關于金屬材料的晶體結構普通彈性材料（例如低碳鋼）在拉伸實驗中會經歷4個階段：彈性形變、屈服階段、強化階段、破壞直至斷裂彈性形變：即材料所受拉力在彈性極限之內，拉力與材料伸長成正比（胡克定律）。當外力撤去之后，材料會恢復原來的長度。屈服階段：在外部拉力超過彈性極限之后，材料失去抵抗外力的能力而“屈服”，即在此情況下外力無顯著變化材料依然會伸長。當外力撤去后，材料無法回到原來的長度。強化階段：材料在內部晶體重新排列后重新獲得抵抗拉伸的能力，但此時的形變?yōu)樗苄孕巫?，外力撤去后無法回到原來的長度。破壞階段：材料在過度受力后開始在薄弱部位出現頸縮現象，抵抗拉伸能力急劇下降，直至斷裂。

第2頁,共51頁，2024年2月25日，星期天aE=tgaB(ss下)A(ss上)C(sb)gs(MPa)200400e0.10.2O屈服極限：抗拉強度：E1.彈性階段2.屈服階段3.強化階段線彈性階段屈服階段強化階段低碳鋼拉伸應力應變曲線頸縮階段屈服點σs和抗拉強度σb是反映材料強度的兩個性能指標，也是拉伸試驗中需要測定的重要數據。第3頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第4頁,共51頁，2024年2月25日，星期天σ0.2——對應于試樣產生0.2%的塑性應變時的應力值為材料的屈服強度對塑性低的材料（如鑄鐵），沒有明顯的屈服點第5頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第二章金屬材料的組織結構金屬的晶體結構純金屬的結構金屬的同素異構轉變合金的相結構合金相圖第6頁,共51頁，2024年2月25日，星期天一、金屬的晶體結構基本概念純金屬的晶體結構合金的晶體結構第7頁,共51頁，2024年2月25日，星期天1、基本概念晶體：由許多金屬原子/離子在空間按一定幾何形式規(guī)則地緊密排列。（周期性）對比非晶體：原子無規(guī)則堆積（過冷液體）。第8頁,共51頁，2024年2月25日，星期天晶體（金剛石、NaCl、冰……）非晶體（蜂蠟、玻璃……）液體第9頁,共51頁，2024年2月25日，星期天晶體特性——固定熔點；各向異性熔點晶體非晶體時間溫度晶體和非晶體的熔化曲線XYZ第10頁,共51頁，2024年2月25日，星期天原子（離子）的剛球模型原子中心位置晶體結構第11頁,共51頁，2024年2月25日，星期天晶胞點陣（晶格）模型第12頁,共51頁，2024年2月25日，星期天晶格——將原子抽象為一個幾何結點，并用直線聯接中心，所構成的一個空間格架。晶胞——晶格中能反映晶格特征的最小的幾何單元第13頁,共51頁，2024年2月25日，星期天XYZabc晶格常數a，b，c

晶格常數第14頁,共51頁，2024年2月25日，星期天晶面:通過原子中心的平面晶向：通過原子中心的直線所指的方向XYZabcXYZabc第15頁,共51頁，2024年2月25日，星期天2、純金屬的晶體結構金屬鍵——決定特性大量自由電子→良好導電導熱性電子云與離子間引力→高強度和良好塑性緊密的金屬鍵→排列緊密的高對稱晶格第16頁,共51頁，2024年2月25日，星期天三種常見的金屬晶體結構體心立方晶格bcc面心立方晶格fcc密排六方晶格hcp第17頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（1）體心立方晶格bcc如-Fe、W、V、Mo

等第18頁,共51頁，2024年2月25日，星期天晶格常數：a=b=c；

===90晶胞原子數：原子半徑：致密度：0.68致密度=Va/Vc，其中Vc:晶胞體積a3Va:原子總體積2

4r3/3XYZabc2r2raa2第19頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（2）面心立方晶格fcc如-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag

等第20頁,共51頁，2024年2月25日，星期天晶格常數：a=b=c；

===90晶胞原子數：原子半徑：致密度：0.74XYZabc密排方向4第21頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（3）密排六方晶格hcp如C（石墨）、Mg、Zn等

晶格常數底面邊長a底面間距c側面間角120側面與底面夾角90晶胞原子數：6原子半徑：a/2致密度：0.74第22頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3、實際金屬的晶體結構單晶體——原子排列相同，晶格位向一致多晶體——多晶粒和多晶界

