汽车材料与金属加工 教学课件 作者 高美兰 第2章 金属的晶体结构与结晶.ppt

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1、汽车材料与金属加工Automotive materials and metalprocessing第2章金属的晶体结构与结晶2.1纯金属与合金的晶体结构2.2纯金属与合金的结晶2.3铁碳合金相图2.1纯金属与合金的晶体结构2.1.1纯金属的晶体结构2.1.2合金的晶体结构2.1.3金属实际的晶体结构2.1.1纯金属的晶体结构自然界的固态物质，可分为晶体和非晶体两大类晶体:原子是按一定几何形状有规律排列的。（金刚石、石墨、雪花、食盐、固态金属及合金）。石墨食盐纯铁非晶体:原子或分子无规则堆积在一起的。（玻璃、石蜡、沥青、松香等）。

2、晶体非晶体液体晶体结构:晶体内部原子排列的规律及特性。2.1.1纯金属的晶体结构晶胞常数：a、b、c、α、β、γ晶格常数：a、b、ca)晶体中原子排列b)晶格c)晶胞1.晶格与晶胞结点晶格：表示晶体中原子排列形式的空间格子。晶胞：组成晶格的最小的几何单元称为晶胞。晶格参数：表示晶胞几何形状和大小的棱边长度和棱间夹角。体心立方晶格（bcc）面心立方晶格（fcc）密排六方晶格（hcp）2.常见的金属晶格类型常见金属晶格类型的基本参数晶格类型体心立方（bcc）面心立方（fcc）密排六方（hcp）晶胞结构晶胞常数晶胞内原子数原子半径致密

3、度配位数典型金属a＝b＝cα＝β＝γ＝90°a＝b＝cα＝β＝γ＝90°a＝bc/a＝1.633α＝β＝90°γ＝120°68%74%74%81212α-Fe、Cr、Mo、W、V、Nbγ-Fe、Al、Cu、Ni、Au、Ag、PbMg、Zn、Cd、Be、Ca有些金属在固态下，其晶体结构会随温度变化而改变，这种现象称同素异构转变，转变产物称同素异构体。如：γ-Fe→α-Fe（体积膨胀1%）即：热缩冷涨（水→冰）意义：由于不同晶格类型原子排列紧密程度不同，晶格变化将导致金属的体积发生变化，因此，同素异构转变时会产生较大的内应力1394

4、℃912℃δ-Feγ-Feα-Febccfccbcc3.金属的同素异构转变有关合金的基本概念2.1.2合金的晶体结构由两种或两种以上金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质合金组成合金的最基本的、独立的物质组元合金中化学成分、晶体结构和物理性能相同的均匀组成部分相泛指用金相观察方法看到的由形态、尺寸和分布方式不同的一种或多种相构成的总体组织合金的相结构1.固溶体合金在固态下一种组元的晶格内溶解了另一组元的原子，形成的均匀相概念固溶体的晶体结构与溶剂相同特点合金的相结构固溶体金属化合物机械混合物按溶质位置置换固溶体间

5、隙固溶体固溶体的分类按溶解度有限固溶体无限固溶体置换固溶体间隙固溶体特点：溶质原子位于溶剂晶格某些结点特点：溶质原子溶入溶剂晶格间隙固溶体的性能通过溶入溶质原子形成固溶体，使金属材料强度、硬度增加的现象固溶强化无论是置换固溶体还是间隙固溶体，都因溶质原子的溶入而使溶剂晶格发生歪扭，从而使合金对塑性变形的抗力增加原因2.金属化合物合金组元间相互作用而形成的具有金属特性的一种新相概念晶格类型不同于任一组元特点熔点高，硬而脆性能当金属化合物呈细小的颗粒弥散分布在固溶体基体上时，能显著提高合金的强度、硬度和耐磨性，这种现象称为弥散强化弥

6、散强化3.机械混合物由两相或两相以上组成的多相组织概念各组成相仍保持它原有的晶格类型和性能特点性能介于各组成相性能之间，并与各组成相的性能以及相的数量、形状、大小和分布状况等密切相关性能2.1.3金属实际的晶体结构金属实际的晶体结构由许多位向不同的单晶体构成的晶体多晶体晶体缺陷实际晶体结构中，局部原子排列的不规则性单晶体多晶体多晶冰糖单晶冰糖晶体缺陷空位、间隙原子、置换原子点缺陷线缺陷面缺陷位错：刃型位错、螺型位错晶界、亚晶界晶体缺陷的类型晶体缺陷点缺陷空位及间隙原子置换原子形成的原因：热振动的偶然偏差结果：导致晶格畸变。晶格畸

7、变将使晶体的强度、硬度和电阻增加。线缺陷——晶体中呈线状分布的缺陷（位错）刃型位错晶体缺陷刃型位错位错——在晶体中有一列或若干列原子发生了某种有规律错排的现象。刃型位错——比较简单的位错形式线缺陷面缺陷——晶界、亚晶界晶界特征：①呈面状分布②产生晶格畸变亚晶界（位错墙模型）晶体缺陷晶体缺陷对材料性能的影响使实际金属的强度远远小于理想金属晶界处位错密度高，使其局部强度、硬度提高对实际金属来说，晶体缺陷越多(尤其位错)，强度、硬度越高，塑性、韧性越低2.2纯金属与合金的结晶2.2.1纯金属的结晶2.2.2合金的结晶凝固:液体-->固

8、体（晶体或非晶体）结晶:液体-->晶体2.2.1纯金属的结晶结晶——金属由液体状态转变为晶体状态的过程。液体晶体1.纯金属的冷却曲线与过冷度过冷度：T=T0-Tn结晶的必要条件：必须有过冷度！影响过冷度的因素：V冷T1T纯度T1T纯金属的结晶纯金属的结晶过