金属材料的组成和结构
金属组织结构的基本轮廓(晶粒、晶界、亚晶、晶体结构)
金属组织结构的基本轮廓(晶粒、晶界、亚晶、晶体结构)1. 引言1.1 概述金属组织结构是材料科学领域中的一个重要研究内容，它涉及到金属材料的微观结构和性能之间的关系。
金属材料广泛应用于制造业和其他领域，因此深入了解金属组织结构对于提高材料性能、改进加工工艺以及开发新型高性能金属具有重大意义。
1.2 文章结构本文将从晶粒、晶界、亚晶和晶体结构四个方面来介绍金属组织结构的基本轮廓。
首先，我们将探讨晶粒的定义、特征以及形成机制与生长过程；其次，我们将详细研究晶界的定义、分类以及对材料力学性能的影响；然后，我们将介绍亚晶的定义、形成机制、观测方法以及研究进展；最后，我们将深入探讨晶体结构，并分析不同类型的晶格结构对材料性质的影响。
1.3 目的本文旨在向读者介绍金属组织结构的基本概念和特征，并探讨其与材料性能之间的关系。
通过对晶粒、晶界、亚晶和晶体结构的详细讨论，读者将能够了解金属材料中微观组织的形成原理以及不同组织结构对材料性质（如强度、塑性、导电性等）的影响。
这将为材料科学工作者和工程师提供有力的指导，以优化金属材料的设计和应用。
2. 晶粒晶粒是金属材料中的基本组织单位，它由大量的原子或分子有序排列而成。
每个晶粒内的原子结构和取向相对稳定，在固态材料中晶粒大小和形状各不相同，具有一定的特征。
2.1 定义与特征晶粒是由同一种晶体结构组成的半球或多面体区域，在结构上呈现出高度有序、周期性和规则性。
它们在材料中是随机分布的，并且相邻晶粒之间以边界进行分割。
每个晶粒具有自己独特的取向和晶格结构，这使得不同的晶粒在外部场合下会表现出不同的性质。
2.2 形成机制与生长过程初始时，金属材料以液态或气态形式存在。
当冷却或凝固时，从液态转变为固态，并开始形成初生晶核。
这些初生晶核会通过吸收周围溶质进行长大并扩张，直到与其他固相结合形成完整的晶体。
这个过程叫做再结晶或冷却结晶。
2.3 晶粒大小与材料性能的关系晶粒的大小对金属材料的性能具有重要影响。
金属材料的结构与结晶
金属化合物一般具有复杂的晶体结构，熔点高， 硬而脆。 合金中的金属化合物，常能提高合金
的强度、硬度和耐磨性，降低塑性和韧性。
金属化合物是各种合金钢、硬质合金及许多非铁 金属的重要组成相。 3. 机械混合物： 纯金属、固溶体或化合物，按一 定重量比例组成的均匀物质。
例：35钢的显微组织中，黑色部分即为固溶体与
1.晶格：描述原子在晶体中排列方式的空间几何格架。 2.晶胞：反映晶格特征的最小单元。
3. 晶格参数：
晶胞棱边的长度和棱边夹角α、β、γ。
4. 三种典型的金属晶体结构 面心立方晶格、体心立方晶格、密排六方晶格。 面心立方晶格类型的金属有Cu、Al、Ni等，具有良
好的塑性； 密排六方晶格的金属有 Mg、Zn、Be等
Fe3C组成的机械混合物。
机械混合物的性质，基本上是各组成相性能的
平均值。
35 钢的显微组织
机械混合物P
将黑色部分放大，看到指纹状结构。其中白色
基体是Fe与C形成的固溶体， 含碳0.0218% 体 心立方晶格（称为铁素体F）， 黑色条纹为 渗
碳体（Fe3C）。
黑色部分是F与Fe3C形成的机械混合物，称为
相邻晶体的枝晶接触时，晶体就向着未凝固的部
位生长；直到枝晶间液体全部消失，每一枝晶成
长为一个晶粒。
纯金 属结 晶过 程示 意图
三、晶粒大小对金属力学性能的影响
1.晶粒大小通常以单位截面面积上晶粒数目或平均
直径来表示。（表２-2晶粒度） 2.晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性越好。 晶粒越细，变形量被分散到更多的晶粒内进行，各 晶粒的变形比较均匀而不致产生过分的应力集中现
