2012218第1章-材料结构与性能
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《工程材料》材料的结构与性能 ppt课件
原子排列情况相同而在空间位向不同 的晶向组成晶向族。
晶向族用尖括号表示, 即<uvw>。
如: <100> = [100] + [010] + [001]
ppt课件
26
在立方晶系中, 一个晶面指数与一 个晶向指数数值和符号相同时, 则该晶 面与该晶向互相垂直。
如：(111)⊥[111]。
晶面与晶向互相垂直
1. 金属晶体具有确定的熔点 纯金属缓慢加热到一定温度, 固态金属熔化 成为液态金属。熔化过程中温度不变。
熔化温度(T0)称为熔点。
非晶体材料在加 热时, 固态转变为 液态时, 温度变化。
晶体和非晶体的熔化曲线
ppt课件
32
2. 金属晶体具有各向异性
在晶体中, 不同晶面和晶向上原子排列的 方式和密度不同，它们之间的结合力的大小 也不相同，因而金属晶体不同方向上的性能 不同。这种性质叫做晶体的各向异性。
晶胞
老师提示 不同元素组成的金属晶体因晶格形
式及晶格常数的不同，表现出不同的物理、
化学和力学性能。金属的晶体结构可用X射线
结构分析技术进行测定。
ppt课件
5
一、三种常见的金属晶体结构
☆ 老师提示：重点内容
1. 体心立方晶格(胞) ( BCC 晶格)
8个原子处于立方体的角上，1个原子处于立 方体的中心, 角上8个原子与中心原子紧靠。
式中：ρ 为位错密度, 单位为m-2， ΣL 为位错线总长度, 单位为m, V为体积, 单位为m3。
ppt课件
41
位错对性能的影响： ●金属为理想晶体或含极少量位错时, 金属
的屈服强度σs 很高。
●当含有一定量的位错时, 强度降低。 ●退火金属中位错密度为 106～8 cm-2 ，强 度最低。
晶向族用尖括号表示, 即<uvw>。
如: <100> = [100] + [010] + [001]
ppt课件
26
在立方晶系中, 一个晶面指数与一 个晶向指数数值和符号相同时, 则该晶 面与该晶向互相垂直。
如：(111)⊥[111]。
晶面与晶向互相垂直
1. 金属晶体具有确定的熔点 纯金属缓慢加热到一定温度, 固态金属熔化 成为液态金属。熔化过程中温度不变。
熔化温度(T0)称为熔点。
非晶体材料在加 热时, 固态转变为 液态时, 温度变化。
晶体和非晶体的熔化曲线
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32
2. 金属晶体具有各向异性
在晶体中, 不同晶面和晶向上原子排列的 方式和密度不同，它们之间的结合力的大小 也不相同，因而金属晶体不同方向上的性能 不同。这种性质叫做晶体的各向异性。
晶胞
老师提示 不同元素组成的金属晶体因晶格形
式及晶格常数的不同，表现出不同的物理、
化学和力学性能。金属的晶体结构可用X射线
结构分析技术进行测定。
ppt课件
5
一、三种常见的金属晶体结构
☆ 老师提示：重点内容
1. 体心立方晶格(胞) ( BCC 晶格)
8个原子处于立方体的角上，1个原子处于立 方体的中心, 角上8个原子与中心原子紧靠。
式中：ρ 为位错密度, 单位为m-2， ΣL 为位错线总长度, 单位为m, V为体积, 单位为m3。
ppt课件
41
位错对性能的影响： ●金属为理想晶体或含极少量位错时, 金属
的屈服强度σs 很高。
●当含有一定量的位错时, 强度降低。 ●退火金属中位错密度为 106～8 cm-2 ，强 度最低。
材料结构与性能解答(全).doc
材料结构与性能解答(全)1、离子键及其形成的离子晶体陶瓷材料的特征。
答当一个原子放出最外层的一个或几个电子成为正离子，而另一个原子接受这些电子而成为负离子，结果正负离子由于库仑力的作用而相互靠近。
靠近到一定程度时两闭合壳层的电子云因发生重叠而产生斥力。
这种斥力与吸引力达到平衡的时候就形成了离子键。
此时原子的电中性得到维持，每一个原子都达到稳定的满壳层的电子结构，其总能量达到最低，系统处于最稳定状态。
因此，离子键是由正负离子间的库仑引力构成。
由离子键构成的晶体称为离子晶体。
离子晶体一般由电离能较小的金属原子和电子亲和力较大的非金属原子构成。
离子晶体的结构与特性由离子尺寸、离子间堆积方式、配位数及离子的极化等因素有关。
离子键、离子晶体及由具有离子键结构的陶瓷的特性有A、离子晶体具有较高的配位数，在离子尺寸因素合适的条件下可形成最密排的结构；B、离子键没有方向性C、离子键结合强度随电荷的增加而增大，且熔点升高，离子键型陶瓷高强度、高硬度、高熔点；D、离子晶体中很难产生自由运动的电子，低温下的电导率低，绝缘性能优良；E、在熔融状态或液态，阳离子、阴离子在电场的作用下可以运动，故高温下具有良好的离子导电性。
F、吸收红外波、透过可见波长的光，即可制得透明陶瓷。
2、共价键及其形成的陶瓷材料具有的特征。
答当两个或多个原子共享其公有电子，各自达到稳定的、满壳层的状态时就形成共价键。
由于共价电子的共享，原子形成共价键的数目就受到了电子结构的限制，因此共价键具有饱和性。
由于共价键的方向性，使共价晶体不密堆排列。
这对陶瓷的性能有很大影响，特别是密度和热膨胀性，典型的共价键陶瓷的热膨胀系数相当低，由于个别原子的热膨胀量被结构中的自由空间消化掉了。
共价键及共价晶体具有以下特点A、共价键具有高的方向性和饱和性；B、共价键为非密排结构；C、典型的共价键晶体具有高强度、高硬度、高熔点的特性。
D、具有较低的热膨胀系数；E、共价键由具有相似电负性的原子所形成。
材料结构与性能第二讲PPT课件
晶体与非晶体
• 固态物质按其内部原子的排列情况可分为两大类：晶体与非晶体。 在晶体中，原子(或分子)在三维空间做有规则的周期性重复排列。 而非晶体则不然，原子(或分子)是散乱分布的，或者只有些局部的 短程规则排列，这一点是晶体与非晶体的根本区别。一般的固态 金属与合金都是晶体，而玻璃、松香之类的物质是非晶体。
一、固体的结合力、结合能与材料性能的关系
• 固体材料内的结合力、结合能虽然可以用量子 力学的方法近似地进行计算，但这种方法比较 复杂，为了简便，通常对离子晶体直接用静电 学方法处理，其他晶体材料则可在离子晶体的 基础上做适当修正。 • 静电学处理方法的基本出发点是把正负离子看 成离子晶体中的基本荷电质点。由于离子中的 电子云一般是满壳层的，因此可假定正负离子 的电子云分布是球形对称的。这样在计算时可 以不考虑各个离子内部的结构，而将各个离子 看作是电荷集中于球心的圆球。
