材料的结构与性能特点
材料的结构与性能的关系

材料的结构与性能的关系材料是现代工程领域中极为重要的研究方向之一。
不同材料的结构决定了其性能,而理解材料的结构与性能之间的关系,对于设计和开发新材料具有重要的指导意义。
本文将探讨材料的结构与性能之间的关系,并深入分析几种常见材料的结构和性能特点,旨在帮助读者更好地理解材料学的基础知识。
一、结晶材料的结构与性能结晶材料是指具有长程有序的排列结构的材料。
其分子或原子以一定的方式排列,形成晶体的结构。
结晶材料的性能受其结构的影响较大。
首先,晶体的晶格结构决定了材料的硬度和脆性。
例如,金刚石的碳原子以立方晶格排列,使其具有极高的硬度;而玻璃材料则是无定形的结构,因此较易破碎。
其次,晶体中的缺陷和杂质也会影响材料的性能。
点缺陷(如空位和杂质原子)会导致晶体的电导率和机械性能变化。
因此,在合金制备过程中,控制杂质元素的含量和分布至关重要。
二、非晶材料的结构与性能与结晶材料不同,非晶材料没有规则的长程有序结构,而是具有无定形的结构。
非晶材料的结构与性能之间也存在着密切的关系。
首先,非晶材料通常具有较高的强度和弹性模量。
这是因为非晶材料的无定形结构使得其分子或原子在受力时可以更均匀地分布,从而增加了其强度和硬度。
此外,非晶材料还具有较低的热导率和电导率。
非晶材料中缺乏长程有序的结构,导致热和电子在材料中传输困难。
三、复合材料的结构与性能复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过某种方法结合而成的材料。
复合材料的结构多样化,因此其性能方面也有所不同。
结构设计的合理与否对复合材料的性能有着决定性的影响。
例如,纤维增强复合材料的强度主要由纤维的类型、分布和取向决定。
而基体材料的性能也会影响复合材料的整体性能。
因此,在复合材料的研制中,合理选择不同材料的比例、制备方法和结构布置是关键。
综上所述,材料的结构与性能之间存在着紧密的关系。
不同类型的材料具有不同的结构特点,这些结构特点决定了材料的力学性能、电学性能、热学性能等方面。
热塑性材料的高分子结构与性能

热塑性材料的高分子结构与性能热塑性材料是一种高分子材料,它可以通过热塑性加工方式,如注塑、挤出、吹塑等,制造成复杂的形状和结构。
热塑性材料通常具有优异的物理性能、化学稳定性和耐高温性能等特点,因此在工业和家庭等领域得到了广泛应用。
本文旨在介绍热塑性材料的高分子结构与性能,为此我们将从分子链、晶体结构、玻璃化转变、热稳定性、机械性能等方面进行讲解。
分子链结构与晶体结构热塑性材料通常由大量重复单元组成,这些单元可通过化学键结合成为高分子分子链。
其中,聚合度是衡量分子链长度的指标,聚合度越高,分子链越长。
分子链的长度和结构对材料性能有着重要影响。
例如,分子链越长,材料的针孔性越差,而其耐热性和力学性能却相应增强。
除了分子链结构,热塑性材料的晶体结构也很重要。
晶体结构的稳定性和形态决定着材料的物理性能,如强度、刚度、韧性等。
此外,晶体结构的天然取向性也可能影响材料的模塑性。
玻璃化转变热塑性材料在加热到一定温度后,分子链会出现流动和变形,形成塑性体。
但是在升温和冷却过程中,热塑性材料也会出现玻璃化转变。
这是因为随着温度的降低,分子链的流动减慢,材料的机械性能恢复,形成固态玻璃。
玻璃化转变温度是热塑性材料的一个重要性能指标。
通常情况下,玻璃化转变温度较高的热塑性材料具有优异的机械强度和耐热性。
热稳定性在高温环境下,热塑性材料容易发生分子链断裂、氧化、降解等不可逆反应,导致机械性能和物理性能明显下降。
因此,热塑性材料的热稳定性也是一个关键性能指标。
热稳定性取决于分子链的结构和分子中的官能团结合方式,例如,烷基、芳香族和杂环等官能团对热稳定性的影响不同,不同的结构也可能导致热稳定性的差别。
机械性能热塑性材料的机械性能是决定其使用寿命和应用范围的另一个重要指标。
其中最重要的性能是拉伸强度和断裂伸长率,这两个参数衡量材料在拉伸过程中的拉伸能力和变形能力。
它们一般与分子链的长度和交联状况有关,分子链越长,交联越多,机械强度越高。
第一章2金属材料的性能特点

四、切削加工性能 用切削后的表面粗糙度 和刀具寿命来表示。
切削加工
金属材料具有适当的硬度(170 HBS~230 HBS) 和足够的脆性时切削性良好。 改变钢的化学成分(加少量铅、磷)和进行适当 的热处理(低碳钢正火,高碳钢球化退火)可提高钢 的切削加工性能。 铜有良好的切削加工性能。
五、热处理工艺性能 钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性, 即钢接受淬火的能力。 含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透 性比较好, 碳钢的淬透性较差。
断后伸长率
A
A
11.3
δ5 δ10
ψ
%
%
断面收缩率
Z
三、硬度 硬度:材料抵抗另一硬物体压入其内的能力。 即材料受压时抵抗局部塑性变形的能力。 1、布氏硬度 一定直径的硬质合金球(或钢球)在一定载 荷作用下压入试样表面。测量压痕直径, 计算硬 度值。 用钢球压头时硬度 用HBS表示 用硬质合金球时硬 度用HBW表示
布氏硬度计
布氏硬度计的使用
2、洛氏硬度 采用金刚石压头(或硬质合金球压头), 加预载荷F0 ,压入深度h0 。再加主载荷F1 。 卸去主载荷F1,测量其残余压入深度h。 用h与h0之差△h来计算洛氏硬度值。 硬度直接从硬度计表盘上读得。 根据压头的种类和 总载荷的大小洛氏硬度常 用表示方式有: HRA、HRB、HRC
金属材料的强度与其化学成分和工艺有 密切关系。 纯金属的抗拉强度较低; 合金的抗拉强度较高。 纯铜抗拉强度: 60MPa 铜合金抗拉强度:600MPa~700MPa 纯铝抗拉强度: 40MPa 铝合金抗拉强度:400MPa~600MPa
退火状态的三种铁碳合金: 碳质量分数0.2%,抗拉强度为350MPa 碳质量分数0.4%,抗拉强度为500MPa 碳质量分数0.6%,抗拉强度为700MPa
材料的结构与性能特点

