Cr, W 等 工程材料 面心立方晶格 晶胞原子數(shù) — 4 配位數(shù) — 12 致密度 — 74% 常見金屬 — Fe, Cu, Al 等 密排六方晶格 晶胞原子數(shù) — 6 配位數(shù) — 12 致密度 — 74% 常見金屬 — Mg, Zn, Be 等 工程材料 實際金屬的晶體結(jié)構(gòu) 晶體缺陷 概念 ：晶體中存在的、偏離其固有幾何特征的部分，稱為晶體缺陷 分類 ：分為點缺陷、線缺陷與面缺陷 影響 ：缺陷的存在會影響材料的性能 可變性 ：晶體缺陷在溫度變化和加工過程中，會發(fā)生增加、移動、合并或消失等各種變化 工程材料 點缺陷 概念 ：在空間三維的尺度都 很小，尺寸范圍不超過幾個 原子直徑的缺陷 分類 ：空位與間隙原子 晶格畸變 ：由于缺陷（不單 是點缺陷，也包括其它類型 的缺陷）的存在而導(dǎo)致的晶 格變形 影響 ： 提高了材料的強度與硬度， 降低了材料的塑性和韌性 工程材料 線缺陷 概念 ：在空間三維中，某一維的尺度很長，而另外二維的尺度很小的一類缺陷 分類 ：刃型位錯與 螺型位錯 影響 ： 少量的位錯使強度 下降，大量的位錯 使強度提高，但塑 性都會下降 工程材料 面缺陷 單晶體 ：材料中原子呈完全規(guī)則排列的部分（如天然金剛石、水晶等） 多晶體 ：實際晶體材料 (如金屬 )由許多局部排列規(guī)則的單晶體組成，稱為多晶體 晶粒 ：多晶體中 不同方位、形狀 不規(guī)則的小的單 晶體 工程材料 晶界 ：晶粒之間的交界面。在晶界上，原子排列是紊亂的 亞晶粒 ：晶粒內(nèi)部位向相差很小 (10以內(nèi) )的部分 亞晶界 ：亞晶粒之間的交界面 工程材料 面缺陷 的概念：某二維的尺度很大而另一維尺度很小的一類缺陷 面缺陷 包括 ：晶界與亞晶界 面缺陷的 影響 ：能提高金屬材料的強度和塑性 工程材料 第二節(jié)：合金的相結(jié)構(gòu) 基本概念 合金 ：（見教材 ） 組元 ：（見教材 ） 合金系 ：相同組元按不同比例所構(gòu)成一系列不同的合金。如 Fe與 C按不同比例構(gòu)成了各種鋼、鐵材料 相 （ 合金相 ）：（見 教材） 工程材料 合金的相結(jié)構(gòu) 基本的合金相及其分類 合金的相結(jié)構(gòu) 固溶體 金屬化合物 置換固溶體 間隙固溶體 工程材料 固溶體 —— 合金中的基本相 基本概念 固溶體：（見教材） 溶質(zhì)、溶劑： （見教材） 間隙固溶體：（見教材） 臵換固溶體：（見教材） 工程材料 溶解度：溶質(zhì)溶入溶劑的量 有限固溶體：溶解度有限的固溶體 無限固溶體：溶解度無限的固溶體 固溶強化：（見教材） 工程材料 固溶體的性質(zhì) 溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑比小于 時才能形成間隙固溶體，溶質(zhì)通常都是一些原子半徑小于 元素，如 H、 C、 O、 N等 間隙固溶體永遠都是有限固溶體 溶質(zhì)元素與溶劑元素在元素周期表中的位臵靠近、晶格類型相同、原子半徑差越小的元素，溶解度越大，越容易形成無限互溶的臵換固溶體，如 Mn、Cr、 Si、 Ni、 Mo等都能與 Fe形成臵換固溶體 工程材料 晶格畸變導(dǎo)致的固溶強化，是金屬材料強化的重要途徑之一 對力學性能要求較高的結(jié)構(gòu)材料，幾乎都是以固溶體作為最基本的組成相 工程材料 金屬化合物 —— 合金中的強化相 原子結(jié)合形式：化合 具有一定的金屬性質(zhì)，如導(dǎo)電性 熔點高、硬而脆、塑性韌性差 最常見的金屬化合物： Fe3C 工程材料 合金的組成 單相或多相復(fù)合 大多數(shù)工業(yè)合金均為固溶體加少量化合物構(gòu)成的混合物 改變組成相的比例，改變其中固溶體中溶質(zhì)溶劑的比例，改變化合物的形態(tài)、大小及分布等，都可以改變合金的性能 工程材料 第三節(jié)：純金屬結(jié)晶與同素異晶轉(zhuǎn)變 純金屬的結(jié)晶 基本概念 結(jié)晶的概念： （見教材 ） 純金屬的冷卻 曲線 過冷度： ΔT = T0Tn 工程材料 結(jié)晶過程 晶核的生成 自發(fā)形核與非自發(fā)形核：（見教材 ） 晶核形成與長大過程 工程材料 晶核的長大 晶核的長大過程 晶核形成與長大過程 工程材料 金屬晶體形成的主要方式： 平面生長方式 —— 平衡條件下或過冷度較小時出現(xiàn)，在實際金屬的結(jié)晶中較少見 樹枝狀生長方式 —— 過冷度較大、尤其是存在非自發(fā)形核時出現(xiàn)，是金屬晶體結(jié)晶最常見的方式。