(四) σmax、E与γ之间的关系
通过 max 通过式
E k 2 ( n 1)
令k1=k2/2(n+1)即有E=σmax/k1 令k2= P /2则
Va 0.29e 2 Z 2 ( n 1) 1 r p ER0 p 2 3 2 R0 2 R0 2
mzx
k1 k2 Er Er K R0 R0
1 1 0 0
1 n2 Va 0.29e 2 Z 2 ( n 1) 1 p [ 1 ] r p ER0 p 令 则有： 2 3 2 R0 2 R0 2 n k ( n 1)
因Va这个功产生了2个新表面，即2R02，故单位表面所消耗的能量
Va 0.29e 2 Z 2 ( n 1) 1 r p ER0 p 2 3 2 R0 2 R0 2
结构与性能 第一章
二、材料的变形
• 1. σ~ε的一般规律
z脆性材料（绝大多数无机 材料）：
曲线a，在弹性变形后没有 塑性形变（或塑性形变很 小），接着就是断裂，总弹 性应变能非常小。
z延性材料（金属材料，如 低碳钢）：
曲线b，开始为弹性形变， 接着有一段弹塑性形变，然 后才断裂，总变形能很大。
z弹性材料（高分子材料， 如橡皮）：
变化来推导。
• 理论强度：
σ th =
Eγro
s
r0
ro ：晶格常数
σ th ：与弹性模量E，表面能γ s ,晶格间距
等材料常数有关。
r•
•
o—当净原约r 子束< 间力ro平表，衡现原距为子离斥间
力
• 当 r > ro ，原子间
净约束力表现为引
力
• 对材料施加一个逐 渐增大的拉应力，
材料内部原子间距
弹性常数就是表征材料弹性介质的主 要物理量，反映了在应力作用下质点 产生位移（材料形变）的程度，取决 于原子间的作用力（化学键，微观结 构）（结合力）。
• 要注意：弹性大则弹性模量小。
• 在线弹性形变范围内，材料应力与应变之 间的关系服从虎克定律。具体的表达式取 决加载方式（如单轴，双轴）和材料结构。
气孔的影响： 与固相相比，气孔的弹性模量近似于零
经验公式：E=E0(1-f1p+f2P2) 简化为: E=E0(1-f P)
其中常数f1和f2，取决于气孔的形状 和取向， p为气孔率 可见: 多孔材料的E致密材料E随p增大 而减小
• 温度的影响: • 温度升高，热膨胀增加，原子间
距变大, E 下降
日本京都陶瓷公司展览馆
3.力学性能的内容：
形变、强度、断裂韧性、硬度、力学 性能与热学性能的偶合性能——抗热 震性。
材料科学基础第二版
材料科学基础第二版材料科学是一门研究材料的性质、结构、制备和应用的学科，它涉及到物质的基本特性和相互作用，对于现代工业和科技的发展起着至关重要的作用。
本书《材料科学基础第二版》旨在系统介绍材料科学的基本理论和知识，帮助读者全面了解材料科学的基本概念和原理，为相关专业的学生和科研人员提供一本全面而深入的参考书籍。
第一章从材料科学的基本概念和发展历程入手，介绍了材料科学的研究对象、基本特征以及其在工程技术中的应用。
通过对材料科学的起源和发展进行梳理，读者可以更好地理解材料科学的学科内涵和研究意义。
第二章主要介绍了材料的结构与性能。
材料的性能直接受其结构的影响，因此了解材料的结构对于预测和改善材料的性能至关重要。
本章详细介绍了晶体结构、非晶态结构以及材料的力学性能、热学性能等方面的知识，为读者提供了全面的材料结构与性能的基础知识。
第三章涉及了材料的制备与加工技术。
材料的制备和加工是材料科学的重要内容之一，它直接影响着材料的性能和应用。
本章主要介绍了材料的制备方法、加工工艺以及相关的材料表征技术，为读者提供了全面了解材料制备与加工技术的知识基础。
第四章讨论了材料的性能测试与评价。
材料的性能测试是材料科学研究的重要手段，通过对材料性能的测试和评价，可以全面了解材料的特性和应用潜力。
本章详细介绍了材料性能测试的方法、技术以及测试结果的分析与评价，为读者提供了全面了解材料性能测试与评价的知识基础。
第五章介绍了材料的应用与发展。
材料的应用是材料科学研究的最终目的，本章主要介绍了材料在工程技术、电子材料、光学材料、生物材料等方面的应用，并展望了材料科学的未来发展方向。
通过对材料科学基础的系统介绍，本书旨在帮助读者全面了解材料科学的基本理论和知识，为相关专业的学生和科研人员提供一本全面而深入的参考书籍。
希望本书能够成为读者学习和研究材料科学的重要工具，为材料科学的发展做出贡献。
第3讲-材料的结构和性能解析
大的曲线，键合能较高，熔点高，要破坏键合的力就大，因此弹性模量也相对较高。 需要注意，并非材料的
所有特性都受微观组织的影 响，如材料弹性模量。取两 种铝合金样品，其化学成分 相同但晶粒尺寸不同，这两 个样品的弹性模量几乎相同， 但其屈服强度则差别较大。
材料的弹性模量直接和原子间的键合强度相关，而和材料的微观组织关系不 大。因此，弹性模量主要取决于组成材料的原子。
第一节、材料的结构和组织
（一）材料的原子结构 材料的成分和结构决定其性能和特性。研发展材料时必须弄清材料的原子结
构。通过控制材料的成分和结构，才能够其性能，然后满足特定用途的需要。 1、原子的结构
大家知道，原子由原子核和环绕原子核的电子组成。原子核包括中子和带正 电荷的质子。由于静电吸引作用，带负电荷的原子环绕在原子核周围。
❖ 原子键
在工程材料中，有四种重要的原子键合方式： 1）金属键 2）共价键 3）离子键 4）范德瓦尔键（分子键）
对于前三种结合键，主要是通过原子外层轨道（s, p)电子的转移或者共 享在相邻原子间形成相对较强的键合，它们叫做主键。而范德瓦尔键则相 对较弱，形成机制不同，叫做次键。
1） 金 属 键
❖ 无序状态 单原子气体如氩气或者荧光灯管中的
等离子体，其原子或者离子呈现无序排列 状态，这些材料可以在其空间任意充填。 ❖ 短程有序（SRO）
如果原子的特殊排列只能扩展到原子的最近邻，那么这种材料则呈现短程有序 状态。蒸汽中的每个水分子，其氧原子和氢原子间采用共价键结合，所以水蒸气呈 现短程有序，也就是说，每个氧原子与两个氢原子键合，其键夹角为104.5°。而 蒸汽中的水分子间的排列则是无序的。
晶体材料中的长程有序可以通 过X射线衍射或者电子衍射来测定。