材料的结构与性能特点第一章材料的结构与性能固体材料的性能主要取决于其化学成分、组织结构及加工工艺过程。
所谓结构就是指物质内部原子在空间的分布及排列规律。
材料的相互作用组成物质的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力称为结合键。
主要有共价键、离子键、金属键、分子键。
离子键形成:正、负离子靠静电引力结合在一起而形成的结合键称为离子键。
特性:离子键没有方向性,无饱和性。
NaCl晶体结构如图所示。
性能特点:离子晶体的硬度高、热膨胀系数小,但脆性大,具有很好的绝缘性。
典型的离子晶体是无色透明的。
共价键形成:元素周期表中的ⅣA、ⅤA、ⅥA族大多数元素或电负性不大的原子相互结合时,原子间不产生电子的转移,以共价电子形成稳定的电子满壳层的方式实现结合。
这种由共用电子对产生的结合键称为共价键。
氧化硅中硅氧原子间共价键,其结构如图所示。
性能特点:共价键结合力很大,所以共价晶体的强度、硬度高、脆性大,熔点、沸点高,挥发度低。
金属键形成:由金属正离子与电子气之间相互作用而结合的方式称为金属键。
如图所示。
性能特点:1)良好的导电性及导热性;2)正的电阻温度系数;3)良好的强度及塑性;4)特有的金属光泽。
分子键形成:一个分子的正电荷部位与另一分子的负电荷部位间以微弱静电引力相引而结合在一起称为范德华键(或分子键)。
特性:分子晶体因其结合键能很低,所以其熔点很低,硬度也低。
但其绝缘性良好。
材料的结合键类型不同,则其性能不同。
常见结合键的特性见表1-1。
晶体材料的原子排列所谓晶体是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
晶体的主要特点是:①结构有序;②物理性质表现为各向异性;③有固定的熔点;④在一定条件下有规则的几何外形。
理想的晶体结构1.晶体的基本概念(1) 晶格与晶胞晶格是指描述晶体排列规律的空间格架。
从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元,称为晶胞。
晶胞各棱边的尺寸称为晶格常数。
(2) 晶系按原子排列形式及晶格常数不同可将晶体分为七种晶系(3) 原子半径原子半径是指晶胞中原子密度最大方向相邻两原子之间距离的一半。
高分子材料的结构及其性能

高分子材料的结构及其性能1. 引言高分子材料是由大量重复单元构成的大分子化合物,具有重要的工程应用价值。
其结构和性能之间的关系对于材料科学和工程领域的研究至关重要。
本文将介绍高分子材料的结构特点,并探讨其与性能之间的关系。
2. 高分子材料的结构高分子材料的结构可以分为线性结构、支化结构、交联结构以及共聚物结构等。
不同结构的高分子材料具有不同的特点和应用领域。
线性结构是最简单的高分子材料结构,由一条长链构成,链上的重复单元按照一定的顺序排列。
线性结构的高分子材料具有较高的可拉伸性和延展性。
2.2 支化结构支化结构在线性结构的基础上引入了支链,可以增加高分子材料的分子间距离,提高其熔融性和热稳定性。
支化结构的高分子材料常用于塑料制品的生产。
2.3 交联结构交联结构是指高分子材料中分子之间通过共价键形成网络结构。
交联结构的高分子材料具有较高的强度和硬度,常用于橡胶制品的生产。
共聚物是指由两种或两种以上不同单体按照一定比例聚合而成的高分子化合物。
共聚物结构的高分子材料具有多种物化性质的综合优点,广泛应用于各个领域。
3. 高分子材料的性能高分子材料的性能与其分子结构密切相关,主要包括力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等。
3.1 力学性能高分子材料的力学性能包括强度、韧性、硬度等指标。
线性结构的高分子材料通常具有较高的延展性和可拉伸性,而交联结构的高分子材料则具有较高的强度和硬度。
3.2 热学性能高分子材料的热学性能包括熔点、热膨胀系数、导热系数等指标。
分子结构的不同会对高分子材料的热学性能产生显著影响,如支化结构的高分子材料通常具有较低的熔点和较高的热膨胀系数。
3.3 电学性能高分子材料的电学性能主要包括导电性和介电性能。
共聚物结构的高分子材料常具有较高的导电性,而线性结构的高分子材料则通常具有较好的介电性能。
3.4 光学性能高分子材料的光学性能指材料对光的吸收、透过性和反射性等特性。
不同结构的高分子材料在光学性能上也会有所差异,如支化结构的高分子材料通常具有较高的透光性。
超导材料的结构与性能

超导材料的结构与性能超导材料是指在特定的温度和压力下,电阻为零的一类物质。
它们具有许多独特的结构和性能特点,使其在许多领域有着广泛的应用。
本文将重点探讨超导材料的结构和性能。
超导材料的结构主要分为晶体结构和电子结构两个方面。
晶体结构是指超导材料中原子或离子的有序排列方式。
在超导材料中,常见的晶体结构有简单立方、体心立方、面心立方等。
例如,铜氧化物超导体常具有层状结构,其中金属氧化物层与化学稳定层交替排布。
这种层状结构使超导性质得到改善。
此外,一些超导材料中还存在非常微小的晶格畸变,这种畸变有助于电子之间的相互作用,从而提高了超导临界温度。
电子结构是指超导材料中电子能级的分布和占据情况。
超导材料的电子结构直接关系到材料的超导性质。
在正常金属中,电子能级是连续分布的,而在超导材料中,由于相互作用的影响,电子能级会出现间隔,形成所谓的能隙。
能隙是超导性的重要特征,它使得低能电子形成所谓的库珀对,并且能够与晶格振动产生相互作用,从而导致电子的无阻尼传导。
除了这些基本性能指标外,超导材料还具有其他许多特殊性能。
例如,超导材料具有零电阻和无能量损耗特点,可用于高能物理实验和强磁场设备。
此外,由于超导材料能够将磁场线束缚于其内部,因此它们也可以应用于磁悬浮列车、磁共振成像等领域。
超导材料还具有很高的机械强度和热稳定性,可以抵抗强热和机械应力。
综上所述,超导材料的结构和性能决定了它们在超导技术和应用中的地位。
随着对超导材料研究的深入,我们相信超导材料将在更多领域发挥其独特的优势。
高分子材料的结构与性能

