工程材料的分類與鍵合方式

1、機(jī)械工程材料第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式 學(xué)習(xí)要點(diǎn)：學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1.1 1.1 工程材料的分類工程材料的分類1.2 1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式1.3 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.4 1.4 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)機(jī)械工程材料 學(xué)習(xí)要點(diǎn)：學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1.1 1.1 工程材料的分類工程材料的分類1.2 1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式1.3 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.4 1.4 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)第第1 1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類1.1 工程材料

2、的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.1.1 金屬材料金屬材料l 金屬材料是以金屬鍵結(jié)合為主的材金屬材料是以金屬鍵結(jié)合為主的材料，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延料，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤。展性和金屬光澤。l金屬材料分為黑色金金屬材料分為黑色金屬和有色金屬兩類屬和有色金屬兩類 。機(jī)械工程材料金屬材料金屬材料 有色金屬有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)、低溫、有色金屬有許多優(yōu)良的物理、化學(xué)、低溫、斷裂等性能，已成為現(xiàn)代工業(yè)中非常重要斷裂等性能，已成為現(xiàn)代工業(yè)中非常重要的材料。主要包括鋁及鋁合金、鎂及鎂合的材料。主要包括鋁及鋁合金、鎂及鎂合金、鋅及

3、鋅合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金、鋅及鋅合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金，以及鎳、鈮、鉭、貴金屬材料金，以及鎳、鈮、鉭、貴金屬材料(金、銀、金、銀、鉑鉑)等等 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類1.1.2陶瓷材料陶瓷材料第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式u 陶瓷材料屬于無(wú)機(jī)非金屬材料，是以共價(jià)鍵和離子鍵結(jié)合陶瓷材料屬于無(wú)機(jī)非金屬材料，是以共價(jià)鍵和離子鍵結(jié)合為主的材料，其性能特點(diǎn)是熔點(diǎn)高、硬度高、耐腐蝕、脆性大。為主的材料，其性能特點(diǎn)是熔點(diǎn)高、硬度高、耐腐蝕、脆性大。u 陶瓷材料分為傳統(tǒng)陶瓷（普通陶瓷）、特種陶瓷（精細(xì)陶瓷材料分為傳統(tǒng)陶瓷（普通陶瓷）

4、、特種陶瓷（精細(xì)陶瓷）和金屬陶瓷三類陶瓷）和金屬陶瓷三類 。機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料世博意大利館透明混凝土機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.1.3 高分子材料高分子材料u 高分子材料為有機(jī)合成材料，亦稱聚合物，是以分子鍵高分子材料為有機(jī)合成材料，亦稱聚合物，是以分子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合為主的材料。和共價(jià)鍵結(jié)合為主的材料。u 高分子材料具有塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好及高分子材料具有塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好及密度小等優(yōu)良性能。密度小等優(yōu)良性能。u工程上使用的高分子材料主要包括工程上使用的高分子材料主要包括塑料、橡

5、膠及合成纖維等。塑料、橡膠及合成纖維等。 機(jī)械工程材料機(jī)械工程材料1.1.4 復(fù)合材料復(fù)合材料l復(fù)合材料是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料復(fù)合材料是把兩種或兩種以上不同性質(zhì)或不同結(jié)構(gòu)的材料以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料。以微觀或宏觀的形式組合在一起而形成的材料。 1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式l復(fù)合材料分為金屬基復(fù)合材料、復(fù)合材料分為金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和聚合物基復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料和聚合物基復(fù)合材料。材料。 機(jī)械工程材料 不同的材料具有不同的性能。它們所表現(xiàn)的不同的材料具有不同的性能。它們所表現(xiàn)的性能

6、差異，是由其內(nèi)部原子的結(jié)合方式和排性能差異，是由其內(nèi)部原子的結(jié)合方式和排列結(jié)構(gòu)所決定的。作為工程技術(shù)人員，要了列結(jié)構(gòu)所決定的。作為工程技術(shù)人員，要了解機(jī)械工程材料的性能并合理使用材料，要解機(jī)械工程材料的性能并合理使用材料，要掌握其性能特點(diǎn)，就必須從本質(zhì)上了解它們掌握其性能特點(diǎn)，就必須從本質(zhì)上了解它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在外界條件（如加熱、冷卻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在外界條件（如加熱、冷卻等）影響下的基本變化規(guī)律。等）影響下的基本變化規(guī)律。機(jī)械工程材料以碳的兩種自然形態(tài)以碳的兩種自然形態(tài)(石墨與金剛石石墨與金剛石)說(shuō)明鍵合方式的差異如何直接反說(shuō)明鍵合方式的差異如何直接反映到材料的性質(zhì)上來(lái)。金剛石是純共價(jià)鍵晶體

