第1章工程材料的分类与键合方式PPT课件

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1、机械工程材料第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式 学习要点：学习要点：1.1 1.1 工程材料的分类工程材料的分类1.2 1.2 材料的键合方式材料的键合方式1.3 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1.4 1.4 合金的相结构合金的相结构机械工程材料 学习要点：学习要点：1.1 1.1 工程材料的分类工程材料的分类1.2 1.2 材料的键合方式材料的键合方式1.3 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1.4 1.4 合金的相结构合金的相结构第第1 1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类1.1 工程材料

2、的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.1.1 金属材料金属材料l 金属材料是以金属键结合为主的材金属材料是以金属键结合为主的材料，具有良好的导电性、导热性、延料，具有良好的导电性、导热性、延展性和金属光泽。展性和金属光泽。l金属材料分为黑色金金属材料分为黑色金属和有色金属两类属和有色金属两类。机械工程材料金属材料金属材料 有色金属有许多优良的物理、化学、低温、有色金属有许多优良的物理、化学、低温、断裂等性能，已成为现代工业中非常重要断裂等性能，已成为现代工业中非常重要的材料。主要包括铝及铝合金、镁及镁合的材料。主要包括铝及铝合金、镁及镁合金、锌及锌

3、合金、铜及铜合金、钛及钛合金、锌及锌合金、铜及铜合金、钛及钛合金，以及镍、铌、钽、贵金属材料金，以及镍、铌、钽、贵金属材料(金、银、金、银、铂铂)等等 机械工程材料机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类1.1.2陶瓷材料陶瓷材料第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式u 陶瓷材料属于无机非金属材料，是以共价键和离子键结合陶瓷材料属于无机非金属材料，是以共价键和离子键结合为主的材料，其性能特点是熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大。为主的材料，其性能特点是熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大。u 陶瓷材料分为传统陶瓷（普通陶瓷）、特种陶瓷（精细陶瓷材料分为传统陶瓷（普通陶瓷）、

4、特种陶瓷（精细陶瓷）和金属陶瓷三类陶瓷）和金属陶瓷三类 。机械工程材料机械工程材料世博意大利馆透明混凝土机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.1.3 高分子材料高分子材料u 高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物，是以分子键高分子材料为有机合成材料，亦称聚合物，是以分子键和共价键结合为主的材料。和共价键结合为主的材料。u 高分子材料具有塑性、耐蚀性、电绝缘性、减振性好及高分子材料具有塑性、耐蚀性、电绝缘性、减振性好及密度小等优良性能。密度小等优良性能。u工程上使用的高分子材料主要包括工程上使用的高分子材料主要包括塑料、橡胶

5、及合成纤维等。塑料、橡胶及合成纤维等。机械工程材料机械工程材料1.1.4 复合材料复合材料l复合材料是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料复合材料是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式l复合材料分为金属基复合材料、复合材料分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料和聚合物基复合陶瓷基复合材料和聚合物基复合材料。材料。机械工程材料 不同的材料具有不同的性能。它们所表现的不同的材料具有不同的性能。它们所表现的性能差异，是

6、由其内部原子的结合方式和排性能差异，是由其内部原子的结合方式和排列结构所决定的。作为工程技术人员，要了列结构所决定的。作为工程技术人员，要了解机械工程材料的性能并合理使用材料，要解机械工程材料的性能并合理使用材料，要掌握其性能特点，就必须从本质上了解它们掌握其性能特点，就必须从本质上了解它们的内部结构及其在外界条件（如加热、冷却的内部结构及其在外界条件（如加热、冷却等）影响下的基本变化规律。等）影响下的基本变化规律。机械工程材料以碳的两种自然形态以碳的两种自然形态(石墨与金刚石石墨与金刚石)说明键合方式的差异如何直接反说明键合方式的差异如何直接反映到材料的性质上来。金刚石是纯共价键晶体，有极高

