第1章 材料的結(jié)構(gòu)與性能

1、純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 合金的晶體結(jié)構(gòu) 金屬材料的性能 n使用性能：使用性能：指材料制成零件和產(chǎn)品后在使用過程中能適指材料制成零件和產(chǎn)品后在使用過程中能適 應(yīng)或抵抗外界對(duì)它的作用而必須具備的能力應(yīng)或抵抗外界對(duì)它的作用而必須具備的能力 n工藝性能：工藝性能：指制造過程中材料適應(yīng)加工的能力指制造過程中材料適應(yīng)加工的能力 材料材料的的力學(xué)性能力學(xué)性能 n定義：定義：指材料在外力作用下所表現(xiàn)的性能，也叫機(jī)械性能。指材料在外力作用下所表現(xiàn)的性能，也叫機(jī)械性能。 力學(xué)性能力學(xué)性能 材料的軟硬程度材料的軟硬程度 硬度硬度 材料抵抗外力的能力材料抵抗外力的能力 強(qiáng)度、剛度與塑性強(qiáng)度、剛度與塑性 含缺陷材料抗斷裂含缺

2、陷材料抗斷裂 能力能力斷裂韌性斷裂韌性 材料的脆性材料的脆性沖擊沖擊韌度韌度 材料抵抗交變載荷的材料抵抗交變載荷的 能力能力疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性）材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性） 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn) 拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)機(jī) 00 00 10 5 Ld Ld 長(zhǎng)試樣 短試樣 （b） （a）試樣；（）試樣；（b）試樣的變形）試樣的變形 0 S F 0 L L 拉伸載荷 絕對(duì)伸長(zhǎng)量 材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性）材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性） 拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn) 拉伸曲線拉伸曲線 應(yīng)力應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 試樣原始截面積 試樣原始長(zhǎng)度 低碳鋼應(yīng)力低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲

3、線應(yīng)變曲線 材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性）材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性） 彈性階段彈性階段oe 屈服階段屈服階段es 強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段sb 縮頸斷裂階段縮頸斷裂階段bk 2 . 0 s 屈服極限屈服極限：s 強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限：b 彈性極限彈性極限：e 0 S Fb b 0 S Fs s 屈服極限（屈服強(qiáng)度、屈服應(yīng)力） 材料開始產(chǎn)生明顯塑性變形 的最低應(yīng)力 強(qiáng)度極限、抗拉強(qiáng)度 材料抵抗外力作用不致斷裂的最大應(yīng)力 （1）強(qiáng)度）強(qiáng)度材料在載荷作用下抵抗變形或斷裂的能力 材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性）材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性） 0 e e F S 彈性極限 材料開始產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)

4、力 材料的斷口類型材料的斷口類型 塑性 脆性 塑性 脆性 材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性）材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性） E 彈性模量彈性模量 材料在受力時(shí)抵抗彈 性變形的能力，它表 示材料彈性變形的難 易程度。 （2）剛度）剛度 材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性）材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性） 金屬金屬鋁鋁(Al) 銅銅(Cu) 鐵鐵(Fe) 鈦鈦(Ti) 鎳鎳(Ni) 鎂鎂(Mg) 銀銀(Ag) E(MPa)720001210002140001130002100004500080000 常見金屬的彈性模量常見金屬的彈性模量 %100 0 01 l ll %100 0 10 S S

5、S 斷面收縮率斷面收縮率 延伸率延伸率 材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞 的能力 （3）塑性）塑性 材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性）材料的力學(xué)性能（強(qiáng)度、剛度與塑性） 510 （注意：） 布氏硬度試驗(yàn)原理圖布氏硬度試驗(yàn)原理圖 材料抵抗硬物體壓入其表面的能力 或：材料抵抗局部塑性變形的能力 適用范圍適用范圍： HBS450（鋼球） HBW：450650（硬質(zhì)合金） 材料的力學(xué)性能（硬度）材料的力學(xué)性能（硬度） 22 2 () P HB D DDd 現(xiàn)在所用的壓頭為硬質(zhì)合金 壓 頭 ， 單 位 H B W ， 范 圍 650HBW （已經(jīng)成浮云） 材料的力學(xué)性能（硬度）材料的力學(xué)性能（硬度

