材料第1章金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能

1、2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院1第第1 1章章 金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能課本第課本第1 1章章1.11.1和和1.21.2的內(nèi)容的內(nèi)容 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院2n晶體的三大特征：晶體的三大特征： 原子排列有序；有固定的熔點(diǎn)；各向異性。原子排列有序；有固定的熔點(diǎn)；各向異性。n晶格和晶胞晶格和晶胞caX b YZ簡(jiǎn)單立方晶體簡(jiǎn)單立方晶體（a） 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) （b） 晶格晶格 （c） 晶胞晶胞一、晶體的概念一、晶體的概念2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵

2、電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院3姓名語(yǔ)文數(shù)學(xué)英語(yǔ)物理李小紅85939094劉兵8394曾小玲8189 （a） （b） （c）體心立方晶胞體心立方晶胞（a） 模型；模型； （b） 晶胞；晶胞； （c） 晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù)屬于這種晶格類(lèi)型的金屬有屬于這種晶格類(lèi)型的金屬有-Fe、Cr、W、Mo、V等等 （1）晶格常數(shù)：）晶格常數(shù)：a=b=c,=90 （2）晶胞原子數(shù)：是指在一個(gè)晶胞中所含的原子數(shù)目。）晶胞原子數(shù)：是指在一個(gè)晶胞中所含的原子數(shù)目。1+81/8=2 （3）原子半徑：是指晶胞中原子密度最大的方向上相鄰兩原子間平衡距）原子半徑：是指晶胞中原子密度最大的方向上相鄰兩原子間平衡距 離的

3、一半，或晶胞中相距最近的兩個(gè)原子間距的一半。體心立方晶離的一半，或晶胞中相距最近的兩個(gè)原子間距的一半。體心立方晶 胞：胞：二、常見(jiàn)純金屬的晶格類(lèi)型二、常見(jiàn)純金屬的晶格類(lèi)型34a1、體心立方晶胞、體心立方晶胞BCC Body-Centered Cube 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院4姓名語(yǔ)文數(shù)學(xué)英語(yǔ)物理李小紅85939094劉兵8394曾小玲8189 （a） （b） （c）體心立方晶胞體心立方晶胞（a） 模型；模型； （b） 晶胞；晶胞； （c） 晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù)（4）配位數(shù)：是指晶格中與任一原子最鄰近且等距離的原子數(shù)目，為）配位數(shù)：是

4、指晶格中與任一原子最鄰近且等距離的原子數(shù)目，為8（5）致密度：是指晶胞中原子本身所占有的體積百分?jǐn)?shù)，也稱(chēng)密排系）致密度：是指晶胞中原子本身所占有的體積百分?jǐn)?shù)，也稱(chēng)密排系數(shù)。致密度數(shù)。致密度=晶胞中原子所占有的體積晶胞中原子所占有的體積/晶胞的體積晶胞的體積100%。68%（6）空隙半徑：若在晶胞空隙中放入剛性球，則能放入球的最大半徑。）空隙半徑：若在晶胞空隙中放入剛性球，則能放入球的最大半徑。 0.29rr四原子2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院52、面心立方晶胞、面心立方晶胞 FCC Face-Centered Cube （a） （b） （c

5、）面心立方晶胞面心立方晶胞（a） 模型；模型； （b） 晶胞；晶胞； （c） 晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù) 屬于這種晶格類(lèi)型的金屬有屬于這種晶格類(lèi)型的金屬有Fe、Cu 、Al 、Ag、Au、Pb、Ni等。等。74% 74% 12 12 4 4 2 21/21/2a/4a/4a=b=c,a=b=c, = = =90=90o o FCC FCC 致密度致密度 配位數(shù)配位數(shù) 晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù) 原子半徑原子半徑 晶體學(xué)參數(shù)晶體學(xué)參數(shù) 晶胞晶胞 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院63、密排六方晶胞、密排六方晶胞HCP Hexagonal Close-Pack