7、，有極高硬度，對(duì)電、映到材料的性質(zhì)上來(lái)。金剛石是純共價(jià)鍵晶體，有極高硬度，對(duì)電、熱的絕緣性很好，具有三維立體結(jié)構(gòu)。石墨同是純碳元素的固態(tài)形式，熱的絕緣性很好，具有三維立體結(jié)構(gòu)。石墨同是純碳元素的固態(tài)形式，卻具有層狀結(jié)構(gòu)，為六方排列的層卻具有層狀結(jié)構(gòu)，為六方排列的層(或片或片)，每一層內(nèi)的每一個(gè)碳原于，每一層內(nèi)的每一個(gè)碳原于以以3個(gè)電子與鄰近的個(gè)電子與鄰近的3個(gè)碳原子以共價(jià)留結(jié)合，另一個(gè)價(jià)電子則為該層個(gè)碳原子以共價(jià)留結(jié)合，另一個(gè)價(jià)電子則為該層內(nèi)所有碳原子所共有，形成全屬鍵；層與層之間則以范德華力相互作內(nèi)所有碳原子所共有，形成全屬鍵；層與層之間則以范德華力相互作用。因此，石墨的碳原子層具有非定域電

8、子，電子在層內(nèi)是容易移動(dòng)用。因此，石墨的碳原子層具有非定域電子，電子在層內(nèi)是容易移動(dòng)的，然而層間卻不易。石墨具有一定的金屬性質(zhì)，當(dāng)然石墨的導(dǎo)電性的，然而層間卻不易。石墨具有一定的金屬性質(zhì)，當(dāng)然石墨的導(dǎo)電性是沿層間進(jìn)行的，具有明顯各向異性。由于鍵合方式的不同帶來(lái)它們是沿層間進(jìn)行的，具有明顯各向異性。由于鍵合方式的不同帶來(lái)它們力學(xué)性能的巨大差異，金剛石可作刀具材料。石墨可用作潤(rùn)滑材料。力學(xué)性能的巨大差異，金剛石可作刀具材料。石墨可用作潤(rùn)滑材料。機(jī)械工程材料1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料

9、的鍵合方式材料的鍵合方式 工程材料通常是固態(tài)材料，工程材料通常是固態(tài)材料， 是由各種原子通過(guò)原子、離是由各種原子通過(guò)原子、離 子或分子結(jié)合的特定組合而成的。子或分子結(jié)合的特定組合而成的。 原子、離子或分子之間的結(jié)合力稱為結(jié)合鍵。原子、離子或分子之間的結(jié)合力稱為結(jié)合鍵。 根據(jù)結(jié)合力的強(qiáng)弱，可以把結(jié)合鍵分為強(qiáng)鍵（離子鍵、根據(jù)結(jié)合力的強(qiáng)弱，可以把結(jié)合鍵分為強(qiáng)鍵（離子鍵、共價(jià)鍵及金屬鍵）和弱鍵（分子鍵）兩類。共價(jià)鍵及金屬鍵）和弱鍵（分子鍵）兩類。c60機(jī)械工程材料1. 金屬鍵金屬鍵l周期表中周期表中i i、族元素的原子很容易丟失其價(jià)電子而族元素的原子很容易丟失其價(jià)電子而成為正離子。成為正離子。l被丟失

10、的價(jià)電子為全體原子所公有被丟失的價(jià)電子為全體原子所公有, ,這些公有化的電子叫這些公有化的電子叫做自由電子，它們?cè)谡x子之間自由運(yùn)動(dòng)，形成所謂電做自由電子，它們?cè)谡x子之間自由運(yùn)動(dòng)，形成所謂電子氣。子氣。1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式l正離子和電子氣之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的正離子和電子氣之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電吸引力，使全部離子結(jié)合起靜電吸引力，使全部離子結(jié)合起來(lái)。這種結(jié)合力就叫做金屬鍵。來(lái)。這種結(jié)合力就叫做金屬鍵。 機(jī)械工程材料金屬由金屬鍵結(jié)合，具有下列特性：金屬由金屬鍵結(jié)合，具有下列特性：1.1 工程材料

