1、专业技术基础课工工 程程 材材 料料北京化工大学机电工程学院基础系机制教研室 李方俊 商 司母戊鼎1968年建成年建成 16Mn南京长江大桥南京长江大桥龙飞凤舞战国丝绸春秋越王剑东汉 青瓷器西汉 铁权1.1.1 1.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构 晶格、晶面、晶向等概念 三种常见的金属晶体结构 立方晶系晶面、晶向的求法 实际晶体中的三种晶体缺陷 晶体缺陷对晶体性能的影响00 课程概述课程概述0 工程材料的分类工程材料的分类0.1 材料的结合键材料的结合键0.2 工程材料的分类工程材料的分类本次课内容本次课内容1 材料的结构与性能材料的结构与性能离离子子键键共共价价键键金金属属键键分分
2、子子键键氢氢键键1.1 金属材料的结构与组织金属材料的结构与组织 工程材料 机械制造技术 公差与配合 从机械工程的应用角度出发，阐明机械工程材料的基本理论，了解材料的成分、工艺、组织与性能之间的关系，介绍常用机械工程材料及其应用等基础知识。 在掌握机械工程材料的基本理论及基础知识的基础上，具备根据机械零件使用条件和性能要求，对结构零件进行合理选材及制订零件工艺路线的初步能力。工程工程材料材料课程课程任务任务(理论知识理论知识)课程课程目的目的(应用能力应用能力)00 课程概述课程概述绪论绪论 工程材料的分类（工程材料的分类（1 1学时）学时）第第1 1章章 材料的结构与性能（材料的结构与性能（
3、3 3）第第2 2章章 金属材料组织和性能的控制（金属材料组织和性能的控制（1 10 0）第第3 3章章 金属材料（金属材料（5 5）第第4 4章章 高分子材料（高分子材料（1 1/2/2）第第5 5章章 陶瓷材料（陶瓷材料（1 1/2/2）第第6 6章章 复合材料（复合材料（1 1/2/2）第第7 7章章 功能材料（功能材料（1 1/2/2）第第8 8章章 零件的失效与选材原则（零件的失效与选材原则（1 1）第第9 9章章 典型零件的选材及工艺路线（典型零件的选材及工艺路线（1 1）第第1010章章 工程材料的应用（工程材料的应用（1 1）工程材料的分类工程材料的分类0.1 0.1 材料的结
4、合键材料的结合键 离子键离子键 共价键共价键 金属键金属键 分子键分子键 氢键氢键0.20.2工程材料的分类工程材料的分类 结构材料结构材料 功能材料功能材料0.1 0.1 材料的结合键材料的结合键 离子键离子键 共价键共价键 金属键金属键 分子键分子键 氢键氢键0.2 0.2 工程材料的分类工程材料的分类 结构材料结构材料 功能材料功能材料 教学内容与进度安排教学内容与进度安排00 课程概述课程概述绪论绪论 工程材料的分类（工程材料的分类（1 1学时）学时）第第1 1章章 材料的结构与性能（材料的结构与性能（3 3）第第2 2章章 金属材料组织和性能的控制（金属材料组织和性能的控制（1 10
5、 0）第第3 3章章 金属材料（金属材料（5 5）第第4 4章章 高分子材料（高分子材料（1 1/2/2）第第5 5章章 陶瓷材料（陶瓷材料（ 1 1/2/2 ）第第6 6章章 复合材料（复合材料（ 1 1/2/2 ）第第7 7章章 功能材料（功能材料（ 1 1/2/2 ）第第8 8章章 零件的失效与选材原则（零件的失效与选材原则（ 1 1 ）第第9 9章章 典型零件的选材及工艺路线（典型零件的选材及工艺路线（1 1）第第1010章章 工程材料的应用（工程材料的应用（1 1）1.1 1.1 金属材料的结构与组织金属材料的结构与组织 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构 合金的晶体结构合金的晶体结构