7、硬度，对电、映到材料的性质上来。金刚石是纯共价键晶体，有极高硬度，对电、热的绝缘性很好，具有三维立体结构。石墨同是纯碳元素的固态形式，热的绝缘性很好，具有三维立体结构。石墨同是纯碳元素的固态形式，却具有层状结构，为六方排列的层却具有层状结构，为六方排列的层(或片或片)，每一层内的每一个碳原于，每一层内的每一个碳原于以以3个电子与邻近的个电子与邻近的3个碳原子以共价留结合，另一个价电子则为该层个碳原子以共价留结合，另一个价电子则为该层内所有碳原子所共有，形成全属键；层与层之间则以范德华力相互作内所有碳原子所共有，形成全属键；层与层之间则以范德华力相互作用。因此，石墨的碳原子层具有非定域电子，电子

8、在层内是容易移动用。因此，石墨的碳原子层具有非定域电子，电子在层内是容易移动的，然而层间却不易。石墨具有一定的金属性质，当然石墨的导电性的，然而层间却不易。石墨具有一定的金属性质，当然石墨的导电性是沿层间进行的，具有明显各向异性。由于键合方式的不同带来它们是沿层间进行的，具有明显各向异性。由于键合方式的不同带来它们力学性能的巨大差异，金刚石可作刀具材料。石墨可用作润滑材料。力学性能的巨大差异，金刚石可作刀具材料。石墨可用作润滑材料。机械工程材料1.2 材料的键合方式材料的键合方式1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方

9、式材料的键合方式 工程材料通常是固态材料，工程材料通常是固态材料，是由各种原子通过原子、离是由各种原子通过原子、离 子或分子结合的特定组合而成的。子或分子结合的特定组合而成的。原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。原子、离子或分子之间的结合力称为结合键。根据结合力的强弱，可以把结合键分为强键（离子键、根据结合力的强弱，可以把结合键分为强键（离子键、共价键及金属键）和弱键（分子键）两类。共价键及金属键）和弱键（分子键）两类。C60机械工程材料1.金属键金属键l周期表中周期表中I I、族元素的原子很容易丢失其价电子而族元素的原子很容易丢失其价电子而成为正离子。成为正离子。l被丢失的价电子为全体原

10、子所公有被丢失的价电子为全体原子所公有,这些公有化的电子叫这些公有化的电子叫做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电做自由电子，它们在正离子之间自由运动，形成所谓电子气。子气。1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式l正离子和电子气之间产生强烈的正离子和电子气之间产生强烈的静电吸引力，使全部离子结合起静电吸引力，使全部离子结合起来。这种结合力就叫做金属键。来。这种结合力就叫做金属键。机械工程材料金属由金属键结合，具有下列特性：金属由金属键结合，具有下列特性：1.1 工程材料的分类工程材料的分类第

11、第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式良好的导电性和导热性。良好的导电性和导热性。正的电阻温度系数，即随温度升高电阻增大。正的电阻温度系数，即随温度升高电阻增大。金属不透明并呈现特有的金属光泽。金属不透明并呈现特有的金属光泽。金属具有良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。金属具有良好的塑性变形能力，金属材料的强韧性好。机械工程材料2.离子键离子键1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式u当元素周期表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素当元素周期

12、表中相隔较远的正电性元素原子和负电性元素原子相接近时，正电性原子失去外层电子变为正离子，负原子相接近时，正电性原子失去外层电子变为正离子，负电性原子获得电子变为负离子。正负离子通过静电引力互电性原子获得电子变为负离子。正负离子通过静电引力互相吸引，当离子间的引力与斥力相等时就形成稳定的离子相吸引，当离子间的引力与斥力相等时就形成稳定的离子键。键。u离子键结合的材料强度高、离子键结合的材料强度高、硬度高、熔点高、脆性大，硬度高、熔点高、脆性大，都是良好的绝缘体，无色透都是良好的绝缘体，无色透明。明。机械工程材料3.共价键共价键1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方

13、式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 共价键是一种强吸引力的结合键。当两个相同共价键是一种强吸引力的结合键。当两个相同原子或性质相近的原子接近时，价电子不会转原子或性质相近的原子接近时，价电子不会转移，原子间借共用电子对所产生的力而结合，移，原子间借共用电子对所产生的力而结合，形成共价键。形成共价键。通过共价键结合的材料同通过共价键结合的材料同样具有强度高、样具有强度高、熔点高、熔点高、脆性大的特点，其导电性脆性大的特点，其导电性依共价键的强弱不同。依共价键的强弱不同。机械工程材料4.分子键分子键1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式

