第一、二、三章

1、1工程材料工程材料Engineering Materials重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院任課教師：蔣任課教師：蔣 斌斌23787及及777使用復(fù)合使用復(fù)合材料和鋁材的情況材料和鋁材的情況（按重量計(jì)算）（按重量計(jì)算） 787 50%復(fù)合材料復(fù)合材料 20%鋁鋁 777 12%復(fù)合材料復(fù)合材料 50%鋁鋁 787具有突破性的材具有突破性的材料應(yīng)用料應(yīng)用復(fù)合材料復(fù)合材料 50%鋁鋁 20%鈦鈦 15%鋼鋼 10%其他其他 5%456o教材：教材：工程材料工程材料，劉天模，劉天模 徐幸梓徐幸梓 編編o參考書目：參考書目： 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料，王運(yùn)炎，王運(yùn)炎, ,朱莉朱莉

2、編編 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料 ，王忠，王忠 編編7課程結(jié)構(gòu)課程結(jié)構(gòu)o緒言緒言o材料的基礎(chǔ)理論材料的基礎(chǔ)理論o工藝工藝o常用材料及其性能常用材料及其性能第二章第二章 材料的結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)第三章材料制備過程第三章材料制備過程第四章相圖第四章相圖第五章材料的變形第五章材料的變形緒論、第一章緒論、第一章第六章第六章 鋼的熱處理鋼的熱處理其它章其它章8第一章緒論一一 材料的地位材料的地位 是國民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)是國民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ) 是人類生存與發(fā)展、征服自然和改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ)。是人類生存與發(fā)展、征服自然和改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ)。 現(xiàn)代科技和工業(yè)的三大支柱之一現(xiàn)代科技和工業(yè)的三大支柱之一 國家現(xiàn)代化程度標(biāo)志

3、之一國家現(xiàn)代化程度標(biāo)志之一材料能源信息材料品種數(shù)量質(zhì)量工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國防科技人民生活910二二 材料的概念材料的概念 definitiondefinition目的目的 弄清楚材料的本質(zhì)。概念概念 普遍意義：普遍意義：制取各種產(chǎn)品的原料。 粉筆碳酸鈣； 課桌木材； 飯缸鋼或陶瓷。 學(xué)科觀點(diǎn)：學(xué)科觀點(diǎn)：材料就是指能經(jīng)濟(jì)地獲取，并且具有某種使 用價值的物質(zhì)。 包含兩方面的含義： 1、材料的制備觀，能夠經(jīng)濟(jì)的制??； 2、材料的性能觀，具有一定的使用性能。11三三 材料的發(fā)展材料的發(fā)展歷程o按材料的發(fā)展劃分歷史階段： 公元前公元前1010萬年萬年 石器時代石器時代公元前公元前30003000年年 青銅器時代

4、青銅器時代公元前公元前10001000年年 鐵器時代鐵器時代 工具：工具：石斧、石刀、石塊等，用途：用途：狩獵、耕作，獲取生活必需品 工具或工具或用具用具：青銅劍、鏟、銅鼎、銅罐、銅餐具等，用途：用途：兵器，農(nóng)具，生活用品 工具：工具：犁、鋤 頭、剪刀、釜 、火鉗等 農(nóng)業(yè)、手工業(yè)用具。用途：用途：農(nóng)業(yè)、手工業(yè)，大大促進(jìn)生產(chǎn)。 12隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，按材料的發(fā)展劃分歷史進(jìn)程：歐洲的古建筑中國的古建筑公元公元0年年水泥時代水泥時代推動建筑業(yè)發(fā)展1800年年鋼時代鋼時代推動工業(yè)、礦業(yè)發(fā)展1319461946年，第一代計(jì)算機(jī)：年，第一代計(jì)算機(jī)： 18000多只電子管， 重量30噸， 占地170平方米，

5、 每小時耗電150KW；以硅為代表的半導(dǎo)體材料：以硅為代表的半導(dǎo)體材料： 特別是1967年大規(guī)模集成電路的問世，使計(jì)算機(jī)微型化，計(jì)算機(jī)才能迅速發(fā)展。 1950年年硅時代硅時代推動了信息和自動化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動了信息和自動化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 141990年年 新材料時代新材料時代復(fù)合材料、復(fù)合材料、納米材料、納米材料、生物材料、生物材料、電子材料、電子材料、超導(dǎo)材料、超導(dǎo)材料、輕金屬材料等輕金屬材料等; ;采用新技術(shù)來制備高性能的傳統(tǒng)材料： 超高強(qiáng)度鋼，高成形鋼自然界沒有的高性能人造材料：電池材料、儲氫材料。151617漫長而又曲折的歷程：漫長而又曲折的歷程：簡單簡單復(fù)雜復(fù)雜單一性能單一性能綜合性能；綜