6、） 特點(diǎn)特點(diǎn)： 被測(cè)面積大，精度高；不宜檢測(cè)成品，不適于 太薄、太硬物體。 表示方法表示方法： 600HBW1/30/20 保持時(shí)間，單位保持時(shí)間，單位s 載荷，單位載荷，單位kgf 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金球直徑，單位球直徑，單位mm 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金球球 硬度硬度 表示用直徑表示用直徑1mm的的硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金球在球在 30kgf 的試驗(yàn)載荷作用下，保持的試驗(yàn)載荷作用下，保持 20s所測(cè)得的布氏所測(cè)得的布氏 硬度值為硬度值為 600 。 材料的力學(xué)性能（硬度）材料的力學(xué)性能（硬度） 金剛石圓錐壓頭金剛石圓錐壓頭 洛氏硬度試驗(yàn)原理圖洛氏硬度試驗(yàn)原理圖 a.加初載荷加初載荷10kgf。 b.加主載荷，

7、為加主載荷，為50kgf或或 90kgf或或140kgf，此時(shí)的，此時(shí)的 總載荷將相應(yīng)為總載荷將相應(yīng)為60kgf或或 100kgf或或150kgf。 c.卸除主載荷，保留初載卸除主載荷，保留初載 荷。荷。 材料的力學(xué)性能（硬度）材料的力學(xué)性能（硬度） 0.002 0.20.26 Kh HR mmmm 金剛石壓頭時(shí)，K；鋼球壓頭時(shí)，K 洛氏硬度值洛氏硬度值 表示方法表示方法： 75HRA 特點(diǎn)特點(diǎn)： 簡(jiǎn)單、迅速，適用范圍廣（軟硬材料均適用軟硬材料均適用），可 用于檢測(cè)成品；誤差大、各級(jí)別的洛氏硬度值無法比較 材料的力學(xué)性能（硬度）材料的力學(xué)性能（硬度） 材料的力學(xué)性能（硬度）材料的力學(xué)性能（硬度

8、） 金剛石正四棱錐面壓頭金剛石正四棱錐面壓頭維氏硬度試驗(yàn)維氏硬度試驗(yàn) P 2 1.8544 / P HVP d S 適用范圍適用范圍： 表面硬化層；金屬鍍層；薄片金屬 特點(diǎn)特點(diǎn)： 壓痕淺、適用范圍廣、準(zhǔn)確性高；不如洛氏硬 度方便 材料的力學(xué)性能（硬度）材料的力學(xué)性能（硬度） 表示方法表示方法： 640HV30/20 保持時(shí)間保持時(shí)間 載荷，單位載荷，單位kgf 維氏硬度維氏硬度 硬度值硬度值 表示表示30kgf的試驗(yàn)載荷，的試驗(yàn)載荷，保持保持20s測(cè)定的測(cè)定的 維氏硬度值為維氏硬度值為 640。 材料抵抗沖擊載荷的作用而不破壞的能力 材料的力學(xué)性能（沖擊材料的力學(xué)性能（沖擊韌度）韌度） 沖擊沖

9、擊韌度韌度 11擺錘；擺錘；22試樣；試樣；33機(jī)架；機(jī)架； 44指針；指針；55刻度盤刻度盤 大能量一次沖擊試驗(yàn)原理圖大能量一次沖擊試驗(yàn)原理圖 2 (/) K k A aJ m S () k AG Hh 沖擊功：沖擊功： 沖擊韌度值：沖擊韌度值： （單位面積沖擊功）（單位面積沖擊功） H h G 材料的力學(xué)性能（沖擊材料的力學(xué)性能（沖擊韌度）韌度） 鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度 作用：作用：檢驗(yàn)材料質(zhì)量 材料的力學(xué)性能（沖擊材料的力學(xué)性能（沖擊韌度）韌度） 1- 1-沖頭沖頭;2-;2-試樣試樣;3-;3-支承架支承架;4-;4-橡膠傳動(dòng)軸橡膠傳動(dòng)軸 多次沖擊示意圖多次沖擊示意圖 沖擊功