6、ed （a） （b） （c）密排六方晶胞密排六方晶胞（a） 模型；模型； （b） 晶胞；晶胞； （c） 晶胞原子晶胞原子數(shù)74% 74% 12 12 6 6 a/2 a/2 a=ba=bc c, ,c/a=1.633, c/a=1.633, = =90=90o o, , =120 =120o o HCP HCP 致密度致密度 配位數(shù)配位數(shù) 晶胞原子數(shù)晶胞原子數(shù) 原子半徑原子半徑 晶體學(xué)參數(shù)晶體學(xué)參數(shù) 晶胞晶胞 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院7 在晶體中，由一系列原子所組成的平面在晶體中，由一系列原子所組成的平面稱(chēng)為稱(chēng)為晶面晶面，任意兩個(gè)原子

7、之間連線(xiàn)所指的方向，任意兩個(gè)原子之間連線(xiàn)所指的方向稱(chēng)為稱(chēng)為晶向晶向。為了確定晶向、晶面在晶體中的空。為了確定晶向、晶面在晶體中的空間位向，就需要引入一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)則來(lái)標(biāo)志它間位向，就需要引入一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)則來(lái)標(biāo)志它們，這種統(tǒng)一的標(biāo)志，叫做晶向指數(shù)和晶面指?jìng)?，這種統(tǒng)一的標(biāo)志，叫做晶向指數(shù)和晶面指數(shù)。國(guó)際上通用的是數(shù)。國(guó)際上通用的是密勒（密勒（Miller）指數(shù)）指數(shù)。三、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)三、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院8晶向指數(shù)的確定步驟如下：晶向指數(shù)的確定步驟如下：（1）以晶胞中的某一陣點(diǎn)為原點(diǎn)，以三條棱邊為）以晶胞中的某

8、一陣點(diǎn)為原點(diǎn)，以三條棱邊為X、Y、Z軸，并以晶胞棱邊的長(zhǎng)度為軸，并以晶胞棱邊的長(zhǎng)度為單位長(zhǎng)度；單位長(zhǎng)度；（2）如果所求晶向未通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，過(guò)原點(diǎn)引一條平行于所求晶向的有向直線(xiàn)；）如果所求晶向未通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，過(guò)原點(diǎn)引一條平行于所求晶向的有向直線(xiàn)；（3）在所引直線(xiàn)上取離原點(diǎn)最近的那個(gè)原子，求出其在）在所引直線(xiàn)上取離原點(diǎn)最近的那個(gè)原子，求出其在X、Y、Z軸上的坐標(biāo)；軸上的坐標(biāo)；（4）將三個(gè)坐標(biāo)值按比例化為最小整數(shù)，依次記入方括號(hào)）將三個(gè)坐標(biāo)值按比例化為最小整數(shù)，依次記入方括號(hào) 中，即得所求晶向指數(shù)。中，即得所求晶向指數(shù)。 通常以通常以u(píng)vw表示晶向指數(shù)的普遍形式，若其中某數(shù)為負(fù)值，應(yīng)將負(fù)號(hào)標(biāo)注在該數(shù)

9、表示晶向指數(shù)的普遍形式，若其中某數(shù)為負(fù)值，應(yīng)將負(fù)號(hào)標(biāo)注在該數(shù)的上方，例如的上方，例如 。111110110111100 XYZ立方晶系中的三個(gè)重要晶向立方晶系中的三個(gè)重要晶向 對(duì)于一個(gè)晶向指數(shù)，表示的不是一個(gè)具體的方向，而是所有相互對(duì)于一個(gè)晶向指數(shù)，表示的不是一個(gè)具體的方向，而是所有相互平行，方向一致的晶向。如果兩個(gè)晶向指數(shù)數(shù)值大小相等，符號(hào)相反，平行，方向一致的晶向。如果兩個(gè)晶向指數(shù)數(shù)值大小相等，符號(hào)相反，則這兩組晶向相互平行但是方向相反。則這兩組晶向相互平行但是方向相反。 晶向指數(shù)晶向指數(shù)2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院9n晶向族晶向族

