1、工程材料的結構與性能工程材料的結構與性能主講老師：孫順平主講老師：孫順平Email: or School of Materials Engineering, Jiangsu University of Technology, Changzhou, 213001, China 提綱提綱1.材料原子材料原子( (或分子或分子) )的相互作用的相互作用2.晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列3.合金的晶體結構合金的晶體結構5.工程材料的性能工程材料的性能4.非金屬材料的晶體結構非金屬材料的晶體結構鈉的原子結構（鈉原子序數 11）11 質子12 中子K shell (n = 1)L shell (n

2、= 2)M shell (n = 3)1s22s22p63s1原子結構1.1 材料原子材料原子(或分子或分子)的相互作用的相互作用1.1 材料原子材料原子(或分子或分子)的相互作用的相互作用結合鍵結合鍵 鍵：相鄰的兩個或多個原子間的相互作用鍵：相鄰的兩個或多個原子間的相互作用 原子、離子或分子之間的結合力稱為原子、離子或分子之間的結合力稱為結合鍵結合鍵。屬于化學范疇的概念，所以也叫屬于化學范疇的概念，所以也叫化學鍵化學鍵 一般可把結合鍵分為一般可把結合鍵分為離子鍵離子鍵、共價健共價健、金屬鍵金屬鍵和和分子鍵分子鍵四種。四種。 1.1 材料原子材料原子(或分子或分子)的相互作用的相互作用1.1.

3、1 離子鍵離子鍵 正、負離子由于靜電引力而相互結合成化合物，這種正、負離子由于靜電引力而相互結合成化合物，這種相互作用就稱為離子鍵。相互作用就稱為離子鍵。 大部分鹽類、堿類和金屬氧化物大部分鹽類、堿類和金屬氧化物:MgO/Al2O3/ZrO2離子鍵的結合力較強，所以離子化合物硬度、熔離子鍵的結合力較強，所以離子化合物硬度、熔點、沸點較高、熱膨脹系數較小。點、沸點較高、熱膨脹系數較小。 1.1 材料原子材料原子(或分子或分子)的相互作用的相互作用1.1.2 共價鍵共價鍵 原子間以形成公用價電子對而結合。原子間以形成公用價電子對而結合。 共價鍵結共價鍵結合極為牢固。合極為牢固。 金剛石、半導體材料

4、金剛石、半導體材料、SiC、Si3N4、BN等化合物等化合物1.1 材料原子材料原子(或分子或分子)的相互作用的相互作用1.1 材料原子材料原子(或分子或分子)的相互作用的相互作用共價鍵的結合力很大，所以共價晶體強度高、硬共價鍵的結合力很大，所以共價晶體強度高、硬度高、熔點高、沸點高、脆性大度高、熔點高、沸點高、脆性大 。 1.1 材料原子材料原子(或分子或分子)的相互作用的相互作用1.1.3 金屬鍵金屬鍵金屬金屬金屬鍵無飽和性和方向性。金屬鍵無飽和性和方向性。 正離子和電子氣之間產生強烈的靜電吸引力，使正離子和電子氣之間產生強烈的靜電吸引力，使全部離子結合起來。這種結合力就叫做金屬鍵。全部離

5、子結合起來。這種結合力就叫做金屬鍵。 1.1.4 分子鍵分子鍵原子或分子間相互作用是依靠分子原子或分子間相互作用是依靠分子(或原子或原子)偶極間的作用力偶極間的作用力(色散力、誘導力、取向力色散力、誘導力、取向力)來完成的。稱為范德華力。來完成的。稱為范德華力。 惰性氣體，分子態氣體。惰性氣體，分子態氣體。1.1 材料原子材料原子(或分子或分子)的相互作用的相互作用范特瓦爾斯力很弱，因此由分子鍵結合的固體材料熔點低、范特瓦爾斯力很弱，因此由分子鍵結合的固體材料熔點低、硬度也很低，因無自由電子，因此材料有良好的絕緣性。硬度也很低，因無自由電子，因此材料有良好的絕緣性。 1.1 材料原子材料原子(