10、沖擊功 沖斷周數(shù)沖斷周數(shù) A N 多次沖擊曲線多次沖擊曲線 材料的材料的多沖抗力多沖抗力取決于材料強(qiáng)度與塑性的綜合力學(xué)性能，取決于材料強(qiáng)度與塑性的綜合力學(xué)性能， 沖擊能量高時(shí)，主要取決于材料的塑性；沖擊能量低時(shí)，主沖擊能量高時(shí)，主要取決于材料的塑性；沖擊能量低時(shí)，主 要決定于強(qiáng)度。要決定于強(qiáng)度。 例 如 某 廠 對(duì) 一 噸 鍛 錘 的 錘 桿例 如 某 廠 對(duì) 一 噸 鍛 錘 的 錘 桿 (45鋼 ， 直 徑鋼 ， 直 徑 120mm，長(zhǎng)，長(zhǎng)2000mm)進(jìn)行了工藝改革。對(duì)比如下：進(jìn)行了工藝改革。對(duì)比如下： 原工藝：淬火加高溫回火，原工藝：淬火加高溫回火， ak = 127 Jcm2 HBS=

11、227238，設(shè)使用壽命為，設(shè)使用壽命為1 現(xiàn)工藝：淬火加中溫回火，現(xiàn)工藝：淬火加中溫回火， ak= 88 Jcm 2 HBS=370424，使用壽命增為，使用壽命增為8 由此可見，合理選擇由此可見，合理選擇ak值，能有效地提高零件的值，能有效地提高零件的 使用壽命。使用壽命。 材料的力學(xué)性能（沖擊材料的力學(xué)性能（沖擊韌度）韌度） 材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度）材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度） F F- -1515解體解體 疲勞疲勞 材料在交變載荷作用下，經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間工作而 發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。 材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度）材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度） 交變載荷：反復(fù)改變大小或同時(shí)改變大小和方向的載荷。交變載荷

12、：反復(fù)改變大小或同時(shí)改變大小和方向的載荷。 齒輪受到的交變載荷齒輪受到的交變載荷 材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度）材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度） 轉(zhuǎn)子偏心慣性力引起的交變應(yīng)力轉(zhuǎn)子偏心慣性力引起的交變應(yīng)力 疲勞斷裂的特點(diǎn)疲勞斷裂的特點(diǎn) 發(fā)生疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常低于靜載下的屈服強(qiáng)度；發(fā)生疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常低于靜載下的屈服強(qiáng)度； 是脆性斷裂，危害性很大；是脆性斷裂，危害性很大； 斷口能清楚顯示疲勞斷裂整個(gè)過程的三個(gè)階段（斷口能清楚顯示疲勞斷裂整個(gè)過程的三個(gè)階段（裂紋的裂紋的 形成、擴(kuò)展和最后斷裂形成、擴(kuò)展和最后斷裂）。 材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度）材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度） 疲勞斷口示意圖疲勞斷口示意圖

13、材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度）材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度） 疲勞斷裂斷口照片疲勞斷裂斷口照片 材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度）材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度） 彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī) 疲勞強(qiáng)度的測(cè)量疲勞強(qiáng)度的測(cè)量 材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度）材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度） 彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的示意圖彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的示意圖 材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度）材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度） 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度 1 材 料能經(jīng)受“無限無限”次次 循環(huán)而不發(fā)生疲勞破循環(huán)而不發(fā)生疲勞破 壞的最壞的最大應(yīng)力值 疲勞曲線疲勞曲線 材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度）材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度） 不同材料的疲勞曲線不同材料的疲勞曲線 有色金屬及其 合金常以

14、循環(huán) 次數(shù)達(dá)10 8次 時(shí)的最大應(yīng)力 作為它的疲勞 強(qiáng)度。 提高疲勞強(qiáng)度的措施提高疲勞強(qiáng)度的措施 設(shè)計(jì)方面設(shè)計(jì)方面:力求避免尖角，注意保證零件的表力求避免尖角，注意保證零件的表 面粗糙度。面粗糙度。 材料方面材料方面：保證冶金質(zhì)量，減少夾雜疏松等缺：保證冶金質(zhì)量，減少夾雜疏松等缺 陷。陷。 工藝方面工藝方面：強(qiáng)化零件表面，如表面淬火，表面：強(qiáng)化零件表面，如表面淬火，表面 滲碳、表面氮化、噴丸處理、滾壓處理等。滲碳、表面氮化、噴丸處理、滾壓處理等。 材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度）材料的力學(xué)性能（疲勞強(qiáng)度） 材料的力學(xué)性能（斷裂韌性）材料的力學(xué)性能（斷裂韌性） 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想認(rèn)為零件所承受的工作應(yīng)力只

