般工程材料的结构特点.ppt
《般工程材料的结构特点.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《般工程材料的结构特点.ppt(28页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、1.3 1.3 一般工程材料的结构特点一般工程材料的结构特点Structure Characteristics of General Engineering Materialsl l1.3.1 1.3.1 1.3.1 1.3.1 晶体材料的基本相结构晶体材料的基本相结构晶体材料的基本相结构晶体材料的基本相结构 Basic phase Basic phase structure of crystal materialsstructure of crystal materialsl l1.3.2 1.3.2 1.3.2 1.3.2 聚合物的结构聚合物的结构聚合物的结构聚合物的结构 Polymer
2、StructuresPolymer Structures l l1.3.3 1.3.3 1.3.3 1.3.3 无机材料(陶瓷材料)的结构无机材料(陶瓷材料)的结构无机材料(陶瓷材料)的结构无机材料(陶瓷材料)的结构 S S S Structure of tructure of inorganic materials inorganic materials l l本章小结本章小结 summarysummaryl l阅读材料阅读材料1 1 非晶态结构与非晶态材料非晶态结构与非晶态材料 Amorphous Structues and Amorphous Amorphous Structues an
3、d Amorphous MaterialsMaterials l 1.1.组元、相、组织与合金的概念组元、相、组织与合金的概念l l(1 1 1 1)组元()组元()组元()组元(constituentconstituentconstituentconstituent)组成材料的最基本、独立的物质称为组成材料的最基本、独立的物质称为“组元组元”。组元。组元可以是纯元素,也可是稳定化合物。金属材料的组元多为纯元素可以是纯元素,也可是稳定化合物。金属材料的组元多为纯元素,无机材料则多为化合物。无机材料则多为化合物。l l(2 2 2 2)相()相()相()相(phasephasephasephas
4、e)材料中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并与其它材料中具有同一聚集状态、同一化学成分、同一结构并与其它部分有界面分开的均匀组成部分部分有界面分开的均匀组成部分称为称为“相相相相”。若材料是由成分、结构相同的同种晶粒构成若材料是由成分、结构相同的同种晶粒构成的,尽管各晶粒之间有界面隔开,但它们仍属于同一种相。若材料是由成分、结构都不相的,尽管各晶粒之间有界面隔开,但它们仍属于同一种相。若材料是由成分、结构都不相同的几部分构成,则它们应属于不同的相。例如工业纯铁是单相合金同的几部分构成,则它们应属于不同的相。例如工业纯铁是单相合金(如左下图所示),(如左下图所示),共析碳钢在室温下由铁素
5、体和渗碳体两相共析碳钢在室温下由铁素体和渗碳体两相(如下图所示)(如下图所示)组成,而陶瓷材料则由晶相、玻组成,而陶瓷材料则由晶相、玻璃相璃相(即非晶相即非晶相)与气相三相所组成与气相三相所组成(如右下图所示如右下图所示如右下图所示如右下图所示)。1.3.1 1.3.1 晶体材料的基本相结构晶体材料的基本相结构 Structure Structure Structure Structure Characteristics of Common Engineering MaterialsCharacteristics of Common Engineering MaterialsCharacter
6、istics of Common Engineering MaterialsCharacteristics of Common Engineering Materials铁铁铁铁 素素素素 体体体体 珠珠珠珠 光光光光 体体体体陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷l 1.1.组元、相、组织与合金的概念组元、相、组织与合金的概念1.3.1 1.3.1 晶体材料的基本相结构晶体材料的基本相结构 Structure Structure Structure Structure Characteristics of Common Engineering MaterialsCharacteristics of Common