6、 金属材料的组织金属材料的组织1.2 1.2 金属材料的性能金属材料的性能 金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能 金属材料的机械性能金属材料的机械性能 金属材料的理化性能金属材料的理化性能1.3 1.3 高分子材料的结构与性能高分子材料的结构与性能1.4 1.4 陶瓷材料的结构与性能陶瓷材料的结构与性能教学内容与进度安排教学内容与进度安排00 课程概述课程概述绪论绪论 工程材料的分类（工程材料的分类（1 1学时）学时）第第1 1章章 材料的结构与性能（材料的结构与性能（3 3）第第2 2章章 金属材料组织和性能的控制（金属材料组织和性能的控制（1 10 0）第第3 3章章 金属材料（金属材料（
7、5 5）第第4 4章章 高分子材料（高分子材料（1 1/2/2）第第5 5章章 陶瓷材料（陶瓷材料（ 1 1/2/2 ）第第6 6章章 复合材料（复合材料（ 1 1/2/2 ）第第7 7章章 功能材料（功能材料（ 1 1/2/2 ）第第8 8章章 零件的失效与选材原则（零件的失效与选材原则（ 1 1 ）第第9 9章章 典型零件的选材及工艺路线（典型零件的选材及工艺路线（1 1）第第1010章章 工程材料的应用（工程材料的应用（1 1）2.1 2.1 纯金属的结晶纯金属的结晶 纯金属的结晶条件与过程纯金属的结晶条件与过程 同素异构转变同素异构转变 细化铸态金属晶体的措施细化铸态金属晶体的措施 铸
8、锭的结构铸锭的结构2.2 2.2 合金的结晶合金的结晶 二元合金的结晶二元合金的结晶 合金的性能与相图的关系合金的性能与相图的关系 铁碳合金的结晶铁碳合金的结晶2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工 塑性变形后的性能塑性变形后的性能 塑性变形后加热时的性能塑性变形后加热时的性能教学内容与进度安排教学内容与进度安排00 课程概述课程概述绪论绪论 工程材料的分类（工程材料的分类（1 1学时）学时）第第1 1章章 材料的结构与性能（材料的结构与性能（3 3）第第2 2章章 金属材料组织和性能的控制（金属材料组织和性能的控制（1 10 0）第第3 3章章 金属材料（金属材料（5 5）第第4 4章
9、章 高分子材料（高分子材料（1 1/2/2）第第5 5章章 陶瓷材料（陶瓷材料（ 1 1/2/2 ）第第6 6章章 复合材料（复合材料（ 1 1/2/2 ）第第7 7章章 功能材料（功能材料（ 1 1/2/2 ）第第8 8章章 零件的失效与选材原则（零件的失效与选材原则（ 1 1 ）第第9 9章章 典型零件的选材及工艺路线（典型零件的选材及工艺路线（1 1）第第1010章章 工程材料的应用（工程材料的应用（1 1）2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 钢的普通热处理钢的普通热处理 钢的化学热处理钢的化学热处理2.5 2.5 钢
10、的合金化钢的合金化 合金元素与铁、碳的作用合金元素与铁、碳的作用 合金元素对性能的影响合金元素对性能的影响2.6 2.6 表面技术表面技术 电刷镀电刷镀 气相沉积气相沉积教学内容与进度安排教学内容与进度安排00 课程概述课程概述绪论绪论 工程材料的分类（工程材料的分类（1 1学时）学时）第第1 1章章 材料的结构与性能（材料的结构与性能（3 3）第第2 2章章 金属材料组织和性能的控制（金属材料组织和性能的控制（1 10 0）第第3 3章章 金属材料（金属材料（5 5）第第4 4章章 高分子材料（高分子材料（1 1/2/2）第第5 5章章 陶瓷材料（陶瓷材料（ 1 1/2/2 ）第第6 6章章
11、 复合材料（复合材料（ 1 1/2/2 ）第第7 7章章 功能材料（功能材料（ 1 1/2/2 ）第第8 8章章 零件的失效与选材原则（零件的失效与选材原则（ 1 1 ）第第9 9章章 典型零件的选材及工艺路线（典型零件的选材及工艺路线（1 1）第第1010章章 工程材料的应用（工程材料的应用（1 1）3.1 3.1 碳钢碳钢 碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类 碳钢的牌号和用途碳钢的牌号和用途3.2 3.2 合金钢合金钢 合金结构钢合金结构钢 合金工具钢合金工具钢 特殊性能钢及合金特殊性能钢及合金3.3 3.3 铸钢与铸铁铸钢与铸铁3.4 3.4 有色金属及其合金有色金属及其合金 铝及铝合金铝