14、工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式l分子键又叫范德瓦尔斯键，是最弱的一种结合分子键又叫范德瓦尔斯键，是最弱的一种结合键。它是靠原子各自内部电子分布不均匀产生键。它是靠原子各自内部电子分布不均匀产生较弱的静电引力，由这种分子力结合起来的键较弱的静电引力，由这种分子力结合起来的键叫做分子键。叫做分子键。l由于结合力很弱，因而由分子键结合的固体材由于结合力很弱，因而由分子键结合的固体材料的熔点和硬度都比较低。因无电子存在，都料的熔点和硬度都比较低。因无电子存在，都是良好的绝缘材料。是良好的绝缘材料。机械工程材料1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1.1 工程材料的分类工程材

15、料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构 1.3.1晶体与非晶体晶体与非晶体 晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下晶体是指原子呈规则排列的固体。常态下金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向金属主要以晶体形式存在。晶体具有各向异性。异性。非晶体是指原子呈无序排列的固体。非晶体是指原子呈无序排列的固体。在一定条件下晶体在一定条件下晶体和非晶体可互相转和非晶体可互相转化。化。机械工程材料1.3.2晶格与晶胞晶格与晶胞1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类

16、与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构图图1-1 晶格与晶胞晶格与晶胞机械工程材料晶胞晶胞1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构 晶格中能代表晶体原子晶格中能代表晶体原子 排列规律的最小几何单排列规律的最小几何单 元称为晶胞；元称为晶胞；晶胞在三维空间中重复晶胞在三维空间中重复 排列便可构成晶格和晶排列便可构成晶格和晶 体。体。晶格尺寸（晶格常数晶格尺寸（晶格常数）：）：a、b、c、；机械工程材料1.3.3晶面和晶向表

17、示法晶面和晶向表示法1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构u晶面晶面:晶体中各方位上的原子面称晶面。晶体中各方位上的原子面称晶面。u晶向晶向:各方向上的原子列称晶向。各方向上的原子列称晶向。u晶面指数：表示晶面的符号称晶面指数。晶面指数：表示晶面的符号称晶面指数。u晶向指数：表示晶向的符号称晶向指数。晶向指数：表示晶向的符号称晶向指数。机械工程材料1)晶面指数晶面指数1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1

18、.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构图图1-2 常见晶面指数的确定示意图常见晶面指数的确定示意图机械工程材料2）晶向指数）晶向指数1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构图1-3 常见晶向指数的确定示意图机械工程材料晶面族与晶向族晶面族与晶向族1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构(hkl)与与uvw

19、分别表示的是一组平行的晶向和晶分别表示的是一组平行的晶向和晶面。面。指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶向和指数虽然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面称作晶向族或晶面族。分别用晶面称作晶向族或晶面族。分别用hkl和和表示。表示。机械工程材料立方晶系常见的晶面为：立方晶系常见的晶面为：1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构)111()111()111()111(:111)110()011()101()011()101()110(:110)001()010()100

20、(:100 、机械工程材料立方晶系常见的晶向为：立方晶系常见的晶向为：1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构 111 111 111 111:111 110011 101 011101110:110001010100:100 、机械工程材料1.3.4 三种常见的金属晶格类型三种常见的金属晶格类型1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构

21、原子半径：晶胞中原子密度最原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距的一半。大方向上相邻原子间距的一半。晶胞原子数：一个晶胞内所包晶胞原子数：一个晶胞内所包含的原子数目。含的原子数目。配位数配位数:晶格中与任一原子距晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目离最近且相等的原子数目.致密度：晶胞中原子本身所占致密度：晶胞中原子本身所占的体积百分数。的体积百分数。机械工程材料1.体心立方晶格体心立方晶格1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构图图1-4 体心立方晶格的

