教學(xué)課件·機械工程材料

1、機械工程材料相 關(guān) 事 宜主要參考書：機械工程材料（丁曉非 主編）大連理工大學(xué)出版社成績評定方法：平時成績（出勤+提問+測試+作業(yè)）占50%；實驗成績占20%（缺一次實驗成績，本門課程計0分）；課程結(jié)束時的期末考試成績占30%。實驗課安排：根據(jù)各班實際課程時間情況安排。三次曠課，本門課成績以0分計。緒 論一、材料和材料科學(xué)二、工程材料的分類三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展四、機械工程材料課程的性質(zhì)和任務(wù)緒 論一、材料和材料科學(xué)1、材料哥倫比亞號航天飛機材料是指人類用以制造各種有用器件的物質(zhì)。材料是人類生產(chǎn)和生活所必須的物質(zhì)基礎(chǔ)。手錘銼刀“神舟”四號飛船成功返回國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動機石器鐵器 象形尊

2、(西周)石器時代青銅器時代鐵器時代材料是人類進(jìn)化的里程碑。由于材料的重要性，歷史學(xué)家根據(jù)人類所使用的材料來劃分時代。 在人類的發(fā)展史上，最先使用的工具是石器。我們的祖先用堅硬的容易縱裂成薄片的燧石和石英石等天然材料制成石刀、石斧、石鋤。早在新石器時代(公元前6000年公元前5000年)，中華民族的先人們用粘土(主要成分為SiO2，Al2O3)燒制成陶器。馬家窯(甘肅)文化時期的陶器以砂質(zhì)和泥質(zhì)紅陶為主，表面彩繪有條帶紋、波紋和舞蹈紋等，制品有炊具、食具、盛儲器皿等 我國在東漢時期發(fā)明了瓷器，成為最早生產(chǎn)瓷器的國家。瓷器于9世紀(jì)傳到非洲東部和阿拉伯國家，13世紀(jì)傳到日本，十五世紀(jì)傳到歐洲。瓷器成

3、為中國文化的象征，對世界文明產(chǎn)生了極大的影響。直到今天，中國瓷器仍暢銷全球，名譽四海。中華民族在人類歷史上為材料的發(fā)展和應(yīng)用作出過重大貢獻(xiàn)。早在公元前6000 5000年的新石器時代，中華民族的先人就能用黏土燒制成陶器，到東漢時期又出現(xiàn)了瓷器，并流傳海外。 我國青銅的冶煉在夏朝(公元前2140年始)以前就開始了，到殷、西周時期已發(fā)展到很高的水平。青銅主要用于制造各種工具、食器、兵器。從河南安陽晚商遺址出土的司母戊鼎重達(dá)8750 N, 外型尺寸為1.33 m0.78 m1.10 m, 是迄今世界上最古老的大型青銅器。從湖北隋縣出土的戰(zhàn)國青銅編鐘是我國古代文化藝術(shù)高度發(fā)達(dá)的見證。 春秋戰(zhàn)國時期周禮

4、考工記中記載了鐘鼎、斧斤等六類青銅器中的錫含量，稱為“六齊(劑)”。 書中寫道：“六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊；五分其金而錫居一，謂之斧斤之齊；四分其金而錫居一，謂之戈戟之齊；三分其金而錫居一，謂之大刃之齊；五分其金而錫居二，謂之削殺矢之齊；金、錫半，謂之鑒燧之齊”。這是世界上最古老的關(guān)于青銅合金成分的文字記載。這表明我們的祖先已經(jīng)認(rèn)識到了青銅的性能與成分之間的密切關(guān)系。 我國從青秋戰(zhàn)國時期(公元前770年公元前221年)已開始大量使用鐵器。 從興隆戰(zhàn)國鐵器遺址中發(fā)掘出了澆鑄農(nóng)具用的鐵模，說明冶鑄技術(shù)已由泥砂造型水平進(jìn)入鐵模鑄造的高級階段。 到了西漢時期, 煉鐵技術(shù)又有了很大的提高，采用煤作

5、為煉鐵的燃料，這要比歐洲早1700多年。在河南鞏縣漢代冶鐵遺址中，發(fā)掘出20多座冶鐵爐和鍛爐。爐型龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并有鼓風(fēng)裝置和鑄造坑?？梢姰?dāng)年生產(chǎn)規(guī)模之壯觀。4000年前的夏朝我們的祖先已經(jīng)能夠煉銅，到殷、商時期，我國的青銅冶煉和鑄造技術(shù)已達(dá)到很高水平。 司母戊鼎河南安陽晚商遺址出土青銅鑄造高133厘米 重875kg飾紋優(yōu)美越王勾踐劍春秋晚期越國青銅兵器出土于湖北江陵楚墓 長55.7厘米 劍鍔鋒芒犀利鋒能割斷頭發(fā) 古代劍刃制造中的特殊技術(shù)春秋戰(zhàn)國時代的青銅劍，劍身及劍鋒由不同成分的青銅組成，是復(fù)合材料很好的例子梯度材料古已有之這是古代劍刃截面圖黃石銅礦遺址春秋晚期礦井深達(dá)50m煉銅爐渣多達(dá)4