高分子材料的结构与性能高分子材料是指由聚合物制成的材料,聚合物是由单体分子在化学反应中结合形成的长链分子。
高分子材料具有良好的物理、化学、力学和电子性能,广泛用于制造塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂等材料。
在高科技领域中,高分子表现出了许多非凡的性能特征,比如强度高、稳定性强、抗氧化、耐腐蚀。
本文将探讨高分子材料的结构与性能。
一、高分子材料的结构1.1 分子结构高分子材料是由巨分子组成的,而巨分子则是由很多分子链状连接而成的。
它们具有极高的分子质量,分子量一般在10万到100亿之间。
分子结构的简单性质(如平面或立体)对其物理性质有很大影响。
例如,苯并芘(BP)是一种由苯(B)和芘(P)连接而成的分子,它们的分子结构决定了BP材料的密度、强度和稳定性。
由于BP的共轭结构和分子链的高度结晶性,它是一种非常优秀的聚合物材料。
然而,这种材料易于光氧化和生物降解,导致其应用范围受到限制。
1.2 分子排列高分子材料分子的排列方式也决定了其性能。
高分子材料有不同的排列方式,主要包括层状排列,链状排列,聚集态等。
层状排列的材料(例如石墨烯)具有优良的导电和导热性能,链状排列的材料(例如聚丙烯)具有良好的韧性和可塑性而且内部结构没有多余的杂质和空隙,因此有很好的电气性能和高温稳定性。
1.3 聚合度聚合度是指分子链中单体单位的数目,它对高分子物质的物理和化学性质有重要影响。
聚合度较小的分子链通常很容易断裂,但与此同时,它们也更容易流动。
聚合度较大的分子链则更难流动,更难断裂,但表现了较高的强度和稳定性。
若聚合度过高,会导致过浓的材料或粘稠的物质成为一种过筛子现象,因此在工业应用中需要合理控制聚合度。
二、高分子材料的性能2.1 强度和韧性高分子材料的强度和韧性是决定其性能的重要因素。
高分子材料的强度通常表示为杨氏模量和硬度,直接影响到其耐腐蚀性、热稳定性和维持形状的能力。
韧性则是一个材料在受到冲击负载时不易断裂的能力,母材料的应力值和形状极限是材料韧性的主要影响因素。
材料的结构与性能

材料的结构与性能材料的结构对其性能有着重要的影响。
不同材料的结构差异导致了它们具有不同的性能。
例如,金属材料的结构通常为紧密排列的晶体结构,这使得金属具有良好的导电、导热、延展性和强度等性能。
而有机材料的结构则比较复杂,其中含有大量的碳、氢和氧等元素,使得有机材料具有较好的柔韧性、绝缘性和可塑性等性能。
材料的结构可以通过多种方法进行研究和表征。
例如,X射线衍射和电子显微镜等方法可以用来研究材料的晶体结构和晶粒尺寸,红外光谱和拉曼光谱等方法可以用来研究材料的分子结构和原子键的振动情况。
通过对材料结构的研究,可以了解材料内部的微观组织和性质分布,为材料的设计和改进提供有力的科学依据。
材料的性能是材料科学研究的核心问题之一、材料的性能可以分为力学性能、物理性能、化学性能等多个方面。
例如,力学性能包括强度、延展性、硬度等指标,物理性能包括导电性、导热性、磁性等指标,化学性能包括抗腐蚀性、耐高温性、催化活性等指标。
不同材料的性能表现也具有显著的差异,这是由于材料的结构和组成所决定的。
材料的性能可以通过多种途径进行改进和调控。
例如,通过材料的合金化可以提高材料的强度和硬度,通过控制材料的微观组织可以改善材料的塑性和韧性,通过添加杂质元素可以调节材料的导电性和磁性等。
通过合理的制备工艺和改良材料结构,还可以实现对材料性能的精确控制和调整。
材料的结构与性能之间存在着密切的相互关系。
材料的结构决定了材料的性能,而材料的性能又反过来影响和塑造着材料的结构。
例如,应力和温度等外界条件的变化可以引起材料内部原子、离子或分子的位置和排列的变化,从而导致材料性能的改变。
相反地,改变材料的结构也可以对其性能产生明显的影响。
因此,材料的结构与性能之间是一种相互作用的关系。
总之,材料的结构与性能是材料科学研究的核心问题之一、了解材料的结构可以帮助我们理解材料性能的形成机制,而通过对材料的性能进行优化和调控,可以实现材料功能的提升和性能的改进。
材料性能与结构分析

