1.1 金属材料的结构与组织
1.2 金属材料的性能
1.3 高分子材料的结构与性能
1.4 陶瓷材料的结构与性能第 1章 材料的结构与性能
1.1.1 纯金属的晶体结构
1.1.2 合金的晶体结构
1.1.3 金属材料的组织
1.1 金属材料的结构与组织
0,晶体的概念、晶体结构
1,三种常见的晶体结构
2,晶面 和 晶向
3,金属晶体的特性
4,晶体缺陷
1.1.1 纯金属的晶体结构晶体 —— 材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。
非晶体,蜂蜡、玻璃 等。晶体金刚石,NaCl、冰 等。
非晶体 —— 原子无规则堆积，也称为,过冷液体,。
液体
● 晶体的概念原子（离子）的刚球模型原子中心位置
● 晶体结构晶胞点阵（晶格）模型晶胞
X
Y
Z
a
b
c
晶格常数
a,b,c
1．三种常见的金属晶体结构
（ 1） 体心立方晶格 bcc
（ 2） 面心立方晶格 fcc
（ 3） 密排六方晶格 hcp
（ 1）体心立方晶格 bcc
-Fe,W,V,Mo 等体心立方 晶胞晶格常数,a=b=c；
=?=?=90?
晶胞原子数：
原子半径：
致密度,0.68
致密度 =Va /Vc,其中
Vc:晶胞体积 a3
Va:原子总体积 2?4?r3/3
X
Y
Z
a
b
c
2raa
2
（ 2）面心立方晶格 fcc
-Fe,Cu,Ni,Al,Au,Ag 等面心立方 晶胞晶格常数,a=b=c；
=?=?=90?
晶胞原子数：
原子半径：
致密度,0.74
X
Y
Z
a
b
c
4
（ 3）密排六方晶格 hcp
C（ 石墨）,Mg,Zn 等 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?
晶胞原子数,6
原子半径,a/2
致密度,0,74
2,金属晶体中的晶面和晶向
X
Y
Z
a
b
c
晶面通过原子中心的平面晶向通过原子中心的直线所指的方向
X
Y
Z
a b
c
3,金属晶体的特性
（ 1）有确定的熔点熔点晶体非晶体时间温度晶体和非晶体的熔化曲线
（ 2）各向异性不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的现象
X
Y
Z
X
Y
Z
4,实际金属中的晶体缺陷实际金属晶体结构与理想结构的偏离单晶体,内部晶格位向完全一致 的晶体（理想晶体）。如单晶 Si半导体。
多晶体,由许多位向不同的 晶粒 构成的晶体。
晶粒（单晶体）
晶体缺陷类型
（ 1）点缺陷：空位、间隙原子、异类原子
（ 2）线缺陷：位错
（ 3）面缺陷：晶界与亚晶界
（ 1）点缺陷如果间隙原子是其它元素就称为异类原子 （杂质原子）
空位 间隙原子
（ 2）线缺陷 —— 刃位错与螺位错刃位错刃位错螺位错
（ 3）面缺陷晶粒（单晶体） 晶界亚晶界亚晶界面缺陷引起晶格畸变，
晶粒越细，则晶界越多,强度和塑性越高。
● 组元与相的概念
● 固溶体
● 金属化合物
1.1.2 合金的晶体结构组元与相的概念组元组成 合金 的独立的最基本单元。例如：元素、稳定化合物。
如,Fe-C合金中,Fe,C均为组元。
相化学成分和晶体结构相同，
且有界面与其它部分分开的均匀组成部分。
合金中有两类基本相 —— 固溶体 和 化合物固溶体固溶体概念合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。如,Fe(C)固溶体。
溶解度概念固溶体类型
Z
X
Y
间隙原子间隙固溶体置换固溶体置换原子
Y
X
Z
