《非金属材料有机质材料塑胶课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《非金属材料有机质材料塑胶课件.ppt（46页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第 1 章緒 論,1-1 金屬及合金的通性1-2 金屬的結晶構造與組織1-3 金屬的塑性變形1-4 金屬的凝固與變態,總目錄,1-1 金屬及合金的通性,機械材料可分為金屬材料和非金屬材料，如表1-1所示。,節目錄,表1-1 機械材料的分類,金屬包含純金屬與合金1.純金屬：具有特殊物理性質及機械性質的結晶性物質。2.合金：一種金屬和另一種或者一種以上的金屬或非金屬相互融合，具有金屬的各種性質的物質。圖1-1為元素週期表，工業常用金屬有20多種，例如金、銀、銅、鐵、鎳、鉻、鋁、鎂等。,圖1-1 週期表,金屬一般皆製成合金使用，例如：1.鋼：鐵碳合金2.黃銅：銅鋅合金3.青銅：銅錫合金4.不鏽鋼：鐵
2、碳鎳鉻合金5.高速鋼：鐵碳鎢鉻釩合金,一、（純）金屬特性,1.在常溫多為固態結晶體。2.電與熱的良導體。導電率：銀銅鋁。3.有固定熔點，例如鎢3410、錫232。4.比重多大於1（鋰、鈉、鉀比重小於1）。比重4稱重金屬；比重介於1 4之間稱輕金屬。5.不透明、具金屬光澤。6.具塑性變形（延展性）的能力。,二、合金特性,由二種成分金屬所製成的合金稱為二元合金；由三種成分金屬製成稱為三元，依此類推。1.導電率與導熱率常較成分金屬低。2.合金熔化時，體積通常會增加，銻合金例外。3.熔點溫度為一段區間且較其主要成分金屬低。銅鎳合金熔點比銅高例外。4.特殊合金可使光澤持久、耐蝕性提高、不容易氧化。5.合
3、金延展性常較成分金屬小，但強度及硬度較高。,三、機械工業常用合金,1.鋼鐵類(1)碳鋼和鑄鐵：以鐵、碳為主的合金。(2)合金鋼：除鐵碳外，還有鎳、鉻、錳、鎢、鈷、鉬、銻、釩、鈦等元素。2.其他合金(1)輕合金：鋁合金、鎂合金等。(2)銅合金：黃銅、青銅及特殊黃銅等。(3)鎳合金：白銅等。(4)鋅、鉛、錫合金：軸承合金、壓鑄合金、易熔合金、鉛字合金等。,1-2 金屬的結晶構造與組織,1.金屬在常溫時為固態結晶體，結晶體內原子或分子的排列狀態稱為結晶構造。2.金屬表面經研磨、腐蝕，再以金相顯微鏡觀察，可觀察金屬組織（晶粒成分、粗細、形狀、方向等），如圖1-2所示。3.金屬的結晶構造可使用 X光繞射
4、法分析。4.在同一晶粒中，原子前後、左右、上下都依一定的規則排列，稱為結晶格子或空間格子，如圖1-3所示。,節目錄,圖1-2 金屬表面研磨拋光腐蝕後的金屬顯微組織,圖1-3 原子規格排列結晶格子示意圖,結晶體之結晶格子，可分下列7大晶系，如圖1-4所示。,圖1-4 主要的7大晶系及14種主要結晶格子,立方體（Cubie）,1.晶格形態如左下圖所示，三軸相等，三角相互垂直；a b c；90。2.有 3 種晶格如右下圖所示。,正方體（Tetragonal）,結晶體之結晶格子，可分下列7大晶系，如圖1-4所示。,圖1-4 主要的7大晶系及14種主要結晶格子,1.晶格形態如左下圖所示，兩軸相等，三角相
5、互垂直；a b c；90。2.有 2 種晶格如右下圖所示。,斜方體（Orthorhombic）,結晶體之結晶格子，可分下列7大晶系，如圖1-4所示。,圖1-4 主要的7大晶系及14種主要結晶格子,1.晶格形態如左下圖所示，三軸互不相等，三角相互垂直；a b c；90。2.有 4 種晶格如右下圖所示。,單斜體（Monoclinic）,結晶體之結晶格子，可分下列7大晶系，如圖1-4所示。,圖1-4 主要的7大晶系及14種主要結晶格子,1.晶格形態如左下圖所示，三軸互不相等，兩角 90；a b c；90。2.有 2 種晶格如右下圖所示。,三斜體（Triclinic）,結晶體之結晶格子，可分下列7大晶
6、系，如圖1-4所示。,圖1-4 主要的7大晶系及14種主要結晶格子,1.晶格形態如左下圖所示，三軸互不相等，三角不相等；a b c；90。2.只有 1 種晶格如右下圖所示。,六方體（Hexagonal）,結晶體之結晶格子，可分下列7大晶系，如圖1-4所示。,圖1-4 主要的7大晶系及14種主要結晶格子,1.晶格形態如左下圖所示，兩軸相等，相互120，第三軸垂直；a b c；90；120。2.只有 1 種晶格如右下圖所示。,菱形體（Rhombohedral）,結晶體之結晶格子，可分下列7大晶系，如圖1-4所示。,圖1-4 主要的7大晶系及14種主要結晶格子,1.晶格形態如左下圖所示，三軸相等，三