11、的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。 正的電阻溫度系數(shù)，即隨溫度升高電阻增大。正的電阻溫度系數(shù)，即隨溫度升高電阻增大。金屬不透明并呈現(xiàn)特有的金屬光澤。金屬不透明并呈現(xiàn)特有的金屬光澤。金屬具有良好的塑性變形能力，金屬材料的強(qiáng)韌性好。金屬具有良好的塑性變形能力，金屬材料的強(qiáng)韌性好。 機(jī)械工程材料2. 離子鍵離子鍵1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式u當(dāng)元素周期表中相隔較遠(yuǎn)的正電性元

12、素原子和負(fù)電性元素當(dāng)元素周期表中相隔較遠(yuǎn)的正電性元素原子和負(fù)電性元素原子相接近時(shí)，正電性原子失去外層電子變?yōu)檎x子，負(fù)原子相接近時(shí)，正電性原子失去外層電子變?yōu)檎x子，負(fù)電性原子獲得電子變?yōu)樨?fù)離子。正負(fù)離子通過(guò)靜電引力互電性原子獲得電子變?yōu)樨?fù)離子。正負(fù)離子通過(guò)靜電引力互相吸引，當(dāng)離子間的引力與斥力相等時(shí)就形成穩(wěn)定的離子相吸引，當(dāng)離子間的引力與斥力相等時(shí)就形成穩(wěn)定的離子鍵。鍵。u離子鍵結(jié)合的材料強(qiáng)度高、離子鍵結(jié)合的材料強(qiáng)度高、硬度高、熔點(diǎn)高、脆性大，硬度高、熔點(diǎn)高、脆性大，都是良好的絕緣體，無(wú)色透都是良好的絕緣體，無(wú)色透明。明。機(jī)械工程材料3. 共價(jià)鍵共價(jià)鍵1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第

13、1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 共價(jià)鍵是一種強(qiáng)吸引力的結(jié)合鍵。當(dāng)兩個(gè)相同共價(jià)鍵是一種強(qiáng)吸引力的結(jié)合鍵。當(dāng)兩個(gè)相同原子或性質(zhì)相近的原子接近時(shí)，價(jià)電子不會(huì)轉(zhuǎn)原子或性質(zhì)相近的原子接近時(shí)，價(jià)電子不會(huì)轉(zhuǎn)移，原子間借共用電子對(duì)所產(chǎn)生的力而結(jié)合，移，原子間借共用電子對(duì)所產(chǎn)生的力而結(jié)合，形成共價(jià)鍵。形成共價(jià)鍵。 通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合的材料同通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合的材料同樣具有強(qiáng)度高、樣具有強(qiáng)度高、 熔點(diǎn)高、熔點(diǎn)高、脆性大的特點(diǎn)，其導(dǎo)電性脆性大的特點(diǎn)，其導(dǎo)電性依共價(jià)鍵的強(qiáng)弱不同。依共價(jià)鍵的強(qiáng)弱不同。機(jī)械工程材料4. 分子鍵分子鍵1.1 工程材料的分類工程材料的分類

14、第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式l分子鍵又叫范德瓦爾斯鍵，是最弱的一種結(jié)合分子鍵又叫范德瓦爾斯鍵，是最弱的一種結(jié)合鍵。它是靠原子各自內(nèi)部電子分布不均勻產(chǎn)生鍵。它是靠原子各自內(nèi)部電子分布不均勻產(chǎn)生較弱的靜電引力，由這種分子力結(jié)合起來(lái)的鍵較弱的靜電引力，由這種分子力結(jié)合起來(lái)的鍵叫做分子鍵。叫做分子鍵。l由于結(jié)合力很弱，因而由分子鍵結(jié)合的固體材由于結(jié)合力很弱，因而由分子鍵結(jié)合的固體材料的熔點(diǎn)和硬度都比較低。因無(wú)電子存在，都料的熔點(diǎn)和硬度都比較低。因無(wú)電子存在，都是良好的絕緣材料。是良好的絕緣材料。機(jī)械工程材料1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的