❖ 液晶（LCs) 液晶是具有特定序的聚合物材料，在一种状态时可以表现为非晶态(类似于液
所有特性都受微观组织的影 响，如材料弹性模量。取两 种铝合金样品，其化学成分 相同但晶粒尺寸不同，这两 个样品的弹性模量几乎相同， 但其屈服强度则差别较大。
材料的弹性模量直接和原子间的键合强度相关，而和材料的微观组织关系不 大。因此，弹性模量主要取决于组成材料的原子。
第一节、材料的结构和组织
（一）材料的原子结构 材料的成分和结构决定其性能和特性。研发展材料时必须弄清材料的原子结
构。通过控制材料的成分和结构，才能够其性能，然后满足特定用途的需要。 1、原子的结构
大家知道，原子由原子核和环绕原子核的电子组成。原子核包括中子和带正 电荷的质子。由于静电吸引作用，带负电荷的原子环绕在原子核周围。
❖ 原子键
在工程材料中，有四种重要的原子键合方式： 1）金属键 2）共价键 3）离子键 4）范德瓦尔键（分子键）
对于前三种结合键，主要是通过原子外层轨道（s, p)电子的转移或者共 享在相邻原子间形成相对较强的键合，它们叫做主键。而范德瓦尔键则相 对较弱，形成机制不同，叫做次键。
1） 金 属 键
❖ 无序状态 单原子气体如氩气或者荧光灯管中的
等离子体，其原子或者离子呈现无序排列 状态，这些材料可以在其空间任意充填。 ❖ 短程有序（SRO）
如果原子的特殊排列只能扩展到原子的最近邻，那么这种材料则呈现短程有序 状态。蒸汽中的每个水分子，其氧原子和氢原子间采用共价键结合，所以水蒸气呈 现短程有序，也就是说，每个氧原子与两个氢原子键合，其键夹角为104.5°。而 蒸汽中的水分子间的排列则是无序的。
晶体材料中的长程有序可以通 过X射线衍射或者电子衍射来测定。
❖ 液晶（LCs) 液晶是具有特定序的聚合物材料，在一种状态时可以表现为非晶态(类似于液
材料结构与性能
19
转炉炼钢法
1856
THE TOP TEN -- 10 Bessemer Process
•Henry Bessemer patents a bottom-blown acid process for melting low carbon iron.
•Ushers in the era of cheap, large tonnage steel, thereby enabling massive progress in transportation, building construction, and general industrialization.
性质
性能
• The four components of the discipline of materials science and engineering and their interrelationship.
• With regard to the relationships of these four components, the structure of a material will depend on how it is processed. Furthermore, a material’s performance will be a function of its properties.
17
THE TOP TEN -- 8 Cu extraction （Casting）
提炼铜（铸造）
•In and around modern Turkey, people discover that liquid copper can be extracted from malachite（孔雀石） and azurite（蓝铜矿） and that the molten metal can be cast into different shapes.
转炉炼钢法
1856
THE TOP TEN -- 10 Bessemer Process
•Henry Bessemer patents a bottom-blown acid process for melting low carbon iron.
•Ushers in the era of cheap, large tonnage steel, thereby enabling massive progress in transportation, building construction, and general industrialization.
性质
性能
• The four components of the discipline of materials science and engineering and their interrelationship.
• With regard to the relationships of these four components, the structure of a material will depend on how it is processed. Furthermore, a material’s performance will be a function of its properties.
17
THE TOP TEN -- 8 Cu extraction （Casting）
提炼铜（铸造）
•In and around modern Turkey, people discover that liquid copper can be extracted from malachite（孔雀石） and azurite（蓝铜矿） and that the molten metal can be cast into different shapes.
材料结构及其性能ppt课件
2．气孔或空洞
一般是制造缺陷或由于工艺过程不完善所产生的 缺陷(如陶瓷烧结和烧成中的残留气孔)。 ➢在服役条件下，工件也可能出现气孔，它是发 生断裂的“先兆”。 ➢某些材料则会大量引入气孔。
3．夹杂物与弥散相
➢ 夹杂物是指那些由熔炼过程带来的各种杂质。 ➢ 弥散相则是指在某些基材中有意加人的细小固
一、显微结构的概念及组成类型
显微结构原始定义：显微镜下观察到的结构。
两个限定： 1. 所能分辨的尺度 2. 所能观察到的结构内容
材料的显微结构?