6、或分子或分子)的相互作用的相互作用1.1.5 氫鍵氫鍵 兩種電負性大而原子半徑小的原子與氫結合時，一個形兩種電負性大而原子半徑小的原子與氫結合時，一個形成共價鍵，一個形成氫鍵。成共價鍵，一個形成氫鍵。 HF H2O共價鍵共價鍵離子鍵離子鍵金屬鍵金屬鍵氫鍵氫鍵分子鍵分子鍵鍵的強弱順序鍵的強弱順序1.1 材料原子材料原子(或分子或分子)的相互作用的相互作用金屬的定義：金屬的定義：1.一般一般具有良好導電性、導熱性、延展性和金屬光澤的物質具有良好導電性、導熱性、延展性和金屬光澤的物質銻銻 Sb塑性很差塑性很差鈰鈰 Ce 鐠鐠 Pr 導電性不如石墨導電性不如石墨2. 金屬具有金屬具有正的電阻溫度系數正

7、的電阻溫度系數金屬的特性金屬的特性1. 1. 良好的導電性和導熱性。良好的導電性和導熱性。2. 2. 正的電阻溫度系數。正的電阻溫度系數。3.3.良好的塑性變形能力，金屬材料的強韌性好。良好的塑性變形能力，金屬材料的強韌性好。 金屬鍵沒有方向性，原子間也沒有選擇性，所以在受外力金屬鍵沒有方向性，原子間也沒有選擇性，所以在受外力作用而發生原子位置的相對移動時，結合鍵不會遭到破壞作用而發生原子位置的相對移動時，結合鍵不會遭到破壞4.4.不透明并呈現特有的金屬光澤。不透明并呈現特有的金屬光澤。金屬中的自由電子能吸收，并隨后輻射出大部分投射到表面的光能金屬中的自由電子能吸收，并隨后輻射出大部分投射到表

8、面的光能。金屬鍵金屬鍵金屬中存在大量自由電子，外加電場時電子可以定向地流動。金屬中存在大量自由電子，外加電場時電子可以定向地流動。金屬的導熱性很好。自由電子的活動性很強，金屬離子振動作用導熱金屬的導熱性很好。自由電子的活動性很強，金屬離子振動作用導熱。隨溫度升高電阻增大。隨溫度升高電阻增大。 1.1 材料原子材料原子(或分子或分子)的相互作用的相互作用金屬鍵金屬鍵平衡距離平衡距離規則排列規則排列晶體：晶體：內部質點在三維空間成周期性重復排列的即是內部質點在三維空間成周期性重復排列的即是晶體，反之為晶體，反之為非晶體非晶體 天然的晶體往往具有規則的幾何外形天然的晶體往往具有規則的幾何外形但是晶體

9、與非晶體的區別不是外形而是內部原子排列但是晶體與非晶體的區別不是外形而是內部原子排列晶體及其特征晶體及其特征1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列晶體與非晶體的區別晶體與非晶體的區別 晶體與非晶體是有聯系的，可以相互轉化晶體與非晶體是有聯系的，可以相互轉化 金屬的結構金屬的結構晶態晶態非晶態非晶態玻璃的結構玻璃的結構晶體晶體 長程有序長程有序 有相對固定的熔點有相對固定的

10、熔點 各向異性各向異性非晶體非晶體 短程有序短程有序 無相對固定的熔點無相對固定的熔點 各向同性各向同性晶體結構晶體結構：晶體物質中的原子、分子、離子或者相同性質的原子群、分：晶體物質中的原子、分子、離子或者相同性質的原子群、分子群、離子群的具體的排列方式子群、離子群的具體的排列方式結點：結點：質點的中心位置稱為晶格的結點。點陣中結點僅有幾何意義，并質點的中心位置稱為晶格的結點。點陣中結點僅有幾何意義，并不真正代表任何質點。不真正代表任何質點。晶體點陣：晶體點陣：由這些結點構成的空間總體稱為晶體點陣（空間格子或空間由這些結點構成的空間總體稱為晶體點陣（空間格子或空間點陣）。點陣）。晶體結構與空