10、在在立方晶系立方晶系中：中：111、111、111、111、111、111、111、111八個(gè)晶向，指的是立方體中四個(gè)對(duì)角線(xiàn)的方向。從晶八個(gè)晶向，指的是立方體中四個(gè)對(duì)角線(xiàn)的方向。從晶體的對(duì)稱(chēng)關(guān)系來(lái)看，這一組晶向在性質(zhì)上是等同的，故總稱(chēng)之為體的對(duì)稱(chēng)關(guān)系來(lái)看，這一組晶向在性質(zhì)上是等同的，故總稱(chēng)之為晶向族晶向族。原子排列情況相同，但空間位向不同的所有晶向稱(chēng)為晶。原子排列情況相同，但空間位向不同的所有晶向稱(chēng)為晶向族，用向族，用表示，上述八個(gè)晶向即可用表示，上述八個(gè)晶向即可用表示。表示。 同理，同理，代表：代表：100、010、001、100、010、001 六個(gè)晶向。六個(gè)晶向。 應(yīng)當(dāng)指出，只有在立方晶

11、系中晶向族各晶向指數(shù)可以通過(guò)改應(yīng)當(dāng)指出，只有在立方晶系中晶向族各晶向指數(shù)可以通過(guò)改變指數(shù)和正負(fù)號(hào)的排列組合方式求出。對(duì)于其他晶系并不一定適變指數(shù)和正負(fù)號(hào)的排列組合方式求出。對(duì)于其他晶系并不一定適用。用。 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院10晶面指數(shù)晶面指數(shù)（1）與確定晶面指數(shù)類(lèi)似建立坐標(biāo)系，但坐標(biāo)）與確定晶面指數(shù)類(lèi)似建立坐標(biāo)系，但坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)位于待定晶面之外，原點(diǎn)應(yīng)位于待定晶面之外， 以避免出現(xiàn)零截距。以避免出現(xiàn)零截距。（2）以晶格常數(shù)為長(zhǎng)度單位求出待定晶面在各）以晶格常數(shù)為長(zhǎng)度單位求出待定晶面在各軸上的截距。若晶面與某軸平行，則認(rèn)為該晶軸上的

12、截距。若晶面與某軸平行，則認(rèn)為該晶面在該軸上的截距為無(wú)窮大，其倒數(shù)為零。面在該軸上的截距為無(wú)窮大，其倒數(shù)為零。（3）取截距的倒數(shù)，將其化為最小整數(shù)，置于）取截距的倒數(shù)，將其化為最小整數(shù)，置于圓括號(hào)內(nèi)，寫(xiě)成（圓括號(hào)內(nèi)，寫(xiě)成（hkl）的形式，即得晶面指數(shù)。）的形式，即得晶面指數(shù)。2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院11下圖給出了一些立方晶系中的一些主要晶面的晶面指數(shù)。下圖給出了一些立方晶系中的一些主要晶面的晶面指數(shù)。 XXXYYYZZZ（100）（111）（110）立方晶格中的三種重要晶面立方晶格中的三種重要晶面 與晶向指數(shù)類(lèi)似，如果有截距為負(fù)值，應(yīng)

13、將負(fù)號(hào)記在相應(yīng)與晶向指數(shù)類(lèi)似，如果有截距為負(fù)值，應(yīng)將負(fù)號(hào)記在相應(yīng)的指數(shù)上面。晶面指數(shù)（的指數(shù)上面。晶面指數(shù)（hklhkl）不是指一個(gè)晶面，而是代表一）不是指一個(gè)晶面，而是代表一組相互平行的晶面。當(dāng)兩個(gè)晶面指數(shù)的數(shù)字和順序完全相同而組相互平行的晶面。當(dāng)兩個(gè)晶面指數(shù)的數(shù)字和順序完全相同而符號(hào)相反時(shí)，則這兩個(gè)晶面相互平行。符號(hào)相反時(shí)，則這兩個(gè)晶面相互平行。 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院12n晶面族晶面族 在同一晶體結(jié)構(gòu)中，有些晶面上的原子排列和晶面間距完全相同，在同一晶體結(jié)構(gòu)中，有些晶面上的原子排列和晶面間距完全相同，但具有不同的空間位向，這些

