1、姚勤緒 論一、材料與人類社會發展的關系一、材料與人類社會發展的關系材料是人類生存所必需的物質基礎。材料是人類生存所必需的物質基礎。 人的衣、食、住、行都離不開材料，從人的衣、食、住、行都離不開材料，從原始社會最簡單的日常生活用具和手工勞動原始社會最簡單的日常生活用具和手工勞動工具到如今高精尖的計算機、航天器、機器工具到如今高精尖的計算機、航天器、機器人等，都是用各種各樣的材料加工而成的。人等，都是用各種各樣的材料加工而成的。即使在科技如此發達的今天，我們也很難想即使在科技如此發達的今天，我們也很難想象，如果沒有了糧食、石油、煤炭等資源，象，如果沒有了糧食、石油、煤炭等資源，人類將怎樣生存。人類

2、將怎樣生存。材料是人類社會文明進步的重要標志。材料是人類社會文明進步的重要標志。 石器時代石器時代青銅器時代青銅器時代鋼鐵時代鋼鐵時代 人類歷史是按人類所使用的材料種類劃分的，人類歷史是按人類所使用的材料種類劃分的，材料的利用和發展構成了人類文明史的里程碑。材料的利用和發展構成了人類文明史的里程碑。材料工業是國民經濟的支柱產業。材料工業是國民經濟的支柱產業。 能源能源 信息信息 交通交通 材料材料材料工業是生產力發展的基礎和動力材料工業是生產力發展的基礎和動力。 就制造業而言，材料是其必要的基礎和就制造業而言，材料是其必要的基礎和有力的保證，沒有了材料工業的發展，制造有力的保證，沒有了材料工業

3、的發展，制造業也就成了業也就成了“無米之炊無米之炊”。同時，材料也是。同時，材料也是制造業發展的動力，不斷涌現的新材料促進制造業發展的動力，不斷涌現的新材料促進了制造新工藝的研究開發，反過來，新工藝了制造新工藝的研究開發，反過來，新工藝又對材料提出了進一步的性能要求，又帶動又對材料提出了進一步的性能要求，又帶動了新材料的出現。如此循環交替，推動了社了新材料的出現。如此循環交替，推動了社會生產力的不斷進步。會生產力的不斷進步。二、材料科學及其發展趨勢二、材料科學及其發展趨勢材料科學材料科學-是研究材料的化學組成和微是研究材料的化學組成和微觀結構與材料宏觀性能之間關系的一門科學，觀結構與材料宏觀性

4、能之間關系的一門科學，它同時還研究制取和使用材料的有關知識。它同時還研究制取和使用材料的有關知識。材料科學的發展趨勢材料科學的發展趨勢新手段新手段新品種新品種新工藝新工藝新新手手段段 光學顯微鏡、電子顯微鏡等先進分析工具的光學顯微鏡、電子顯微鏡等先進分析工具的研制研制, 固體物理、量子力學等基礎學科的發展固體物理、量子力學等基礎學科的發展,將人們從宏觀世界帶入了微觀世界，揭示了材將人們從宏觀世界帶入了微觀世界，揭示了材料的成分、結構、性能之間的相互關系。料的成分、結構、性能之間的相互關系。高性能：高性能：低密度、高強度、耐高溫、耐磨損、低密度、高強度、耐高溫、耐磨損、 耐腐蝕、耐腐蝕、新功能：

5、新功能：隨著原子能、航天航空、電子技術、隨著原子能、航天航空、電子技術、生物醫療等現代工業的發展，對材料提出了許生物醫療等現代工業的發展，對材料提出了許多特殊的性能要求。如現代電子技術中的超導多特殊的性能要求。如現代電子技術中的超導材料；醫學領域中的形狀記憶材料；人工器官、材料；醫學領域中的形狀記憶材料；人工器官、生物傳感器、血液代用品等等；以及現在非常生物傳感器、血液代用品等等；以及現在非常熱門的納米材料（熱門的納米材料（1納米納米=10-9米）米）,人們關注的人們關注的不僅是其尺寸的微細可以用來制造不僅是其尺寸的微細可以用來制造“微機械微機械”，更關注的是由此而來的一些奇特的性能，如納更關

6、注的是由此而來的一些奇特的性能，如納米陶瓷的塑性、導體變非導體、吸波性等。米陶瓷的塑性、導體變非導體、吸波性等。新新品品種種三、三、“工程材料學工程材料學B”課程簡介課程簡介 “工程材料學工程材料學B”是機械類各專業的一門必修是機械類各專業的一門必修的技術基礎課。主要介紹工程材料的一般知識和的技術基礎課。主要介紹工程材料的一般知識和鑄造成形、鍛壓成形及焊接等常用的成形方法和鑄造成形、鍛壓成形及焊接等常用的成形方法和 低能耗、低污染，可持續發展等已成為現低能耗、低污染，可持續發展等已成為現代工業生產的必然趨勢。因此，鑄、鍛、焊等代工業生產的必然趨勢。因此，鑄、鍛、焊等傳統的材料成形技術也在不斷地

7、發展和進步。傳統的材料成形技術也在不斷地發展和進步。少、無切屑的精密鑄造和精密鍛造以及計算機少、無切屑的精密鑄造和精密鍛造以及計算機控制的機械化、自動化生產裝備得到了廣泛的控制的機械化、自動化生產裝備得到了廣泛的應用，極大地提高了生產率，減輕勞動強度。應用，極大地提高了生產率，減輕勞動強度。新新工工藝藝工藝，使學生初步具備合理選擇材料、選擇毛坯工藝，使學生初步具備合理選擇材料、選擇毛坯或零件的加工方法與加工工藝以及分析零件結構或零件的加工方法與加工工藝以及分析零件結構工藝性的能力，了解本學科領域中的新技術。工藝性的能力，了解本學科領域中的新技術。 本課程分在兩個學期完成，本學期的本課程分在兩個

8、學期完成，本學期的 “工程工程材料學材料學B（一）（一）”著重介紹工程材料，下學期的著重介紹工程材料，下學期的“工程材料學工程材料學B（二）（二）”主要介紹鑄、鍛、焊等主要介紹鑄、鍛、焊等材料成形的方法。材料成形的方法。四、評分方法及其他四、評分方法及其他 平時成績：平時成績：30%（考勤與作業）（考勤與作業） 考試成績：考試成績：70%第一章 工程材料黑色金屬金屬材料有色金屬工程材料有機高分子材料非金屬材料無機非金屬材料復合材料1-1 概述概述金屬材料黑色金屬：黑色金屬：鐵、錳、鉻及其合金。鐵、錳、鉻及其合金。 主要指鋼和鑄鐵。主要指鋼和鑄鐵。有色金屬：有色金屬：除黑色金屬以外的金屬除黑色金