15、要小于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想認(rèn)為零件所承受的工作應(yīng)力只要小于 或等于材料的許用應(yīng)力或等于材料的許用應(yīng)力，零件便能安全工作，即：，零件便能安全工作，即： w = 0.2 / K (K=1.52.0，K安全系數(shù)）安全系數(shù)） u 50年代，美國(guó)北極星導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)殼體在試飛時(shí)年代，美國(guó)北極星導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)殼體在試飛時(shí) 突然爆炸突然爆炸 u 60年代，美國(guó)年代，美國(guó)F-111戰(zhàn)斗轟炸機(jī)在俯沖拉起時(shí)左翼突然戰(zhàn)斗轟炸機(jī)在俯沖拉起時(shí)左翼突然 折斷，導(dǎo)致飛機(jī)墜毀折斷，導(dǎo)致飛機(jī)墜毀 u 70年代，年代，美國(guó)航空公司一架麥道美國(guó)航空公司一架麥道DC-10飛機(jī)在起飛后不飛機(jī)在起飛后不 久因左邊發(fā)動(dòng)機(jī)脫落而失速墜毀，

16、導(dǎo)致機(jī)上久因左邊發(fā)動(dòng)機(jī)脫落而失速墜毀，導(dǎo)致機(jī)上273人罹難。人罹難。 材料的力學(xué)性能（斷裂韌性）材料的力學(xué)性能（斷裂韌性） 材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)張能力的指標(biāo)斷裂韌性斷裂韌性 應(yīng)力強(qiáng)度因子應(yīng)力強(qiáng)度因子KI KYa 外加應(yīng)力；外加應(yīng)力； a裂紋半長(zhǎng)；裂紋半長(zhǎng)； Y裂紋形狀系數(shù)，無量綱，一般裂紋形狀系數(shù)，無量綱，一般 Y =1 2。 斷裂韌性值斷裂韌性值KIC CCC KYa C臨界應(yīng)力；臨界應(yīng)力； 2aC臨界裂紋長(zhǎng)度。臨界裂紋長(zhǎng)度。 材料的力學(xué)性能（斷裂韌性）材料的力學(xué)性能（斷裂韌性） 物理性能物理性能 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能 磁性磁性密度、熔點(diǎn)密度、熔點(diǎn) 熱膨脹性熱膨脹性 導(dǎo)熱性能導(dǎo)熱性能 （1）物理性

17、能）物理性能 材料材料的理化性能的理化性能 材料在常溫下抵抗化學(xué)介質(zhì)腐蝕破 壞作用的能力。包括抗化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 金屬材料抵抗高溫氧化性氣氛腐蝕 作用的能力。 （2）化學(xué)性能）化學(xué)性能 材料材料的理化性能的理化性能 鑄造性能鑄造性能 精密鑄件 灰鐵鑄件 流動(dòng)性、收縮性及偏析傾向流動(dòng)性、收縮性及偏析傾向 材料材料的工藝性能的工藝性能 鍛造性能鍛造性能 受受外力鍛打變形而不破壞自身完整性的外力鍛打變形而不破壞自身完整性的能力，能力， 包括金屬的塑性和變形抗力。包括金屬的塑性和變形抗力。 萬噸級(jí)水壓機(jī)模鍛的飛機(jī)大梁、火箭捆挷環(huán) 材料的工藝性能材料的工藝性能 焊接焊接性能性能 指金屬能否容易用一

18、定的焊接方法焊成優(yōu)良指金屬能否容易用一定的焊接方法焊成優(yōu)良 接頭的性能，獲得無裂縫、無氣孔等缺陷的接頭的性能，獲得無裂縫、無氣孔等缺陷的 焊縫，并具有一定的機(jī)械性能。焊縫，并具有一定的機(jī)械性能。 材料的工藝性能材料的工藝性能 切削加工性能切削加工性能 常用切削方法 用切削刀具進(jìn)行加工時(shí)所表現(xiàn)出來的性能用切削刀具進(jìn)行加工時(shí)所表現(xiàn)出來的性能 材料的工藝性能材料的工藝性能 熱處理熱處理性能性能 汽車零件 通過通過熱處理改變其組織和性能的熱處理改變其組織和性能的能力，能力， 包括淬硬性、淬透性等等包括淬硬性、淬透性等等 縫紉機(jī)零件 機(jī)床電主軸 材料的工藝性能材料的工藝性能 晶體晶體內(nèi)部原子呈規(guī)則排列的

