工程材料及機(jī)械制造基礎(chǔ)

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1、第二章金屬的晶體結(jié)構(gòu)（1）、晶體結(jié)構(gòu)的基本概念：1、金屬的晶體結(jié)構(gòu)：金屬材料內(nèi)部的原子排列的規(guī)律，決定著材料的顯微組織特性和材料的宏觀性能。2、晶格：用于描述原子在晶體中排列規(guī)律的三維空間集合點(diǎn)陣。3、晶胞：晶格中存在能夠代表晶格特征的最小集幾何單元。4、晶格參數(shù)：用來描述晶胞大小與形狀的幾何參數(shù)，包括晶胞的三個棱邊長度a、b、c和三個棱邊夾角A、B、R，共六個參數(shù)。5、晶格常數(shù)：決定晶胞大小的三個棱長。（2）、金屬中常見的晶格：1、體心立方晶格2、面心立方晶格3、密排六方晶格（3）、晶格的致密度：1、致密度：每個

2、晶胞中原子所占的總體積與晶胞的體積之比。（4）、晶粒與亞晶粒：1、晶粒：晶格位向基本一致的區(qū)域，并有邊界與鄰區(qū)分開就稱為一個晶粒。2、晶界：晶粒之間原子排列不規(guī)則的區(qū)域。3、晶粒大小決定因素：出取決于金屬種類外，主要取決于結(jié)晶條件和熱處理工藝。4、“為無向性”（5）、晶體缺陷：1、凡是原子排列不規(guī)則的區(qū)域都是晶體缺陷。2、點(diǎn)缺陷：以一個點(diǎn)為中心，在它的周圍造成原子排列不規(guī)則，產(chǎn)生晶格畸變和內(nèi)應(yīng)力的晶體缺陷。主要有間隙原子、置換原子、晶格空位三種。a、正畸變：大直徑原子置換引起晶格局部“撐開”現(xiàn)象。b、負(fù)畸變：小直徑

3、原子置換引起晶格局部“靠攏”現(xiàn)象。c、點(diǎn)缺陷處于不斷變化和運(yùn)動之中，位置隨時在變。是原子擴(kuò)散的一種主要方式，也是金屬在固態(tài)下“相變”和化學(xué)熱處理工藝的基礎(chǔ)。3、線缺陷：主要是指各種形式的位錯。a、位錯：晶體中某一列或若干列原子發(fā)生了有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。b、刃形位錯，位錯線，正負(fù)刃形位錯。c、位錯密度：單位體積內(nèi)位錯線的長度。塑性變形中，位錯密度大幅增加。退火可使位錯密度降到最低值，淬火可使位錯密度有所增加。d、金屬材料受外力作用能夠產(chǎn)生宏觀塑性變形的實(shí)質(zhì)，主要都是位錯在微觀上運(yùn)動結(jié)果。4、面缺陷：晶界和亞晶界。a、面

4、缺陷是有一定厚度的原子排列不規(guī)則的過渡帶，其厚度取決于晶格位向差的大小及晶體的純度。晶格位向差愈小、純度越高、面缺陷越薄、反之越厚。（6）、合金基本概念：1、合金：一種金屬元素與另外一種或多種金屬或非金屬元素，通過熔煉或燒結(jié)等方法所形成的具有金屬性質(zhì)的新金屬材料。2、組元：組成合金的最基本的、能獨(dú)立存在的物質(zhì)，簡稱元。組成合金的各個化學(xué)元素及穩(wěn)定的化合物都是組員。合金中有幾種組元就稱之為幾元合金。3、合金系：有相同組元，而成分比例不同的一系列合金。4.、相：凡是化學(xué)成分相同、晶體結(jié)構(gòu)相同并有界面與其它部分隔開來的一

5、個均勻區(qū)域。一個相中可以有多個晶粒，但是一個晶粒之中只能是同一個相。5、顯微組織：在顯微鏡下看到的相和晶粒的形態(tài)、大小和分布。6、相組成物：合金顯微組織中的基本相。7、組織組成物：由基本相組成的單相組織和共晶體等基本組織。8、基本組織：由一個單獨(dú)的相構(gòu)成的單相組織和由兩個以上的相按一定比例組成的機(jī)械混合物，如：共析體，共晶體等。（7）、合金相結(jié)構(gòu)：1、固溶體：合金結(jié)晶成固態(tài)時，含量少的組元（溶質(zhì)）原子分布在含量多的組元（溶劑）晶格中形成一種與溶劑有相同晶格的相，稱為固溶體。a、固溶體與溶劑有相同晶格結(jié)構(gòu)。b、固溶體

6、分類：（a）、間隙固溶體、置換固溶體（b）、有序固溶體、無序固溶體（c）、有限固溶體、無限固溶體c、間隙固溶體都是有限固溶體，無限固溶體都是置換固溶體，有序固溶體都是置換固溶體。d、影響固溶體溶解度的主要因素：原子直徑因素、負(fù)電性因素、電子濃度因素、晶體結(jié)構(gòu)因素、溫度因素。e、固溶強(qiáng)化：通常把溶入元素形成固溶體而使金屬的強(qiáng)度、硬度升高的現(xiàn)象。f、強(qiáng)化方法：固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、第二彌散強(qiáng)化、熱處理相變強(qiáng)化、加工硬化等。（8）、金屬化合物：1、在合金中，當(dāng)溶質(zhì)組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過固溶體的溶解度將會產(chǎn)生新相。這一新相可能是

7、以另一組元為溶劑的另一種固溶體。2、金屬化合物：具有金屬性質(zhì)的化合物。3、第二相彌散強(qiáng)化：在合金中，金屬化合物若以細(xì)小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強(qiáng)度、硬度進(jìn)一步提高的現(xiàn)象。第三章金屬的結(jié)晶與二元合金相圖（1）、鑄態(tài)組織：1、鑄態(tài)組織：結(jié)晶之后得到的金屬材料的顯微組織。2、鑄態(tài)組織決定著鑄態(tài)材料的使用性能和加工工藝性能。（2）、金屬結(jié)晶溫度與過冷現(xiàn)象：1、液態(tài)金屬的冷卻過程可以用熱分析法測出冷卻曲線。2、過冷度：理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度之差。金屬的結(jié)晶都是在達(dá)到一定的過冷度后才進(jìn)行的，這種現(xiàn)象稱為過

8、冷現(xiàn)象。3、過冷度大小主要取決于金屬液的冷卻速度和金屬液中雜質(zhì)的含量。冷卻速度越大，金屬純度越高，過冷度越大。4、結(jié)晶條件：動力學(xué)條件（自由能差或是過冷度）、熱力學(xué)條件（足夠的溫度）、結(jié)構(gòu)條件。（3）、金屬的結(jié)晶：1、過程包括成核和長大，兩過程同時進(jìn)行。2、成核：均勻成核（自由成核）、非均勻成核。a、均勻成核（自發(fā)成核）：在均勻的液態(tài)母相中自發(fā)地形成新晶核的