9、屬以外的金屬 及其合金。如銅、鋁等。及其合金。如銅、鋁等。 輕金屬輕金屬 重金屬重金屬 貴金屬貴金屬 稀有金屬稀有金屬 非金屬材料有機高分子材料：有機高分子材料：主要含碳和氫。主要含碳和氫。 塑料塑料 橡膠橡膠 合成纖維合成纖維 無機非金屬材料：無機非金屬材料：不含碳和氫。不含碳和氫。 陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 復合材料 復合材料是由兩種或兩種以上的不復合材料是由兩種或兩種以上的不同材料復合而成的材料。既保留原有同材料復合而成的材料。既保留原有材料各自的特性，又具有原有材料所材料各自的特性，又具有原有材料所沒有的特殊的、優異的性能。沒有的特殊的、優異的性能。 樹脂基樹脂基復合材料復合材料 金屬基金屬

10、基復合材料復合材料 陶瓷基陶瓷基復合材料復合材料 1-2 固體材料的性能固體材料的性能一、物理性能一、物理性能二、二、化學性能化學性能三、力學性能三、力學性能四、工藝性能四、工藝性能1-2 固體材料的性能固體材料的性能一、物理性能一、物理性能 密度密度 熔點熔點 導電性導電性 導熱性導熱性 磁性磁性 二、二、化學性能化學性能指材料抵抗各種介質侵蝕的能力。指材料抵抗各種介質侵蝕的能力。 抗氧化性抗氧化性 耐腐蝕性（如耐油、耐酸、耐堿）耐腐蝕性（如耐油、耐酸、耐堿） 三、力學性能三、力學性能力學性能是指材料在承受外力后的表現力學性能是指材料在承受外力后的表現。 常溫常溫靜態靜態 常溫常溫動態下動態

11、下 高低溫下高低溫下 載荷形式的影響載荷形式的影響拉伸拉伸壓縮壓縮彎曲彎曲剪切剪切扭轉扭轉 工作溫度的影響工作溫度的影響 運動狀態的影響運動狀態的影響 材料完整性的影響材料完整性的影響四、工藝性能四、工藝性能 熱處理性能熱處理性能 鑄造性能鑄造性能 鍛壓性能鍛壓性能 焊接性能焊接性能 切削加工性能切削加工性能 工藝性能是指材料加工時的性能工藝性能是指材料加工時的性能。1.強度強度 彈性極限彈性極限 e - 發生最大彈性變形時的應力。發生最大彈性變形時的應力。 屈服強度屈服強度 s - 開始出現明顯塑性變形時的應力。開始出現明顯塑性變形時的應力。 條件條件屈服強度屈服強度 0.2 - 產生產生0

12、.2%塑性變形時的應力。塑性變形時的應力。 抗拉強度抗拉強度 b -拉斷前所承受的最大應力。拉斷前所承受的最大應力。應力應力- 單位面積上所承受的內力，以單位面積上所承受的內力，以 表示。表示。 （MPa） 應變應變-單位尺寸上的變形量，以單位尺寸上的變形量，以 表示。表示。 （%）彈性變形彈性變形-受力后立即發生，并隨力的消失而消失的變形。受力后立即發生，并隨力的消失而消失的變形。塑性變形塑性變形-應力超過一定數值后才發生的并將永久保留的變形。應力超過一定數值后才發生的并將永久保留的變形。在外力作用下，材料抵抗變形和斷裂在外力作用下，材料抵抗變形和斷裂的能力。的能力。三三、力學性能、力學性能

13、拉伸試驗拉伸試驗l 0lS 0S拉伸前拉伸前拉斷后拉斷后b 縮頸點縮頸點se e s b e - 最大彈性變形時的應力最大彈性變形時的應力 s - 開始塑性變形時的應力開始塑性變形時的應力 b - 拉斷前所承受的最大應力拉斷前所承受的最大應力應力應力 （MPa）應變應變 （%）剛度剛度- 材料抵抗彈性變形的能力。用材料抵抗彈性變形的能力。用彈性彈性 模量模量E（彈性范圍內，應力與應變的比例）（彈性范圍內，應力與應變的比例） 表示（表示（E=tg ），），E越大剛性越好。越大剛性越好。 拉伸拉伸試樣試樣拉拉伸伸曲曲線線屈服點屈服點k 拉斷點拉斷點 對那些沒有明顯屈服現象的材料，一般規定對那些沒有

14、明顯屈服現象的材料，一般規定以試樣產生以試樣產生0.2%殘余伸長率時的應力作為其屈服殘余伸長率時的應力作為其屈服強度，稱為條件強度，稱為條件屈服強度屈服強度 0.2應變應變 （%）應力應力 （MPa）0.2% 0.22.2.塑性塑性 延伸率延伸率 - 試樣斷裂前后的長度變化率試樣斷裂前后的長度變化率。 斷面收縮率斷面收縮率 - 試樣斷裂前后的面積變化率試樣斷裂前后的面積變化率。在外力作用下，材料產生塑性變形在外力作用下，材料產生塑性變形而不發生斷裂的能力。而不發生斷裂的能力。l l 0l 0 = 100 %= S 0 S 100 %S 04 43 32 21 1例題例題：圖示：圖示1-41-4

15、為四種不同材料的應力為四種不同材料的應力- -應變曲線，應變曲線， 請比較這四種材料的抗拉強度、屈服強度、請比較這四種材料的抗拉強度、屈服強度、 剛度和塑性。剛度和塑性。應力應力 應變應變 1 12 24 43 32 21 1應力應力 應變應變 0. 2 0. 2 s3 s20. 2 b1 b2 b3 b4 抗拉強度：抗拉強度：2 2 1 1 3 3 4 4（根據拉斷前的最大應力）根據拉斷前的最大應力） 屈服強度：屈服強度：1 1 3 3 2 2 4 4（根據屈服點或條件屈服點）根據屈服點或條件屈服點）4 43 32 21 1應力應力 應變應變 1 4 2 3 塑性：塑性：3 3 2 2 4