6、合性能；結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料功能材料功能材料單一材料單一材料復(fù)合材料復(fù)合材料18古代科技名著：古代科技名著：“考工記考工記”（先秦）、（先秦）、“夢溪筆談夢溪筆談”（宋代沈（宋代沈 括）、括）、“天工開物天工開物”（明代宋應(yīng)星）（明代宋應(yīng)星）o明代后：明代后：材料的發(fā)展處于停滯狀態(tài)材料的發(fā)展處于停滯狀態(tài)o解放后：解放后：材料科學(xué)受到重視和發(fā)展，被列為現(xiàn)代技術(shù)三大支柱之一。材料科學(xué)受到重視和發(fā)展，被列為現(xiàn)代技術(shù)三大支柱之一。 一整套材料體系一整套材料體系 門類全齊門類全齊 數(shù)量數(shù)量 質(zhì)量質(zhì)量 鋼鐵突破鋼鐵突破6 6億噸大關(guān)億噸大關(guān) 世界第一世界第一 原子彈、氫彈、人造衛(wèi)星、火箭原子彈、氫彈、人造衛(wèi)星

7、、火箭長征三號運(yùn)載火箭在發(fā)射架上長征三號運(yùn)載火箭在發(fā)射架上寶鋼高爐寶鋼高爐19四 材料科學(xué)與工程的內(nèi)容成分成分composition工藝工藝processing組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)microstructure性能性能properties20課程的性質(zhì)和任務(wù)：課程的性質(zhì)和任務(wù)：性質(zhì)：性質(zhì)：工程材料是機(jī)械類、近機(jī)械類各專業(yè)學(xué)生必修的工程材料是機(jī)械類、近機(jī)械類各專業(yè)學(xué)生必修的 專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。任務(wù)：任務(wù)：1) 1) 使學(xué)生獲得有關(guān)工程材料的基本理論和基本知識；使學(xué)生獲得有關(guān)工程材料的基本理論和基本知識；2) 2) 掌握常用工程材料成分組織性能應(yīng)用之間關(guān)系掌握常用工程材料成分組織性能應(yīng)用之

8、間關(guān)系 的一般規(guī)律；的一般規(guī)律；3) 3) 熟悉常用工程材料的生產(chǎn)工藝過程；熟悉常用工程材料的生產(chǎn)工藝過程；4) 4) 根據(jù)機(jī)械零件的服役條件和失效形式、合理選用工程根據(jù)機(jī)械零件的服役條件和失效形式、合理選用工程 材料材料。21本課程與相關(guān)課程的關(guān)系： 金屬工藝學(xué)實(shí)習(xí)及應(yīng)用力學(xué)課程金屬工藝學(xué)實(shí)習(xí)及應(yīng)用力學(xué)課程, , 即學(xué)生應(yīng)具有材料的機(jī)械性能和金屬即學(xué)生應(yīng)具有材料的機(jī)械性能和金屬加工工藝方面的基本知識。加工工藝方面的基本知識。 為后續(xù)課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)等打好選擇材為后續(xù)課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)等打好選擇材料和使用材料的基礎(chǔ)。料和使用材料的基礎(chǔ)。22課程的基本教學(xué)要求 ：o重點(diǎn)闡述工程材料的性能與其組織結(jié)構(gòu)之

9、間重點(diǎn)闡述工程材料的性能與其組織結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系的聯(lián)系; ;o說明如何通過工藝手段改變材料的組織結(jié)構(gòu)說明如何通過工藝手段改變材料的組織結(jié)構(gòu), ,以達(dá)到提高材料性能的目的以達(dá)到提高材料性能的目的; ;o介紹常用工程材料及其應(yīng)用等基本知識；介紹常用工程材料及其應(yīng)用等基本知識；o為工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件的設(shè)計(jì)和制造提供合為工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件的設(shè)計(jì)和制造提供合理選用材料的方法。理選用材料的方法。 23課程教學(xué)形式：o理論教學(xué)；理論教學(xué)；o實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；o課堂討論；課堂討論；o自學(xué)；自學(xué)；o輔導(dǎo)（習(xí)題解答輔導(dǎo)（習(xí)題解答 ）。）。 24第二章第二章 材料的性能與分類材料的性能與分類 性能的概念性能的概念:

10、 :材料在外界條件作用下所表現(xiàn)出的行為。材料在外界條件作用下所表現(xiàn)出的行為。 第一節(jié)第一節(jié) 材料的性能材料的性能 力學(xué)性能力學(xué)性能 物理性能物理性能 化學(xué)性能化學(xué)性能 工藝性能工藝性能25一一 力學(xué)性能力學(xué)性能材料受力后就會產(chǎn)生變形，材料受力后就會產(chǎn)生變形，材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能是指材料在受力時的行為。是指材料在受力時的行為。描述材料變形行為的指標(biāo)：描述材料變形行為的指標(biāo)： 應(yīng)力應(yīng)力，是單位面積上的作用力；，是單位面積上的作用力； 應(yīng)變應(yīng)變，是單位長度的變形。，是單位長度的變形。描述材料力學(xué)性能的主要指標(biāo)：強(qiáng)度、延性和韌性。描述材料力學(xué)性能的主要指標(biāo)：強(qiáng)度、延性和韌性。 強(qiáng)度是使材料破壞的應(yīng)

11、力大小的度量；強(qiáng)度是使材料破壞的應(yīng)力大小的度量； 塑性是材料在破壞前永久應(yīng)變的數(shù)值；塑性是材料在破壞前永久應(yīng)變的數(shù)值； 韌性是材料在破壞時所吸收的能量的數(shù)值。韌性是材料在破壞時所吸收的能量的數(shù)值。 26強(qiáng)度和塑性的測量強(qiáng)度和塑性的測量 b b S A b 0.2 A (a) (b) (c) OO O拉伸試驗(yàn)（視頻）拉伸試驗(yàn)（視頻）27韌性的測量韌性的測量28硬度硬度 硬度是材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃裂的能力。硬度是材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃裂的能力。 通常材料的強(qiáng)度越高，硬度也越高。通常材料的強(qiáng)度越高，硬度也越高。 硬度測試通常采用壓入法：硬度測試通常采用壓入法： 在一定載荷作

12、用下，用比工件更硬的壓頭緩慢壓入被測工在一定載荷作用下，用比工件更硬的壓頭緩慢壓入被測工件表面，使材料局部塑性變形而形成壓痕，然后根據(jù)壓痕面積大小件表面，使材料局部塑性變形而形成壓痕，然后根據(jù)壓痕面積大小或壓痕深度來確定硬度值?；驂汉凵疃葋泶_定硬度值。 工程上常用的硬度指標(biāo)：工程上常用的硬度指標(biāo)：布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。 2930二二 物理性能：物理性能：o密度密度o熔點(diǎn)熔點(diǎn)o熱容熱容o熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)o導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性o導(dǎo)電性導(dǎo)電性o磁導(dǎo)率等；磁導(dǎo)率等；31三三 其它性能其它性能o化學(xué)性能：化學(xué)性能： 耐腐蝕性耐腐蝕性 抗氧化性抗氧化性o工藝性能：工藝性能：

13、 鑄造性能鑄造性能 鍛造性能鍛造性能 焊接性能焊接性能 切削性能切削性能32第二節(jié) 材料分類按材料的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)分類：按材料的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)分類： 金屬材料非金屬材料復(fù)合材料：黑色金屬：有色金屬：鐵、鉻、錳鋁、鎂、銅、鈦 無機(jī)非金屬材料： 高分子材料：水泥、玻璃、耐火材料、陶瓷 纖維、塑料、橡膠 將兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料組合起來使用，各組分間有明顯界面，且性能優(yōu)于各組成材料的多相材料。 如 混凝土 （陶瓷基）、玻璃鋼（樹脂基）33結(jié)構(gòu)材料：結(jié)構(gòu)材料： 主要利用其力學(xué)性能，用來制造承受載荷、傳遞動力的零件和構(gòu)件。 如：機(jī)床底座、鋼梁、汽車的曲軸、傳動軸等。 功能材料：功能材料：主要利用其

