第二章 金属的材料的组织结构1

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1、第二章金属材料的组织结构金属的晶体结构纯金属的结构金属的同素异构转变合金的相结构合金相图一、金属的晶体结构基本概念纯金属的晶体结构合金的晶体结构1、基本概念晶体：由许多金属原子/离子在空间按一定几何形式规则地紧密排列。（周期性）对比非晶体：原子无规则堆积（过冷液体）。晶体（金刚石、NaCl、冰……）非晶体（蜂蜡、玻璃……）液体晶体特性——固定熔点；各向异性熔点晶体非晶体时间温度晶体和非晶体的熔化曲线XYZ原子（离子）的刚球模型原子中心位置晶体结构晶胞点阵（晶格）模型晶格——将原子抽象为一个几何结点，并用直线联接中心，所构成的

2、一个空间格架。晶胞——晶格中能反映晶格特征的最小的几何单元XYZabc晶格常数a，b，c晶格常数晶面:通过原子中心的平面晶向：通过原子中心的直线所指的方向XYZabcXYZabc2、纯金属的晶体结构金属键——决定特性大量自由电子→良好导电导热性电子云与离子间引力→高强度和良好塑性紧密的金属键→排列紧密的高对称晶格三种常见的金属晶体结构体心立方晶格bcc面心立方晶格fcc密排六方晶格hcp（1）体心立方晶格bcc如-Fe、W、V、Mo等晶格常数：a=b=c；===90晶胞原子数：原子半径：致密度：0.68致密度

3、=Va/Vc，其中Vc:晶胞体积a3Va:原子总体积24r3/3XYZabc2r2raa2（2）面心立方晶格fcc如-Fe、Cu、Ni、Al、Au、Ag等晶格常数：a=b=c；===90晶胞原子数：原子半径：致密度：0.74XYZabc密排方向4（3）密排六方晶格hcp如C（石墨）、Mg、Zn等晶格常数底面边长a底面间距c侧面间角120侧面与底面夹角90晶胞原子数：6原子半径：a/2致密度：0.743、实际金属的晶体结构单晶体——原子排列相同，晶格位向一致多晶体——多晶粒和多晶界晶粒（单晶体）晶粒——晶体中

4、包含的具有不规则颗粒外形的小晶体晶界——晶粒界面，不同的位向过渡区晶体缺陷类型点缺陷：空位、间隙原子、异类原子线缺陷：位错面缺陷：晶界与亚晶界间隙原子是其它元素则称为异类原子（杂质原子）空位间隙原子（1）点缺陷（2）线缺陷——刃位错与螺位错刃位错刃位错螺旋位错（3）面缺陷晶界亚晶界亚晶界面缺陷引起晶格畸变，晶粒越细，则晶界越多，强度和塑性越高。二、纯金属的结晶结晶结晶条件（结晶温度）结晶过程（形核与长大）晶粒细化结晶：液体-->晶体凝固：液体-->固体（晶体或非晶体）晶体液体结晶冷却曲线——热分析法tTT0Tn理论结晶温度开

5、始结晶温度}T过冷度T=T0-Tn纯金属结晶的条件就是应当有一定的过冷度（克服界面能）冷却速度越大，则过冷度越大。结晶过程——形核和晶核长大的过程液态金属形核晶核长大完全结晶（1）形核过程自发形核——由液体金属内部原子聚集，超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心。非自发形核——是依附于外来杂质上生成的晶核。（2）长大过程——平面生长与树枝状生长平面生长示意图细化铸态金属晶粒的措施晶粒度——表示晶粒大小，分8级。晶粒度12345678单位面积晶粒数（个/mm2）16326412825651210242048晶粒平均直径（μm）2

6、501771258862443122细晶强化——晶粒细化使金属机械性能提高的现象细晶强化→强度、硬度、塑性、韧性↑细化晶粒的措施（1）提高过冷度形核率N、长大速度G与过冷度T的关系（2）变质处理在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。作用：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大（3）振动结晶作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化——机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。三、金属的同素异构转变同素异构性——一种金属具有两种或两种以上的晶格结构同素异构转变——金属在固态下晶体结构随温度的改变而发生变化的现

7、象。重结晶特点：晶界形核，T大，内应力大纯铁的同素异构转变-Fe，bcc-Fe，fcc-Fe，bcc1394C912C-Fe，fcc-Fe，bcc912C纯铁的冷却曲线Tt15381394912}-Fe，bcc}-Fe，bcc}-Fe，fccCoolingcurve770铁磁性四、合金的相结构基本概念固溶体化合物1、基本概念合金——两种以上元素组合成的、具有金属特性的物质。如，Cu-Zn,Fe-C等合金组元——组成合金的最基本、独立的物质（元素、稳定化合物）。如，Fe-C合金中，Fe、C均为组元。

8、相——化学成分、结构相同，且以界面分开的各均匀组成部分。水（液相）水+冰（双相）冰（固相）Fe-C合金中的相——F+Fe3CFe3C铁素体（F）组织——相的形状、分布、组合状态。单相组织（F）双相组织（F+Fe3C）固溶体——溶质原子溶于溶剂晶格中，保持溶剂晶格的合金相。化合物——合金组元