7、Engineering MaterialsCharacteristics of Common Engineering MaterialsCharacteristics of Common Engineering Materials铁铁铁铁 素素素素 体体体体 珠珠珠珠 光光光光 体体体体陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷“相结构相结构相结构相结构”指的是相中原子的具体排列规律,即相的晶体结构。指的是相中原子的具体排列规律,即相的晶体结构。(3 3 3 3)组织()组织()组织()组织(microstructuremicrostructuremicrostructuremicrostructure)与相的关系)与
8、相的关系)与相的关系)与相的关系 “组织组织”是与是与“相相”有紧密联系的有紧密联系的概念概念。“相相”是构成组织的最基本组成部分是构成组织的最基本组成部分;但是当但是当“相相”的大小、形态与分布不的大小、形态与分布不同时会构成不同的微观形貌同时会构成不同的微观形貌(图象图象),各自成为独立的单相组织,或与别的相一起形,各自成为独立的单相组织,或与别的相一起形成不同的复相组织。成不同的复相组织。例如左下图所示工业纯铁的显微组织就是由单相例如左下图所示工业纯铁的显微组织就是由单相 构成的组织,构成的组织,而正下图所示共析碳钢的显微组织则是由而正下图所示共析碳钢的显微组织则是由 相与相与FeFe3
9、 3C C相层片交替、相间分布共同相层片交替、相间分布共同构成的组织(即称珠光体)。而普通陶瓷则由右下图所示晶相、玻璃相和气相所构成的组织(即称珠光体)。而普通陶瓷则由右下图所示晶相、玻璃相和气相所组成。组成。l 1.1.1.1.组元、相、组织与合金的概念组元、相、组织与合金的概念组元、相、组织与合金的概念组元、相、组织与合金的概念l l组织是材料性能的决定性因素。组织是材料性能的决定性因素。组织是材料性能的决定性因素。组织是材料性能的决定性因素。相同条件下,相同条件下,材料的性能随其组织的不同而变化。材料的性能随其组织的不同而变化。因此在因此在工业生产中,工业生产中,控制和改变材料的组织具有
10、相当重要意义。控制和改变材料的组织具有相当重要意义。控制和改变材料的组织具有相当重要意义。控制和改变材料的组织具有相当重要意义。由于一般固体材料不透明,故需由于一般固体材料不透明,故需先制备金相试样,包括样品的截取、磨光和抛光等步骤,把欲观察面制成平整而光滑如镜先制备金相试样,包括样品的截取、磨光和抛光等步骤,把欲观察面制成平整而光滑如镜的表面,然后经过一定的浸蚀,再在金相显微镜下观察其显微组织的表面,然后经过一定的浸蚀,再在金相显微镜下观察其显微组织(如左下图所示)。(如左下图所示)。(如左下图所示)。(如左下图所示)。l l(4 4 4 4)合金)合金)合金)合金 由两种或两种以上金属元素
11、或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性由两种或两种以上金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质称为的物质称为“合金合金合金合金”。例如,黄铜是铜和锌组成的合金,碳钢和铸铁是铁和碳组成的合金。例如,黄铜是铜和锌组成的合金,碳钢和铸铁是铁和碳组成的合金。由给定组元可按不同比例配制出一系列不同成分的合金,这一系列合金就构成一个合金系由给定组元可按不同比例配制出一系列不同成分的合金,这一系列合金就构成一个合金系统,简称合金系。两组元组成的为二元系,三组元组成的为三元系等。统,简称合金系。两组元组成的为二元系,三组元组成的为三元系等。1.3.1 1.3.1 晶体材料的基本相结构晶体材料的
12、基本相结构 Structure Structure Structure Structure Characteristics of Common Engineering MaterialsCharacteristics of Common Engineering MaterialsCharacteristics of Common Engineering MaterialsCharacteristics of Common Engineering Materials铁铁铁铁 素素素素 体体体体 珠珠珠珠 光光光光 体体体体l l(1 1 1 1)固溶体()固溶体()固溶体()固溶体(solid
