工程材料的组织结构培训课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,教学课题：,第,第2章 工,程,程材料的组,织,织结构,1.纯金属,的,的晶体结构,与,与结晶,常见金,属,属晶体结构,实际金,属,属晶体结构,纯金属,的,的结晶,2.合金的,晶,晶体结构与,结,结晶,合金的,相,相结构,合金相,图,图的建立,铁碳合,金,金相图,本章重点内,容,容,学习目的,通过本章的,学,学习，了解常用材,料,料的组织结,构,构，理解和,掌,掌握铁碳合,金,金相图的内,容,容与应用。,1.金属的,结,结晶条件、,规,规律及控制,2.铁碳合,金,金的基本组,织,织,3.铁碳合,金,金相图的内,容,容、意义与,应,应用,2.1.1,金,金属的晶,体,体结构,晶体,材料的原子,（,（离子、分,子,子）在三维,空,空间呈规则,的,的周期性排,列,列的物体。,如,如金刚石、,水,水晶、氯化,钠,钠、金属等,。,。,非晶体,材料的原子,（,（离子、分,子,子）在三维,空,空间无规则,排,排列的物体,。,。如松香、,玻,玻璃等。,2.1.1,金,金属的晶,体,体结构,晶体结构,晶体中原子,（,（离子或分,子,子）规则排,列,列的方式。,晶格,假设通过原,子,子（离子）,结,结点的中心,划,划出许多空,间,间直线所形,成,成的空间格,架,架。,晶胞,能反映晶格,特,特征的最小,组,组成单元,。,。,晶格常数,晶胞的三个,棱,棱边的长度a,b,c,及,及三条棱,边,边夹角,。,一、常见金,属,属晶体结构,体心立方晶,格,格,常见的BCC金属有：,钼,钼（Mo）,、,、钨（W）,、,、钒（V）,、,、铬、铌、,-Fe等,。,。,晶胞原子数,是指在一,个,个晶胞中所,含,含的原子数,目,目。为1/88+1=2个；原,子,子半径BCC为：r=3/4a；致密度,BCC为4/3r,3,2=0.68；配位,数,数是指晶,格,格中与任一,原,原子最邻近,且,且等距离的,原,原子数目。BCC为8,个,个；空隙半,径,径BCC,有,有两种空隙,半,半径，四面,体,体空隙半径0.29r,，,，八面体空,隙,隙半径0.15r。,一、常见金,属,属晶体结构,面心立方晶,格,格,常见的面心,立,立方晶格金,属,属有：铝、,铜,铜、镍、金,、,、银、-Fe等。,晶胞原子数,FCC为4个。原子,半,半径FCC为2/4a；致密,度,度FCC,为,为74,；,；配位数12个；,空,空隙半径,四,四面体空隙,半,半径0.225r；八,面,面体空隙半,径,径0.414r。,一、常见金,属,属晶体结构,密排六方晶,格,格,常见的密排,六,六方晶格金,属,属有：镁、,镉,镉（Cd）,、,、锌、铍（Be）等。,晶胞原子数,HCP为6个。原子,半,半径HCP为1/2a；致密度,HCP为74；配,位,位数12,个,个；空隙半,径,径四面体,空,空隙半径0.225r,，,，八面体,空,空隙半径0.414r,。,。,二、实际金,属,属晶体结构,多晶体结构,二、实际金,属,属晶体结构,实际金属晶,体,体中的缺陷,空位,间隙原,子,子,刃型位,错,错,1.点缺陷,三维尺度上,都,都很小，不,超,超过几个原,子,子直径的缺,陷,陷。,空位；,间,间隙原子,2.线缺陷,二维尺度很,小,小而第三维,尺,尺度很大的,缺,缺陷。,刃型位错,；,；螺型位,错,错,3.面缺陷,二维尺度很,大,大而第三维,尺,尺度很小的,缺,缺陷。,晶界；,亚,亚晶界,二、实际金,属,属晶体结构,实际金属晶,体,体中的缺陷,对,对材料性能,的,的影响,1.点缺陷,造成局部晶,格,格畸变,使,金,金属的电阻,率,率;屈服强,度,度增加,密,密度发生变,化,化。,2.线缺陷,形成位错对,金,金属的机械,性,性能影响很,大,大，位错极,少,少时，金属,强,强度很高，,位,位错密度越,大,大，金属强,度,度也会提高,。,。