6、0萬噸實屬罕見 我國從春秋戰(zhàn)國時期便開始大量使用鐵器，明朝科學(xué)家宋應(yīng)星在天工開物一書中就記載了古代的滲碳熱處理等工藝。這說明早在歐洲工業(yè)革命之前，我國在金屬材料及熱處理方面就已經(jīng)有了較高的成就。 生鐵炒熟鐵圖宋應(yīng)星鋼的熱處理技術(shù)也達(dá)到了相當(dāng)高的水平。西漢史記天官書中有“水與火合為淬”一說， 正確地說出了鋼鐵加熱、水冷的淬火熱處理工藝要點。漢書王褒傳中記載有“巧冶鑄干將之樸，清水淬其鋒”的制劍技術(shù)。明代科學(xué)家宋應(yīng)星在天工開物一書中對鋼鐵的退火、淬火、滲碳工藝作了詳細(xì)的論述。鋼鐵生產(chǎn)工具的發(fā)展，對社會進(jìn)步起了巨大的推動作用。在材料領(lǐng)域中還應(yīng)該提到的是絲綢。 絲綢是一種天然高分子材料，它在我國有著悠

7、久的歷史，于十一世紀(jì)傳到波斯、阿拉伯、埃及，并于1470年傳到意大利的威尼斯，進(jìn)入歐洲。中國絲綢，名揚四海。材料的發(fā)展水平和利用程度已成為人類文明進(jìn)步的標(biāo)志。 材料的發(fā)展與人類社會簡圖龍芯聯(lián)想計算機沒有半導(dǎo)體材料的工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有目前的計算機技術(shù)。 沒有高溫高強度的結(jié)構(gòu)材料，就不可能有今天的航空工業(yè)和宇航工業(yè)。 在航天飛機表面裝陶瓷防護(hù)瓦片飛機發(fā)動機葉片波音客機沒有低消耗的光導(dǎo)纖維，也就沒有現(xiàn)代的光纖通訊。 二十世紀(jì)七十年代，人們把材料與能源和信息并列，稱作現(xiàn)代文明的三大支柱之一。 鞍鋼攀鋼夜景新中國成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、寶鋼等大型鋼鐵基地。鋼產(chǎn)量由49年的15.8萬噸上升到現(xiàn)

8、在的一億噸。 中國第一顆人造衛(wèi)星長征火箭大家族中國第一顆原子彈爆炸中國第一顆氫彈爆炸原子彈、氫彈的爆炸，衛(wèi)星、飛船的上天等都說明了我國在材料的開發(fā)、研究及應(yīng)用等方面有了飛躍的發(fā)展。 中國的航天事業(yè)-“神舟”號飛船“神舟二號”飛船運往發(fā)射工位 “神舟”一號飛船 “神舟”一號發(fā)射成功“神舟”二號發(fā)射成功中國的航天事業(yè)-“神舟”號飛船“神舟”三號發(fā)射成功“神舟”四號發(fā)射成功“神舟”三號飛船 “神舟”四號飛船 中國的航天事業(yè)-“神舟”五號載人飛船楊利偉升空返回全人類共同的家園飛天返回艙中國的航天事業(yè)-“神舟”六號飛船中國的航天事業(yè)-“神舟”七號載人飛船翟志剛 中國的航天事業(yè)-“神舟”八號飛船中國的航天

9、事業(yè)-“神舟”九號載人飛船前蘇聯(lián)在1957年把第一顆人造衛(wèi)星送入太空，令美國人震驚不已，認(rèn)識到在導(dǎo)彈火箭技術(shù)上落后了。因此在其后的十年里，在十多所大學(xué)中陸續(xù)建立了材料科學(xué)研究中心，并把約2/3大學(xué)的冶金系或礦冶系改建成了冶金材料科學(xué)系或材料科學(xué)與工程系。其涉及的材料由金屬擴展到了陶瓷和高分子聚合物材料。可見，高技術(shù)需要先進(jìn)材料的支持。 前蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星及其運載火箭1863年，光學(xué)顯微鏡首次應(yīng)用于金屬研究，誕生了金相學(xué)，使人們能夠?qū)⒉牧系暮暧^性能與微觀組織聯(lián)系起來?；诣T鐵的顯微組織光學(xué)顯微鏡Pb-Sn共晶組織人類對材料的認(rèn)識是逐步深入的。1912年發(fā)現(xiàn)了X-射線對晶體的作用并在隨后被用于晶體

10、衍射分析，使人們對固體材料微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識從最初的假想到科學(xué)的現(xiàn)實。 Si表面的重構(gòu)圖象X-射線衍射儀1932年發(fā)明了電子顯微鏡，把人們帶到了微觀世界的更深層次（10-7m） 透射電子顯微鏡 掃描電子顯微鏡 光鏡下電鏡下1934年位錯理論的提出，解決了晶體理論計算強度與實驗測得的實際強度之間存在的巨大差別的矛盾，對于人們認(rèn)識材料的力學(xué)性能及設(shè)計高強度材料具有劃時代的意義。 金屬鈦中的位錯材料發(fā)展的歷程示意圖2、材料科學(xué)主要研究內(nèi)容： 研究材料的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系； 研究材料的形成機理和制取方法； 研究材料物理性能的測試方法和技術(shù)； 分析材料的損壞機理； 研究材料的合理加工方法和最佳使用方