材料性能与结构分析材料是实现各个行业领域工程的基础,而材料的性能和结构对于工程性能和可靠性起着至关重要的作用。
本文将围绕材料的性能和结构进行综合分析,探讨其对于工程应用的重要性,以及现代科技领域对材料性能和结构的不断追求与创新。
一、材料性能分析材料的性能是指材料在特定工程条件下所表现出的力学、物理、热学、电学等方面的特性。
在工程实践中,材料的性能往往是评价一个材料优劣的重要指标。
下面将从力学性能、物理性能和热学性能三个方面进行分析。
1. 力学性能分析力学性能是材料最基本的性能之一,包括强度、韧性、硬度等指标。
强度是材料抵抗外部力量破坏的能力,直接关系到工程的安全可靠性。
韧性则是材料抵抗断裂的能力,对于承受冲击或振动负荷的结构尤为重要。
硬度则表征了材料抵抗切削和磨损的能力,对于耐磨性要求较高的工程应用十分关键。
2. 物理性能分析物理性能主要包括密度、导热性、导电性等方面的指标。
密度是材料单位体积质量的大小,影响到工程结构的轻重和造价。
导热性则是材料传导热量的特性,对于热工程项目具有重要作用。
导电性则是材料导电的能力,关系到电气工程等领域的应用。
3. 热学性能分析热学性能主要包括热膨胀系数、热导率和比热容等指标。
热膨胀系数表征了材料随着温度变化时的尺寸变化情况,是热学设计中必须考虑的因素。
热导率则是材料传导热量的能力,对于热传导的工程项目非常重要。
比热容则是材料单位质量在温度变化时吸收或释放的热量,关系到热学过程中的能量变化。
二、材料结构分析材料的结构是指材料内部的分子、原子排列和组成,直接决定材料的性能表现。
不同的材料结构对应着不同的性能,下面将从金属材料和非金属材料两个方面进行分析。
1. 金属材料结构分析金属材料的结构通常是由金属原子通过离子键、金属键等形成晶体结构。
晶体结构的特点是具有一定的有序性和周期性,如立方晶体、六方晶体等。
不同的晶体结构决定了金属材料的晶格常数、晶胞数目等,直接影响金属材料的力学性能和导电性能。
材料的结构与性能

1 密度
材料的质量与体积之比, 影响其重量和浮力。
2 强度
材料的抗拉、抗压或抗弯 能力,决定其结构的稳定 性和可靠性。
3 硬度
材料的抗刮伤或压痕能力, 反映了其抗磨损性和耐久 性。
4 耐磨性
材料在受摩擦或磨削时的耐损伤能力,关系 到使用寿命和维护成本。
5 弹性
材料在受力后能恢复原状的能力,影响其应 变和变形性。
材料的结构决定其性能,在本节中将探讨不同结构对性能的影响。
材料选择的考量因素
功能要求
材料是否满足特定功能的要求,如强度、导电性 或隔热性。
可持续性
材料的环境影响和可再利用性,以及社会责任的 考虑。
经济性
材料的成本和可获得性,以及与其他选择相比的 性价比。
制造和加工
材料的可加工性和制造难度,影响生产效率和成 品质量。
材料的化学性能
1 腐蚀性
材料在接触某些化学物质时的化学反应能力 和稳定性。
2 可溶性
材料在特定溶剂中的溶解度和溶解速率,影 响其在溶液中的应用。
3 反应性
材料对其他物质的反应能力,可能产生新的 物质或改变其性能。
4 燃烧性
材料在受热或接触火焰时的燃烧特性,与安 全性和环境影响有关。
结构与性能之间的关系
材料的结构与性能
本节将介绍材料的基本结构和物理、化学性能,以及它们之间的关系。还将 讨论材料选择的考量因素。
结构与性能概述
材料的结构和性能是相互关联的,我们将在本节中了解材料的结构如何影响 其性能。
材料的基本结构
• 晶体结构 • 非晶态结构 • 晶界和微观缺陷 • 晶体与非晶态的差异
材料的物理性能
聚乙烯的结构与性能特点

聚乙烯的结构与性能特点
聚乙烯是一种重要的聚合物材料,在工业和日常生活中广泛应用。
它由乙烯单体聚合而成,具有许多优良的性能特点,使其成为许多领域的首选材料之一。
首先,聚乙烯的结构相对简单,由碳和氢元素组成,其化学式为(CH2)n。
这种简单的构造使聚乙烯具有良好的稳定性和加工性,易于加工成各种形状的制品,可以通过注塑、挤出、吹塑等方式制备成薄膜、容器、管材等产品。
其次,聚乙烯具有良好的物理性能。
它具有较高的拉伸强度和韧性,能够承受一定的外力而不易破裂,因此被广泛用于制备塑料袋、塑料瓶等包装材料。
同时,聚乙烯是一种无味无色的材料,对食品以及药品包装的安全性也有保障。
此外,聚乙烯还具有良好的耐化学性。
它对许多化学物质都具有较好的耐受性,不易与其他物质发生化学反应,因此在各种腐蚀性环境中有着广泛的应用,如化工管道、储液罐等设备。
在热性能方面,聚乙烯是一种热塑性塑料,其熔融温度较低,易于加工成型。
同时,聚乙烯的导热性较差,使其成为一种优良的绝缘材料,在电气领域有重要应用。
总的来说,聚乙烯作为一种常见的塑料材料,具有结构简单、物理性能优良、耐化学性强、热性能稳定等特点。
在日常生活和工业生产中,我们会发现聚乙烯的身影无处不在。
随着材料科学的不断发展,聚乙烯的性能特点也在不断完善和应用扩展,将为人类创造更多便利和可能性。
1。
工程材料习题与辅导第五版答案

