课题3 金属材料的结构与性能

晶粒（单晶体）
P.16
晶体缺陷类型：
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
（1）点缺陷：空位、间隙原子、异类原子 （2）线缺陷：位错 （3）面缺陷：晶界与亚晶界
P.17
（1）点缺陷
空位
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
间隙原子
如果间隙原子是其它元素就称为 异类原子 （杂质原子）
P.18
● 晶体结构
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
原子（离子）的刚球模型
原子中心位置
P.6
点阵（晶格）模型
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
晶 胞
讨论：１、如何用最简便的方法表达晶格的特征？ ２、晶胞（一般为平行六面体）的形状由哪些参数决定？
P.7
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
P.4
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
3.1 金属的晶体结构
● 晶体的概念 晶体 —— 材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。
非晶体 —— 原子无规则堆积，也称为 “过冷液体” 。
晶体：
非晶体：
金属、金刚石、NaCl、 蜂蜡、松香、玻璃、塑料、
雪和冰 等。
橡胶等
液体
P.5
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能 （2）线缺陷 —— 刃位错与螺位错
刃型位错移动
P.19
螺旋位错
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
螺旋位错移动
P.20
（3）面缺陷
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
晶粒（单晶体）
晶界
大角晶界
亚晶界 小角晶界
P.21
亚晶界
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
亚晶界
面缺陷引起晶格畸变， 晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高。
P.22
晶格畸变
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
小原子置换引起的 晶格畸变
间隙原子引起的 晶格畸变
P.23
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
3.2 金属材料的性能分类
力学性能 （机械性能）
材
工艺性能
料
性
物理性能
能
Z
c
b ab
a
g
Y
X 棱边长度a ，b ，c及 棱边夹角a , b , g 称为晶格常数
P.8
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能 ３.三种常见的金属晶体结构
（1）体心立方晶格bcc （2）面心立方晶格fcc （3）密排六方晶格hcp
P.9
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能 （1）体心立方晶格 bcc
（3）密排六方晶格 hcp Mg、Zn 等
晶格常数
底面边长a 底面间距c c/a= ≈1.633 侧面间角120 侧面与底面夹角90
a
密排方向
晶胞原子数： 6个 原子半径： a/2 致密度： 0.74
P.14
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
各向异性
不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能（如强度、塑 性、电阻率、导热性）不同的现象
节能减排，汽车轻量化的主要方向是？ A、加大钢铁比重 B、加大轻合金比重 C、加大塑料比重
电影里检验银币是用牙齿咬一下，或者吹起听声音为什么？ A、真币比较软，吹起来能振动发出清脆的声音 B、真币比较硬，吹起来能振动发出清脆的声音
问题导出： 1、为什么包扎物品用铁丝？乐器弦用钢？ 它们有何区别？
2、同学们自己设计制作一辆赛车 选取材料时一般要考虑哪些因素？
汽车工程材料
课题3：金属材料的结构与性能
内容提纲
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
2.1 金属的晶体结构 2.2 金属材料的性能分类 2.3 金属的力学性能指标 2.4 金属的塑性变形 2.5 金属的回复与再结晶
P.2
课题引入
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
主要解决这几个问题：
✓ 歌词有“比钢还强，比铁还硬”，怎样衡量钢的强，铁的硬？ ✓ 同是金属，为什么金银铜比铁锌铬的延展性更好？ ✓ 把圆铁丝用铁锤打扁后，性能会有何变化？为什么？ ✓ 为什么把冷拉钢丝加热后会变软？ ✓ 为什么说“千锤百炼出好钢”？ ✓ 作为汽车工程材料，选择金属时主要考虑哪些因素？
P.3
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
百度文库
P.11
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
（2）面心立方晶格 fcc
g-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag、Pb 等
P.12
面心立方晶胞
Z
c
a
X
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
bY
晶格常数：a=b=c； a=b=g=90
晶胞原子数： 4 原子半径： 致密度：0. 74
P.13
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
a-Fe、W、V、Mo 等
思考： 1、体心立方晶胞的晶格常数满足什么样的要求？ 2、一个体心立方晶胞包含几个原子？ （注意：放在整个点阵空间中考虑）
P.10
体心立方晶胞
Z
c
a a 2r
a
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
bY
晶格常数：a=b=c； a=b=g=90
晶胞原子数：2
原子半径：
致密度：0.68 致密度=Va /Vc，其中 Vc:晶胞体积a3 Va:原子总体积24r3/3
轻金属：指比重小于5（又有一说是 密度小于4.5克/ 立方厘米）， 包括铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡 。
2、熔点 低熔点金属及合金 难熔金属及合金
3、导电性 4、导热性 5、热膨胀性 6、磁性
P.25
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
（二）材料的化学性能
1、耐腐蚀性 （1）化学腐蚀
Z
Z
Y
X
X
问题：为什么常见的金属材料没有显示各向异向性？
Y
P.15
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能 3. 金属中的实际晶体结构
实际金属晶体结构与理想结构的偏离
单晶体：内部晶格位向完全一致 的晶体（理想晶体）。 如钻石、单晶Si半导体。
多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。如大冰块、常见的金属材料
化学性能
经济性能
有没有足够强度、硬度和韧性， 满足使用要求
好不好进行加工（变形、切削、 焊接等）
是否满足特殊要求导电、导热等
有时候考虑耐腐蚀等问题
价格怎么样，考虑效益
P.24
汽车工程材料 课题3 金属材料的结构与性能
（一）金属的物理性能
1、密度
重金属: 指比重大于4或5的金属，约有45种，如铜、铅、锌、铁、钴 、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命 活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动 所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。