16、4 1 1（根據斷裂時的應變根據斷裂時的應變 ） 剛度：剛度：1 1 3 3 2 2 4 4（根據彈性模量根據彈性模量 E E） 直線斜率直線斜率 總總= = 彈彈+ + 塑塑= = 塑塑 此方法為錯誤的此方法為錯誤的4 43 32 21 1應力應力 應變應變 塑性：塑性：3 3 2 2 4 4 1 1（根據試樣的延伸率根據試樣的延伸率）剛度：剛度：1 1 3 3 2 2 4 4（根據彈性模量根據彈性模量 E E） 直線斜率直線斜率 總總= = 彈彈+ + 塑塑= = 塑塑1 2343.3.硬度硬度布氏硬度布氏硬度： 用用淬火鋼球淬火鋼球或或硬質合金球硬質合金球作作壓頭，以壓痕直徑來衡量材料硬

17、度。壓頭，以壓痕直徑來衡量材料硬度。 壓痕大，不適宜測薄片或成品，主要用于測較軟的壓痕大，不適宜測薄片或成品，主要用于測較軟的原材料、半成品的硬度，如有色合金、軟鋼、鑄鐵等。原材料、半成品的硬度，如有色合金、軟鋼、鑄鐵等。 注意：注意：壓頭為鋼球時表示成數字壓頭為鋼球時表示成數字+ HBS ，如，如450HBS， 用硬質合金球時表示為數字用硬質合金球時表示為數字+ HBW ，如，如650HBW洛氏硬度洛氏硬度： 用用金剛石圓錐金剛石圓錐或或淬火鋼球淬火鋼球作作壓壓頭，以壓痕深度來衡量材料的硬度頭，以壓痕深度來衡量材料的硬度 。FF材料抵抗更硬物體壓入的能力。材料抵抗更硬物體壓入的能力。 由壓頭

18、和載荷的不同，洛氏硬度由壓頭和載荷的不同，洛氏硬度分成分成 HRA、HRB、HRC三種，以三種，以HRC應應用最廣。用最廣。 洛氏硬度壓痕小，不損傷工件，常用于測洛氏硬度壓痕小，不損傷工件，常用于測硬硬材料、薄試樣及成品零件。材料、薄試樣及成品零件。標尺標尺壓頭類型壓頭類型總載荷總載荷(N)應用范圍應用范圍HRA120金剛石圓錐體金剛石圓錐體588.4 硬質合金、表面淬火硬質合金、表面淬火層、滲碳鋼層、滲碳鋼HRB 1.588mm淬火鋼球淬火鋼球980.7 有色金屬、退火鋼、有色金屬、退火鋼、正火鋼正火鋼HRC120金剛石圓錐體金剛石圓錐體235.4淬火鋼、調質鋼淬火鋼、調質鋼三種洛氏硬度的試

19、驗規范和應用范圍三種洛氏硬度的試驗規范和應用范圍 維氏硬度維氏硬度： 用用136度金剛石四棱錐度金剛石四棱錐作作壓頭。壓頭。 維氏硬度法維氏硬度法載荷小、壓痕淺，可測量各種軟載荷小、壓痕淺，可測量各種軟硬程度的材料，但測量過程較麻煩。主要用于測硬程度的材料，但測量過程較麻煩。主要用于測極薄的表面硬化層、金屬鍍層及薄片金屬的硬度。極薄的表面硬化層、金屬鍍層及薄片金屬的硬度。 另外，強度和硬度都能反映材料抵抗塑性變形的能力，另外，強度和硬度都能反映材料抵抗塑性變形的能力，兩者之間有一定的關系，可近似換算：兩者之間有一定的關系，可近似換算： 低碳鋼軋材或鍛件：低碳鋼軋材或鍛件： b 0.36 HB；

20、 灰鑄鐵件：灰鑄鐵件： b 0.1 HB； 高碳鋼軋材或鍛件：高碳鋼軋材或鍛件： b 0.34 HB； 鑄鋁件：鑄鋁件： b 0.26 HB； 調質合金鋼：調質合金鋼： b 0.325 HB特別提醒：特別提醒：不同硬度試驗法所獲得的硬度值是不能直接不同硬度試驗法所獲得的硬度值是不能直接進行比較的，必須通過換算成同一硬度指標后才能比較。進行比較的，必須通過換算成同一硬度指標后才能比較。課堂練習題課堂練習題: :1.1.某工廠欲制造一批鋼制拉桿，此拉桿的最大某工廠欲制造一批鋼制拉桿，此拉桿的最大 工作應力為工作應力為350MPa350MPa，且工作時不允許產生明，且工作時不允許產生明 顯的塑性變形

21、。工廠倉庫中有一種鋼材，將顯的塑性變形。工廠倉庫中有一種鋼材，將 其制成直徑為其制成直徑為d d0 0 = = 1010 m m m m 標準拉伸試樣后進行標準拉伸試樣后進行 拉伸試驗，測得拉伸試驗，測得 F Fs s = = 2150021500 N N，F Fb b = = 3510035100 N N。 試判斷該鋼材是否適合做拉桿？為什么？試判斷該鋼材是否適合做拉桿？為什么？2.2.請判斷下列說法是否正確：請判斷下列說法是否正確：材料的強度越高就越不容易變形。因此和高材料的強度越高就越不容易變形。因此和高 強度材料相比，低強度材料一定會變形。強度材料相比，低強度材料一定會變形。硬度高的材

22、料，其強度和剛度也一定會大。硬度高的材料，其強度和剛度也一定會大。彈性模量大的材料，其彈性極限就高。彈性模量大的材料，其彈性極限就高。4.4.沖擊韌度沖擊韌度 通常采用通常采用一次擺錘沖擊彎曲試驗一次擺錘沖擊彎曲試驗進行測定，用擺錘沖進行測定，用擺錘沖擊缺口試樣時單位截面所消耗的沖擊功擊缺口試樣時單位截面所消耗的沖擊功 k 表示沖擊韌度。表示沖擊韌度。 材料抵抗材料抵抗一次或數次大能量一次或數次大能量沖擊的能力。沖擊的能力。 k =G（H - h）S其中：其中：G -擺錘質量擺錘質量, KgS -試樣缺口處原始截面積試樣缺口處原始截面積, cm2擺錘擺錘缺口試樣缺口試樣! ! ! 材料的沖擊韌

23、度主要取決于塑性，并與溫度材料的沖擊韌度主要取決于塑性，并與溫度 密切相關密切相關。 二次世界大戰中，美國建造了約二次世界大戰中，美國建造了約50005000艘全焊艘全焊接接“自由輪自由輪”，然而在，然而在19421942年年19461946年之間有年之間有10001000艘船舶發生破斷，艘船舶發生破斷，19461946年年19561956年之間有年之間有200200艘發生嚴重折斷。艘發生嚴重折斷。19431943年年1 1月美國的一艘月美國的一艘T-T-2y2y油船停泊在裝貨碼頭時斷裂成兩半截，當時計油船停泊在裝貨碼頭時斷裂成兩半截，當時計算的甲板應力水平僅為算的甲板應力水平僅為7 Kg7