12、及铝合金 铜及铜合金铜及铜合金教学内容与进度安排教学内容与进度安排00 课程概述课程概述绪论绪论 工程材料的分类（工程材料的分类（1 1学时）学时）第第1 1章章 材料的结构与性能（材料的结构与性能（3 3）第第2 2章章 金属材料组织和性能的控制（金属材料组织和性能的控制（1 10 0）第第3 3章章 金属材料（金属材料（5 5）第第4 4章章 高分子材料（高分子材料（1 1/2/2）第第5 5章章 陶瓷材料（陶瓷材料（ 1 1/2/2 ）第第6 6章章 复合材料（复合材料（ 1 1/2/2 ）第第7 7章章 功能材料（功能材料（ 1 1/2/2 ）第第8 8章章 零件的失效与选材原则（零件
13、的失效与选材原则（ 1 1 ）第第9 9章章 典型零件的选材及工艺路线（典型零件的选材及工艺路线（1 1）第第1010章章 工程材料的应用（工程材料的应用（1 1）4.1 4.1 工程塑料工程塑料4.2 4.2 合成纤维合成纤维4.3 4.3 合成橡胶合成橡胶4.4 4.4 胶粘剂胶粘剂教学内容与进度安排教学内容与进度安排00 课程概述课程概述绪论绪论 工程材料的分类（工程材料的分类（1 1学时）学时）第第1 1章章 材料的结构与性能（材料的结构与性能（3 3）第第2 2章章 金属材料组织和性能的控制（金属材料组织和性能的控制（1 10 0）第第3 3章章 金属材料（金属材料（5 5）第第4
14、4章章 高分子材料（高分子材料（1 1/2/2）第第5 5章章 陶瓷材料（陶瓷材料（ 1 1/2/2 ）第第6 6章章 复合材料（复合材料（1 1/2/2）第第7 7章章 功能材料（功能材料（1 1/2/2）第第8 8章章 零件的失效与选材原则（零件的失效与选材原则（1 1）第第9 9章章 典型零件的选材及工艺路线（典型零件的选材及工艺路线（1 1）第第1010章章 工程材料的应用（工程材料的应用（1 1）5.1 5.1 普通陶瓷普通陶瓷5.2 5.2 特种陶瓷特种陶瓷教学内容与进度安排教学内容与进度安排00 课程概述课程概述绪论绪论 工程材料的分类（工程材料的分类（1 1学时）学时）第第1
15、1章章 材料的结构与性能（材料的结构与性能（4 4）第第2 2章章 金属材料组织和性能的控制（金属材料组织和性能的控制（1212）第第3 3章章 金属材料（金属材料（6 6）第第4 4章章 高分子材料（高分子材料（1 1/2/2）第第5 5章章 陶瓷材料（陶瓷材料（1 1/2/2）第第6 6章章 复合材料（复合材料（ 1 1/2/2 ）第第7 7章章 功能材料（功能材料（1 1/2/2）第第8 8章章 零件的失效与选材原则（零件的失效与选材原则（1 1）第第9 9章章 典型零件的选材及工艺路线（典型零件的选材及工艺路线（1 1）第第1010章章 工程材料的应用（工程材料的应用（1 1）6.1
16、6.1 材料的复合原则材料的复合原则6.2 6.2 复合材料的性能特点复合材料的性能特点6.3 6.3 非金属基复合材料非金属基复合材料6.4 6.4 金属基复合材料金属基复合材料教学内容与进度安排教学内容与进度安排00 课程概述课程概述绪论绪论 工程材料的分类（工程材料的分类（1 1学时）学时）第第1 1章章 材料的结构与性能（材料的结构与性能（3 3）第第2 2章章 金属材料组织和性能的控制（金属材料组织和性能的控制（1 10 0）第第3 3章章 金属材料（金属材料（5 5）第第4 4章章 高分子材料（高分子材料（1 1/2/2）第第5 5章章 陶瓷材料（陶瓷材料（1 1/2/2）第第6