11、案材料科學(xué)是以材料為研究對象的一門科學(xué)。挑戰(zhàn)者號爆炸瞬間二、工程材料的分類工程材料是用于制造工程結(jié)構(gòu)和機械零件并主要要求力學(xué)性能的結(jié)構(gòu)材料。按組成與結(jié)合鍵分： 1、金屬材料 2、高分子材料 3、陶瓷材料 4、復(fù)合材料金屬材料以金屬鍵結(jié)合為主 良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤 用量最大、應(yīng)用最廣泛黑色金屬有色金屬輕金屬,重金屬,貴金屬,稀有金屬 鐵及鐵合金稱為黑色金屬，即鋼鐵材料，其世界年產(chǎn)量已達(dá)10億噸，在機械產(chǎn)品中的用量已占整個用材的60%以上。 帶材異形材板材管材金屬材料制品陶瓷材料以共價鍵和離子鍵為主熔點高、硬度高、耐腐蝕、脆性大 分為傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷和金屬陶瓷三類 傳統(tǒng)陶瓷又稱

12、普通陶瓷，是以天然材料(如黏土、石英、長石等)為原料的陶瓷，主要用作建筑材料使用。特種陶瓷又稱精細(xì)陶瓷，是以人工合成材料為原料的陶瓷，常用作工程上的耐熱、耐蝕、耐磨零件。 陶瓷制品陶瓷發(fā)動機高分子材料 以分子鍵和共價鍵為主塑性、耐蝕性、電絕緣性、減振性好，密度小 包括塑料、橡膠及合成纖維等 分子鍵共價鍵高分子材料在機械、電氣、紡織、汽車、飛機、輪船等制造工業(yè)和化學(xué)、交通運輸、航空航天等工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。 烯丙酰氯-苯乙烯復(fù)合材料 包括：金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料高分子復(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。玻璃纖維增強高分子復(fù)合材料現(xiàn)代航

13、空發(fā)動機燃燒室溫度最高的材料就是通過粉末冶金法制備的氧化物粒子彌散強化的鎳基合金復(fù)合材料。很多高級游艇、賽艇及體育器械等是由碳纖維復(fù)合材料制成的，它們具有重量輕，彈性好，強度高等優(yōu)點。 航空發(fā)動機三、工程材料的應(yīng)用和發(fā)展隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對材料的要求越來越苛刻，結(jié)構(gòu)材料向高比強、高剛度、高韌性、耐高溫、耐腐蝕、抗輻照和多功能的方向發(fā)展。 國產(chǎn)東風(fēng)4D-0088內(nèi)燃機車美國F-117隱身飛機新材料在不斷地涌現(xiàn)。機械工業(yè)是材料應(yīng)用的重要領(lǐng)域。 隨著機械工業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品的要求越來越高。 在產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中，會遇到越來越多的材料及材料加工方面的問題。 要求機械工程技術(shù)人員掌握必

14、要的材料科學(xué)與材料工程知識，具備正確選擇材料和加工方法、合理安排加工工藝路線的能力。 鑄造一級渦輪盤四、機械工程材料課程的性質(zhì)和任務(wù)課程性質(zhì)：是機械類和近機類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課課程任務(wù)： 了解工程材料的一般知識； 建立化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系：工藝-組織-性能之間關(guān)系的例子Steel with 0.4%C 化學(xué)成分(成分)：組成材料各元素在材料中的濃度。 組織：用肉眼或借助于不同放大倍數(shù)的顯微鏡所觀察到的金屬內(nèi)部的情景。習(xí)慣上把用肉眼或幾十倍放大鏡觀察到的組織稱低倍組織或宏觀組織。放大1002000倍的組織稱高倍組織或顯微組織。在電子顯微鏡下放大幾千幾十萬倍的組織稱精細(xì)組織

15、或電鏡組織。鋼的宏觀組織、顯微組織和電鏡組織鋼錠的宏觀組織顯微組織電鏡組織 結(jié)構(gòu)：材料中各原子的具體組合狀態(tài)。一般通過X-射線衍射或透射電鏡研究。Al的高分辨透射電鏡象純鐵晶體的X-射線衍射譜透射電鏡衍射斑點 了解常用材料的用途和加工工藝。 初步具備合理選材、正確確定加工方法、妥善安排工藝路線的能力。 課程特點：基本概念多，與實際聯(lián)系緊密，是一門應(yīng)用科學(xué)。在Au-Pa薄膜上用AFM探針的納米雕刻（北大）機械工程材料大連海洋大學(xué)精品課程63目錄第4篇 材料的應(yīng)用第3篇 常用機械工程材料第2篇 金屬材料組織和性能的控制第1篇 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能64第1篇 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能第2章 金屬材料的性