空位
间隙原子
图2-7
多晶体示意图
第1章金属材料的性能与结构
1．晶体结构的基本知识
由于晶体原子排列呈周期性，因此， 可以从晶格中选取一个能够完全反应晶 格中原子排列特征的最小的几何单元， 来分析晶体中原子排列的规律性，这个 最小的几何单元称为晶胞 。
1．晶体结构的基本知识
晶格
晶胞
1．晶体结构的基本知识
Z c
α
β a
X a γ
b
Y
图1-9 晶胞的晶格常数和轴间夹角的表示法
（）
MPa
b
s
e
b
s
e
应变（%）
图1-2 单轴拉伸曲线示意图
2、金属的力学性能的指标一般有哪些？ 怎样获得这些指标？ 塑性是指金属材料在外力作用下，发生 永久变形而不破坏的能力。在工程中常用 塑性指标来判断金属材料的可成形性，常 用伸长率和断面收缩率来表征。 伸长率指试样在拉伸过程中，拉断标距长 度的延长值（见图1-1）与原始标距长度的 比值，即：
1.2.1 金属
在固态金属中，吸引力与排斥力的大 小以及它们的结合能量都随原子间距离 的变化而发生改变。这样就存在一个原 子间距，此时原子间相互排斥力与吸引 力相等，原子处于稳定平衡状态，该原 子间距即为平衡距离，这时原子之间的 结合能为最低，系统此时最稳定。
1.2.2 金属的晶体结构
1．晶体结构的基本知识 2. 常见金属的晶体结构 3. 晶面指数和晶向指数
第1章 金属材料的性能与结构
§1.1 金属材料的性能 §1.2金属的晶体结构
§1.3合金的相结构
1.1 金属材料的性能
金属材料是金属元素或以金属元素为 主构成的具有金属特性的材料的统称。 金属材料一般分为：黑色金属和有色 金属，黑色金属有钢、铸铁、铬、锰； 其他的金属，如铝、镁、铜、锌等及其 合金都为有色金属。 金属材料的性能包括：力学性能、物 理化学性能、工艺性能、经济性能等。
金属材料的晶格结构分析
金属材料的晶格结构分析金属材料是工业制品的重要组成部分，也是人类文明发展的重要带动力。
在金属材料的微观结构中，晶格结构是一项至关重要的参数，它关系到了该材料的力学性能、热学性能以及化学性能等多方面的特性。
因此，对于金属材料的晶格结构进行分析具有重要的意义。
本文将结合实例，对金属材料的晶格结构分析进行探究。
一、晶格结构的基本概念晶格是指由等间距的点组成的几何图形，是表征晶体结构的重要参数之一。
晶格结构的特征在于其中的原子排布和其相邻原子组成的键合方式。
晶格的形状特征可以用晶面和晶向体现出来。
晶面是与晶体界面平行的平面，晶向是连接两个晶体表面上某一点的直线。
晶向和晶面的交线即为晶向线。
晶格结构通过对材料内部原子之间键合的强度和确定的空间构型进行分析来进行表征。
二、晶体结构分析的常用方法在对晶体结构进行分析时，常用的方法包括X射线衍射、电子衍射及计算机模拟等。
其中，X射线衍射是一种高精度、无损伤、不接触、直观、全面分析晶体结构的方法，被广泛应用于金属材料、陶瓷材料、高分子材料等晶体物质的研究领域。
通过X射线衍射的方式，可以确定晶体的原子排列及其空间构型，进而确定晶体的晶格结构、晶体结晶水平等参数。
电子衍射技术是指通过将电子束入射在样品表面或将灵敏的探测器放置在样品表面，使电子在晶体中发生散射现象，从而获取晶体结构的有关参数的一种技术。
电子衍射技术由于其测量范围狭窄，不适用于晶体面及其相互关系的测量，但具有操作便捷、测量可重复性高、分辨率高等优点，在某些领域中具有重要应用价值。
计算机模拟是模拟晶体中原子间相互作用的计算方法，它可在不涉及实际物质的情况下，建立具有实际晶体结构的模型，并对该模型进行分析。
计算机模拟技术具有计算结果可重复，可观察不同条件下的计算结果等优点，在现代材料科学研究领域中默默耕耘。