17、6章章 复合材料（复合材料（1 1/2/2）第第7 7章章 功能材料（功能材料（ 1 1/2/2）第第8 8章章 零件的失效与选材原则（零件的失效与选材原则（1 1）第第9 9章章 典型零件的选材及工艺路线（典型零件的选材及工艺路线（1 1）第第1010章章 工程材料的应用（工程材料的应用（1 1）7.1 7.1 电功能材料电功能材料7.2 7.2 磁功能材料磁功能材料7.3 7.3 热功能材料热功能材料7.4 7.4 光功能材料光功能材料7.5 7.5 其他功能材料其他功能材料教学内容与进度安排教学内容与进度安排00 课程概述课程概述绪论绪论 工程材料的分类（工程材料的分类（1 1学时）学时
18、）第第1 1章章 材料的结构与性能（材料的结构与性能（3 3）第第2 2章章 金属材料组织和性能的控制（金属材料组织和性能的控制（1 10 0）第第3 3章章 金属材料（金属材料（5 5）第第4 4章章 高分子材料（高分子材料（1 1/2/2）第第5 5章章 陶瓷材料（陶瓷材料（1 1/2/2）第第6 6章章 复合材料（复合材料（1 1/2/2）第第7 7章章 功能材料（功能材料（1 1/2/2）第第8 8章章 零件的失效与选材原则（零件的失效与选材原则（ 1 1 ）第第9 9章章 典型零件的选材及工艺路线（典型零件的选材及工艺路线（1 1）第第1010章章 工程材料的应用（工程材料的应用（1
19、 1）8.1 8.1 机械零件的失效分析机械零件的失效分析8.2 8.2 零件失效形式零件失效形式8.3 8.3 机械零件选材原则机械零件选材原则8.4 8.4 不同失效形式的选材分析不同失效形式的选材分析 教学内容与进度安排教学内容与进度安排00 课程概述课程概述绪论绪论 工程材料的分类（工程材料的分类（1 1学时）学时）第第1 1章章 材料的结构与性能（材料的结构与性能（3 3）第第2 2章章 金属材料组织和性能的控制（金属材料组织和性能的控制（1 10 0）第第3 3章章 金属材料（金属材料（5 5）第第4 4章章 高分子材料（高分子材料（1 1/2/2）第第5 5章章 陶瓷材料（陶瓷材
20、料（1 1/2/2）第第6 6章章 复合材料（复合材料（1 1/2/2）第第7 7章章 功能材料（功能材料（1 1/2/2）第第8 8章章 零件的失效与选材原则（零件的失效与选材原则（1 1）第第9 9章章 典型零件的选材及工艺路线（典型零件的选材及工艺路线（1 1）第第1010章章 工程材料的应用工程材料的应用（1 1）9.1 9.1 齿轮选材齿轮选材9.2 9.2 轴类零件选材轴类零件选材9.3 9.3 弹簧选材弹簧选材9.4 9.4 刃具选材刃具选材教学内容与进度安排教学内容与进度安排00 课程概述课程概述绪论绪论 工程材料的分类（工程材料的分类（1 1学时）学时）第第1 1章章 材料的
21、结构与性能（材料的结构与性能（3 3）第第2 2章章 金属材料组织和性能的控制（金属材料组织和性能的控制（1 10 0）第第3 3章章 金属材料（金属材料（5 5）第第4 4章章 高分子材料（高分子材料（1 1/2/2）第第5 5章章 陶瓷材料（陶瓷材料（1 1/2/2）第第6 6章章 复合材料（复合材料（1 1/2/2）第第7 7章章 功能材料（功能材料（1 1/2/2）第第8 8章章 零件的失效与选材原则（零件的失效与选材原则（1 1）第第9 9章章 典型零件的选材及工艺路线（典型零件的选材及工艺路线（1 1）第第1010章章 工程材料的应用（工程材料的应用（1 1）10.1 10.1 汽
22、车用材汽车用材10.2 10.2 机床用材机床用材10.3 10.3 仪器仪表用材仪器仪表用材10.4 10.4 热能设备用材热能设备用材10.5 10.5 化工设备用材化工设备用材10.6 10.6 航空航天器用材航空航天器用材教学内容与进度安排教学内容与进度安排00 课程概述课程概述平时成绩平时成绩(20%)(20%)考试成绩考试成绩(80(80%)%)不迟到，不早退，不无故旷课不迟到，不早退，不无故旷课遵守课堂纪律，积极听讲遵守课堂纪律，积极听讲认真、独立完成作业认真、独立完成作业考核方式考核方式教学要求教学要求00 课程概述课程概述结合键：在固体状态下，结合键：在固体状态下，当原子（离