16、能 第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)3365章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.1 晶體與非晶體第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)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。晶體具有各向異性。非晶體是指原子呈無序排列的固體。在一定條件下晶體和非晶體可互相轉(zhuǎn)化。金屬的結(jié)構(gòu)（a）晶態(tài)（b）非晶態(tài)SiO2的結(jié)構(gòu)66章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.2 金屬材料的特性和金屬鍵第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)以金屬鍵結(jié)合為主 良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性和金屬光澤 用量最大、應(yīng)用最廣泛正

17、離子電子云67章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.3 晶體結(jié)構(gòu)的概念第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)1.晶格：用假想的直線將原子中心連接起來所形成的三維空間格架。2.晶胞：能代表晶格原子排列規(guī)律的最小幾何單元。晶格和晶胞示意圖68章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.3 晶體結(jié)構(gòu)的概念第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)3.晶格常數(shù)：晶胞個邊的尺寸 a、b、c。各棱間的夾角用、表示。*晶系：根據(jù)晶胞參數(shù)不同，將晶體分為七種晶系。立方六方四方菱方正交單斜三斜90%以上的金屬具有立方晶系和六方晶系

18、。69章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.4 金屬中常見的晶格類型-體心立方晶格第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)常見金屬：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等。70章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.4 金屬中常見的晶格類型-面心立方晶格第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)常見金屬：-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等71章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.4 金屬中常見的晶格類型-密排六方晶格第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)常見金屬：M

19、g、Zn、 Be、Cd等72章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.5 晶格的致密度第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)1.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。2.晶胞中原子數(shù)：一個晶胞內(nèi)所包含的原子數(shù)目。3.配位數(shù)：晶格中與任一原子距離最近且相等的原子數(shù)目。4.致密度：晶胞中原子本身所占的體積百分?jǐn)?shù)。73章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.5 晶格的致密度第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)晶格類型晶胞中原子數(shù)原子半徑致密度配位數(shù)體心立方晶格20.688面心立方晶格40.7412

20、密排六方晶格60.6812三種典型金屬晶格的相關(guān)數(shù)據(jù)74章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)晶面：晶體中通過一系列原子中心所構(gòu)成的平面。晶向：通過兩個以上原子中心的直線，可代表某一原子列在晶格空間的位向。表示晶面的符號稱晶面指數(shù)。表示晶向的符號稱晶向指數(shù)。75章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)1.晶面指數(shù)： 確定原點，建立坐標(biāo)系，求出所求晶面在三個坐標(biāo)軸上的截距。

21、 取三個截距值的倒數(shù)并按比例化為最小整數(shù)，加圓括弧，形式為（hkl）。76章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)1.晶面指數(shù)：例一 求截距為、1、 晶面的指數(shù) 截距值取倒數(shù)為0、1、0，加圓括弧得（010）例二 求截距為2、3、 晶面的指數(shù) 取倒數(shù)為1/2、1/3 、0, 化為最小整數(shù)加圓括弧得（320）例三 畫出（112）晶面 取三指數(shù)的倒數(shù)1、1、1/2, 化成最小整數(shù)為2、2、1，即為X、Y、Z三坐標(biāo)軸上的截距77章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶

22、體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)2.晶向指數(shù)： 確定原點，建立坐標(biāo)系，過原點作所求晶向的平行線。 求直線上任一點的坐標(biāo)值并按比例化為最小整數(shù)，加方括弧。形式為uvw。78章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)79章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)例一 已知某過原點晶向上一點的坐標(biāo)為1、1.5、2，求該直線的晶

23、向指數(shù)。將三坐標(biāo)值化為最小整數(shù)加方括弧得234。 例二 已知晶向指數(shù)為110, 畫出該晶向。 找出1、1、0坐標(biāo)點,連接原點與該點的直線即所求晶向。11023480章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)*晶面族與晶向族:(hkl)與uvw分別表示的是一組平行的晶向和晶面。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hkl和表示。(111)其它的( 111)晶面81章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1

24、.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)*立方晶系常見的晶面為：82章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)*立方晶系常見的晶向為：83章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)XZY(221)221110110說明： 在立方晶系中，指數(shù)相同的晶面與晶向相互垂直。 遇到負(fù)指數(shù)，“-”號放在該指數(shù)的上方。 晶向具有方向性， 如110與110方向相反。84章節(jié)內(nèi)

25、容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)3.密排面和密排方向：單位面積晶面上的原子數(shù)稱晶面原子密度。單位長度晶向上的原子數(shù)稱晶向原子密度。原子密度最大的晶面或晶向稱密排面或密排方向。密排面數(shù)量密排方向數(shù)量體心立方晶格11064面心立方晶格11146密排六方晶格六方底面1底面對角線385章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)3.密排面和密排方向：體心立方(110)面面心立方(11

26、1)面密排六方底面86章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.1.6 晶面和晶向及晶體的各向異性第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)4.晶體的各向異性：同一晶格 不同晶面 不同晶向 原子排列疏密不同原子結(jié)合力不同不同晶面和晶向顯示不同的性能力學(xué)性能 物理性能 化學(xué)性能 表現(xiàn) 各向異性87章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.1 金屬的多晶體結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)單晶體：其內(nèi)部晶格方位完全一致的晶體。多晶體：晶粒：實際使用的金屬材料是由許多彼此方位不同、外形不規(guī)則的小晶體組成，這些小晶體稱

