工程材料的组织结构培训课件.pptx

③附加振动、搅拌等。
2.2.1 合金的相结构
基本概念 合金的相结构 相图的建立
一、基本概念
合金
由两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素组成的具有 金属特性的物质。
普通黄铜：Cu+Zn 45钢: 铁碳合金
合金除具备纯金属的基本特性外，还可以拥有纯金属所不能达到 的一系列机械特性与理化特性,如高强度、高硬度、高耐磨性、 强磁 性、耐蚀性等。
一、基本概念
组元
组成合金的独立的，最基本的单元。 合金系：若干给定组元，以不同配比，配制出的一系列不同成分、 不同性能的合金
组元可以是金属、非金属或稳定化合物。
一、基本概念
相
在物质中，凡是成分相同，结构相同并与其他部分以界面分开的均 匀组成部分，称为相。
在固态下，物质可以是单相的，也可以是多相的。 铁在同素异构转变过程中，会出现相的变化。 纯铁是单相的，而钢一般是双相或是多相的。 固态白铜(铜与镍二元合金)是单相的。 合金中有两类基本相：固溶体和金属化合物。
一、基本概念
组织
组织是指用肉眼或显微镜等所观察到的材料的微观形貌。
合金的组织是由数量、大小、形状和分布方式不同的各种相所 组成的。
不同组织具有不同的性能。 由不同组织构成的材料具有不同的性能。 同一种钢经过不同的热处理可以获得不同的组织，从而获得不
同的性能。 45钢经过不同的热处理可以获得珠光体、索氏体、屈氏体、贝
2.线缺陷 形成位错对金属的机械性能影响很大，位错极少时，金属强度很 高，位错密度越大，金属强度也会提高。
3.面缺陷 晶界和亚晶界越多，晶粒越细，金属强度越高，金属塑变的能 力越大，塑性越好。
2.1.2 纯金属的结晶
凝固
液态L→固态S
结晶
S可以是非晶体。
一种原子排列状态过渡为另一种原子 规则排列状态(晶态)的转
1.点缺陷
① 空位
三维尺度上都很小，不超过几个
原子直径的缺陷。 ①空位；②间隙原子 ① 刃型位错
2.线缺陷
二维尺度很小而第三维尺度很大
的缺陷。
①刃型位错；②螺型位错
3.面缺陷
二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。
①晶界；②亚晶界
② 间隙原子
二、实际金属晶体结构
实际金属晶体中的缺陷对材料性能的影响
1.点缺陷 造成局部晶格畸变,使金属的电阻率;屈服强度增加, 密度发生变 化。
只有当液体的过冷度达到一定的大小，结晶过程才能开 始进行—过冷是金属结晶的必要条件。
二、纯金属结晶过程
形核 长大
①自发形核 ②非自发形核 ①平面长大 ②树枝状长大
三、晶粒尺寸的控制
晶粒大小如何衡量？ 为什么要对晶粒尺寸进行控制？ 影响晶粒尺寸的因素有哪些？ 如何控制晶粒的尺寸？
三、晶粒尺寸的控制
一、常见金属晶体结构
面心立方晶格
常见的面心立方晶格金属有： 铝、铜、镍、金、银、γ-Fe等。
晶胞原子数—FCC为4个。原子半径—FCC为√2/4a；致密度—FCC为74 ％ ；配位数—12个 ；空隙半径—四面体空隙半径0.225r；八面体空隙半 径0.414r 。
一、常见金属晶体结构
密排六方晶格
2.1.1 金属的晶体结构
晶体
材料的原子（离子、分子）在三维空间呈规则的周期性排列的物体。 如金刚石、水晶、氯化钠、金属等。
非晶体
材料的原子（离子、分子）在三维空间无规则排列的物体。如松香、 玻璃等。
2.1.1 金属的晶体结构
晶体结构
晶体中原子（离子或分子）规则排列的方式。
晶格
假设通过原子（离子）结点的 中心划出许多空间直线所形成的空 间格架。
常见的密排六方晶格金属有： 镁、镉（Cd）、锌、铍（Be）等。
晶胞原子数—HCP为6个。原子半径—HCP为1/2a；致密度—HCP为74％； 配位数—12个；空隙半径—四面体空隙半径0.225r ，八面体空隙半径 0.414r。
二、实际金属晶体结构
多晶体结构
二、实际金属晶体结构
实际金属晶体中的缺陷
教学课题： 第2章 工程材料的组织结构
1.纯金属的晶体结构与结晶
■ 常见金属晶体结构 ■ 实际金属晶体结构 ■ 纯金属的结晶
2.合金的晶体结构与结晶
■ 合金的相结构 ■ 合金相图的建立 ■ 铁碳合金相图
通过本章的学习，了 解常用材料的组织结构， 理解和掌握铁碳合金相 图的内容与应用。
1.金属的结晶条件、规 律及控制 2.铁碳合金的基本组织 3.铁碳合金相图的内容、 意义与应用
晶胞
能反映晶格特征的最小组成单元 。
晶格常数
晶胞的三个棱边的长度a,b,c 及三条棱边夹角α,β,γ。
一、常见金属晶体结构
体心立方晶格
常见的BCC金属有：钼（Mo）、 钨（W）、钒（V）、铬、铌、αFe等。
晶胞原子数—是指在一个晶胞中所含的原子数目。为1/8×8+1=2个； 原子半径—BCC为：r=√3/4a；致密度—BCC为4/3πr3×2=0.68；配位 数—是指晶格中与任一原子最邻近且等距离的原子数目。BCC为8个；空隙 半径—BCC有两种空隙半径，四面体空隙半径0.29r，八面体空隙半径 0.15r 。
氏体、马氏体等组织。并获得不同的性能。
二、合金的相结构
固溶体
在一种金属元素的晶格中，溶入另一种或多种元素所形成的相；在 固溶体中保持其原晶体结构的组元（元素）—溶剂，其余的元素（组 元）—溶质。
按照溶质原子在溶剂晶格中的 位置不同，可将固溶体分两类： 置换固溶体和间隙固溶体。
变过程。
一次结晶：L→S晶态
二次结晶：S→S晶态
一、纯金属冷却曲线分析
过冷：纯金属实际结晶温度总是 低于理论结晶温度，为什么？
过冷度ΔT = T0－T1
冷却速度越快，过冷度越大。
冷却曲线上出现平台，为什么？
出现“平台”是由于纯金属结晶时会放出“结晶潜热”，抵消外 界对它的冷却作用。当结晶结束后，没有“结晶潜热”放出，纯金属 将会以原来的冷却速度继续冷却下来。
晶粒度
单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度(或直径)。
晶粒大小对材料性能的影响（细晶强化）
晶粒越细，金属的强度、硬度越高பைடு நூலகம்塑性、韧性越好。
影响晶粒度的因素
过冷度ΔT提高，N提高、G提高 过冷ΔT太高，N降低、G降低
三、晶粒尺寸的控制
晶粒大小的控制
①提高过冷度
②变质处理 在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非自发晶核的核心， 以细化晶粒和改善组织。