晶粒

（單晶體）第23頁,共51頁，2024年2月25日，星期天晶?！w中包含的具有不規(guī)則顆粒外形的小晶體晶界——晶粒界面，不同的位向過渡區(qū)第24頁,共51頁，2024年2月25日，星期天晶體缺陷類型點缺陷：空位、間隙原子、異類原子線缺陷：位錯面缺陷：晶界與亞晶界第25頁,共51頁，2024年2月25日，星期天間隙原子是其它元素則稱為異類原子（雜質原子）空位間隙原子（1）點缺陷第26頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（2）線缺陷

——

刃位錯與螺位錯刃位錯刃位錯第27頁,共51頁，2024年2月25日，星期天螺旋位錯第28頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（3）面缺陷晶界第29頁,共51頁，2024年2月25日，星期天亞晶界亞晶界面缺陷引起晶格畸變，晶粒越細，則晶界越多，強度和塑性越高。第30頁,共51頁，2024年2月25日，星期天二、純金屬的結晶結晶結晶條件（結晶溫度）結晶過程（形核與長大）晶粒細化第31頁,共51頁，2024年2月25日，星期天結晶：液體-->晶體

凝固：液體-->固體（晶體或非晶體）晶體液體結晶第32頁,共51頁，2024年2月25日，星期天冷卻曲線——熱分析法tTT0Tn理論結晶溫度開始結晶溫度}T過冷度T=T0-Tn純金屬結晶的條件就是應當有一定的過冷度（克服界面能）第33頁,共51頁，2024年2月25日，星期天冷卻速度越大，則過冷度越大。第34頁,共51頁，2024年2月25日，星期天結晶過程——形核和晶核長大的過程液態(tài)金屬形核晶核長大完全結晶第35頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（1）形核過程自發(fā)形核——由液體金屬內部原子聚集，超過臨界晶核尺寸后形成的結晶核心。非自發(fā)形核——是依附于外來雜質上生成的晶核。第36頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（2）長大過程——平面生長與樹枝狀生長平面生長示意圖第37頁,共51頁，2024年2月25日，星期天細化鑄態(tài)金屬晶粒的措施晶粒度——表示晶粒大小，分8級。晶粒度12345678單位面積晶粒數（個/mm2）16326412825651210242048晶粒平均直徑（μm）2501771258862443122細晶強化——晶粒細化使金屬機械性能提高的現象細晶強化→強度、硬度、塑性、韌性↑第38頁,共51頁，2024年2月25日，星期天細化晶粒的措施（1）提高過冷度形核率N

、長大速度G與過冷度

T的關系第39頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（2）變質處理

在液體金屬中加入變質劑(孕育劑)，以細化晶粒和改善組織的工藝措施。作用：作為非自發(fā)形核的核心，或阻礙晶粒長大（3）振動結晶作用：使樹枝晶破碎，晶核數增加，晶粒細化——機械振動、超聲振動，或電磁攪拌等。第40頁,共51頁，2024年2月25日，星期天三、金屬的同素異構轉變同素異構性——一種金屬具有兩種或兩種以上的晶格結構同素異構轉變——金屬在固態(tài)下晶體結構隨溫度的改變而發(fā)生變化的現象。

重結晶特點：晶界形核，

T大，內應力大第41頁,共51頁，2024年2月25日，星期天純鐵的同素異構轉變-Fe，bcc-Fe，fcc-Fe，bcc1394C912C-Fe，fcc-Fe，bcc912C第42頁,共51頁，2024年2月25日，星期天純鐵的冷卻曲線T-Fe，bcc}-Fe，bcc}-Fe，fccCoolingcurve770鐵磁性第43頁,共51頁，2024年2月25日，星期天四、合金的相結構基本概念固溶體化合物第44頁,共51頁，2024年2月25日，星期天1、基本概念合金——兩種以上元素組合成的、具有金屬特性的物質。如，Cu-Zn,Fe-C等合金組元——組成合金的最基本、獨立的物質（元素、穩(wěn)定化合物）。如，Fe-C合金中，Fe、C均為組元。相——化學成分、結構相同，且以界面分開的各均勻組成部分。第45頁,共51頁，2024年2月25日，星期天水（液相）水+冰（雙相）冰（固相）第46頁,共51頁，2024年2月25日，星期天Fe-C合金中的相——F+Fe3

CFe3

C鐵素體（F）第47頁,共51頁，2024年2月25日，星期天組織——相的形狀、分布、組合狀態(tài)。單相組織（F）雙相組織（F+Fe3C）第48頁,