24、Kgf/mmf/mm2 2，遠遠低于船，遠遠低于船板鋼的強度極限。板鋼的強度極限。為什么會斷裂呢？為什么會斷裂呢？ 通過在不同溫度下對材料進行沖擊試驗，結通過在不同溫度下對材料進行沖擊試驗，結果表明果表明: :材料的沖擊韌度值隨溫度的降低而減小，材料的沖擊韌度值隨溫度的降低而減小，當溫度降低到某一溫度范圍時，沖擊韌度急劇下當溫度降低到某一溫度范圍時，沖擊韌度急劇下降，材料由韌性狀態轉變為脆性狀態。降，材料由韌性狀態轉變為脆性狀態。冷脆冷脆- 材料在某一材料在某一低溫低溫范圍內，沖擊韌度急劇下降，由范圍內，沖擊韌度急劇下降，由 塑性狀態變為脆性狀態的現象。塑性狀態變為脆性狀態的現象。冷脆轉變溫度

25、冷脆轉變溫度- 材料發生冷脆現象的溫度范圍材料發生冷脆現象的溫度范圍。 其數值愈低，表示材料的低溫抗沖擊性能愈好。其數值愈低，表示材料的低溫抗沖擊性能愈好。銅、鋁、鎳等面心立方結構金屬不存在銅、鋁、鎳等面心立方結構金屬不存在“冷脆冷脆”。溫度溫度 k冷脆轉變溫度冷脆轉變溫度 一般用應力與循環次數曲線（如圖）一般用應力與循環次數曲線（如圖） 上應力與橫坐標平行時的應力值表示上應力與橫坐標平行時的應力值表示 可經無數次循環而不斷裂的疲勞強度?？山洘o數次循環而不斷裂的疲勞強度。 對不出現水平段的材料，工程上則規對不出現水平段的材料，工程上則規 定達到一定循環次數（定達到一定循環次數（鋼鋼107，有色

26、金有色金 屬屬108）仍不發生斷裂的最大應力值為）仍不發生斷裂的最大應力值為 其疲勞強度。其疲勞強度。5.疲勞強度疲勞強度 用材料在無數次重復或交變載荷作用下而不用材料在無數次重復或交變載荷作用下而不致發生斷裂的最大應力致發生斷裂的最大應力 -1表示。表示。 -1NN 材料在材料在無數次重復無數次重復或或交變載荷交變載荷作用下不產生斷裂的能力。作用下不產生斷裂的能力。6.斷裂韌度斷裂韌度材料有材料有裂紋存在裂紋存在時抵抗脆性斷裂時抵抗脆性斷裂的能力。的能力。 斷裂韌度斷裂韌度通常用材料的應力強度因子通常用材料的應力強度因子KI的臨界的臨界值值KIC來描述。即：來描述。即： KIC = 當材料內

27、部存在宏觀裂紋時當材料內部存在宏觀裂紋時, ,往往往會由于裂紋的失穩擴展而使制件往會由于裂紋的失穩擴展而使制件即使在遠低于許用應力的條件下工即使在遠低于許用應力的條件下工作，也會產生無明顯塑性變形的斷作，也會產生無明顯塑性變形的斷裂，即裂，即低應力脆斷低應力脆斷。這是因為裂紋。這是因為裂紋尖端附近的尖端附近的應力集中應力集中造成的。造成的。KI = 應力應力強度因子強度因子N-2/3 mmmm( N ).23-max7.7.高溫蠕變高溫蠕變 材料在高溫環境下，長時間承材料在高溫環境下，長時間承受恒溫、恒應力（遠遠小于該受恒溫、恒應力（遠遠小于該溫度下的屈服強度溫度下的屈服強度 s ）而產生）而

28、產生緩慢塑性變形甚至斷裂的現象。緩慢塑性變形甚至斷裂的現象。 一般而言，材料的強度、剛度、硬度等指標將一般而言，材料的強度、剛度、硬度等指標將隨溫度的升高而降低，只有塑性會變好。因此在對隨溫度的升高而降低，只有塑性會變好。因此在對高溫下工作的零件選材時應適當提高對強度和硬度高溫下工作的零件選材時應適當提高對強度和硬度的要求。然而許多高溫下工作零件的應力松弛甚至的要求。然而許多高溫下工作零件的應力松弛甚至斷裂卻更多地是由于蠕變而造成的，故高溫零件應斷裂卻更多地是由于蠕變而造成的，故高溫零件應選用高溫蠕變性小的材料。選用高溫蠕變性小的材料。有機高分子材料，即使在室溫下也會發生蠕變。有機高分子材料，

29、即使在室溫下也會發生蠕變。1-3 固體材料的結構固體材料的結構材料的宏觀性能是由其微觀結構所決定的材料的宏觀性能是由其微觀結構所決定的分子是保持物質基本化學性質的最小微粒分子是保持物質基本化學性質的最小微粒, 而分子又是由原子組成的而分子又是由原子組成的組成分子的組成分子的原子的種類、數目、排列方式原子的種類、數目、排列方式 及原子間的相互作用決定了分子的性質及原子間的相互作用決定了分子的性質 結合鍵又稱為化學鍵，是指分子中各原子結合鍵又稱為化學鍵，是指分子中各原子之間的相互作用。之間的相互作用。1、幾種典型的結合鍵、幾種典型的結合鍵 離子鍵離子鍵 - 金屬原子失去價電子成為正離子，金屬原子失

30、去價電子成為正離子， 非金屬原子獲得價電子成為負離子，非金屬原子獲得價電子成為負離子， 這種由正、負離子相互作用而產生這種由正、負離子相互作用而產生 的強大鍵合力稱為離子鍵。的強大鍵合力稱為離子鍵。 大多數由金屬和非金屬結合形成的鹽類、堿類大多數由金屬和非金屬結合形成的鹽類、堿類和金屬氧化物是以離子鍵結合的。和金屬氧化物是以離子鍵結合的。 -一、固體材料的結合鍵一、固體材料的結合鍵 - - - - - + + + + + + 共價鍵共價鍵 - 原子間通過形成共用電子對而產生原子間通過形成共用電子對而產生 的結合鍵。是由相同原子或性能相的結合鍵。是由相同原子或性能相 近的原子組成分子時采用的原子

