第七章制冷空调设备常用材料

第七章制冷空调设备常⽤材料
第七章制冷空调设备常⽤材料
⼀、材料
材料是⼈类作来制作各种产品的物质，是先于⼈类存在的，为⼈类⽣活和⽣产的物质基础。

⼆、⼈类发展与材料
⼈们按照在使⽤中占主导地位的材料划分历史：⽯器时代→陶器→青铜器→铁器→钢铁（资本主义⼤⼯业时期）→合成材料（20世纪）→复合材料（20世纪40年代）
三、材料科学技术――现代⽂明的⽀柱之⼀
⼈与动物的区别：1、制造⼯具（本质）2、能源的利⽤ 3、信息的传播和保存
⽀撑⼈类⽂明⼤厦的四⼤⽀柱技术：
材料科学与技术⽣物科学与技术能源科学与技术信息科学与技术
⼯程材料的分类
⼀、按来源分为天然材料和⼈⼯材料
⼆、接⽤途分为功能材料和结构材料
三、按化学性质分为：⾦属材料
陶瓷材料（离⼦键和共价键，离⼦键为主）
⾼分⼦材料（共价键、分⼦键和氢键，共价键为主）。

四、⼯程材料的常见分类
1 ⽆机材料（⾦属、⾦属间化合物、⽆机⾮⾦属材料（玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷））
2 有机材料（有机天然材料、有机合成⾼分⼦材料）
3 复合材料（⾦属基、陶瓷基、树脂基、⾦属间化合物基）
知识与技能（⼀个过程，两个平台）
（1）了解⼀个过程：
机械制造全过程——从选⽤材料到加⼯制造（本课程主要特点之⼀——综合性）——会制订零件加⼯⼯艺路线
2)构建两个平台：
1）材料应⽤技术平台以材料应⽤为⽬标，构建从分类——牌号到成分——热处理——组织——性能——⽤途为主线的⼯程材料应⽤技术平台
2）制造技术基础平台以材料成形为⽬标，构建从铸、锻、焊等⽑坯⽣产到切削加⼯为主线的制造技术基础平台
制冷空调材料⾦属材料⾮⾦属材料⿊⾦属材料有⾊⾦属材料铸铁碳钢合⾦钢铜铝及合⾦⾼分⼦材料陶瓷材料复合材料塑料，橡胶，合成
材料的性能取决于内部的微观结构和组织状态，⽽微观结构与原⼦本性，原⼦结合的类型，原⼦排列⽅式有关.
§⾦属的晶体结构和组织
⼀、晶体与⾮晶体
1. 晶体：指原⼦呈规则、周期性排列的固体。

常态下⾦属主要以晶体形式存在。

晶体具有各向异性。

⾮晶体：原⼦呈⽆规则堆积，和液体相似，亦称为“过冷液体”或“⽆定形体”。

在⼀定条件下晶体和⾮晶体可互相转化。

2. 区别
(a)是否具有周期性、对称性
(b)是否长程有序
(c)是否有确定的熔点
(d)是否各向异性⼆、⾦属的晶体结构 1.⾦属的晶体结构
晶体结构描述了晶体中原⼦（离⼦、分⼦）的排列⽅式。

1）理想晶体——实际晶体的理想化
·三维空间⽆限延续，⽆边界
·严格按周期性规划排列，是完整的、⽆缺陷。

·原⼦在其平衡位置静⽌不动
⾦属的结构晶态⾮
晶
态
Si2O 的结构
2）理想晶体的晶体学抽象
空间规则排列的原⼦→刚球模型→晶格（刚球抽象为
晶格结点，构成空间格架）→晶胞（具有周期性最⼩
组成单元）
晶格：⽤假想的直线将原⼦中⼼连接起来所形成的三维空间格架。

直线的交点
（即原⼦中⼼）称结点。

由结点形成的空间的阵列称空间点阵。

晶胞：能代表晶格原⼦排列规律的最⼩⼏何单元.
3）晶胞的描述
晶体学参数：a,b,c,α,β,γ
晶格常数：a,b,c 4)晶系：根据晶胞参数不同，
将晶体分为七种晶系。