14、物理性能，包括聲、光、電、磁、熱等。用來制造具有特殊性能的元件。如集成電路、信息記錄材料、傳感器、超導(dǎo)等。 按材料的使用性能與用途分類：按材料的使用性能與用途分類：34第三章 材料的結(jié)構(gòu) Microstructure結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：組成材料的原子的排列方式和空間分布。組成材料的原子的排列方式和空間分布。第一節(jié)第一節(jié) 材料的結(jié)合方式材料的結(jié)合方式一、一、 化學(xué)鍵化學(xué)鍵離子鍵：離子鍵：形成正負(fù)離子，存在較強(qiáng)的靜電引力；形成正負(fù)離子，存在較強(qiáng)的靜電引力；共價鍵：共價鍵：共用電子對，強(qiáng)吸引力；共用電子對，強(qiáng)吸引力；金屬鍵：金屬鍵：自由電子，形成電子氣，較強(qiáng)吸引力；自由電子，形成電子氣，較強(qiáng)吸引力；分子鍵：

15、分子鍵：較弱的靜電引力；較弱的靜電引力；氫氫 鍵：鍵：較強(qiáng)的范德瓦耳斯力。較強(qiáng)的范德瓦耳斯力。35二、二、 結(jié)合鍵對材料性能的影響結(jié)合鍵對材料性能的影響金屬材料：金屬材料： 金屬鍵。 金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性好，具有正的電 阻溫度系數(shù)，良好的變形能力。陶瓷材料：陶瓷材料：離子鍵、共價鍵 化學(xué)穩(wěn)定性好，高熔點(diǎn)和硬度，脆性大。高分子材料：高分子材料：共價鍵、氫鍵、分子鍵。 原子間以共價鍵結(jié)合，分子間以分子鍵結(jié)合。36三、三、 晶體與非晶體晶體與非晶體1 1、晶體：、晶體：crystalcrystal 概念：概念：原子或分子在空間呈有序排列。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：長程有序，短程無序 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：

16、各向異性，有固定的熔點(diǎn)。2 2、非晶體：、非晶體：amorphous bodyamorphous body 概念：概念：原子或分子在空間呈無序排列。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：長程無序，短程有序 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：各向同性，無固定的熔點(diǎn)。373 3、晶體與非晶體的轉(zhuǎn)化、晶體與非晶體的轉(zhuǎn)化晶體晶體非晶體：非晶體：快速冷卻（大于快速冷卻（大于10 K K/S ）Rapid Cooling非晶體非晶體晶體：晶體：退火退火738第二節(jié)有關(guān)晶體的幾個概念第二節(jié)有關(guān)晶體的幾個概念 1、晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)structure： 組成材料的原子的排列方式和空間分布。組成材料的原子的排列方式和空間分布。2、點(diǎn)陣：、點(diǎn)

17、陣：lattice 原子原子剛球剛球（簡化為）球心（點(diǎn)）（簡化為）球心（點(diǎn)）點(diǎn)集合（點(diǎn)陣）。點(diǎn)集合（點(diǎn)陣）。 393、晶格：、晶格：crystal lattice 用一些假想的直線將這些點(diǎn)連接起來，就構(gòu)成了三維的幾何網(wǎng)格，稱為晶格。 404、晶胞、晶胞Cell 為方便研究，從晶格中抽為方便研究，從晶格中抽象出來的最能代表原子排列的最基象出來的最能代表原子排列的最基本幾何單元，（平行六面體），稱本幾何單元，（平行六面體），稱為為晶胞晶胞。表示晶格中原子排列的特。表示晶格中原子排列的特征。征。 晶格常數(shù)晶格常數(shù)（lattice parameterlattice parameter） 平行六面體的各

18、棱邊的尺寸，用a、b、c表示，單位為埃。棱邊的夾角棱邊的夾角用、表示415、晶系、晶系crystal system 布拉菲證明了晶體中存在布拉菲證明了晶體中存在7 7種晶系、種晶系、1414種晶胞種晶胞： 三斜、單斜、正交、六方、棱方、四方、立三斜、單斜、正交、六方、棱方、四方、立方等。金屬材料中常見的三種是立方、正交、方等。金屬材料中常見的三種是立方、正交、六方。六方。立方晶系：立方晶系：a=b=ca=b=c，9090， FeFe、CrCr、CuCu、AlAl正交晶系：正交晶系：abcabc，9090， CaCa、FeFe3 3C C六方晶系：六方晶系：a=bca=bc，9090,12012