31、結近的原子組成分子時采用的原子結 合方式，如金剛石、碳化硅等。合方式，如金剛石、碳化硅等。 金屬鍵金屬鍵 - 金屬原子的外層價電子脫離原子，金屬原子的外層價電子脫離原子， 形成金屬正離子和共用電子云。形成金屬正離子和共用電子云。 這種由正離子和電子云的相互吸這種由正離子和電子云的相互吸 引而形成的結合鍵稱為金屬鍵。引而形成的結合鍵稱為金屬鍵。 分子鍵分子鍵 - 分子之間通過一個分子的負電性分子之間通過一個分子的負電性 部分與另一個分子的正電性部分部分與另一個分子的正電性部分 相互吸引而產生的結合鍵。相互吸引而產生的結合鍵。 + + + + + + + + +2、工程材料的結合鍵與性能、工程材料

32、的結合鍵與性能金屬金屬材料材料 -以以金屬鍵金屬鍵為主。為主。 高硬度、高強度、高熔點，良好的塑性、導電、導熱高硬度、高強度、高熔點，良好的塑性、導電、導熱性及大密度性及大密度有機高分子材料有機高分子材料 -分子內分子內共價鍵共價鍵,分子間分子間分子鍵分子鍵。 不高的強度和硬度，低的熔點和耐熱性，密度小，耐不高的強度和硬度，低的熔點和耐熱性，密度小，耐蝕和絕緣性好蝕和絕緣性好陶瓷材料陶瓷材料（無機材料）（無機材料）-離子鍵離子鍵或或共價鍵共價鍵為主。為主。 硬而脆，高熔點，耐熱、耐蝕性好，絕緣好硬而脆，高熔點，耐熱、耐蝕性好，絕緣好復合材料復合材料 -取決于組成物的結合鍵取決于組成物的結合鍵。

33、二、二、金屬材料的顯微結構金屬材料的顯微結構 固態物質按原子聚集狀態分為晶體和非晶體。 晶體晶體 - 原子在三維空間呈有規則的周期性重復排列。原子在三維空間呈有規則的周期性重復排列。 非非晶體晶體 - 原子呈現無規律、無次序的堆積。原子呈現無規律、無次序的堆積。 絕大多數的固態金屬和合金都是晶體。 金屬鍵的特點是沒有飽和性和方向性。自由電子金屬鍵的特點是沒有飽和性和方向性。自由電子的定向移動形成了電流，使金屬表現出良好的導電性；的定向移動形成了電流，使金屬表現出良好的導電性；正電荷的熱振動阻礙了自由電子的定向移動，使金屬正電荷的熱振動阻礙了自由電子的定向移動，使金屬具有電阻；溫度升高，正電荷熱

34、振動振幅增加，電阻具有電阻；溫度升高，正電荷熱振動振幅增加，電阻增大，電阻溫度系數增大，使金屬具有正的溫度系數；增大，電阻溫度系數增大，使金屬具有正的溫度系數；1、金屬鍵及金屬的特性、金屬鍵及金屬的特性自由電子能吸收可見光的能量，使金屬具有不透明性；自由電子能吸收可見光的能量，使金屬具有不透明性；當自由電子從高能級回到低能級時，將吸收的可見光的當自由電子從高能級回到低能級時，將吸收的可見光的能量以電磁波的形式輻射出來，使金屬具有光澤；晶體能量以電磁波的形式輻射出來，使金屬具有光澤；晶體中原子發生相對移動時，正電荷與自由電子仍能保持金中原子發生相對移動時，正電荷與自由電子仍能保持金屬鍵結合，使金

35、屬具有良好的塑性。屬鍵結合，使金屬具有良好的塑性。晶格晶格-將將晶體中的每一個原子假設成一個幾何晶體中的每一個原子假設成一個幾何 點，忽略其尺寸和重量，再用假想線把點，忽略其尺寸和重量，再用假想線把 這些點連接起來，所得到的一個表示金這些點連接起來，所得到的一個表示金 屬內部原子排列規律的抽象的空間格子。屬內部原子排列規律的抽象的空間格子。 2、晶格、晶胞和晶格常數、晶格、晶胞和晶格常數晶胞晶胞-反映晶格特征的最小幾何單元。反映晶格特征的最小幾何單元。 （a）原子排列模型原子排列模型（b）晶格晶格（c）晶胞晶胞 晶格常數晶格常數-反映晶胞大小、形狀的參數。反映晶胞大小、形狀的參數。 如棱邊長度

36、如棱邊長度a a、b b 、c(c(以以 A A 為單位，為單位，1 1 A A =10=10-10 -10 米米) )和棱間夾角和棱間夾角、 等。等。3、晶向和晶面、晶向和晶面晶向晶向-晶體中，任意二個原子之間的連線稱為晶體中，任意二個原子之間的連線稱為 原子列，連線所指方向稱為晶向。原子列，連線所指方向稱為晶向。 晶向通常采用晶向通常采用晶向指數晶向指數 u v w 表示表示即以晶胞的某個頂點為坐標原點，以即以晶胞的某個頂點為坐標原點，以晶胞的晶胞的3 3條棱邊為坐標軸條棱邊為坐標軸, ,以棱邊長度以棱邊長度為單位長度。過原點作一平行于待定為單位長度。過原點作一平行于待定晶向的有向線段，其

37、上任一點的座標晶向的有向線段，其上任一點的座標值化為最簡整數后即為值化為最簡整數后即為晶向指數晶向指數。 如左圖中如左圖中紅色紅色線段的座標值線段的座標值X=1X=1，Y=1/2,Z=0Y=1/2,Z=0，則其晶向指數為，則其晶向指數為210210 而而綠色綠色線段的座標值線段的座標值X=0X=0，Y=1,Z=Y=1,Z= -1,-1,則其晶向指數為則其晶向指數為011011210 110011晶面晶面-晶體中各種方位的原子面稱為晶面。晶體中各種方位的原子面稱為晶面。 立方晶系立方晶系的晶面指數通常采用的晶面指數通常采用密勒指數法密勒指數法確定，即根據確定，即根據 晶面與晶面與3 3個坐標軸的