11、間點陣晶體結構與空間點陣1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列晶體中質點排列具有周期性：整個晶體可看作由結點沿三個不同的方向晶體中質點排列具有周期性：整個晶體可看作由結點沿三個不同的方向按一定間距重復出現形成的。按一定間距重復出現形成的。晶胞：晶胞：可以從晶體中取出可以從晶體中取出最小晶格最小晶格一個單元，表示晶體結構的特征。一個單元，表示晶體結構的特征。晶胞是從晶體結構中取出來的反映晶體周期性和對稱性的重復單元晶胞是從晶體結構中取出來的反映晶體周期性和對稱性的重復單元。1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列晶體點陣及晶胞的不同取法晶體點陣及晶胞的不同取法晶胞與晶胞參數晶胞與晶胞參

12、數晶胞坐標及晶胞參數晶胞坐標及晶胞參數晶胞晶胞:晶體中的重復單元，平行堆積可充滿三維空間，晶體中的重復單元，平行堆積可充滿三維空間，形成空間點陣形成空間點陣晶胞參數：晶胞的形狀和大小可以用晶胞參數：晶胞的形狀和大小可以用6個參數來表示，個參數來表示，此即晶格特征參數，簡稱晶胞參數。它們是此即晶格特征參數，簡稱晶胞參數。它們是3條棱邊條棱邊的長度的長度a、b、c和和3條棱邊的夾角條棱邊的夾角 、 、 金屬的晶格常數一般為金屬的晶格常數一般為: 110-10 m710-10 m。 1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列1.2 晶體材料的原子排列晶體

13、材料的原子排列常見金屬晶體的晶胞結構常見金屬晶體的晶胞結構（b）面心立方）面心立方（a）體心立方）體心立方（c）密排六方）密排六方1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列原子數：單個晶胞中的原子個數原子數：單個晶胞中的原子個數原子半徑：最近鄰原子距離的一半原子半徑：最近鄰原子距離的一半致密度和配位數能夠反映原子排列的緊密程度致密度和配位數能夠反映原子排列的緊密程度致密度：原子所占的體積與晶胞體積之比致密度：原子所占的體積與晶胞體積之比配位數：晶體結構中與任一原子最近鄰等距離的原子數目配位數：晶體結構中與

14、任一原子最近鄰等距離的原子數目常見金屬晶體的三種結構常見金屬晶體的三種結構 常見體心立方的金屬有常見體心立方的金屬有 -Fe、Cr、V、Mo、Nb、W等等體心立方原子數體心立方原子數體心立方原子半徑體心立方原子半徑體心立方配位數體心立方配位數 8體心立方致密度體心立方致密度 0.68218181.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列體心立方結構體心立方結構a43致密度致密度=Va /Vc=Va /Vc，其中，其中VcVc: :晶胞體積晶胞體積a a3 3VaVa: :原子總體積原子總體積2 2 4 4 r r3 3/3/3致密度：致密度：0.680.68常見面心立方的金屬有常見面心立方的金

15、屬有Au、Ag、Cu、Al、Ni、 -Fe等等面心立方原子數面心立方原子數面心立方原子半徑面心立方原子半徑面心立方配位數面心立方配位數 12面心立方致密度面心立方致密度 0.7442168181.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列面心立方結構面心立方結構a42常見的密排六方結構金屬有常見的密排六方結構金屬有Zn、Mg、Be、Cd、 、 等等密排六方密排六方原子數原子數密排六方密排六方原子半徑原子半徑 密排六方密排六方配位數配位數 12密排六方密排六方致密度致密度 0.74c/a稱之為軸比理想值為稱之為軸比理想值為 6321261121.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列密排六方結構