15、晶體結(jié)構(gòu)1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.3.1晶體與非晶體晶體與非晶體 晶體是指原子呈規(guī)則排列的固體。常態(tài)下晶體是指原子呈規(guī)則排列的固體。常態(tài)下金屬主要以晶體形式存在。晶體具有各向金屬主要以晶體形式存在。晶體具有各向異性。異性。 非晶體是指原子呈無(wú)序排列的固體。非晶體是指原子呈無(wú)序排列的固體。在一定條件下晶體在一定條件下晶體和非晶體可互相轉(zhuǎn)和非晶體可互相轉(zhuǎn)化。化。機(jī)械工程材料1.3.2晶格與晶胞晶格與晶胞1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章

16、工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)圖圖1-1 晶格與晶胞晶格與晶胞機(jī)械工程材料晶胞晶胞1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu) 晶格中能代表晶體原子晶格中能代表晶體原子 排列規(guī)律的最小幾何單排列規(guī)律的最小幾何單 元稱為晶胞；元稱為晶胞； 晶胞在三維空間中重復(fù)晶胞在三維空間中重復(fù) 排列便可構(gòu)成晶格和晶排列便可構(gòu)成晶格和晶 體。體。 晶格尺寸（晶格常數(shù)晶格尺寸（晶格常數(shù) ）：）： a

17、、b、c、； 機(jī)械工程材料1.3.3晶面和晶向表示法晶面和晶向表示法1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)u晶面晶面: 晶體中各方位上的原子面稱晶面。晶體中各方位上的原子面稱晶面。u晶向晶向: 各方向上的原子列稱晶向。各方向上的原子列稱晶向。u晶面指數(shù)：表示晶面的符號(hào)稱晶面指數(shù)。晶面指數(shù)：表示晶面的符號(hào)稱晶面指數(shù)。u晶向指數(shù)：表示晶向的符號(hào)稱晶向指數(shù)。晶向指數(shù)：表示晶向的符號(hào)稱晶向指數(shù)。機(jī)械工程材料1) 晶面指數(shù)晶面指數(shù)1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章

18、章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)圖圖1-2 常見(jiàn)晶面指數(shù)的確定示意圖常見(jiàn)晶面指數(shù)的確定示意圖機(jī)械工程材料2）晶向指數(shù)）晶向指數(shù)1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)圖1-3 常見(jiàn)晶向指數(shù)的確定示意圖機(jī)械工程材料晶面族與晶向族晶面族與晶向族1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1

19、.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu) (hkl)與與uvw分別表示的是一組平行的晶向和晶分別表示的是一組平行的晶向和晶面。面。 指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同的晶向和指數(shù)雖然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面稱作晶向族或晶面族。分別用晶面稱作晶向族或晶面族。分別用hkl和和表示。表示。機(jī)械工程材料立方晶系常見(jiàn)的晶面為：立方晶系常見(jiàn)的晶面為：1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu))111()111()111()111(:111)110()011()101()011

20、()101()110(:110)001()010()100(:100 、機(jī)械工程材料立方晶系常見(jiàn)的晶向?yàn)椋毫⒎骄党Ｒ?jiàn)的晶向?yàn)椋?.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu) 111 111 111 111 :111 110011 101 011101110 :110001010100 :100 、機(jī)械工程材料1.3.4 三種常見(jiàn)的金屬晶格類型三種常見(jiàn)的金屬晶格類型1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料

21、的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu) 原子半徑：晶胞中原子密度最原子半徑：晶胞中原子密度最大方向上相鄰原子間距的一半。大方向上相鄰原子間距的一半。 晶胞原子數(shù)：一個(gè)晶胞內(nèi)所包晶胞原子數(shù)：一個(gè)晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。含的原子數(shù)目。 配位數(shù)配位數(shù): : 晶格中與任一原子距晶格中與任一原子距離最近且相等的原子數(shù)目離最近且相等的原子數(shù)目. . 致密度：晶胞中原子本身所占致密度：晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。的體積百分?jǐn)?shù)。機(jī)械工程材料1. 體心立方晶格體心立方晶格1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合