三、晶格结构分析的实例探讨以铝为例，通过X射线衍射技术对铝钨合金进行晶格结构的分析。
①晶体检测：用标准铝样品对仪器进行标定，调节样品和X光散射装置角度，设置合适的探测器以接收X射线的类型和能量；②数据采集：在探测器与样品之间留下足够宽的散射角度，以收集不同角度的X射线，记录下每个角度散射的X射线计数值；③数据处理：将得到的计数值分析处理，反演出样品中晶格的结构参数。
金属材料的结构与组织
金属材料的结构与组织金属材料是指由金属元素组成的材料，具有优良的电导和热传导性能，因此广泛应用于工业制造和建筑领域。
金属材料的结构与组织对其性能有着重要影响，以下将从晶体结构、晶粒大小、晶界和位错等方面介绍金属材料的结构与组织。
首先是金属材料的晶体结构。
金属是由多个金属原子组成的晶格结构，具有高度的有序性。
常见的金属结构包括面心立方结构（FCC）、体心立方结构（BCC）和密排六方结构（HCP）。
FCC结构中，每个原子周围有12个最近邻原子，原子间的距离相等，如铝和铜。
BCC结构中，每个原子周围有8个最近邻原子，原子间的距离比FCC结构略大，如铁和钒。
HCP结构中，每个原子周围有12个最近邻原子，但原子间的距离比其他两种结构大，如钛和锆。
金属的晶体结构对材料的硬度、延展性和导电性能等有着重要影响。
其次是金属材料的晶粒大小。
晶粒是金属中具有相同晶体结构的晶胞的集合体。
金属材料的晶粒大小对其性能有着重要影响。
晶粒越小，材料的强度和硬度越高，延展性和塑性则较差；晶粒越大，材料的延展性和塑性越好，但强度和硬度相对较低。
晶粒大小的控制通常通过热处理、变形加工和再结晶等方法实现。
金属材料的结构还与晶界有关。
晶界是相邻两个晶粒之间的界面。
晶界具有比晶粒内部更高的活动性，容易成为材料中的非晶区域、孔隙和裂纹的起点。
晶粒内部原子排列有序，而晶界则是原子排列的不规则区域，原子间的距离不够紧密，因此晶界对材料的力学性能和耐腐蚀性能等有着重要影响。
晶界的稳定性和结构特点常通过电子显微镜和X射线衍射等技术进行研究。
最后是金属材料中的位错。
位错是指晶体中原子排列的缺陷或错位。
位错可以增加金属材料的塑性和韧性，使其具有较好的变形能力。
在金属中，位错的形成和移动是塑性变形的主要机制。
位错的种类包括直线位错、螺旋位错和平面位错等，其特点和形成机制各不相同。
位错的存在对金属材料的断裂和疲劳性能有重要影响。
综上所述，金属材料的结构与组织对其性能有着重要影响。
金属材料的实际晶体结构金属的同素异构转变合金的相结构金属材料
金属材料的实际晶体结构
•点缺陷 •线缺陷
的晶体缺陷
晶体中呈点状的缺陷，即在三维
空间上尺寸都很小的晶体缺陷 三维空间的两个方向上尺寸很小
•面缺陷
在二维方向上尺寸很大，在第三
个方向上尺寸很小，呈面状分布的缺陷
二、纯金属的结晶
金属由原子不规则排列的 液体转变为原子规则排 列的固体的过程称为结 晶。 纯金属的冷却曲线及过 冷度。 用热分析法进行研究 纯金属的冷却曲线(理论) 纯金属的冷却曲线(实际)
晶体结构的概念
晶格和晶胞： 表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫做晶 格。 能完整地反映晶格特征的最小几何单元，称为 晶胞。 晶面和晶向： 在晶体中由一系列原子组成的平面，秋为晶面。 通过两个或两个以上原子中心的直线，可代表 晶格空间排列的一定方向，称为晶向
金属晶格的类型
体心立方晶格：它的晶胞是一个立方体，原子位于立方 体的八个顶角上和立方体的中心。如：铬（Cr）、钒 （V）、钨（W）、钼（Mo）及α-Fe 面心立方晶格：它的晶胞也是一个立方体，原子位于立 方体的八个顶角上和立方体六个面的中心。 如：铝 （Al）、铜（Cu）、铅（Pb）、镍（Ni）及γ-Fe 密排六方晶格：它的晶胞是一个正六棱柱体，原子排列 在柱体的每个顶角上和上、下底面的中心，另外三个 原子排列在柱体内。属于这种晶格类型的金属有镁 （Mg）、铍（Be）、镉（Cd）、及锌（Zn）等。