19、物質(zhì)內(nèi)部原子呈規(guī)則排列的物質(zhì) 非晶體非晶體內(nèi)部原子無規(guī)則排列的物質(zhì)內(nèi)部原子無規(guī)則排列的物質(zhì) ZnS 型型 石英玻璃石英玻璃 ( (非晶體非晶體) ) 石英晶體石英晶體( (晶體晶體) ) 熔點(diǎn)熔點(diǎn)一定一定 性能呈各向異性性能呈各向異性 晶體與非晶體晶體與非晶體 金屬原子的結(jié)合方式金屬原子的結(jié)合方式金屬鍵金屬鍵 金屬鍵結(jié)合示意圖金屬鍵結(jié)合示意圖 金屬原子的結(jié)合方式金屬原子的結(jié)合方式 晶胞常數(shù)晶胞常數(shù)：a、b、c、 晶格常數(shù)：晶格常數(shù)： a、b、c 簡(jiǎn)單立方晶胞：簡(jiǎn)單立方晶胞： abc 9090 晶體晶體 晶格（空間點(diǎn)陣）晶格（空間點(diǎn)陣） 晶胞晶胞 結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) 基本概念基本概念 基本概念基本概念 晶

20、胞原子數(shù)晶胞原子數(shù) 一個(gè)晶胞中實(shí)際包括的原子數(shù)目，一個(gè)晶胞中實(shí)際包括的原子數(shù)目， 常用常用 N 表示表示。 8 1/8 12N 體 體心立方晶胞體心立方晶胞 晶體的致密度晶體的致密度 金屬晶胞中原子所占有的總體積金屬晶胞中原子所占有的總體積 與該晶胞體積之比。與該晶胞體積之比。 3 4 3 Nr k V k致密度；致密度； N晶胞原子數(shù)；晶胞原子數(shù)； r原子半徑；原子半徑； V晶胞體積。晶胞體積。 基本概念基本概念 33 33 443 22() 334 0.68 ra k aa 體 體心立方晶胞示意圖體心立方晶胞示意圖 基本概念基本概念 體體心立方晶格心立方晶格 （bcc） 面面心立方晶格心立

21、方晶格 （fcc） 密密排六方晶格排六方晶格 （hcp） 常見常見金屬的晶格類型金屬的晶格類型 鐵、鐵、Cr、W、 Mo、V等等 鐵、鐵、Al、Cu、 Ni、Au、Ag等等 Mg、Zn、Be等等 金屬中常見晶格類型的基本參數(shù)金屬中常見晶格類型的基本參數(shù) 晶格類型晶格類型體心立方（體心立方（bcc）面心立方（面心立方（fcc）密排六方（密排六方（hcp） 晶胞結(jié)構(gòu)晶胞結(jié)構(gòu) 晶胞常數(shù)晶胞常數(shù) 晶胞內(nèi)原子數(shù)晶胞內(nèi)原子數(shù) 原子半徑原子半徑 致密度致密度 典型金屬典型金屬 abc 90 abc 90 ab c/a1.633 90 120 0.680.740.74 -Fe、Mo、W、 V、Cr -Fe、A

22、l、Cu、Ni、 Au、Ag Mg、Cd、Zn、Be、 Ca 晶面晶面 在晶體中，由一系列原子所組成的平面。在晶體中，由一系列原子所組成的平面。 晶面和晶向晶面和晶向 晶向晶向 任何兩個(gè)原子組成的直線，它所指的方向。任何兩個(gè)原子組成的直線，它所指的方向。 晶面和晶向的概念晶面和晶向的概念 晶面和晶向的概念晶面和晶向的概念 單晶體示意圖單晶體示意圖 金屬的多晶體結(jié)構(gòu)金屬的多晶體結(jié)構(gòu) 實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（多晶體結(jié)構(gòu)）實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（多晶體結(jié)構(gòu)） 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 空位及間隙原子空位及間隙原子 置換原子置換原子 特征：特征： 本身尺寸很小，但本身尺寸很小，但晶格畸變晶格畸變可波及很可波及很遠(yuǎn)，使金遠(yuǎn)，使金 屬的