固溶强化形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象正常晶格 晶格畸变晶格畸变小原子置换引起的晶格畸变间隙原子引起的晶格畸变金属化合物化合物类型合金组元形成晶格类型与任一组元都不相同的新相正常价化合物 —— 按化合价规律形成，如,Mg2Si 。
间隙化合物 —— 过渡金属 +小半径非金属元素电子化合物 —— 按电子浓度规律形成，如,Cu3Al 。
{间隙相 r非 /r金?0.59，如,WC,TiC,VC复杂结构的间隙化合物 r
非 /r金?0.59如,Fe3C,Cr23C6
间隙化合物 熔点高、硬度高，脆性大。
1.1.3 金属材料的组织组织（显微组织）
指在金相显微镜下观察到的金属材料内部的微观形貌组织由相构成，
观察时应分析相的形态、数量、大小和分布方式。
金属材料性能由组织决定，
而组织由化学成分和工艺过程决定。
亚共析钢 x400
过共析钢 x400
1.2.1 工艺性能
1.2.2 机械性能
1.2.3 理化性能
1.2 金属材料的性能铸造性能,流动性、收缩性、偏析
1.2.1 工艺性能热处理性能,淬透性锻造性能,塑性、变形抗力焊接性能,焊接性、碳当量切削性能,表面粗糙度、刀具寿命强度、塑性、硬度、疲劳强度、断裂韧性
1.2.2 机械性能
1.2.3 理化性能
● 物理性能：
密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性 。
● 化学性能,耐腐蚀性、抗氧化性。
本章小结本章重点
1,晶体结构的基本概念：晶体，晶格，晶胞，三种常见的金属晶格。
单晶体，晶粒，多晶体。
2,固溶体、化合物的晶体结构及性能特点。固溶强化及其实际应用
3,相和组织的概念。
一般要求
1,晶面，晶向，晶格常数，晶格的致密度；晶体的各向异性。
2,晶体缺陷（点、线、面缺陷，位错等概念）。
作 业 1
P 3 ~ 4
2,1),2),4)
3,1)
4,2),6),7),8)
of Chapter 1
1.2 金属材料的性能
1.3 高分子材料的结构与性能
1.4 陶瓷材料的结构与性能第 1章 材料的结构与性能
1.1.1 纯金属的晶体结构
1.1.2 合金的晶体结构
1.1.3 金属材料的组织
1.1 金属材料的结构与组织
0,晶体的概念、晶体结构
1,三种常见的晶体结构
2,晶面 和 晶向
3,金属晶体的特性
4,晶体缺陷
1.1.1 纯金属的晶体结构晶体 —— 材料中的原子（离子、分子）在三维空间呈规则，周期性排列。
非晶体,蜂蜡、玻璃 等。晶体金刚石,NaCl、冰 等。
非晶体 —— 原子无规则堆积，也称为,过冷液体,。
液体
● 晶体的概念原子（离子）的刚球模型原子中心位置
● 晶体结构晶胞点阵（晶格）模型晶胞
X
Y
Z
a
b
c
晶格常数
a,b,c
1．三种常见的金属晶体结构
（ 1） 体心立方晶格 bcc
（ 2） 面心立方晶格 fcc
（ 3） 密排六方晶格 hcp
（ 1）体心立方晶格 bcc
-Fe,W,V,Mo 等体心立方 晶胞晶格常数,a=b=c；
=?=?=90?
晶胞原子数：
原子半径：
致密度,0.68
致密度 =Va /Vc,其中
Vc:晶胞体积 a3
Va:原子总体积 2?4?r3/3
X
Y
Z
a
b
c
2raa
2
（ 2）面心立方晶格 fcc
-Fe,Cu,Ni,Al,Au,Ag 等面心立方 晶胞晶格常数,a=b=c；
=?=?=90?
晶胞原子数：
原子半径：
致密度,0.74
X
Y
Z
a
b
c
4
（ 3）密排六方晶格 hcp
C（ 石墨）,Mg,Zn 等 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?