22、晶胞示意图体心立方晶格的晶胞示意图机械工程材料体心立方晶格体心立方晶格1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构晶格常数：晶格常数：a(a=b=c)a43r=：原子半径原子半径原子个数：原子个数：2配位数：配位数：8致密度：致密度：0.68常见金属：常见金属：-Fe、Cr、W、Mo、V、Nb等等机械工程材料2.面心立方晶格面心立方晶格1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1

23、.3 金属的晶体结构金属的晶体结构图图1-5 面心立方晶格的晶胞示意图面心立方晶格的晶胞示意图机械工程材料面心立方晶格面心立方晶格1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构 a42r=：原子半径原子半径原子个数：原子个数：4配位数：配位数：12致密度：致密度：0.74常见金属：常见金属：-Fe、Ni、Al、Cu、Pb、Au等等晶格常数：晶格常数：a机械工程材料机械工程材料3.密排六方晶格密排六方晶格1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方

24、式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构图图1-6 密排六方晶格的晶胞示意图密排六方晶格的晶胞示意图 机械工程材料密排六方晶格密排六方晶格1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构原子个数：原子个数：6配位数配位数：12致密度：致密度：0.74常见金属：常见金属：Mg、Zn、Be、Cd等等晶格常数：底面边长晶格常数：底面边长 a 和高和高 c，c/a=1.633a21r=：原子半径原子半径机械工程材料 锌合金

25、水龙头锌合金水龙头 镁合金滚梯踏板镁合金滚梯踏板机械工程材料1.3.5 合金的晶体结构合金的晶体结构1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构u合金是由两种或两种以上的合金是由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金金属元素或金属元素与非金属元素通过冶炼等方法结合属元素通过冶炼等方法结合而成的具有金属特性的物质。而成的具有金属特性的物质。u所谓相是指金属或合金中凡所谓相是指金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与成分相同、结构相同，并与其它部分有界面分开的均匀其它部分有

26、界面分开的均匀组成部分。组成部分。u固态合金中的相分为固溶体固态合金中的相分为固溶体和金属化合物两类。和金属化合物两类。Al-Cu两相合金两相合金黄铜黄铜机械工程材料1.固溶体固溶体1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构l合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固合金中其结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称固溶体。用相称固溶体。用、表示。表示。l与固溶体晶体结构相同的元素称溶剂。其它元素称与固溶体晶体结构相同的元素称溶剂。其它元素称溶质。溶质。l固溶体是合金

27、的重要组成相固溶体是合金的重要组成相,实际合金多是单相固溶实际合金多是单相固溶体合金或以固溶体为基的合金。体合金或以固溶体为基的合金。l按溶质原子所处位置分为置换固溶体和间隙固溶体。按溶质原子所处位置分为置换固溶体和间隙固溶体。机械工程材料（1 1）间隙固溶体间隙固溶体1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构溶质元素原子处于溶剂元素原子组成的晶格空溶质元素原子处于溶剂元素原子组成的晶格空隙位置所形成的固溶体。隙位置所形成的固溶体。形成间隙固溶体的溶质元形成间隙固溶体

28、的溶质元素是原子半径较小的非金素是原子半径较小的非金属元素，如属元素，如H、B、C、O、N等。等。机械工程材料（1 1）置换固溶体置换固溶体1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构u溶质元素原子取代了溶剂元素原子组成的晶格中某溶质元素原子取代了溶剂元素原子组成的晶格中某些位置上的溶剂元素原子所形成的固溶体。些位置上的溶剂元素原子所形成的固溶体。u形成置换固溶体的形成置换固溶体的溶质元素原子都是溶质元素原子都是些大原子半径的金些大原子半径的金属原子，例如属原子，例如C

29、r、Ni、Mn、Si等。等。机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构u随溶质含量增加随溶质含量增加,固溶体的强度、硬度增加固溶体的强度、硬度增加,塑性、韧性下塑性、韧性下降降固溶强化固溶强化。u产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变产生固溶强化的原因是溶质原子使晶格发生畸变,使之塑性使之塑性变形抗力增大。变形抗力增大。u与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低。但与纯金属相比，固溶体的强度、硬度高，塑性、韧性低。但与金属化合物相比，其硬度要低