7、角相等；a b c；90。2.只有 1 種晶格如右下圖所示。,結晶格子內能代表排列特性的最小單位，稱為單位格子或單位晶胞。,1-3 金屬的塑性變形,幾種常見的加工方式，如圖1-6所示。,節目錄,金屬受外力而變形的方式，有彈性變形及塑性變形二種。,1.彈性變形：當外力除去後金屬變形即消失且恢復原狀。2.塑性變形：外力超過彈性限度，且外力除去後金屬無法恢復原狀保持變形狀態。塑性變形加工依加工時材料（再結晶）溫度，可分冷加工與熱加工，如圖1-7及表1-2所示。,圖1-7冷加工、熱加工示意圖,表1-2 常用金屬之再結晶溫度,一、冷加工,1.優點：(1)材料強度及硬度提高。(2)獲得較精密的尺寸精度。(
8、3)表面光滑，不易生成氧化層。2.缺點：(1)材料產生加工硬化，延展性降低。(2)所需變形壓力較熱作大。(3)材料內產生殘留應力。(4)結晶顆粒變形，電阻增大。,二、熱加工,1.優點：(1)材料於加工變形過程中不發生任何強化。(2)適合大物件成形。(3)鋼錠中氣孔及缺陷在高溫加工下易消除。(4)加工變形壓力較冷作低。(5)材料結晶顆粒成纖維狀分布。,2.缺點：(1)表面冷速快，材料性質較不均勻。(2)材料冷卻會產生收縮，尺寸精度較差。(3)在高溫加工材料易生氧化層。(4)高溫操作較具危險性。(5)設備及維護費用較高。,二、熱加工,常用塑性加工方法，如圖1-8所示。,圖1-8材料塑性加工方式,1
9、-4 金屬的凝固與變態,一、金屬的熔解、凝固現象，如圖1-9。,節目錄,圖1-9液態金屬凝固過程,註：由液體內的各處所生長的各個結晶，各個結晶的最後接觸面就是晶界。,二、金屬的變態,1.物質的狀態可由外界溫度和壓力的變化而改變稱為變態。2.物質三態：氣態、液態和固態。3.物質原子或分子的排列改變，稱相變態。4.同一金屬之結晶結構發生改變，稱為同素 變態，-Fe（BCC）-Fe（FCC）。5.金屬非原子排列和結晶結構發生變化，而原子物理性質發生改變，如常溫純鐵為強磁性體，升溫至770時磁性迅速下降，稱為磁變態。,三、平衡的意義與平衡圖,1.在一個金屬（物系）內，若沒有熱量的出入（溫度不變），固體
10、、液體、氣體等各相可以穩定存在的狀態，稱為平衡狀態。2.金屬狀態圖上的熔點或沸點也呈現這種平衡狀態，所以狀態圖也稱為平衡圖，如圖1-10所示。,圖1-10純鐵狀態圖,1.平衡圖畫製法，如圖1-11、1-12所示。,圖1-11熱分析實驗示意圖,圖1-12平衡圖繪製,2.二元合金的平衡圖、熔解及凝固現象(1)一般合金在液態時，成分金屬互相融合後變為單一的相。(2)凝固後依合金的種類不同，會變為單金屬、固溶體和金屬間化合物等其中的一種，或數種相的混合物，如圖1-13、1-14所示。,圖1-13置換式固溶體及插入式固溶體,圖1-14固溶體內的晶格畸變,(1)液態及固態完全溶合形成固溶體狀態。(2)液態
11、完全溶合，固態完全不溶合，成共晶混合物狀態。(3)液態完全溶合，固體時有溶解度，而生成共晶混合物。(4)液態完全溶合，固體時有溶解度，而凝固時發生包晶反應。(5)液態完全溶合，固態時生成金屬間化合物，而這化合物在熔點以下不發生分解。(6)液態時有部分溶解度，固態時完全不溶合，而發生偏晶反應。,3.二元合金平衡圖種類,(1)液態及固態完全溶合形成固溶體狀態例如：Ni-Cu合金、Au-Ag合金、Bi-Sb合金、Ni-Co合金等，如圖1-15、1-16、1-17所示。,圖1-15形成固溶體之二元合金的冷卻曲線及平衡圖,圖1-16固溶體合金的平衡圖,圖1-17L合金凝固過程之顯微組織示意圖,(2)液態
12、完全溶合，固態完全不溶合，成共晶混合物狀態，例如：Al-Sn合金、Bi-Cd合金、Sn-Zn合金等，如圖1-18所示。,圖1-18二元共晶型之冷卻曲線及平衡圖,(3)液態完全溶合，固體時有溶解度，而生成共晶混合物：這種形式的合金，例如：Ni-Cr合金、Ag-Cu合金、Al-Si合金和Pb-Sn合金等，如圖1-19所示。,圖1-19固體有溶解度的共晶合金冷卻曲線及平衡圖,(4)液態完全溶合，固體時有溶解度，而凝固時發生包晶反應，例如：Au-Fe合金、Cd-Hg合金等，如圖1-20、1-21所示。,圖1-20有包晶反應之合金冷卻曲線及平衡圖,圖1-21合金L2的凝固情形顯微組織示意圖,(5)液態完全溶合，固態生成金屬間化合物，這化合物在熔點以下不發生分解，例如：Fe-C合金（生成Fe3C），如圖1-22所示。,圖1-22具金屬間化合物型平衡圖,(6)液態時有部分溶解度，固態時完全不溶合，而發生偏晶反應，例如：Cu-Pb合金、Zn-Pb合金、Al-Cd合金等，如圖1-23、1-24所示。,圖1-23二元偏晶型平衡圖,圖1-24 偏晶L1凝固過程示意圖,
