金属材料的结构与性能课件.ppt
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- 金属材料 结构 性能 课件
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1、 P.21 金属的晶体结构2 金属材料的性能分类3 金属的力学性能指标4 金属的塑性变形5 金属的回复与再结晶 P.3晶体:晶体:金属、金刚石、金属、金刚石、NaClNaCl、雪和冰雪和冰 等。等。液体液体 晶体的概念晶体的概念 晶体晶体 材料中的原子(离子、分子)在三维空间呈规则,周期性排列。材料中的原子(离子、分子)在三维空间呈规则,周期性排列。非晶体非晶体 原子无规则堆积,也称为原子无规则堆积,也称为 “过冷液体过冷液体”。非晶体:非晶体:蜂蜡、松香、玻璃、塑料、蜂蜡、松香、玻璃、塑料、橡胶等橡胶等1 1金属的晶体结构金属的晶体结构 P.4原子(离子)的刚球模型原子(离子)的刚球模型原子
2、中心位置原子中心位置 晶体结构 P.5点阵(晶格)模型讨论:、如何用最简便的方法表达晶格的特征?讨论:、如何用最简便的方法表达晶格的特征?、晶胞(一般为平行六面体)的形状由哪些参数决定?、晶胞(一般为平行六面体)的形状由哪些参数决定?晶晶胞胞 P.6XYZabc棱边长度棱边长度a,b,c及及棱边夹角棱边夹角a,b,ga,b,g称为称为晶格常数晶格常数a ag gb b P.7.三种常见的金属晶体结构三种常见的金属晶体结构(1 1)体心立方晶格)体心立方晶格bccbcc(2 2)面心立方晶格)面心立方晶格fccfcc(3 3)密排六方晶格)密排六方晶格hcphcp P.8(1 1)体心立方晶格)
3、体心立方晶格 bccbcca a-Fe-Fe、W W、V V、Mo Mo 等等思考:思考:1 1、体心立方晶胞的晶格常数满足什么样的要求?、体心立方晶胞的晶格常数满足什么样的要求?2 2、一个体心立方晶胞包含几个原子?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)(注意:放在整个点阵空间中考虑)P.9体心立方晶胞晶格常数:晶格常数:a=b=c;a a=b b=g g=90 晶胞原子数:晶胞原子数:2原子半径:原子半径:致密度:致密度:0.680.68致密度致密度=Va/Vc=Va/Vc,其中,其中Vc:Vc:晶胞体积晶胞体积a3a3Va:Va:原子总体积原子总体积2 2 4 4
4、 r3/3r3/3YZabc2r2raa密排方向密排方向 P.10(2)面心立方晶格 fccg g-Fe-Fe、CuCu、NiNi、AlAl、AuAu、AgAg、Pb Pb 等等 P.11面心立方晶胞晶格常数:晶格常数:a=b=ca=b=c;a a=b b=g g=90=90 晶胞原子数:晶胞原子数:原子半径原子半径:致密度:致密度:0.740.744 4XYZabc密排方向密排方向 P.12(3)密排六方晶格 hcpMgMg、Zn Zn 等等晶格常数晶格常数底面边长底面边长a a底面间距底面间距c cc/a=1.633c/a=1.633侧面间角侧面间角120120 侧面与底面夹角侧面与底面夹
5、角9090 晶胞原子数:晶胞原子数:原子半径:原子半径:致密度:致密度:0.740.746 6个个密排方向密排方向aa/2a/2 P.13各向异性各向异性 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XYZXYZ问题:为什么常见的金属材料没有显示各向异向性?P.143.3.金属中的实际晶体结构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实际金属晶体结构与理想结构的偏离单晶体:单晶体:内部晶格位向完全一致内部晶格位向完全一致 的晶体(理想晶体)。的晶体(理想晶体)。如钻石、单晶如钻石、单晶SiSi半导体。半导体。多晶体多晶体:由许多位向不同的由许多位向
6、不同的晶粒晶粒构成的晶体。如大冰块、常见的金属材料构成的晶体。如大冰块、常见的金属材料晶粒(单晶体)晶粒(单晶体)P.15晶体缺陷类型:(1 1)点缺陷:空位、间隙原子、异类原子)点缺陷:空位、间隙原子、异类原子 (2 2)线缺陷:位错)线缺陷:位错 (3 3)面缺陷:晶界与亚晶界)面缺陷:晶界与亚晶界 P.16(1 1)点缺陷)点缺陷如果间隙原子是其它元素就称为如果间隙原子是其它元素就称为异类原子异类原子(杂质原子)(杂质原子)空位空位 间隙原子间隙原子 P.17(2 2)线缺陷)线缺陷 刃位错与螺位错刃位错与螺位错刃型位错移动 P.18螺旋位错螺旋位错移动 P.19(3 3)面缺陷)面缺陷
7、晶粒(单晶体)晶粒(单晶体)晶界晶界大角晶界 亚晶界 小角晶界 P.20亚晶界亚晶界亚晶界亚晶界面缺陷引起晶格畸变,面缺陷引起晶格畸变,晶粒越细,则晶界越多,晶粒越细,则晶界越多,强度和塑性越高。强度和塑性越高。P.21晶格畸变小原子置换引起的小原子置换引起的晶格畸变晶格畸变间隙原子引起的间隙原子引起的晶格畸变晶格畸变 P.22物理性能物理性能化学性能化学性能工艺性能工艺性能力学性能力学性能(机械性能)(机械性能)经济性能经济性能材料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2 2金属材
8、料的性能分类金属材料的性能分类 P.23(一)金属的物理性能 1 1、密度、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。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 2、熔点、熔点 低熔点金属及合金难熔金属及合金低熔点金属及合金难熔金属及合金 3 3、导电性、导电性 4 4、导热性、导热性 5 5、热膨胀性、热膨胀性 6 6、磁性、磁性 P.
9、24(二)材料的化学性能1 1、耐腐蚀性、耐腐蚀性 (1 1)化学腐蚀)化学腐蚀 (2 2)电化学腐蚀)电化学腐蚀 防止腐蚀的途径:防止腐蚀的途径:形成钝化保护膜、减少电位差、不接触电解质形成钝化保护膜、减少电位差、不接触电解质 常用方法常用方法 :选择耐腐蚀材料、表面处理选择耐腐蚀材料、表面处理 2 2、高温抗氧化性、高温抗氧化性 高温下抵抗氧化和腐蚀的能力高温下抵抗氧化和腐蚀的能力 P.25(三)金属的力学性能(机械性能)常用的力学性能指标有:常用的力学性能指标有:强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳极限等强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳极限等(四)金属的工艺性能 铸造性能(可铸性)铸造性能(
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