肉眼或借助放大镜和实体显微镜只能分辨大于 0.1mm，即大于100μm的物体，所观测到的结 构称为“宏观结构”或“大结构”。
光学显微镜的最大分辨率可达0.2μm左右，观测 到的结构称为“显微结构”。
各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。 力学性能是结构材料的主要使用性能。 对于功能材料来说，除了物理和化学性能外，往往
对力学性能也有一定要求。例如为了制成细薄膜及 涂层等，除了要求材料具有良好的成型性能外、还 要求有抗振动、抗压（或抗拉）、抗疲劳等各种力 学性能。 结构功能一体化
定性、熔点、升华等。
材料的各种热性能的物理本质均与晶格振动有关。
热稳定性 热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破
坏的能力，胀系数、弹性模量、
导热系数、抗张强度及材料中气相、玻璃相的含 量及其晶相的粒度等有关。
材材料的电学性能 1. 导电性 材料的导电性通常以其电导率来度量，导电能力则
制造有用器件的——性能判据
“有用”---材料具有较好为人类服务的“使用性 能”
“制造”---材料具有较好的“工艺性能”
材料的性能可分为使用性能和工艺性能。 各种材料在使用中会受到各种外力、温度、化学介
绪论和第一章---材料的性能
硬
度
• 对于软硬不同的材料，为了测得统一的、可比较 的布氏硬度值，应选用不同的F/D2比值，以便将 压入角φ限制在28°～74°范围内，与此相应的 压痕直径d应控制在（0.24~0.6）D之间。 • 布氏硬度的F/D2的比值有30、15、10、5、2.5、 1.25和1七种。主要根据所测试材料的种类及硬度 范围按表来选择。 • 试验力加载后的保持时间，黑色金属10～15秒， 有色金属30秒，＜35HBS的材料为60秒。
1.1.3 硬 度
布 氏 硬 度 机
1.1.3
硬
度
• 2.洛氏硬度（HR） • 在外载荷的作用下，将压头压入工件表面，保持一 定时间后卸除主载荷，测量压痕深度增量（h1－h0） 计算硬度值，（H0为初载荷压入的深度，h1为卸 除主载荷后残余压痕的深度）。 • 洛氏硬度的压头有两种，金刚石圆锥HRA、HRC （120°），和淬火钢球HRB（φ1.588mm）。 • 常用载荷：初载荷98.07N • 主载荷分别为：490.3N、882.6N、1373N
维氏硬度试验原理图
• 维氏硬度的表示方法：数字＋HV数字/数字 • 第一组数字代表硬度值，HV－维氏硬度，第二组 数字代表载荷，/第三组数字代表载荷维持时间。 如：640HV30/20；代表硬度值640,载荷30Kgf （294.2N）,维持时间20秒。 维氏硬度的测试方法（GB/T4340.1－1999）
1.1.3
硬
度
1.1.3
硬
度
• 维氏硬度保留了布氏硬度和洛氏硬度的优点，既 可测量由极软到极硬的材料的硬度，又能互相比 较。既可测量大块材料、表面硬化层的硬度，又 可测量金相组织之中不同相的硬度。
0.102 F 0.204 F sin( 136 / 2) F HV 0.1891 2 2 A d d
工程材料力学性能第一章
材料力学性能 课件
工程材料力学性能第一章
绪论
工程材料力学性能第一章
一、材料科学
• 研究各种材料的结构、制备加工工艺与性能之间 关系的科学
工程材料力学性能第一章
1、成分／组织结构 表示材料结构所包含的四个层次：原子结构、结 合键、原子排列方式（晶体与非晶体）和组织
2、制备合成与加工工艺 其方法相对性能的影响随材料种类的不同而不同
工程材料力学性能第一章
• 三 比例极限和弹性极限 • 弹性极限σe:材料由弹性变形过渡到弹—塑性
变形时的应力。 • 比例极限σp:应力与应变成正比关系的最大应
力; • σe σp的实际意义是：一般的σe >σp • 选择比例极限σp：对于要求在服役时其应力应变
关系维持严格直线关系的机件； • 选择弹性极限σe：对于要求不允许产生微量塑性
•
工程材料力学性能第一章
• 思考题： • 1 弹性变形的实质是什么？ • 2 弹性模量E的物理意义？E是一个特殊的力
性指标，表现在哪里？ • 3 比例极限、弹性极限、屈服极限有和异同？ • 4 你学习了哪几个弹性指标？
工程材料力学性能第一章
• 理想材料弹性变形：可逆性、单值性 • 弹性不完整性 ：实际上，金属的弹性变形与加载方向
物理意义：当应变为一个单位时．弹性模量等于弹性应 力．即弹性模量是产生100％弹性变形所需的应力。 （ 无意义）
• 工程上把弹性模量E、G称做材料的刚度，它表示材料 在外载荷下抵抗弹性变形的能力.
• 机件的刚度与材料刚度不同
机件刚度（AE）与两个因素相关： • 构件的几何尺寸
• 材料弹性模量
工程材料力学性能第一章
工程材料力学性能第一章
二、金属材料的使用性能
工程材料力学性能第一章
绪论
工程材料力学性能第一章
一、材料科学
• 研究各种材料的结构、制备加工工艺与性能之间 关系的科学
工程材料力学性能第一章
1、成分／组织结构 表示材料结构所包含的四个层次：原子结构、结 合键、原子排列方式（晶体与非晶体）和组织
2、制备合成与加工工艺 其方法相对性能的影响随材料种类的不同而不同
工程材料力学性能第一章
• 三 比例极限和弹性极限 • 弹性极限σe:材料由弹性变形过渡到弹—塑性
变形时的应力。 • 比例极限σp:应力与应变成正比关系的最大应
力; • σe σp的实际意义是：一般的σe >σp • 选择比例极限σp：对于要求在服役时其应力应变
关系维持严格直线关系的机件； • 选择弹性极限σe：对于要求不允许产生微量塑性
•
工程材料力学性能第一章
• 思考题： • 1 弹性变形的实质是什么？ • 2 弹性模量E的物理意义？E是一个特殊的力
性指标，表现在哪里？ • 3 比例极限、弹性极限、屈服极限有和异同？ • 4 你学习了哪几个弹性指标？
工程材料力学性能第一章
• 理想材料弹性变形：可逆性、单值性 • 弹性不完整性 ：实际上，金属的弹性变形与加载方向
物理意义：当应变为一个单位时．弹性模量等于弹性应 力．即弹性模量是产生100％弹性变形所需的应力。 （ 无意义）
• 工程上把弹性模量E、G称做材料的刚度，它表示材料 在外载荷下抵抗弹性变形的能力.
