材料的组织结构
工程材料的组织结构培训资料
第二章工程材料的组织结构2.1纯金属的晶体结构与结晶2. L 1金属的晶体结构定熔点,各向异性如:金刚石.石墨等如:松香.沥青等非晶体定熔点,各向同性非晶体:晶体金刚石、NaCl ＞冰等。
蜂蜡、玻璃等。
1晶体结构的基本概念•晶体结构(T 原子中心位置晶胞▲ z2常见的金属晶体结构(1)体心立方晶格bcc(2 )面心立方晶格fee(3 )密排“弋方晶格hep(1)体心立方晶格bcca-Fe. W. V. Mo 等▲=Va /Vc,其中Vc:晶胞体积a 3Va:原子总体积2x47^3/3晶格常数：a=b=c;a=P=丫=90。
致密度：0.6Z体心立方晶胞(2 )面心立方晶格fee晶格常数：a=b=c;a=p=丫=90。
致密度:0.74(3 )密排六方晶格hep 晶格常数：底面边长a底面间距c侧面间角120。
侧面与底面夹角90。
致密度：0.74 Mg. Zn 等2.1.2实际金属的晶体结构1多晶体结构多晶体：由许多位向不同的晶粒构成的晶体。
晶粒(1)点缺陷间隙原子如果间隙原子是其它元素就称为异类原子(杂质原子)刃位错• • ••• ••• • • •• T^i亚晶界亚晶界亚晶界是由一系列刃型位错构成的角度特别小的晶界＜原子排列不规则,产生晶格畸变2.1.1纯金属的结晶结晶：液体—> 晶体凝固：液体->体（晶体或非晶体）金属结晶的基本规律2(1)冷却曲线与过冷度3冷却曲线：热分析实验测绘4理论结晶温度T5过冷度T冷却曲线TToTn 就县应老侖一宝的过冷廈（克服界面能）AT= To - Tn理论结晶温度0开始结晶温度冷却速度越大，则过冷度越大。
时可一‘液态金属不同冷却遠度时的冷却曲线(2 )结晶的一般过程形核和晶核长大的过程液态金属形核完全结晶晶核长大夕自发晶核：由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心。
mE自发晶核:是依附于外来杂质上生成的晶核。
自发晶核和非自发晶核同时存在于金属液中,非自发晶核比自发晶核更重要,起优先和主导作树枝状生长平面生长2金属结晶后的晶粒大小(1 )晶粒大小对金属力学性能的影响(2 )晶粒大小的控制形核率N :单位时间内在单位体积中产生的晶核数；长大率G :单位时间内晶核长大的线速度。
材料组织结构对其性能的影响
材料组织结构对其性能的影响材料是指可以制成各种器件或构件的原材料，如金属、陶瓷、塑料等。
而材料性能则是指材料在各种条件下表现出来的物理、化学特性。
而材料组织结构是指材料微观和宏观结构的形态、大小和排列等。
这种材料组织结构对材料性能的影响是不容忽视的。
材料组织结构对其力学性能的影响一种材料的组织结构是由其晶体结构和微观组织构成的。
材料的晶体结构决定了其原子排列方式，而微观组织则是由晶粒、晶界、位错等组成的。
这些因素对材料的力学性能有着直接的影响。
首先，材料的晶体结构会影响其强度和塑性。
晶粒的尺寸和排列方式会直接影响材料的强度和韧性。
当晶粒尺寸减小时，晶粒边界的数目也会增加，使得材料的断裂韧性变得更高。
而当晶粒尺寸变大时，晶粒间的结合力也会增强，提高了材料的强度。
此外，晶界也是影响材料强度和韧性的关键因素，晶界能使晶体之间的位移发生，从而对其应变和变形起到调节作用。
而位错是晶体中产生塑性变形的主要途径之一，位错的数量和类型也会直接影响材料的变形能力。
其次，材料的组织结构对材料蠕变和疲劳寿命也有重要影响。
当材料长时间处于高温或高应力状态下时，就会发生蠕变现象。
晶粒的尺寸和晶粒间的结构会直接影响材料的蠕变行为。