16、密排六方結構CoTi2a633. 1381.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列立方晶系晶面、晶向表示方法立方晶系晶面、晶向表示方法 晶體中各方位上的原子面稱晶面。晶體中各方位上的原子面稱晶面。 各方向上的原子列稱晶向。各方向上的原子列稱晶向。1. 晶面指數晶面指數 表示晶面的符號稱晶面指數。表示晶面的符號稱晶面指數。 其確定步驟為：其確定步驟為： (1) (1) 選坐標，以晶格中某一原子為原點（注意不要把選坐標，以晶格中某一原子為原點（注意不要把原點放在所求的晶面上），以晶胞的三個棱邊作為原點放在所求的晶面上），以晶胞的三個棱邊作為三維坐標的坐

17、標軸。三維坐標的坐標軸。 (2) (2) 以相應的晶格常數為單位，求出待定晶面在三個軸上以相應的晶格常數為單位，求出待定晶面在三個軸上的截距。的截距。 (3) (3) 求三個截距的倒數。求三個截距的倒數。 (4) (4) 將所得數值化為最小整數，加圓括弧，形式為將所得數值化為最小整數，加圓括弧，形式為(hkl(hkl) )。y = 2 yzxAB (1) (1) 確定原點，建立確定原點，建立坐標系，過原點作所坐標系，過原點作所求晶向的平行線。求晶向的平行線。 (2) (2) 求直線上任一點求直線上任一點的坐標值。的坐標值。 (3) (3) 按比例化為最小按比例化為最小整數整數, ,加方括弧。形

18、加方括弧。形式為式為 uvwuvw 。2. 2. 晶向指數晶向指數 表示晶向的符號稱晶向指數。其確定步驟其確定步驟為：為： 晶面與晶向晶面與晶向 (hkl)與與uvw分別表示的是一組平行的晶向和晶面。分別表示的是一組平行的晶向和晶面。oxyzbacdefgh)100( :abcd)001( :efgh)010( :dcgh)010( :abfe)001( :adhe)100( :bcgfAll of above six planes can be written as 100, being called as Planes of a form.Planes of a form: hkl晶面族

19、晶面族與晶向族晶面族與晶向族 指數雖然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面指數雖然不同，但原子排列完全相同的晶向和晶面稱作稱作晶向族晶向族或或晶面族晶面族。分別用分別用hkl和和表示。表示。單晶體與多晶體單晶體與多晶體 單晶體：結晶方位完全一致的晶體稱為單晶體：結晶方位完全一致的晶體稱為“單晶體單晶體” 單晶體具有各向異性單晶體具有各向異性多晶體：實際金屬結構是有許多單多晶體：實際金屬結構是有許多單晶體組成：晶粒。多晶粒組成的晶晶體組成：晶粒。多晶粒組成的晶體結構稱為多晶體。體結構稱為多晶體。多晶體呈現各多晶體呈現各向同性向同性 偽無向性偽無向性 常溫下，晶粒常溫下，晶粒愈小材料的強度愈小材料

20、的強度愈高，塑性、韌性愈高，塑性、韌性就愈好就愈好1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列多晶型性（同素異構）多晶型性（同素異構）1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列當外部條件改變時（溫度和壓力），金屬內部由一種晶體結構當外部條件改變時（溫度和壓力），金屬內部由一種晶體結構向另一種晶體結構的轉變稱之為多晶型性轉變或者同素異構向另一種晶體結構的轉變稱之為多晶型性轉變或者同素異構轉變轉變石墨與金剛石：高溫高壓下進行，甚至在溫度石墨與金剛石：高溫高壓下進行，甚至在溫度20004000和壓強和壓強6萬萬12萬個大氣壓下，這個轉變速率仍然不大，還需萬個大氣壓下，這個轉變速率仍然不大，還需用鉻