27、為晶粒。純鐵組織晶粒示意圖88章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.1 金屬的多晶體結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)沿晶斷口鉛錠宏觀組織89章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.1 金屬的多晶體結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)晶界：晶粒之間的交界面。晶粒越細(xì)小，晶界面積越大。多晶體：由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)。光學(xué)金相顯示的純鐵晶界多晶體示意圖90章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)

28、構(gòu)晶體缺陷：晶格的不完整部位稱晶體缺陷。實際金屬中存在著大量的晶體缺陷，按形狀可分三類，即點、線、面缺陷。91章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 點缺陷 空間三維尺寸都很小的缺陷?？瘴婚g隙原子置換原子92章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)a.空位：晶格中某些缺排原子的空結(jié)點。b.間隙原子：擠進(jìn)晶格間隙中的原子。可以是基體金屬原子，也可以是外來原子。體心立方的四面體和八面體間隙9

29、3章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)c.置換原子：取代原來原子位置的外來原子稱置換原子。*晶格畸變：點缺陷破壞了原子的平衡狀態(tài)，使晶格發(fā)生扭曲。從而使強度、硬度提高，塑性、韌性下降?？瘴婚g隙原子小置換原子大置換原子94章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 線缺陷位錯晶體中某處有一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律錯排的現(xiàn)象。分為刃型位錯和螺型位錯。刃型位錯 螺型位錯95章節(jié)內(nèi)容:1.1純金

30、屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)刃型位錯：當(dāng)一個完整晶體某晶面以上的某處多出半原子面，該晶面象刀刃一樣切入晶體，這個多余原子面的邊緣就是刃型位錯。半原子面在滑移面以上的稱正位錯，用“ ”表示。半原子面在滑移面以下的稱負(fù)位錯，用“ ”表示。刃位錯96章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)螺型位錯：上下兩部分原子排列沿晶面發(fā)生錯動，錯位區(qū)的原子用線連接起來，表現(xiàn)出螺旋特征，這種線缺陷稱為螺型位錯。97章

31、節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)位錯密度：單位體積內(nèi)所包含的位錯線總長度。 = L/V 位錯密度，m-2；L位錯線總長度，m；V體積, m-2。位錯對性能的影響：金屬的塑性變形主要由位錯運動引起，因此阻礙位錯運動是強化金屬的主要途徑。減少或增加位錯密度都可以提高金屬的強度。98章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 面缺陷晶界與亞晶界晶界是不同位向晶粒的過度部位，位向差一般為204

32、0。99章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.2.2 實際金屬的晶體缺陷第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)亞晶界是一系列刃型位錯組成的小角度晶界。亞晶粒大角度和小角度晶界位錯壁100章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.1 合金的基本概念第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)1.合金由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。Al-Cu兩相合金黃銅101章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.1 合金的基本概念第1章

33、金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)2.組元：組成合金的最基本的獨立物質(zhì)；組元是純元素或穩(wěn)定的化合物；組元數(shù)目為二元、三元或多元。3.合金系：給定組元，按照不同比例配制出一系列成分不同的合金。4.相：是指金屬或合金中凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同，并與其它部分有界面分開的均勻組成部分。 合金的組織是合金中各種相的結(jié)合體。102章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)1.固溶體（1）固溶體的定義及分類合金組元在液態(tài)時相互溶解，在固態(tài)時仍能互相溶解而形成一種成分和性能均勻且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相；與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶劑

34、。其它元素稱溶質(zhì)；按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體和間隙固溶體。103章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 置換固溶體：溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點位置所形成的固溶體。有限固溶體 無限固溶體Cu-Ni置換固溶體104章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 間隙固溶體：溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。形成間隙固溶體的一般規(guī)律為r質(zhì)/r劑0.59。間隙固溶體都是有限固溶體。Fe-C間隙固溶體

35、105章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)（2）固溶體的性能：隨溶質(zhì)含量增加, 固溶體的強度、硬度增加, 塑性、韌性下降固溶強化。原因是溶質(zhì)原子使晶格發(fā)生畸變及對位錯的釘扎作用。與純金屬相比，固溶體的強度、硬度高，塑性、韌性低。但與化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韌性則要高得多。106章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)2.金屬化合物：合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相稱金

36、屬化合物。較高的熔點、硬度和脆性，并可用分子式表示其組成；提高強度、硬度和耐磨性，但降低塑性。鐵碳合金中的Fe3C107章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu) 正常價化合物符合正常原子價規(guī)律。如Mg2Si。 電子化合物符合電子濃度規(guī)律。如Cu3Sn。電子濃度為價電子數(shù)與原子數(shù)的比值。 間隙化合物由過渡族元素與C、N、B、H等小原子半徑的非金屬元素組成。Al-Mg-Si合金中的Mg2SiPb基軸承合金中的電子化合物108章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金

