工程材料與熱加工

工程材料與熱加工第1頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月材料科學(xué)的核心問題：材料的結(jié)構(gòu)和性能以及它們之間的關(guān)系第2頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月材料晶體——原子排列長程有序，有周期非晶體——原子排列短程有序，無周期ZnS型石英玻璃(非晶體)石英晶體(晶體)熔點一定性能呈各向異性純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第3頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月

晶胞常數(shù)：a、b、c、α、β、γ晶格常數(shù)：a、b、c簡單立方晶胞：a＝b＝cα＝β＝γ＝90℃晶體晶格（空間點陣）晶胞一、晶體的描述純金屬的晶體結(jié)構(gòu)結(jié)點第4頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月晶面、晶面指數(shù)、晶面族:致密度：晶向、晶向指數(shù)、晶向族:配位數(shù)：純金屬的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)晶格的基本概念第5頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月二、金屬中常見的晶格類型體心立方晶格

（bcc）面心立方晶格

（fcc）密排六方晶格

（hcp）純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第6頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬中常見晶格類型的基本參數(shù)晶格類型體心立方（bcc）面心立方（fcc）密排六方（hcp）晶胞結(jié)構(gòu)晶胞常數(shù)晶胞內(nèi)原子數(shù)原子半徑致密度配位數(shù)典型金屬a＝b＝c

α＝β＝γ＝90℃a＝b＝c

α＝β＝γ＝90℃

a＝bc/a＝1.633

α＝β＝90℃γ＝120℃0.680.740.7481212α-Fe、Mo、W、V、Cr、β-Tiγ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、AgMg、Cd、Zn、Be、Ca、α-Ti第7頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月三、晶體的各向異性晶面{100}{110}{111}bccfcc晶向<100><110><111>bccfcc純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第8頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論：同一晶格內(nèi)不同晶面（晶向)上原子分布不同不同晶格類型、同一名稱晶面（晶向）上原子分布不同每一晶面（晶向）對應(yīng)一晶面族（晶向族），其面間距（原子排列緊密程度）不同∴單晶體具有各向異性單晶Fe的彈性模量：E＜111＞=290000MN/m2E＜100＞=135000MN/m2E

=210000MN/m2

Fe的彈性模量：純金屬的晶體結(jié)構(gòu)第9頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體缺陷的概念晶體缺陷的產(chǎn)生單晶體和多晶體單晶體多晶體實際金屬材料是由許多粒狀單晶體組成的——晶粒晶粒大?。╠：平均直徑）——晶粒尺寸每一晶粒內(nèi)部晶格位相基本一致每個晶粒有許多亞晶粒組成實際金屬性能是各晶粒性能平均值（各向同性）金屬實際結(jié)構(gòu)及晶體缺陷第10頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體缺陷的分類點缺陷空位及間隙原子置換原子特征：①本身尺寸很小，但晶格畸變可波及很遠(yuǎn)②空位和間隙原子均處于不斷的運動和變化之中第11頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月線缺陷（位錯）刃型位錯螺型位錯電子顯微鏡下觀察到的位錯線（50,000X）特征：①在位錯線方向尺寸大②位錯線周圍產(chǎn)生晶格畸變位錯密度（ρ）：cm/cm3

一般金屬中ρ=104～1012cm/cm3晶體缺陷的分類第12頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月面缺陷——晶界、亞晶界亞晶界（位錯墻模型）晶界特征：①屬面接觸②產(chǎn)生晶格畸變晶體缺陷的分類第13頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體缺陷對材料性能的影響使實際金屬的強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理想金屬晶界處位錯密度高，使其局部強度、硬度提高對實際金屬來說，晶體缺陷越多(尤其位錯)，強度、硬度越高，塑性、韌性越低第14頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月滑移的實質(zhì)：位錯在切應(yīng)力作用下運動的結(jié)果晶體缺陷對塑性變形的影響第15頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月凝固的概念:

液體-->固體（晶體或非晶體）結(jié)晶的概念:液體-->晶體結(jié)晶的過冷現(xiàn)象

金屬的結(jié)晶當(dāng)T=T0

時，F(xiàn)L=FS，兩相平衡當(dāng)T>T0

時，F(xiàn)L<FS，液相穩(wěn)定當(dāng)T<T0

時，F(xiàn)L>FS，固相穩(wěn)定過冷度：

T=T0-Tn結(jié)晶的必要條件：

必須有過冷度！第16頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月影響過冷度的因素實際結(jié)晶溫度Tn：

V冷TnT

純度TnT金屬的結(jié)晶第17頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體液體結(jié)晶條件適宜T長大

晶核晶粒結(jié)晶的一般過程晶胚

第18頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月枝晶長大（實際金屬）平面長大（小體積液體）晶體生長方式樹枝狀晶體形貌第19頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月形核率（N）長大速度（G）孕育期（τ）——金屬液體達到結(jié)晶溫度后實際結(jié)晶前需要等待的時間N、G越大，結(jié)晶越快結(jié)晶溫度越低，

T

越大，

τ

越短與結(jié)晶有關(guān)的概念第20頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月晶粒度的概念晶粒大小對性能的影響——表示晶粒大小程度的物理量評定標(biāo)準(zhǔn)：100×與標(biāo)準(zhǔn)圖比較（…，-1，0，）1

～

8

（9，10，…）d（晶粒度）晶界多，強度硬度晶粒多，塑性韌性細(xì)晶強化結(jié)晶后晶粒的大小第21頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)晶強化第22頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月增加過冷度進行變質(zhì)處理（孕育處理）增加液體的流