23、強(qiáng)度和硬度提高屬的強(qiáng)度和硬度提高； 空位和間隙原子均處于不空位和間隙原子均處于不 斷的運(yùn)動(dòng)和變化之中斷的運(yùn)動(dòng)和變化之中 實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷）實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷） 線缺陷（位錯(cuò)）線缺陷（位錯(cuò)） 刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò) 正刃型正刃型 位錯(cuò)位錯(cuò) 負(fù)刃型負(fù)刃型 位錯(cuò)位錯(cuò) 特征：特征：在位錯(cuò)線在位錯(cuò)線(EF)(EF)方向尺寸大方向尺寸大 位錯(cuò)線周圍產(chǎn)生位錯(cuò)線周圍產(chǎn)生晶格畸變晶格畸變 位錯(cuò)線方向和原子移動(dòng)方向垂直位錯(cuò)線方向和原子移動(dòng)方向垂直 刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò) 實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷）實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷） 螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò) 實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷）實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷） 螺型位錯(cuò)螺型位錯(cuò)

24、 特征：特征：位錯(cuò)線方向和原子移動(dòng)方向一致位錯(cuò)線方向和原子移動(dòng)方向一致 混合型位錯(cuò)混合型位錯(cuò) 混合型位錯(cuò)混合型位錯(cuò) 實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷）實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷） 電子顯微鏡下觀察到的位錯(cuò)電子顯微鏡下觀察到的位錯(cuò)線線 實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷）實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷） 金屬材料的塑性變形是通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的金屬材料的塑性變形是通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的 刃型位錯(cuò)的滑移刃型位錯(cuò)的滑移 實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷）實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷） 金屬?gòu)?qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系金屬?gòu)?qiáng)度與位錯(cuò)密度的關(guān)系 單位體積內(nèi)位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度單位體積內(nèi)位錯(cuò)線的總長(zhǎng)度位錯(cuò)密度位錯(cuò)密度 實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷）實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（

25、晶體的缺陷） 面缺陷面缺陷晶界、亞晶界晶界、亞晶界 亞晶界亞晶界 （位錯(cuò)墻模型位錯(cuò)墻模型） 晶界晶界 實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷）實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷） p 常溫下，晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。故金屬常溫下，晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。故金屬 材料的晶粒越細(xì)，則單位體積晶界面積越多，其材料的晶粒越細(xì)，則單位體積晶界面積越多，其 強(qiáng)度，硬度越高強(qiáng)度，硬度越高 p 晶界比晶內(nèi)更易氧化和優(yōu)先腐蝕晶界比晶內(nèi)更易氧化和優(yōu)先腐蝕 p 金屬發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，容易先在晶界發(fā)生金屬發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，容易先在晶界發(fā)生 特征特征 實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷）實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)（晶體的缺陷） 合金是指由兩種或兩種以上金屬元

26、素（或合金是指由兩種或兩種以上金屬元素（或 金屬與非金屬元素）熔合、燒結(jié)而成的具金屬與非金屬元素）熔合、燒結(jié)而成的具 有金屬特性的物質(zhì)。有金屬特性的物質(zhì)。 合金合金 組成合金的最基本而獨(dú)立的物質(zhì)，一般來組成合金的最基本而獨(dú)立的物質(zhì)，一般來 說組員就是組成合金的元素說組員就是組成合金的元素 組組元元 給定組元配制出的一系列合金給定組元配制出的一系列合金合金系合金系 合金的基本合金的基本概念概念 合金中具有相同成分、結(jié)構(gòu)、聚集狀合金中具有相同成分、結(jié)構(gòu)、聚集狀 態(tài)，并以界面相互隔開的均勻的組成態(tài)，并以界面相互隔開的均勻的組成 部分部分 合金合金相（相相（相） 合金的基本概念合金的基本概念 相概念示