1.铸锭的组织结构
表面细晶粒区
柱状晶粒区
等轴晶粒区
2.定向结晶和单晶
七、金属材料塑性变形与再结晶
金属材料塑性变形
塑性变形实质 冷变形化
回复
再结晶
晶粒长大
八、金属材料焊接接头组织
焊缝
熔合区
金属材料的微观结构分析
金属材料的微观结构分析金属材料是工业生产中非常重要的一类材料，其在汽车、建筑、机床等领域都有广泛的应用。
要想深入理解金属材料的性质和特点，就需要对其微观结构进行深入的研究和分析。
本文将介绍金属材料的微观结构及其分析方法。
一、金属材料的微观结构特点金属材料的微观结构由金属原子组成，可以分为原子晶体结构和晶体排列结构。
原子晶体结构是指金属原子的有序堆积结构，包括面心立方、体心立方和密排六角等。
晶体排列结构则是指晶体的外观、大小和形态等方面的特征。
金属材料的微观结构特点决定了其一些特性，如强度、塑性、导电性和导热性等。
二、金属材料的微观结构分析方法1. 金相显微镜法金相显微镜法是一种通过光学显微镜对金属材料的组织结构进行观察和分析的方法。
该方法可以将金属材料切割成薄片，然后在显微镜下观察其组织结构，看出晶体的排列和形态等特征。
通过金相显微镜可以观察到金属材料的各种组织结构，如晶粒的大小、形状和分布规律。
此外，金相显微镜还可以通过打入特定的试剂，如氢氧化钠、硝酸银等，来观察金属材料的其他结构特征。
2. 透射电镜法透射电镜法是一种通过电子束对金属材料进行观察和分析的方法。
该方法可以在高分辨率的条件下观察材料中的原子和晶体结构，可以精确地测出晶体的大小和形状，以及晶格的匹配情况等信息。
通过透射电镜可以观察到金属材料的原子和晶体结构，包括晶格的缺陷、原子的排列方式和晶体的大小、形状等特征。
透射电镜还可以使用高角度倾斜形态测量技术，可以通过极细针尖进行物质表面的成像。
3. X射线衍射法X射线衍射法是一种利用X射线对金属材料进行分析和测量的方法。
该方法可以测定晶体的晶格常数、晶格结构和晶体相的存在等特征，并且可以通过对不同角度的扫描来确定晶体的方向和空间。
通过X射线衍射法可以测定金属材料的晶格结构和相对结合方向，可以预测他们的强度和热膨胀系数等物性参数。
此外，X射线衍射法还可以在晶体组成分析实验、食品组成和分析等领域得到应用。
金属材料的组织结构PPT课件
分为刃型位错和螺型位错。
精品课件
24
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。
半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。
精品课件
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位错密度：
单位体积内所包含的位错线
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
小置换原
大置换原
子
子
子
② 线缺陷：在三维尺寸的两个方向上尺寸很小，另一个
方向上尺寸较大的缺陷；
晶体中的位错是典型的线位错。
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；
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。
金属晶须
退火态
(105-108/cm2)
加工硬化态
(1011-1012/cm2)
精品课件
14
⑶ 密排六方晶格
密排六方晶格
密排六方晶格的参数