19、0， MgMg、Zn Zn 42第三節(jié)幾種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)第三節(jié)幾種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu) 一、體心立方（一、體心立方（Body Center Cubic : BCCBody Center Cubic : BCC）1 1、原子排列特征、原子排列特征2 2、晶格常數(shù)、晶格常數(shù) a=b=ca=b=c，9090。3 3、典型金屬：、典型金屬：-Fe-Fe、-Ti-Ti、CrCr、W W、MoMo、V V等。等。4 4、原子半徑、原子半徑 r r1/41/4* *3a3a。5 5、晶胞原子數(shù)、晶胞原子數(shù) 8 81/8+11/8+12 2。6 6、配位數(shù)、配位數(shù) 概念：每個原子的最近鄰原子數(shù)（距離相等且相

20、距最近），概念：每個原子的最近鄰原子數(shù)（距離相等且相距最近），它反應(yīng)晶胞的致密程度。配位數(shù)為它反應(yīng)晶胞的致密程度。配位數(shù)為8 8。7 7、致密度、致密度 反應(yīng)原子排列的致密程度，晶胞中原子本身占據(jù)的體積和反應(yīng)原子排列的致密程度，晶胞中原子本身占據(jù)的體積和晶胞的體積之比。晶胞的體積之比。K=nv/V0.68K=nv/V0.686868 43二、面心立方（二、面心立方（Face Center Cubic : FCCFace Center Cubic : FCC）1 1、原子排列特征、原子排列特征2 2、晶格常數(shù)、晶格常數(shù) a=b=ca=b=c，9090。3 3、典型金屬：、典型金屬：-Fe-Fe、

21、AlAl、NiNi、CuCu、PbPb等。等。4 4、原子半徑、原子半徑 r r1/41/4* *2a2a。5 5、晶胞原子數(shù)、晶胞原子數(shù) 8 81/8+61/8+61/21/24 4。6 6、配位數(shù)、配位數(shù) 配位數(shù)為配位數(shù)為1212。7 7、致密度、致密度 K=nv/V0.74 K=nv/V0.747474 44三、密排六方（三、密排六方（Hexagonal Close Packed:HCPHexagonal Close Packed:HCP）1 1、原子排列特征、原子排列特征2 2、晶格常數(shù)、晶格常數(shù)a,ca,c，c/a1.633,c/a1.633,9090, , 120120。3 3、典

22、型金屬：、典型金屬：MgMg、ZnZn、 -Ti-Ti等。等。4 4、原子半徑、原子半徑 r r1/2 a1/2 a。5 5、晶胞原子數(shù)、晶胞原子數(shù) 12 121/6+21/6+21/2+31/2+36 6。6 6、配位數(shù)、配位數(shù) 配位數(shù)為配位數(shù)為1212。7 7、致密度、致密度 K=nv/V0.74 K=nv/V0.74747445晶面指數(shù)和晶向指數(shù)晶面指數(shù)和晶向指數(shù)晶面和晶向晶面和晶向：晶體中原子排列的規(guī)律性：晶體中原子排列的規(guī)律性晶面：晶面：晶體中各種方位上的原子面晶體中各種方位上的原子面晶向晶向：各種方向上的原子列：各種方向上的原子列 金屬的許多性能都和晶體中的特定晶面和晶向有密切聯(lián)系

23、，金屬的許多性能都和晶體中的特定晶面和晶向有密切聯(lián)系，為了便于研究和表述不同晶面和晶向上原子排列情況與特征，為了便于研究和表述不同晶面和晶向上原子排列情況與特征，有必要給各種晶面和晶向規(guī)定一定的符號，這種符號分別叫做有必要給各種晶面和晶向規(guī)定一定的符號，這種符號分別叫做“晶向指數(shù)晶向指數(shù)”和和“晶面指數(shù)晶面指數(shù)”。 46XXXYYYZZZ（100）（111）（110）圖2-7 立方晶格中的三種重要晶面110110111100 XYZ圖2-8 立方晶格中的三個重要晶向47四、實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)四、實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)1 1 單晶體單晶體 晶體內(nèi)晶胞結(jié)構(gòu)相同、晶格的位向完全一致。沿不同面和方向，原子

