工程材料/组织

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材料内部各个相的颗粒大小、形状、数量、分布及各相之间的组合状态构成材料的显微组织,它是决定材料性能的基本因素。利用电子显微镜可以观察到材料显微组织的特征形貌。

金属材料的基本相是组元之间形成的固溶体和形成的金属间化合物,例如铁碳合金中的铁素体和渗碳体。铁素体是常温下存在的具有体心立方晶格的铁,在铁碳合金中往往固溶有部分碳,成为固溶体。渗碳体是共价键结合的铁碳化合物Fe3C。

金属材料由液态转变为晶态时,由于具有良好的热导性,体系可以很快地达到或接近热力学平衡状态,因此在结晶时,将产生大量的晶核。这些晶核长大形成晶粒,通过大角度晶界或亚晶界结合到一起,形成固态金属材料。金属材料组织就由组成金属材料的各种基本相的晶粒大小、分布及晶界和亚晶界的结合状况构成的。单质金属材料的组织是由晶格结构相同的单一物相的晶粒和晶界、亚晶界构成的。金属合金材料,由于存在两个以上的基本组元,其基本相是各个组元之间形成的固溶体,或中间相化合物。

无机非金属材料中的陶瓷材料是压制成型后通过烧结而获得的致密材料。陶瓷材料的微观组织是许多小晶粒通过晶界的玻璃相结合在一起,其间可能包含有部分烧结过程中未排出的气孔,是一种由晶相、玻璃相和气相构成的多相和多晶组织结构。

材料的性能除决定于本身的化学组成、键合方式和晶体结构外,还受材料的组织的影响。构成金属材料组织的晶粒越细,则晶界和亚晶界越多,即面缺陷越多,因此产生较大的晶格畸变,将导致金属材料的强度提高。固溶体和中间相的形成,由于打破了晶粒中晶格的连续性和材料组织的连续性,也将在材料局部产生较大的畸变和应力,对材料具有强化作用。因此,合金材料一般比纯金属材料具有更高的强度和硬度。陶瓷材料也具有类似的性质,晶粒越小,玻璃相和气相越少,陶瓷材料的强度越高。在工业生产中,可以通过控制和改变材料中相的种类、大小、分布和形态及不同相的组合,来改变材料的组织,从而整合和提高材料的性能。

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