若晶粒尺寸较大，晶界面积较小，则蠕变速率较慢；而若晶粒尺寸较小，晶界面积较大，则蠕变速率较快。
疲劳寿命是指材料在重复应力循环下失效的时间。
材料组织结构对疲劳寿命也有显著影响。
当材料的微观组织中存在缺陷时，这些缺陷在重复应力循环下会逐渐扩展，导致材料的裂纹和疲劳断裂。
因此，若想提高材料的疲劳寿命，就必须充分控制材料组织结构中存在的缺陷。
材料组织结构对其物理性能的影响材料的组织结构对其物理性能也有着重要影响。
例如，导电性、热导率、磁性和光学性质等。
首先，材料的微观组织对其导电性能有着重要的影响。
当电流通过材料时，电子会与材料中的原子和分子相互作用。
这些作用使得电子在材料中发生散射，并影响电子的运动。
因此，材料组织结构对电子的散射和传输会影响材料的导电性能。
金属材料的组织结构
金属材料的组织结构晶体结构是金属材料中最基本的组织结构。
金属材料的晶体结构是由原子通过化学键的方式排列而成的。
金属晶体结构通常为紧密堆积或者是面心立方结构。
紧密堆积的晶体结构中，原子分布紧密，没有空隙，金属的密度较高。
而面心立方结构中，每个原子周围都有最靠近的三个原子，因此，金属的面心立方结构也是最密堆积的结构之一、晶体结构的不同将导致金属的性能也有所不同。
晶粒结构是金属材料中相当重要的组织结构。
晶粒是由具有相同晶体结构的晶体单元构成的。
在金属材料加工过程中，晶粒会逐渐生长，最终形成多个晶粒相邻而不连续的结构。
晶粒的大小和形状对金属的性能非常重要。
晶粒尺寸越大，金属的强度就越低，但是其塑性和韧性会增加；而当晶粒尺寸较小时，金属的强度会提高，但是韧性和塑性会降低。
晶粒形状的不均衡也会对金属的性能产生重要影响。
晶粒中的缺陷（如晶界、孪晶等）也会影响金属的强度和韧性。
相结构是金属材料中不同组分的混合结构。
金属材料可以由一个或者多个相组成。
相是指具有相同化学成分和结构的区域。
在金属材料中，不同相之间的晶粒大小和分布状态也会影响材料的性能。
例如，在金属合金中，可以通过控制相的种类和分布来调节材料的硬度、强度、抗腐蚀性等性能。
除了上述的基本组织结构外，金属材料中还存在一些其他的组织结构，如晶体缺陷、析出物和纹理等。
晶体缺陷是指晶体中的缺陷或者杂质。
晶体缺陷的种类包括点缺陷（如空位、间隙原子等）、线缺陷（如晶界、位错等）和面缺陷（如孪晶界等）。
晶体缺陷会影响金属的力学性能和电学性能。
析出物是金属中的第二相，它们通过固溶度和固相反应形成。
析出物的尺寸和形状也会影响材料的性能。
纹理是指金属材料中晶粒的方向分布，它会对材料的机械性能、磁性能等产生影响。
综上所述，金属材料的组织结构对其性能和用途有着重要影响。
晶体结构、晶粒结构和相结构是金属材料的基本组织结构。
晶体结构决定了金属的原子排列方式，晶粒结构影响金属的强度和韧性，相结构调节金属的性能调节。
高温合金材料的组织结构及其性能
高温合金材料的组织结构及其性能高温合金材料是指能够在高温、高压下保持良好性能的金属材料，一般用于航空航天、能源、化工等领域。
其组织结构复杂，包括基体、弥散相、间隙相等组分构成，这些组分对其高温性能具有重要影响。
本文将从组织结构、热稳定性、高温性能等角度来探讨高温合金材料的特点，同时介绍三种常见的高温合金材料。
一、高温合金材料的组织结构高温合金材料的组织结构一般可分为基体（Matrix）、弥散相（Dispersoids）和间隙相（Interstitial）三部分。
基体是高温合金的主要组成部分，一般采用镍、铁、钴等元素为基体，其具有良好的高温变形能力和抗氧化性能。