24、排列的密度不同，出現(xiàn)各向異性。2 2 多晶體多晶體 由許多小晶體組成，每個小晶體內(nèi)晶格位向與結(jié)構(gòu)相同。但各個小晶體之間的彼此位向不同。各向同性。 晶粒：晶粒：多晶體中形狀不規(guī)則的小晶體，晶胞結(jié)構(gòu)和晶格位向完全相同 。 晶界：晶界：晶粒與晶粒之間的界面 。 組織：組織：金屬中晶粒的種類、數(shù)量、形狀、大小和分布所形成的結(jié)構(gòu)特征。工具：工具：SEM,TEM,OM。 48493 3 晶體缺陷晶體缺陷o概念：實(shí)際晶體與理想的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)發(fā)生偏離的區(qū)域。概念：實(shí)際晶體與理想的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)發(fā)生偏離的區(qū)域。o分類分類 點(diǎn)缺陷：點(diǎn)缺陷：空位，間隙原子，置換原子?？瘴唬g隙原子，置換原子。 21 3 6 51、2空位；3

25、、4間隙原子；5、6置換原子4對性能的影響對性能的影響：提高硬度和強(qiáng)度，降低塑性和韌性。破壞原子平衡，破壞原子平衡，使晶格發(fā)生扭曲，使晶格發(fā)生扭曲，導(dǎo)致導(dǎo)致晶格畸變晶格畸變。5051線缺陷：線缺陷：位錯。位錯。 概念：概念：由于晶體內(nèi)部局部滑移，使晶體中一列或由于晶體內(nèi)部局部滑移，使晶體中一列或多列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。多列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。刃型位錯示意圖 G H E F位錯的形成位錯的形成52高溫合金中的位錯線；鈦合金中的位錯線53位錯對金屬材料性能的影響位錯對金屬材料性能的影響 位錯密度：位錯密度：單位體積中所包含的位錯線的總長度。 退火態(tài)金屬退火態(tài)金屬：105108cm/cm

26、3； 冷變形金屬冷變形金屬：1012cm/cm3。 密度低：密度低：降低強(qiáng)度降低強(qiáng)度密度高：密度高：提高強(qiáng)度提高強(qiáng)度54面缺陷：面缺陷：晶界、亞晶界。晶界、亞晶界。晶界：晶界：不同晶粒間的過渡層，排列紊亂；位向差大。不同晶粒間的過渡層，排列紊亂；位向差大。亞晶界：亞晶界：位向差很小。位錯的規(guī)則排列。位向差很小。位錯的規(guī)則排列。對性能的影響：對性能的影響：提高強(qiáng)度和塑性。細(xì)晶強(qiáng)化。提高強(qiáng)度和塑性。細(xì)晶強(qiáng)化。55工業(yè)純鐵的工業(yè)純鐵的晶界晶界5657細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化58五、合金的相結(jié)構(gòu)五、合金的相結(jié)構(gòu)純金屬：純金屬：物理、化學(xué)性能好，力學(xué)性能差。合金：合金：由兩種或兩種以上的金屬，或金屬與非金屬經(jīng)熔

27、煉、燒結(jié)或其它方法組合而成并具有金屬特性的物質(zhì)。 組元：組元：組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)。59相：相：合金中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均 一并以界面相互分開的組成部分。 形成條件不同相的數(shù)量、形狀、大小不同不同的組織。相的分類：相的分類： 固溶體：固溶體：相的晶體結(jié)構(gòu)與某一組成元素相同；相的晶體結(jié)構(gòu)與某一組成元素相同； 金屬化合物金屬化合物：相的晶體結(jié)構(gòu)與組成合金元素均不相同。：相的晶體結(jié)構(gòu)與組成合金元素均不相同。60固溶體：固溶體：置換固溶體：間隙固溶體置換固溶體：間隙固溶體61形成固溶體時的晶格畸變：形成固溶體時的晶格畸變：62固溶體的性能：固溶體的性能：o通過形成固溶體，使得材料的強(qiáng)度、硬度

28、提通過形成固溶體，使得材料的強(qiáng)度、硬度提高的現(xiàn)象稱為高的現(xiàn)象稱為固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。o固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)是提高材料的強(qiáng)度和硬度，固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)是提高材料的強(qiáng)度和硬度，但塑性和韌性有所降低。但塑性和韌性有所降低。o固溶強(qiáng)化強(qiáng)度指標(biāo)有限，不能滿足生產(chǎn)上的固溶強(qiáng)化強(qiáng)度指標(biāo)有限，不能滿足生產(chǎn)上的需要。需要。o固溶體的物理性能有所變化。固溶體的物理性能有所變化。63合金元素對合金元素對-Fe-Fe的固溶強(qiáng)化：的固溶強(qiáng)化：64金屬化合物：金屬化合物：硬而脆硬而脆o金屬化合物能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而通常會降金屬化合物能提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而通常會降低其塑性和韌性。低其塑性和韌性。o當(dāng)金屬化合物