37、的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)a.間隙相：r非/r金0.59時形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)間隙化合物。如FeB、Fe3C、Cr23C6等。Fe3C稱滲碳體，是鋼中重要組成相，具有復(fù)雜斜方晶格?；衔镆部扇苋肫渌卦?，形成以化合物為基的固溶體。Fe3C的晶格 高溫合金中的Cr23C6章節(jié)內(nèi)容:1.1純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 1.2實際金屬的晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷1.3合金的相結(jié)構(gòu) 1.3.2 合金的相結(jié)構(gòu)第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)3.機械混合物：純金屬、固溶體、金屬化合物各自的混合物或它們之間的混合物。各組成相仍保持各自的晶格和性能，顯微鏡可分辨；性能介于各組成相的性能之間；工業(yè)合金組織多

38、數(shù)為固溶體和金屬化合物的混合組織。The End of Chapter 1.機械工程材料大連海洋大學(xué)精品課程113目錄第4篇 材料的應(yīng)用第3篇 常用機械工程材料第2篇 金屬材料組織和性能的控制第1篇 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能114第1篇 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能第2章 金屬材料的性能 第1章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)33115第2章 金屬材料的性能使用性能是指金屬材料在使用過程中表現(xiàn)出來的性能，包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。工藝性能是指金屬材料在各種加工過程中所表現(xiàn)出來的性能，包括鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能和切削加工性能等。 哥倫比亞號航天飛機116力學(xué)性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)金屬材

39、料在外力（載荷）作用時表現(xiàn)出來的性能，包括強度、塑性、硬度、韌性及疲勞強度等。 本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 117變形第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。 本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1181.強度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料在外力作用下抵抗變形或斷裂的能力。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 應(yīng)力R = P

40、/F0應(yīng)變 = (l-l0)/l0拉伸試樣拉伸試驗機1191.強度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 應(yīng)力R = P/F0應(yīng)變 = (l-l0)/l01201.強度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)彈性極限材料在外力作用下發(fā)生純彈性變形的最大應(yīng)力值稱為彈性極限Re。屈服強度在拉伸過程中，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到某一數(shù)值而不再增加時，其變形卻繼續(xù)增加，這個拉應(yīng)力值稱為屈服強度Rs?？估瓘姸冉饘俨牧显谄茐那八惺艿淖畲罄瓚?yīng)力稱為抗拉強度或強度極限Rm。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1

41、212.塑性第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形的能力。指標(biāo)：斷后伸長率A斷面收縮率ZA和Z越大 材料塑性越好本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象1223.硬度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料表面抵抗局部塑性變形的能力。布氏硬度HB本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 布氏硬度計1233.硬度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)壓頭為淬火鋼球時，布氏硬度用符號HBS表示，適用于布氏硬度值在450以下的材料。壓頭為硬質(zhì)合金球時，用符號HBW表示，適用于布氏硬度在650

42、以下的材料。布氏硬度的優(yōu)點：測量誤差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件及比壓頭還硬的材料。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1243.硬度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料表面抵抗局部塑性變形的能力。洛氏硬度HRHRA：用于測量高硬度材料, 如硬質(zhì)合金、表淬層和滲碳層。HRB：用于測量低硬度材料, 如有色金屬和退火、正火鋼等。HRC：用于測量中等硬度材料， 如調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 洛氏硬度計1253.硬度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)洛氏硬度HR洛氏

43、硬度的優(yōu)點：操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。缺點：測量結(jié)果分散度大。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 鋼球壓頭與金剛石壓頭洛氏硬度壓痕1263.硬度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料表面抵抗局部塑性變形的能力。維氏硬度HV保留了布氏硬度和洛氏硬度的優(yōu)點。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 維氏硬度計1274.疲勞強度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料在低于屈服強度的重復(fù)交變應(yīng)力作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞。材料在規(guī)定次數(shù)應(yīng)力循環(huán)后仍不發(fā)生斷裂時的最大應(yīng)力稱為疲勞極限。用R-1表示。鋼鐵材料規(guī)定次數(shù)為

44、107，有色金屬合金為108。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1284.疲勞強度第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)通過改善材料的形狀結(jié)構(gòu)，減少表面缺陷，提高表面光潔度，進(jìn)行表面強化等方法可提高材料疲勞抗力。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 軸的疲勞斷口疲勞輝紋（掃描電鏡照片）1295.韌性第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)沖擊韌性ak是指材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 Titanic近代船用鋼板1305.韌性第

45、2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)斷裂韌性KIC應(yīng)力強度因子：描述裂紋尖端附近應(yīng)力場強度的指標(biāo)。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1943年美國T-2油輪發(fā)生斷裂1311.物理性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)密度：物質(zhì)單位體積所具有的質(zhì)量。導(dǎo)電性：金屬傳導(dǎo)電流的能力。導(dǎo)熱性：金屬傳導(dǎo)熱量的性能。熱膨脹性：金屬受熱時體積發(fā)生脹大的現(xiàn)象稱為金屬的熱膨脹。 本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 銀 銅 鋁1322.化學(xué)性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)抗氧化性：金屬材料抵抗各種介質(zhì)(大氣、酸、堿、鹽等)侵蝕破壞的

46、能力稱為耐腐蝕性。耐腐蝕性：金屬材料在高溫時抵抗氧化性氣氛腐蝕作用的能力稱為抗氧化性。高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性稱為熱化學(xué)穩(wěn)定性。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1331.鑄造性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)液態(tài)金屬的流動性凝固過程中的收縮和偏析程度本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 1342.可鍛性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料易于鍛壓成型的能力?？墒共牧辖M織更加均勻致密。塑性變形溫度范圍寬，變形抗力小，則可鍛性好。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的