• 机件的刚度与材料刚度不同
机件刚度（AE）与两个因素相关： • 构件的几何尺寸
• 材料弹性模量
工程材料力学性能第一章
工程材料力学性能第一章
二、金属材料的使用性能
第2讲 材料的组成结构与性能(1).ppt
成分与 组织结构
➢ 材料特性：表征了材料固有的性能，
材料特性 是选用材料的重要依据；
合成与制备
➢ 服役行为与使用寿命：与材料的加工 和服役条件相结合来考察材料的使用
寿命，它往往成为 MSE 的最终目标。
Northeastern University
材料概论： 第2讲 材料的组成、结构与性能
第2讲 材料的组成、结构与性能
2.2 材料的结构基础
2 晶体结构基础
晶体：原子或原子团、离子或分子按一定规律呈周期性地排列构成的物质， 基本特征是原子或分子在三维空间呈周期性的规则而有序地排列，即
存在长程的几何有序。 （1）一种物质是否是晶体是由其内部结构决定的，而非由外观判断； （2）周期性是晶体结构最基本的特征。
１ 有固定的几何外形；２ 有固定的熔点； ３ 有各向异性。
• 硬度大（S区例外）;
•
熔沸点高（但汞为液体）。 硬度最大的金属是铬；熔点最高的金属是钨。
Northeastern University
材料概论： 第2讲 材料的组成、结构与性能
2.2 材料的结构基础
（2）离子键
由原子释放出最外层的电子变成带正电荷的阳离子，同能接受 其放出的电子的原子变成带负电荷的阴离子相互之间作用的吸引力 所形成的一种键合。
色散力由瞬时偶极产生，存在于任何分子之间。色散力随着分子量 的增大而增大。
诱导力由诱导偶极产生，与分子的极性、变形性有关。
取向力由固有偶极产生，存在于极性分子之间，并随分子极性的增 大而增大。
Northeastern University
材料概论： 第2讲 材料的组成、结构与性能
2.2 材料的结构基础
• 氢键是与电负性较强的原子相结合的氢原子(如 X—H )同时与另一个 电负性较强的原子(如 Y )之间的相互作用，即( X—H…Y)．这些电负性 铰强的原子一般是氮、氧或卤素原子．一般认为在氢键中，X—H 基本上 是共价键，而 H…Y 则是一种强而有方向性的范德华力．这里把氢键归 入范德华力是因为氢键本质上是带有部分负电荷的 Y 与电偶极矩很大的 极性键 X—H 间的静电吸引相互作用.
材料结构与性能
《材料结构与性能》教学大纲申请主编：河北工业大学，阎殿然 教授本课程是硕士研究生的学位课程，计划学时：40h绪言 重点阐述材料的结构与性能的关系，本课程对改善现有材料性能及研究开发新材料的意义第一章 晶体的缺陷（3h ）§1.1 点缺陷的类型1.1.1金属晶体的点缺陷；1.1.2间隙原子的组态；1.1.3离子晶体的点缺陷；§1.2 点缺陷的平衡浓度（热平衡缺陷）1.2.1单位空位的平衡浓度：-uC =Ae KT 及其热力学推倒； 1.2.2双空位平衡浓度： C 双＝Z ud exp()KT 2及其推倒 §1.3 点缺陷的形成能1.3.1自由电子的能量变化，1.3.2点缺陷的形成能§1.4 点缺陷的运动1.4.1点缺陷的迁移，1.4.2点缺陷的迁移率§1.5 点缺陷对晶体性能的影响1.5.1点缺陷对晶体结构的影响；1.5.2点缺陷对晶体性能的影响；热平衡缺陷第二章 晶体的线缺陷(17h)本章主要介绍晶体线缺陷的基本知识，线缺陷间的相互作用，实际晶体中的位错；静止、运动态位错的相互作用。
通过本章的学习使学生对线缺陷的类型，相互作用及其存在对材料性能的影响及实际晶体中的线缺陷有一个深刻的理解。
§2.1 位错的基本概念(2h)2.1.1位错的表征及柏氏矢量的守恒性，2..1.2位错运动，2.1.3位错的应力场与应变能§2.2 静止位错间的弹性交互作用(4h)2.2.1 静止位错间的相互作用力（F (b )t σ= 的推倒）， 2.2.2两个相互平衡、垂直的各种位错的相互作用，2.2.3位错的塞积§2.3 位错的运动及运动位错间的交互作用(2h)2.3.1位错的保守及非保守运动2.3.2位错滑移运动及其与晶体宏观变形的关系，2.3.3位错的攀移运动及其驱动力§2.4 运动位错的交互作用(3h)2.4.1运动位错的弹性交互作用（交割）；2.4.2带割阶位错的运动；2.4.3会合位错及其对位错运动的影响§2.5 实际晶体中的位错及其交互作用(6h)2.5.1面心立方晶体的位错（位错的分解）、2.5.2扩展位错割阶扩展，2.5.3Lomer-Cottrell位错，2.5.4位错网络形成，2.5.5扩展位错的攀移；2.5.6体心立方晶体中的部分位错及位错反应2.5.7密排六方晶体中的部分位错及位错反应第三章线缺陷与点缺陷间的交互作用(6h)本章主要介绍点缺陷与线缺陷间的相互作用，对点缺陷与线缺陷的作用条件及Cottrell气团的结构及不同类型的溶质原子在Cottrell气团内的位置，Cottrell气团的形成条件及其对材料性能的影响进行分析与讨论。
第一章材料结构和性能thefirst
It is also part design and evaluation of important material strength indexes. ζb measurement is convenient, if only from parts does not guarantee the safety of the fracture Angle consideration, can be used as a basis for design, but for the safety coefficient should is bigger.
1. 强度 强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。 强度指标常通过拉伸试验测定。下图为退火低碳钢的拉 伸试验载荷（拉力）与变形量（伸长量）的变化图， 可以 从曲线上直接读出材料的一些常规力学性能指标。 1. Strength strength is to point to in the external force, the material's resistance to deformation and fracture ability. Strength indexes often through determination of tensile test. This illustration shows the annealing of low carbon steel tensile test load (tension) and deformation (elongation), from variations on the curve of the conventional materials directly read some mechanical performance indicators.