27、意圖相概念示意圖 在金屬和合金中，在顯微鏡下能觀察在金屬和合金中，在顯微鏡下能觀察 到的微觀形貌、圖象稱為組織，它是到的微觀形貌、圖象稱為組織，它是 由單相物質(zhì)或多相物質(zhì)組合成的，具由單相物質(zhì)或多相物質(zhì)組合成的，具 有一定形態(tài)特征的聚合體有一定形態(tài)特征的聚合體 。 組織組織 合金的基本概念合金的基本概念 不銹鋼的金相組織不銹鋼的金相組織 合金合金的相結(jié)構(gòu)的相結(jié)構(gòu) 合金組元在固態(tài)能相互溶解所形成的一種均勻的相合金組元在固態(tài)能相互溶解所形成的一種均勻的相 概念概念 固溶體固溶體 固溶體的晶格類型和溶劑的晶格類型一致固溶體的晶格類型和溶劑的晶格類型一致 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu) 置換固溶體置換固溶體

28、間隙固溶體間隙固溶體 固溶體的固溶體的分類分類 按溶質(zhì)位置按溶質(zhì)位置 置換固溶體置換固溶體（溶質(zhì)和溶（溶質(zhì)和溶 劑半徑接近）劑半徑接近） 間隙固溶體間隙固溶體（溶質(zhì)半徑（溶質(zhì)半徑 /溶劑半徑溶劑半徑0.59） 有限固溶體有限固溶體 無限固溶體無限固溶體 有限固溶體有限固溶體 固溶體的形成對(duì)金屬性能的影響固溶體的形成對(duì)金屬性能的影響 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu) 隨溶質(zhì)含量的升高，固溶體的性能將發(fā)生明顯改變，隨溶質(zhì)含量的升高，固溶體的性能將發(fā)生明顯改變， 其一般情況下，其一般情況下，強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度逐漸逐漸升高升高，而，而塑性、韌性塑性、韌性有所有所 下降。下降。 溶入溶質(zhì)元素而使溶劑金屬?gòu)?qiáng)度、

29、硬度提高的現(xiàn)象，溶入溶質(zhì)元素而使溶劑金屬?gòu)?qiáng)度、硬度提高的現(xiàn)象， 稱為固溶強(qiáng)化。稱為固溶強(qiáng)化。 置換固溶體置換固溶體 間隙固溶體間隙固溶體 分類分類 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu) 金屬化合物金屬化合物 合金組元之間通過相互作用所形成的一種相對(duì)穩(wěn)合金組元之間通過相互作用所形成的一種相對(duì)穩(wěn) 定的相定的相。其結(jié)構(gòu)與溶質(zhì)和溶劑都不一致其結(jié)構(gòu)與溶質(zhì)和溶劑都不一致。 概念概念 正常正常價(jià)價(jià)化合物化合物 電子化合物電子化合物 間隙化合物間隙化合物 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu) 高硬度高硬度、高熔點(diǎn)高熔點(diǎn)、低塑性低塑性 力學(xué)性能力學(xué)性能 以固溶體為主，輔以金屬化合物彌散分布，提高合以固溶體為主，輔以金屬化合物彌散分布，

30、提高合 金整體的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。這種強(qiáng)化材料的方法叫金整體的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。這種強(qiáng)化材料的方法叫 做做彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化。 Al-Mg-SiAl-Mg-Si合金中的合金中的MgMg2 2Si Si 本章思考題本章思考題 1.1. s s ， b b各表示材料的什么力學(xué)性能？各表示材料的什么力學(xué)性能？ 2.2. 0.2 0.2的意義？ 的意義？ 3.3. 彈性模量彈性模量E E有何實(shí)際意義？有何實(shí)際意義？ 4.4. 和和 哪個(gè)更能準(zhǔn)確的反應(yīng)材料的塑性？哪個(gè)更能準(zhǔn)確的反應(yīng)材料的塑性？ 5.5. 某一直徑為某一直徑為10mm10mm的鋁合金棒，受到的鋁合金棒，受到10000N10000N拉拉 伸時(shí)，是否會(huì)產(chǎn)生明顯的塑性變形（伸時(shí)，是否會(huì)產(chǎn)生明顯的塑性變形（ 0 . 2 0 . 2 =150MPa=150MPa）？）？ 6.6. 現(xiàn)有一