14、晶面均歸并為一個(gè)晶面族，用但具有不同的空間位向，這些晶面均歸并為一個(gè)晶面族，用表示。表示。例如，在立方晶系中：例如，在立方晶系中： 100包括（包括（100）,（010）,（001） 110包括（包括（110）,（101）,（011）,（110）,（101）,（011） 111包括（包括（111）,（111）,（111）,（111） 晶面族不僅包括了相互平行的一組晶面，而且也包括了位向不同，晶面族不僅包括了相互平行的一組晶面，而且也包括了位向不同，但晶面間距相等、原子排列相同的若干組平行晶面。但晶面間距相等、原子排列相同的若干組平行晶面。 在立方晶系中，在立方晶系中， hklhkl 晶面族所包

15、括的晶面可用改變晶面族所包括的晶面可用改變h、k、l的正負(fù)的正負(fù)號(hào)及數(shù)字的排列組合來(lái)求得。但是這種方法不適用于其他晶系。號(hào)及數(shù)字的排列組合來(lái)求得。但是這種方法不適用于其他晶系。 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院13 不同的晶體結(jié)構(gòu)中，不同晶面、不同晶向上的原子排列方式和排列密度不一樣。密排面密排面：原子密度最大的晶面密排方向密排方向：原子密度最大的晶向 講課本P11 表1-1密排面和密排方向密排面和密排方向2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院14 單晶體與多晶體單晶體與多晶體 晶體中原子排列規(guī)律

16、相同，晶格位向一致的晶體，晶體中原子排列規(guī)律相同，晶格位向一致的晶體，稱(chēng)為稱(chēng)為單晶體單晶體。在實(shí)際應(yīng)用中金屬材料中較少的用單晶。在實(shí)際應(yīng)用中金屬材料中較少的用單晶體金屬，工程上使用的金屬材料，都是由很多小晶體體金屬，工程上使用的金屬材料，都是由很多小晶體組成的，這些小晶體內(nèi)部的晶格位向是均勻一致的，組成的，這些小晶體內(nèi)部的晶格位向是均勻一致的，而它們之間，晶格位向卻彼此不同，這些外形不規(guī)則而它們之間，晶格位向卻彼此不同，這些外形不規(guī)則的顆粒狀小晶體稱(chēng)為的顆粒狀小晶體稱(chēng)為晶粒晶粒。每一個(gè)晶粒相當(dāng)于一個(gè)單。每一個(gè)晶粒相當(dāng)于一個(gè)單晶體。晶粒與晶粒之間的界面稱(chēng)為晶體。晶粒與晶粒之間的界面稱(chēng)為晶界晶界。

17、這種由許多。這種由許多晶粒組成的晶體稱(chēng)為晶粒組成的晶體稱(chēng)為多晶體多晶體。 四、實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)四、實(shí)際金屬的晶體結(jié)構(gòu)單晶體：?jiǎn)尉w：內(nèi)部晶格位向完全一致：各自異性多晶體：多晶體：由許多位向各不相同的單晶體塊組成：各自同性 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院15純鐵的多晶體結(jié)構(gòu)純鐵的多晶體結(jié)構(gòu)2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院161晶體缺陷：晶體缺陷： 實(shí)際晶體中存在著偏離（破壞）晶格周期性和規(guī)則性的部分實(shí)際晶體中存在著偏離（破壞）晶格周期性和規(guī)則性的部分 。 a、 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 b、 線(xiàn)缺陷（

18、位錯(cuò)）線(xiàn)缺陷（位錯(cuò)） c、 面缺陷面缺陷 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院17a、 點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷 晶格結(jié)點(diǎn)處或間隙處，產(chǎn)生偏離理想晶體的變化晶格結(jié)點(diǎn)處或間隙處，產(chǎn)生偏離理想晶體的變化 空位：空位： 晶格結(jié)點(diǎn)處無(wú)原子 置換原子：置換原子： 晶格結(jié)點(diǎn)處為其它原子占據(jù) 間隙原子：間隙原子： 原子占據(jù)晶格間隙 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院18晶格畸變之空位引起的晶格畸變晶格畸變之空位引起的晶格畸變2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院19晶格畸變之置