绪论一材料的电子结构与物理性能PPT课件
本征半导体的电导率：
eEg / 2kT 0
结论：
本征半导体的电导率受温度影响很大，随温度的升高呈指数增长。
通过测定半导体材料的电导率和温度的关系可以求出其禁带宽度Eg。
第一章 材料的电子结构与物理性能－§1.3 半导体
现代功能材料
Modern Functional Materials
重要提示
一、关于课程
1、本课程是材料科学与工程专业的专业主干课； 2、本课程的先修课程是材料科学基础、材料物理； 3、本课程理论教学52学时，实验（4次）8学时。
二、关于纪律
1、旷课3次及以上，取消考试资格； 2、缺实验1次及以上，课程成绩以0分计。
重要的关系：
电子结构——物理性能
举例：
电子结构和电子运动状态与固体材料导电性的关系。
金属材料：导带未被电子填满，原子核对导带电子的束缚弱，导带电
子容易成为自由电子，因此具有良好的导电性；
绝缘体材料：导带没有填充电子，价带与导带之间存在很宽的禁带，
价带电子很难被激发至导带而成为自由电子，因此不具有导电性；
Structural materials
材料
功能材料
Functional materials
具有较高力学性能并主要用来制 造机械产品结构件的材料
具有特殊物理、化学等性能并主 要用来制造具有特定功能的元、 器件和产品的材料
“功能”
绪论
功能材料的发展历史：
20世纪50年代，随着微电子学技术的发展
半导体功能材料
已知： C、Si、Ge、Sn的禁带宽度分别为： 5.4eV、1.1 eV、0.67 eV、0.08 eV， 玻耳兹曼常数：k=1.3805×10-23J/K。
第一章 材料的电子结构与物理性能－§1.3 半导体
eEg / 2kT 0
结论：
本征半导体的电导率受温度影响很大，随温度的升高呈指数增长。
通过测定半导体材料的电导率和温度的关系可以求出其禁带宽度Eg。
第一章 材料的电子结构与物理性能－§1.3 半导体
现代功能材料
Modern Functional Materials
重要提示
一、关于课程
1、本课程是材料科学与工程专业的专业主干课； 2、本课程的先修课程是材料科学基础、材料物理； 3、本课程理论教学52学时，实验（4次）8学时。
二、关于纪律
1、旷课3次及以上，取消考试资格； 2、缺实验1次及以上，课程成绩以0分计。
重要的关系：
电子结构——物理性能
举例：
电子结构和电子运动状态与固体材料导电性的关系。
金属材料：导带未被电子填满，原子核对导带电子的束缚弱，导带电
子容易成为自由电子，因此具有良好的导电性；
绝缘体材料：导带没有填充电子，价带与导带之间存在很宽的禁带，
价带电子很难被激发至导带而成为自由电子，因此不具有导电性；
Structural materials
材料
功能材料
Functional materials
具有较高力学性能并主要用来制 造机械产品结构件的材料
具有特殊物理、化学等性能并主 要用来制造具有特定功能的元、 器件和产品的材料
“功能”
绪论
功能材料的发展历史：
20世纪50年代，随着微电子学技术的发展
半导体功能材料
已知： C、Si、Ge、Sn的禁带宽度分别为： 5.4eV、1.1 eV、0.67 eV、0.08 eV， 玻耳兹曼常数：k=1.3805×10-23J/K。
第一章 材料的电子结构与物理性能－§1.3 半导体
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性低。但与化合物相比，其硬度要低得多，而塑性
和韧性则要高得多。
（二） 金属化合物
合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同 硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。
的固相称金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、
1. 正常价化合物—符合正常原子价规律。如Mg2Si 2. 电子化合物—符合电子浓度规律。如Cu3Sn。 电子浓度为价电子数与原子数的比值。 3. 间隙化合物—由过渡族元素与C、N、B、H等小原 子半径的非金属元素组成。
⑵ 晶向指数
表示晶向的符号称晶向指数。其确定步骤为：
① 原点，建立坐
标系，过原点作 所求晶向的平行 线。
② 求直线上任一 点的坐标值并按 比例化为最小整 数，加方括弧。 形式为[uvw]。
⑶ 晶面族与晶向族
(hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶向和晶面。 指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面 称作晶向族或晶面族。分别用{hkl}和<uvw>表示。
单相 合金
显微组织:实质上是指在显
微镜下观察到的金属中各相 或各晶粒的形态、数量、大
小和分布的组合。
固态合金中的相分为固溶体
和金属化合物两类。
两相 合金
（一） 固溶体
合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固 相称固溶体。习惯以、、表示
1. 固溶体的分类
按溶质原子所处位置分为置换
Cu-Ni置换固溶体
(2). 具有复杂结构的间隙
化合物
当r非/r金>0.59时形成复杂结 构间隙化合物。 如FeB、Fe3C、Cr23C6等。 Fe3C称渗碳体，是钢中重要 组成相，具有复杂斜方晶格。 化合物也可溶入其它元素原 子，形成以化合物为基的固
Fe3C的晶格
溶体。
高温合金中的Cr23C6
1.2 金属材料的性能 Performance of Metal Material
(1). 间隙相：r非/r金0.59 时形 成的具有简单晶格结 构的间隙化合物。如 M4X (Fe4N)、 M2X (Fe2N、 W2C)、 MX (TiC、VC、TiN)等。 间隙相具有金属特征和极高 的硬度及熔点，非常稳定。 部分碳化物和所有氮化物属
VC 的 结 构
于间隙相。
四.塑性(plasticity):是指材料在载荷作用下 产生塑性变形而不被破坏的能力。 (1)断面收缩率(percentage reduction in area): 是指试样拉断处横截面积S k 的收缩量与原始横截面积S0之比。
S0 - S k ψ= S0 × 100%
(2)伸长率(延伸率) specific elongation: 是指试样拉断后的标距伸长量L k与 原始标距L 0之比。
<111>
[111] [111] Z [111] [111]
Y X
说明：
① 在立方晶系中，指数 相同的晶面与晶向相 互垂直。 ② 遇到负指数，“-”号 放在该指数的上方。 ③ 晶向具有方向性， -如[110]与[110]方 向相反。
[110]
Z
[110] (221) [221]
Y X
⑷ 三种常见晶格的密排面和密排方向
（101） Y （110）
X
立方晶系常见的晶向为：
100 : [100]、 [010]、 [001] 110 : [110]、 [101]、 [011]、 [1 10]、 [1 01]、 [0 1 1] 111 : [111]、 [1 11]、 [1 1 1]、 [111]
固溶体和间隙固溶体。
Fe-C间隙固溶体