23、子或分子）当原子（离子或分子）聚集为晶体时，原子聚集为晶体时，原子（离子或分子）间产生（离子或分子）间产生较强的结合力称为结合较强的结合力称为结合键。键。化学键：由电子运动使化学键：由电子运动使原子产生聚集的结合力。原子产生聚集的结合力。物理物理键键：聚集过程中不聚集过程中不发生电子运动的结合力。发生电子运动的结合力。0.1 材料的结合键材料的结合键化学键化学键物理物理键键2 2、共价键、共价键1 1、离子键、离子键3 3、金属键、金属键4 4、分子键、分子键5 5、氢键、氢键0 绪论绪论 工程材料的分类工程材料的分类离子键的特性：没有饱和性与方向性。力很大离子键的特性：没有饱和性与方向性。力
24、很大1 离子键离子键 (ionic bond)正电性强的原子和负电性强的原子接触时，正电性强的原子和负电性强的原子接触时，因电子因电子交换交换而出现正、负离子，正、负离子而出现正、负离子，正、负离子相互吸引，直到被斥力所平衡，形成离子键。相互吸引，直到被斥力所平衡，形成离子键。由离子键结合而成的晶体为离子晶体。由离子键结合而成的晶体为离子晶体。典型的离子键晶体：典型的离子键晶体：NaClNaCl离子晶体的特性：强度高、硬度高、脆性大、离子晶体的特性：强度高、硬度高、脆性大、导电性差、热膨胀系数小、无色透明。导电性差、热膨胀系数小、无色透明。0.1 材料的结合键材料的结合键2 共价键共价键 (c
25、ovalent bond)共价键的特性：强烈的饱和性与方向性。共价键的特性：强烈的饱和性与方向性。由共价键结合而成的晶体为共价晶体。由共价键结合而成的晶体为共价晶体。典型的共价键晶体：金刚石。典型的共价键晶体：金刚石。共价晶体的特性：强度高、硬度高、脆性大共价晶体的特性：强度高、硬度高、脆性大、导电性差、熔点高、沸点高、挥发性低。、导电性差、熔点高、沸点高、挥发性低。元素周期表中三、四、五价元素本身或相邻元素周期表中三、四、五价元素本身或相邻元素之间的原子形成晶体时，原子上的价电元素之间的原子形成晶体时，原子上的价电子被其周围的原子所子被其周围的原子所共有共有，这种由共用价电，这种由共用价电子
26、对产生的结合键，叫共价键。子对产生的结合键，叫共价键。0.1 材料的结合键材料的结合键周期表中周期表中、族元素，其原子的价电子易族元素，其原子的价电子易失去。当这样原子聚集为固体时，丢失的价电子失去。当这样原子聚集为固体时，丢失的价电子被全体原子所被全体原子所公有公有而形成自由电子气，电子气与而形成自由电子气，电子气与正离子间相互吸引所产生的结合力，称为金属键正离子间相互吸引所产生的结合力，称为金属键金属晶体的特性：良好的金属晶体的特性：良好的导电导电、热、热性性和塑性，吸收和塑性，吸收可见光，不透明，有金属光泽，正的电阻温度系数。可见光，不透明，有金属光泽，正的电阻温度系数。金属键的特性：没
27、有饱和性与方向性。金属键的特性：没有饱和性与方向性。由金属键结合而成的晶体为金属晶体。由金属键结合而成的晶体为金属晶体。典型的金属键晶体：金属钠。典型的金属键晶体：金属钠。3 金属键金属键 (metallic )0.1 材料的结合键材料的结合键4 分子键分子键(van der Waals )原子或分子在结合过程中原子或分子在结合过程中没有没有电子的得失、共有电子的得失、共有或公有化，结合力为很弱的范德华力，即分子键。或公有化，结合力为很弱的范德华力，即分子键。范德华力：分子偶极间的结合力。范德华力：分子偶极间的结合力。色散力：非极性分子的瞬时偶极产生的吸引力色散力：非极性分子的瞬时偶极产生的吸