晶胞原子数,6
原子半径,a/2
致密度,0,74
2,金属晶体中的晶面和晶向
X
Y
Z
a
b
c
晶面通过原子中心的平面晶向通过原子中心的直线所指的方向
X
Y
Z
a b
c
3,金属晶体的特性
（ 1）有确定的熔点熔点晶体非晶体时间温度晶体和非晶体的熔化曲线
（ 2）各向异性不同晶面或晶向上原子密度不同引起性能不同的现象
X
Y
Z
X
Y
Z
4,实际金属中的晶体缺陷实际金属晶体结构与理想结构的偏离单晶体,内部晶格位向完全一致 的晶体（理想晶体）。如单晶 Si半导体。
多晶体,由许多位向不同的 晶粒 构成的晶体。
晶粒（单晶体）
晶体缺陷类型
（ 1）点缺陷：空位、间隙原子、异类原子
（ 2）线缺陷：位错
（ 3）面缺陷：晶界与亚晶界
（ 1）点缺陷如果间隙原子是其它元素就称为异类原子 （杂质原子）
空位 间隙原子
（ 2）线缺陷 —— 刃位错与螺位错刃位错刃位错螺位错
（ 3）面缺陷晶粒（单晶体） 晶界亚晶界亚晶界面缺陷引起晶格畸变，
晶粒越细，则晶界越多,强度和塑性越高。
● 组元与相的概念
● 固溶体
● 金属化合物
1.1.2 合金的晶体结构组元与相的概念组元组成 合金 的独立的最基本单元。例如：元素、稳定化合物。
如,Fe-C合金中,Fe,C均为组元。
相化学成分和晶体结构相同，
且有界面与其它部分分开的均匀组成部分。
合金中有两类基本相 —— 固溶体 和 化合物固溶体固溶体概念合金组元通过溶解形成成分和性能均匀的、结构上与组元之一相同的固相。如,Fe(C)固溶体。
溶解度概念固溶体类型
Z
X
Y
间隙原子间隙固溶体置换固溶体置换原子
Y
X
Z
固溶强化形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象正常晶格 晶格畸变晶格畸变小原子置换引起的晶格畸变间隙原子引起的晶格畸变金属化合物化合物类型合金组元形成晶格类型与任一组元都不相同的新相正常价化合物 —— 按化合价规律形成，如,Mg2Si 。
间隙化合物 —— 过渡金属 +小半径非金属元素电子化合物 —— 按电子浓度规律形成，如,Cu3Al 。
{间隙相 r非 /r金?0.59，如,WC,TiC,VC复杂结构的间隙化合物 r
非 /r金?0.59如,Fe3C,Cr23C6
间隙化合物 熔点高、硬度高，脆性大。
1.1.3 金属材料的组织组织（显微组织）
指在金相显微镜下观察到的金属材料内部的微观形貌组织由相构成，
观察时应分析相的形态、数量、大小和分布方式。
金属材料性能由组织决定，
而组织由化学成分和工艺过程决定。
亚共析钢 x400
过共析钢 x400
1.2.1 工艺性能
1.2.2 机械性能
1.2.3 理化性能
1.2 金属材料的性能铸造性能,流动性、收缩性、偏析
1.2.1 工艺性能热处理性能,淬透性锻造性能,塑性、变形抗力焊接性能,焊接性、碳当量切削性能,表面粗糙度、刀具寿命强度、塑性、硬度、疲劳强度、断裂韧性
1.2.2 机械性能
1.2.3 理化性能
● 物理性能：
密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性 。
● 化学性能,耐腐蚀性、抗氧化性。
本章小结本章重点
1,晶体结构的基本概念：晶体，晶格，晶胞，三种常见的金属晶格。
单晶体，晶粒，多晶体。
2,固溶体、化合物的晶体结构及性能特点。固溶强化及其实际应用
3,相和组织的概念。
一般要求
1,晶面，晶向，晶格常数，晶格的致密度；晶体的各向异性。
2,晶体缺陷（点、线、面缺陷，位错等概念）。
作 业 1
P 3 ~ 4
2,1),2),4)
3,1)
4,2),6),7),8)
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