密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
原子半径 ：r 1 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
精品课件
18
2、实际金属的晶体结构 ⑴ 单晶体与多晶体
绪论,第一章金属的结构与结晶
73
1、过冷现象：金属的实际结晶温度低于 理论结晶温度（熔点）。 2、过冷度：金属的理论结晶温度Tm与实 际结晶温度Tn之差。 △T=Tm-Tn>0 3、同一成分的金属，冷却速度愈大，则 过冷度也愈大。 4、临界过冷度（△Tk）：过冷度有一最 小值，若过冷度小于这个值，结晶过程 就不能进行。
74
(二)结晶过程的微观现象
原子密度最大的晶面是（111），
晶向是［110］。
51
52
(四)晶体的各向异性
由于晶体中不同晶面和晶向上的原子 密度不同，因而晶体在不同方向上的性能 有所差异。 如冷轧硅钢片，当易于磁化的〈100〉 晶向平行于轧制方向时，得到优异的磁导 率。
53
§ 1-2金属的实际结构和缺陷
一、多晶体结构 1、单晶体：内部的晶格位向完全一致的 晶体。
九江长江大桥 : 跨度216 米,始建于 1973年12月，1992年公路桥建成通车，
3
§0-2 影响金属材料性能的因素 一、化学成分 组成金属材料的各种元素的种类及其浓 度（一般用重量百分数）。 成分 铝 抗拉强度(MPa) 20-80 延伸率 （%） 32-40
铜
纯铁
200-240
250-330
6
3、显微组织：用100-2000倍的显微镜所观 察到的组织。（反映了晶粒的种类、形状、 大小以及各种晶粒的相对数量和相对分布）
通常所说的组织就是指显微组织。
7
8
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第一章
金属的结构与结晶
16
§1-1金属的晶体结构 一、晶体的概念 1、晶体：原子(离子)呈规则排列的物质。 2、晶体结构（结构）：构成晶体的原子在 三维空间的具体的排列方式。 3、晶格：表示晶体中原子排列形式的空间 格子。 建立：原子简化成点，用假想线连接点。
2金属及合金的结构
类型
包括空位、间隙原子、杂质或溶质原 子，以及由它们组成的复杂点缺陷，如空 位对、空位团和空位—溶质原子对等。
点缺陷的形成
out
点缺陷的平衡浓度
点缺陷的运动
22
点缺陷的运动
晶体中的点缺陷并不是固定不动的，而是处于不断 的运动过程中。 由于热激活，某个原子有可能获得足够的能量而 跳入空位中，即发生空位迁移 出于热运动，晶体中的间隙原子也可由—个间隙 位臵迁移到另一个间隙位臵;也会落入邻近的空位， 而使两者都消失,即发生复合. 由于能量起伏，其他地方可能又会出现新的空位 和间隙原子，以保持该温度下平衡浓度不变。
最近邻
0.74
0.68
0.74
致密度
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。
out
5
晶体的原子堆垛方式和间隙
纯金属最密排结构
原子密排面在空间一层一层平行地堆垛→晶体结构
out
6
间隙数
FCC:
Interstitial Site
合金
两种或两种以上金属元素，或金属元素 与非金属元素，经熔炼、烧结或其它方 法组合而成并具有金属特性的物质 元就是组成合金的元素。
组元 组成合金最基本的独立的物质，通常组 相
out
是合金中具有同一聚集状态、相同晶体 结构，成分和性能均一，并以界面相互 10 分开的组成部分→固溶体和中间相
合金组元之间的相互作用及其所形成的合金相的性质主要 是由它们各自的电化学因素、原子尺寸因素和电子浓度三个 因素控制的。
动理论与实际相差甚远.