弥散相指在基体晶粒内或晶界上存在的微小粒子，可分为强化相和稳定相。
强化相一般采用碳化物、硼化物等化合物，用于增强合金的力学性能和抗热腐蚀性。
稳定相则采用稀土等元素，用于提高合金的高温性能和抗热膨胀性。
间隙相指填充在基体晶粒之间或空隙中的非金属元素，如碳、氮等，其对合金的性能影响较小。
高温合金材料的组织结构不仅影响其力学性能和热膨胀性能，还直接影响其高温抗氧化性能和高温强度等性能。
二、高温合金材料的热稳定性高温合金材料在高温下会发生一系列的热稳定性问题，如高温氧化、热丧失强度、高温蠕变等。
其中高温氧化是最主要的问题，因为高温氧化会使合金的材料损失、硬度下降、粘着失效等。
另外，热蠕变也是一个长期面临的问题，它可以导致合金变形，影响材料的使用寿命和安全性。
为了提高合金的热稳定性，在合金制备的过程中，需要采用一些措施来抑制氧化反应或减缓蠕变速度。
其中，常用的方法包括表面涂层、弥散化强化、稳定相等。
三、高温合金材料的高温性能高温合金材料具有良好的高温性能，包括高温强度、高温蠕变性、高温氧化和高温热膨胀性等。
高温强度是高温合金材料的最重要的性能之一，指材料在高温下保持一定的强度和韧性的能力。
高温强度和材料的组织结构密切相关，合理的组织结构可以提高合金的高温强度。
材料组织结构的表征与分析
材料组织结构的表征与分析材料科学是研究材料的性质和结构的学科，而材料的组织结构对其性质和性能有着重要影响。
因此，对材料组织结构的表征与分析是材料科学研究的重要内容之一。
本文将探讨材料组织结构的表征方法和分析技术。
一、显微结构分析显微结构分析是研究材料组织结构的基础方法之一。
光学显微镜是最常用的显微结构观察工具，通过对材料进行金相制样和显微观察，可以获得材料的晶粒大小、晶界分布、相组成等信息。
此外，透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）等高分辨率显微镜的应用，可以进一步观察材料的细微结构，如晶体缺陷、相界面等。
二、X射线衍射分析X射线衍射是一种非常重要的材料组织结构分析方法。
通过将X射线照射到材料上，利用材料晶体对X射线的衍射现象，可以得到材料的晶格参数、晶体结构和晶体取向等信息。
X射线衍射技术广泛应用于材料的晶体结构分析、相变研究和晶体取向分析等领域。
三、电子显微衍射分析电子显微衍射是一种利用电子束与材料相互作用的现象进行结构分析的方法。
通过电子束的散射现象，可以获得材料的晶格结构、晶体取向和晶体缺陷等信息。
电子衍射技术在材料科学领域中的应用十分广泛，尤其在纳米材料的研究中具有重要意义。
四、原子力显微镜分析原子力显微镜（AFM）是一种基于原子力相互作用的表面形貌观察技术。
通过探针与材料表面的相互作用力，可以得到材料的表面形貌、粗糙度和力学性质等信息。
AFM技术在材料科学研究中的应用非常广泛，尤其在纳米材料和薄膜的研究中具有独特的优势。
五、热分析技术热分析技术是通过对材料在不同温度下的物理和化学性质的变化进行分析的方法。
常用的热分析技术包括差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）和热膨胀分析法（TMA）等。
这些技术可以用于研究材料的热稳定性、热分解行为和相变特性等。
六、电子能谱分析电子能谱分析是一种通过测量材料中电子能量分布来研究材料组织结构的方法。
常用的电子能谱分析技术包括X射线光电子能谱（XPS）和电子能量损失谱（EELS）等。
第2章_材料的组织结构
（体心体方晶格）
1394℃
（面心立方晶格）
912℃
（体心体方晶格）
纯铁的同素异构转变