47、工藝性能 低碳鋼 中高碳鋼 碳鋼 合金鋼 鑄鐵 鍛造1353.焊接性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料易于焊接到一起并獲得優(yōu)質(zhì)焊縫的能力。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 焊接性 - 材料 焊接方法 構(gòu)件類型 使用要求 低碳鋼 高碳鋼 鑄鐵 含碳量越低 焊接性越好電弧焊1364.切削加工性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)材料是否易于切削的性能。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 硬度要適中180250HBS1375.熱處理性能第2章 金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)改變材料性能的主要手段。材料的組織結(jié)構(gòu)等將發(fā)

48、生變化，從而引起了材料機械性能變化。本章內(nèi)容:2.1金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料的物理化學(xué)性能2.3金屬材料的工藝性能 箱式可控氣氛多用爐真空熱處理爐The End of Chapter 2.機械工程材料大連海洋大學(xué)精品課程140目錄第4篇 材料的應(yīng)用第3篇 常用機械工程材料第2篇 金屬材料組織和性能的控制第1篇 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能141第2篇 金屬材料組織和性能的控制 第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變3 第8章 鋼的合金化3 第4章 二元合金相圖3 第5章 鐵-碳合金相圖3 第6章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶3第7章 鋼的熱處理3142晶體的結(jié)晶第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)

49、變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。物質(zhì)通過凝固能形成晶體稱為結(jié)晶。物質(zhì)由一個相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€ 相的過程稱為相變。因而結(jié)晶過程是相變過程。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 玻璃制品水晶143晶體的結(jié)晶-熱力學(xué)定律第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變在等壓條件下，一切自發(fā)過程都是朝著系統(tǒng)自由能降低的方向進(jìn)行。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 T0T1T液體和晶體自由能隨溫度變化144晶體的結(jié)晶-冷卻曲線第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬結(jié)晶時溫度與時間的關(guān)系曲線。曲線上水平階段所對應(yīng)的溫度稱實際結(jié)晶溫度T1。曲線上水平階段是由于結(jié)晶時放出結(jié)

50、晶潛熱引起的。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 純金屬的冷卻曲線145晶體的結(jié)晶-過冷與過冷度第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬實際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象稱為過冷現(xiàn)象。過冷度 T=T0-T1過冷度大小與冷卻速度有關(guān)，冷速越大，過冷度越大。金屬在過冷的情況下結(jié)晶。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 1463.2.1 純金屬的結(jié)晶過程第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變形核 和 長大 兩個基本過程液態(tài)中近程有序的小集團中的一部分成為穩(wěn)定的結(jié)晶核心，稱為晶核。晶核不斷形成，不斷長大，直到液體完全消失。每個晶核最終長成一個晶粒

51、，兩晶粒接觸后形成晶界。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 1473.2.2 晶核的長大方式第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變均勻長大和樹枝狀長大過冷度小，均勻長大過冷度大，樹枝狀長大本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 1483.2.2 晶核的長大方式第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 平面長大的規(guī)則形狀晶體 冰的樹枝晶 1493.2.3 金屬結(jié)晶后的晶粒大小第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1. 晶粒度表示晶粒大小的尺度?？捎镁Я５钠骄娣e或平均直徑表示。本章內(nèi)容

52、:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分8級：1-4級為粗晶粒5-8 級為細(xì)晶粒顯微鏡下放大100倍 與標(biāo)準(zhǔn)圖對照評級 1503.2.3 金屬結(jié)晶后的晶粒大小第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2. 晶粒大小的控制晶粒的大小取決于晶核的形成率N和長大速度G。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 單位時間、單位體積內(nèi)形成的晶核數(shù)目叫形核率(N)。單位時間內(nèi)晶核生長的長度叫長大速度(G)。N/G比值越大，晶粒越細(xì)小.過冷度對N、G的影響1513.2.3 金屬結(jié)晶后的晶粒大小第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2. 晶粒大小的控制 控制過冷

53、度：隨過冷度增加，N/G值增加，晶粒變細(xì)。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 緩冷快冷1523.2.3 金屬結(jié)晶后的晶粒大小第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2. 晶粒大小的控制本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 變質(zhì)處理：即有意向液態(tài)金屬內(nèi)加入非均勻形核物質(zhì)從而細(xì)化晶粒的方法。變質(zhì)處理前變質(zhì)處理后變質(zhì)處理使組織細(xì)化1533.2.3 金屬結(jié)晶后的晶粒大小第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2. 晶粒大小的控制本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 振動、攪拌：一方面可靠外部輸入的能量來促進(jìn)形核，另一方面

54、也可使成長中的枝晶破碎，使晶核數(shù)目顯著增加。1543.2.4 鑄錠的組織及其控制第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1. 鑄錠的組織 表層細(xì)晶粒層：澆注時，由于冷模壁產(chǎn)生很大的過冷度及非均勻形核作用，使表面形成一層很細(xì)的等軸晶粒區(qū)。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 1553.2.4 鑄錠的組織及其控制第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1. 鑄錠的組織柱狀晶粒層：由于模壁溫度升高，結(jié)晶放出潛熱，使細(xì)晶區(qū)前沿液體的過冷度減小，形核困難。加上模壁的定向散熱，使已有的晶體沿著與散熱相反的方向生長而形成柱狀晶區(qū)。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異

