《工程材料及成型技术》讲稿(2)

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当晶体缺陷密度极高时，材料强度也高， 图 1、材料强度δ与晶粒

缺陷密度的关系

因此，强化金属的途径有二：

a.减少晶体缺陷接近理想状态，如单晶，晶须

b.增加晶体缺陷，如淬火，冷加工非晶态。

2．2．合金的晶体结构

一、基本概念

1、合金：由两种或两种以上的元素（称为组元）组成的具有金属性质的物质称为合金。

两个组元组成的称二元合金。三个组元称三元合金。三个以上称多元合金。

2、 相（phase）：合金中具有相同理化性质和晶体结构，并与系统中有界面分开的部分称

为相。合金中只有一个相的称单相合金，两个相以上的称多相合金。 3、 组织（Microstructure）：在显微镜观察下，一个相或几个相的组成物称为组织。组

织中只有一个相称单相组织，两个相以上称多相组织。

二．基本相结构 1、 固溶体

定义：组元A.（溶剂），溶入其它组元（溶质B.C.…）仍然保持组元A晶体结

构的固体称为固溶体。

RB＜0.59溶质原子溶入溶剂晶格间隙 RARB b.臵换固溶体： ＜0.59 溶质原子取代溶剂原子的部分位臵

RA种类：a.间隙固溶体 ：

2、 金属间化合物

定义：当合金中溶质浓度含量超过固溶体溶解度时析出的新相称为化合物。

种类：a.正常价化合物 遵守化合价规律的化合物，如Mg2Sn, Mg2Si等 b.电子化合物 电子浓度＝

价电子数212121,＝，的化合物，

原子个数121314 如CuZn , Cu3Al，等。

c.间隙化合物 过渡族金属元素与原子半径较小的非金属形成的化合物，VC , W2C ,

Fe3C，等。

3、合金的性能

② 固溶体与固溶强化：随着溶质原子浓度增大，固溶体晶格畸度增大，从而导致固

溶体强度和硬度升高，塑韧性有所下降的现象。

固溶体在合金中的相对含量大，称为基体相，化合物相对量较少称为第二相。 ③ 化合物与第二相强化。

化合物的性能：结构复杂，原子结合力强，表现出高硬度，高脆性。

化合物作为第二相与固溶体组成多相合金材料，可提高材料的强度。

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利用第二相来提高材料的强度称为第二相强化。当第二相是弥散质点引起的强化称为弥散强化。

2．3． 高分子材料的结构

一、基本概念

1，单体 能组成高分子化合物的低分子化合物叫单体。单体是高分子的合成材料。例如：

聚乙烯是由低分子乙烯（CH2=CH2）单体组成。

2，链节 先看一个例，聚乙烯分子链的结构式为：

……—CH2—CH2——CH2——……

式中“—CH2—CH2——”是构成聚乙烯的基本单元，即由许多

“—CH2—CH2——”这样的基本单元重复连接而成的，结构单元称为链节。

3，聚合度 高分子所含链节的数目n，称为高分子的聚合度。由此，大分子链的分子量M=

链节的分子量m与聚合度n的乘积。 即M=m×n

4，高分子间的作用力： 分子链中原子间，链节间是共价键结合，强。

高分子链相互作用是分子键结合，弱。

二． 基本结合

1、大分子链的几何形态

①线型结构 整个分子是细长线条状，通常卷曲成不规则的线团，受拉时可伸展成直线。

特点：分子链间没有化学键，易移动，可溶可熔。

②支链型结构 在高分子主链上带有一些小支链，整个分子呈树枝状。

③体型结构 高分子链之间通过支链或化学键连接成网状结构。结构稳定，不溶不熔，

塑性低，脆性大

a.线型 b. 支链型 c. 体型

图1—18， 高聚物的结构示意图

2， 大分子链的构象及柔顺性

①单键的内旋转 分子键的主链在保持键长和 键角不变的情况下可以任意旋转的现象。

②大分子键的构象 由于单键内旋引起的原子

在空间占据不同位臵所构

成的分子链的各种形象。

③大分子链的柔顺性 由于大分子构象频繁变化 引起大分子不同卷曲程度

图1—19 C—C单键由旋转

3，高聚物的聚集态结构的特性。 示意图

主要指高分子材料内部大分子链之间的几何

排列方式和堆砌状态。根据大分子排列的有序程度可 分为晶态结构和无定形结构。

结晶使分子间作用力增大，因而使高聚 物的 密度、熔点、耐热性、强度、硬度等性能升高，而使 依赖分子链运动的有关性能，如弹性，塑韧性下降。

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高聚物晶区和非晶区示意图:

2.4．陶瓷材料的结构

一、陶瓷的概念

陶瓷是由金属和非金属的无机化合物所构成的多晶多相固体材料，是无机非金属材料

的总称。

二、陶瓷的显微组织

可归纳为三种相，见图1-21。 （一）、晶相。

陶瓷的主要组成相。一般由某些固

溶体或化合物组成。从晶体结构上看， 主要有硅酸盐结构和氧化物结构两大

类，还有部分C、N、B的化合物，

见图1-22。 图1.21，陶瓷显微组织示意图 增大组织中的晶相比例 和细化晶粒可提高陶瓷强度和韧性。

图1.22， 硅酸盐结构示意图（部分） （二）玻璃相。

陶瓷在烧结过程不能排列成晶体状态的非晶态物质。 性能：熔点低，热稳定性差，力学性能低于晶相。 应控制在20％——40％范围内。 （三）、气相。

实际上是陶瓷中的气孔主要分布于玻璃相之中，约占5～10％。导致陶瓷的各种性能降低，但能

提高通气性，减少重量。

通过调整三个相的比例，可以控制陶瓷的质量和性能。 三、陶瓷的晶体结构（自学）

思考题：

1、何谓刃型位错？位错密度对材料的力学性能有何影响？

2、臵换原子与间隙原子的固溶强化效果哪个大些？为什么？

3、金属间化合物在结构和性能方面与固溶体有何不同？常见的金属间化合物有几种类型？它们对合金的性能有

何影响？

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第三讲 工程材料的强韧化 授课题目：第三讲工程材料的强韧化 3.1．金属的塑性变形（形变强化） 3.2．金属的结晶（细晶强化） 3.3．铁碳合金相图 3.4．钢的热处理（相变强化） 3.5．钢的合金化 3.6．高分子材料的增强与改性 课时安排 学时 教学目的，要求：

●掌握 1、金属材料的金属形变强化、细晶强化、相变强化的本质； 2、铁碳合金相图的分析与应用； 3、钢的热处理工艺的操作与应用 教学内容

3. 1 金属的塑性变形

一，塑性变形的本质

滑移 就是在切应力作用下，晶体中一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相对另一部分产生位移。

见 吕 P64. F.3.1. 图 3. 1. 单晶体滑移变形示 …… 此处隐藏：2052字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……