白版 工程材料 绪论、第1章.ppt

机 械 工 程 材 料 中南大学机电工程学院 机械制造系 抗磨材料研究所 汤晓明 绪 论 0.1中华民族对材料发展的重大贡献 材料是人类用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 1.陶器、瓷器 2.青铜器 3.铁、钢 4.近代材料科学的发展 铁碳相图 C曲线 (3) 面缺陷 面缺陷：一维尺度很小，而二维尺度较大的原子错排区域 。一般指晶界和亚晶界。 亚晶界：是晶粒内的一种面缺陷，对金属的性能有一定的影响。它也可看成是位错线的堆积。 由上可知，实际的金属材料并非完全理想的晶体结构。它不仅是多晶体，而且在晶体内部还存在各式各样的晶体缺陷。晶体缺陷的存在，使晶体缺陷附近的晶 格发生畸变，引起能 量提高，使金属材料 的物理、化学及机械 性能发生显著的变化。 1.1.2合金的晶体结构 合金：由一种金属元素同另一种或几种金属元素或非金属元素，通过熔炼、烧结或其他方法结合成具有金属特性的物质。 组元：组成合金的独立的最基本的单元，可以是金属、非金属元素或稳定化合物。 相：凡是化学成分相同、晶体结构相同，与其它部分有明显分界的均匀组成部分。合金中有两类基本的相结构，固溶体和金属间化合物。 1.固溶体 定义：溶质组元溶液于溶剂晶格中形成的单一的均匀固体。 特点：保持溶剂组元的晶格结构。 (1)固溶体的分类 容剂：与固溶体晶格相同的组元，一般在合金中含量较多。 溶质：固溶体中的另一组元，含量较少的。 置换固溶体：溶质原子部分地取代溶剂原子占据溶剂晶格的结点位置，则称为置换固溶体。 间隙固溶体：是溶质原子溶入溶剂 晶格的间隙中，而不占据晶格结点的位置的固溶体。 置换固溶体：按组元相互之间的溶解能力不同，可分为无限固溶体和有限固溶体。形成无限固溶体的条件为：①两组元具有相同的晶格结构；②两组元在元素周期表中的位置相距很近，并具有相近的原子结构；③两组元的原子半径差不超过15%。否则就形成有限固溶体。 间隙固溶体：形成的条件是溶质原子与溶剂原子的直径比小于0.59，即d溶质/d溶剂≤0.59。间隙固溶体都是有限固溶体。 有限固溶体：当组元之间的原子部分相互取代时形成。 无限固溶体：当组元之间的原子能无限地相互取代时形成。 有序固溶体：溶质原子有规则分布的固溶体。 无序固溶体：溶质原子无规则分布的固溶体。 （2）固溶体的性能 固溶强化：固溶体中由于溶质原子的存在使溶剂金属的晶格产生畸变，从而使固溶体的强度、硬度增加，塑性、韧性稍有降低的强化现象。 2. 金属化合物 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。或称中间相。 金属化合物主要有以下三类： (1)正常价化合物：两组元在元素周期表上相距较远，电化学性质相差较大时，多形成正常价化合物。 (2)电子化合物：电子化合物是按价电子数与原子数的一定比值化合的，服从电子浓度的规律。 (3)间隙化合物：间隙化合物通常是由原子直径较大的过渡金属元素（如Fe、Cr、Mn、Mo、W、V等）和直径很小的非金属元素（如C、N、B等）形成的化合物。可分为两类： a.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。 b.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 金属化合物的性能特点: 1.熔点高，硬度高，脆性大，适合做合金的强化相。 2.特别是钢铁材料中的间隙化合物，当它们的存在合理时，对材料的强度、硬度、耐磨性、红硬性以及工艺性能均有非常重要的意义。 组织由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成。金属材料的组织可以由单相组成，也可以由多相组成。 2.组织的决定因素 金属材料的组织取决于它的化学成分和工艺过程。 1.1.3金属材料的组织 1.组织的概念 组织（显微组织）：用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌。 A.化学成分（如下图1－24） B.工艺过程（如下图1－25） 3.组织与性能的关系 1.2金属材料的性能 1.2.1金属材料的工艺性能： 1