19、換原子引起的晶格畸變晶格畸變之置換原子引起的晶格畸變2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院20B、 線(xiàn)缺陷（位錯(cuò)）線(xiàn)缺陷（位錯(cuò)） 二維尺度很小，另一維尺度很大的原子錯(cuò)排二維尺度很小，另一維尺度很大的原子錯(cuò)排 （1）刃型位錯(cuò)）刃型位錯(cuò) （a)a)立體模型立體模型 （b b）平面圖）平面圖 刃型位錯(cuò)示意圖刃型位錯(cuò)示意圖 G H E F2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院21位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)示意位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)示意2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院22（2）螺型位錯(cuò)）螺型位

20、錯(cuò) 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院23CBAD(b)（a）立體模型）立體模型 ；（；（b）平面圖）平面圖 螺型位錯(cuò)示意圖螺型位錯(cuò)示意圖ABCD(a )2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院24螺型位錯(cuò)示意圖2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院25螺型位錯(cuò)示意圖2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院26鈦合金中的位錯(cuò)線(xiàn)位錯(cuò)線(xiàn)2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)

21、院27c、 面缺陷面缺陷 一維尺度很小，而二維尺度較大的原子錯(cuò)排區(qū)域一維尺度很小，而二維尺度較大的原子錯(cuò)排區(qū)域 晶界、亞晶界等晶界、亞晶界等 區(qū)域：區(qū)域：2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院28n 晶界晶界 晶界是兩相鄰晶粒間的過(guò)渡界面。由于相鄰晶粒間彼晶界是兩相鄰晶粒間的過(guò)渡界面。由于相鄰晶粒間彼此位向各不相同，故晶界處的原子排列與晶內(nèi)不同，它們此位向各不相同，故晶界處的原子排列與晶內(nèi)不同，它們因同時(shí)受到相鄰兩側(cè)晶粒不同位向的綜合影響，而做無(wú)規(guī)因同時(shí)受到相鄰兩側(cè)晶粒不同位向的綜合影響，而做無(wú)規(guī)則排列或近似于兩者取向的折衷位置的排列，這就形成了則

22、排列或近似于兩者取向的折衷位置的排列，這就形成了晶體中的重要的面缺陷。晶體中的重要的面缺陷。 晶界是晶體中的一種重要的缺陷。由于晶界上的原子晶界是晶體中的一種重要的缺陷。由于晶界上的原子排列不規(guī)則，脫離平衡位置，所以晶界具有較高的能量，排列不規(guī)則，脫離平衡位置，所以晶界具有較高的能量，使其具有一系列不同于晶粒內(nèi)部的特征。例如，晶界比晶使其具有一系列不同于晶粒內(nèi)部的特征。例如，晶界比晶粒容易被腐蝕，熔點(diǎn)較低；原子沿晶界擴(kuò)散速度快；在常粒容易被腐蝕，熔點(diǎn)較低；原子沿晶界擴(kuò)散速度快；在常溫下晶界對(duì)金屬的塑性變形起阻礙作用。因此，金屬材料溫下晶界對(duì)金屬的塑性變形起阻礙作用。因此，金屬材料晶粒愈細(xì)小，則

23、晶粒愈多，其室溫強(qiáng)度愈高。晶粒愈細(xì)小，則晶粒愈多，其室溫強(qiáng)度愈高。2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院29n亞晶界亞晶界 實(shí)驗(yàn)表明，在實(shí)際金屬的一個(gè)晶粒內(nèi)部晶格位向?qū)嶒?yàn)表明，在實(shí)際金屬的一個(gè)晶粒內(nèi)部晶格位向也并非一致，而是存在一些位向略有差異的小晶塊也并非一致，而是存在一些位向略有差異的小晶塊（位向差一般不超過(guò)（位向差一般不超過(guò)2）。這些小晶塊稱(chēng)為亞結(jié)構(gòu)。）。這些小晶塊稱(chēng)為亞結(jié)構(gòu)。亞結(jié)構(gòu)之間的界面稱(chēng)為亞晶界。亞晶界實(shí)際上是由一亞結(jié)構(gòu)之間的界面稱(chēng)為亞晶界。亞晶界實(shí)際上是由一系列的位錯(cuò)所組成。亞晶界上原子排列也不規(guī)則，具系列的位錯(cuò)所組成。亞晶界上原子