38、截距來決定晶面指數。通常選晶胞中個坐標軸的截距來決定晶面指數。通常選晶胞中 不在所求晶面上的某個頂點為坐標原點不在所求晶面上的某個頂點為坐標原點( (不出現零截距不出現零截距) )， 以晶胞以晶胞3 3條棱邊為坐標軸，以晶格常數為單位；取晶面的條棱邊為坐標軸，以晶格常數為單位；取晶面的 三坐標三坐標截距值的倒數截距值的倒數，并化為最簡整數即為其晶面指數。，并化為最簡整數即為其晶面指數。 晶面的方位通常采用晶面的方位通常采用晶面指數晶面指數( ( h k l ) )表示。表示。 如上圖中如上圖中綠色晶面綠色晶面與與3 3個坐標軸的截距為個坐標軸的截距為1 1、1 1、1/21/2，其晶面指數為（

39、其晶面指數為（112112）。）。 ! ! ! 需要注意的是：需要注意的是： 所有所有相互平行的晶向相互平行的晶向都具有都具有相同的晶向指數相同的晶向指數。 如果晶向相反，則它們的晶向指數的數值相同，如果晶向相反，則它們的晶向指數的數值相同， 符號相反；符號相反； 所有所有相互平行的晶面相互平行的晶面都具有都具有相同的晶面指數相同的晶面指數。 晶面指數的數值相同而符號相反，表示這兩個晶面指數的數值相同而符號相反，表示這兩個 晶面，如（晶面，如（100100）與（）與（100100）平行地分布在坐標）平行地分布在坐標 原點的兩邊。原點的兩邊。 體心立方晶格體心立方晶格 -晶胞形狀為立方體，晶胞形

40、狀為立方體，8 8個頂點及體個頂點及體 心各有心各有1 1個原子個原子(1(1個晶胞個晶胞2 2個原子個原子) )，晶格常數，晶格常數 = = b b = = , , = = = =90= =90。屬于此類晶格的金屬有鉻、鉬、釩、。屬于此類晶格的金屬有鉻、鉬、釩、 鎢、鎢、- -鐵等。具有相當高的強度和塑性。鐵等。具有相當高的強度和塑性。4、常見的晶格類型及其致密度、常見的晶格類型及其致密度c ca a 面心立方面心立方晶格晶格 -晶胞形狀為立方體，晶胞形狀為立方體，8 8個頂點及個頂點及6 6 個表面的中心各有個表面的中心各有1 1個原子個原子(1(1個晶胞個晶胞4 4個原子個原子) )，晶

41、格常，晶格常 數數 = = b b = = , , = = = =90= =90。屬于此類晶格的金屬有金、。屬于此類晶格的金屬有金、 銀、銅、鋁、鎳、銀、銅、鋁、鎳、 - -鐵等。具有較好的塑性而且低溫鐵等。具有較好的塑性而且低溫 下不會發生下不會發生冷脆冷脆。c ca a 密排六方密排六方晶格晶格 -晶胞形狀是一個六方柱體。柱體晶胞形狀是一個六方柱體。柱體 的的1212個頂點及上、下底面中心各有個頂點及上、下底面中心各有1 1個原子，柱體中心個原子，柱體中心 還有還有3 3個原子個原子(1(1個晶胞個晶胞6 6個原子個原子) )。屬于這類晶格的金屬。屬于這類晶格的金屬 有鎂、鋅、鈹、鎘等。塑

42、性一般較差。有鎂、鋅、鈹、鎘等。塑性一般較差。致密度致密度-晶胞中原子所占體積與晶胞體積之比。晶胞中原子所占體積與晶胞體積之比。 ？體心立方、面心立方及密排六方晶格的體心立方、面心立方及密排六方晶格的 致密度為多少？致密度為多少？ 提示提示: : 先按原子排列最緊密的晶向推算出原子半徑與先按原子排列最緊密的晶向推算出原子半徑與 晶格常數的關系，再計算一個晶胞中原子所占晶格常數的關系，再計算一個晶胞中原子所占 體積以及晶胞的體積。體積以及晶胞的體積。 如體心立方晶格中，原子排列如體心立方晶格中，原子排列最緊密的晶向為最緊密的晶向為111111，可以推出：，可以推出：原子半徑原子半徑 r r= =

43、34 43 3a a理想晶體是理想晶體是單晶體單晶體 結晶結構和結晶結構和 位向完全一致的晶體。位向完全一致的晶體。 單晶體一般性能呈現單晶體一般性能呈現各向異性各向異性，須用特殊手段制取須用特殊手段制取。 實際金屬是實際金屬是多多晶體晶體 由許多結構相同由許多結構相同 但位向不同的小晶體所構成的晶體。但位向不同的小晶體所構成的晶體。 多晶體一般呈現多晶體一般呈現各向同性各向同性( (又稱為又稱為偽各向同性，即各晶粒因位向不同而偽各向同性，即各晶粒因位向不同而將各向異性抵消，使各向性能趨于相同將各向異性抵消，使各向性能趨于相同) )晶粒晶粒晶界晶界5、實際金屬的晶體結構實際金屬的晶體結構實際金

44、屬有晶格缺陷實際金屬有晶格缺陷 原子排列規則受到破壞，原子排列規則受到破壞， 出現與理想結構的偏差出現與理想結構的偏差 點缺陷：點缺陷：間隙原子間隙原子、 置換原子置換原子、 晶格空位晶格空位 晶格缺陷分為晶格缺陷分為點缺陷、線缺陷、面缺陷點缺陷、線缺陷、面缺陷 所有的晶格所有的晶格缺陷都將導致其周圍的晶格發生畸變，缺陷都將導致其周圍的晶格發生畸變，從而引起金屬的力學性能、化學性能等發生顯著的變化。從而引起金屬的力學性能、化學性能等發生顯著的變化。一般而言，一般而言，晶格晶格缺陷越多，強度、硬度越高。缺陷越多，強度、硬度越高。 線缺陷：線缺陷：位錯位錯（一列或多列原子發生錯排）（一列或多列原子

45、發生錯排） 面缺陷：面缺陷：晶界晶界或或亞晶界亞晶界上的晶格畸變上的晶格畸變晶界晶界亞晶界亞晶界晶粒與晶粒晶粒與晶粒之間的交界面之間的交界面 在同一晶粒內，在同一晶粒內，略有位向差的略有位向差的小晶塊之間的邊界小晶塊之間的邊界 如如NaCl是以離子鍵結合的是以離子鍵結合的離子晶體離子晶體；金剛石金剛石是以共價鍵結合的是以共價鍵結合的共價晶體；共價晶體；塑料、橡膠等則是塑料、橡膠等則是高分子晶體高分子晶體（分子內分子內共價鍵，分子間分子鍵）。共價鍵，分子間分子鍵）。非金屬材料有些是晶體，有些是非晶體。非金屬材料有些是晶體，有些是非晶體。三、非三、非金屬材料的結構金屬材料的結構 而普通玻璃、松香等