22、方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)圖圖1-4 體心立方晶格的晶胞示意圖體心立方晶格的晶胞示意圖機(jī)械工程材料體心立方晶格體心立方晶格1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：a(a=b=c) a43r= =：原子半徑原子半徑原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)：2配位數(shù)：配位數(shù)： 8致密度：致密度：0.68常見(jiàn)金屬：常見(jiàn)金屬： -fe、cr、w、mo、v、nb等等機(jī)械工程材料2. 面心立方晶格面心立方晶格1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1

23、章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)圖圖1-5 面心立方晶格的晶胞示意圖面心立方晶格的晶胞示意圖機(jī)械工程材料面心立方晶格面心立方晶格1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu) a42r= =：原子半徑原子半徑原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)：4配位數(shù)：配位數(shù)： 12致密度：致密度：0.74常見(jiàn)金屬：常見(jiàn)金屬： -fe、ni、al、cu、pb、au等等晶格常數(shù)：晶格常數(shù)：a機(jī)械工程材料機(jī)械工程

24、材料3. 密排六方晶格密排六方晶格1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)圖圖1-6 密排六方晶格的晶胞示意圖密排六方晶格的晶胞示意圖 機(jī)械工程材料密排六方晶格密排六方晶格1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)原子個(gè)數(shù)：原子個(gè)數(shù)：6配位數(shù)配位數(shù)： 12致密度致密度：0.74常見(jiàn)金屬：常見(jiàn)金屬： mg、zn、 be、cd等等晶格常數(shù)：底面

25、邊長(zhǎng)晶格常數(shù)：底面邊長(zhǎng) a 和高和高 c，c/a=1.633a21r= =：原子半徑原子半徑機(jī)械工程材料 鋅合金水龍頭鋅合金水龍頭 鎂合金滾梯踏板鎂合金滾梯踏板機(jī)械工程材料1.3.5 合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu)1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)u合金是由兩種或兩種以上的合金是由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金金屬元素或金屬元素與非金屬元素通過(guò)冶煉等方法結(jié)合屬元素通過(guò)冶煉等方法結(jié)合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。而成的具有金屬特性的物質(zhì)。u所謂相是指金屬或合

26、金中凡所謂相是指金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開(kāi)的均勻其它部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分。組成部分。u固態(tài)合金中的相分為固溶體固態(tài)合金中的相分為固溶體和金屬化合物兩類。和金屬化合物兩類。 al-cu兩相合金兩相合金黃銅黃銅機(jī)械工程材料1. 固溶體固溶體1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)l合金中其結(jié)構(gòu)與組成元素之一的晶體結(jié)構(gòu)相同的固合金中其結(jié)構(gòu)與組成元素之一的晶體結(jié)構(gòu)相同的固相稱固溶體。用相稱固溶體。用 、 、 表示

27、。表示。l與固溶體晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶劑。其它元素稱與固溶體晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶劑。其它元素稱溶質(zhì)。溶質(zhì)。l固溶體是合金的重要組成相固溶體是合金的重要組成相, ,實(shí)際合金多是單相固溶實(shí)際合金多是單相固溶體合金或以固溶體為基的合金。體合金或以固溶體為基的合金。l按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體和間隙固溶體。按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體和間隙固溶體。機(jī)械工程材料（1 1）間隙固溶體間隙固溶體1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)溶質(zhì)元素原子處于溶劑元素原子組成

28、的晶格空溶質(zhì)元素原子處于溶劑元素原子組成的晶格空隙位置所形成的固溶體。隙位置所形成的固溶體。形成間隙固溶體的溶質(zhì)元形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金素是原子半徑較小的非金屬元素，如屬元素，如h、b、c、o、n等。等。機(jī)械工程材料（1 1）置換固溶體置換固溶體1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)u溶質(zhì)元素原子取代了溶劑元素原子組成的晶格中某溶質(zhì)元素原子取代了溶劑元素原子組成的晶格中某些位置上的溶劑元素原子所形成的固溶體。些位置上的溶劑元素原子所形成的固溶