90%以上的⾦属具有⽴⽅晶系和六⽅晶系。

⽴⽅晶系：a=b=c ===90
六⽅晶系：a1=a2=a3 c, ==90, =120
5）原⼦半径：晶胞中原⼦密度最⼤⽅向上相邻原
⼦间距的⼀半。

6)晶胞原⼦数：⼀个晶胞内所包含的原⼦数⽬。

7)配位数：晶格中与任⼀原⼦距离最近且相等的原⼦数⽬。

8)致密度：晶胞中原⼦本⾝所占的体积百分数。

2.三种典型的⾦属晶体晶胞
1）体⼼⽴⽅晶胞BCC Body Centered Cube
晶格常数：a(a=b=c)
原⼦个数：2
配位数： 8
致密度：0.68
-Fe 、Cr 、
W 、Mo 、V 、Nb 等
⽴⽅六⽅四⽅菱⽅正交单斜三斜
a r 43 原⼦半径：
b ）⾯⼼⽴⽅晶胞FCC Face-Centere Cube
晶格常数：a
原⼦个数：4
配位数： 12
致密度：0.74
常见⾦属： -Fe 、Ni 、Al 、
Cu 、Pb 等
c)密排六⽅晶胞HCP Hexagonal Close-Packed
晶格常数：底⾯边长 a 和⾼ c ，
c/a=1.633
原⼦个数：6
配位数： 12
致密度：0.74
常见⾦属： Mg 、Zn 、
Be 、Cd 等
（d ）BCC 、FCC 、HCP 晶胞的重要参数
a 42r = ：
原⼦半径a 21r = ：
原⼦半径
4）密排⾯和密排⽅向
单位⾯积晶⾯上的原⼦数称晶⾯原⼦密度。

单位长度晶向上的原⼦数称晶向原⼦密度。

原⼦密度最⼤的晶⾯或晶向称密排⾯或密排⽅向。

三种常见晶格的密排⾯和密排⽅向为：
三．实际⾦属的晶体结构
理想晶体+晶体缺陷——实际晶体
实际晶体——单晶体和多晶体
单晶体：内部晶格位向完全⼀致，各向同性。

多晶体：由许多位向各不相同的单晶体块组成，各向异性
1．晶体缺陷：实际晶体中存
在着偏离（破坏）晶格周期性
和规则性的部分
a. 点缺陷——晶格结点处
或间隙处，产⽣偏离理想晶体
的变化
体⼼⽴⽅(110)⾯⾯⼼⽴⽅(111)⾯密排六⽅底⾯
点缺陷破坏了原⼦的平衡状态，使晶格发⽣扭曲，称晶格畸变。

从⽽强度、硬度提⾼，塑性、韧性下降。

b.线缺陷(位错)—⼆维尺度很⼩，另⼀维尺度很⼤的原⼦错排
位错：晶格中⼀部分晶体相对于另⼀部分晶体发⽣局部滑移，滑移⾯上滑移区与未滑移区的交界线称作位错。

有刃型位错和螺型位错两种类型。

位错对性能的影响：⾦属的塑性变形主要由位错运动引起，因此阻碍位错运动是强化⾦属的主要途径。

减少或增加位错密度都可以提⾼⾦属的强度。

c. ⾯缺陷——⼀维尺度很⼩，⽽⼆维尺度较⼤的原⼦错排区域。

四、晶体中的扩散
1.扩散——原⼦在晶体中移动距离超过其平均原⼦间距的迁移现象
扩散→热激活过程（以克服晶格约束）
2．影响扩散的因素
(1)温度原⼦能量提⾼（最主要因素）
D=Doexp(-Q/RT）
(2)晶体结构
致密度⼩→克服的能垒⼩→扩散容易
(3)表⾯及晶体缺陷
晶格畸变→⾼能态原⼦→激活能⼩（体扩散的0.6-0.7）→扩散快100-1000倍空位间隙原⼦⼤置换原⼦⼩置换原⼦刃型位错螺型位错。