(9) 一块纯铁在 912℃发生 Fe → Fe 转变时,体积将( 收缩
(10) 珠光体的本质是( 铁素体与渗碳体机械混合物 )。 (11) 在铁碳合金室温平衡组织中,含 Fe3CⅡ最多的合金成分点为( 2.11%C ),含 Le′最多的 合金成分点为( 4.3%C )。 (12) 用显微镜观察某亚共析钢,若估算其中的珠光体体积分数为 80%,则此钢的碳的质量 分数为( 0.62%C )。 (13) 钢在常温下的变形加工称为( 冷 )加工,而铅在常温下的变形加工称为( 热 )加工 (14) 造成加工硬化的根本原因是( 位错运动受阻,引起塑性变形抗力增加 )。 (15) 滑移的本质是( 位错的运动 )。 (16) 变形金属的最低再结晶温度与熔点的关系是( T 再=(0.35~0.4)T 熔 )。 (17) 再结晶后晶粒度的大小主要取决于( 加热温度 )和( 预先变形度 )。 (18)在过冷奥氏体等温转变产物中,珠光体和屈氏体的主要相同点是( F+Fe3C 的两相混合 物 ),不同点是 ( 屈氏体的片层间距小 ) 。 (19) 用光学显微镜观察,上贝氏体呈( 羽毛 )状,下贝氏体呈( 黑色针状 )状。 (20) 马氏体的显微组织形态主要有( 板条状 ) 、 ( 针状 )两种。其中( 板条马氏体 ) 的 韧性较好。 (21)钢的淬透性越高,则其 C 曲线的位置越( 靠右 ),说明临界冷却速度越( 小 ) (22)马氏体是一种( 铁 )磁相,在磁场中呈现磁性;而奥氏体是一种( 顺 )磁相,在磁 场中无磁性。 (23) 球化退火加温温度略高于 Ac1,以便保留较多的( 未溶碳化物粒子 )或较大的奥氏体 中的( 碳浓度分布不均匀 ) ,促 进球状碳化物的形成。 (24)球化退火的主要目的是( 降低硬度 ),它主要适用于( 过共析钢 )钢。 (25) 亚共析钢的正常淬火温度范围是( AC3 以上 30+50℃ ),过共析钢的正常淬火温度范 围是( AC1 以上 30+50℃ ) 。 (26) 淬火钢进行回火的目的是( 消除应力 ),回火温度越高,钢的强度与硬度越( 低 )。 (27) 合金元素中,碳化物形成元素有( Mo,W,V,Nb,Ti )。 (28) 促进晶粒长大的合金元素有( Mn,P,B )。 (29) 除( Co )、( Al )外,几乎所有的合金元素都使 Ms、Mf,点下降,因此淬火后相同碳质量 分数的合金钢与碳钢相比,残余奥氏体( 多 ) ,使钢的硬度(下降) 。 (30)一些含有合金元素( Mn,Cr,Ni )的合金钢,容易产生第二类回火脆性,为了消除 第二类回火脆性,可采用( 快冷 )和( 加入 Mo 元素 )。
材料的强韧化1-材料的结构与性能

C 材料晶粒度
超细,KIC越大;
D 组织中不变形的第二相或夹杂物颗粒
Kraff模型: KIC =nE(2πd)1/2 n应变硬化指数;d与第二相的平均间距:E杨氏模量
E 第二相组织
由于奥氏体相韧性优于铁素体相,在马氏体中存在少量残 余奥氏体韧性相,可以阻止裂纹发展或钝化。 相变吸能,提高韧性。
断裂韧性的应用
1、强度
• 强度:材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
1)比例极限σP: 应力与应变成比例关系的最大应力。 2)弹性极限σe:由弹性变形过渡到弹—塑性变形的应力。 3)屈服极限: ①屈服点σs:负荷不增加,甚至有所下降,试样还继
续发生明显变形的最小应力。
②屈服强度σ0.2:残余变形量为0.2%时的应力值。 4)抗拉强度(强度极限)σb:断裂前最大负荷的应力,
高碳弹簧钢:Uoe=面积OAB Uop=面积BACD UoT=面积OACD 低碳结构钢:Uoe=面积OA’B’ Uop=面积B’A’C’D’ UoT=面积OA’C’D’ 由于UoT=Uoe+Uop 当断裂时的应变εf远大于εe时,UoT≈Uop,韧性的两种 定义近似一致。 图中两种钢的弹性模量相同,但高碳弹簧钢的σp及对 应的εe较大,故弹性较大,在弹性范围内能贮存的弹性应 变能较多,有较大的回弹力。其抗拉强度σb虽大于低碳结 构钢,但εf却远小于低碳结构钢,综合σb及εf,高碳弹簧钢 的韧性低于低碳结构钢。
(2) 非金属的晶体结构
a. 陶瓷的组织结构: 陶瓷:是由金属和非金属的无机化合物所构成的多晶固体物质,
实际上是各种无机非金属材料的总称。
晶体结构:以离子键为主的离子晶体(呈晶态) 以共价键为主的共价晶体(呈非晶态) 组织:晶相:是主要组成相。
不锈钢的结构与性能特点

不锈钢的结构与性能特点不锈钢是一种具有耐腐蚀性能的合金材料,广泛应用于许多领域,如建筑、化工、制造等。
它的结构与性能特点使其具有出色的耐腐蚀性、高强度和优异的加工性能。
以下是关于不锈钢的结构与性能的详细介绍。
一、不锈钢的结构1.铁素体不锈钢:铁素体不锈钢是由铁和铬元素组成的合金,其中铬含量在12%以上。
它具有良好的耐腐蚀性和磁性能,常用于制造耐高温、耐腐蚀的设备和管道。
2.奥氏体不锈钢:奥氏体不锈钢是由铬、镍和一定量的碳组成的合金。
它具有优异的耐腐蚀性、高强度和韧性,适用于制作高要求的构件和设备,如航空航天零件、汽车零件等。
3.铁素体-奥氏体不锈钢:铁素体-奥氏体不锈钢由铁素体和奥氏体相组成。
它具有优良的耐腐蚀性和焊接性能,适用于制作复杂形状的构件和设备。
二、不锈钢的性能特点2.高强度:不锈钢具有较高的强度,是一种强度与塑性均衡的材料。
通过合金化和调整材料的组织结构,可以进一步提高不锈钢的强度,满足不同应用的要求。
3.优良的机械性能:不锈钢具有较好的韧性、塑性和延展性,适用于冷加工和热加工,如冷拔、轧制、锻造等。
同时,不锈钢具有良好的硬化能力,能够通过热处理或冷加工获得更高的强度。
4.良好的加工性能:不锈钢具有良好的可塑性和可焊性,能够方便地进行复杂形状的加工和焊接。
此外,不锈钢还具有良好的切削性能,能够满足高精度加工的要求。
5.良好的热稳定性:不锈钢具有较好的热稳定性,能够在高温环境下保持其结构和性能稳定。
这使得不锈钢广泛应用于高温工况下的设备和部件。
总结:不锈钢具有结构多样化和性能优异的特点,使其成为一种重要的材料。
它的耐腐蚀性能优越,能够在各种恶劣环境下长期使用;高强度和优良的机械性能使其具有广泛的应用领域;良好的加工性能和热稳定性使得不锈钢容易加工和维护。
因此,不锈钢在建筑、制造、化工等行业得到了广泛的应用和推广。
工程材料-高分子材料的结构与性能