29、體。u形成置換固溶體的形成置換固溶體的溶質(zhì)元素原子都是溶質(zhì)元素原子都是些大原子半徑的金些大原子半徑的金屬原子，例如屬原子，例如cr、ni、mn、si等。等。機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)u隨溶質(zhì)含量增加隨溶質(zhì)含量增加, , 固溶體的強(qiáng)度、硬度增加固溶體的強(qiáng)度、硬度增加, , 塑性、韌性下塑性、韌性下降降固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化。u產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因是溶質(zhì)原子使晶格發(fā)生畸變產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的原因是溶質(zhì)原子使晶格發(fā)生畸變, ,使之塑性使之塑性變形抗力增大。變形

30、抗力增大。u與純金屬相比，固溶體的強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性低。但與純金屬相比，固溶體的強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性低。但與金屬化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高與金屬化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。得多。固溶體的性能固溶體的性能u固溶強(qiáng)化是提高固溶強(qiáng)化是提高金屬材料力學(xué)性金屬材料力學(xué)性能的重要途徑之能的重要途徑之一。一。機(jī)械工程材料2. 金屬化合物金屬化合物1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)l金屬化合物是指合金中其晶格類型與金屬化合

31、物是指合金中其晶格類型與組成化合物的各組元晶格類型完全不組成化合物的各組元晶格類型完全不同的固相，并具有明顯金屬特性。其同的固相，并具有明顯金屬特性。其性能特點(diǎn)是熔點(diǎn)高、硬而脆。性能特點(diǎn)是熔點(diǎn)高、硬而脆。 l當(dāng)金屬化合物以細(xì)小顆粒均勻分布在固溶體基體上時(shí)，將使當(dāng)金屬化合物以細(xì)小顆粒均勻分布在固溶體基體上時(shí)，將使合金的強(qiáng)度、硬度、耐磨性明顯提高，這一現(xiàn)象稱為彌散合金的強(qiáng)度、硬度、耐磨性明顯提高，這一現(xiàn)象稱為彌散強(qiáng)化。強(qiáng)化。l金屬化合物是合金中重要的強(qiáng)化相，其在合金中的數(shù)量、大金屬化合物是合金中重要的強(qiáng)化相，其在合金中的數(shù)量、大小、形態(tài)及分布狀況對(duì)合金的性能影響很大。小、形態(tài)及分布狀況對(duì)合金的性能

32、影響很大。機(jī)械工程材料1.3.6 實(shí)際金屬中的晶體缺陷實(shí)際金屬中的晶體缺陷1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)u單晶體單晶體：其內(nèi)部晶格方位完全一致的晶體。單晶體具有各向：其內(nèi)部晶格方位完全一致的晶體。單晶體具有各向異性，有較高的強(qiáng)度、抗蝕性、導(dǎo)電性。異性，有較高的強(qiáng)度、抗蝕性、導(dǎo)電性。單晶體與多晶體單晶體與多晶體u 多晶體：多晶體： 是由許多彼此位是由許多彼此位向不同、外形不規(guī)向不同、外形不規(guī)則的晶粒組成的。則的晶粒組成的。其在各個(gè)方向上的其在各個(gè)方向上的性能

33、大致相同，稱性能大致相同，稱為偽各向同性。為偽各向同性。機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)在實(shí)際金屬晶體中，由于結(jié)晶條件或加工等方面的在實(shí)際金屬晶體中，由于結(jié)晶條件或加工等方面的影響，使原子的排列規(guī)則受到破壞，因而晶體內(nèi)部影響，使原子的排列規(guī)則受到破壞，因而晶體內(nèi)部存在大量的晶格缺陷。存在大量的晶格缺陷。根據(jù)晶格缺陷的幾何形狀特點(diǎn)，可分為三類，點(diǎn)缺根據(jù)晶格缺陷的幾何形狀特點(diǎn)，可分為三類，點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷。陷、線缺陷、面缺陷。 機(jī)械工程材料1.