21、、鐵和鉑等作催化用鉻、鐵和鉑等作催化 多晶型性（同素異構）多晶型性（同素異構）1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列實際晶體的結構實際晶體的結構-晶體缺陷晶體缺陷1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列理想晶體：質點嚴格按照空間點陣排列。理想晶體：質點嚴格按照空間點陣排列。實際晶體：存在著各種各樣的結構的不完整性。實際晶體：存在著各種各樣的結構的不完整性。按按幾何形態幾何形態：1.點缺陷點缺陷2.線缺陷線缺陷3.面缺陷面缺陷缺陷的存在會使周圍的原子產生彈性畸變區，即晶格畸變，缺陷的存在會使周圍的原子產生彈性畸變區，即晶格畸變，會改變材料的性能會改變材料的性能點缺陷（零維缺陷）點缺陷（

22、零維缺陷）1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列 缺陷尺寸處于原子大小的數量級上，即三維方向上缺陷的缺陷尺寸處于原子大小的數量級上，即三維方向上缺陷的尺寸都很小。尺寸都很小。 點缺陷與材料的電學性質、光學性質、材料的高溫動力學點缺陷與材料的電學性質、光學性質、材料的高溫動力學過程等有關。過程等有關。線缺陷（一維缺陷）線缺陷（一維缺陷）1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列在一維方向上偏離理想晶體中的周期性、規則性排列所產生在一維方向上偏離理想晶體中的周期性、規則性排列所產生的缺陷，即缺陷尺寸在一維方向較長，另外二維方向上很的缺陷，即缺陷尺寸在一維方向較長，另外二維方向上很短。如各種

23、短。如各種位錯位錯線缺陷的產生及運動與材料的韌性、脆性密切相關。線缺陷的產生及運動與材料的韌性、脆性密切相關。 刃型位錯刃型位錯 螺型位錯螺型位錯u兩種方法完全消除內部的缺陷，使它的強度接近于理論強度（晶須，單晶）增加材料內部的缺陷，提高強度材料強度與位錯密度之間的關系材料強度與位錯密度之間的關系 位錯密度：單位體積內所包含的位錯線總長度。位錯密度：單位體積內所包含的位錯線總長度。1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列面缺陷（二維缺陷）面缺陷（二維缺陷）在二維方向上偏離理想晶體中的周期性、規則性排列而在二維方向上偏離理想晶體中的周期性、規則性排列而產生的缺陷，即缺陷尺寸在二維方向上延伸，

24、在第三維方產生的缺陷，即缺陷尺寸在二維方向上延伸，在第三維方向上很小。如晶界、表面、堆積層錯、向上很小。如晶界、表面、堆積層錯、 相界等。相界等。 面缺陷的取向及分布與材料的斷裂韌性有關。面缺陷的取向及分布與材料的斷裂韌性有關。 小角度晶界小角度晶界 面缺陷面缺陷晶界與亞晶界晶界與亞晶界 晶界是不同位向晶粒的過度部位，晶界是不同位向晶粒的過度部位，寬度為寬度為510個原個原子間距，位向差一般為子間距，位向差一般為2040。 亞晶粒亞晶粒是組成晶粒的尺寸很是組成晶粒的尺寸很小，位向差也很小小，位向差也很小(10 2 )的的小晶塊。小晶塊。亞晶粒之間的交界面稱亞晶粒之間的交界面稱亞晶亞晶界界。晶界

25、的特性晶界的特性 a）在常溫下，晶界對滑移起阻）在常溫下，晶界對滑移起阻礙作用，即表現為晶界強度高。礙作用，即表現為晶界強度高。 b）容易滿足固態相變所需的）容易滿足固態相變所需的能量起伏，新相往往在晶界處能量起伏，新相往往在晶界處形核。形核。 c）晶界處有許多的空位，原）晶界處有許多的空位，原子沿晶界擴散速度快。子沿晶界擴散速度快。 d）抗腐蝕性能差，電阻較高和）抗腐蝕性能差，電阻較高和熔點較低等。熔點較低等。 1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列面缺陷（二維缺陷）面缺陷（二維缺陷）非晶體材料的原子排列非晶體材料的原子排列1.2 晶體材料的原子排列晶體材料的原子排列將液態金屬以快速的