a） 置换固溶体 溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。 溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布的 称有序固溶体。
黄铜置换固溶体组织
b） 间隙固溶体
溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。
形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金 属元素，如C、N、B 等，而溶剂元素一般
退火态 (105-108/cm2)
加工硬化态
的强度。
(1011-1012/cm2)
3. 面缺陷—晶界与亚晶界
晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为5~10个原 子间距，位向差一般为20~40°。
亚晶粒是组成晶粒的尺寸很 小，位向差也很小(10’ ~2 ) 的小晶块。 亚晶粒之间的交界面称亚晶 界。亚晶界也可看作位错壁。
三种常见晶格的密 排面和密排方向
底面对角线 六方底面
密 排 六 方 晶 格
面 心 立 晶 格
体 心 立 方 晶 格
体心立方(110)面
面心立方(111)面
密排六方底面
（四）、金属的实际结构与晶体缺陷
⑴ 单晶体与多晶体 单晶体：其内部晶格方位完 全一致的晶体。
多晶体：
晶粒：实际使用的金属材料
3 密排六方结构 (h.c.p)
密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
1 原子半径 ：r a 2 原子个数：6
配位数： 12
致密度：0.74
常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
三、立方晶系晶面、晶向表示方法
晶体中各方位上的原子面 称晶面。
各方向上的原子列称晶向。
单位面积晶面上 的原子数称晶面 原子密度。
密排 面 体心立方 {110} 晶格 数 密排方 数 量 向 量 6 <111> 4
单位长度晶向上 的原子数称晶向 原子密度。
面心立方 {111} 晶格 密排六方 六方 晶格 底面
4
1
<110>
底面对 角线
6
3
原子密度最大的
晶面或晶向称密 排面或密排方向。
是过渡族元素。
形成间隙固溶体的一
般规律为r质/r剂<0.59。
间隙固溶体都是无序
固溶体。
2. 固溶体的性能 随溶质含量增加, 固溶体 的强度、硬度增加, 塑性、 韧性下降—固溶强化。 产生固溶强化的原因是
溶质原子使晶格发生畸
变及对位错的钉扎作用。
与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧
三.拉伸试验
拉伸试样
拉伸试验机
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
四.拉伸图
拉伸图分析
b e s
1.弹性( elasticity ):金属材料受外力作 用时产生变形,当外力去掉后能恢复 到原来形状及尺寸的性能。
2.弹性变形( elastic deformation ): 随载荷撤除而消失的变形。 3.弹性极限( elastic limit ): Fe 弹性极限载荷( N ) σe = ( M pa ) 2 S0 试样原始横截面积( mm )
三斜
3 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。 4 晶胞原子数：一个晶胞内 所包含的原子数目。
5 配位数及致密度：配位数
是指晶格中与任一原子距
离最近且相等的原子数目。
致密度：晶胞中原子本身
所占的体积百分数。
二、常见金属的晶格类型
1. 体心立方晶格
体心立方晶格的参数
体心立方晶格
立方晶系常见的晶面为：
{100} : (100)、 (010)、 (001) {110} : (110)、 (101)、 (011)、 (1 10)、 (1 01)、 (0 1 1) {111} : (111)、 (1 11)、 (1 1 1)、 (111)
{110}
Z （110） （011） （101）
晶体结构、晶格与晶胞
晶格常数：晶胞各
边的尺寸 a、b、c。 各棱间的夹角用、
立方
六方
、表示。
四方
2 晶系：
菱方
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
正交
单斜
六方晶系：a1=a2=a3 c，==90，=120
4.强度(strength): 材料在载荷作用下抵抗 变形和破坏的能力。 (1)种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强 度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。 (2)屈服强度( yield strength): 屈服点 S
Fs
σs =
S0
试样屈服时的载荷( N ) ( M pa ) 试样原始横截面积( mm )
位错
刃位错的运动
螺位错的运动
混合位错 的运动
位错密度：单位体积内所包 含的位错线总长度。
= S/V(cm/cm3或1/cm2)
金属的位错密度为104~1012/cm2
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
金属晶须
化金属的主要途径。
增加位错密度可以提高金属
纯铁组织
是由许多彼此方位不同、外
形不规则的小晶体组成，这
些小晶体称为晶粒。
晶 粒 示 意 图
晶界：晶粒之间的交界面。
晶粒越细小，晶界面积越大。
多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。
光学金相显示的纯铁晶界
多晶体示意图
1. 点缺陷 空间三维尺寸都
很小的缺陷。
空位 间隙原子 置换原子
和韧性则要高得多。
（二） 金属化合物
合金中其晶体结构与组成元素的晶体结构均不相同 硬度和脆性，并可用分子式表示其组成。
的固相称金属化合物。金属化合物具有较高的熔点、
1. 正常价化合物—符合正常原子价规律。如Mg2Si 2. 电子化合物—符合电子浓度规律。如Cu3Sn。 电子浓度为价电子数与原子数的比值。 3. 间隙化合物—由过渡族元素与C、N、B、H等小原 子半径的非金属元素组成。
⑵ 晶向指数
表示晶向的符号称晶向指数。其确定步骤为：
① 原点，建立坐
标系，过原点作 所求晶向的平行 线。
② 求直线上任一 点的坐标值并按 比例化为最小整 数，加方括弧。 形式为[uvw]。
⑶ 晶面族与晶向族
(hkl)与[uvw]分别表示的是一组平行的晶向和晶面。 指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面 称作晶向族或晶面族。分别用{hkl}和<uvw>表示。
单相 合金
显微组织:实质上是指在显
微镜下观察到的金属中各相 或各晶粒的形态、数量、大
小和分布的组合。
固态合金中的相分为固溶体
和金属化合物两类。
两相 合金
（一） 固溶体
合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固 相称固溶体。习惯以、、表示
1. 固溶体的分类
按溶质原子所处位置分为置换
Cu-Ni置换固溶体
(2). 具有复杂结构的间隙
化合物