27
螺型位错的运动 方向始终垂直位 错线和柏氏矢量
金属材料基础知识
G、按冶炼方法分类 ：
平炉钢 、转炉钢 、电炉钢
金属材料基础知识
H、综合分类: 在实际中按其化学成分、质量、用途
进行综合分类。
(1)普通钢 a.碳素结构钢，b.低合金结构钢 ，c.特定用 途的普通结构钢 。
(2)优质钢（包括高级优质钢）
a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c) 弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢； (f)特定用途 优质结构钢。
金属材料基础知识
3、金属晶格的类型 1）体心立方晶格 它的晶胞是一个立方体，
原子位于立方体的八个顶角上和立方体的中 心，属于这种晶格类型的金属有铬（Cr）、 钒（V）、钨（W）、钼（Mo）、及a-铁（aFe）等金属。
金属材料基础知识
2）面心立方晶格 它的晶胞也是一个立方体 ，原子位于立方体的八个顶角和立方体六个 面的中心，属于这种晶格类型的金属有铝（ Al）、铜（Cu）、铅（Pb）、镍（Ni）及r铁（r-Fe）等金属。
另外，测量陶瓷、铸铁或工具钢等脆性材料的冲击吸收功 时，常采用10mm×l0mm×10mm的无缺口冲击试样。
金属材料基础知识
4.金属的工艺性能
工艺性能是指金属材料对不同加工工艺方法的 适应能力。它包括铸造性能、锻压性能、焊 接性和切削加工性能等。
金属材料基础知识
三、金属的结构与结晶
不同的金属材料具有不同的力学性能，即使是 同一种金属材料，在不同的条件下其力学性 能也是不同的。金属力学的这些差异，从本 质上来说，是由其内部结构所决定的。
机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金 组成物，虽然是两种晶体，却是一种组成成 分，具有独立的机械性能。
⑴．固溶体
合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、且 结构与组元之一相同的固相。
金属材料的结构与组织 36页PPT文档
2.固溶体
• 根据溶质原子在溶剂中所处位置不同，固溶体可分为间隙 固溶体和置换固溶体两大类。 (1)间隙固溶体 如图2-10(a)所示。 (2)置换固溶体 如图2-10(b)所示。
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图2-10 晶格结构模型
2.1.4 金属材料的组织
图2do-1ci2n/su大nd分ae_子me链ng的形态
(3)空间构型 • 图2-13 所示为乙烯聚合物常见的三种空间构型。
图2-13 乙烯聚合物的立体异构
docin/sundae_meng
2.大分子链的构象及柔性
图2-14 do分cin/子sun链da的e_m内en旋g 转示意图
3.高分子材料的聚集态 • 图2-15为聚合物三种聚集态结构示意图。
(1‰～1%)。如图2-29所示。
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图2-29 晶格构造模型
总之，陶瓷材料的性能特点是: 具有不可燃烧性、高耐热性、高化 学稳定性、不老化性、高硬度和良 好的抗压能力，但脆性很高，温度 急变抗力很低，抗拉、抗弯性能差。
docin/sundae_meng
思考题
• 2-1 什么叫晶体?什么叫非晶体? • 2-2 什么叫晶格?什么叫晶胞? • 2-3 常见的金属晶体有哪几种? • 2-4 铁有哪几种同素异晶体? • 2-5 晶体缺陷有哪几种?它们对力学性能有什么影响? • 2-6 什么叫固溶体?什么叫固溶强化现象? • 2-7 什么叫金属化合物?它有何特征? • 2-8 什么叫金属的组织? • 2-9 试述晶粒大小与力学性能的关系。 • 2-10 什么叫高分子材料?简述高分子材料的结构。
图2-22 橡胶在do一cin个/su承nd载ae_周me期ng中的应力-应变曲线
金属材料、塑料材料和纤维材料的区别
金属材料、塑料材料和纤维材料的区别金属材料、塑料材料和纤维材料是常见的材料类型，它们在物理和化学性质上有着明显的区别。
本文将介绍这三种材料的主要区别。
1. 成分和结构金属材料主要由金属元素构成，如铁、铝、铜等。
它们以原子或原子团的形式排列，具有晶体结构。
金属材料的特点是导电性好、导热性高、强度高等。
塑料材料则主要由高分子化合物构成，例如聚乙烯、聚氯乙烯等。
它们通常以链状或网状结构排列，没有明确的晶体结构。
塑料材料的特点是绝缘性好、耐腐蚀、重量轻等。
纤维材料由纤维形成，可以是自然纤维如棉、麻、丝等，也可以是人工纤维如尼龙、涤纶等。