26、速度冷卻下來，可以得到非晶態金屬，將液態金屬以快速的速度冷卻下來，可以得到非晶態金屬，也叫金屬玻璃，當前材料研究的熱點之一。也叫金屬玻璃，當前材料研究的熱點之一。非晶體材料在結構上就是非晶體材料在結構上就是“過冷過冷”的液態，的液態，短程有序短程有序的結構，的結構，有別于晶體的長程有序結構。有別于晶體的長程有序結構。非晶態一般是一種非晶態一般是一種亞穩態亞穩態。1.3.1合金的相、組織及其關系合金的相、組織及其關系 相相是指合金中具有相同的物理、化學性能，是指合金中具有相同的物理、化學性能，并與其余部分以界面分開的物質部分并與其余部分以界面分開的物質部分1.3 合金的晶體結構合金的晶體結構 合

27、金合金是指由兩種或兩種以上金屬、或金屬與非金屬經是指由兩種或兩種以上金屬、或金屬與非金屬經過熔煉、燒結或用其他方法組合而成的具有金屬特性的過熔煉、燒結或用其他方法組合而成的具有金屬特性的物質物質 組元組元是指組成合金最基本、獨立的物質是指組成合金最基本、獨立的物質組織（顯微組織）組織（顯微組織）指在金相顯微鏡下觀察到的金屬材料內部的微觀形貌指在金相顯微鏡下觀察到的金屬材料內部的微觀形貌組織由相構成，組織由相構成，觀察時應分析相的形態、數量、大小和分布方式。觀察時應分析相的形態、數量、大小和分布方式。金屬材料性能由組織決定，金屬材料性能由組織決定，而組織由化學成分和工藝過程決定。而組織由化學成分

28、和工藝過程決定。1.3.2 固溶體固溶體1.按溶質原子在晶格中所占位置分類：按溶質原子在晶格中所占位置分類：置換固溶體置換固溶體間隙固溶體間隙固溶體2.按按固溶度固溶度分類：分類：有限固溶體有限固溶體無限固溶體無限固溶體 Cu-Ni 系系1.3 合金的晶體結構合金的晶體結構將外來組元引入晶體結構，占據主晶相質點位置一部分或間將外來組元引入晶體結構，占據主晶相質點位置一部分或間隙位置一部分，仍保持一個晶相，這種晶體稱為固溶體隙位置一部分，仍保持一個晶相，這種晶體稱為固溶體(即溶質溶解在溶劑中形成固溶體）即溶質溶解在溶劑中形成固溶體）固溶體類型固溶體類型ZXY間隙原子間隙原子間隙固溶體間隙固溶體置

29、換固溶體置換固溶體置換原子置換原子YXZ溶質原子的溶入，使固溶體的晶格發生畸變，變形抗力增溶質原子的溶入，使固溶體的晶格發生畸變，變形抗力增大，金屬的強度及硬度升高的現象大，金屬的強度及硬度升高的現象-固溶強化固溶強化常見化合物可分為正常價化合物、電子化合物、間隙相和間隙化合物。常見化合物可分為正常價化合物、電子化合物、間隙相和間隙化合物。合金組元形成晶格類型與任一組元都不相同的新相合金組元形成晶格類型與任一組元都不相同的新相. Fe3C是鋼鐵中的一種重要的間隙化合物，具有復雜是鋼鐵中的一種重要的間隙化合物，具有復雜的斜方晶格，又稱為的斜方晶格，又稱為滲碳體滲碳體1.3 合金的晶體結構合金的晶