当r非/r金>0.59时形成复杂结 构间隙化合物。 如FeB、Fe3C、Cr23C6等。 Fe3C称渗碳体，是钢中重要 组成相，具有复杂斜方晶格。 化合物也可溶入其它元素原 子，形成以化合物为基的固
Fe3C的晶格
溶体。
高温合金中的Cr23C6
1.2 金属材料的性能 Performance of Metal Material
(1). 间隙相：r非/r金0.59 时形 成的具有简单晶格结 构的间隙化合物。如 M4X (Fe4N)、 M2X (Fe2N、 W2C)、 MX (TiC、VC、TiN)等。 间隙相具有金属特征和极高 的硬度及熔点，非常稳定。 部分碳化物和所有氮化物属
VC 的 结 构
于间隙相。
四.塑性(plasticity):是指材料在载荷作用下 产生塑性变形而不被破坏的能力。 (1)断面收缩率(percentage reduction in area): 是指试样拉断处横截面积S k 的收缩量与原始横截面积S0之比。
S0 - S k ψ= S0 × 100%
(2)伸长率(延伸率) specific elongation: 是指试样拉断后的标距伸长量L k与 原始标距L 0之比。
<111>
[111] [111] Z [111] [111]
Y X
说明：
① 在立方晶系中，指数 相同的晶面与晶向相 互垂直。 ② 遇到负指数，“-”号 放在该指数的上方。 ③ 晶向具有方向性， -如[110]与[110]方 向相反。
[110]
Z
[110] (221) [221]
Y X
⑷ 三种常见晶格的密排面和密排方向
（101） Y （110）
X
立方晶系常见的晶向为：
100 : [100]、 [010]、 [001] 110 : [110]、 [101]、 [011]、 [1 10]、 [1 01]、 [0 1 1] 111 : [111]、 [1 11]、 [1 1 1]、 [111]
固溶体和间隙固溶体。
Fe-C间隙固溶体
a） 置换固溶体 溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体。 溶质原子呈无序分布的称无序固溶体，呈有序分布的 称有序固溶体。
黄铜置换固溶体组织
b） 间隙固溶体
溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体。
形成间隙固溶体的溶质元素是原子半径较小的非金 属元素，如C、N、B 等，而溶剂元素一般
退火态 (105-108/cm2)
加工硬化态
的强度。
(1011-1012/cm2)
3. 面缺陷—晶界与亚晶界
晶界是不同位向晶粒的过度部位，宽度为5~10个原 子间距，位向差一般为20~40°。
亚晶粒是组成晶粒的尺寸很 小，位向差也很小(10’ ~2 ) 的小晶块。 亚晶粒之间的交界面称亚晶 界。亚晶界也可看作位错壁。
三种常见晶格的密 排面和密排方向
底面对角线 六方底面
密 排 六 方 晶 格
面 心 立 晶 格
体 心 立 方 晶 格
体心立方(110)面
面心立方(111)面
密排六方底面
（四）、金属的实际结构与晶体缺陷
⑴ 单晶体与多晶体 单晶体：其内部晶格方位完 全一致的晶体。
多晶体：
晶粒：实际使用的金属材料
3 密排六方结构 (h.c.p)
密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
1 原子半径 ：r a 2 原子个数：6
配位数： 12
致密度：0.74
常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
三、立方晶系晶面、晶向表示方法
晶体中各方位上的原子面 称晶面。
各方向上的原子列称晶向。
单位面积晶面上 的原子数称晶面 原子密度。
密排 面 体心立方 {110} 晶格 数 密排方 数 量 向 量 6 <111> 4
单位长度晶向上 的原子数称晶向 原子密度。
面心立方 {111} 晶格 密排六方 六方 晶格 底面
4
1
<110>
底面对 角线
6
3
原子密度最大的
晶面或晶向称密 排面或密排方向。
是过渡族元素。
形成间隙固溶体的一
般规律为r质/r剂<0.59。
间隙固溶体都是无序
固溶体。
2. 固溶体的性能 随溶质含量增加, 固溶体 的强度、硬度增加, 塑性、 韧性下降—固溶强化。 产生固溶强化的原因是
溶质原子使晶格发生畸
变及对位错的钉扎作用。
与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧
三.拉伸试验
拉伸试样
拉伸试验机
拉 伸 试 样 的 颈 缩 现 象
四.拉伸图
拉伸图分析
b e s
1.弹性( elasticity ):金属材料受外力作 用时产生变形,当外力去掉后能恢复 到原来形状及尺寸的性能。
2.弹性变形( elastic deformation ): 随载荷撤除而消失的变形。 3.弹性极限( elastic limit ): Fe 弹性极限载荷( N ) σe = ( M pa ) 2 S0 试样原始横截面积( mm )
三斜
3 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。 4 晶胞原子数：一个晶胞内 所包含的原子数目。
5 配位数及致密度：配位数
是指晶格中与任一原子距
离最近且相等的原子数目。
致密度：晶胞中原子本身
所占的体积百分数。
二、常见金属的晶格类型
1. 体心立方晶格
体心立方晶格的参数
体心立方晶格
立方晶系常见的晶面为：
{100} : (100)、 (010)、 (001) {110} : (110)、 (101)、 (011)、 (1 10)、 (1 01)、 (0 1 1) {111} : (111)、 (1 11)、 (1 1 1)、 (111)
{110}
Z （110） （011） （101）
晶体结构、晶格与晶胞
晶格常数：晶胞各
边的尺寸 a、b、c。 各棱间的夹角用、
立方
六方
、表示。
四方
2 晶系：
菱方
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
正交
单斜
六方晶系：a1=a2=a3 c，==90，=120
4.强度(strength): 材料在载荷作用下抵抗 变形和破坏的能力。 (1)种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强 度 、 抗剪强度 、 抗扭强度等。 (2)屈服强度( yield strength): 屈服点 S
Fs
σs =
S0
试样屈服时的载荷( N ) ( M pa ) 试样原始横截面积( mm )
位错
刃位错的运动
螺位错的运动
混合位错 的运动
位错密度：单位体积内所包 含的位错线总长度。
= S/V(cm/cm3或1/cm2)
金属的位错密度为104~1012/cm2
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
金属晶须
化金属的主要途径。
增加位错密度可以提高金属
纯铁组织
是由许多彼此方位不同、外
形不规则的小晶体组成，这
些小晶体称为晶粒。
晶 粒 示 意 图
晶界：晶粒之间的交界面。
晶粒越细小，晶界面积越大。
多晶体：由多晶粒组成的晶体结构。
光学金相显示的纯铁晶界
多晶体示意图
1. 点缺陷 空间三维尺寸都
很小的缺陷。
空位 间隙原子 置换原子