聚酰亚胺层压 板
聚合物 ⑷ 按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚
合物和元素有机聚合物
2. 高分子化合物的命名
大多数采用习惯命名法,在单体 前面加“聚”字;或在原料名称 后加“树脂”二字,如酚醛树脂 等。
二、高分子材料的结构
(一)、高分子链的结构 (分子内结构)
1. 高分子链结构单元的化学组成 在元素周期表中只有ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA
高聚物呈玻璃态的 最高温度称玻璃化 温度,用Tg表示。 用于这种状态的材 料有塑料和纤维。
线型非晶态高聚物的温度-变形曲线
2 高弹态:温度高于Tg,分子活动能力增加,受力时 产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。
3 粘流态:由于温度高,分子活动能力很大,在外力 作用下,大分子链可以相对滑动。粘流态是高分
中部分非金属、亚金属元素才能形成高分 子链。
2. 高分子链的形状 按照大分子链的几何形状,可将高分子化合物
分为线型结构、支链型结构和体 热塑性材料。支链型结构近于线型结构 。体 型结构高聚物硬度高,脆性大,无弹性和塑性, 是热固性材料。
(二)高分子的聚集态结构 (分子间结构) 固态高聚物分为晶态和非晶态两大类,晶态为分子
子材料的加工态, 大分子链开始发 生粘性流动的温 度称粘流温度, 用Tf表示。
线型非晶态高聚物的温度-变形曲线
(二)其它类型高聚物的力学状态
分为一般分子量和很大分子量两种情况。一般分子 量的高聚物在低温时,链段不能活动,变形小,在 Tm 以下与非晶态的玻璃相似,高于Tm 则进入粘流 态。分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。
链节。
聚乙烯分子链
(二)高分子化合物的聚合
1 加聚反应
由一种或多种单体相互加成,或由环状 化合 物开环相互结合成聚合物的反应。
高分子材料的结构特点和性能

高分子材料是由相对分子质量比一般有机化合物高得多的高分子化合物为主要成分制成的物质。
一般有机化合物的相对分子质量只有几十到几百,高分子化合物是通过小分子单体聚合而成的相对分子质量高达上万甚至上百万的聚合物。
巨大的分子质量赋予这类有机高分子以崭新的物理、化学性质:可以压延成膜;可以纺制成纤维;可以挤铸或模压成各种形状的构件;可以产生强大的粘结能力;可以产生巨大的弹性形变;并具有质轻、绝缘、高强、耐热、耐腐蚀、自润滑等许多独特的性能。
于是人们将它制成塑料、橡胶、纤维、复合材料、胶粘剂、涂料等一系列性能优异、丰富多彩的制品,使其成为当今工农业生产各部门、科学研究各领域、人类衣食住行各个环节不可缺少、无法替代的材料.高分子材料的性能是其内部结构和分子运动的具体反映。
掌握高分子材料的结构与性能的关系,为正确选择、合理使用高分子材料,改善现有高分子材料的性能,合成具有指定性能的高分子材料提供可靠的依据。
高分子材料的高分子链通常是由103~105个结构单元组成,高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。
因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外,还具有许多特殊的结构特点。
高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。
链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态,所以链结构又可分为近程和远程结构。
近程结构属于化学结构,也称一级结构,包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。
远程结构是指分子的尺寸、形态,链的柔顺性以及分子在环境中的构象,也称二级结构.聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构,包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况,统称为三级结构.1。
近程结构(1)高分子链的组成高分子是链状结构,高分子链是由单体通过加聚或缩聚反应连接而成的链状分子.高分子链的组成是指构成大分子链的化学成分、结构单元的排列顺序、分子链的几何形状、高聚物分子质量及其分布。
材料的结构与性能(共64张PPT)

