第二章金属的晶体结构与结晶ppt课件.ppt

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1、第二章金属及合金的晶体结构与结晶内容金属的晶体结构合金的晶体结构实际金属的晶体结构目的掌握晶体结构及其对材料的力学性能及工艺性能的影响，为后续课程的学习做好理论知识的准备第一节金属的晶体结构与结晶一、金属的晶体结构晶体在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。(金属一般都是晶体)非晶体非晶体中原子（或分子）则是无规则的堆积在一起。（如松香、玻璃、沥青）1、晶体和非晶体为了便于研究晶体内部原子排列的规律，把每个原子看成是固定不动的刚性小球，并用一些几何线条将晶格中各原子的中心连接起来，构成一个空间格架，这种抽象的、

2、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。2、晶体结构的基本概念从晶格中，选取一个能够完全反映晶格特征的、最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞晶胞的形状和大小可用晶胞的棱边长度a、b、c(晶格常数）和棱面夹角α、β、γ来表示。晶格就是有许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。(1)体心立方晶格（bcc晶格）a）其晶胞形状为立方体b）原子分布在立方晶体的各个结点及中心。c）每个体心立方晶胞中仅包含2个原子。d)晶胞中原子所占的体积与晶胞的体积之比即致密度为0.68属于这类金

3、属的有：á-Fe、Mn、Cr、V、W、Mo等3、常见金属的晶格类型(2)面心立方晶格（fcc晶格）a）其晶胞为立方体。b）原子分布在立方体的各个结点及各面的中心处。c）每个晶胞中含有4个原子。d)致密度为0.74具有面心立方晶格的金属：γ-Fe、Ni、Al、Cu、Pb等。(3)密排六方晶格（hcp晶格）a）其晶胞形状为六方柱体。b）原子分布在各个结点及上下两个正六方面的中心，另外在六方柱体中心还有三个原子。c）每个晶胞中含有6个原子。d)致密度为0.74属于这类金属的有：Mg、Zn、á-Ti等。二、金属的实际晶体结构与晶体缺陷

4、1.单晶体和多晶体晶格位向完全一致的晶体叫做单晶体。工业上使用的金属都是由许多小晶体组成的多晶体.每个小晶体称为晶粒。晶粒与晶粒之间的界面称晶界。亚晶粒之间的交界称为亚晶界。2、晶体缺陷实际晶体中存在的晶体缺陷，按缺陷几何特征可分为三种：点缺陷线缺陷面缺陷(1)点缺陷——晶格空位和间隙原子在实际晶体结构中，晶格的某些结点，往往未被原子所占据，这种空着的位置称为空位。同时又可能在个别空隙处出现多余的原子，这种不占有正常的晶格位置，而处在晶格空隙之间的原子称为间隙原子。点缺陷→导致晶格畸变→强度↑，硬度↑如:合金化(2)线缺陷——

5、位错晶体中，某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象，称为位错。位错的主要类型有刃型位错和螺旋位错。(3)面缺陷——晶界、亚晶界晶界和亚晶界上的原子排列，是从一种位向过渡到另一种位向。在这个过渡层中的原子排列是不规则的，晶格发生畸变；亚晶界实际是由一系列的刃型位错堆积而成的。晶粒细→晶界面积大→强度高如:晶粒细化晶体缺陷与性能的关系1.晶体缺陷的存在破坏了晶体的完整性,使晶格产生畸变,晶格能量增加,因而晶格缺陷相对于完整的晶体来说是处于一种不稳定状态,它们在外界条件(温度外力等)变化时会首先发生变化,从而引起金属性能的变化.

6、2.晶体缺陷的存在影响金属的强度,一般情况下,强度随晶体缺陷的增加而增加,可通过增加缺陷的办法,提高金属的强度.点缺陷→合金化增加缺陷的办法线缺陷→增加塑性变形(如加工硬化)面缺陷→晶粒细化3.晶体缺陷≠金属缺点四、金属的结晶凝固物质由液态转变成固态的过程。结晶如果凝固的固态物质是原子（或分子）作有规则排列的晶体，则这种凝固又称为结晶。通常,金属的凝固过程属于结晶过程。例如：北方冬天窗花热分析法1.冷却曲线与过冷现象差热分析法原理To时间温度实际冷却曲线T1结晶平台(是由结晶潜热导致)纯金属结晶时的冷却曲线T0：理论结晶温度T

7、1：实际结晶温度过冷：实际结晶温度T1总是低于理论结晶温度T0的现象过冷度∆T=T0-T1（冷速↑→∆T↑）结晶的必要条件：过冷理论冷却曲线2.金属的结晶过程结晶时晶体在液体中从无到有（晶核形成），由小变大（晶核长大）的过程，同时存在同时进行。结晶过程是晶核不断形成和长大的过程晶核长大过程是按树枝状骨架方式长大晶核的长大方式—树枝状金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶3.晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒越细→塑性、韧性越好；强度、硬度越高金属结晶后晶粒大小取决于形核率N（单位时间、单位体积液态金属中生成的晶核数目）和晶核长大率G

8、（单位时间内晶核长大的线速度）NG晶粒越细细化晶粒的途径1）提高冷却速度，增加过冷度V冷△TN晶粒细小2）进行变质处理3）附加振动：机械振动超声波振动电磁搅拌等。*对大铸件或厚薄差别大的铸件冷速过快→变形、开裂,因此只适用于小铸件，简单件常用于大铸件，实际效果较好4.金属的铸