24、排列也不規(guī)則，具有較高的能量，與晶界類(lèi)似的特征，故細(xì)化亞結(jié)構(gòu)，有較高的能量，與晶界類(lèi)似的特征，故細(xì)化亞結(jié)構(gòu)，可顯著提高金屬的強(qiáng)度?？娠@著提高金屬的強(qiáng)度。 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院30 晶界示意圖 亞晶界示意圖2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院31工業(yè)純鐵的晶界2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院32五、五、 合金的晶體結(jié)構(gòu)和組織合金的晶體結(jié)構(gòu)和組織 合金相結(jié)構(gòu)合金相結(jié)構(gòu) 相：相：凡是化學(xué)成分相同化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同晶體結(jié)構(gòu)相同，與其

25、它部分有明顯分界明顯分界的均勻組成部分均勻組成部分。液態(tài)物質(zhì)為液相，固態(tài)物質(zhì)為固相。 固態(tài)合金中有兩類(lèi)基本的相結(jié)構(gòu)，固溶體固溶體和金金屬化合物屬化合物。2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院331、固溶體、固溶體組元通過(guò)溶解形成一種成分和性能均勻的，且結(jié)構(gòu)與組元之一相同的固相稱(chēng)為固溶體A（B）。A：溶劑 B：溶質(zhì)。固溶體用、 、 等符號(hào)表示。無(wú)序固溶體 有序固溶體 分布有序度 無(wú)限固溶體 有限固溶體溶解度 原子半徑較小 間隙固溶體 晶格類(lèi)型相同,原子半徑相差不大,電化學(xué)性質(zhì)相近置換固溶體 溶質(zhì)原子的位置 2021年年11月月11日星期四日星期四北京

26、郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院34 置換固溶體置換固溶體 溶劑原子 溶質(zhì)原子 置換固溶體示意圖置換固溶體示意圖固溶體中溶質(zhì)原子引起的晶格畸變示意圖固溶體中溶質(zhì)原子引起的晶格畸變示意圖 （a）正畸變）正畸變 （b）負(fù)畸變）負(fù)畸變(a)(b)2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院35 當(dāng)溶質(zhì)與溶劑原子半徑的比值當(dāng)溶質(zhì)與溶劑原子半徑的比值rb/ra0.59時(shí)，形成間隙固時(shí)，形成間隙固溶體。溶質(zhì)原子填充到溶劑晶格的間隙中形成間隙固溶體，如溶體。溶質(zhì)原子填充到溶劑晶格的間隙中形成間隙固溶體，如圖所示。形成間隙固溶體的溶質(zhì)原子通常都是一些原子半徑小圖

27、所示。形成間隙固溶體的溶質(zhì)原子通常都是一些原子半徑小的非金屬元素，如氫（的非金屬元素，如氫（0.046nm）、氧（）、氧（0.061nm）、氮）、氮（0.071nm）、碳（）、碳（0.077nm）、硼（）、硼（0.097nm），溶劑則大），溶劑則大多數(shù)是過(guò)渡族元素。多數(shù)是過(guò)渡族元素。 溶劑原子溶質(zhì)原子 間隙固溶體示意圖間隙固溶體示意圖 間隙固溶體間隙固溶體2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院36固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 由于溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格產(chǎn)生晶格畸度而造成材料硬度由于溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格產(chǎn)生晶格畸度而造成材料硬度升高，塑性和韌性沒(méi)有明顯降低。升高，