,3.面缺陷,晶界和亚晶,界,界越多，晶,粒,粒越细，金,属,属强度越高,，,，金属塑变,的,的能力越大,，,，塑性越好,。,。,2.1.2,纯,纯金属的,结,结晶,凝固,液态L固,态,态SS可,以,以是非晶体,。,。,结晶,一种原子排,列,列状态过渡,为,为另一种原,子,子 规则排,列,列状态(晶,态,态)的转变,过,过程。,一,一,次,次结晶：L,S晶态,二,二次结晶,：,：SS晶,态,态,一、纯金属,冷,冷却曲线分,析,析,过冷：纯金,属,属实际结晶,温,温度总是低,于,于理论结晶,温,温度，为什,么,么？,冷却速度越,快,快，过冷度,越,越大。,冷却曲线上,出,出现平台，,为,为什么？,出现“平台,”,”是由于纯,金,金属结晶时,会,会放出“结,晶,晶潜热”，,抵,抵消外界对,它,它的冷却作,用,用。当结晶,结,结束后，没,有,有“结晶潜,热,热”放出，,纯,纯金属将会,以,以原来的冷,却,却速度继续,冷,冷却下来。,只有当液体,的,的过冷度达,到,到一定的大,小,小，结晶过,程,程才能开始,进,进行,过冷是金属,结,结晶的必要,条,条件。,过冷度,T,=,T,0,T,1,二、纯金属,结,结晶过程,形核,自发形核,非自发形核,长大,平面长大,树枝状长大,三、晶粒尺,寸,寸的控制,晶粒大小如,何,何衡量？,为什么要对,晶,晶粒尺寸进,行,行控制？,影响晶粒尺,寸,寸的因素有,哪,哪些？,如何控制晶,粒,粒的尺寸？,三、晶粒尺,寸,寸的控制,晶粒度,单位面积上,的,的晶粒数目,或,或晶粒的平,均,均线长度(,或,或直径)。,晶粒大小对,材,材料性能的,影,影响（细晶,强,强化）,晶粒越细，,金,金属的强度,、,、硬度越高,，,，塑性、韧,性,性越好。,影响晶粒度,的,的因素,过冷度T,提,提高，N提,高,高、G提高,过,过冷T太,高,高，N降低,、,、G降低,三、晶粒尺,寸,寸的控制,晶粒大小的,控,控制,变质处理,在液态金属,中,中加入孕育,剂,剂或变质剂,作,作为非自发,晶,晶核的核心,，,，以细化晶,粒,粒和改善组,织,织。,提高过冷,度,度,附加振动、,搅,搅拌等。,2.2.1,合,合金的相,结,结构,基本概念,合金的相结,构,构,相图,的,的建,立,立,一、,基,基本,概,概念,合金,由两,种,种或,两,两种,以,以上,的,的金,属,属元,素,素或,金,金属,元,元素,和,和非,金,金属,元,元素,组,组成,的,的具,有,有金属,特,特性的物,质,质。,普,普,通,通黄,铜,铜：Cu+Zn45,钢,钢:,铁,铁碳,合,合金,合金,除,除具,备,备纯,金,金属,的,的基,本,本特,性,性外,，,，还,可,可以,拥,拥有,纯,纯金,属,属所,不,不能,达,达到,的,的一,系,系列,机,机械,特,特性,与,与理,化,化特,性,性,如,如高,强,强度,、,、高,硬,硬度,、,、高,耐,耐磨,性,性、,强,强,磁,磁性,、,、耐,蚀,蚀性,等,等。,一、,基,基本,概,概念,组元,组成,合,合金,的,的独,立,立的,，,，最,基,基本,的,的单,元,元。,合金,系,系：,若干,给,给定,组,组元,，,，以,不,不同,配,配比,，,，配,制,制出,的,的一,系,系列,不,不同,成,成分,、,、不,同,同性,能,能的,合,合金,组元,可,可以,是,是金,属,属、,非,非金,属,属或,稳,稳定,化,化合,物,物。,一、,基,基本,概,概念,相,在物,质,质中,，,，凡,是,是成,分,分相,同,同，,结,结构,相,相同,并,并与,其,其他,部,部分,以,以界,面,面分,开,开的,均,均匀,组,组成,部,部分,，,，称,为,为相,。,。,在固,态,态下,，,，物,质,质可,以,以是,单,单相,的,的，,也,也可,以,以是,多,多相,的,的。,铁在,同,同素,异,异构,转,转变,过,过程,中,中，,会,会出,现,现相,的,的变,化,化。