30、體結構1.3.3 金屬間化合物金屬間化合物1.電負性因素電負性因素電負性相差越小越易形成固溶體，反之易形成金屬間化合物電負性相差越小越易形成固溶體，反之易形成金屬間化合物2.原子尺寸因素原子尺寸因素原子尺寸因素可以用組元原子半徑之差與其中一組元原子半原子尺寸因素可以用組元原子半徑之差與其中一組元原子半徑之比表示徑之比表示原子尺寸相差越小越易形成固溶體，反之形成金屬間化合物原子尺寸相差越小越易形成固溶體，反之形成金屬間化合物傾向增大傾向增大3.電子濃度因素電子濃度因素電子濃度是指合金中價電子與其原子數之比電子濃度是指合金中價電子與其原子數之比電子濃度越小越易形成固溶體，反之形成金屬間化合物傾向電

31、子濃度越小越易形成固溶體，反之形成金屬間化合物傾向增大增大1.3 合金的晶體結構合金的晶體結構影響相結構的因素影響相結構的因素BBAAVcVcae/ABArrrr1.3.4 合金性能合金性能1 固溶強化點缺陷固溶強化點缺陷4 第二相強化第二相強化 體缺陷體缺陷實際金屬中的晶體缺陷實際金屬中的晶體缺陷 點缺陷（空位、置換原子、間隙原子）線缺陷（位錯）面缺陷（晶界、相界、表面、層錯）體缺陷（第二相粒子） 實際金屬的強化機制實際金屬的強化機制 2 形變強化形變強化 線缺陷線缺陷3 細晶強化細晶強化 面缺陷面缺陷1.3 合金的晶體結構合金的晶體結構1.4 高聚物的結構高聚物的結構 1.4.1 大分子鏈

32、的結構大分子鏈的結構大分子鏈的幾何形態大分子鏈的幾何形態線型結構線型結構 線型結構是由許多鏈節聯成一條長鏈線型結構是由許多鏈節聯成一條長鏈合成纖維和熱塑性塑料合成纖維和熱塑性塑料(如聚氯乙烯、聚苯乙烯等如聚氯乙烯、聚苯乙烯等)體型結構體型結構 體型結構是分子鏈與分子鏈之間有許多鏈體型結構是分子鏈與分子鏈之間有許多鏈節相互交聯在一起，形成網狀或立體結構節相互交聯在一起，形成網狀或立體結構熱固性塑料熱固性塑料(如酚醛塑料、環氧塑料等如酚醛塑料、環氧塑料等)和硫化橡膠和硫化橡膠1.4 非金屬材料的晶體結構非金屬材料的晶體結構 1.5 陶瓷的結構陶瓷的結構 陶瓷的力學、物理、化學性能主要取決于主晶相。

33、陶陶瓷的力學、物理、化學性能主要取決于主晶相。陶瓷中的晶相主要有硅酸鹽、氧化物和非氧化物瓷中的晶相主要有硅酸鹽、氧化物和非氧化物。1.4 非金屬材料的晶體結構非金屬材料的晶體結構1.7.1 工程材料的力學性能工程材料的力學性能 常見的有強度強度(屈服強度、斷裂強度、疲勞強度等)、塑性塑性、硬度硬度、沖擊韌性和斷裂韌性等。1.7 工程材料的性能工程材料的性能低碳鋼的應力低碳鋼的應力- -應變曲線應變曲線拉伸試樣拉伸試樣拉伸試驗機拉伸試驗機應力應力 = P/F0應變應變 = (l-l0)/l01、彈性和剛度、彈性和剛度 彈性：指標為彈性極限彈性：指標為彈性極限 e e，即即材料承受最大彈性變形時材