是金属,也可是金属与非金
属。
组成合金的元素相互作用可 形成不同的相。
Al-Cu两相合金
单相
合金
两相 合金
⑴ 固溶体
固溶体。习惯以、、表示。
溶剂
溶质
固溶体是合金的重要组成相,实际合 金多是单相固溶体合金或以固溶体 为基的合金。
按溶质原子所处位置分为置换固溶体 和间隙固溶体。
Cu-Ni置换固溶体 Fe-C间隙固溶体
2)确定晶面指数的步骤如下:
由结点形成的空间点的阵列称空间点阵
〔1〕设晶格中某一原子为原点,通过该点平行于晶 但与化合物相比,其硬度要低得多,而塑性和韧性那么要高得多。
分为刃型位错和螺型位错。
胞的三棱边作OX、OY、OZ三个坐标轴,以晶格常 溶质原子在固溶体中的极限浓度。
⑸ 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。
② 线缺陷—晶体中的位错
位错:晶格中一局部晶体相对于 另一局部晶体发生局部滑移,滑 移面上滑移区与未
位错。分为刃型位错和螺型位错。
刃型位错
螺型位错
刃型位错和螺型位错
刃位错的形成
刃型位错:当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半个 原子面,该晶面象刀刃一样切入晶体,这个多余原子面 的边缘就是刃型位错。
空位
间隙原子 置换原子
a. 空位: b. 间隙原子:
可以是基 体金属原子,也可以是 外来原子。
体心立方的四面体和八面体间隙
c. 置换原子:
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。从而使强度、硬度提高,塑性、韧性下降。
空位
间隙原子
大置换原子
小置换原子
空位和间隙原子引起的晶格畸变
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第一章材料的结构与性能固体材料的性能主要取决于其化学成分、组织结构及加工工艺过程。
所谓结构就是指物质内部原子在空间的分布及排列规律。
材料的相互作用组成物质的质点(原子、分子或离子)间的相互作用力称为结合键。
主要有共价键、离子键、金属键、分子键。
离子键形成:正、负离子靠静电引力结合在一起而形成的结合键称为离子键。
特性:离子键没有方向性,无饱和性。
NaCl晶体结构如图所示。
性能特点:离子晶体的硬度高、热膨胀系数小,但脆性大,具有很好的绝缘性。
典型的离子晶体是无色透明的。
共价键形成:元素周期表中的ⅣA、ⅤA、ⅥA族大多数元素或电负性不大的原子相互结合时,原子间不产生电子的转移,以共价电子形成稳定的电子满壳层的方式实现结合。
这种由共用电子对产生的结合键称为共价键。
氧化硅中硅氧原子间共价键,其结构如图所示。
性能特点:共价键结合力很大,所以共价晶体的强度、硬度高、脆性大,熔点、沸点高,挥发度低。
金属键形成:由金属正离子与电子气之间相互作用而结合的方式称为金属键。
如图所示。
性能特点:1)良好的导电性及导热性;2)正的电阻温度系数;3)良好的强度及塑性;4)特有的金属光泽。
分子键形成:一个分子的正电荷部位与另一分子的负电荷部位间以微弱静电引力相引而结合在一起称为范德华键(或分子键)。
特性:分子晶体因其结合键能很低,所以其熔点很低,硬度也低。
但其绝缘性良好。
材料的结合键类型不同,则其性能不同。
常见结合键的特性见表1-1。
晶体材料的原子排列所谓晶体是指原子在其内部沿三维空间呈周期性重复排列的一类物质。
晶体的主要特点是:①结构有序;②物理性质表现为各向异性;③有固定的熔点;④在一定条件下有规则的几何外形。
理想的晶体结构1.晶体的基本概念(1) 晶格与晶胞晶格是指描述晶体排列规律的空间格架。
从晶格中取出一个最能代表原子排列特征的最基本的几何单元,称为晶胞。
晶胞各棱边的尺寸称为晶格常数。
(2) 晶系按原子排列形式及晶格常数不同可将晶体分为七种晶系(3) 原子半径原子半径是指晶胞中原子密度最大方向相邻两原子之间距离的一半。
(4) 晶胞中所含原子数晶胞中所含原子数是指一个晶胞内真正包含的原子数目。
(5) 配位数和致密度配位数是指在晶体结构中,与任一原子最近邻且等距离的原子数。
致密度(K)是指晶胞中原子所占体积分数,即K = n v′/ V 。
式中,n为晶胞所含原子数、v′为单个原子体积、V为晶胞体积。
2 .常见金属的晶格类型(1)体心立方晶格(bcc晶格)1)原子排列特征体心立方晶格的晶胞如图所示。
2)晶格常数a=b=c,α=β=γ=90°。
3)原子半径。
4)晶胞所含原子数2个原子。
5)配位数8。
6)致密度68%。
7)具有体心立方晶格的金属:α-Fe、β-Ti、Cr、W、Mo、V、Nb等30余种金属。
(2)面心立方晶格(fcc晶格)1)原子排列特征面心立方晶格的晶胞如图所示。
2)晶格常数a=b=c,α=β=γ=90°。
3)原子半径。
4)晶胞所含原子数4个原子。
5)配位数12。
6)致密度74%。
7)具有面心立方晶格的金属:γ-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au、Ag等。
(3)密排六方晶格(hcp晶格)1)原子排列特征密排六方晶格的晶胞2)晶格常数3)原子半径4)晶胞所含原子数6个原子。
5)配位数12。
6)致密度74%。
7)具有密排六方晶格的金属:Mg、Cd、Zn、Be、α-Ti等。
3 .立方晶系的晶面、晶向表示方法在晶体中,由一系列原子所组成的平面称为晶面。
任意两个原子之间的连线称为原子列,其所指方向称为晶向。
表示晶面的符号称为晶面指数;表示晶向的符号称为晶向指数。
注意:1)每一个晶面指数(或晶向指数)泛指晶格中一系列与之相平行的一组晶面(或晶向)。
2)立方晶系中,凡是指数相同的晶面与晶向是相互垂直的。
3)原子排列情况相同但空间位向不同的晶面(或晶向)统称为一个晶面(或晶向)族。
4)不同晶体结构中不同晶面、不同晶向上的原子排列方式和排列紧密程度是不一样的。
4.晶体的各向异性金属晶体不同方向上性能不同,这种性质叫做晶体的各向异性。
实际晶体结构一块晶体内部晶格位向完全一致,称该晶体为单晶体。
由多晶粒构成的晶体称为多晶体。
实际晶体中存在的晶体缺陷,按缺陷几何特征可分为以下三种:1.点缺陷点缺陷是指在三维尺度上都很小而不超过几个原子直径的缺陷。
⑴空位⑵间隙原子⑶置换原子,如图所示。
点缺陷破坏了原子的平衡状态,使晶格发生了扭曲—晶格畸变,使金属的电阻率、屈服强度增加,金属的密度发生变化。
2.线缺陷线缺陷是指二维尺度很小而另一维尺度很大的缺陷。
它包括各种类型的位错。