,纯铁,是,是单,相,相的,，,，而,钢,钢一,般,般是,双,双相,或,或是,多,多相,的,的。,固态,白,白铜(铜,与,与镍,二,二元,合,合金)是,单,单相,的,的。,合金,中,中有,两,两类,基,基本,相,相：,固,固溶,体,体和,金,金属,化,化合,物,物。,一、,基,基本,概,概念,组织,组织,是,是指,用,用肉,眼,眼或,显,显微,镜,镜等,所,所观,察,察到,的,的材,料,料的,微,微观,形,形貌,。,。,合金,的,的组,织,织是,由,由数,量,量、,大,大小,、,、形,状,状和,分,分布,方,方式,不,不同,的,的各,种,种相,所,所组,成,成的,。,。,不同,组,组织,具,具有,不,不同,的,的性,能,能。,由不,同,同组,织,织构,成,成的,材,材料,具,具有,不,不同,的,的性,能,能。,同一,种,种钢,经,经过,不,不同,的,的热,处,处理,可,可以,获,获得,不,不同,的,的组,织,织，,从,从而,获,获得,不,不同,的,的性,能,能。,45,钢,钢经,过,过不,同,同的,热,热处,理,理可,以,以获,得,得珠,光,光体,、,、索,氏,氏体,、,、屈,氏,氏体,、,、贝,氏,氏体,、,、马,氏,氏体,等,等组,织,织。,并,并获,得,得不,同,同的,性,性能,。,。,二、,合,合金,的,的相,结,结构,固溶,体,体,在一,种,种金,属,属元,素,素的,晶,晶格,中,中，,溶,溶入,另,另一,种,种或,多,多种,元,元素,所,所形,成,成的,相,相；,在,在固,溶,溶体,中,中保,持,持其,原,原晶,体,体结,构,构的,组,组元,（,（元,素,素）,溶,剂,剂，,其,其余,的,的元,素,素（,组,组元,）,）,溶,溶质,。,。,按照溶质,原,原子在溶,剂,剂晶格中,的,的位置不,同,同，可将,固,固溶体分,两,两类：置,换,换固溶体,和,和间隙固,溶,溶体。,二、合金,的,的相结构,固溶体,在一种金,属,属元素的,晶,晶格中，,溶,溶入另一,种,种或多种,元,元素所形,成,成的相；,在,在固溶体,中,中保持其,原,原晶体结,构,构的组元,（,（元素）,溶剂，,其,其余的元,素,素（组元,）,）溶质,。,。,按照溶质,原,原子在溶,剂,剂晶格中,的,的位置不,同,同，可将,固,固溶体分,两,两类：置,换,换固溶体,和,和间隙固,溶,溶体。,固溶体的,性,性能,固溶体与,纯,纯金属相,比,比强度、,硬,硬度升高,。,。固溶体,的,的强度和,塑,塑性、韧,性,性之间有,较,较好的配,合,合，所以,，,，其综合,性,性能较好,，,，常作为,结,结构合金,的,的基体相,。,。,这种通过,形,形成固溶,体,体使金属,强,强度和硬,度,度提高的,现,现象称为,固溶强化。,它是强化,金,金属材料,的,的重要途,径,径之一。,固溶强化,的,的原因：,由于溶质,原,原子的溶,入,入，使固,溶,溶体的晶,格,格发生畸,变,变，晶格,畸,畸变增大,位,位错运动,的,的阻力，,使,使金属滑,移,移变形变,得,得更加困,难,难，变形,抗,抗力增大,，,，从而提,高,高合金的,强,强度和硬,度,度。,二、合金,的,的相结构,金属化合,物,物,它是合金,组,组元相互,作,作用形成,的,的晶格类,型,型和特性,完,完全不同,于,于任一组,元,元的新相,。,。,金属化合,物,物的性能,金属化合,物,物一般具,有,有复杂的,晶,晶格结构,，,，熔点高,，,，硬而脆,。,。当合金,中,中出现金,属,属间化合,物,物时，通,常,常能提高,合,合金的强,度,度、硬度,和,和耐磨性,，,，但会降,低,低塑性和,韧,韧性。金,属,属间化合,物,物是各类,合,合金钢、,硬,硬质合金,及,及许多有,色,色金属的,重,重要组成,相,相。,当金属化,合,合物呈细,小,小颗粒均,匀,匀分布在,固,固溶体基,体,体上时，,将,将显著提,高,高合金的,强,强度、硬,度,度和耐磨,性,性(此现,象,象称为弥散强化)。,二、合金