28、塑性和韌性沒(méi)有明顯降低。溶質(zhì)原子溶入溶質(zhì)原子溶入晶格畸變晶格畸變位錯(cuò)遠(yuǎn)動(dòng)阻力上升位錯(cuò)遠(yuǎn)動(dòng)阻力上升金屬塑性變形困難金屬塑性變形困難強(qiáng)度、硬度升高。強(qiáng)度、硬度升高。2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院372、金屬化合物、金屬化合物 在合金中，溶質(zhì)原子濃度超過(guò)固溶體的固在合金中，溶質(zhì)原子濃度超過(guò)固溶體的固溶極限時(shí)，將會(huì)形成一種晶格結(jié)構(gòu)，特性完全溶極限時(shí)，將會(huì)形成一種晶格結(jié)構(gòu)，特性完全不同于任一組元的新相，因其具有金屬性質(zhì)，不同于任一組元的新相，因其具有金屬性質(zhì)，稱(chēng)之為金屬化合物。由于它們常處在相圖的中稱(chēng)之為金屬化合物。由于它們常處在相圖的中間位置，所以

29、又被稱(chēng)為中間相。中間相分為正間位置，所以又被稱(chēng)為中間相。中間相分為正常價(jià)化合物、電子化合物和間隙化合物三種。常價(jià)化合物、電子化合物和間隙化合物三種。2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院38（1）正常價(jià)化合物）正常價(jià)化合物 正常價(jià)化合物就是符合原子價(jià)規(guī)律的，受正常價(jià)化合物就是符合原子價(jià)規(guī)律的，受電負(fù)性控制的一種金屬化合物。如電負(fù)性控制的一種金屬化合物。如MnS、MgS、Mg2Si 等。正常價(jià)化合物的熔點(diǎn)，硬度及脆性等。正常價(jià)化合物的熔點(diǎn)，硬度及脆性均較高。均較高。 2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院

30、39（2）電子化合物）電子化合物 電子化合物通常是IB族或過(guò)渡族元素與B、A、A和A族元素所組成，它們不遵守化合價(jià)規(guī)律而是按照一定電子濃度比值（化合物中價(jià)電子數(shù)與原子數(shù)之比）形成金屬間化合物。電子濃度不同，晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型也不同。 主要以金屬鍵結(jié)合， 具有明顯的金屬特性，熔點(diǎn)和硬度較高，塑性較差。2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院40（3）間隙化合物）間隙化合物 間隙化合物主要是過(guò)渡族金屬元素和碳、氮等原子半徑較小的非金屬間隙化合物主要是過(guò)渡族金屬元素和碳、氮等原子半徑較小的非金屬元素所形成的化合物。分為間隙相和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。參見(jiàn)課元素所形

31、成的化合物。分為間隙相和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的間隙化合物。參見(jiàn)課本表本表1-2. 間隙化合物間隙化合物Fe3C（滲碳體）（滲碳體）VC2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院41 二、工程材料的性能二、工程材料的性能1. 使用性能：物理、化學(xué)、力學(xué)性能； 2. 工藝性能：鑄造、鍛、焊、切削等。表征材料在給定外界條件下的行為材料的性能材料的性能2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院42（1）材料的強(qiáng)度）材料的強(qiáng)度 （2）塑性）塑性工程材料的力學(xué)性能工程材料的力學(xué)性能2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自

32、動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院43（3）硬度）硬度 抵抗外物壓入的能力，稱(chēng)為硬度綜合性能指標(biāo)。 1布氏硬度布氏硬度HB 試驗(yàn)最初由瑞典工程師 Johan August Brinell（1849年-1925年）于1900年提出。布氏硬度是第一個(gè)被廣泛用于工程學(xué)及冶金學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化硬度試驗(yàn)。此試驗(yàn)方法因壓痕較大和對(duì)待測(cè)材料損傷明顯，應(yīng)用受到一定限制。 布氏硬度試驗(yàn)一般采用直徑10毫米的球形鋼壓頭，用一定的負(fù)荷（試驗(yàn)力）壓入被測(cè)材料表面。常見(jiàn)的試驗(yàn)力可高達(dá)3,000千克力(29千牛頓)；對(duì)于軟的材料則可用較小的負(fù)荷。如果試驗(yàn)材料很硬，則以碳化鎢球壓頭代替鋼壓頭。保持負(fù)荷一定時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量材料表