2.4
材料的同素异构现象
2.4
材料的同素异构现象
金属的同素异构 转变与液态金属的结 晶过程相似，遵循液 体结晶的一般规律： 1、恒温转变； 2、转变时有过冷 现象； 3、转变过程由生 核和长大两个基本过 程组成。
（3）密排六方晶格 晶格属于六方棱柱体，在六棱柱 晶胞的12个项角上各有一个原子，两 个端面的中心各有一个原子，晶胞内 部有三个原子。
每个密排六方晶胞原子数为: （1/6）×12+（1/2）×2+3＝6个 较脆
2.1.1 金属的理想晶体结构
（三）金属晶格的常见类型
金属的晶格类型不同，性能必 然存在差异。即使晶格类型相同， 由于各元素的原子大小和原子间距 的不同；金属的晶格类型和晶格常 数发生改变时，金属的性能也会发 生相应的变化。
形成无限固溶体的 条件：两组元具有相同 的晶格，原子直径相差 很小。
2.1.3 金属材料的结构特点
（2）间隙固溶体 溶质原子分布在溶剂晶格 间隙处而形成的晶体相。
形成条件：两组元直径相 差较大。 由于两组元原子大小和性 能上的差别，导致晶格发生畸 变、歪扭，使晶体的位错运动 阻力增大，合金塑性变形抗力 增大，由此强化了合金。 固溶强化：因形成固溶体 而引起合金强度、硬度升高， 但塑性和韧4.2
同分异构
化学成分相同而分子结构中原子 排列不同的现象。 同分异构对高分子材料的性能影 响很大。
2.3 金属的结晶与细晶强化
2.3 金属的结晶与细晶强化
2.结晶温度 纯金属由液态转变为固态的温度。
《材料的组织结构》课件
材料的微观结构决定了它们的宏观性能，了解结构与性能之间的关系对于设计新材料至 关重要。
2 结构调控的方法
通过调控材料的组织结构，可以改变材料的性能，实现特定的应用要求。
总结与展望
通过本课件的学习，我们深入了解了材料的组织结构及其与性能的关系。期待未来新的发现和应用！
通过控制材料的制备过程，可以制备出具有非晶体结构的材料。
材料的晶格缺陷
1 点缺陷
点缺陷是晶体中原子位置 的偏差，可以对材料的性 能产生重要影响。
2 线缺陷
线缺陷是晶体中沿着一维 方向有序排列的缺陷，如 位错。
3 面缺陷
面缺陷是晶体中二维面上 的缺陷，如晶粒边界和堆 垛层错。
材料的微观结构与性能关系
材料的晶体结构
1 晶体的定义和特点
晶体是有序排列的原子或分子的集合体，具有规则的几何形态和周期性结构。
2 晶体的结晶形态
晶体可以根据它们的结晶形态进行分类，不同的结晶形态决定了材料的特殊性质。
材料的非序排列的原子或分子的集合体，它们缺乏长程的周期性结构。
2 非晶体的制备方法
《材料的组织结构》PPT 课件
本课件将介绍材料的组织结构，包括基本组成、晶体结构、非晶体结构、晶 格缺陷、以及微观结构与性能关系。让我们深入探索材料的奥秘！
引言
1 材料的基本组成
材料由元素和化合物构成，了解基本组成对 于研究材料的特性至关重要。
2 原子结构和分子结构
材料的组成由原子和分子构成，它们的结构 对材料的性质和行为有着重要的影响。
材料的组织结构课件
对称性
晶体结构具有对称性，可 以通过对称操作进行分类 和命名。
稳定性
晶体结构具有稳定性，原 子间的相互作用力和空间 排列方式使晶体具有一定 的物理和化学性质。
晶体结构的形成与变化
形成过程
在一定的温度和压力条件下，物 质内部的原子（或分子、离子） 会自发地形成规则的排列，形成
晶体结构。
变化方式
晶体结构可以通过加热、加压、化 学反应等方式发生改变，转变为其 他类型的晶体结构。
非晶体结构的特性
无固定熔点
非晶体没有固定的熔点， 加热时逐渐软化，温度升 高。
物理性质各向同性