28、引力诱导力：极性分子与非极性分子诱导偶极产生的吸引力诱导力：极性分子与非极性分子诱导偶极产生的吸引力取向力：极性分子永久偶极间的吸引力取向力：极性分子永久偶极间的吸引力分子键的特性：力很小，没有方向性和饱和性。分子键的特性：力很小，没有方向性和饱和性。分子晶体的特性：熔点低，硬度低，绝缘性好。分子晶体的特性：熔点低，硬度低，绝缘性好。0.1 材料的结合键材料的结合键典型的分子晶体：固体典型的分子晶体：固体COCO2 2 和和H H2 2等。等。COCO2 2 晶体晶体Johannes Diderik van der Waals 5 氢键氢键 (hydrogen bond)氢键的特性：结合力比化
29、学键小，比分子键大。氢键的特性：结合力比化学键小，比分子键大。氢键是结合力较大、有方向性和饱和性分子键。氢键是结合力较大、有方向性和饱和性分子键。0.1 材料的结合键材料的结合键OHHOHHOHH氢键氢键水分子间的氢键水分子间的氢键在在C-HC-H、O-HO-H或或N-HN-H共价键共价键的端点，共价电子偏离的端点，共价电子偏离H H原子端点，使原子端点，使H H原子端点原子端点带正电，因此可被相邻带正电，因此可被相邻分子中的价电子吸引。分子中的价电子吸引。这种吸引力即为氢键。这种吸引力即为氢键。工程上有强度、韧性、塑性等机工程上有强度、韧性、塑性等机械性能要求的材料，用来制造工械性能要求的材
30、料，用来制造工程构件、机械零件和工具的材料。程构件、机械零件和工具的材料。有色金属及其合金有色金属及其合金金属基复合材料金属基复合材料具有某种或某些特殊物理性能或具有某种或某些特殊物理性能或功能的材料。功能的材料。结构材料结构材料功能材料功能材料高分子材料高分子材料金属材料金属材料陶瓷材料陶瓷材料复合材料复合材料铸铁铸铁钢钢工程塑料工程塑料合成纤维合成纤维合成橡胶合成橡胶粘结剂粘结剂非金属基复合材料非金属基复合材料普通陶瓷普通陶瓷特殊陶瓷特殊陶瓷0.2 工程材料的分类工程材料的分类1.1 金属材料的结构与组织金属材料的结构与组织材料的性能决定于其化学成分和其内部的结构组织。材料的性能决定于其化
31、学成分和其内部的结构组织。固体材料固体材料晶体晶体非晶体非晶体质点排列有规律质点排列有规律外形规则外形规则恒定的熔点恒定的熔点质点排列无规律质点排列无规律熔点有一个范围熔点有一个范围1 材料的结构与性能材料的结构与性能固态金属一般情况下均为晶体。固态金属一般情况下均为晶体。液晶是晶体吗液晶是晶体吗？1.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构金属的性能不仅决定于原子及其结合键，而且决定于金属的性能不仅决定于原子及其结合键，而且决定于原子的排列方式。原子的排列方式。晶体结构晶体结构：金属原子或离子、分子规则排列的方式：金属原子或离子、分子规则排列的方式晶胞晶胞：晶格中完全反映晶格特征的、最小的几
32、何单元：晶格中完全反映晶格特征的、最小的几何单元晶晶胞胞几何特征几何特征：晶胞的三条边长（晶格常数），：晶胞的三条边长（晶格常数），17 晶胞的三条边之间的夹角晶胞的三条边之间的夹角P P1 10 01.1 金属材料的结构与组织金属材料的结构与组织晶格晶格：用于描述原子在晶体排列中排列形式的抽象的：用于描述原子在晶体排列中排列形式的抽象的几何空间格架，称为晶格。几何空间格架，称为晶格。晶胞晶格与ABA结构晶体体心立方晶格体心立方晶格 (Body-Centered Cubic lattice )面心立方晶格面心立方晶格 (Face-Centered Cubic lattice )密排六方晶格密排
33、六方晶格 ( Hexagonal Close-Packed lattice )P P1 11 11.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构1 三种常见的金属晶体结构三种常见的金属晶体结构晶晶胞胞特征特征晶胞原子数晶胞原子数原子半径原子半径致密度致密度空隙半径空隙半径配位数配位数B.C.Ca=b=c = = =90268%74%8F.C.Ca=b=c = = =90412H.C.Pa=b c = =90 =120674%ar43原子ar42原子ar21原子原子四rr29. 0原子八rr15. 0原子四rr225. 0原子八rr414. 02 金属晶体中的金属晶体中的晶面晶面与晶向与晶向立方晶系