30、得多，而塑性和韧性则要高与金属化合物相比，其硬度要低得多，而塑性和韧性则要高得多。得多。固溶体的性能固溶体的性能u固溶强化是提高金固溶强化是提高金属材料力学性能的属材料力学性能的重要途径之一。重要途径之一。机械工程材料2.金属化合物金属化合物1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构l金属化合物是指合金中其晶格类型与金属化合物是指合金中其晶格类型与组成化合物的各组元晶格类型完全不组成化合物的各组元晶格类型完全不同的固相，并具有明显金属特性。其同的固相，并具有明显金属特

31、性。其性能特点是熔点高、硬而脆。性能特点是熔点高、硬而脆。l当金属化合物以细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使当金属化合物以细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，将使合金的强度、硬度、耐磨性明显提高，这一现象称为弥散合金的强度、硬度、耐磨性明显提高，这一现象称为弥散强化。强化。l金属化合物是合金中重要的强化相，其在合金中的数量、大金属化合物是合金中重要的强化相，其在合金中的数量、大小、形态及分布状况对合金的性能影响很大。小、形态及分布状况对合金的性能影响很大。机械工程材料1.3.6 实际金属中的晶体缺陷实际金属中的晶体缺陷1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工

32、程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构u单晶体单晶体：其内部晶格方位完全一致的晶体。单晶体具有各向：其内部晶格方位完全一致的晶体。单晶体具有各向异性，有较高的强度、抗蚀性、导电性。异性，有较高的强度、抗蚀性、导电性。单晶体与多晶体单晶体与多晶体u 多晶体：多晶体：是由许多彼此位是由许多彼此位向不同、外形不规向不同、外形不规则的晶粒组成的。则的晶粒组成的。其在各个方向上的其在各个方向上的性能大致相同，称性能大致相同，称为伪各向同性。为伪各向同性。机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的

33、分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构在实际金属晶体中，由于结晶条件或加工等方面的在实际金属晶体中，由于结晶条件或加工等方面的影响，使原子的排列规则受到破坏，因而晶体内部影响，使原子的排列规则受到破坏，因而晶体内部存在大量的晶格缺陷。存在大量的晶格缺陷。根据晶格缺陷的几何形状特点，可分为三类，点缺根据晶格缺陷的几何形状特点，可分为三类，点缺陷、线缺陷、面缺陷。陷、线缺陷、面缺陷。机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构

34、金属的晶体结构点缺陷是指在三维尺度上都很小的，不超过几个原子直径的点缺陷是指在三维尺度上都很小的，不超过几个原子直径的缺陷。如空位、间隙原子、置换原子等。缺陷。如空位、间隙原子、置换原子等。1）点缺陷）点缺陷图图1-9 点缺陷示意图点缺陷示意图机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构 点缺陷的存在，破坏了原子的平衡状态，使晶格发点缺陷的存在，破坏了原子的平衡状态，使晶格发生扭曲生扭曲(称为晶格畸变称为晶格畸变)，从而引起性能变化，使金属，从而引起性能变化

35、，使金属的电阻率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。的电阻率增加，强度、硬度升高，塑性、韧性下降。空位空位间隙原子间隙原子小置换原子小置换原子大置换原子大置换原子机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1）线缺陷）线缺陷 线缺陷指二维尺寸很小而三维尺寸很大的缺线缺陷指二维尺寸很小而三维尺寸很大的缺陷，就是晶体中的位错。陷，就是晶体中的位错。当晶格中一部分晶体相对于另一部分晶当晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体沿某一晶面发生局部滑移时，滑移面体沿某一晶面

36、发生局部滑移时，滑移面上滑移区与未滑移区的交界线称为位错。上滑移区与未滑移区的交界线称为位错。常见的有刃型位错和螺型位错两种。常见的有刃型位错和螺型位错两种。机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构u 刃型位错刃型位错:假设在一个完整晶体的上半部插假设在一个完整晶体的上半部插入一多余的半原子面，它终止于晶体内部，好入一多余的半原子面，它终止于晶体内部，好像切入的刀刃一样，这个多余的半原子面的刃像切入的刀刃一样，这个多余的半原子面的刃边就是刃型位错。边就是