29、以細(xì)小的顆粒均勻分布在固溶體基體上，使合當(dāng)金屬化合物以細(xì)小的顆粒均勻分布在固溶體基體上，使合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性大大提高的方法稱為金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性大大提高的方法稱為彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化。oFeFe3 3C C的晶格結(jié)構(gòu)（圖的晶格結(jié)構(gòu)（圖2-182-18）。）。65第四章 金屬的結(jié)晶液態(tài)金屬凝固后得到晶體稱為液態(tài)金屬凝固后得到晶體稱為結(jié)晶結(jié)晶。目的：目的：o實(shí)際金屬一般是多晶體與結(jié)晶過程密切相關(guān)。實(shí)際金屬一般是多晶體與結(jié)晶過程密切相關(guān)。o金屬結(jié)晶時形成的組織金屬結(jié)晶時形成的組織鑄態(tài)組織對性能有較鑄態(tài)組織對性能有較大影響。大影響。66第一節(jié) 結(jié)晶過程crystallization一一 液態(tài)金屬

30、的結(jié)構(gòu)液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)液態(tài)金屬：液態(tài)金屬：“遠(yuǎn)程無序，近程有序遠(yuǎn)程無序，近程有序” 。近程規(guī)則排列的原子集團(tuán)：近程規(guī)則排列的原子集團(tuán)： 動態(tài)變化：動態(tài)變化：結(jié)構(gòu)起伏或相起伏結(jié)構(gòu)起伏或相起伏 （金屬結(jié)晶的重要條件）（金屬結(jié)晶的重要條件）67二二 金屬的結(jié)晶過程金屬的結(jié)晶過程 結(jié)晶的概念：結(jié)晶的概念： 1.平衡結(jié)晶溫度（熔點(diǎn)）：T0； 2.實(shí)際結(jié)晶溫度：T1； 3.過冷度：T=T0T1； 冷卻速度越大，過冷度也越大。冷卻速度越大，過冷度也越大。 4.結(jié)晶潛熱。68金屬的結(jié)晶過程：形核金屬的結(jié)晶過程：形核nucleation，長大，長大growth晶核：晶核：液體中最初形成的一些作為結(jié)晶中心的穩(wěn)定的微

31、小晶體液體中最初形成的一些作為結(jié)晶中心的穩(wěn)定的微小晶體 。形成方式形成方式 ： 自發(fā)形核：自發(fā)形核：液體在冷卻過程中近程有序的原子集團(tuán)，在結(jié)晶溫度液體在冷卻過程中近程有序的原子集團(tuán)，在結(jié)晶溫度以下時，變得穩(wěn)定，成為晶核。這種從液體內(nèi)部自發(fā)形成晶核的方以下時，變得穩(wěn)定，成為晶核。這種從液體內(nèi)部自發(fā)形成晶核的方式即為式即為自發(fā)形核自發(fā)形核。 非自發(fā)形核：非自發(fā)形核：液體中一些難熔雜質(zhì)的微小質(zhì)點(diǎn)在液體金屬結(jié)晶時，液體中一些難熔雜質(zhì)的微小質(zhì)點(diǎn)在液體金屬結(jié)晶時，促進(jìn)晶核在其表面形成，這種依附于雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)而形成晶核的方式稱促進(jìn)晶核在其表面形成，這種依附于雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)而形成晶核的方式稱為為非自發(fā)形核非自發(fā)形核。非自發(fā)形核在實(shí)際金屬的結(jié)晶中，往往起優(yōu)先和主。非自發(fā)形核在實(shí)際金屬的結(jié)晶中，往往起優(yōu)先和主導(dǎo)作用。導(dǎo)作用。 能量起伏能量起伏: : 過冷度導(dǎo)致液固能量差過冷度導(dǎo)致液固能量差（自發(fā)形核自發(fā)形核） 雜質(zhì)顆粒與液相的界面能量雜質(zhì)顆粒與液相的界面能量（非自發(fā)形核非自發(fā)形核）69長大過程長大過程70實(shí)際結(jié)晶的形態(tài)