34、的晶面指数的求法立方晶系的晶面指数的求法六方晶系的晶面指数（自学）六方晶系的晶面指数（自学）晶面：通过原子中心的平面叫做晶面。晶面：通过原子中心的平面叫做晶面。晶面的表示方法晶面的表示方法晶面指数晶面指数xyzoaaa?P P1 13 31.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构选定空间坐标系（原点需在晶面外）选定空间坐标系（原点需在晶面外）求晶面在三个坐标轴上的截距：如求晶面在三个坐标轴上的截距：如-1，2 ，3求截距的倒数：如求截距的倒数：如-1，1/2 ，1/3将截距的倒数将截距的倒数按比例按比例化为最小整数：如化为最小整数：如-6，3 ，2将三整数依次写在括号里：如（将三整数依次写在
35、括号里：如（632），）， 632 2 金属晶体中的晶面与金属晶体中的晶面与晶向晶向晶向：通过原子中心的直线所代表的方向晶向：通过原子中心的直线所代表的方向晶向的表示方法晶向的表示方法晶向指数晶向指数xyzoaaa立方晶系的晶向指数的求法立方晶系的晶向指数的求法六方晶系的晶向指数（自学）六方晶系的晶向指数（自学）?P P1 14 41.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构选定空间坐标系（原点在欲定晶向上）选定空间坐标系（原点在欲定晶向上）写出晶向上空间另一结点的坐标值，如写出晶向上空间另一结点的坐标值，如-4,2,0将坐标值按比例化为最小整数：如将坐标值按比例化为最小整数：如-2，1，0将
36、三整数依次写在括号里：如将三整数依次写在括号里：如210，2 金属晶体中的金属晶体中的晶面晶面与晶向与晶向密排面：原子密度最大的晶面。密排面：原子密度最大的晶面。P P1 16 61.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构aaa2 金属晶体中的晶面与金属晶体中的晶面与晶向晶向密排方向：原子密度最大的晶向。密排方向：原子密度最大的晶向。P18P181.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构aaa3 金属材料的特性金属材料的特性金属晶体具有确定的熔点金属晶体具有确定的熔点金属晶体具有各向异性金属晶体具有各向异性P P1 16 61.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构各向异性：各向异性：材
37、料在不同方向上性能不同的现象。材料在不同方向上性能不同的现象。各向同性：各向同性：材料在不同方向上性能相同的现象。材料在不同方向上性能相同的现象。实际金属为多晶体结构，宏观表现为实际金属为多晶体结构，宏观表现为各向同性各向同性。实际金属的多晶体结构弹性模量（弹性模量（MPa）抗拉强度（抗拉强度（MPa）延伸率（延伸率（%）最大最大最小最小最大最大最小最小最大最大最小最小Cu191000667003451305510-Fe2930001250002251608020Mg506004290084029522020点缺陷：点缺陷：三维尺度上都不超过几个原子的缺陷。三维尺度上都不超过几个原子的缺陷。空