所谓位错是指晶体中一部分晶体相对另一部分晶体发生了一列或若干列原子有规律的错排现象。
第一个图为刃型位错,第二个图为螺型位错。
位错密度可用单位体积中位错线总长度来表示,即式中,ρ为位错密度(m-2);ΣL为位错线的总长度(m);V为体积(m3)。
位错的存在极大地影响金属的力学性能,如图所示。
3.面缺陷面缺陷是指二维尺度很大而另一尺度很小的缺陷。
金属晶体中的面缺陷主要有晶界和亚晶界。
晶粒与晶粒之间的接触界面称为晶界。
如图(a)所示。
亚晶粒之间的交界称为亚晶界。
如图(b)所示。
晶界、亚晶界处具有许多特殊性能。
非晶态材料中的原子排列所谓非晶体是指原子在其内部沿三维空间呈紊乱、无序排列的一类物质。
非晶体的特点是:①结构无序;②物理性质表现为各向同性;③没有固定的熔点;④热导率(导热系数)和膨胀性小等。
合金的晶体结构组成合金的最基本独立单元叫做组元。
由两个组元组成的合金称为二元合金,由三个组元组成的合金称为三元合金。
合金的相结构、组织及其关系相是指合金中具有同一化学成分、同一结构和原子聚集状态,并以界面相互分开的、均匀的组成部分。
所谓组织是指用肉眼或显微镜观察到的不同组成相的形态或各相形态之间的组合状态。
组织是由组成相的形态所构成的。
同一相在不同的条件下可具有不同的形态,因而可形成不同的组织。
固溶体合金的组元通过溶解形成一种成分及性能均匀的、且结构与组元之一相同的固相,称为固溶体。
与固溶体结构相同的组元为溶剂,其它组元为溶质。
1.固溶体的分类⑴按溶质原子在溶剂晶格中的位置,固溶体可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。
⑵按溶质原子在固溶体中的溶解度,固溶体可分为有限固溶体和无限固溶体两种。
⑶按溶质原子在固溶体内分布是否有规则,固溶体分为有序固溶体和无序固溶体两种。
金属化合物合金组元相互作用形成的晶格类型和特性完全不同于任一组元的新相即为金属化合物,或称中间相。
其性能特点是熔点一般较高,硬度高,脆性大。
金属化合物是许多合金的重要组成相(常作为强化相)。
1.正常价化合物组元间电负性相差较大,且形成的化合物严格遵守化合价规律,此类化合物称为正常价化合物。
例如:Mg2Si、Cu2Se、ZnS、AlP等。
性能特点是硬度高、脆性大。
2.电子化合物组元间形成化合物不遵守化合价规律,但符合一定电子浓度(化合物中价电子数于原子数之比),则此类化合物称为电子化合物。
此类化合物的熔点和硬度较高,塑性较差,在许多有色金属中作为重要的强化相。
3.间隙化合物由过渡族元素与碳、氮、氢、硼等原子半径较小的非金属元素形成的化合物称为间隙化合物。
1)间隙相当非金属原子半径与金属原子半径之比小于0.59时,形成具有简单晶格的间隙化合物,称为间隙相。
一些间隙相及晶格类型见表1-6。
间隙相具有金属特性,有极高的熔点及硬度,非常稳定,见表1-7。
2)复杂结构的间隙化合物当非金属原子半径与金属原子半径之比大于0.59时,形成具有复杂结构的间隙化合物。
钢中的Fe3C、Cr23C6、FeB、Fe4W2C、Cr7C3、Fe2B等均属于这类化合物。
合金性能1.固溶体与固溶强化通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固溶强化。
固溶强化是金属强化的重要方式之一。
固溶体的综合力学性能较好,常作为合金材料的基体相。
2.化合物与第二相强化化合物的性能特点是熔点一般较高,硬度高,脆性大。
金属化合物是许多合金的重要组成相(常作为强化相)。
以第二相(化合物等)作为强化相来提高合金材料的强度称为第二相强化。
其强化效果取决于化合物的形态。
高聚物的结构高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。
高分子化合物是分子量很大的化合物,每个分子可含几千、几万甚至几十万个原子。
大分子链的结构1. 结构单元的化学组成在元素周期表中只有ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA中部分非金属、亚金属元素(如N、C、B、O、P、S、Si、Se等)才能形成高分子链。
由于高聚物中常见的C、H、O、N等元素均为轻元素,所以高分子材料具有密度小的特点2.高分子链的形态(1)高分子链的几何形态1)线型分子链由许多链节组成的长链,通常是卷曲成线团状。
这类结构高聚物的特点是弹性、塑性好,硬度低,是热塑性材料的典型结构。
2)支化型分子链在主链上带有支链。
这类结构高聚物的性能和加工都接近线型分子链高聚物。
3)体型分子链分子链之间由许多链节相互横向交联。
具有这类结构的高聚物硬度高、脆性大、无弹性和塑性,是热固性材料的典型结构。
(2)高分子链的构象及柔顺性1)链的构象由于单链内旋转所产生的大分子链的空间形象称为大分子链的构象。
2)柔顺性由于构象变化获得不同卷曲程度的特性。
这种能拉伸、回缩的性能称为分子链的柔性,这是聚合物具有弹性的原因。
高聚物的聚集态结构高分子化合物的聚集态结构是指高聚物内部高分子链之间的几何排列或堆砌结构,也称超分子结构。
依分子在空间排列的规整性可将高聚物分为结晶型、部分结晶型和无定型(非晶态)三类。
在实际生产中大多数聚合物都是部分晶态或完全非晶态。
晶态结构在高分子化合物中所占的质量分数或体积分数称为结晶度。
结晶度越高,分子间作用力越强,因此高分子化合物的强度、硬度、刚度和熔点越高,耐热性和化学稳定性也越好;而与键运动有关的性能,如弹性、伸长率、冲击韧性则降低。
陶瓷的结构陶瓷亦称无机非金属材料,是指用天然硅酸盐(粘土、长石、石英等)或人工合成化合物(、氧化物、碳化物、硅化物等)为原料,经粉碎、配置、成型和高温烧制而成的无机非金属材料。
陶瓷的基本相结构主要有:晶相、玻璃相、气相等。
晶体相晶体相是陶瓷的主要组成相:主要有硅酸盐、氧化物和非氧化物等。
它们的结构、数量、形态和分布,决定陶瓷的主要性能和应用。
玻璃相玻璃相是一种非晶态物质。
其作用:①粘连晶体相,填充晶体相间空隙,提高材料致密度;②降低烧成温度,加快烧结;③阻止晶体转变,抑制其长大;④获得透光性等玻璃特性;⑤不能成为陶瓷的主导相:对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热耐火性等不利。
气相气相是陶瓷内部残留的孔洞;成因复杂,影响因素多。
陶瓷根据气孔率分致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。