37、刃型位错。u 多余半原子面在滑移面上方的称为正刃型位多余半原子面在滑移面上方的称为正刃型位错，用符号错，用符号“”表示表示u 多余半原子面在滑移面下方的称为负刃型位多余半原子面在滑移面下方的称为负刃型位错，用符号错，用符号“”表示。表示。图1-10 刃型位错示意图机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构图图1-11位错密度对金属强度的位错密度对金属强度的 u位错密度：单位体积内所包含位错密度：单位体积内所包含的位错线总长度。的位错线总长度。u =L/V(

38、cm/cm3或或1/cm2)退火金属的位错密度为退火金属的位错密度为10101012/m2u位错对性能的影响：金属的塑位错对性能的影响：金属的塑性变形主要由位错运动引起，性变形主要由位错运动引起，因此阻碍位错运动是强化金属因此阻碍位错运动是强化金属的主要途径。的主要途径。u减少或增加位错密度都可以提减少或增加位错密度都可以提高金属的屈服强度。高金属的屈服强度。机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1）面缺陷晶界与亚晶界）面缺陷晶界与亚晶界是指二维尺度很

39、大而第三维尺度很小的缺陷。是指二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。(1)晶界晶界 晶粒与晶粒之间的接触界晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界，其晶界宽度面叫做晶界，其晶界宽度为为510个原子间距。晶个原子间距。晶界在空中呈网状。界在空中呈网状。图1-12 晶界的示意图机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构 晶界的特点：晶界的特点：u原子排列不规则；原子排列不规则；u熔点低；熔点低；u耐蚀性差；耐蚀性差；u易产生内吸附，外来原子易在易产生内吸附，外来原子易在

40、晶界偏聚；晶界偏聚；u阻碍位错运动，是强化部位，阻碍位错运动，是强化部位，因而实际使用的金属力求获得因而实际使用的金属力求获得细晶粒；细晶粒；u是相变的优先形核部位。是相变的优先形核部位。显微组织的显示显微组织的显示机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式 1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构(2)亚晶界亚晶界 亚晶粒之间的边界叫亚亚晶粒之间的边界叫亚晶界。亚晶界是位错规则晶界。亚晶界是位错规则排列的结构。例如，亚晶排列的结构。例如，亚晶界可由位错垂直排列成位界可由位错垂直排列成位错墙而构成

41、。错墙而构成。亚晶界是晶粒内的一种亚晶界是晶粒内的一种面缺陷。面缺陷。图 1-13亚晶界机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1.4 合金的相结构合金的相结构1.4 合金的相结构合金的相结构u合金是通过熔炼、烧结或合金是通过熔炼、烧结或其他方法，将一种金属元素其他方法，将一种金属元素同一种或几种其他元素结合同一种或几种其他元素结合在一起所形成的具有金属特在一起所形成的具有金属特性的新物质。性的新物质。u组成合金的最基本的物质组成合金的最基本的物质称为组元

42、，通常是指组成该称为组元，通常是指组成该合金的元素或某些化合物。合金的元素或某些化合物。u根据合金组元数目的多少，根据合金组元数目的多少，把合金分为二元合金、三元把合金分为二元合金、三元合金和多元合金。合金和多元合金。Al-Cu两相合金两相合金黄铜黄铜机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1.4 合金的相结构合金的相结构1.合金中的相合金中的相u在金属或合金中，凡成份在金属或合金中，凡成份相同、结构相同并与其他部相同、结构相同并与其他部分有界面分开的均匀

43、组成部分有界面分开的均匀组成部分，称之为相。分，称之为相。u金属材料可以是单相的，金属材料可以是单相的，也可以由多相组成。也可以由多相组成。u显微组织实质上是指在显显微组织实质上是指在显微镜下观察到的各相晶粒的微镜下观察到的各相晶粒的形态、数量、大小和分布的形态、数量、大小和分布的组合。不同的显微组织导致组合。不同的显微组织导致合金具有不同的性质。合金具有不同的性质。单相单相合金合金两相两相合金合金机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1.4 合金的相结