38、位：空位：结点上没有原子，位置空着。结点上没有原子，位置空着。间隙原子：间隙原子：晶格间隙出现的多余的原子。晶格间隙出现的多余的原子。异类原子：异类原子：金属中含有的杂质元素的原子。金属中含有的杂质元素的原子。P P17171.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构4 实际金属中的晶体缺陷实际金属中的晶体缺陷4 实际金属中的晶体缺陷实际金属中的晶体缺陷线缺陷线缺陷：一一维尺度很大的缺陷。维尺度很大的缺陷。P P18181.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构刃型位错：刃型位错：在晶体的某一水在晶体的某一水平面上，多出一垂直的原子平面上，多出一垂直的原子面，该面就像刀刃一样切入面，该面就像
39、刀刃一样切入晶体，使晶体的上、下部分晶体，使晶体的上、下部分的原子出现错排现象。刀刃的原子出现错排现象。刀刃的刃口线为位错线。的刃口线为位错线。P P19191.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构螺型位错：螺型位错：晶体的一部分晶体的一部分原子相对于另一部分原子原子相对于另一部分原子发生错动。错动区的原子发生错动。错动区的原子用线连接时具有螺旋型特用线连接时具有螺旋型特征。错动区顶端在晶体中征。错动区顶端在晶体中的连线为位错线。的连线为位错线。4 实际金属中的晶体缺陷实际金属中的晶体缺陷线缺陷线缺陷：一一维尺度很大的缺陷。维尺度很大的缺陷。实际晶体是由大实际晶体是由大量外形不规则的量外形
40、不规则的晶粒组成的。晶粒组成的。晶界：晶界：晶粒与晶晶粒与晶粒间的接触面，粒间的接触面，510个原子宽个原子宽亚晶界：亚晶界：晶粒是晶粒是由许多位向差很由许多位向差很小的亚晶粒组成小的亚晶粒组成的，亚晶粒之间的，亚晶粒之间的边界叫亚晶界。的边界叫亚晶界。4 实际金属中的晶体缺陷实际金属中的晶体缺陷面缺陷：面缺陷：二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。P P2 20 01.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构4 实际金属中的晶体缺陷实际金属中的晶体缺陷晶体缺陷对晶体性能的影响晶体缺陷对晶体性能的影响1.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构点缺陷的影响点缺
41、陷的影响线缺陷的影响线缺陷的影响面缺陷的影响面缺陷的影响电阻升高，屈服极限上升电阻升高，屈服极限上升晶界越多，晶粒越细，金属的晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越强，强度越高塑性变形能力越强，强度越高点缺陷的影响点缺陷的影响线缺陷的影响线缺陷的影响面缺陷的影响面缺陷的影响电阻升高，屈服极限上升电阻升高，屈服极限上升晶界越多，晶粒越细，金属的晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越强，强度越高塑性变形能力越强，强度越高4 实际金属中的晶体缺陷实际金属中的晶体缺陷晶体缺陷对晶体性能的影响晶体缺陷对晶体性能的影响1.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构4 实际金属中的晶体缺陷实际金属中的晶体缺陷晶体缺陷对晶体性能的影响晶体缺陷对晶体性能的影响1.1.1 纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构点缺陷的影响点缺陷的影响线缺陷的影响线缺陷的影响面缺陷的影响面缺陷的影响电阻升高，屈服极限上升电阻升高，屈服极限上升晶界越多，晶粒越细，金属的晶界越多，晶粒越细，金属的塑性变形能力越强，强度越高塑性变形能力越强，强度越高材料的结合键材料的结合键1、五种结合键2、结合键与材料性能的关系1、晶格、晶面、晶向等概念2、常见的三种金属晶格3、立方晶格晶面指数与晶向指数的求法4、晶体缺陷及其对性能的影响纯金属的晶体结构纯金属的晶体结构本节小结本节小结作业作业第一次作业 金属的结构