纤维材料具有拉伸强度高、柔韧性好、透气性等特点。
2. 物理性质金属材料具有较高的密度和强度，可以承受较大的压力和拉力，同时通常具有较高的熔点。
塑料材料的密度一般较低，强度较低，容易变形，而熔点比较低，可塑性强。
纤维材料的密度较低，具有较高的拉伸强度，而熔点较低。
3. 应用领域金属材料广泛应用于建筑、汽车、电子等领域，用于制造结构零件、导电线路等。
塑料材料主要用于包装、制造塑料制品、电线电缆绝缘层等领域。
纤维材料主要用于纺织、服装、家纺等领域，用于制造纺织品、衣物等。
4. 环境影响金属材料可以通过回收再利用进行资源保护，但其生产过程常常伴随污染物的排放。
塑料材料的生产和处理会导致环境问题，例如塑料垃圾的处理不当会对环境造成污染。
纤维材料通常是可再生的，但使用染料和化学品可能会对环境带来一定影响。
结论金属材料、塑料材料和纤维材料在成分和结构、物理性质、应用领域和环境影响等方面存在明显的区别。
了解这些区别有助于在不同领域选择适当的材料。
这是一个简要的介绍，涵盖了这些材料的主要区别，使读者对它们有初步的了解。
如需了解更多细节，请参考相关文献和专业资料。
金属材料的基础知识
抗拉强度: 在拉断前试样所能承受的最大应力 为该试样的抗拉强度，用符号σb 表示，计算公式为。
σb=
Fb So
二、 塑性
➢概念
塑性是指金属材料在外力作用下，产生永久性变形而不断裂的能 力。
➢ 衡量指标
伸长率：试样被拉断后，标距的伸长量与原始标距的百分比 称为伸长率，用符号δ表示。计算公式为：
δ= l1 l0 ×100% l0
δ ψ
性能指标
名称
抗拉强度 屈服点 规定残余伸长应力
伸长率 断面收缩率
硬度 冲击韧性
HBS(HBW) HRC HRB HRA 标尺洛氏硬度值 A标尺洛氏硬度值 维氏硬度值
冲击韧度
疲劳强度 σ-1
疲劳极限
单位 MPa MPa MPa
J/cm2 MPa
含义
试样拉断前所能承受的最大应力 拉伸过程中，力不增加（保持恒定）试 样仍能继续伸长时的应力 规定残余伸长率达0.2%时的应力
部永久性积累损伤经一定循环次数后产生裂纹或突发完全断 裂的过程称为金属疲劳。
五、疲劳强度
➢疲劳破坏可分为微观裂纹、宏 观裂纹和瞬时断裂三 个过程。
五、疲劳强度
➢疲劳曲线 ：疲劳曲线是指交变应力σ与循 环次数N的关系曲线，如下图所示。
常用金属材料的力学性能指标及其含义
力学性能
符号
强度 塑性
σb σs σ0.2
0.1
e 0.2
一、强度—拉伸曲线
1.弹性变形阶段 2.屈服阶段 3.强化阶段 4.缩颈阶段
低碳钢的应力-应变曲线
一、强度—衡量指标
屈服点： 用符号σs表示，计算公式为
σs=
Fs So
式中：Fb——试样断裂前所承受的最大拉力， 单位为N；
金属材料的晶体结构与结晶
1.1.1 合金的晶体结构
合金是指由两种或两种以上的金属元素或由金属元素与非金属元素 组成的具有金属特性的物质。
组成合金的最基本的、独立的单元称为组元。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，由三个以上组 元组成的合金称为多元合金。
合金中结构相同、成分相同和性能一致，并以界面相互隔开的组成 部分称为相。只有一种相组成的合金为单相合金，由两种或两种以上相 组成的合金为多相合金。用金相观察方法，在金属及合金内部看到的相 的形态、数量、大小和分布及相间结合状态称为显微组织。
非晶体
晶体
金属材料的晶体结构与结晶
1.晶体结构的基本知识
图2-1 晶体结构示意图
金属材料的晶体结构与结晶
1.常见的金属晶格类型 常见的金属晶格类型包括体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方
晶格三大类。 1）体心立方晶格 body—centered cubic lattice 特点：b 较好。如：＜912℃ Fe, Cr, Mo, V等。 含有2个原子体积组成。
图2-7 刃型位错示意图
金属材料的晶体结构与结晶
（3）面缺陷。面缺陷是指在晶体中呈面状分布（在两个方向上尺寸很大，在第 三个方向上尺寸很小）的缺陷。常见的面缺陷是晶界和亚晶界。
晶界是位向不同的晶粒间的过渡区，其宽度为5～10个原子间距。晶界区域的晶 粒的位向通过晶界的协调逐步过渡到相邻晶粒的位向，如图2-8（a）所示。亚晶界 是由位向相差很小的亚晶粒组成的，如图2-8（b）所示。晶界和亚晶界的原子排列 都不规则，会产生晶格畸变。因此，晶界和亚晶界均可提高金属的强度，改善塑性 和韧性。
图2-10 液态金属的结晶过程示意图
金属材料的晶体结构与结晶
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