34、1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)點(diǎn)缺陷是指在三維尺度上都很小的，不超過(guò)幾個(gè)原子直徑的點(diǎn)缺陷是指在三維尺度上都很小的，不超過(guò)幾個(gè)原子直徑的缺陷。如空位、間隙原子、置換原子等。缺陷。如空位、間隙原子、置換原子等。 1）點(diǎn)缺陷）點(diǎn)缺陷圖圖1-9 點(diǎn)缺陷示意圖點(diǎn)缺陷示意圖機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu) 點(diǎn)缺陷的存在，破壞

35、了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)點(diǎn)缺陷的存在，破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲生扭曲( (稱為晶格畸變稱為晶格畸變) )，從而引起性能變化，使金屬，從而引起性能變化，使金屬的電阻率增加，強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降。的電阻率增加，強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降?？瘴豢瘴婚g隙原子間隙原子小置換原子小置換原子大置換原子大置換原子機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1）線缺陷）線缺陷 線缺陷指二維尺寸很小而三維尺寸很大的缺線缺陷指二維尺寸很小而三維尺寸很大

36、的缺陷，就是晶體中的位錯(cuò)。陷，就是晶體中的位錯(cuò)。 當(dāng)晶格中一部分晶體相對(duì)于另一部分晶當(dāng)晶格中一部分晶體相對(duì)于另一部分晶體沿某一晶面發(fā)生局部滑移時(shí)，滑移面體沿某一晶面發(fā)生局部滑移時(shí)，滑移面上滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線稱為位錯(cuò)。上滑移區(qū)與未滑移區(qū)的交界線稱為位錯(cuò)。常見(jiàn)的有刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)兩種。常見(jiàn)的有刃型位錯(cuò)和螺型位錯(cuò)兩種。機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)u 刃型位錯(cuò)刃型位錯(cuò): 假設(shè)在一個(gè)完整晶體的上半部插假設(shè)在一個(gè)完整晶體的上半部插入一多余的半原子

37、面，它終止于晶體內(nèi)部，好入一多余的半原子面，它終止于晶體內(nèi)部，好像切入的刀刃一樣，這個(gè)多余的半原子面的刃像切入的刀刃一樣，這個(gè)多余的半原子面的刃邊就是刃型位錯(cuò)。邊就是刃型位錯(cuò)。u 多余半原子面在滑移面上方的稱為正刃型位多余半原子面在滑移面上方的稱為正刃型位錯(cuò)，用符號(hào)錯(cuò)，用符號(hào)“”表示表示u 多余半原子面在滑移面下方的稱為負(fù)刃型位多余半原子面在滑移面下方的稱為負(fù)刃型位錯(cuò)，用符號(hào)錯(cuò)，用符號(hào) “”表示。表示。 圖1-10 刃型位錯(cuò)示意圖機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)

38、構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)圖圖1-11位錯(cuò)密度對(duì)金屬?gòu)?qiáng)度的位錯(cuò)密度對(duì)金屬?gòu)?qiáng)度的 u位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所包含位錯(cuò)密度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所包含的位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。的位錯(cuò)線總長(zhǎng)度。u = l/v(cm/cm3或或1/cm2) 退火金屬的位錯(cuò)密度為退火金屬的位錯(cuò)密度為10101012/m2u位錯(cuò)對(duì)性能的影響：金屬的塑位錯(cuò)對(duì)性能的影響：金屬的塑性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起，性變形主要由位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起，因此阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)化金屬因此阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是強(qiáng)化金屬的主要途徑。的主要途徑。u減少或增加位錯(cuò)密度都可以提減少或增加位錯(cuò)密度都可以提高金屬的屈服強(qiáng)度。高金屬的屈服強(qiáng)度。機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程

39、材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1）面缺陷晶界與亞晶界）面缺陷晶界與亞晶界是指二維尺度很大而第三維尺度很小的缺陷。是指二維尺度很大而第三維尺度很小的缺陷。 (1) 晶界晶界 晶粒與晶粒之間的接觸界晶粒與晶粒之間的接觸界面叫做晶界，其晶界寬度面叫做晶界，其晶界寬度為為510個(gè)原子間距。晶個(gè)原子間距。晶界在空中呈網(wǎng)狀。界在空中呈網(wǎng)狀。圖1-12 晶界的示意圖機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬

40、的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu) 晶界的特點(diǎn)：晶界的特點(diǎn)：u原子排列不規(guī)則；原子排列不規(guī)則；u熔點(diǎn)低；熔點(diǎn)低；u耐蝕性差；耐蝕性差；u易產(chǎn)生內(nèi)吸附，外來(lái)原子易在易產(chǎn)生內(nèi)吸附，外來(lái)原子易在晶界偏聚；晶界偏聚；u阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，是強(qiáng)化部位，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，是強(qiáng)化部位，因而實(shí)際使用的金屬力求獲得因而實(shí)際使用的金屬力求獲得細(xì)晶粒；細(xì)晶粒；u是相變的優(yōu)先形核部位。是相變的優(yōu)先形核部位。顯微組織的顯示顯微組織的顯示機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式 1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)(2) 亞晶界亞晶界 亞

41、晶粒之間的邊界叫亞亞晶粒之間的邊界叫亞晶界。亞晶界是位錯(cuò)規(guī)則晶界。亞晶界是位錯(cuò)規(guī)則排列的結(jié)構(gòu)。例如，亞晶排列的結(jié)構(gòu)。例如，亞晶界可由位錯(cuò)垂直排列成位界可由位錯(cuò)垂直排列成位錯(cuò)墻而構(gòu)成。錯(cuò)墻而構(gòu)成。 亞晶界是晶粒內(nèi)的一種亞晶界是晶粒內(nèi)的一種面缺陷。面缺陷。 圖 1-13亞晶界機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.4 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)1.4 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)u合金是通過(guò)熔煉、燒結(jié)或合金是通過(guò)熔煉、燒結(jié)或其他方法，將一種金屬元素其他方法，將一

42、種金屬元素同一種或幾種其他元素結(jié)合同一種或幾種其他元素結(jié)合在一起所形成的具有金屬特在一起所形成的具有金屬特性的新物質(zhì)。性的新物質(zhì)。 u組成合金的最基本的物質(zhì)組成合金的最基本的物質(zhì)稱為組元，通常是指組成該稱為組元，通常是指組成該合金的元素或某些化合物。合金的元素或某些化合物。u根據(jù)合金組元數(shù)目的多少，根據(jù)合金組元數(shù)目的多少，把合金分為二元合金、三元把合金分為二元合金、三元合金和多元合金。合金和多元合金。al-cu兩相合金兩相合金黃銅黃銅機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式1.3 金屬的晶體

43、結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.4 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)1. 合金中的相合金中的相u在金屬或合金中，凡成份在金屬或合金中，凡成份相同、結(jié)構(gòu)相同并與其他部相同、結(jié)構(gòu)相同并與其他部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分有界面分開(kāi)的均勻組成部分，稱之為相。分，稱之為相。u金屬材料可以是單相的，金屬材料可以是單相的，也可以由多相組成。也可以由多相組成。u顯微組織實(shí)質(zhì)上是指在顯顯微組織實(shí)質(zhì)上是指在顯微鏡下觀察到的各相晶粒的微鏡下觀察到的各相晶粒的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布的形態(tài)、數(shù)量、大小和分布的組合。不同的顯微組織導(dǎo)致組合。不同的顯微組織導(dǎo)致合金具有不同的性質(zhì)。合金具有不同的性質(zhì)。單相單相合金合金兩相兩相合金合金機(jī)械工程材

44、料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式1.3 金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.4 合金的相結(jié)構(gòu)合金的相結(jié)構(gòu)2. 固溶體及金屬化合物固溶體及金屬化合物u固態(tài)合金中的相，按其晶格結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)不同，可以分固態(tài)合金中的相，按其晶格結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)不同，可以分為固溶體和金屬化合物兩大類。為固溶體和金屬化合物兩大類。u二者的區(qū)別為：二者的區(qū)別為：固溶體的晶格結(jié)構(gòu)與合金的某一組成元素的晶格結(jié)構(gòu)相固溶體的晶格結(jié)構(gòu)與合金的某一組成元素的晶格結(jié)構(gòu)相同；同；金屬化合物的晶格結(jié)構(gòu)與合金的各組成元素的晶格結(jié)構(gòu)金屬化合物的晶格結(jié)構(gòu)與合金的各組成元素的晶格結(jié)構(gòu)均不相同。均不相同。機(jī)械工程材料1.1 工程材料的分類工程材料的分類第第1章章 工程材料的分類與鍵合方式工程材料的分類與鍵合方式1.2 材料的鍵合方式材料的鍵合方式1.3 金屬