非晶体的物理性质在各个 方向上相同，不像晶体那 样具有各向异性。
力学性质较脆
非晶体的力学性质相对较 脆，不易弯曲和拉伸。
非晶体结构的形成与变化
形成
非晶体结构的形成通常是通过快速冷却或高能物理场作用下的固化过程，原子或 分子的运动速度过快而无法形成长程有序的结构。
复合结构的特性
总结词
复合结构的特性包括各向异性、非线性、非 弹性、热膨胀系数低等。
详细描述
复合结构的特性包括各向异性，即复合结构 的性能在不同方向上有所不同。这主要是由 于组成复合结构的各组分材料的性质以及它 们的排列方式不同所致。此外，复合结构的 特性还包括非线性、非弹性、热膨胀系数低 等。这些特性使得复合结构在承受外力、耐
变化
在一定条件下，非晶体结构可以转化为晶体结构或另一种非晶体结构，这个过程 称为结晶或相变。
04
材料的复合结构
复合结构的定义与分类
总结词
复合结构是指由两种或多种材ห้องสมุดไป่ตู้组成的一种结构，这些材料可以是同质的或异质的，通过物理或化学的方法结合 在一起。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.1.3
金属材料的结构特点
1 、固溶体
固溶体：一种组元均匀的溶解在 另一组元中而形成的晶体相。 固溶体是单相，晶格类型与溶剂 相同。 溶剂：晶格保持不变的组元。 溶质：晶格消失的组元。
2.1.3
金属材料的结构特点
（1）置换固溶体 当溶质原子代替了 溶剂晶格的某些结点原 子而形成的固溶体。 形成无限固溶体的 条件：两组元具有相同 的晶格，原子直径相差 很小。
第2章 材料的组织结构
2.1 金属的晶体结构
2.1.1 金属的理想晶体结构 （一）晶体与非晶体 一切物质都是由原子组成。根据原子 在物质内部聚集状态的不同，可将物质分 为晶体与非晶体两大类。 晶体：内部的原子是按一定规律排列， 各向异性。 非晶体：内部的原子排列无规律。各 向同性。
2.1.1 金属的理想晶体结构
间隙原子
置换原子
晶格空位
2.1.2
金属的实际晶体结构
（二）、线缺陷——位错
晶体中某一列或 若干列原子发生了有 规律的错排现象。
特点：受力后沿 某些晶面移动，导致 金属变形，互相作用， 使位错 的阻力增大， 金属强度提高。
应力场
2.1.2
金属的实际晶体结构
（三）面缺陷—晶界和亚晶界
晶界：不同位向的两 晶粒之间的过渡层。 亚晶：晶粒内部尺寸 很小、位向差很小的小 晶块。 亚晶界：亚晶之间 的界面。 面缺陷：晶界和亚晶 界。
2.1.2
金属的实际晶体结构
2.1.2、金属的实际晶体结构
1.点缺陷 （零维缺陷）：空位，间隙原子，杂质原子 2.线缺陷（一维缺陷）：位错 3.面缺陷（二维缺陷）：晶界，亚晶界，层错，孪晶界
2.1.2
金属的实际晶体结构
2.1.2陷—— 空 位和间隙原子 以某个点为中心、在它 的周围造成原子排列不规则， 产生晶格畸变相的晶体缺陷。 1、间隙原子：在晶格的 间隙处出现多余原子的晶体； 2、晶格空位：在晶格的 结点处出现缺少原子的晶体； 3、置换原子：在晶格的 结点处出现原子直径不同的 异类原子。 点缺陷使金属抵抗塑性 变形的能力提高，从而使金 属强度提高。
（3）密排六方晶格 晶格属于六方棱柱体，在六 棱柱晶胞的12个项角上各有一个 原子，两个端面的中心各有一个 原子，晶胞内部有三个原子。 每个密排六方晶胞原子数为: （1/6）×12+（1/2）×2+3＝6个 较脆
2.1.1 金属的理想晶体结构
（三）金属晶格的常见类型