13、solutionsolid solutionsolid solutionsolid solution)l定义:指溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的均一、保持溶剂晶体结构的结晶相。其分类如下。定义:指溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的均一、保持溶剂晶体结构的结晶相。其分类如下。l按照溶质原子在溶剂晶格中所占据位置分类按照溶质原子在溶剂晶格中所占据位置分类:li.i.置换固溶体置换固溶体 系指溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体,犹如这些结点系指溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置所形成的固溶体,犹如这些结点上的溶剂原子被溶质原子所置换一样,因此称为置换固溶体,如图上的溶剂原子被溶质原子所置换一
14、样,因此称为置换固溶体,如图1-17a1-17a示。当溶质原子与溶示。当溶质原子与溶剂原子的直径、电化学性质等较为接近时,一般可形成置换固溶体。剂原子的直径、电化学性质等较为接近时,一般可形成置换固溶体。lii.ii.间隙固溶体间隙固溶体 溶质原子不是占据溶剂晶格的正常结点位置,而是嵌入溶剂原子间的一些间溶质原子不是占据溶剂晶格的正常结点位置,而是嵌入溶剂原子间的一些间隙中,如图隙中,如图1-17b1-17b示。当溶质原子直径示。当溶质原子直径(如如C C、N N等元素等元素)远小于溶剂原子远小于溶剂原子(如如FeFe、CoCo、NiNi等过渡等过渡族金属元素等族金属元素等)时,一般形成间隙固
15、溶体。时,一般形成间隙固溶体。2.2.晶体材料的基本相结构晶体材料的基本相结构图图图图1.17 1.17 1.17 1.17 固溶体的两种类型固溶体的两种类型固溶体的两种类型固溶体的两种类型置换固溶体置换固溶体间隙固溶体间隙固溶体l l(1 1 1 1)固溶体()固溶体()固溶体()固溶体(solid solutionsolid solutionsolid solutionsolid solution)l按固态溶解度分类按固态溶解度分类:l li.i.i.i.有限固溶体有限固溶体有限固溶体有限固溶体 在一定条件下,溶质原子在固溶体中的浓度有一定限度,超过此限在一定条件下,溶质原子在固溶体中的浓
16、度有一定限度,超过此限度就不再溶解了。这一限度称为溶解度或固溶度,这种固溶体称为有限固溶体,大度就不再溶解了。这一限度称为溶解度或固溶度,这种固溶体称为有限固溶体,大部分固溶体都属于此类部分固溶体都属于此类(间隙固溶体只能是有限固溶体间隙固溶体只能是有限固溶体)。l lii.ii.ii.ii.无限固溶体无限固溶体无限固溶体无限固溶体 溶质原子能以任意比例溶入溶剂溶质原子能以任意比例溶入溶剂,固溶体的溶解度可达固溶体的溶解度可达100%100%,这种固溶体称无限固溶体。无限固溶体只能是置换固溶体,且溶质与溶剂原子晶格这种固溶体称无限固溶体。无限固溶体只能是置换固溶体,且溶质与溶剂原子晶格类型相同
17、,电化学性质相近,原子尺寸相近等。如类型相同,电化学性质相近,原子尺寸相近等。如Cu-NiCu-Ni系合金可形成无限固溶体。系合金可形成无限固溶体。2.2.晶体材料的基本相结构晶体材料的基本相结构形成无限固溶体示意图形成无限固溶体示意图形成无限固溶体示意图形成无限固溶体示意图l l(1 1 1 1)固溶体()固溶体()固溶体()固溶体(solid solutionsolid solutionsolid solutionsolid solution)l按溶质原子和溶剂原子的相对分布分类按溶质原子和溶剂原子的相对分布分类:l li.i.无序固溶体无序固溶体无序固溶体无序固溶体 溶质原子随机分布于溶
18、剂的晶格中,它或占据溶剂原子等同的一些位置,溶质原子随机分布于溶剂的晶格中,它或占据溶剂原子等同的一些位置,或占据溶剂原子间的间隙中,看不出什么次序或规律性,这类固溶体称无序固溶体。或占据溶剂原子间的间隙中,看不出什么次序或规律性,这类固溶体称无序固溶体。l lii.ii.有序固溶体有序固溶体有序固溶体有序固溶体 当溶质原子按适当比例并按一定顺序和一定方向,围绕着溶剂原子分布时,当溶质原子按适当比例并按一定顺序和一定方向,围绕着溶剂原子分布时,这种固溶体称有序固溶体。它既可是置换式的有序,也可是间隙式的有序。这种固溶体称有序固溶体。它既可是置换式的有序,也可是间隙式的有序。2.2.晶体材料的基
19、本相结构晶体材料的基本相结构有序固溶体示意图有序固溶体示意图有序固溶体示意图有序固溶体示意图l l(1 1 1 1)固溶体()固溶体()固溶体()固溶体(solid solutionsolid solutionsolid solutionsolid solution)固溶体的性能特点固溶体的性能特点固溶体的性能特点固溶体的性能特点 形成固溶体时,形成固溶体时,由于溶质原子的溶入而使固溶体的晶格发生畸变,由于溶质原子的溶入而使固溶体的晶格发生畸变,位错运动的阻力增加,从而提高了材料的强度和硬度,这种现象称为固溶强化。位错运动的阻力增加,从而提高了材料的强度和硬度,这种现象称为固溶强化。一般说来,