46、都是非晶體。由于非晶體而普通玻璃、松香等都是非晶體。由于非晶體的原子或分子的排列狀態類似于液體，故又被稱為的原子或分子的排列狀態類似于液體，故又被稱為“被凍結的液體被凍結的液體”。 微晶玻璃微晶玻璃（鋼化玻璃、晶態玻璃）（鋼化玻璃、晶態玻璃）1-4 金屬的結晶金屬的結晶一、有關結晶的幾個概念一、有關結晶的幾個概念二、金屬的結晶過程二、金屬的結晶過程三、結晶后的晶粒大小三、結晶后的晶粒大小五、金屬鑄錠的組織形態五、金屬鑄錠的組織形態四、金屬的同素異構轉變四、金屬的同素異構轉變一、一、有關結晶的幾個概念有關結晶的幾個概念1.結晶結晶-液態金屬凝固成為原子有規則排列的液態金屬凝固成為原子有規則排列的

47、 晶體的過程。晶體的過程。2.冷卻曲線冷卻曲線-液態金屬從高溫冷卻至室溫的過液態金屬從高溫冷卻至室溫的過 程中測得的溫度程中測得的溫度-時間變化曲線。時間變化曲線。 溫度溫度 無限緩慢冷卻時無限緩慢冷卻時 溫度溫度 實際冷卻時實際冷卻時 T0 T 時間時間 時間時間3.3.理論結晶溫度理論結晶溫度T T0 0-在無限緩慢冷卻條件下的在無限緩慢冷卻條件下的 平衡結晶溫度。平衡結晶溫度。4.4.過冷現象及過冷度過冷現象及過冷度過冷現象過冷現象-實際冷卻實際冷卻條件下，實際結晶溫度總條件下，實際結晶溫度總 是低于理論（平衡）結晶溫度的現象。是低于理論（平衡）結晶溫度的現象。過冷度過冷度-理論結晶溫度

48、與實際結晶溫度的差值理論結晶溫度與實際結晶溫度的差值。過冷度與冷卻速度的關系：過冷度與冷卻速度的關系： 冷卻速度越快，過冷度冷卻速度越快，過冷度 T T越大越大。二、金屬的結晶過程二、金屬的結晶過程結晶結晶=晶核形成晶核形成+晶核長大晶核長大 通常情況下，晶核形成后的晶核長大方式是通常情況下，晶核形成后的晶核長大方式是呈樹枝狀的長大，即首先沿散熱條件最好的晶核呈樹枝狀的長大，即首先沿散熱條件最好的晶核棱角處快速生長形成主干（一次晶軸），同時又棱角處快速生長形成主干（一次晶軸），同時又不斷地生出新的分枝，直至液體全部消耗殆盡。不斷地生出新的分枝，直至液體全部消耗殆盡。 一般結晶完畢后，這種樹枝晶

49、形態并不顯露，一般結晶完畢后，這種樹枝晶形態并不顯露，但在鑄錠組織中較為明顯。但在鑄錠組織中較為明顯。 根據結晶過程分析，若形核速度快于生長速根據結晶過程分析，若形核速度快于生長速度，則結晶后的晶體晶粒細密，力學性能較好；度，則結晶后的晶體晶粒細密，力學性能較好；而若形核少、生長快，則易得到粗大的晶粒，造而若形核少、生長快，則易得到粗大的晶粒，造成力學性能的下降。成力學性能的下降。三、結晶后的晶粒大小三、結晶后的晶粒大小 金屬結晶后的晶粒愈細，晶界面積就愈大金屬結晶后的晶粒愈細，晶界面積就愈大, ,意味著晶體缺陷就愈多，則對金屬力學性能的影意味著晶體缺陷就愈多，則對金屬力學性能的影響愈大。一般

50、情況下，響愈大。一般情況下，細晶粒組織的強度、硬度、細晶粒組織的強度、硬度、塑性和韌性都比粗晶粒組織好塑性和韌性都比粗晶粒組織好。 細化晶粒的方法：細化晶粒的方法：1.增大冷卻速度以提高過冷度，可細化晶粒。增大冷卻速度以提高過冷度，可細化晶粒。 如鑄造時用金屬型代替砂型，加快冷卻。如鑄造時用金屬型代替砂型，加快冷卻。2.通過變質處理（孕育處理）增加晶核數，可通過變質處理（孕育處理）增加晶核數，可 細化晶粒。細化晶粒。 勻質晶核（自發晶核）勻質晶核（自發晶核） 異質晶核（人工晶核）異質晶核（人工晶核） 3.結晶時外加振動（機械、超聲波、電磁）破結晶時外加振動（機械、超聲波、電磁）破 碎大晶粒，獲

51、得細晶組織。碎大晶粒，獲得細晶組織。四、金屬的同素異構轉變四、金屬的同素異構轉變 固態物質隨溫度不同而改變其原子排列方式，固態物質隨溫度不同而改變其原子排列方式，得到不同晶體結構的現象稱為得到不同晶體結構的現象稱為同素異構轉變同素異構轉變，又，又稱為稱為重結晶重結晶。純鐵的同素純鐵的同素異構轉變過程：異構轉變過程： 912912 13941394 -Fe-Fe -Fe-Fe - -FeFe ( (體心立方）體心立方） （面心立方）（面心立方） （體心立方）（體心立方）具有同素異構轉變特性的金屬（如具有同素異構轉變特性的金屬（如FeFe、CoCo、SnSn、MnMn等）等）可以通過熱處理來改變組

52、織和性能?？梢酝ㄟ^熱處理來改變組織和性能。液態鐵液態鐵15381538結晶結晶重結晶重結晶重結晶重結晶五、金屬鑄錠的組織形態五、金屬鑄錠的組織形態 生產中應用的金屬材生產中應用的金屬材料，無論是板材、棒材，料，無論是板材、棒材，還是線材，其原始的狀態還是線材，其原始的狀態一般都為錠材，即將液態一般都為錠材，即將液態金屬澆入鑄?；蜩T型中冷金屬澆入鑄?；蜩T型中冷卻結晶而成的。鑄錠的組卻結晶而成的。鑄錠的組織形態將直接影響材料的織形態將直接影響材料的性能。性能。1-表面細晶表面細晶1232-內層柱狀晶內層柱狀晶 鑄錠組織示意圖鑄錠組織示意圖3-中心粗大等軸晶中心粗大等軸晶1-5 二元合金二元合金一、