金属的晶格类型不同，性能必 然存在差异。即使晶格类型相同， 由于各元素的原子大小和原子间距 的不同；金属的晶格类型和晶格常 数发生改变时，金属的性能也会发 生相应的变化。
（二）晶体结构的基本知识
任何一种晶体都有自己的特 定的晶体结构，不可能有两种晶 体具有完全相同的晶体结构。为 了便于研究，可抽象为空间点阵。
2.1.1 金属的理想晶体结构
（二）晶体结构的基本知识
1、晶格、晶胞和晶 格常数 在讨论晶体结构时， 假设晶体里的原子（或离 子）是一些静止不动的小 球。各种晶体结构就可以 看成是这些小球按一定的 几何方式紧密排列堆积而 成。
2.1.1 金属的理想晶体结构
（三）金属晶格的常见类型
（2）面心立方晶格 晶格属于立方晶系，在晶胞的8个顶角和6个面的中心 各有一个原子。 每个面心立方晶格的原子数为： （1/8）×8+（1/2）×6=4个。 塑性优于体心立方晶格的金属。
2.1.1 金属的理想晶体结构
（三）金属晶格的常见类型
2.1.3
金属材料的结构特点
５、显微组织和组织组成物 组织：由单相或多相组成的具有一 定形态的聚合物。 显微组织：显微镜下看到的相和晶 粒的形态、大小和配置状态。 组织组成物：构成显微组织的独立 部分，它可以是单相或多相混合物。
2.1.3
金属材料的结构特点
通常所指的组织： （1）基本结构是纯金属，或是化合物等； （2）晶粒是粗的，还是细的； （3）第二相分布，是在晶界还是在晶内； （4）第二相形状，是片状、粒状、网状 等； （5）第二相分散度，是大还是小。
亚晶界
亚晶界
面缺陷是位错运动的 障碍，晶粒、亚晶越细 小，界面越多，晶格畸 变越大，位错阻力越大， 晶界 金属强度越高。
晶界
2.1.2
金属的实际晶体结构
晶界和亚晶界
位 错
2.1.3
金属材料的结构特点
（一）、基本概念 1、合金：两种或两种以上的金属元 素或金属元素与非金属元素组成的具有金 属性质的新金属。 ２、组元：组成合金最基本、能独立 存在的物质（可以是化学元素也可以是稳 定的化合物）。 3、合金系 ：有相同组元．而成分比 例不同的一系列合金。 4、相 ：在合金中，化学成分一致、 物理状态相同，与其他部分有明显界面的 部分。
2.1.1 金属的理想晶体结构
晶向族
2.1.1 金属的理想晶体结构
（三）金属晶格的常见类型
晶体描述了金属晶体内部的排 列规律，金属晶体结构的主要差别 在于晶格形式及晶格常数的不同。
2.1.1 金属的理想晶体结构
（三）金属晶格的常见类型
（1）体心立方晶格 晶胞是一个立方体，在晶胞的中心和每个顶角各有 一个原子。 每个体心立方晶格的原子数为： （1/8）×8+1=2个。 塑性较好。
2.1.1 金属的理想晶体结构
2、晶面和晶向
晶面： 金属晶体中， 由一系列原 子构成的平 面。
晶面族
2.1.1 金属的理想晶体结构
2、晶面和晶向
晶向：通过两个 或两个以上原子中心 的直线，代表晶格空 间的一定方向。 在同一晶格中不 同晶面晶向上原子排 列的疏密程度的不同， 原子间结合力不同， 从而在不同的晶面和 晶向上显示出不同的 性能，是晶体各向异 性的原因。
2.1.1 金属的理想晶体结构
1、晶格、晶胞和晶格常数
（1） 晶格 描述原子在晶体中 排列规律的三维空间几 何点阵。
2.1.1 金属的理想晶体结构
（2）晶胞
晶格中能够代表 晶格特征的最小几何 单元。 晶胞在空间的重 复排列构成整个晶格。
2.1.1 金属的理想晶体结构
（3）晶格参数与晶格常数
晶格参数：描 述晶胞大小与形状 的几何参数。包括 晶胞的三个棱边长 度a、b、c和三棱边 夹角α 、β 、γ 共 六个参数。 晶格常数：晶 胞的三个棱边长度。