34、料承受最大彈性變形時的應力。的應力。 剛度：材料受力時抵抗彈性剛度：材料受力時抵抗彈性變形的能力。指標為彈性模變形的能力。指標為彈性模量量E E 。組織不敏感量組織不敏感量）（MPatgE 2、強度與塑性、強度與塑性屈服強度屈服強度 s：材料發生微量塑性變形時的應力值。：材料發生微量塑性變形時的應力值。條件屈服強度條件屈服強度 0.2：殘余變形量為：殘余變形量為0.2%時的應力值。時的應力值。抗拉強度抗拉強度 b：材料斷裂前所承受的最大應力值。：材料斷裂前所承受的最大應力值。表示材料抵抗微量塑性的能力表示材料抵抗微量塑性的能力反映了材料產生最大均勻變形的抗力反映了材料產生最大均勻變形的抗力 強

35、度強度 是指在外力作用下材料抵抗變形和斷裂的能力，是指在外力作用下材料抵抗變形和斷裂的能力，是材料最重要、最基本的力學性能指標之一。是材料最重要、最基本的力學性能指標之一。 伸長率：伸長率：%100001 lll %100010 FFF 斷面收縮率：斷面收縮率：拉伸試樣的頸縮現象拉伸試樣的頸縮現象塑性塑性 材料在外力作用下，產生塑性變形而材料在外力作用下，產生塑性變形而不斷裂的性能稱為塑性。不斷裂的性能稱為塑性。 塑性是壓力加工成形的重要參數。塑性是壓力加工成形的重要參數。材料具有一定塑性可以提高零件使用的材料具有一定塑性可以提高零件使用的可靠性，防止突然斷裂。可靠性，防止突然斷裂。3、硬度、

36、硬度 （1 1）布氏硬度）布氏硬度HBHB硬度硬度 在外力作用下材料抵抗局部塑性變形的能力在外力作用下材料抵抗局部塑性變形的能力 布氏硬度的優點：測量誤差小，數布氏硬度的優點：測量誤差小，數據穩定。據穩定。 缺點：壓痕大，不能用于太薄件、缺點：壓痕大，不能用于太薄件、成品件。成品件。 壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號壓頭為鋼球時，布氏硬度用符號HBSHBS表示，適用于布表示，適用于布氏硬度值在氏硬度值在450450以下的材料。以下的材料。 壓頭為硬質合金球時，用符號壓頭為硬質合金球時，用符號HBWHBW表示，適用于布表示，適用于布氏硬度在氏硬度在650650以下的材料。以下的材料。布氏硬度壓痕布氏

37、硬度壓痕l適測量退火、正火、調質鋼適測量退火、正火、調質鋼, ,鑄鐵及有色金屬的硬度。鑄鐵及有色金屬的硬度。（2）洛氏硬度）洛氏硬度 洛氏硬度用符號洛氏硬度用符號HR表示表示lHRA用于測量高硬度材料用于測量高硬度材料, 如如硬質合金、表淬層和滲碳層硬質合金、表淬層和滲碳層。lHRB用于測量低硬度材料用于測量低硬度材料, 如如有色金屬和退火有色金屬和退火、正火鋼等。正火鋼等。lHRC用于測量中等硬度材料，用于測量中等硬度材料，如調質鋼、淬火鋼等。如調質鋼、淬火鋼等。l洛氏硬度的優點：操作簡便，洛氏硬度的優點：操作簡便，壓痕小，適用范圍廣。壓痕小，適用范圍廣。l缺點：測量結果分散度大。缺點：測量結果分散度大。鋼球壓頭與鋼球壓頭與金剛石壓頭金剛石壓頭洛氏硬度壓痕洛氏硬度壓痕（3 3）維氏硬度）維氏硬度維氏硬度計維氏硬度計維氏硬度試驗原理維氏硬度試驗原理維氏硬度壓痕維氏硬度壓痕維氏硬度用符號維氏硬度用符號HVHV表示表示硬度不是一個簡單的物理性質，而是材料硬度不是一個簡單的物理性質，而是材料彈性、塑彈性、塑性、強度和韌性等力學性能的綜合指標性、強度和韌性等力學性能的綜合指標 （1）、沖擊韌性）、沖擊韌