33、面留下的壓痕之直徑。2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院44適用于未經(jīng)淬火的鋼、鑄鐵、有色金屬適用于未經(jīng)淬火的鋼、鑄鐵、有色金屬或質(zhì)地輕軟的軸承合金?；蛸|(zhì)地輕軟的軸承合金。 P = 負(fù)荷 (千克力)D = 壓頭直徑 (毫米)d = 壓痕直徑 (毫米)200 HBS 10/1000/30硬度值為200，鋼球壓頭，直徑是10mm，在1000Kg力下保持30秒HBW（使用硬質(zhì)合金球）2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院452洛氏硬度（金剛石壓頭或鋼球壓頭）洛氏硬度（金剛石壓頭或鋼球壓頭） 洛氏硬度試驗(yàn)是簡(jiǎn)

34、便、迅速的洛氏硬度試驗(yàn)是簡(jiǎn)便、迅速的硬度硬度測(cè)試方法。洛氏硬度試驗(yàn)方法廣泛應(yīng)用測(cè)試方法。洛氏硬度試驗(yàn)方法廣泛應(yīng)用于于生產(chǎn)生產(chǎn)制造制造、科學(xué)科學(xué)研究研究的各個(gè)領(lǐng)域。的各個(gè)領(lǐng)域。 洛氏硬度試驗(yàn)是用標(biāo)準(zhǔn)型壓頭在先后兩次對(duì)被試材料表面施加洛氏硬度試驗(yàn)是用標(biāo)準(zhǔn)型壓頭在先后兩次對(duì)被試材料表面施加試驗(yàn)力試驗(yàn)力（初（初試驗(yàn)力試驗(yàn)力F0與總試驗(yàn)力與總試驗(yàn)力F0 + F1），在試驗(yàn)力的作用下壓頭壓入試樣表面。在總），在試驗(yàn)力的作用下壓頭壓入試樣表面。在總試驗(yàn)力保持一定時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力試驗(yàn)力保持一定時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力F1，保留初始試驗(yàn)力，保留初始試驗(yàn)力F0的情況下測(cè)量的情況下測(cè)量壓入深度，以總試驗(yàn)力下壓入深度

35、與在初試驗(yàn)力下的壓入深度之差（即所謂的壓入深度，以總試驗(yàn)力下壓入深度與在初試驗(yàn)力下的壓入深度之差（即所謂的殘余壓入深度）來(lái)表征硬度的高低，殘余壓入深度值越大，硬度值越低，反之殘余壓入深度）來(lái)表征硬度的高低，殘余壓入深度值越大，硬度值越低，反之亦然。亦然。2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院46洛氏硬度常用標(biāo)尺有：洛氏硬度常用標(biāo)尺有：B、C、A三種三種HRB標(biāo)尺用于測(cè)試各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、部分不銹鋼標(biāo)尺用于測(cè)試各種退火鋼、正火鋼、軟鋼、部分不銹鋼及較硬的銅合金。及較硬的銅合金。 HRC標(biāo)尺用于測(cè)試淬火鋼、回火鋼、調(diào)質(zhì)鋼和部分不銹鋼。標(biāo)尺用于測(cè)

36、試淬火鋼、回火鋼、調(diào)質(zhì)鋼和部分不銹鋼。這是金屬加工行業(yè)應(yīng)用最多的硬度試驗(yàn)方法。這是金屬加工行業(yè)應(yīng)用最多的硬度試驗(yàn)方法。 HRA標(biāo)尺盡管也可用于大多數(shù)黑色金屬，但是實(shí)際應(yīng)用上一標(biāo)尺盡管也可用于大多數(shù)黑色金屬，但是實(shí)際應(yīng)用上一般只限于測(cè)試硬質(zhì)合金和薄硬鋼帶材料。般只限于測(cè)試硬質(zhì)合金和薄硬鋼帶材料。2021年年11月月11日星期四日星期四北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院473、維氏硬度維氏硬度HV 英文詞條名：英文詞條名：Vickers-hardness 表示材料硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)。由英國(guó)科學(xué)家維克表示材料硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)。由英國(guó)科學(xué)家維克斯首先提出。斯首先提出。維氏硬度試驗(yàn)最初于維氏硬度試驗(yàn)最初