55、構(gòu)轉(zhuǎn)變 1563.2.4 鑄錠的組織及其控制第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1. 鑄錠的組織中心等軸晶粒層：由于結(jié)晶潛熱的不斷放出，散熱速度不斷減慢，導(dǎo)致柱狀晶生長停止，當(dāng)心部液體全部冷至實際結(jié)晶溫度T1以下時，在雜質(zhì)作用下以非均勻形核方式形成許多尺寸較大的等軸晶粒。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 1573.2.4 鑄錠的組織及其控制第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2. 鑄錠的缺陷鑄造缺陷的類型較多，常見的有縮孔、氣泡、疏松、偏析、非金屬夾雜物等。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 縮孔氣泡疏松158同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變概念第3章

56、 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變物質(zhì)在固態(tài)下晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的現(xiàn)象。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變159同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變特點第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變形核一般在某些特定部位發(fā)生（如晶界、晶內(nèi)缺陷、特定晶面等）。由于固態(tài)下擴散困難，因而過冷傾向大。固態(tài)轉(zhuǎn)變伴隨著體積變化，易造成很大內(nèi)應(yīng)力，使材料變形或開裂。本章內(nèi)容:3.1金屬結(jié)晶的概念3.2金屬的結(jié)晶過程3.3同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 The End of Chapter 3.機械工程材料大連海洋大學(xué)精品課程162目錄第4篇 材料的應(yīng)用第3篇 常用機械工程材料第2篇 金屬材料組織和性能的控制第1篇 金屬

57、材料的結(jié)構(gòu)與性能163第2篇 金屬材料組織和性能的控制第4章 二元合金相圖3 第8章 鋼的合金化3 3 第5章 鐵-碳合金相圖3 第6章 金屬的塑性變形與再結(jié)晶3第7章 鋼的熱處理3第3章 金屬的結(jié)晶與同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變1641. 組元第4章 二元合金相圖組成合金的最簡單、最基本、能夠獨立存在的物質(zhì)。多數(shù)情況下組元是指組成合金的元素。但對于既不發(fā)生分解、又不發(fā)生任何反應(yīng)的化合物也可看作組元, 如Fe-C合金中的Fe3C。本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類型與分析1652. 合金系第4章 二元合金相圖由兩個或兩個以上組元按不同比例配制成的一系列不同成分的合金。本章內(nèi)容:4.1二元

58、合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類型與分析相圖表示了在緩冷條件下不同成分合金的組織隨溫度變化的規(guī)律，是制訂熔煉、鑄造、熱加工及熱處理工藝的重要依據(jù)。166相圖第4章 二元合金相圖根據(jù)組元數(shù), 分為二元相圖、三元相圖和多元相圖。本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類型與分析Fe-C二元相圖三元相圖167二元相圖的建立方法第4章 二元合金相圖幾乎所有的相圖都是通過實驗得到的，最常用的是熱分析法。本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類型與分析168二元相圖的建立步驟第4章 二元合金相圖1.配制不同成分的合金，測出各合金的冷卻曲線，找出曲線上的臨界點（停歇點或轉(zhuǎn)折

59、點）。本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類型與分析2.將臨界點標(biāo)在溫度-成分坐標(biāo)中的成分垂線上。3.將垂線上相同意義的點連接起來，并標(biāo)上相應(yīng)的數(shù)字和字母。169二元相圖的建立步驟第4章 二元合金相圖由凝固開始溫度連接起來的相界線稱為液相線；由凝固終結(jié)溫度連接起來的相界線稱為固相線。本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類型與分析(a)Cu-Ni合金的冷卻曲線 (b) Cu-Ni 合金相圖1704.2.1 二元勻晶相圖-相圖分析第4章 二元合金相圖兩組元在液態(tài)和固態(tài)下均無限互溶時所構(gòu)成的相圖。相圖由兩條線構(gòu)成，上面是液相線，下面是固相線。相圖被兩條線分為三個相

60、區(qū)，液相線以上為液相區(qū)L ，固相線以下為固溶體區(qū)，兩條線之間為兩相共存的兩相區(qū)（L+)。 本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類型與分析LL+成分（wt%Ni）溫度（）CuNi液相線固相線1714.2.1 二元勻晶相圖-合金的結(jié)晶過程第4章 二元合金相圖當(dāng)液態(tài)金屬自高溫冷卻到t1溫度時，開始結(jié)晶出成分為1的固溶體，其Ni含量高于合金平均成分。本章內(nèi)容:4.1二元合金相圖的建立4.2二元相圖的基本類型與分析LL+除純組元外，其它成分合金結(jié)晶過程相似，以合金為例說明。1724.2.1 二元勻晶相圖-合金的結(jié)晶過程第4章 二元合金相圖隨溫度下降，固溶體重量增加，液相重量減少。同時，