形成樹枝狀晶體，簡稱枝晶 平面生長方式 樹枝狀生長方式 工程材料 上堂重點 ； 、點缺陷、線缺陷、面缺陷的概念及對材料性能的影響； ：合金、組元、合金系、相及分類； ：溶質(zhì)、溶劑、間隙固溶體、置換固溶體；有限與無限固溶體、溶解度、晶格畸變與固溶強化； 、合金的組成及影響性能的因素； ：結(jié)晶概念、冷卻曲線、過冷度、結(jié)晶過程、自發(fā)形核與非自發(fā)形核、晶粒長大的方式。 工程材料 上次作業(yè)評講 1. (1)“塑性好 ” 指的是什么？ (2)在應(yīng)力應(yīng)變曲線上如何衡量兩種材料誰的塑性好？ 提示 ： (1)塑性的好壞是用材料的塑性指標 “ 伸長率 δ ”和 “ 斷面收縮率 Ψ ”來衡量的，其數(shù)值越大塑性越好，塑性好的材料可以有更大的變形能力，更適宜壓力加工； (2)曲線右端點 (拉斷點 )E的橫坐標越大塑性越好。 工程材料 2. 若拉伸應(yīng)力 ζ由 ζe逐漸加大到 ζs，此時材料發(fā)生什么變化？ 提示 ： 拉伸應(yīng)力 ζ超過 ζe后材料出現(xiàn)少量不可恢復(fù)的塑性變形，當 ζ加大到 ζs后出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，即使不增大應(yīng)力也會繼續(xù)產(chǎn)生新的塑性變形。 工程材料 3. 應(yīng)力應(yīng)變曲線中，當拉伸應(yīng)力 ζ達到 ζb后，出現(xiàn)曲線走向向下（即應(yīng)力 ζ減小而變形仍繼續(xù)增加）的現(xiàn)象 ， 請解釋原因？ 提示：拉伸曲線上縱坐標所代表的拉伸應(yīng)力 ζ為名義應(yīng)力，它由 ζ=F/S 計算得來，這里的 S是試樣的原始截面積。由于拉伸實驗中，當應(yīng)力超過 ζb后試樣出現(xiàn) “ 縮頸 ” 現(xiàn)象，實際橫截面積減小，因此盡管重的拉伸力 F下降，但縮頸部份所承受的實際應(yīng)力還是在繼續(xù)增大的。而應(yīng)力應(yīng)變曲線是由 FΔL曲線變換而來，應(yīng)力應(yīng)變曲線在 ζb后走向向下所反映的是名義應(yīng)力 (F/S)的下降 ，而不是“縮頸”部分實際承受的應(yīng)力下降。 工程材料 復(fù)習與思考 1. (1)什么是固溶體？ (2)溶質(zhì)原子的加入會如何影響晶格形狀？ (3)分析由此而產(chǎn)生的機械性能的改變； 2. 已知 γFe的晶格常數(shù) (a=)大于 αFe的晶格常數(shù) (a=)，為什么 γFe冷卻到 9120C轉(zhuǎn)變?yōu)?αFe時體積反而增大？ 3. (1)合金主要由哪兩大類相構(gòu)成？ (2)是如何構(gòu)成的？ (3)金屬化合物對合金性能有何影響？ (4)如何通過調(diào)整相本身及相的組成來調(diào)整合金的性能？ 工程材料 晶粒大小與控制 晶粒大小對力學性能的影響 一般情況下，晶粒越細，力學性能越好 工程材料 影響晶粒大小的因素 形核率 長大速度 工程材料 晶粒大小的衡量方式 —— 晶粒度 晶粒度： 1mm2試樣截面面積上晶粒的數(shù)目，或晶粒的平均線長度（或直徑） 晶粒度等級：共分 8級， 1級最粗， 8級最細晶粒度等級的計算式：m=2N+2(其中 m為每 mm2中的晶粒數(shù)，N為晶粒度等級數(shù) ) 晶粒度等級的測量： 100倍金相圖像與標準晶粒度圖比較 工程材料