20、固溶体的硬度、屈服强度和抗拉强度等总比组成其纯组元的平均值高,随溶质原一般说来,固溶体的硬度、屈服强度和抗拉强度等总比组成其纯组元的平均值高,随溶质原子浓度的增加,硬度和强度也随之提高子浓度的增加,硬度和强度也随之提高(如左下图所示)。(如左下图所示)。溶质原子与溶剂原子的尺寸差别溶质原子与溶剂原子的尺寸差别越大,所引起的晶格畸变也越大,强化效果则越好。由于间隙原子造成的晶格畸变比置换原越大,所引起的晶格畸变也越大,强化效果则越好。由于间隙原子造成的晶格畸变比置换原子大,所以其强化效果也较好。在塑、韧性方面,如延伸率、断面收缩率和冲击韧度等,固子大,所以其强化效果也较好。在塑、韧性方面,如延伸
21、率、断面收缩率和冲击韧度等,固溶体要比组成它的两纯组元平均值低溶体要比组成它的两纯组元平均值低(如右下图所示),(如右下图所示),但比一般化合物要高得多。但比一般化合物要高得多。综之,固溶体比纯组元和化合物具有较为优越的综合力学性能。因此,固溶体具有良好的塑综之,固溶体比纯组元和化合物具有较为优越的综合力学性能。因此,固溶体具有良好的塑综之,固溶体比纯组元和化合物具有较为优越的综合力学性能。因此,固溶体具有良好的塑综之,固溶体比纯组元和化合物具有较为优越的综合力学性能。因此,固溶体具有良好的塑性、韧性性、韧性性、韧性性、韧性,同时比纯组元有较高的硬度、强度。因此,各种金属材料总是以固溶体为基体
22、相。同时比纯组元有较高的硬度、强度。因此,各种金属材料总是以固溶体为基体相。同时比纯组元有较高的硬度、强度。因此,各种金属材料总是以固溶体为基体相。同时比纯组元有较高的硬度、强度。因此,各种金属材料总是以固溶体为基体相。2.2.晶体材料的基本相结构晶体材料的基本相结构晶格畸变示意图晶格畸变示意图晶格畸变示意图晶格畸变示意图固溶强化固溶强化固溶强化固溶强化l l(2 2 2 2)化合物)化合物)化合物)化合物 l当元素之间不具备形成固溶体的条件或溶质含量超过了溶剂的溶解度时,在合金中往往会出当元素之间不具备形成固溶体的条件或溶质含量超过了溶剂的溶解度时,在合金中往往会出现新相,新相的结构不同于合
23、金中任一组元,这种新相称为现新相,新相的结构不同于合金中任一组元,这种新相称为化合物化合物。在陶瓷材料中,通常材料。在陶瓷材料中,通常材料的组元即为某化合物。的组元即为某化合物。而金属材料中的化合物可分为金属化合物和非金属化合物。而金属材料中的化合物可分为金属化合物和非金属化合物。l l凡是由相当程度的金属键结合并具有金属特性的化合物称为金属化合物凡是由相当程度的金属键结合并具有金属特性的化合物称为金属化合物凡是由相当程度的金属键结合并具有金属特性的化合物称为金属化合物凡是由相当程度的金属键结合并具有金属特性的化合物称为金属化合物,例如碳钢中的渗碳体例如碳钢中的渗碳体(Fe(Fe3 3C)C)
24、。凡不是金属键结合又不具有金属特性的化合物称为非金属化合物,例如碳钢中依靠离。凡不是金属键结合又不具有金属特性的化合物称为非金属化合物,例如碳钢中依靠离子键结合的子键结合的FeSFeS和和MnSMnS,其在钢中一般称为非金属夹杂物。,其在钢中一般称为非金属夹杂物。l金属化合物的分类金属化合物的分类 金属化合物的种类很多,常见的有以下三种类型金属化合物的种类很多,常见的有以下三种类型:l li.i.i.i.正常价化合物正常价化合物正常价化合物正常价化合物 符合一般化合物的原子价规律,成分固定并可用化学式表示,如符合一般化合物的原子价规律,成分固定并可用化学式表示,如MgMg2 2SiSi等。等。
25、2.2.晶体材料的基本相结构晶体材料的基本相结构ii.ii.电子化合物电子化合物电子化合物电子化合物 不遵守原子价规律,而服不遵守原子价规律,而服从电子浓度从电子浓度(价电子总数与原子数之比价电子总数与原子数之比)规规律。电子浓度不同,所形成化合物的晶格律。电子浓度不同,所形成化合物的晶格类型也不同。例如左图类型也不同。例如左图Cu-Zn合金中,当合金中,当电子浓度为电子浓度为3/2时,形成化合物时,形成化合物CuZn,其,其晶体结构为晶体结构为BCC(简称为简称为相相);电子浓度为电子浓度为21/13时,形成化合物时,形成化合物Cu5Zn8,其晶体结,其晶体结构为复杂立方晶格构为复杂立方晶格
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工程 材料 结构 特点
限制150内