53、有關合金的幾個概念一、有關合金的幾個概念二、合金的晶體結構二、合金的晶體結構三、二元合金相圖三、二元合金相圖一、有關合金的幾個概念一、有關合金的幾個概念合金合金-由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬元素與 非金屬元素組成的具有金屬特性的物質。非金屬元素組成的具有金屬特性的物質。元元-組成合金的元素或穩定化合物叫組元，簡稱元。組成合金的元素或穩定化合物叫組元，簡稱元。相相-成分相同、結構相同，并與其它部分以界面分開成分相同、結構相同，并與其它部分以界面分開 的均勻物質部分。的均勻物質部分。組織組織-由一個或多個相按一定方式相互結合所構成的，由一個或多個相按一定方

54、式相互結合所構成的， 具有相同形貌特征的整體。具有相同形貌特征的整體。 固態合金的晶格結構按其基本的相屬性來分，固態合金的晶格結構按其基本的相屬性來分，可以分為固溶體和化合物兩大類?？梢苑譃楣倘荏w和化合物兩大類。二、合金的晶體結構二、合金的晶體結構1.固溶體固溶體-( (少數少數) )溶質原子溶入溶質原子溶入( (多數多數) )溶劑原子溶劑原子 的晶體結構的晶體結構中所形成的合金相。中所形成的合金相。 固溶體仍將保持溶劑金屬的晶體結構，但晶格參數固溶體仍將保持溶劑金屬的晶體結構，但晶格參數發生改變。發生改變。 間隙固溶體：間隙固溶體： 置換固溶體：置換固溶體： 固溶強化固溶強化-固溶體形成時，

55、因溶質原子鉆入溶劑原子固溶體形成時，因溶質原子鉆入溶劑原子的間隙或置換溶劑原子而引起晶格畸變，造成合金強度、的間隙或置換溶劑原子而引起晶格畸變，造成合金強度、硬度提高的現象。硬度提高的現象。溶劑原子直徑溶劑原子直徑溶質原子直徑溶質原子直徑 0.590.59 時形成。是時形成。是有限固溶體有限固溶體溶質和溶劑原子大小接近時形成。溶質和溶劑原子大小接近時形成。有限有限互溶互溶或或無限無限互溶，溫度越高，溶解度越大?；ト埽瑴囟仍礁撸芙舛仍酱蟆?.金屬化合物金屬化合物-兩組元都放棄自身的原子排列方兩組元都放棄自身的原子排列方 式而形成的一種具有全新晶體結式而形成的一種具有全新晶體結 構的新物質。構的

56、新物質。 化合物一般具有復雜的晶格，熔點高，硬而脆?；衔镆话憔哂袕碗s的晶格，熔點高，硬而脆。3.機械混合物機械混合物-由固溶體和金屬化合物均勻混合由固溶體和金屬化合物均勻混合 而成的物質。而成的物質。 機械混合物可以將固溶體的柔軟和化合物的硬脆進機械混合物可以將固溶體的柔軟和化合物的硬脆進行不同程度的中和，從而滿足不同的性能要求。所以，行不同程度的中和，從而滿足不同的性能要求。所以，工業中使用的合金都希望有相當比例的機械混合物存在。工業中使用的合金都希望有相當比例的機械混合物存在。 * *另外，固態合金的晶格結構還可按其組織屬性來分，另外，固態合金的晶格結構還可按其組織屬性來分，將分為將分為

57、固溶體固溶體、化合物化合物和和機械混合物機械混合物三大類。三大類。三、二元合金相圖三、二元合金相圖1.幾個基本概念：幾個基本概念：二元二元合金合金-由兩種組元組成的合金。由兩種組元組成的合金。合金系合金系-組元組元相同但相同但配比不同的系列合金。配比不同的系列合金。 如如Cu-NiCu-Ni系、系、Pb-SnPb-Sn系等。系等。相平衡相平衡-合金系中各相的成分、結構和相對量合金系中各相的成分、結構和相對量 趨于穩定，不再發生變化的狀態。趨于穩定，不再發生變化的狀態。相圖相圖-表達表達平衡條件平衡條件下，下，合金系中溫度、成分合金系中溫度、成分 和相組織之間關系的圖形。又稱為合金和相組織之間關

58、系的圖形。又稱為合金 狀態圖。狀態圖。 自由度自由度-保持相保持相平衡時，合金體系中可獨立改平衡時，合金體系中可獨立改 變的因素數目（如溫度、壓力、相的變的因素數目（如溫度、壓力、相的 成分等）。成分等）。 如自由度為如自由度為0 0，表示溫度、壓力、相成分都不能獨立，表示溫度、壓力、相成分都不能獨立改變，否則會引起平衡相的改變；自由度為改變，否則會引起平衡相的改變；自由度為1 1，表示只能，表示只能改變三者之一而不影響平衡相；依此類推。改變三者之一而不影響平衡相；依此類推。在只考慮溫度影響時，相律表達式為：在只考慮溫度影響時，相律表達式為： F FC CP P 1 1其中其中: F 體系的自

59、由度數；體系的自由度數； C 體系中獨立組元數；體系中獨立組元數； P 相數；相數； 相律表達式相律表達式-表示在平衡條件下，獨立組元數、表示在平衡條件下，獨立組元數、 相數和自由度三者之間的關系式。相數和自由度三者之間的關系式。2.相圖的作用：相圖的作用：分析各種類型、各種成分的合金在不同溫度下分析各種類型、各種成分的合金在不同溫度下 的組織形態，從而比較各自性能的差異。的組織形態，從而比較各自性能的差異。分析某種合金從高溫冷卻到室溫時的組織轉變分析某種合金從高溫冷卻到室溫時的組織轉變 過程。過程。為研制新材料，或在生產中制定合金熔煉、鑄為研制新材料，或在生產中制定合金熔煉、鑄 造、鍛壓、焊

60、接、熱處理等工藝方案提供理論造、鍛壓、焊接、熱處理等工藝方案提供理論 依據。依據。 應用相律可知體系中最多能共存的平衡相數。如單元應用相律可知體系中最多能共存的平衡相數。如單元系系C C1 1，F F1 1P P1 12 2P P，故最多是兩個平衡相共存。，故最多是兩個平衡相共存。二元系二元系C C2 2，F F2 2P P1 13 3P P，最多三個平衡相共存。，最多三個平衡相共存。3.相圖的建立方法（以相圖的建立方法（以Cu-Ni合金為例）：合金為例）：配制若干組不同成分的合金；配制若干組不同成分的合金；（如（如100% Cu、25% Ni、50% Ni、75% Ni、100% Ni）在極