44、构合金的相结构2.固溶体及金属化合物固溶体及金属化合物u固态合金中的相，按其晶格结构的特点不同，可以分固态合金中的相，按其晶格结构的特点不同，可以分为固溶体和金属化合物两大类。为固溶体和金属化合物两大类。u二者的区别为：二者的区别为：固溶体的晶格结构与合金的某一组成元素的晶格结构相固溶体的晶格结构与合金的某一组成元素的晶格结构相同；同；金属化合物的晶格结构与合金的各组成元素的晶格结构金属化合物的晶格结构与合金的各组成元素的晶格结构均不相同。均不相同。机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式1

45、.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1.4 合金的相结构合金的相结构1）金属化合物的分类）金属化合物的分类（1 1）正常价化合物正常价化合物符合正常原符合正常原子价规律的化合物，成分固定，子价规律的化合物，成分固定，可用确定的化学式表示。如可用确定的化学式表示。如MgMg2 2SiSi（2 2）电子化合物电子化合物符合电子浓度符合电子浓度规律的化合物。如规律的化合物。如CuCu3 3SnSn。电子浓度是指金属化合物中的电子浓度是指金属化合物中的价电子数目与原子数的比值。价电子数目与原子数的比值。Al-Mg-Si合金中的合金中的Mg2SiPb基轴承合金中的电子化合物基轴承合金中的电子化合物机械工程

46、材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1.4 合金的相结构合金的相结构（3 3）间隙化合物间隙化合物由原子直由原子直径较大的过渡族金属元素径较大的过渡族金属元素(Fe(Fe、CrCr、MoMo、W W、V V等等)和原子直径和原子直径较小的非金属元素较小的非金属元素(C(C、N N、B B、H H等等)所组成。所组成。根据晶体结构特点，间隙根据晶体结构特点，间隙化合物又可分成简单结构的化合物又可分成简单结构的间隙化合物和复杂结构的间间隙化合物和复杂结构的间隙化合

47、物两类。隙化合物两类。Al-Mg-Si合金中的合金中的Mg2SiPb基轴承合金中的电子化合物基轴承合金中的电子化合物机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1.4 合金的相结构合金的相结构 a.间隙相：间隙相：r非/r金0.59时形 成的具有简单晶格结构的间隙化合物。如：VC、WC、TiC等。间隙相具有金属特征和极高的硬度及熔点，非常稳定。部分碳化物和所有氮化物属于间隙相。VC的结构的结构机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料

48、的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1.4 合金的相结构合金的相结构b.具有复杂结构间隙化合物具有复杂结构间隙化合物当当r非非/r金金0.59时形成复杂结构时形成复杂结构间隙化合物。间隙化合物。如如Fe3C、Cr23C5、Cr7C3等。等。Fe3C称渗碳体，是钢中重要称渗碳体，是钢中重要组成相，具有复杂斜方晶格。组成相，具有复杂斜方晶格。高温合金中的高温合金中的Cr23C6Fe3CFe3C晶格机械工程材料1.1 工程材料的分类工程材料的分类第第1章章 工程材料的分类与键合方式工程材料的分类与键合方式1.2 材料的键合方式材料的键合方式1.3 金属的晶体结构金属的晶体结构1.4 合金的相结构合金的相结构2）金属化合物的性能）金属化合物的性能u 由于金属化合物一般具有复杂的化合键和晶由于金属化合物一般具有复杂的化合键和晶格结构，因此其熔点高，硬而脆。格结构，因此其熔点高，硬而脆。u 合金中的金属化合物使合金的强度、硬度和合金中的金属化合物使合金的强度、硬度和耐磨性提高，但会降低塑性和韧性。耐磨性提高，但会降低塑性和韧性。u 金属化合物是碳钢、合金钢、硬质合金和许金属化合物是碳钢、合金钢、硬质合金和许多有色合金的重要强化相。多有色合金的重要强化相。